一种用于地应力测量的取芯钻具的制作方法

本发明涉及岩石力学实验，尤其涉及一种用于地应力测量的取芯钻具。

背景技术：

1、地质勘探钻进的主要任务是获取真实的地质岩心，以便于了解所勘探的地质岩石层的真实情况；岩石力学实验是确定工程岩体的力学属性，从而进行围岩稳定性的分析，两者结合更能为实现岩土工程开挖设计提供科学决策的依据。在地质勘探钻进工程的稳定性分析中，地应力状态是最重要最根本的因素之一。

2、应力解除法目前是国内外最普遍采用的发展时间最长、技术较为成熟的地应力测量方法，主要是把岩样全部或部分地从孔壁周围岩体中分离开来，同时监测被解除部位的应变或位移的响应，然后根据测得的应变或位移与围岩远场应力之间的关系来确定测点的地应力张量。比较典型的方式是套芯应力解除法。

3、其中，套芯应力解除法是采用套钻的方式实现套孔岩芯的完全应力解除，使测点岩体完成脱离地应力作用，从而确定地应力大小和方向。具体参见中国专利：cn215292335u，包括钻具外管和设置在钻孔底部圆心处的应变传感器，钻具外管内部设有钻具内管，钻具外管与钻具内管之间还设有与钻机连接的传动管，其中传动管外侧与钻具外管内侧之间设有连接装置，传动管内侧与钻具内管之间设有居中装置；钻具外管、钻具内管组成的钻进结构，连接装置包括可旋转螺栓与金属锁止器，居中装置包括设置在钻具内管外侧与传动管内侧之间的万向球，其主要测量工序为：需要先进行钻心得到复合条件的测量孔，在测量孔钻取完成后，需要将钻具内管从传动管内抽离，再使用长杆将应变传感器置入测量孔中，才能读取数据。

4、但是，目前在深度超过500米的地质勘探过程中，在这两种应力检测之前大多采用绳索取芯钻具进行钻探，现有的应力解除法的应力测试需要与单管取芯钻具配合完成，即绳索取芯的条件下，通过单管单独的取芯无法实现测量元件的安放、测量等操作，均需要单独地进行钻孔，再将钻具抽出，接下来再通过应力测量装置单独地进行应力检测，因此也导致深度超过500米的深孔内难以进行应力解除法地应力测试，工序复杂繁琐，工期过长。

技术实现思路

1、(一)要解决的技术问题

2、鉴于现有技术的上述缺点、不足，本发明提供一种用于地应力测量的取芯钻具，其解决了深度超过米的深孔内难以进行应力解除法地应力测试，工序复杂繁琐，工期过长的技术问题。

3、(二)技术方案

4、为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

5、本发明实施例提供一种用于地应力测量的取芯钻具，钻头组件、外管总成、应力检测组件和内管总成，所述外管总成、所述应力检测组件和所述内管总成从外至内依次嵌套且同轴设置；

6、所述内管总成包括靠近所述钻头组件的第一端和与所述第一端相对设置的第二端；

7、所述内管总成的第二端沿所述外管总成的轴线方向延伸至所述外管总成的外部，且所述内管总成相对转动安装于所述应力检测组件的一端可拆卸连接，所述应力检测组件用于检测待检测岩石层的应力；

8、所述钻头组件固定设置于所述外管总成的一端，所述钻头组件与所述应力检测组件远离所述内管总成的所述第二端的一侧可拆卸连接。

9、可选地，所述应力检测组件包括沿轴向相连的切缝单元和传感器单元，且所述切缝单元和所述传感器单元相连接后形成应力检测筒，所述应力检测筒的内侧壁与所述内管总成的外侧壁之间形成泥浆流道，以供所述泥浆进入；

10、所述切缝单元的一端与所述钻头组件相连，所述传感器单元的一端与所述内管总成内侧壁相连；

11、所述传感器单元能够沿所述应力检测筒的径向穿过所述外管总成伸出或者缩回，所述切缝单元能够沿所述应力检测筒的径向穿过所述外管总成伸出或者缩回。

12、可选地，在所述切缝单元和所述传感器单元之间还设置有连接管；

13、所述连接管的两端分别与所述切缝单元和所述传感器单元可拆卸连接。

14、可选地，所述切缝单元包括钻头连接管、切缝弹性件、第一阀门、叶片和两个第一安装接头；

15、所述钻头连接管与所述连接管之间设置有切缝接管，且所述切缝接管的两端分别与所述钻头连接管和所述连接管的侧面分别相抵，所述切缝接管与所述内管总成之间为所述泥浆流道一部分，且所述切缝弹性件套设于所述切缝接管的外部，且与所述切缝接管的外侧壁相抵；

16、所述钻头连接管的一端与所述钻头组件可拆卸连接，所述钻头连接管的另一端与一所述第一安装接头可拆卸连接，所述钻头连接管与一所述第一安装接头之间构成第一环形槽，以放置所述切缝弹性件的一端，所述切缝弹性件的另一端放置于所述连接管与另一所述第一安装接头之间构成第二环形槽的另一端；

17、所述切缝接管的底部开设有用于放置所述第一阀门的第一通孔，所述第一阀门能够承受的最大压力为p2；

18、所述叶片的底部端面与所述切缝弹性件的顶部外侧壁相抵。

19、可选地，所述叶片包括圆弧状的叶片主体和竖直状的切刀；

20、所述叶片主体的内侧弧面与所述切缝弹性件相抵，所述叶片主体的所述外侧弧面与所述切刀固定连接。

21、可选地，所述传感器单元包括安装管、传感橡胶、第二阀门、传感器主体和两个第二安装接头；

22、所述安装管与所述连接管之间设置有传感接管，且所述传感接管的两端分别与所述安装管和所述连接管的侧面分别相抵，所述传感接管与所述内管总成之间为所述泥浆流道的一部分，且所述传感橡胶套设于所述传感接管的外部，且与所述传感接管的外侧壁相抵；

23、所述安装管的一端与所述内管总成可拆卸连接，所述安装管的另一端与一所述第二安装接头可拆卸连接，所述安装管与一所述第二安装接头之间构成第三环形槽，以放置所述传感橡胶的一端，所述传感橡胶的另一端放置于所述连接管与另一所述第二安装接头之间构成第四环形槽的另一端；

24、所述传感接管的底部开设有用于放置所述第二阀门的第二通孔，所述第二阀门能够承受的最大压力为p1，且所述p2大于所述p1；

25、所述传感器主体的底部端面与所述传感橡胶的顶部外侧壁相抵。

26、可选地，所述第一安装接头为圆筒状结构件；

27、所述第一安装接头具有依次相连通的螺纹孔、第一安装孔、斜孔和第二安装孔；

28、所述螺纹孔能够分别与所述钻头连接管、连接管以及后端的端部相配合螺接；

29、所述第一安装孔的直径大于所述第二安装孔的直径，所述第二安装孔的直径与所述切缝接管或者所述传感接管的直径相同；

30、所述第二安装接头与所述第一安装接头的结构相同。

31、可选地，所述第一连接安装头的外壁以及靠近所述螺纹孔的一端开设有密封环形槽。

32、可选地，所述传感器单元还包括电源模块、信号采集模块和声波发射模块；

33、所述传感器主体通过导线依次与所述电源模块、所述信号采集模块、所述声波发射模块相连，所述传感器主体测出的应变变化值通过所述声波发射模块经过所述钻杆发送至地面。

34、可选地，所述外管总成包括第一外管和第二外管；

35、所述第一外管与所述第二外管端部可拆卸连接，所述第一外管设置于靠近于所述钻头组件的一侧，所述第一外管侧壁上分别设有供所述切缝单元和所述传感器单元伸出的第一窗口和第二窗口。

36、(三)有益效果

37、本发明的有益效果是：本发明的一种用于地应力测量的取芯钻具，在正常的绳索取芯钻进的过程，通过应力检测组件获取应变变化值，从而得出岩体应力状况，相比较套芯应力解除法，不需要单独提钻，换钻头打测量孔，不需要更换设备装置，工序简单，操作方便，节省了大量的工序，提高测量效率。更适合小空间钻进装置，尤其适合钻进取芯的装置，不仅满足了取芯钻进的速度，也能实时获取地应力的数据，在常规绳索取芯的工序上更能全面获取地层数据，为勘探地质岩层提供更为有利可靠的数据，为隧道建设打下良好的基础。