一种用于随钻水压测量的装置及方法

本发明涉及钻孔涌水压力测量，特别涉及一种用于随钻水压测量的装置及方法。

背景技术：

1、本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术，并不必然构成现有技术。

2、隧洞超前钻孔涌水压力是指在钻进中遇到承压水层时，承压水涌入钻孔的水压力。钻孔涌水压力的检测与预测对于保障安全钻进，提高钻井效率，优化钻井工艺，降低钻井成本等都具有重要的指导意义。在超前预测领域，预测前方含水不良地质体是十分重要的工作，虽然物探手段非常便利，但其多解性和不能完全定量的特性不能准确提供预测数据，所以结合钻探作业，通过检测钻孔中的钻孔涌水压力，可以准确预测并评估前方含水区域的情况，提前探明掌子面前方含水体的地下水发育情况，进行超前处置，避免突水突泥等灾害事故的发生。

3、发明人发现，隧道钻探作业往往是水平钻进或小角度钻进，传统竖井的钻孔涌水压力测算公式与测量方式并不适用于隧道钻探作业；而且，传统油气井钻孔涌水压力测量设备价格较高昂，对于进尺深度较浅的隧道钻进作业性价比较低；另外，现行的钻孔涌水压力测量方式往往需要提钻、更换设备后下钻测量，对于进尺较快、作业时间较短的隧道钻探作业来说，会大大影响钻探效率。

技术实现思路

1、为了解决现有技术的不足，本发明提供了一种用于随钻水压测量的装置及方法，能更加便捷且准确的测量钻孔涌水压力，且省去了传统测量方式中提钻和更换钻铤的步骤，极大的提高了工作效率。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、第一方面，本发明提供了一种用于随钻水压测量的装置。

4、一种用于随钻水压测量的装置，至少包括：密封测量组件、封隔器以及开设在钻铤主体内的流体测试室，流体测试室与钻铤前部的进水口连通，流体测试室与钻铤后部的出水口连通；

5、密封测量组件，包括：第一密封块、第一驱动杆、第二密封块、第二驱动杆、探头、流量计探头以及集成控制单元，流量计探头位于钻铤的外侧且与集成控制单元连接，探头位于流体测试室内且与集成控制单元连接；

6、第一密封块与第一驱动杆连接，用于在第一驱动杆的带动下密封或者打开进水口，第二密封块与第二驱动杆连接，用于在第二驱动杆的带动下密封或者打开出水口；

7、封隔器位于钻铤外部的进水口和出水口的中间位置，所述封隔器用于在第一驱动机构的控制下封闭或解封钻孔。

8、作为本发明第一方面进一步的限定，第一驱动机构包括推进环、活塞和液压控制单元，推进环位于封隔器后部，活塞位于推进环后部，推进环用于在活塞的带动下控制封隔器封闭或解封钻孔。

9、作为本发明第一方面进一步的限定，第一驱动杆杆与第二驱动机构连接，第二驱动杆与第二驱动机构连接，活塞与钻铤主体中开设有液压平衡通孔，所述第一驱动机构为液压驱动机构或者气压驱动系统或者电缸驱动机构，所述第二驱动机构为液压驱动机构。

10、作为本发明第一方面进一步的限定，推进环连接有限位器，以使得在关闭或者打开封隔器时推进环不阻挡出水口，第一密封块、第一驱动杆、第二密封块、第二驱动杆、探头、流量计探头、推进环、限位器、活塞和钻铤主体均为金属材质。

11、作为本发明第一方面进一步的限定，流体测试室靠近进水口的位置设有用于与第一密封块配合的第一密封垫块，流体测试室靠近出水口的位置设有用于与第二密封块配合的第二密封垫块。

12、作为本发明第一方面进一步的限定，推进环上用于与出水口重合的位置设有与出水口配合的开口。

13、第二方面，本发明提供了一种用于随钻水压测量的装置的工作方法。

14、一种用于随钻水压测量的装置的工作方法，利用本发明第一方面所述的用于随钻水压测量的装置，包括以下过程：

15、钻进作业进行之前，通过第一密封块将进水口密封，通过第二密封块将出水口密封；

16、进行钻进作业，当流量计探头收集的某处流量数据超过预定值，则判断此处有涌水点，测量作业开始；

17、液压控制单元控制活塞移动，通过活塞推动推进环将封隔器打开，完成对钻孔的封闭动作；

18、集成控制单元控制第一驱动杆将第一密封块回缩解除对进水口的密封，随后流体进入流量测量室；

19、探头测量钻孔涌水压力数据，在压力数据采集量达到预设值后，集成控制单元控制第二驱动杆将第二密封块回缩，解除出水口的密封；

20、集成控制单元控制探头停止测量钻孔涌水压力数据并开始测量流量数据；

21、数据收集完毕后，液压控制单元控制活塞移动，通过活塞推动推进环将封隔器关闭，解除对钻孔的封闭动作；

22、集成控制单元控制第一驱动杆和第二驱动杆，通过第一密封块将进水口密封，通过第二密封块将出水口密封。

23、作为本发明第二方面进一步的限定，进行钻进作业，当流量计探头收集的流量数据超过预定值，集成控制单元判断此处有涌水点，并向掌子面控制器发送脉冲信号，掌子面控制终端接受信号，记录涌水位置，向液压控制单元发射脉冲信号，测量作业开始。

24、作为本发明第二方面进一步的限定，钻孔内有多个涌水点时，在钻进过程中遇到涌水点，完成测量工作并记录涌水位置与相关流量数据后继续钻进，后续遇到的涌水点重复此过程直至钻进任务终止；

25、钻孔内有多个涌水点时，钻进结束提钻之前，确定复测涌水点，钻进时所测涌水点数据代表钻进当时涌水点水量及水压，提钻时复测涌水点数据代表复测点之前涌水段的总水压及总水量，根据复测涌水点的数据对钻进首测数据进行校正；

26、钻孔内有多个涌水点时，钻进结束提钻时，掌子面位置不断收到遇到涌水点的脉冲信号，根据接收到的脉冲信号判断是否为复测点，如果为复测点则进行测量工作，测量工作完成后继续提钻；若非复测点，则继续提钻。

27、第三方面，本发明提供了一种钻铤，其特征在于，包括本发明第一方面所述的用于随钻水压测量的装置。

28、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

29、1、本发明创新性的提出了一种用于随钻水压测量的装置，通过密封测量单元可以实时上传数据，通过液压控制单元可以实时控制封隔器的开闭，方便了数据的提取的同时省去了提钻更换钻铤的步骤，提高测量效率。

30、2、本发明创新性的提出了一种用于随钻水压测量的装置，通过密封测量单元中探头集成压力传感器与流量传感器，在测量随钻水压的同时可以获取流量数据。

31、3、本发明创新性的提出了一种用于随钻水压测量的装置，由于封隔器的存在，可以在不同涌水点位置封隔钻孔，从而测量不同位置的钻孔涌水压力，测试位置比较灵活而且可以在一次钻进过程中进行一个或多个涌水点的测量。

32、4、本发明创新性的提出了一种用于随钻水压测量的装置，测量方式简单可靠，与隧道钻探作业特性适配性较好，成本较油气井测量设备低廉。

技术特征：

1.一种用于随钻水压测量的装置，其特征在于，至少包括：密封测量组件、封隔器以及开设在钻铤主体内的流体测试室，流体测试室与钻铤前部的进水口连通，流体测试室与钻铤后部的出水口连通；

2.如权利要求1所述的用于随钻水压测量的装置，其特征在于，

3.如权利要求1所述的用于随钻水压测量的装置，其特征在于，

4.如权利要求1所述的用于随钻水压测量的装置，其特征在于，

5.如权利要求1所述的用于随钻水压测量的装置，其特征在于，

6.如权利要求1所述的用于随钻水压测量的装置，其特征在于，

7.一种用于随钻水压测量的装置的工作方法，其特征在于，利用权利要求1-6任一项所述的用于随钻水压测量的装置，包括以下过程：

8.如权利要求7所述的用于随钻水压测量的装置的工作方法，其特征在于，

9.如权利要求7所述的用于随钻水压测量的装置的工作方法，其特征在于，

10.一种钻铤，其特征在于，包括权利要求1-8任一项所述的用于随钻水压测量的装置。

技术总结
本发明提供了一种用于随钻水压测量的装置与方法，属于钻孔涌水压力测量技术领域。所述装置包括允许流体进出的进出水口、与进出水口相连的流量测试室、用于密封进出水口以及测量钻孔涌水压力的密封测量单元、用于封闭钻孔的封隔器、控制封隔器封闭或解封钻孔的液压控制单元、活塞以及推进环。本发明可以通过实时控制钻孔的封闭或解封实时测量不同位置的钻孔涌水压力与流体流量，省去了提钻和更换钻铤的多余动作，极大的提高了工作效率。

技术研发人员：李志强,陈安东,井鹏宇,聂利超,李元成,宋志成,褚国安,张硕
受保护的技术使用者：山东大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/24