水压致裂原地应力测量高压流体控制系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种水压致裂原地应力测量高压流体控制系统，包括不锈钢壳体和集成封装于不锈钢壳体内的控制管路和管道元器件；不锈钢外壳上标识有高压流体的走向及压力表和流量计。本实用新型可以实现高压下渗透性自检、应力测量高压流体控制（包括双回路和单回路两种功能）、高压压水、压力传感器标定和高压流量计标定的功能。
【专利说明】水压致裂原地应力测量高压流体控制系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种水压致裂原地应力测量高压流体控制系统。
【背景技术】
[0002]水压致裂技术是进行原地应力测量的一种有效而可靠的方法，试验设备简单，操作方便，测量结果直观，精度高，而且测量深度不受限制，代表性好。近年来，该技术在深长隧道勘察设计中得到了广泛的应用。其方法是通过在深钻孔中进行连续的水压致裂应力测量，获得测点附近原地应力的大小、方向及岩石的破裂压力、重张压力以及抗拉强度等力学参数，为分析深埋隧道围岩的稳定性并判断施工时发生岩爆的可能性等问题提供重要依据。
[0003]中国大陆境内普遍使用的水压致裂原地应力测试系统有两类，一类是双回路测试系统，另一类是单回路测试系统，两类测试系统均由六个部分组成，分别是高压流体控制系统、高压水泵、动力系统、数据记录和采集系统、跨接式封隔器和钻杆系统，高压流体控制系统是地表设备中的重要组成部分。
[0004]发明人所在的单位中国地震局地壳应力研究所是开展水压致裂原地应力测试最早的单位之一，所有的水压致裂测试系统均由研究所自行研发组装，并推广到全国各行各业使用。在早期，水压致裂原地应力测试系统的高压流体控制系统采用液压单向球阀、针阀、耐震压力表以及连接件组成。现有高压流体控制系统存在以下问题:
[0005](I)标准化程度低，现有的高压流体控制系统均采用零散配件现场组装，各种阀体、连接件选择和安装都具有随意性，不符合标准化测试和原地应力测试现场质量控制的标准，需要对设备进行革新。
[0006](2)功能单一，现有的高压流体控制系统由于采用现场临时组装的策略，一般只为现场的需求而设定单一功能，无法满足现场多种情况。
[0007](3)安全性能差，现有的高压流体控制系统由于是现场临时组装的产品，无法全面考虑各种安全隐患和全面开展各种安全性能测试，故在使用过程中会存在较大的安全隐患，故需要增加现有系统的安全系数进而保障水压致裂原地应力测试过程中人员的人身安全。
[0008]鉴于以上客观技术原因，非常有必要开发新一代的高压流体控制系统。
实用新型内容
[0009]本实用新型需要解决的技术问题就在于克服现有技术的缺陷，提供一种水压致裂原地应力测量高压流体控制系统，它可以实现高压下渗透性自检、应力测量高压流体控制(包括双回路和单回路两种功能)、高压压水、压力传感器标定和高压流量计标定的功能。
[0010]为解决上述问题，本实用新型采用如下技术方案:
[0011]本实用新型提供了一种水压致裂原地应力测量高压流体控制系统，包括不锈钢壳体和集成封装于不锈钢壳体内的控制管路和管道元器件；不锈钢外壳上标识有高压流体的走向及压力表和流量计。
[0012]具体集成管路包括给试验段加压通道及水源，给试验段加压通道的一端连接高压加压装置，给试验段加压通道的另一端连接钻孔，高压加压装置连接水源，给试验段加压通道上安装有一个流量计、一个球阀和一个压力表；流量计的上游和压力表的下游之间的给试验段加压通道上并联一支泄水通道，泄水通道上安装有一个球阀，泄水通道通过一个球阀和一个流量计连接至水源，给试验段加压通道的流量计和球阀之间分流出两路，一路为回水流量记录通道，另一路为给封隔器加压通道，所述回水流量记录通道通过一个球阀、一个流量计连接至水源，所述给封隔器加压通道安装有针阀和封隔器加压压力表，给试验段加压通道压力表和封隔器加压压力表均连接有压力传感器。
[0013]两个压力传感器分别接入数据记录和采集系统。
[0014]所述高压加压装置为高压水泵，所述水源为蓄水箱。
[0015]本实用新型开发了新一代水压致裂原地应力测量高压流体控制系统。在前一代快速水压致裂高压流体控制系统的基础上全面升级革新高压流体控制系统，可以实现以下功倉泛:
[0016](I)按照标准化制造的概念，将高压流体控制系统的所有可能使用到的功能集成到一套系统上，并且对各种配件、组件按照标准件的要求规范生产，规范安装，尽量减少非标准件的使用。流体控制系统功能包括系统高压下渗透性自检、应力测量高压流体控制(包括双回路和单回路两种功能)、高压压水、压力传感器标定和高压流量计标定等功能；
[0017](2)全部系统封装在不锈钢外壳内，外壳上标识了高压流体的走向、压力表和流量计等设备，以整体提高设备的安全系数。
[0018]因而，本实用新型具有以下优点:
[0019](I)实现了水压致裂原地应力测量过程中各种高压流体控制功能的集成和实现，而且现场管线连接方便。
[0020](2)经过现场检验，本实用新型高压流体控制系统安全可靠，使用标识齐全，有效地保障了操作人员和监理人员的人身安全。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1为本实用新型结构示意图。
[0022]图2为水压致裂原地应力测量高压流体控制系统管理原理图。
[0023]图3为高压渗透性自检功能管理原理图。
[0024]图4为双回路水压致裂原地应力测量高压流体控制管理原理图。
[0025]图5为单回路水压致裂原地应力测量高压流体控制管理原理图。图6为高压压水高压流体控制管理原理图。
【具体实施方式】
[0026]如图1所示，本实用新型提供了一种水压致裂原地应力测量高压流体控制系统，包括不锈钢壳体100和集成封装于不锈钢壳体内的控制管路和管道元器件；不锈钢外壳上标识有高压流体的走向及压力表200和流量计300。图1中箭头方向为高压流体的走向。
[0027]如图2所示，具体集成管路包括给试验段加压通道I及水源2，给试验段加压通道的一端连接高压加压装置3，给试验段加压通道的另一端连接钻孔4，高压加压装置连接水源，给试验段加压通道上安装有一个流量计5、一个球阀6和一个压力表7 ;流量计的上游和压力表的下游之间的给试验段加压通道上并联一支泄水通道8，泄水通道上安装有一个球阀9，泄水通道通过一个球阀10和一个流量计11连接至水源，给试验段加压通道的流量计和球阀之间分流出两路，一路为回水流量记录通道12，另一路为给封隔器加压通道13，所述回水流量记录通道通过一个球阀14、一个流量计15连接至水源，所述给封隔器加压通道安装有针阀16和加压压力表17，给试验段加压通道压力表和封隔器加压压力表均连接有压力传感器18、19。
[0028]图2中箭头方向为高压流体的走向。
[0029]如图3、图4和图5所示，两个压力传感器分别接入数据记录和采集系统20。
[0030]所述高压加压装置为高压水泵，所述水源为蓄水箱。
[0031]本实用新型具有下列功能:
[0032](一)高压渗透性自检功能:
[0033]高压渗透性自检功能的原理示意图如图3所示，图3中关闭与钻孔和水箱连接的球阀，然后启动高压水泵，同时观测不同压力阶段流量计和压力表的显示值，观测高压流体控制系统压力表和高压传感器显示的数值是否一一对应，并标定压力传感器和高压流量。检查各个连接部位是否有冒水、滴漏等泄露现象。
[0034](二)双回路水压致裂测试过程:
[0035]双回路水压致裂原地应力测量功能的原理示意图如图4所示，图4中利用针阀与球阀分别控制井下封隔器和压裂段的加压和卸压，并在卸压阶段通过球阀的调整，可以监测卸压阶段的流量特征，测试过程中两个压力传感器可以分别监测压裂段的压力和封隔器压力，而流量计可以观测压裂段的加压流量，所有的监测数据通过数据采集仪采集并存储在计算机内。
[0036](三)单回路水压致裂测试过程:
[0037]单回路水压致裂原地应力测量功能的原理示意图如图5所示，图5中利用球阀控制井下封隔器和压裂段的加压和卸压，并在卸压阶段通过球阀的调整，可以监测卸压阶段的流量特征，测试过程中一个压力传感器在不同时段监测压裂段的压力和封隔器压力，而流量计可以观测压裂段的加压流量，所有的监测数据通过数据采集仪采集并存储在计算机内。
[0038](四)高压压水测试功能:
[0039]高压压水测量功能的原理示意图如图6所示，图6中利用球阀控制井下封隔器和压水段的加压和卸压，并在卸压阶段通过球阀的调整，可以监测卸压阶段的流量特征，测试过程中一个压力表监测压水段的压力和封隔器压力，而流量计可以观测压裂段的加压流量，所有的监测数据通过数据采集仪采集并存储在计算机内。
[0040]本实用新型水压致裂原地应力测量高压流体控制系统设计和制作完成后，首先在室内试验台上进行了检验，检验结果整个操作系统运行稳定、连接方便。
[0041]最后应说明的是:显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型的保护范围之中。
【权利要求】
1.一种水压致裂原地应力测量高压流体控制系统，其特征在于:包括不锈钢壳体和集成封装于不锈钢壳体内的控制管路和管道元器件；不锈钢外壳上标识有高压流体的走向及压力表和流量计。
2.如权利要求1所述的水压致裂原地应力测量高压流体控制系统，其特征在于，具体集成管路包括给试验段加压通道及水源，给试验段加压通道的一端连接高压加压装置，给试验段加压通道的另一端连接钻孔，高压加压装置连接水源，给试验段加压通道上安装有一个流量计、一个球阀和一个压力表；流量计的上游和压力表的下游之间的给试验段加压通道上并联一支泄水通道，泄水通道上安装有一个球阀，泄水通道通过一个球阀和一个流量计连接至水源，给试验段加压通道的流量计和球阀之间分流出两路，一路为回水流量记录通道，另一路为给封隔器加压通道，所述回水流量记录通道通过一个球阀、一个流量计连接至水源，所述给封隔器加压通道上安装有针阀和封隔器加压压力表，给试验段加压通道压力表和封隔器加压压力表均连接有压力传感器。
3.如权利要求2所述的水压致裂原地应力测量高压流体控制系统，其特征在于:两个压力传感器分别接入数据记录和采集系统。
4.如权利要求2或3所述的水压致裂原地应力测量高压流体控制系统，其特征在于:所述高压加压装置为高压水泵，所述水源为蓄水箱。
【文档编号】G01N3/02GK203532382SQ201320624928
【公开日】2014年4月9日 申请日期:2013年10月11日 优先权日:2013年10月11日
【发明者】王成虎, 王显军, 侯砚和, 张志国 申请人:中国地震局地壳应力研究所