HF 水壓致裂地應力測試系統(tǒng)

    由于水壓致裂法能在深鉆孔中測量巖石應力并且具有花費較少的優(yōu)點，因而得到了廣泛的應用。測量原理表明，水壓致裂應力測量過程中的一些特征壓力點，如破裂壓力Pb、重張壓力Pr、關閉壓力Ps等與巖石應力有關。由于對于誘發(fā)破裂的產生、閉合及重張的機制還不十分了解，因此有幾種準則的公式用于巖石應力的計算。對于破裂性態(tài)的研究已作了很多理論和實驗工作。雖然實驗室實驗有它的優(yōu)點，但也有其局限性，如尺寸效應。大尺度水壓致裂過程中破裂性狀的研究是非常重要的。本著這一觀點，原位水壓致裂試驗選擇在具有很少自然節(jié)理的均勻巖體位置段進行。
  1、儀器及設備
采用單回路水壓致裂應力測量系統(tǒng)進行原位地應力測量。其主要儀器設備包括：
●高壓油泵及油路控制系統(tǒng)，其zui大壓力為60Mpa。
●高壓軟管。
●Φ76mm封隔器，印模器及連接件,直徑可根據現(xiàn)場需要改變。
●電子定時定向器。
●鎧裝五芯測量鋼纜。
●鉆桿式推拉開關。
●自動資料記錄系統(tǒng)，用于記錄及監(jiān)測壓力及流量的同步變化。
●相關采集軟件。
 
      相對于傳統(tǒng)水壓致裂地應力測量儀器，系統(tǒng)做了以下改進：
●采用單回路水壓致裂加壓系統(tǒng)，將特殊密封的鉆桿作為高壓管道，保證測量系統(tǒng)具備一定剛度穿過上覆土層。
●采用新型高強度推拉開關，只用一條高壓管加壓，分別使封隔器座封和工作段壓裂。
●采用特殊結構的新型封隔器，耐壓強度提高到60Mpa。
●回路中增設防塞裝置，防止鉆桿鐵銹脫落，堵塞液壓回路。
●采用串列安裝的印模器和定向器，一次下鉆可進行多段印模，提高工作效率。
●采用16通道實時數(shù)據采集系統(tǒng)，提高數(shù)據采集精度。
●加載和卸載過程自動控制，消除人為誤差。
 
2、測量過程
(1)根據地質編錄及地質柱狀圖、巖芯及井徑測井資料選取鉆孔測試段。
(2)將封隔器安置在預期的試驗段。
(3)對試驗段進行測漏試驗。
(4)破裂試驗。對于快速和慢速壓裂試驗來說，就是將水以快速或慢速泵入測試段，以使測試段增壓，直到壓力達到Pb時產生“破壞”。當測試段井壁水壓張破裂產生時停泵并打開閥門迅速將水返出。對于套管試驗來說，則是將一個單一的封隔器設置在測試段，然后使封隔器膨脹向孔壁加壓。加壓到超過“破壞”壓力，以便在孔壁產生破裂。“破壞”壓力可由鄰近測試段的快速或慢速壓裂試驗得到。
(5)破裂重張及關閉壓力。再次將水泵入測試段，使之增壓到使誘發(fā)張破裂重新張開。使破裂重新張開的壓力叫重張壓力Pr。當壓力趨于穩(wěn)定時停泵。我們可以從壓力隨時間的變化曲線上得到關閉壓力Ps。重張和關閉試驗通常要重復3-5個回次，以確保得到好的資料。為了精確地確定關閉壓力，有時我們還要作慢速排水試驗或并下關閉試驗。慢速排水試驗是在停泵時立即將測試段的水慢慢地排出，同時記錄返回流量與壓力隨時間的變化。井下關閉試驗是，當停泵時，井下開關立即關閉，以觀測井下壓力隨時間的變化情況。
(6)流量-壓力試驗(P-Q試驗)。在破壞回次以后的回次中，當我們以穩(wěn)定的流量泵人封隔段(試驗段)時，試驗段的壓力也趨于穩(wěn)定。進行壓力隨流量變化的實驗也是為了確定關閉壓力Ps。
（7）對測試數(shù)據進行地應力反演計算。