本發(fā)明涉及一種石油鉆采工程技術，特別涉及一種粘彈性應變測現(xiàn)場地應力的測試裝置的測量方法。

背景技術：

在石油鉆采工程中越來越需要有關原地應力狀態(tài)的數(shù)據(jù)，比如鉆井過程中井眼的穩(wěn)定問題；地層破裂壓力預測；壓裂工程設計；高壓注水中的地層破裂問題；斷層的滑動及復活問題；地下管柱外載計算及其抗擠壽命計算問題等等?，F(xiàn)有求地應力大小及方向的諸方法中，都有一定的局限性，因此各有利弊，一般很難以同時準確地求出地應力的方向和大小。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是針對現(xiàn)有技術存在的上述缺陷，提供一種粘彈性應變測現(xiàn)場地應力的測試裝置的測量方法，主要是用于測量了解地下某點的水平應力狀態(tài)，包括主應力的大小與方向。

本發(fā)明提到的一種粘彈性應變測現(xiàn)場地應力的測試裝置的測量方法，其技術方案是：包括以下步驟：

（1）將圓柱形標準試樣放置于巖心夾持系統(tǒng)（C）內，安放、安裝好實驗儀器并對掃描多級速度加載系統(tǒng)（A）、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（D）和計算機后處理系統(tǒng)（E）的參數(shù)進行設置；其中巖心夾持系統(tǒng)（C）上方套有的激光掃描系統(tǒng)（B），實現(xiàn)巖石外表形變的數(shù)據(jù)測量；掃描多級速度加載系統(tǒng)（A）結合激光掃描系統(tǒng)（B），實現(xiàn)對巖石外表采集數(shù)據(jù)的周期性測定；數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（D）依附于激光掃描系統(tǒng)（B），實現(xiàn)巖石外表形變的數(shù)據(jù)測量采集匯總，并傳輸至計算機后處理系統(tǒng)（E）予以存儲；通過計算機后處理系統(tǒng)（E）計算得到巖石地應力試驗過程中巖石的變形程度，繪制出巖石變形、時間、粘彈性間的相互關系曲線，并予以可視化顯示，計算出現(xiàn)場地應力；

（2）通過激光掃描系統(tǒng)（B）配合掃描多級速度加載系統(tǒng)（A）對巖心短時間形變測量，通過最小二乘法數(shù)值擬合獲得整個鉆孔橫截面輪廓的變形，并根據(jù)彈性力學公式計算出最大和最小水平主應力。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明粘彈性應變測現(xiàn)場地應力的測量裝置的試驗結果可測量現(xiàn)場應變地應力，操作簡單，結果可靠，并可直觀可視化顯示結果；另外，本發(fā)明的試驗結果可為地應力的測量提供重要的試驗技術支持。

附圖說明

附圖1是本發(fā)明的整體結構示意圖；

附圖2是本發(fā)明的各部件的解剖說明圖；

附圖3是本發(fā)明的掃描器旋轉支架部件結構示意圖；

上圖中：掃描多級速度加載系統(tǒng)A、激光掃描系統(tǒng)B、巖心夾持系統(tǒng)C、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)D、計算機后處理系統(tǒng)E；激光掃描旋轉支架1、側面外殼2、底座3、巖心夾持器4、傳動臂5、多級速度適配器6、控制傳輸線7、數(shù)據(jù)傳輸線8、外殼上蓋9、掃描旋轉支架卡槽10、激光測距器11、計算機12、圓筒13、圓環(huán)14、橫向卡槽15、凸起部16、聲波測試系統(tǒng)17，軸向位移計18。

具體實施方式

參照附圖1-3，本發(fā)明提到的一種粘彈性應變測現(xiàn)場地應力的測試裝置，包括掃描多級速度加載系統(tǒng)A、激光掃描系統(tǒng)B、巖心夾持系統(tǒng)C、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)D、計算機后處理系統(tǒng)E，其中巖心夾持系統(tǒng)C上方套有激光掃描系統(tǒng)B，實現(xiàn)巖石外表形變的數(shù)據(jù)測量；掃描多級速度加載系統(tǒng)A結合激光掃描系統(tǒng)B，實現(xiàn)對巖石外表采集數(shù)據(jù)的周期性測定；數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)D依附于激光掃描系統(tǒng)B，實現(xiàn)巖石外表形變的數(shù)據(jù)測量采集匯總，并傳輸至計算機后處理系統(tǒng)E予以存儲；通過計算機后處理系統(tǒng)E計算得到巖石地應力試驗過程中巖石的變形程度，繪制出巖石變形、時間、粘彈性間的相互關系曲線，并予以可視化顯示，計算出現(xiàn)場地應力。

其中，掃描多級速度加載系統(tǒng)A包括外殼上蓋9、多級速度適配器6、傳動臂5，其中，外殼上蓋9通過側面外殼2固定，多級速度適配器6和傳動臂5固定在外殼上蓋9上，多級速度適配器6通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)D中的控制傳輸線7與計算機后處理系統(tǒng)E相連。

另外，激光掃描系統(tǒng)B包括激光掃描旋轉支架1、圓筒13、圓環(huán)14，兩個激光掃描旋轉支架1的下部固定在圓環(huán)14和圓筒13上，通過圓環(huán)14和圓筒13與底座固定在一起，多個激光測距器11沿豎直方向等間距排列，所述的激光掃描旋轉支架1的上方與傳動臂5連接，用于穩(wěn)定激光掃描旋轉支架，并使其按傳動臂5控制旋轉；激光測距器11與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)D中的數(shù)據(jù)傳輸線8相連，將激光測距器的數(shù)據(jù)傳輸?shù)接嬎銠C后處理系統(tǒng)E。

另外，巖心夾持系統(tǒng)C包括底座3、巖心夾持器4，底座3的上側設有凸起部16，通過縱向卡槽10和橫向卡槽15與激光掃描旋轉支架1相配合連接，且?guī)r心夾持器4固定在底座3上，所述的巖心夾持器4靠近巖心試樣的位置包裹彈性橡膠。

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)D包括數(shù)據(jù)傳輸線8和控制傳輸線7，并通過數(shù)據(jù)傳輸線8和控制傳輸線7分別連接到計算機后處理系統(tǒng)E，計算機通過數(shù)據(jù)交換口將定時采集的數(shù)據(jù)予以儲存、顯示，并基于數(shù)據(jù)處理可視化程序計算得到試驗過程中巖石的外部形變，繪制出巖石形變、時間、應力和應變參數(shù)間的相互關系曲線，并予以可視化顯示。

參照附圖2，縱向卡槽10設置在凸起部16的外側的底座表面上，橫向卡槽15設置在凸起部16的上部，通過縱向卡槽10與圓筒13配合固定，通過橫向卡槽與圓環(huán)14配合固定，從而將激光掃描旋轉支架1與底座3固定在一起；上述的激光測距器11設有五個激光測距器11。其中，兩個激光掃描旋轉支架1，一組應變值取二者半個周期內掃描的數(shù)據(jù)；應變值取5個激光測距器11和的平均，用于確保試樣測量準確性；所用的試樣為圓柱形試樣，直徑為50mm，高度可在90-110mm之間予以調整，且試樣裝入巖心試樣夾持系統(tǒng)C中；

本發(fā)明提到的一種粘彈性應變測現(xiàn)場地應力的測試裝置的測量方法，包括以下步驟：

（1）將圓柱形標準試樣放置于巖心夾持系統(tǒng)C內，安放、安裝好實驗儀器并對掃描多級速度加載系統(tǒng)A、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)D和計算機后處理系統(tǒng)E的參數(shù)進行設置；其中巖心夾持系統(tǒng)C上方套有的激光掃描系統(tǒng)B，實現(xiàn)巖石外表形變的數(shù)據(jù)測量；掃描多級速度加載系統(tǒng)A結合激光掃描系統(tǒng)B，實現(xiàn)對巖石外表采集數(shù)據(jù)的周期性測定；數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)D依附于激光掃描系統(tǒng)B，實現(xiàn)巖石外表形變的數(shù)據(jù)測量采集匯總，并傳輸至計算機后處理系統(tǒng)E予以存儲；通過計算機后處理系統(tǒng)E計算得到巖石地應力試驗過程中巖石的變形程度，繪制出巖石變形、時間、粘彈性間的相互關系曲線，并予以可視化顯示；

（2）通過激光掃描系統(tǒng)B配合掃描多級速度加載系統(tǒng)A對巖心短時間形變測量，通過最小二乘法數(shù)值擬合獲得整個鉆孔橫截面輪廓的變形；

（3）通過聲波測試系統(tǒng)（圖中17）測試得到振幅隨時間的衰減系數(shù)，進而利用下式計算巖石粘性系數(shù)。

式中為聲波振幅隨時間的衰減系數(shù)，通過聲學測試系統(tǒng)獲得；為聲波頻率；E為巖石彈性模量；為巖石粘性系數(shù)。

（4）利用開爾文粘彈性模型對步驟1中測得的粘彈性數(shù)據(jù)進行分析，并通過下式得到等效模量。

（5）利用等效模量根據(jù)虎克定律計算各地應力大小與方向。