本發(fā)明屬于工程地質(zhì)勘測的，具體涉及一種裂隙方向確定裝置以及方法。

背景技術(shù)：

1、常規(guī)水壓致裂法地應(yīng)力測試主要分為兩部分:水力壓裂測試及壓裂縫印模測試根據(jù)水壓致裂法力學(xué)理論分別可獲得測試巖體的應(yīng)力量值與應(yīng)力方向。目前,水壓致裂法地應(yīng)力常規(guī)測試方法主要還是通過獨(dú)立測試應(yīng)力大小和方向?qū)崿F(xiàn),消耗時間長,操作繁瑣且反復(fù)測試容易導(dǎo)致鉆孔失穩(wěn),需要投入較多的人力物力。隨著技術(shù)發(fā)展,也出現(xiàn)了一些可以同時采集應(yīng)力大小和方向的水壓致裂地應(yīng)力測試裝置,根據(jù)其主要特點(diǎn)可分為三類:其一是在壓裂測試形成裂縫的過程中,基于波速成像方法來表征出壓裂縫的方向；其二是在成縫過程中,結(jié)合鉆孔電視成像方法來直接顯現(xiàn)出壓裂縫方向；其三是采用導(dǎo)流板確定裂縫方向(cn116816337a)。這三種方法均可以同時采集測試巖體的應(yīng)力大小和方向,但前兩種制造成本非常高昂，可推廣程度較低，第三種方法在實(shí)際應(yīng)用過程中因壓裂縫不是完全對稱的，導(dǎo)致其在使用過程中有會隨著水流有較大的波動，導(dǎo)致裂縫定位誤差較大。故需要開發(fā)一種使用更為便捷且定向更為準(zhǔn)確的裂隙確定裝置及方法。

2、伯努利原理是流體力學(xué)中的一條基本原理，它由瑞士流體物理學(xué)家丹尼爾·伯努利在1726年提出，其實(shí)質(zhì)是理想流體的機(jī)械能守恒。在理想條件下，同一流管的任何一個截面處，單位體積流體的動能、勢能和壓力勢能之和是一個常量。其最為著名的推論為：等高流動時，流速越大，壓強(qiáng)越小。根據(jù)此原理，在水壓致裂過程中，圍巖產(chǎn)生裂縫時，裂縫位置的流速最大，壓力最小，故可以以此特征進(jìn)行裂縫定位。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的一個目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，提供一種裂隙方向確定裝置，該裝置能夠準(zhǔn)確且便捷地確定裂隙方向，不受地應(yīng)力測試的干擾，且能對各種形式的裂隙定向均較為有效。

2、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

3、一種裂隙方向確定裝置，所述裂隙方向確定裝置設(shè)置于水壓致裂法的測試段中，包括：多個壓力傳感器、傳感器支架以及帶存儲功能的電子羅盤，所述多個壓力傳感器固定在傳感器支架上，且固定完成后的所述多個壓力傳感器沿測試段的鉆孔周向間隔布設(shè)，所述電子羅盤設(shè)置在傳感器支架上，所述電子羅盤還與所述多個壓力傳感器電連接，用于記錄電子羅盤的方位變化及各壓力傳感器的壓力變化。

4、進(jìn)一步地，傳感器支架包括中心桿、沿中心桿周向設(shè)置的多個支桿以及固定在多個支桿上的固定環(huán)，多個壓力傳感器等間隔設(shè)置在固定環(huán)上，所述電子羅盤設(shè)置在中心桿旁或設(shè)置在中心桿端側(cè)。

5、進(jìn)一步地，所述壓力傳感器數(shù)量依據(jù)測量精度確定，相鄰傳感器相對于孔中心的角度即為測量精度。

6、進(jìn)一步地，在安裝電子羅盤時，記錄電子羅盤與其中某一壓力傳感器的初始相對方位。

7、進(jìn)一步地，所述壓力傳感器的體積小至不干擾水流的流向。

8、本發(fā)明的另一個目的時提供一種根據(jù)上述的裂隙方向確定裝置的裂隙方向確定方法，包括如下步驟：

9、s1：安裝裂隙方向確定裝置，記錄電子羅盤基線與其中某一壓力傳感器的初始相對方位，將所述裂隙方向確定裝置放入水壓致裂法的鉆孔測試段處，進(jìn)行水壓致裂法地應(yīng)力測試；

10、s2：測試過程中電子羅盤記錄各壓力傳感器的壓力變化；

11、s3：測試完畢后取出電子羅盤并讀取數(shù)據(jù)，對比各壓力傳感器關(guān)閉重張階段的壓力，壓力值的兩個局部最低值的壓力傳感器所在的方位即為裂縫方位；

12、s4：根據(jù)電子羅盤基線與所述其中某一壓力傳感器的初始相對方位以及重張階段電子羅盤讀數(shù)和壓力最低值的壓力傳感器所在位置，確定裂縫大地方位角，即自電子羅盤讀數(shù)刻度順時針旋轉(zhuǎn)至初始相對方位對應(yīng)刻度之間角度即為裂縫大地方位角。

13、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：本發(fā)明的裂隙方向確定裝置根據(jù)伯努利原理進(jìn)行定向的，即鉆孔內(nèi)速度越快的水流壓力越低，而在鉆孔孔周，靠近裂縫位置水的流速最快，故可以孔周壓力確定壓裂縫方位，因此，本發(fā)明采用環(huán)形布置的壓力傳感器獲取孔周壓力，進(jìn)而對裂縫進(jìn)行精準(zhǔn)定位，適應(yīng)于對稱或非對稱的壓裂縫，且制造成本低，使用便捷；另外，本發(fā)明可與水壓致裂法地應(yīng)力互不干擾同時進(jìn)行，由于中心桿上可以同時設(shè)置多個壓力測試斷面，故可以不需要一段一提鉆，有效提高了效率。

技術(shù)特征：

1.一種裂隙方向確定裝置，其特征在于，所述裂隙方向確定裝置設(shè)置于水壓致裂法的測試段中，包括：多個壓力傳感器、傳感器支架以及帶存儲功能的電子羅盤，所述多個壓力傳感器固定在傳感器支架上，且固定完成后的所述多個壓力傳感器沿測試段的鉆孔周向間隔布設(shè)，所述電子羅盤設(shè)置在傳感器支架上，所述電子羅盤還與所述多個壓力傳感器電連接，用于記錄電子羅盤的方位變化及各壓力傳感器的壓力變化。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裂隙方向確定裝置，其特征在于，傳感器支架包括中心桿、沿中心桿周向設(shè)置的多個支桿以及固定在多個支桿上的固定環(huán)，多個壓力傳感器等間隔設(shè)置在固定環(huán)上，所述電子羅盤設(shè)置在中心桿旁或設(shè)置在中心桿端側(cè)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裂隙方向確定裝置，其特征在于，所述壓力傳感器數(shù)量依據(jù)測量精度確定，相鄰傳感器相對于孔中心的角度即為測量精度。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裂隙方向確定裝置，其特征在于，在安裝電子羅盤時，記錄電子羅盤與其中某一壓力傳感器的初始相對方位。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裂隙方向確定裝置，其特征在于，所述壓力傳感器的體積小至不干擾水流的流向。

6.一種根據(jù)權(quán)利要求1-5任意一項(xiàng)所述的裂隙方向確定裝置的裂隙方向確定方法，其特征在于，包括如下步驟：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種裂隙方向確定裝置及方法，所述裂隙方向確定裝置設(shè)置于水壓致裂法的測試段中，包括：多個壓力傳感器、傳感器支架以及帶存儲功能的電子羅盤，所述多個壓力傳感器固定在傳感器支架上，且固定完成后的所述多個壓力傳感器沿測試段的鉆孔周向間隔布設(shè)，所述電子羅盤設(shè)置在傳感器支架上，所述電子羅盤還與所述多個壓力傳感器電連接，用于記錄電子羅盤的方位變化及各壓力傳感器的壓力變化。本發(fā)明采用環(huán)形布置的壓力傳感器獲取孔周壓力，進(jìn)而對裂縫進(jìn)行精準(zhǔn)定位，適應(yīng)于對稱或非對稱的壓裂縫。

技術(shù)研發(fā)人員：羅笙,董志宏,王斌,周春華,錢源,付平,張新輝,張琦,艾凱,韓曉玉,劉元坤,陳長生,賈建紅,倪凱軍,楊招偉,胡英國
受保護(hù)的技術(shù)使用者：長江水利委員會長江科學(xué)院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2