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原文传递一种考虑温度效应的地应力测量装置及测量方法

专利名称：	一种考虑温度效应的地应力测量装置及测量方法
摘要：	一种考虑温度效应的地应力测量装置及测量方法，属于高地温区域地应力测量技术领域，所述测量装置包括机架、加压杆、电加热装置、高压油管、客户端、液压动力站、第一引伸计、第二引伸计、温度传感器及液压缸，客户端通过导线分别与电加热装置、液压动力站、第一引伸计、第二引伸计、温度传感器、液压缸及设置在加压杆上的压力传感器连接；电加热装置用于对放置在其内部的岩样加热；第一引伸计用于采集岩样的轴向应变数据；第二引伸计用于采集岩样的径向应变数据，温度传感器用于采集岩样温度，压力传感器所采集加压杆的施加压力数据。所述方法采用上述考虑温度效应的地应力测量装置进行测量，本发明使得在高地温区域地应力测量的可靠性提高。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	吉林;22
申请人：	吉林大学
发明人：	赵大军;周宇;阿卡迪亚·狄思金
专利状态：	有效
申请日期：	2019-03-14T00:00:00+0800
发布日期：	2019-05-21T00:00:00+0800
申请号：	CN201910191715.2
公开号：	CN109781509A
代理机构：	长春市吉利专利事务所
代理人：	李晓莉
分类号：	G01N3/02(2006.01);G;G01;G01N;G01N3
申请人地址：	130000 吉林省长春市前进大街2699号
主权项：	1.一种考虑温度效应的地应力测量装置，其特征在于，包括：机架(1)、加压杆(2)、电加热装置(4)、高压油管(6)、客户端(7)、液压动力站(8)、第一引伸计(9)、第二引伸计(10)、温度传感器(11)及液压缸(12)，所述液压缸(12)安装在机架(1)的底部中央位置，液压缸(12)通过高压油管(6)与液压动力站(8)连接，液压缸(12)的活塞杆与加压杆(2)上部连接；所述加压杆(2)的下部设置有压力传感器；所述客户端(7)通过导线分别与电加热装置(4)、液压动力站(8)、第一引伸计(9)、第二引伸计(10)、温度传感器(11)、液压缸(12)及设置在加压杆(2)上的压力传感器连接；所述电加热装置(4)用于对放置在其内部的岩样(5)加热；第一引伸计(9)安装在岩样(5)上，第一引伸计(9)用于采集岩样(5)的轴向应变数据；所述第二引伸计(10)安装在岩样(5)上，第二引伸计(10)用于采集岩样(5)的径向应变数据，温度传感器(11)的探头设置在岩样(5)的侧壁上，温度传感器(11)用于采集岩样(5)温度。 2.根据权利要求1所述考虑温度效应的地应力测量装置，其特征在于，该测量装置还包括支撑杆(3)，支撑杆(3)用于固定机架(1)。 3.根据权利要求1所述考虑温度效应的地应力测量装置，其特征在于，所述加压杆(2)外侧设有隔热外壳。 4.根据权利要求1所述考虑温度效应的地应力测量装置，其特征在于，所述电加热装置(4)由加热管(41)、保温装置(42)及隔温装置(43)组成，保温装置(42)及隔温装置(43)围成顶部敞口的中空圆柱形结构，加热管(41)与所述中空圆柱形结构同轴并设置在其内侧壁上，加热管(41)呈螺旋形布置。 5.根据权利要求1所述考虑温度效应的地应力测量装置，其特征在于，所述第一引伸计(9)为型号3549-025M-0101-ST引伸计。 6.根据权利要求1所述考虑温度效应的地应力测量装置，其特征在于，所述第二引伸计(10)为型号3580-025M-0101-ST引伸计。 7.根据权利要求1所述考虑温度效应的地应力测量装置，其特征在于，所述温度传感器(11)为二氧化硅绝缘热电偶。 8.一种考虑温度效应的地应力测量方法，其特征在于，该方法采用权利要求1-7中任一一项所述考虑温度效应的地应力测量装置进行测量，包括如下步骤：步骤1：选定勘探区域，在预定钻探深度钻取岩心，同时获取所钻探深度处岩石温度T，在所钻取岩心的内部钻取六根直径为岩心直径1/2的岩样(5)，第一根岩样(5)的轴线与岩心轴向垂直，第二根岩样(5)与岩心同轴，将钻取第一根岩样(5)和第二根岩样(5)时岩心所在位置设为岩心初始位置，以初始位置为基准将岩心绕其轴线顺时针旋转90度后钻取第三根岩样(5)，第三根岩样(5)的轴线与岩心轴线成45度，以初始位置为基准将岩心绕其轴线顺时针旋转135度后钻取第四根岩样(5)，第四根岩样(5)的轴线与岩心轴线成45度，以初始位置为基准将岩心绕其轴线顺时针旋转180度后钻取第五根岩样(5)，第五根岩样(5)的轴线与岩心轴线成45度，以初始位置为基准将岩心绕其轴线顺时针旋转270度后钻取第六根岩样(5)，第六根岩样(5)的轴线与岩心轴线成45度，将得到的六根岩样(5)根据方向做标记，备用；步骤2：选取步骤1中任意一根岩样(5)进行地应力测试，在对岩样(5)加热之前，首先测量岩样(5)的直径，并将测量结果输入客户端(7)，得到岩样(5)的横截面积，再将温度传感器(11)的探头设置在岩样(5)的侧壁上，最后将第一引伸计(9)和第二引伸计(10)安装在岩样(5)上；步骤3：将经步骤2处理得到的岩样(5)放置在电加热装置(4)中，岩样(5)与加压杆(2)同轴，客户端(7)向电加热装置(4)发送加热信号，电加热装置(4)接收加热信号并对岩样(5)进行加热，同时温度传感器(11)将其实时采集的岩样(5)温度传送给客户端(7)，岩样(5)温度达到步骤1所获取的钻探深度处岩石温度T时，维持该温度10分钟；步骤4：加热完成后，客户端(7)向液压动力站(8)发送启动信号，液压动力站(8)接收启信号并启动，液压动力站(8)中的液压油经高压油管(6)进入液压缸(12)中，液压缸(12)的活塞杆推动加压杆(2)对岩样(5)进行单轴压缩加载，并通过客户端(7)实时采集在加载过程中加压杆(2)的实时施压数据、第一引伸计(9)所采集的轴向应变数据及第二引伸计(10)所采集的径向应变数据，并通过获得的加压数据与预先获得的岩样(5)的横截面积作比，得到应力数据，即得到第一组轴向应力-应变数据及第一组径向应力-应变数据；步骤5：重复步骤4得到第二组轴向应力-应变数据及第二组径向应力-应变数据；步骤6：加载试验结束后，通过客户端(7)将第二组轴向应力-应变数据与第一组轴向应力-应变数据中同一轴向应力σ所对应的轴向应变数据相减得到轴向应变差Δε及数据点(σ，Δε)，根据获得的数据点(σ，Δε)绘制轴向应力-应变差数据曲线，其中Δε满足如下关系式： Δε＝ε2(σ)-ε1(σ)＝ε2T(σ)+ε2UT(σ)-(ε1T(σ)+ε1UT(σ)) ε1(σ)为第一次加载中轴向应力σ所对应的轴向应变数据，ε1T(σ)为第一次加载中轴向应力σ所对应的温度应变数据，ε1UT(σ)为第一次加载中轴向应力σ所对应的非温度应变数据，ε2(σ)为第二次加载中轴向应力σ所对应的应变数据，ε2T(σ)为第二次加载中轴向应力σ所对应的温度应变数据，ε2UT(σ)为第二次加载中轴向应力σ所对应的非温度应变数据，由于两次温度相同，因此，两次温度应变直接抵消；步骤7：重复步骤6得到径向应力-应变差数据曲线；步骤8：将步骤7所述径向应力-应变差数据曲线的斜率发生突变处所对应的径向应力数据作为参考应力数据，将步骤6所述轴向应力-应变差数据曲线的斜率发生突变处所对应的轴向应力数据作为试验应力数据；当试验应力数据与参考应力数据之间的差值小于5％，取该试验应力数据为考虑温度效应下的地应力；当试验应力数据与参考应力数据之间的差值大于5％，重复步骤1～步骤7对岩样(5)重新进行试验，直至试验应力数据与参考应力数据之间的差值小于5％，取该试验应力数据为考虑温度效应下的地应力；步骤9：关闭电加热装置(4)，待考虑温度效应的地应力测量装置与岩样(5)冷却后，取出岩样(5)，继续下组试验，待六根岩样(5)全部测试结束，取所得考虑温度效应下的地应力最大的岩样(5)所对应的考虑温度效应下的地应力为主应力，对应岩样(5)的取向为主应力方向。
所属类别：	发明专利