CN110017132A - 一种水压致裂法封隔器和压裂段压力监测装置 - Google Patents
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Abstract
一种水压致裂测量装置，包括，压裂水道、座封水道、第一压力传感器以及第二压力传感器；其中，所述压裂水道用于为压裂段提供水压致裂操作所需的高压水；所述座封水道用于为封隔器提供能够使得所述封隔器膨胀的高压水；第一压力传感器能够测量或监测所述压裂水道内的压强；第二压力传感器能够同时测量或监测所述座封水道内的压强。所述水压致裂测量装置通过分别安装监测封隔器压力和压裂段压力的压力传感器，能够在有限的空间内实现同时监测压裂段和封隔器的压力情况的目的，并且压力传感器模块能够以较低的成本兼容现有的水压致裂测量装置，使得整个水压致裂测量装置功能更加丰富。
Description
技术领域
本发明涉及一种压力监测装置，尤其涉及一种用于对水压致裂地应力测量中的封隔器和压裂段的压力进行监测的装置。
背景技术
水压致裂法是现有测量地应力状态的一种有效方法，该方法使用水压致裂测量装置在钻孔中来实现。通常水压致裂测量装置的核心模块包括设置于上端的推拉开关、设置于下端的两个跨接式封隔器、设置在两个封隔器之间的压裂段、以及在此之间设置的各种水道。所述封隔器通过高压水进行膨胀，进而将压裂段与钻孔上下的空间封隔。所述压裂段在上下空间封隔的情况下通过高压水使得地层或岩体发生微破裂，进而通过压力传感器监测裂缝张开和闭合时的压力信息即可确定地应力的大小。在现有的水压致裂法地应力测量装置中，由于钻孔内部空间的限制，再加上封隔器的中心管杆内都设置有水力压裂时的过水通道，因而压力传感器无法安装于封隔器的内部，否则将会影响封隔器的耐高压结构和压裂高压水的流通，所以现有的水压致裂测量装置中一般只设有井上压力传感器，不设置井下压力传感器或只能安装一个监测压裂段压力的传感器，这使得监测封隔器压力存在困难。封隔器中的压力数据对于水压致裂地应力测量方法来说同样重要，是反映设备井下是否工作正常的重要依据，因而需要一种在有限的空间尺寸中能够准确、方便地监控封隔器水压的设计，来实现现有水压致裂测量装置功能的完善。
发明内容
针对以上存在的技术问题，本申请设计的压力监测装置通过将监测封隔器压力和监测压裂段压力的两个压力传感器整合在一个模块中，从而能够方便地实现同时监测压裂段和封隔器中水压情况的目的。
本发明涉及一种水压致裂测量装置，包括压裂水道、座封水道、第一压力传感器以及第二压力传感器；其中，所述压裂水道为压裂段提供水压致裂操作所需的高压水；所述座封水道为封隔器提供能够使得所述封隔器膨胀的高压水；第一压力传感器能够测量或监测所述压裂水道内的压强；第二压力传感器能够同时测量或监测所述座封水道内的压强。
优选为，所述第一压力传感器设置在所述压裂段内，所述第二压力传感器设置在压力传感器外护套内。
优选为，所述压力传感器外护套与所述压裂段连接，且所述压力传感器外护套内部能够与所述座封水道连通。
优选为，所述装置包括上封隔器、压裂段、压力传感器外护套、传感器底座以及下封隔器；所述上封隔器与所述压裂段的一端相连接；所述压裂段的另一端内侧与所述传感器底座相连接，所述另一端外侧与所述压力传感器外护套相连接；所述压力传感器外护套与所述下封隔器相连接；所述传感器底座密封所述压裂段内部的水道的远离上封隔器的一端。
优选为，所述压裂水道包括上封隔器中心杆水道以及压裂段内部水道。
优选为，所述上封隔器包括上封隔器中心杆，所述上封隔器中心杆内部具有所述上封隔器中心杆水道，所述上封隔器中心杆水道用于与上游水道相连通；所述压裂段内部具有所述压裂段内部水道，所述压裂段内部水道能够与所述上封隔器中心杆水道相连通；所述压裂段的侧壁上具有贯穿所述压裂段侧壁的至少一个压裂孔，所述压裂孔使得所述压裂段内部水道能够与所述压裂段的外部连通，以通过来自上游的高压水实现水压致裂操作。
优选为，所述座封水道包括上封隔器内部水道、压裂段侧水道、座封传感器水道以及下封隔器内部水道。
优选为，上封隔器具有所述上封隔器内部水道，所述上封隔器内部水道设置于上封隔器中心杆与上封隔器表层之间，用于通过所述上封隔器内部水道内的水压使得所述上封隔器表层膨胀。
优选为，所述压裂段侧水道沿平行于轴线的方向设置于所述压裂段的侧壁内，所述压裂段侧水道与所述压裂孔不相互连通；所述压裂段侧水道能够与所述上封隔器内部水道相连通。
优选为，所述压力传感器外护套内形成有所述座封传感器水道，所述座封传感器水道一端能够与所述压裂段侧水道连通，另一端能够与所述下封隔器内部水道相连通；所述下封隔器内部水道用于通过所述下封隔器内部水道内的水压使得所述下封隔器表层膨胀。
优选为，所述第一压力传感器和第二压力传感器均连接在所述传感器底座上。
优选为，所述传感器底座向着所述上封隔器的方向，沿轴线方向，在所述压裂段内同轴设置有压裂传感器护套，所述压裂传感器护套的外径小于所述压裂段内部水道的内径，以使得所述压裂传感器护套能够伸入到所述压裂段内部水道内；所述第一压力传感器被设置在所述压裂传感器护套内。
优选为，所述压裂传感器护套朝向上封隔器的一端具有开口，从而所述压裂传感器护套内与所述压裂段内部水道相连通，以允许所述压裂段内部水道内的高压水进入所述压裂传感器护套内，使得所述第一压力传感器能够测量所述压裂水道内的水压。
优选为，所述压裂传感器护套的开口处连接有压裂传感器保护接头，所述压裂传感器保护接头的内部具有贯通两端的通孔，以使得所述压裂段内部水道内的高压水能够通过所述通孔与所述压裂段压力传感器护套的内部相连通，同时使得所述压力传感器不能从所述压裂段压力传感器护套内脱出。
优选为，所述传感器底座向着下封隔器的方向，在所述压力传感器外护套内沿轴线方向同轴连接有座封传感器护套，所述第二压力传感器被设置在所述座封传感器护套内；所述座封传感器护套的外径小于所述压力传感器外护套的内径，以使得所述座封传感器护套被容纳在所述压力传感器外护套中时，所述座封传感器护套与所述压力传感器外护套同轴设置并在其间形成座封传感器水道。
优选为，所述座封传感器护套朝向下封隔器的一端具有开口，从而所述座封传感器护套内与所述座封传感器水道相连通，以允许所述座封传感器水道内的高压水能够进入所述座封传感器护套内，使得所述第二压力传感器能够测量所述座封水道内的水压。
优选为，所述座封传感器护套的开口处连接有座封传感器保护接头，所述座封传感器保护接头的内部具有贯通两端的通孔，以使得所述座封传感器水道内的高压水能够通过所述通孔与所述座封压力传感器护套的内部相连通，同时使得所述第二压力传感器不能从所述压裂段压力传感器护套内脱出。
与现有技术相比，本发明通过将测量压裂水道和座封水道的两个压力传感器设置在一个传感器底座的两边，从而形成一个压力监测模块，如此，有益效果在于当该模块被固定在压裂段和下封隔器之间时，能够在有限的空间内同时实现监测压裂水道中的水压和监测座封水道中的水压。本发明的设计简洁、操作方便，并且能够以较低的成本兼容现有的水压致裂测量装置，使得整个水压致裂测量装置功能更加丰富。
附图说明
附图1：用于水压致裂测量装置的压力监测装置结构示意图。
100-上封隔器、101-上封隔器中心杆、102-上封隔器内部水道、103-上封隔器表层、104-上封隔器中心杆水道、200-下封隔器、201-下封隔器内部水道、202-下封隔器表层、300-压裂段、301-压裂段水道、302-压裂段侧水道、303-压裂孔、401-传感器底座、402-压裂传感器护套、403-压力传感器、404-压裂传感器保护接头、405-压力传感器外护套、406-座封传感器护套、407-座封传感器水道、408-座封传感器保护接头。
具体实施方式
如图1所示，本实施例的水压致裂测量装置，包括上封隔器100、下封隔器200、压裂段300以及压力监测段400，均呈大致圆柱状。
所述上封隔器100具有上封隔器中心杆101及上封隔器表层103，所述上封隔器中心杆101和上封隔器表层103之间形成上封隔器内部水道102，所述上封隔器内部水道102用于在高压水的作用下使上封隔器表层103膨胀。所述上封隔器中心杆101内部中心沿轴线设置有上封隔器中心杆水道104，所述上封隔器100能够与压裂段300通过螺纹结构连接。
所述压裂段整体呈套筒状结构，在所述压裂段300内部中心沿轴线设置有压裂段水道301，在所述压裂段300的侧壁上沿平行轴线方向设置有压裂段侧水道302，当所述上封隔器100和所述压裂段300通过所述螺纹结构旋紧时，所述上封隔器中心杆水道104能够与所述压裂段水道301相连通，所述上封隔器内部水道102能够与所述压裂段侧水道302相连通。所述压裂段300的侧壁上沿垂直于所述轴线的横向设置有至少一个压裂孔303，例如在本实施例中设置有5个压裂孔303，所述压裂孔303的一端与所述压裂段水道301连通，另一端与所述压裂段300的外部相连通，用于将所述压裂段水道301内部的高压水释放到所述压裂段300的外侧，以实现水压致裂的效果。所述压裂孔300与所述压裂段侧水道302不相连通。
所述压裂段300远离所述上封隔器100的一端内侧能够与传感器底座401通过螺纹结构连接，所述传感器底座401能够在上述这一端密封所述压裂段水道301。所述传感器底座401向着所述上封隔器100的方向，沿轴线方向，在所述压裂段300内同轴设置有压裂传感器护套402，所述压裂传感器护套402的外径小于所述压裂段水道301的内径，以使得当所述传感器底座401与所述压裂段300连接时，所述压裂传感器护套402能够伸入到所述压裂段水道301内。
压力传感器403被固定于所述压裂传感器护套402内，所述压裂传感器护套402在朝向所述上封隔器100的方向设置有开口，从而所述压裂传感器护套402内与所述压裂段水道301相连通，以允许压裂段内的高压水进入所述压裂传感器护套402内，使得所述压力传感器403能够测量所述压裂段水道301内的水压。优选为，所述压裂传感器护套402的开口处连接有压裂传感器保护接头404，所述压裂传感器保护接头404的内部具有贯通两端的通孔，整体呈套筒状结构，以使得所述压裂段水道301内的高压水能够通过所述通孔与所述压裂传感器护套402的内部相连通。同时，所述压裂传感器保护接头404的内径优选为小于所述压力传感器403的尺寸，以使得所述压力传感器403不能从所述压裂传感器护套402内脱出。
由此可知，所述压力传感器403被设置在由所述上封隔器中心杆水道104和压裂段水道301共同形成的用于提供水压致裂所需水压的压裂水道中，从而能够测量或监测所述压裂水道中的水压。
所述压裂段300远离所述上封隔器100的一端的外侧能够与压力传感器外护套405通过螺纹结构连接，所述压力传感器外护套405呈套筒状结构。所述传感器底座401向着下封隔器200的方向，在所述压力传感器外护套405内，沿轴线方向同轴连接有座封传感器护套406。所述座封传感器护套406的外径小于所述压力传感器外护套405的内径，以使得当所述压力传感器外护套405和所述座封传感器护套406均被紧密连接时，所述座封传感器护套406能够被容纳在所述压力传感器外护套405内部的腔体中。优选为，所述座封传感器护套406与所述压力传感器外护套405同轴设置并在两者之间保留一定的间隙，所述间隙形成座封传感器水道407，所述座封传感器水道407一侧与所述压裂段侧水道302连通，另一侧与下封隔器200的下封隔器内部水道201连通，所述下封隔器内部水道201用于使下封隔器表层202在高压水的作用下膨胀。
另一个压力传感器403被固定于所述座封传感器护套406内，所述座封传感器护套406朝向所述下封隔器200的一端设有开口，从而所述座封传感器护套406内与所述座封传感器水道407相连通，在所述上封隔器内部水道102经所述压裂段侧水道302、所述座封传感器水道407和所述下封隔器内部水道201相连通的情况下，所述座封传感器护套406内的另一个压力传感器403能够测量所述座封传感器水道407内的水压。优选为，所述座封传感器护套406的开口处还连接有座封传感器保护接头408，所述座封传感器保护接头408的内部具有贯通两端的通孔，整体呈套筒状结构，以使得所述座封传感器水道407内的高压水能够通过所述通孔与所述座封传感器护套406的内部相连通。同时，所述座封传感器保护接头408的内径优选为小于所述另一个压力传感器403的尺寸，以使得所述另一个压力传感器403不能从所述座封传感器护套406内脱出。
由此可知，所述另一个压力传感器403被设置在由所述上封隔器内部水道102、所述压裂段侧水道302、所述座封传感器水道407以及下封隔器内部水道201共同形成的用于使上封隔器100和下封隔器200膨胀的座封水道中，以测量或监测所述座封水道中的水压。
综上所述，本发明设计的压力监测装置模块具有两个压力传感器，两个压力传感器分别设置在一个传感器底座的两边，从而当整个压力监测装置模块被固定在压裂段和下封隔器之间时，能够在有限的空间内既监测压裂水道中的水压又监测座封水道的水压。整套设备设计简洁、操作方便，并且能够以较低的成本兼容现有的水压致裂测量装置，使得整个水压致裂测量装置功能更加丰富。
上面所述的只是用图解说明本发明的一些实施方式，由于对相同技术领域的普通技术人员来说很容易在此基础上进行若干修改和改动，因此本说明书并非是要将本发明局限在所示和所述的具体结构和适用范围内，故凡是所有可能被利用的相应修改及等同物，均属于本发明所申请的专利范围。
Claims (17)
1.一种压力监测装置，包括压裂水道、座封水道、第一压力传感器以及第二压力传感器；其中，
所述压裂水道为压裂段提供水压致裂操作所需的高压水；
所述座封水道为封隔器提供能够使得所述封隔器膨胀的高压水；
第一压力传感器能够测量或监测所述压裂水道内的压强；
第二压力传感器能够同时测量或监测所述座封水道内的压强。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一压力传感器设置在所述压裂段内，所述第二压力传感器设置在压力传感器外护套内。
3.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述压力传感器外护套与所述压裂段连接，且所述压力传感器外护套内部能够与所述座封水道连通。
4.如权利要求1-3中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置包括上封隔器、压裂段、压力传感器外护套、传感器底座以及下封隔器；所述上封隔器与所述压裂段的一端相连接；所述压裂段的另一端内侧与所述传感器底座相连接，所述另一端外侧与所述压力传感器外护套相连接；所述压力传感器外护套与所述下封隔器相连接；所述传感器底座密封所述压裂段内部的水道的远离上封隔器的一端。
5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述压裂水道包括上封隔器中心杆水道以及压裂段内部水道。
6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述上封隔器包括上封隔器中心杆，所述上封隔器中心杆内部具有所述上封隔器中心杆水道，所述上封隔器中心杆水道用于与上游水道相连通；所述压裂段内部具有所述压裂段内部水道，所述压裂段内部水道能够与所述上封隔器中心杆水道相连通；所述压裂段的侧壁上具有贯穿所述压裂段侧壁的至少一个压裂孔，所述压裂孔使得所述压裂段内部水道能够与所述压裂段的外部连通，以通过来自上游的高压水实现水压致裂操作。
7.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述座封水道包括上封隔器内部水道、压裂段侧水道、座封传感器水道以及下封隔器内部水道。
8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，上封隔器具有所述上封隔器内部水道，所述上封隔器内部水道设置于上封隔器中心杆与上封隔器表层之间，用于通过所述上封隔器内部水道内的水压使得所述上封隔器表层膨胀。
9.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述压裂段侧水道沿平行于轴线的方向设置于所述压裂段的侧壁内，所述压裂段侧水道与所述压裂孔不相互连通；所述压裂段侧水道能够与所述上封隔器内部水道相连通。
10.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述压力传感器外护套内形成有所述座封传感器水道，所述座封传感器水道一端能够与所述压裂段侧水道连通，另一端能够与所述下封隔器内部水道相连通；所述下封隔器内部水道用于通过所述下封隔器内部水道内的水压使得所述下封隔器表层膨胀。
11.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述第一压力传感器和第二压力传感器均连接在所述传感器底座上。
12.如权利要求11所述的装置，其特征在于，所述传感器底座向着所述上封隔器的方向，沿轴线方向，在所述压裂段内同轴设置有压裂传感器护套，所述压裂传感器护套的外径小于所述压裂段内部水道的内径，以使得所述压裂传感器护套能够伸入到所述压裂段内部水道内；所述第一压力传感器被设置在所述压裂传感器护套内。
13.如权利要求12所述的装置，其特征在于，所述压裂传感器护套朝向上封隔器的一端具有开口，从而所述压裂传感器护套内与所述压裂段内部水道相连通，以允许所述压裂段内部水道内的高压水进入所述压裂传感器护套内，使得所述第一压力传感器能够测量所述压裂水道内的水压。
14.如权利要求13所述的装置，其特征在于，所述压裂传感器护套的开口处连接有压裂传感器保护接头，所述压裂传感器保护接头的内部具有贯通两端的通孔，以使得所述压裂段内部水道内的高压水能够通过所述通孔与所述压裂段压力传感器护套的内部相连通，同时使得所述压力传感器不能从所述压裂段压力传感器护套内脱出。
15.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述传感器底座向着下封隔器的方向，在所述压力传感器外护套内沿轴线方向同轴连接有座封传感器护套，所述第二压力传感器被设置在所述座封传感器护套内；所述座封传感器护套的外径小于所述压力传感器外护套的内径，以使得所述座封传感器护套被容纳在所述压力传感器外护套中时，所述座封传感器护套与所述压力传感器外护套同轴设置并在其间形成座封传感器水道。
16.如权利要求15所述的装置，其特征在于，所述座封传感器护套朝向下封隔器的一端具有开口，从而所述座封传感器护套内与所述座封传感器水道相连通，以允许所述座封传感器水道内的高压水能够进入所述座封传感器护套内，使得所述第二压力传感器能够测量所述座封水道内的水压。
17.如权利要求13所述的装置，其特征在于，所述座封传感器护套的开口处连接有座封传感器保护接头，所述座封传感器保护接头的内部具有贯通两端的通孔，以使得所述座封传感器水道内的高压水能够通过所述通孔与所述座封压力传感器护套的内部相连通，同时使得所述第二压力传感器不能从所述压裂段压力传感器护套内脱出。
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