CN215830491U - 一种井下封隔***高压密闭模拟装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种井下封隔***高压密闭模拟装置，包括钢制管体，钢制管体呈一端封口的圆管状，钢制管体的封口端外侧设置有与钢制管体相连通的第一检测组件；钢制管体内部设置有上封隔器组件、下封隔器组件，上封隔器组件的一端与进水钻杆以及进水安装管相连通，上封隔器组件的另一端通过连通花管以及高压连接管与下封隔器组件的一端相连通，下封隔器组件的另一端进行封堵；所述连通花管上设置有与钢制管体内部相连通的检测出水孔，所述钢制管体中部外侧设置有与钢制管体相连通的第二检测组件，第二检测组件设置在上封隔器组件与下封隔器组件之间。

Description

一种井下封隔***高压密闭模拟装置

技术领域

本实用新型涉及地质检测领域，尤其涉及一种井下封隔***高压密闭模拟装置。

背景技术

自从开创利用水压致裂法测量地应力以来，该方法已被进一步完善和推广。目前在钻孔中开展的水压致裂(HF)和原生裂隙水压致裂试验(HTPF)是确定全应力张量非常有效的手段，也是国际岩石力学学会推荐的测定地应力的方法之一。

在过去的20年中，该方法已被广泛用于各种地质构造中开展的工程设计，例如核废料地下储存库，水力发电站，高铁隧道等。这些结果在确定地应力有效性方面提供了一个独特的数据支持。

水压致裂法是由一对跨接式封隔器组成，对封隔器增压后密封一段钻孔，然后对密封段注液增压直到孔壁破裂并使之延伸；当向一组跨射式封隔器封隔的孔段增压时，将记录到一条压力-时间记录曲线，根据该测量曲线可以确定测段的破裂压力，重张压力以及闭合压力，利用闭合压力的值计算可得到最大水平主应力。在破裂压力明显的测段利用自动定向印模器可确定最大主应力方向。由于水压致裂法操作简单，且不需要岩石力学参数即可确定地应力值，具有测量深度深等优点，在国内外大型工程中得到了广泛应用。

但在实际测试条件下，由于封隔器在高压力工作条件下的密封性未知，如果在高压力条件下，封隔器的密封性较差，则会出现压裂段漏水或者封隔器无法固定在孔壁的现象，迫使试验失败；而且如果漏水较少，会使瞬时闭合压力小于真实值，从而影响地应力测量结果。因此，有必要研究一种对封隔器的密封性能进行检测的模拟检测装置来避免上述问题的发生。

发明内容

本实用新型目的是针对上述问题，提供一种结构简单、操作便利的井下封隔***高压密闭模拟装置。

为了实现上述目的，本实用新型的技术方案是：

一种井下封隔***高压密闭模拟装置，包括钢制管体，钢制管体呈一端封口的圆管状，钢制管体的封口端外侧设置有与钢制管体相连通的第一检测组件；钢制管体内部设置有上封隔器组件、下封隔器组件，上封隔器组件的一端与进水钻杆以及进水安装管相连通，上封隔器组件的另一端通过连通花管以及高压连接管与下封隔器组件的一端相连通，下封隔器组件的另一端进行封堵；所述连通花管上设置有与钢制管体内部相连通的检测出水孔，所述钢制管体中部外侧设置有与钢制管体相连通的第二检测组件，第二检测组件设置在上封隔器组件与下封隔器组件之间。

进一步的，所述上封隔器组件、下封隔器组件均包括橡胶筒，橡胶筒内穿插有中心连接管，橡胶筒的两端对称设置有保护钢套、连接钢体以及固定头；固定头呈螺纹管状，橡胶筒的两端套接在固定头的外侧且橡胶筒内侧壁与固定头外侧壁螺纹连接，橡胶筒的两端外侧套接有保护钢套，连接钢体呈管状，连接钢体套接在中心连接管外侧且连接钢体内侧壁与中心连接管外侧壁相连接，连接钢体的一端嵌接在固定头外侧壁与保护钢套内侧壁之间，连接钢体的另一端设置有安装腔体并通过安装腔体与管道连接件相连通；所述橡胶筒内侧壁与中心连接管外侧壁之间设置有过水间隙，过水间隙与安装腔体相连通。

进一步的，所述进水钻杆内设置有进水通道，进水钻杆的一端与上封隔器组件中中心连接管的一端相连接且进水通道与中心连接管内部相连通，中心连接管的另一端与通过连通花管与下封隔器组件相连通；所述进水安装管的一端与上封隔器组件一端的管道连接件相连通，上封隔器组件另一端的管道连接件通过高压连接管与下封隔器组件相连通。

进一步的，所述下封隔器组件中中心连接管的一端与连通花管的一端相连通，中心连接管的另一端进行封堵；所述下封隔器组件一端的管道连接件与高压连接管的一端相连通，下封隔器组件另一端的管道连接件进行封堵。

进一步的，所述第一检测组件包括第一压力传感器、第一压力表，第一压力传感器、第一压力表均与钢制管体内部相连通；所述第二检测组件包括第二压力传感器、第二压力表，第二压力传感器、第二压力表均与钢制管体内部相连通；所述第一压力表、第二压力表的安装管路上均设置有高压球阀，第一压力传感器、第二压力传感器均与计算机的信号输入端相连接。

与现有技术相比，本实用新型具有的优点和积极效果是：

本实用新型通过采用在钢制管体内设置上封隔器组件、下封隔器组件且上封隔器组件、下封隔器组件之间通过连通花管以及高压连接管相连通的设计，方便了人们通过进水安装管、进水钻杆对上封隔器组件、下封隔器组件内部以及上封隔器组件、下封隔器组件之间的钢制管体内进行注水操作；同时通过在钢制管体的封口端设置第一检测组件的设计，使得其可以模拟检测钻孔底部的水压，根据模拟得到的钻孔内上下压力差来考虑压力差对提钻操作形成的难易度；并且通过在上封隔器组件、下封隔器组件之间设置第二检测组件的设计，可以对压裂段的压力值进行检测，根据该压力值的变化可以检测出上封隔器组件、下封隔器组件的密封性能以及其与钢制管体的连接结构稳固性；其操作简单、方便快捷，可以有效模拟检测出上封隔器组件、下封隔器组件在钻孔内的密封性能，避免了上封隔器组件、下封隔器组件在实际操作中出现漏水导致地应力测量结果不准确的状况发生，给地质检测工作带来了便利。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为上封隔器组件的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

如图1、图2所示，本实施例公开了一种井下封隔***高压密闭模拟装置，包括钢制管体1，钢制管体1呈一端封口的圆管状，钢制管体1的封口端外侧设置有与钢制管体1相连通的第一检测组件；钢制管体1内部设置有上封隔器组件2、下封隔器组件3，上封隔器组件2的一端与进水钻杆4以及进水安装管5相连通，上封隔器组件2的另一端通过连通花管7以及高压连接管6与下封隔器组件3的一端相连通，下封隔器组件3的另一端进行封堵；所述连通花管7上设置有与钢制管体1内部相连通的检测出水孔701，所述钢制管体1中部外侧设置有与钢制管体1相连通的第二检测组件，第二检测组件设置在上封隔器组件2与下封隔器组件3之间。

所述上封隔器组件2、下封隔器组件3均包括橡胶筒201，橡胶筒201内穿插有中心连接管204，橡胶筒201的两端对称设置有保护钢套203、连接钢体205以及固定头202；固定头202呈螺纹管状，橡胶筒201的两端套接在固定头202的外侧且橡胶筒201内侧壁与固定头202外侧壁螺纹连接，橡胶筒201 的两端外侧套接有保护钢套203，连接钢体205呈管状，连接钢体205套接在中心连接管204外侧且连接钢体205内侧壁与中心连接管204外侧壁相连接，连接钢体205的一端嵌接在固定头202外侧壁与保护钢套203内侧壁之间，连接钢体205的另一端设置有安装腔体206并通过安装腔体206与管道连接件 208相连通；所述橡胶筒201内侧壁与中心连接管204外侧壁之间设置有过水间隙207，过水间隙207与安装腔体206相连通。

过水间隙用于对上封隔器组件、下封隔器组件进行供水并令上封隔器组件、下封隔器组件中的橡胶筒膨胀，从而令橡胶筒外侧壁与钢制管体内侧壁之间形成密封状态；

所述进水钻杆4内设置有进水通道，进水钻杆4的一端与上封隔器组件2 中中心连接管204的一端相连接且进水通道与中心连接管204内部相连通，中心连接管204的另一端与通过连通花管7与下封隔器组件3相连通；所述进水安装管5的一端与上封隔器组件2一端的管道连接件208相连通，上封隔器组件2另一端的管道连接件通过高压连接管6与下封隔器组件3相连通。

所述下封隔器组件3中中心连接管的一端与连通花管7的一端相连通，中心连接管的另一端进行封堵；所述下封隔器组件3一端的管道连接件与高压连接管6的一端相连通，下封隔器组件3另一端的管道连接件进行封堵。

进水安装管、上封隔器组件中的过水间隙、高压连接管、下封隔器组件中的过水间隙一同形成封隔器注水通道，从而为上封隔器组件、下封隔器组件进行注水操作；进水钻杆、中心连接管、连通花管构成了检测注水通道，令上封隔器组件、下封隔器组件之间的钢制管体内形成水压，从而对上封隔器组件、下封隔器组件的密封性进行检测；

所述第一检测组件包括第一压力传感器8、第一压力表9，第一压力传感器8、第一压力表9均与钢制管体1内部相连通；所述第二检测组件包括第二压力传感器11、第二压力表12，第二压力传感器11、第二压力表12均与钢制管体1内部相连通；所述第一压力表9、第二压力表12的安装管路上均设置有高压球阀10，第一压力传感器8、第二压力传感器11均与计算机的信号输入端相连接。

通过高压球阀的启闭操作可以方便上封隔器组件、下封隔器组件塞入钢制管体内；同时通过在钢制管体的封口端蓄水并使用第一检测组件对其水压进行检测，可以模拟出钻孔底部的压力值，方便了人们的钻杆取出操作。

所述井下封隔***高压密闭模拟装置的操作步骤为：

S1、在钢制管体1上安装第一检测组件、第二检测组件，将第一检测组件中的第一压力传感器8以及第二检测组件中的第二压力传感器11与计算机的信号输入端相连接；

S2、将上封隔器组件2的一端与进水钻杆4、进水安装管5相连通，使用连接连通花管7、高压连接管6将上封隔器组件2的另一端与下封隔器组件3 的一端进行连通，然后将下封隔器组件3的另一端进行封堵；

S3、向钢制管体1内部进行注水，然后打开第一检测组件、第二检测组件中的高压球阀10，将下封隔器组件3、上封隔器组件2依次塞入钢制管体1内，令第二检测组件位于下封隔器组件3、上封隔器组件2之间；

S4、关闭第一检测组件、第二检测组件中的高压球阀10；然后使用高压泵向进水安装管5内注入高压水，由5MPa逐步增加到20MPa，每隔10分钟提高 5MPa,并采集每个压力阶段的压力变化情况；高压水依次流经上封隔器组件2 中的过水间隙207、高压连接管6、下封隔器组件3中的过水间隙；在高压水的作用下，上封隔器组件2中的橡胶筒201、下封隔器组件3中的橡胶筒出现膨胀变形，从而令橡胶筒外侧壁与钢制管体1内侧壁之间紧密接触，令上封隔器组件2、下封隔器组件3之间的钢制管体1内部形成密闭空间(即压裂段)；

S5、使用高压泵向进水钻杆4中的进水通道内注入高压水，每隔10分钟提高5MPa，直至达到18MPa，并采集每个压力阶段的压力变化情况；高压水依次通过进水通道、上封隔器组件2中的中心连接管204、连通花管7后从检测出水孔701流入到密闭空间内；

S6、在步骤S5的操作过程中，通过第一检测组件、第二检测组件对钢制管体1中部、底部的压力进行检测；在加压阶段，当第一检测组件、第二检测组件的检测数值不发生减小，则表明上封隔器组件2与下封隔器组件3的密封性良好；当第一检测组件、第二检测组件的检测数值出现了减小，则表明上封隔器组件2与下封隔器组件3的密封性较差，需要对上封隔器组件2、下封隔器组件3的密封性能进行增强；

S7、当检测完成后，打开高压球阀10以及设置在高压泵上的泄水阀门，使上封隔器组件2和下封隔器组件3中的压力自然恢复到原始状态，然后将上封隔器组件2、下封隔器组件3从钢制管体1中取出即可。

本实用新型的主体为钢制管体，可以承受超过70MPa的压力，可以模拟封隔器在超过25MPa以上的长时间工作状态；同时在压裂段(即上封隔器组件、下封隔器组件之间的钢制管体部分)安装了压力表和传感器，可以实时监测压裂段的压力变化，可以利用压力传感器可以把压裂变化信号输送到电脑端进行采集。并且，本实用新型在钢制管体的封口端底部布置了压力表和传感器，其可以模拟封隔器组合体在接近钻孔底部做实验时，上下压力差可能对提出测试设备形成的困难，进一步验证了封隔器组合体的模拟效果。

本实用新型通过采用在钢制管体内设置上封隔器组件、下封隔器组件且上封隔器组件、下封隔器组件之间通过连通花管以及高压连接管相连通的设计，方便了人们通过进水安装管、进水钻杆对上封隔器组件、下封隔器组件内部以及上封隔器组件、下封隔器组件之间的钢制管体内进行注水操作；同时通过在钢制管体的封口端设置第一检测组件的设计，使得其可以模拟检测钻孔底部的水压，根据模拟得到的钻孔内上下压力差来考虑压力差对提钻操作形成的难易度；并且通过在上封隔器组件、下封隔器组件之间设置第二检测组件的设计，可以对压裂段的压力值进行检测，根据该压力值的变化可以检测出上封隔器组件、下封隔器组件的密封性能以及其与钢制管体的连接结构稳固性；其操作简单、方便快捷，可以有效模拟检测出上封隔器组件、下封隔器组件在钻孔内的密封性能，避免了上封隔器组件、下封隔器组件在实际操作中出现漏水导致地应力测量结果不准确的状况发生，给地质检测工作带来了便利。

Claims (5)

1.一种井下封隔***高压密闭模拟装置，其特征在于：所述井下封隔***高压密闭模拟装置包括钢制管体，钢制管体呈一端封口的圆管状，钢制管体的封口端外侧设置有与钢制管体相连通的第一检测组件；钢制管体内部设置有上封隔器组件、下封隔器组件，上封隔器组件的一端与进水钻杆以及进水安装管相连通，上封隔器组件的另一端通过连通花管以及高压连接管与下封隔器组件的一端相连通，下封隔器组件的另一端进行封堵；所述连通花管上设置有与钢制管体内部相连通的检测出水孔，所述钢制管体中部外侧设置有与钢制管体相连通的第二检测组件，第二检测组件设置在上封隔器组件与下封隔器组件之间。

2.如权利要求1所述的井下封隔***高压密闭模拟装置，其特征在于：所述上封隔器组件、下封隔器组件均包括橡胶筒，橡胶筒内穿插有中心连接管，橡胶筒的两端对称设置有保护钢套、连接钢体以及固定头；固定头呈螺纹管状，橡胶筒的两端套接在固定头的外侧且橡胶筒内侧壁与固定头外侧壁螺纹连接，橡胶筒的两端外侧套接有保护钢套，连接钢体呈管状，连接钢体套接在中心连接管外侧且连接钢体内侧壁与中心连接管外侧壁相连接，连接钢体的一端嵌接在固定头外侧壁与保护钢套内侧壁之间，连接钢体的另一端设置有安装腔体并通过安装腔体与管道连接件相连通；所述橡胶筒内侧壁与中心连接管外侧壁之间设置有过水间隙，过水间隙与安装腔体相连通。

3.如权利要求2所述的井下封隔***高压密闭模拟装置，其特征在于：所述进水钻杆内设置有进水通道，进水钻杆的一端与上封隔器组件中中心连接管的一端相连接且进水通道与中心连接管内部相连通，中心连接管的另一端与通过连通花管与下封隔器组件相连通；所述进水安装管的一端与上封隔器组件一端的管道连接件相连通，上封隔器组件另一端的管道连接件通过高压连接管与下封隔器组件相连通。

4.如权利要求3所述的井下封隔***高压密闭模拟装置，其特征在于：所述下封隔器组件中中心连接管的一端与连通花管的一端相连通，中心连接管的另一端进行封堵；所述下封隔器组件一端的管道连接件与高压连接管的一端相连通，下封隔器组件另一端的管道连接件进行封堵。

5.如权利要求4所述的井下封隔***高压密闭模拟装置，其特征在于：所述第一检测组件包括第一压力传感器、第一压力表，第一压力传感器、第一压力表均与钢制管体内部相连通；所述第二检测组件包括第二压力传感器、第二压力表，第二压力传感器、第二压力表均与钢制管体内部相连通；所述第一压力表、第二压力表的安装管路上均设置有高压球阀，第一压力传感器、第二压力传感器均与计算机的信号输入端相连接。

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