專利名稱：鉆井局部壁面應(yīng)力全解除法的制作方法
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及的是一種應(yīng)力全解除法，特別是一種鉆井局部壁面應(yīng)力全解除法，屬于巖土工程領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
地應(yīng)力測(cè)量是重大建設(shè)工程中十分重要的一個(gè)問(wèn)題，以地下工程為例，正確測(cè)定巖體的地應(yīng)力，是正確和合理計(jì)算地下工程開(kāi)挖荷載的依據(jù)，因此地應(yīng)力測(cè)量十分重要。經(jīng)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的檢索發(fā)現(xiàn)作者劉允芳等著的“巖體地應(yīng)力與工程建設(shè)”，湖北科學(xué)技術(shù)出版社，2000年9月第一版，P47-P175，該書(shū)對(duì)目前國(guó)內(nèi)外在鉆井中直接測(cè)定地應(yīng)力的方法歸納為1、在鉆孔孔底采用套鉆技術(shù)的應(yīng)力解除法；2、在鉆孔某一孔段施加高壓液體的水壓致裂法。第一種方法是在鉆孔孔底沿鉆孔軸線鉆一小孔(尺度約數(shù)十厘米)，把測(cè)量裝置下入小孔中(有許多不同類型的裝置)，然后繼續(xù)向下沿鉆孔進(jìn)行套芯鉆，通過(guò)卸除孔底巖芯圍限應(yīng)力，根據(jù)測(cè)量設(shè)備的測(cè)量記錄和巖芯變形模量可以算出二維和三維地應(yīng)力的主應(yīng)力值和方向。該方法存在不足，如鉆孔較深時(shí)斷芯問(wèn)題難予解決，只能在不深的鉆孔中應(yīng)用。水壓致裂法的原理是在鉆孔的某區(qū)段內(nèi)封隔一段鉆孔，然后泵入高壓液體對(duì)這段鉆孔施壓把孔壁巖石壓裂。根據(jù)壓力過(guò)程線上的各種特征值算出地應(yīng)力。此方法也有缺陷，分析方法基于一個(gè)基本假定—即地應(yīng)力的某主應(yīng)力方向平行鉆孔軸線，當(dāng)鉆孔為垂直孔時(shí)該主應(yīng)力的量值等于γh(γ-巖石容量，h-上覆巖層厚度)，這一基于有缺陷的假定嚴(yán)重影響了測(cè)定結(jié)果的合理性。

發(fā)明內(nèi)容
和
具體實(shí)施例方式為了改進(jìn)在鉆井中測(cè)定地應(yīng)力的方法，克服前述的兩類方法的不足與缺陷，本發(fā)明提出一種鉆井局部壁面應(yīng)力全解除法，該方法既可以用在較淺的鉆孔中，也可用在很深的鉆孔中，還可以應(yīng)用于豎井及斜井的地應(yīng)力測(cè)定。
地殼不同部位的巖體都含有地應(yīng)力場(chǎng)信息，鉆井壁壁面也同樣存在著地應(yīng)力場(chǎng)信息。在同一鉆井中的很小區(qū)段內(nèi)對(duì)井壁的幾個(gè)局部壁面進(jìn)行測(cè)量，把這些局部壁面的應(yīng)力狀態(tài)測(cè)量出來(lái)就可推斷出圍巖地應(yīng)力的三個(gè)主應(yīng)力的量值和方向。
對(duì)井壁壁面記錄下解除負(fù)荷前、后的壁面應(yīng)變狀態(tài)，對(duì)巖石的卸載作為一個(gè)彈性過(guò)程，通過(guò)巖石的彈性模量可得出地應(yīng)力三個(gè)主應(yīng)力量值和三個(gè)方向，必須對(duì)井壁上鄰近的幾個(gè)局部壁面進(jìn)行應(yīng)力全解除。鄰近的幾個(gè)局部壁面為相互間距在井壁局部表面直徑的5倍左右的距離，而且方位各異，將測(cè)讀出的這幾個(gè)局部壁面的應(yīng)變量的變化情況組合在一起，獲得地應(yīng)力的量值。
以下進(jìn)一步對(duì)本發(fā)明具體描述在井壁局部表面，向井壁巖體深部切割一個(gè)環(huán)繞井壁局部表面的環(huán)形槽，切槽深度為局部表面直徑的1.5倍左右。這樣該井壁局部表面上的各項(xiàng)應(yīng)變通過(guò)環(huán)形槽的切割將逐步減少到零，因此井壁的局部壁面上應(yīng)力將全部解除。如果在井壁局部表面上粘貼有傳感器，設(shè)由三個(gè)不同方向的電阻應(yīng)變片組成的電阻應(yīng)變片花，那么只要有三個(gè)不同方位的鄰近的局部井壁壁面應(yīng)力全解除的結(jié)果就可以通過(guò)矛盾方程組求解獲得。建立井壁圍巖的應(yīng)力集中問(wèn)題和鉆孔座標(biāo)系與地應(yīng)力場(chǎng)座標(biāo)系的關(guān)系，就可推導(dǎo)出鉆井在該區(qū)段圍巖的地應(yīng)力場(chǎng)的三個(gè)主應(yīng)力的方向和量值。
本發(fā)明具有實(shí)質(zhì)特點(diǎn)和顯著進(jìn)步，首先是不需要套鉆，不受鉆井深度的限制，完全避免了套鉆應(yīng)力解除法的斷芯問(wèn)題，再則不需要作某一主應(yīng)力方向和量值的假定，從根本上克服了水壓致裂法中的重大弊病。本發(fā)明可應(yīng)用在淺鉆孔和深鉆孔，還可應(yīng)用于豎井和斜井。
權(quán)利要求
1.一種鉆井局部壁面應(yīng)力全解除法，其特征在于對(duì)井壁壁面記錄下解除負(fù)荷前、后的壁面應(yīng)變狀態(tài)，對(duì)巖石的卸載作為一個(gè)彈性過(guò)程，通過(guò)巖石的彈性模量可得出地應(yīng)力三個(gè)主應(yīng)力量值和三個(gè)方向，對(duì)井壁上鄰近的幾個(gè)局部壁面進(jìn)行應(yīng)力全解除，鄰近的幾個(gè)局部壁面為相互間距在井壁局部表面直徑的5倍左右的距離，而且方位各異，將測(cè)讀出的這幾個(gè)局部壁面的應(yīng)變量的變化情況組合在一起，獲得地應(yīng)力的量值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的這種鉆井局部壁面應(yīng)力全解除法，其特征是在井壁局部表面，向井壁巖體深部切割一個(gè)環(huán)繞井壁局部表面的環(huán)形槽，切槽深度為局部表面直徑的1.5倍左右，這樣該井壁局部表面上的各項(xiàng)應(yīng)變通過(guò)環(huán)形槽的切割將逐步減少到零，因此井壁的局部壁面上應(yīng)力將全部解除。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的這種鉆井局部壁面應(yīng)力全解除法，其特征是在井壁局部表面上粘貼有傳感器，設(shè)由三個(gè)不同方向的電阻應(yīng)變片組成的電阻應(yīng)變片花，那么只要有三個(gè)不同方位的鄰近的局部井壁壁面應(yīng)力全解除的結(jié)果就可以通過(guò)矛盾方程組求解獲得。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的這種鉆井局部壁面應(yīng)力全解除法，其特征是建立井壁圍巖的應(yīng)力集中問(wèn)題和鉆孔座標(biāo)系與地應(yīng)力場(chǎng)座標(biāo)系的關(guān)系，就可推導(dǎo)出鉆井在該區(qū)段圍巖的地應(yīng)力場(chǎng)的三個(gè)主應(yīng)力的方向和量值。
全文摘要
鉆井局部壁面應(yīng)力全解除法對(duì)井壁壁面記錄下解除負(fù)荷前、后的壁面應(yīng)變狀態(tài),對(duì)巖石的卸載作為一個(gè)彈性過(guò)程,通過(guò)巖石的彈性模量可得出地應(yīng)力三個(gè)主應(yīng)力量值和三個(gè)方向,對(duì)井壁上鄰近的幾個(gè)局部壁面進(jìn)行應(yīng)力全解除,鄰近的幾個(gè)局部壁面為相互間距在井壁局部表面直徑的5倍左右的距離,而且方位各異,將測(cè)讀出的這幾個(gè)局部壁面的應(yīng)變量的變化情況組合在一起,獲得地應(yīng)力的量值。本發(fā)明完全避免了套鉆應(yīng)力解除法的斷芯問(wèn)題,從根本上克服了水壓致裂法中的重大弊病。本發(fā)明可應(yīng)用在淺鉆孔和深鉆孔,還可應(yīng)用于豎井和斜井。
文檔編號(hào)G01L1/00GK1337570SQ0112681
公開(kāi)日2002年2月27日 申請(qǐng)日期2001年9月20日 優(yōu)先權(quán)日2001年9月20日
發(fā)明者葛修潤(rùn) 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)