一种改进的无水钻孔封隔栓塞卸压装置的制作方法

1.本实用新型涉及水电水利工程现场勘测技术领域，尤其涉及水电水利工程现场岩体水压致裂法地应力测量领域的改进的无水钻孔封隔栓塞卸压装置。

背景技术：

2.水电水利工程勘察时需要进行现场岩体应力测量，岩体应力测量有若干种方法，其中一种常用的方法是水压致裂法，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主要部件包括设置于上端的提压开关、设置于下端的两个跨接式封隔栓塞、设置在两个封隔栓塞之间的压裂测试段。通过钻杆向两个封隔栓塞加压，使其膨胀并与孔壁接触从而形成一个封闭的压裂试验段，再利用提压开关转换水道将高压水流泵送到压裂测试段，所述压裂测试段的钻孔岩体在上下封隔的空间中在高压水作用下使得地层或岩体发生破裂，进而通过测量裂缝张开和闭合时的压力信息即可确定地应力大小。
3.在进行水压致裂法测量岩体应力的过程中，由于孔位所处地质条件的不同孔内水位深度也不尽相同，很多情况下钻孔为无水钻孔，钻杆内却是满水，造成钻杆内外的水头差的存在，此时封隔栓塞膨胀，收缩不彻底，提升设备转换测试段位置时，其与孔壁摩阻力增加而造成提升困难，甚至造成封隔栓塞破坏，或者孔口钻机、钢丝绳的破坏。

技术实现要素：

4.本实用新型所要解决的技术问题是，针对无水钻孔中由于钻杆内外的水位差致使封隔栓塞膨胀，导致测试段切换时设备提升困难，甚至损坏设备这一问题，提供一种结构简单、容易制造、操作方便、效果理想的改进的无水钻孔封隔栓塞卸压装置。
5.为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种改进的无水钻孔封隔栓塞卸压装置，卸压装置设置在无水钻孔中测试设备封隔栓塞上方，位于推拉开关和钻杆之间，包括过水支撑端子、上限制套筒、承重弹簧、镀铬芯轴、中间连接件、下部过水连接件；
6.上限制套筒和中间连接件通过螺纹连接，内形成一个筒状腔体，上限制套筒顶部带有无螺纹孔，过水支撑端子为轴向设有贯通的第一轴向过水孔的圆柱体，过水支撑端子上部带有外螺纹，过水支撑端子的第一轴向过水孔下端带有内螺纹，承重弹簧套在过水支撑端子外壁上并放置在筒状腔体中，过水支撑端子上端穿过上限制套筒顶部的无螺纹孔，通过压缩和恢复承重弹簧，使过水支撑端子能在筒状腔体内上下移动，过水支撑端子通过其下端内螺纹与镀铬芯轴连接，并用“o”型密封圈确保其密封性；
7.中间连接件与下部过水连接件通过螺纹连接，内部形成筒状腔体，镀铬芯轴插入筒体中，过水支撑端子能带动镀铬芯轴在腔体内上下移动，镀铬芯轴材质为不锈钢，表层镀铬，镀铬芯轴上部设有第二轴向过水孔，第二轴向过水孔的底部设有与之相通的多个径向过水孔，中间连接件与外镀铬芯轴之间形成有筒状过水腔体，径向过水孔能与筒状过水腔体相通；
8.下部过水连接件下部设有与下方的推拉开关连接的底部螺纹，上部设有用于容纳镀铬芯轴上下移动的腔体，腔体下部设有径向泄水孔，下部过水连接件的管壁中开有连通筒状过水腔体与下部过水连接件的底部螺纹孔的过水通道；
9.上限制套筒的侧壁开有泄水通孔，当承重弹簧处于压缩状态，使镀铬芯轴上的径向过水孔与泄水通孔相通。
10.所述镀铬芯轴的底端开有紧固扳手方形插孔。
11.所述过水支撑端子外壁中部设有环形限位台阶，以限制过水支撑端子向上位移的距离，防止过度压缩承重弹簧，过水支撑端子的底部设有环形支撑台阶，用以支撑承重弹簧。
12.本实用新型的有益效果是：能够快速卸除无水钻孔中封隔栓塞中的水压，避免因钻杆内外水头差过大而导致提钻困难的情况发生，从而保证在水位很低甚至无水的钻孔中进行水压致裂法岩体应力测试，且泄水速度快，可大大提升工作效率；结构简单，容易制造加工，操作方便。
附图说明
13.图1为本实用新型的改进的无水钻孔封隔栓塞卸压装置的保压过水状态结构示意图。
14.图2为本实用新型的改进的无水钻孔封隔栓塞卸压装置的卸压泄水状态结构示意图。
15.图3为本实用新型的改进的无水钻孔封隔栓塞卸压装置的卸压装置外观三维示意图。
16.图4为本实用新型的改进的无水钻孔封隔栓塞卸压装置的水压致裂法岩体应力测量装置结构示意图。
具体实施方式
17.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，都属于本实用新型保护的范围。
18.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上方”、“下方”、“顶端”、“上部”、“中部”、“底部”等指示的方位或位置关系为基于附图所述的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
19.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“连通”、“安装”、“设有”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
20.如图1-4所示，本实用新型的改进的无水钻孔封隔栓塞卸压装置，卸压装置设置在
无水钻孔700中测试设备封隔栓塞500上方，位于推拉开关400和钻杆300之间，包括过水支撑端子110、上限制套筒120、承重弹簧130、镀铬芯轴140、中间连接件150、下部过水连接件160；
21.上限制套筒120和中间连接件150通过螺纹连接，内形成一个筒状腔体，上限制套筒120顶部带有无螺纹孔121，过水支撑端子110为轴向设有贯通的第一轴向过水孔112的圆柱体，过水支撑端子110上部带有外螺纹111，过水支撑端子110的第一轴向过水孔112下端带有内螺纹114，承重弹簧130套在过水支撑端子110外壁上并放置在筒状腔体中，过水支撑端子110上端穿过上限制套筒120顶部的无螺纹孔121，通过压缩和恢复承重弹簧130，使过水支撑端子110能在筒状腔体内上下移动，过水支撑端子110通过其下端内螺纹114与镀铬芯轴140连接，并用“o”型密封圈141确保其密封性；
22.中间连接件150与下部过水连接件160通过螺纹连接，内部形成筒状腔体，镀铬芯轴140插入筒体中，过水支撑端子110能带动镀铬芯轴140在腔体内上下移动，镀铬芯轴140材质为不锈钢，表层镀铬，镀铬芯轴140上部设有第二轴向过水孔142，第二轴向过水孔的底部设有与之相通的多个径向过水孔143，中间连接件150与外镀铬芯轴140之间形成有筒状过水腔体152，径向过水孔143能与筒状过水腔体152相通；
23.下部过水连接件160下部设有与下方的推拉开关400连接的底部螺纹164，上部设有用于容纳镀铬芯轴140上下移动的腔体，腔体下部设有径向泄水孔163，下部过水连接件160的管壁中开有连通筒状过水腔体152与下部过水连接件的底部螺纹164孔的过水通道162；
24.上限制套筒120的侧壁开有泄水通孔123，当承重弹簧130处于压缩状态，使镀铬芯轴140上的径向过水孔143与泄水通孔123相通。
25.所述镀铬芯轴140的底端开有紧固扳手方形插孔144。
26.所述过水支撑端子110外壁中部设有环形限位台阶113，以限制过水支撑端子110向上位移的距离，防止过度压缩承重弹簧130，过水支撑端子110的底部设有环形支撑台阶115，用以支撑承重弹簧130。
27.应用实例1：
28.水压致裂法岩体应力测量主要包括三种工况，分别是：一、试验前下放设备到预定试验位置工况；二、测量中设备固定工况；试验完，提升设备到下一测段的提升设备工况。
29.其中前两种工况，主要工作是将试验设备沿着钻孔700下放，下放到预定试验段停止下放，开始给上下封隔栓塞500打压，封隔一段钻孔，接着继续下放设备，推动推拉开关400切换水道，使水路与压裂测试段连通，之后开动地面高压泵820，开始压裂封隔段钻孔岩体，记录试验数据，直至试验结束。
30.这两种工况对应的封隔栓塞卸压装置为保压过水状态，如图1所示，承重弹簧130处于伸展状态，此时钻杆的水通过过水支撑端子110、镀铬轴芯140、中间连接件150及下部过水连接件160的过水孔向下流到推拉开关400等设备中。过水支撑端子110的底部环形台阶115支撑承重弹簧130，处于伸展状态的承重弹簧130支撑着上部限制套筒、中间连接件、下部过水连接件及下方所有设备的重量。
31.应用实例2：
32.水压致裂法岩体应力测量的第三种工况：试验完，提升设备到下一测段的提升设
备工况，需要通过地面钻机710、钢丝绳730、提升器740提升孔内设备到下个测段。此时，由于钻杆300内外的水位差，封隔栓塞500仍然处于膨胀状态，需将封隔栓塞500压力卸掉，消除钻杆300内外的水位差。
33.这种工况对应的封隔栓塞卸压装置为卸压泄水状态，如图2、图4所示，由于封隔栓塞500膨胀，仍与钻孔700紧密接触，摩擦力巨大，上方钻机及提升器提升钻杆，此时，过水支撑端子110底部环形台阶115与上限制套筒120相向运动，压缩承重弹簧130，直至过水支撑端子110中部环形限位台阶卡在上限位套筒内侧端部，无法继续相向移动，此时过水支撑端子的过水孔112、镀铬轴芯的第二轴向过水孔142与上限制套筒的泄水通孔123连通，下部过水连接件的过水通道162与径向泄水孔163连通，装置上方的钻杆300内以及装置下方的封隔栓塞500内的水分别从上限制套筒的泄水通孔123和下部过水连接件的径向泄水孔163快速泄出，封隔栓塞500随着水的泄出收缩至正常状态，与钻孔700孔壁之间不再接触，该摩擦力消失，作用在承重弹簧130上的力变小，承重弹簧130从压缩状态恢复到伸展状态，此时可以顺利提升设备到下一测段，进行测试。
34.图中，141/151//153/161为“o”型密封圈,154为内螺纹。100-封隔栓塞卸压装置；200-钻杆接头；400-推拉开关；600-压裂测试段；710-钻机；720-钻塔；730-钢丝绳；740-提升器；810-水箱；820-高压泵；830-笔记本电脑；840-数据线；910-电子流量计；920-高压泵泵头、压力表；930-数字压力计；940-高压管路。
35.本实用新型，中间连接件通过其下端螺纹与下部过水连接件连接，内部形成筒状腔体，并用“o”型密封圈确保其密封性；镀铬芯轴主体部分外径与中间连接件、下部过水连接件的“o”型密封圈处内径一致，过水支撑端子带动镀铬芯轴在腔体内上下移动。
36.所述装置的承重弹簧处于伸展状态，过水支撑端子的过水孔、镀铬轴芯的过水孔、中间连接件筒状腔体与下部过水连接件的过水孔连通，卸压装置为保压过水状态；所述装置的承重弹簧处于压缩状态，过水支撑端子的过水孔、镀铬轴芯的过水孔与上限制套筒的泄水孔连通，泄出上部钻杆内的水，下部过水连接件的过水孔与下部过水连接件的泄水孔连通，泄出下部封隔栓塞内的高压水，此时卸压装置为卸压泄水状态。
37.所述过水支撑端子上部设有螺纹，与上方钻杆密封连接，下部过水连接件设有螺纹，与下方的推拉开关密封连接，推拉开关下方为封隔栓塞、压裂测段等。承重弹簧的承重力要大于上限制套筒、中间连接件、下部过水连接件、推拉开关、封隔栓塞、压裂测段的重量之和，而不被过度压缩，导致管路连接错位。
38.本实用新型能够去除无水钻孔岩体应力测量的过程中水位差的影响，方便封隔栓塞卸压的控制装置，以方便现有水压致裂测量装置的使用，降低无水钻孔岩体应力测量成本，提升测试效率。
39.以上所述的实施例仅用于说明本实用新型的技术思想及特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够理解本实用新型的内容并据以实施，不能仅以本实施例来限定本实用新型的专利范围，即凡本实用新型所揭示的精神所作的同等变化或修饰，仍落在本实用新型的专利范围内。

技术特征：

1.一种改进的无水钻孔封隔栓塞卸压装置，其特征在于，卸压装置设置在无水钻孔(700)中测试设备封隔栓塞(500)上方，位于推拉开关(400)和钻杆(300)之间，包括过水支撑端子(110)、上限制套筒(120)、承重弹簧(130)、镀铬芯轴(140)、中间连接件(150)、下部过水连接件(160)；上限制套筒(120)和中间连接件(150)通过螺纹连接，内形成一个筒状腔体，上限制套筒(120)上部带有无螺纹孔(121)，过水支撑端子(110)为轴向设有贯通的第一轴向过水孔(112)的圆柱体，过水支撑端子(110)顶部带有外螺纹(111)，过水支撑端子(110)的第一轴向过水孔(112)下端带有内螺纹(114)，承重弹簧(130)套在过水支撑端子(110)外壁上并放置在筒状腔体中，过水支撑端子(110)上端穿过上限制套筒(120)顶部的无螺纹孔(121)，通过压缩和恢复承重弹簧(130)，使过水支撑端子(110)能在筒状腔体内上下移动，过水支撑端子(110)通过其下端内螺纹(114)与镀铬芯轴(140)连接，并用“o”型密封圈(141)确保其密封性；中间连接件(150)与下部过水连接件(160)通过螺纹连接，内部形成筒状腔体，镀铬芯轴(140)插入筒体中，过水支撑端子(110)能带动镀铬芯轴(140)在腔体内上下移动，镀铬芯轴(140)材质为不锈钢，表层镀铬，镀铬芯轴(140)上部设有第二轴向过水孔(142)，第二轴向过水孔的底部设有与之相通的多个径向过水孔(143)，中间连接件(150)与外镀铬芯轴(140)之间形成有筒状过水腔体(152)，径向过水孔(143)能与筒状过水腔体(152)相通；下部过水连接件(160)下部设有与下方的推拉开关(400)连接的底部螺纹(164)，上部设有用于容纳镀铬芯轴(140)上下移动的腔体，腔体下部设有径向泄水孔(163)，下部过水连接件(160)的管壁中开有连通筒状过水腔体(152)与下部过水连接件的底部螺纹(164)孔的过水通道(162)；上限制套筒(120)的侧壁开有泄水通孔(123)，当承重弹簧(130)处于压缩状态，使镀铬芯轴(140)上的径向过水孔(143)与泄水通孔(123)相通。2.根据权利要求1所述改进的无水钻孔封隔栓塞卸压装置，其特征在于，所述镀铬芯轴(140)的底端开有紧固扳手方形插孔(144)。3.根据权利要求1所述改进的无水钻孔封隔栓塞卸压装置，其特征在于，所述过水支撑端子(110)外壁中部设有环形限位台阶(113)，以限制过水支撑端子(110)向上位移的距离，防止过度压缩承重弹簧(130)，过水支撑端子(110)的底部设有环形支撑台阶(115)，用以支撑承重弹簧(130)。

技术总结

本实用新型公开了一种改进的无水钻孔封隔栓塞卸压装置，包括过水支撑端子、上限制套筒、承重弹簧、镀铬芯轴、中间连接件、下部过水连接件、“O”型密封圈等，该封隔栓塞卸压装置的过水支撑端子穿过承重弹簧，装入上限制套筒和中间连接件通过螺纹连接形成的一个筒状空间中，承重弹簧处于伸展和压缩状态，使过水支撑端子可以在该筒状空间内往复移动，带动镀铬芯轴在中间连接件、下部过水连接件及“O”型密封圈连接形成的筒状空间内往复移动，使其处于不同位置，改变水路流向，从而实现保压过水和卸压泄水两种功能。结构简单，容易制造，且易与现有的水压致裂法岩体应力测量试验设备兼容，便于在实际试验过程中连接和使用。于在实际试验过程中连接和使用。于在实际试验过程中连接和使用。