深海水下三向应变计测量的关键技术

1）解除应变全过程的测量问题

解除应变全过程的变化规律是分析和取舍解除应变观测值的重要依据，是提高应变计测量精度的重要措施。由于深钻孔地应力测量的测量深度可以到达地表以下数百米，因此仿照CJS-1型钻孔三向应变计那样从钻具中引出测量电缆再接入仪器的做法是不可取的。于是研制带微电脑的井下数据采集系统的应变计就提上了议事日程。1988—1989年瑞典L.哈勃齐等人研制了带有微电脑“Borre”的应变计探头，进行了大约60次的现场测量，最大测量深度达350m［35］。套心解除后取出带有“Borre”应变计的空心岩心，通过接口与电子计算机连接，由计算机处理所有观测值数据。解除应变全过程曲线如图3-28所示。研制这种井下数据采集系统的难点在于可容设备的体积太小，同时大大增加了测量费用。

图3-28　带微电脑“Borre”应变计测得的解除应变全过程曲线

2）适合测试条件的水下粘结剂

深钻孔水下三向应变计测量法的关键是直接将电阻丝应变丛粘贴在测孔岩壁上，其粘贴质量好坏直接影响测量成果的成败。深钻孔地应力测量是在含水的钻孔中将电阻丝应变丛粘贴在测孔岩壁上的，因此对粘结剂提出了特殊的要求：①具有足够的粘结强度；②与水接触具有可溶性，并且不能有不良反应；③在初凝前黏度小、流动性大、可灌性高，从初凝到终凝时间短，整个固化时间从调制粘结剂到完全固化控制在2小时之内。长江科学院从瑞典引进这套深钻孔地应力测量设备初期，粘结剂依靠进口；现在，已研制了适合这种测试条件的CKT-1型水下粘结剂，性能完全与国外进口粘结剂相同，已经在多个工程现场应用。这种水下粘结剂研制成功填补了国内水下粘结技术的空白。(www.xing528.com)

3）稳定可靠的水下粘贴应变计技术

有了符合测试条件的水下粘结剂之后，还必须有稳定可靠的水下粘贴技术，才能把电阻丝应变片牢固地粘贴在测孔岩壁上。深钻孔水下三向应变计为达到应变片粘贴牢固的目的，采用三个重要技术措施：一是将应变计探头的应变片部位浸泡在粘结剂的胶罐里，以防止粘结剂在下井过程中流失和稀化，当应变计到达预测位置时，此胶罐下落，不影响应变片粘贴；二是在应变计探头的应变片上覆盖一层薄的泡沫塑料层，使粘结剂吸附在应变片上，以保证在粘贴时应变片有足够的粘结剂。由于粘结剂中有溶解泡沫塑料的化剂成分，在应变片粘贴前泡沫塑料层已经软化、液化，稍加压力泡沫塑料层就会从两边挤出，不会影响粘结质量；三是应变计探头的应变片预先粘贴在有薄橡胶层覆盖的硬垫（铝合金）上，它的曲率半径小于钻孔半径，有利于多余粘结剂和液化的泡沫塑料层向两边挤出。

4）安装准确的触发装置

深钻孔水下三向应变计的安装器设有灵巧的触发装置，以保证应变计准确无误地安装成功。在正式安装应变计前，必须先下试孔器，检查测孔同心度和岩粉沉淀程度等。如果测孔满足测量要求，就可立即正式安装。触发装置的触足安置在安装器的下端面，当安装器下到预测位置时，触足接触到套心孔底部，触发装置激发，锥体下落，推掉胶罐，同时应变计三岔探头张开，并紧压测孔岩壁，当粘结剂凝固后应变片粘贴在测孔岩壁上。

5）准确的定向装置

深钻孔水下三向应变计的定向仍采用罗盘定向。内含特种油脂的罗盘盒安置在安装器中部，罗盘盒内绕有电阻丝。当应变计安装完毕后就接通电源，罗盘盒通过电阻丝加热，熔化油脂，使罗盘指针能自由旋转。当切断电源后，油脂冷却凝固，罗盘指针就固定在正北方向上。