CN102183585B - 一种岩心选样的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种岩心选样的方法，该方法依次包括以下步骤：对待筛选的岩心进行称重和测量；将每个岩心分别用不同频率的超声波测试，读取超声波透射过岩心所用时间、探头对接首波振幅和加岩心后的首波振幅；结合误差分析理论，得到每个岩心波阻抗的取值范围；对在不同频率下的波阻抗取值范围均出现交集的岩心，将其初步筛选出来；对初步筛选出来的岩心，利用声波衰减系数进行进一步筛选；对在不同频率下的衰减系数取值范围均出现交集的岩心，将其最终筛选出来。本发明原理可靠，结构简单，操作方便，能用较少的时间和成本优选出大量实验用性质相同的岩心，利用本发明可对岩心的质量、密度等物性和内部孔隙结构进行定量分析，在岩心分析测试中具有重大意义。

Description

一种岩心选样的方法

技术领域

本发明涉及石油工业领域，利用不同频率超声波测试数据结合误差分析理论、岩心波阻抗和超声波衰减系数处理实现物性和孔隙结构相似岩心筛选的方法。

背景技术

在很多岩心分析测试中，由于同一块岩心在一次实验后就被破坏或者性质发生改变。因此，为了进行同步、对比实验，实验前必须准备多块性质相同(岩性、物性、结构、力学性质等都相同)的岩心。例如三轴力学实验、酸化影响及酸化效果评价实验、储层损害评价实验等。但是岩石作为一种特殊的非均质性极强的材料，其内部孔、洞、缝的发育未知，因此，如何挑选物性和结构相同或相似的岩心就成了岩心分析测试中亟待解决的基础问题。

目前行业内主要是利用地质上对岩石沉积后组系的划分，将同一组系或同一层系区块的岩心视为性质相同的岩心进行分析测试，这样做具有很明显的缺点：

(1)常规的选样方法只能保证岩心在岩性上大体一样，但岩心内部孔隙结构、机械力学性质等均无法评估，不能做定量分析，而其中任何一个因素都可能导致最终的实验结果缺乏对比性或得出错误认识。

(2)对均质性好的砂泥岩地层岩心，利用上述方法效果较好，但对于现在大量开发的低渗透致密砂岩和碳酸盐岩地层，由于其缝、洞发育，非均质极强，传统方法就显得过于粗糙。

为了解决上述岩心选样难的问题，确保岩心实验结果的科学性、正确性。本发明提出了综合利用不同频率超声波测试数据、误差分析理论、岩心波阻抗和超声波衰减系数进行处理，实现相同岩心筛选的方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种岩心选样的方法，该方法使用含多个不同频率超声波探头的超声波测试系统并结合误差分析理论、岩心波阻抗和超声波衰减系数处理来进行岩心选样，提高了岩心选样的效率及相似性。

为了达到上述技术目的，本发明提供以下技术方案。

所谓性质相同的岩心，主要是指质量、密度等物性和孔隙结构类似的岩心。岩石内部包含有大小不同的缝洞，而不同频率的超声波能反演岩石内部不同尺度的缝洞，裂缝对高频吸收强。表1是实际生产过程中所需检测的裂缝尺度范围，按照传统超声波测试精度，相应的探头频率能检测的裂缝尺度为λ/3(λ为波长)，岩心的骨架速度在3600m/s～7000m/s范围内波动，因此本发明的测试系统中采用的探头频率为25KHz、50KHz、100KHz、250KHz、500KHz、1.25MHz、2.5MHz。

表1裂缝分类及规格

利用电子天平对实验用岩心进行称重，用游标卡尺测量实验用岩心的长度和直径，利用公式(1)(2)可以求出岩心密度：

$\mathrm{\ρ}=\frac{M}{V}---\left(1\right)$

$V=\frac{1}{4}{\mathrm{\πD}}^{2}L---\left(2\right)$

ρ，V，M分别为岩心的密度(g·cm^-3)、体积(cm³)和质量(g)D，L分别为岩心的直径(cm)和长度(cm)。

将上述长度和质量已经测试过的岩心进行多探头不同频率超声波测试，利用示波器读取超声波透射过岩心首波到达时间T(μs)，并记录下首波波形以获取首波振幅用于衰减分析。利用公式(3)可得到超声波在岩心内传播的首波速度：

$V=\frac{L}{T}---\left(3\right)$

密度和速度这两个物理量分别表征岩心的物性和孔隙结构，在已知上述两个物理量的情况下可得到岩心的波阻抗，式(4)为波阻抗的定义式，式(5)为岩心波阻抗的计算式：

Z＝ρ·V                (4)

$Z=\frac{4M}{{\mathrm{\πD}}^{2}T}---\left(5\right)$

设实验中所用游标卡尺的精度为Δl、电子天平的精度为Δm、示波器读取时间的精度为Δt，由于仪器系统误差的存在致使质量、长度和时间的测量中均存在误差。上述参数(质量、直径和时间)的直接测量值加减所用测试仪器的精度将得到每个参数的一个取值范围。根据误差合成理论，质量、长度和时间这三个直接测量值的误差将传递给波阻抗这个间接量，在式(5)中带入质量的下限值和直径与时间的上限值将得到波阻抗的下限值Z_min，同理可求出波阻抗的上限值Z_max，由此得到波阻抗的一个取值范围Z＝[Z_min，Z_max]。

根据上述可知每块岩心在不同频率超声波测试后都将得到一个波阻抗的取值范围，当一批岩心对不同频率下的波阻抗取值范围均出现交集时，表征这批岩心具有类似的物性和孔隙结构，以此就筛选出了性质基本相似的岩心。

但是由于单一超声波具有多解性即一个声波速度可能对应多个孔隙结构，因此我们引入声波衰减系数来进一步优选孔隙结构和强度特征类似的岩心，由式(6)可得到声波的衰减系数α：

$\mathrm{\α}=\frac{\ln A_C-\ln A}{L}---\left(6\right)$

A_C，A分别为探头对接和探头间加岩心后透射波的首波振幅。

设实验用示波器读取振幅的精度为Δa，同样由于系统误差的存在致使首波振幅的读取存在误差，振幅和长度这两个直接测量值的误差将传递给衰减系数这个间接量。用振幅和长度的测量值分别加减Δa和Δl可得到首播振幅与岩心长度的一个取值范围，在(6)式中带入A₀的上限值和A与L的下限值将得到衰减系数的上限值α_max，同理可求出衰减系数的下限值α_min，由此得到衰减系数的一个取值范围α＝[α_min，α_max]。

不同频率指示了不同尺度范围的缝洞结构，同波阻抗分析方法类似，当一批岩心不同频率衰减系数取值范围均存在交集时，表征这批岩心具有高度相似的物性和孔隙结构。

一种岩心选样的方法，该方法依次包括以下步骤：

(1)利用电子天平对待筛选的岩心进行称重，用游标卡尺测量岩心直径和长度，得到每个岩心的质量M₀、直径D₀和长度L₀；

(2)将每个岩心分别用探头频率为25KHz、50KHz、100KHz、250KHz、500KHz、1.25MHz、2.5MHz的超声波测试，用示波器读取不同频率超声波透射过岩心所用时间T₀、探头对接首波振幅A_c0和加岩心后的首波振幅A₀；

(3)设游标卡尺的精度为Δl、电子天平的精度为Δm、示波器读取时间的精度为Δt，将M₀-Δm、D₀+Δl、T₀+Δt和M₀+Δm、D₀-Δl、T₀-Δt分别带入下式：

$Z=\frac{4M}{{\mathrm{\πD}}^{2}T}$

可得到波阻抗的下限值Z_min和上限值Z_max，由此得到每个岩心波阻抗的取值范围Z＝[Z_min，Z_max]；

(4)对在不同频率下的波阻抗取值范围均出现交集的岩心，说明其具有相似的物性和孔隙结构，将其初步筛选出来；

(5)对于(4)中初步筛选出来的岩心，利用声波衰减系数进行进一步筛选，设示波器读取振幅的精度为Δa，将A_c0-Δa、A₀+Δa、L₀+Δl和A_c0+Δa、A₀-Δa、L₀-Δl分别带入下式：

$\mathrm{\α}=\frac{\ln A_c-\ln A}{L}$

将得到衰减系数的下限值α_min和上限值α_max，由此得到每个岩心的衰减系数的取值范围α＝[α_min，α_max]；

(6)对在不同频率下的衰减系数取值范围均出现交集的岩心，说明其具有高度相似的物性和孔隙结构，将其最终筛选出来。

与现有技术相比，本发明提供的测量方法原理可靠，结构简单，操作方便，实用性强，能用较少的时间和成本优选出大量实验用性质相同的岩心；利用本发明可对岩心的质量、密度等物性和内部孔隙结构进行定量分析，在岩心分析测试中具有重大意义。

附图说明

图1是本发明流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例进一步说明本发明。

参看图1。

一种岩心选样的方法，该方法依次包括以下步骤：

(1)选择同一组系层段和区块的5块岩心，利用精度Δl＝0.02mm的游标卡尺进行长度和直径测量，精度Δm＝0.0001g的电子天平称重，用时间和振幅精度分别为Δt＝0.4μs、Δa＝0.0039的数字示波器进行读值，数据结果见表2；

(2)将(1)中处理过的岩心，利用多探头不同频率超声波测试系统进行超声波测试，将发射和接受探头分别置于岩心两端面，加适当围压让探头与岩心端面充分接触，为了较好的耦合可适当在端面涂抹凡斯林，开启脉冲发生器，开始测试；

(3)利用示波器获取不同频率超声波探头对接和透射过岩心时的时间与首波声波振幅，数据见表3、表4、表5；

(4)利用计算机数据处理系统计算表2、表3中的数据得到表6，即每个岩心不同频率下的波阻抗值范围，由表6可知岩心编号为2，3，4的三块岩心的波阻抗值对不同频率均有交集，即这三块岩心具有相似的物性和孔隙结构，将其初步筛选出来；

(5)对在(4)中筛选出来的岩心，通过衰减系数来对其做进一步筛选，由表2、表4、表5中的数据可计算得到表7，即编号为2，3，4的三块岩心在不同频率下的衰减系数范围；

(6)由表7可知岩心编号为2和3的两块岩心其衰减系数对不同频率均具有交集，即在本次岩样筛选中2号和3号岩心具有物性和孔隙结构的高度一致性，由此完成性质相同岩心的筛选工作。

表2岩心的基本物理参数记录

表3不同频率超声波透射过岩心首波时间记录(μs)

表4不同频率超声波探头对接首波振幅A_C记录

表5不同频率声波透射过岩心首波振幅A记录

表6岩心对不同频率超声波的波阻抗Z范围(g·mm^-2·μs^-1)

表7不同频率超声波的岩心衰减系数α范围

Claims (1)

1.一种岩心选样的方法，该方法依次包括以下步骤：

(1)利用电子天平对待筛选的岩心进行称重，用游标卡尺测量岩心直径和长度，得到每个岩心的质量M₀、直径D₀和长度L₀；

(2)将每个岩心分别用探头频率为25KHz、50KHz、100KHz、250KHz、500KHz、1.25MHz、2.5MHz的超声波测试，用示波器读取不同频率超声波透射过岩心所用时间T₀、探头对接首波振幅A_c0和加岩心后的首波振幅A₀；

(3)设游标卡尺的精度为Δl、电子天平的精度为Δm、示波器读取时间的精度为Δt，将M₀-Δm、D₀+Δl、T₀+Δt和M₀+Δm、D₀-Δl、T₀-Δt分别带入下式：

$Z=\frac{4M}{\mathrm{\π}{D}^{2}T}$

得到每个岩心波阻抗的取值范围Z＝[Z_min，Z_max]；

(4)对在不同频率下的波阻抗取值范围均出现交集的岩心，将其初步筛选出来；

(5)对于(4)中筛选出来的岩心，设示波器读取振幅的精度为Δa，将A_c0-Δa、A₀+Δa、L₀+Δl和A_c0+Δa、A₀-Δa、L₀-Δl分别带入下式：

$\mathrm{\α}=\frac{\ln A_c-\ln A}{L}$

得到每个岩心衰减系数的取值范围α＝[α_min，α_max]；

(6)对在不同频率下的衰减系数取值范围均出现交集的岩心，将其最终筛选出来。