CN103267802B - 一种天然气水合物保真岩芯声波快速检测装置 - Google Patents
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Abstract
一种天然气水合物保真岩芯声波快速检测装置，该装置由声波发生器/声波接收器、声波换能器和数据采集系统；声波接收器与声波发生器为同一装置，声波发生器发出超声波，超声波频率通过调节声波发生器上的电压来实现，声波发生器发出的电信号转化为机械振动，接收端将机械振动转换为电信号；声波换能器成对布置在测量管壁的外侧，一端与测量管壁接触，另一端联结的弹簧。本发明最大工作压力20MPa；工作温度，－20℃～常温；控制精度，±0.1℃，±0.1Mpa；识别精度，100微米。在实地勘探天然气水合物过程中，能实现岩芯的快速检测，相较于电阻率法测量天然气水合物岩芯参数准确度高，后期实验分析的结果有较高的真实性。<!--1-->
Description
技术领域
本发明涉及一种天然气水合物岩芯的声波检测装置，属于石油科研仪器技术领域。
背景技术
天然气水合物(naturalgashydrate)又称可燃冰，它是在一定条件下（合适的温度、压力、气体饱和度）由水分子和甲烷气体分子组成的结晶状固态化合物。天然气水合物广泛分布在大陆、岛屿的斜坡地带以及海洋和一些内陆湖的深水环境，它的能源总量相当于全世界已知能源总储量的2倍，它将可能成为2l世纪替代煤、石油、天然气的新型能源矿产。
2008年，中国首次在陆域上发现可燃冰，使中国成为加拿大、美国之后，在陆域上通过国家计划钻探发现可燃冰的第三个国家。初略的估算，远景资源量至少有350亿吨油当量。在海上开采过程中，需要快速探测采集样本中是否有天然气水合物。
天然气水合物岩芯是一种纯天然形成的天然气水合物形态，通过保真取样技术进行采集得到的物样，能够真实的反应开采地点天然气水合物的结构、机械特性、传热特性等基本物性，对天然气水合物岩芯的检测结果有利于该地区天然气水合物的开采工作。传统天然气水合物岩芯的检测工作，是在实验室环境下，用反应釜生成的天然气水合物岩芯通过测量电阻率，利用压电效应检测水合物的合成与分解过程，不能保证在勘探地点实现保真快速测量，分析结果不能保证与自然界中天然气水合物储层实际真实情况完全一致，目前关于天然气水合物岩芯声波测量装置及方法还未见报道。
发明内容
为了解决上述天然气水合物岩芯检测过程中存在的问题，本发明提供了一种天然气水合物岩芯的声波检测方法及装置，在水合物岩芯保压取样的基础上实现快速检测，本发明的实施地点主要是实验室及船载工作环境，特点是在能够在不破坏岩芯的基础上检测是否有水合物存在，其目的在于解决天然气水合物岩芯实地勘探过程中快速准确检测问题，能最大程度上减小对天然气水合物岩芯内部结构的破坏，研究测试得到的数据更加贴近水合物岩芯的实际情况。
本发明的技术方案是：
一种天然气水合物保真岩芯声波快速检测装置，包括声波发生器/声波接收器、声波换能器、数据采集系统。
声波接收器与声波发生器为同一装置，声波发生器发出超声波，超声波频率通过调节声波发生器上的电压来实现。
声波换能器的发射端将声波发生器发出的电信号转化为机械振动，声波换能器的接收端将机械振动转换为电信号。声波换能器成对布置在测量管壁的外侧，一端与测量管壁接触，另一端联结弹簧，通过弹簧实现与测量管壁的紧固与放松。根据弹簧伸缩长度以及换能器的垂直长度，应该使弹簧处于压缩状态时能够使换能器压紧有机管壁。换能器的水平布置，可以采用如下方式：从右侧第一组换能器开始，右一组换能器与密封舱距离为60mm，其他两组依次间隔同为60mm。
数据采集系统包括放大电路、示波器和计算机，通过放大电路将信号放大，在示波器上显示后，通过计算机分析得到数据信息。
我们通过观测到的声波速度在岩芯中的变化来判断是否有天然气水合物存在。
本发明的有益效果是：
（1）实现在高压、海水环境下测量：本发明在可控条件下，声波探测可以实现最大工作压力20MPa；工作温度：－20℃～常温；控制精度：±0.1℃，±0.1Mpa；识别精度，100微米。
（2）实现对保真岩芯的快速检测：本发明重点实施场所为船载测量，能在不破坏天然气水合物岩芯的基础上实现快速检测岩芯中水合物存在，通过示波器图像以及数据分析结果的较为直观的判断依据。
（3）实现声波探测在圆柱体壁面的应用：本发明重点实施场所为船载测量，在排除电阻率、压电传感器等测量方法的前提下，通过设计声波探测器系统（时间继电器、控制弹簧、水浸换能器贴合圆柱壁面工艺设计）实现了声波探测由平面到曲面的跨越。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为声波换能器控制系统示意图。
图3为声波换能器系统侧视图。
图中：1声波发生器-接收器；2声波换能器的发射端；3声波换能器的接收端；4放大电路；5示波器；6数据采集系统；7密封舱；8切割单元；9介质压力平衡系统；10时间继电器。
具体实施步骤
在本发明中，声波发生器-接收器我们用5077PR型，奥林巴斯NDT公司所属设备。
如图所示，声波换能器的发射端、声波换能器的接收端分别与控制弹簧连接，实现与环形壁面的紧固与松开。
其中，三组声波换能器在外套钢管上紧固孔的直径为15—17mm，分别平行距离为50—70mm，控制弹簧型号视具体情况定。
该装置采用声波发生器发射超声波信号后，被声波换能器接受，在超声波穿透水合物岩芯过程中，实现由电信号转换为机械信号，再将机械信号转换为电信号的过程，最终声波信号的变化由示波器呈现，经计分析数据得到水合物岩芯参数结果。
第一步，在水合物岩芯经过声波探测装置时，通过声波发生器1依次给三组声波换能器施加脉冲信号，声波换能器发射端2发出信号，垂直穿透天然气水合物岩芯；在岩芯行进过程中，时间继电器开关断开，弹簧处于自然伸长状态，声波换能器不与有机玻璃壁面接触；在岩芯停止前进时，时间继电器开关闭合，弹簧处于压缩状态，声波换能器与有机玻璃壁面紧密结合。待岩芯管启动前进，弹簧重又回归自然伸长状态。
第二步，声波换能器在弹簧拉伸时，与环形壁面紧密连接发射的信号经过岩芯被接收端3接收，将机械信号转换为电信号；
第三步，转换的电信号经过放大电路4进一步放大，传输给示波器5；
第四步，信号在示波器内成像，可以观察超声波信号在天然气水合物岩芯中的变化；
第五步，数据采集系统6收集示波器中信号，得出实验结果，通过观测到的声波速度在岩芯中的变化来判断是否有水合物存在。
Claims (2)
1.一种天然气水合物保真岩芯声波快速检测装置，包括声波发生器/声波接收器、声波换能器和数据采集系统；其特征在于：
声波接收器与声波发生器为同一装置，声波发生器发出超声波，超声波频率通过调节声波发生器上的电压来实现；
声波换能器的发射端将声波发生器发出的电信号转化为机械振动，声波换能器的接收端将机械振动转换为电信号；声波换能器成对布置在测量管壁的外侧，一端与测量管壁接触，另一端联结的弹簧，通过弹簧实现与测量管壁的紧固与放松；声波换能器的发射端、声波换能器的接收端分别与控制弹簧连接，实现与环形壁面的紧固与松开；换能器的水平布置，采用如下方式：从右侧第一组换能器开始，其中，三组声波换能器在外套钢管上紧固孔的直径为15—17mm，分别平行距离为50—70mm；数据采集系统包括放大电路、示波器和计算机。
2.根据权利要求1所述的一种天然气水合物保真岩芯声波快速检测装置，其特征在于，换能器的水平布置时，采用如下方式：从右侧第一组换能器开始，右一组换能器与密封舱距离为60mm，其他两组依次间隔同为60mm。
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