CN103267804A - 一种储层岩石低频岩石物理模量测量系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种储层岩石低频岩石物理模量测量系统，包括：高压舱子系统，由上压盖、下压盖、圆柱形铝共振腔、以及由上下流体管线连接的待测样品所组成；围压控制子系统，由去离子水容器、围压泵、以及除气装置所组成；孔隙压力注入子系统，由恒速恒压泵、高压软管、高压不锈钢抛光硬管、小岩心夹持器、以及回压装置所组成；移动岩心测量子系统，由位置控制器、步进电机、丝杠、导轨、以及滑块所组成；温度控制子系统，由电加热系统、保温系统、以及温控仪所组成；信号输出与接收子系统，由锁相放大器、功率放大器、以及预放大器所组成。本发明提供了一种能对储层条件下，即变围压、变温度、以及变孔隙压力下的储层岩石样品进行测量的装置。

Description

一种储层岩石低频岩石物理模量测量系统

技术领域

本发明涉及油气勘探设备领域，尤其是涉及一种储层岩石低频岩石物理模量测量系统。

背景技术

岩石物理性质的实验室测量是地球物理应用研究中的一项基础性研究工作。由于地下岩石的复杂性，一般认为，岩石的岩石物理性质是随频率而变化的，在实验室中准确测定现场应用频率段内的岩石物理性质对利用地震勘探和声波测井资料来认识地下岩石的性质，研究地震相和测井相随频率的变化特征等都具有重要的意义。

国内外在岩石物理的实验测量方面有几类重要的方法。第一类为超声传输法；该方法在岩石的弹性性质测量中应用广泛，但在实验室条件下，岩心的尺寸有限（厘米级），为保证该尺寸比声波波长大几倍，超声法测量只能进行高频测量（MHz数量级）。然而，实验室高频（MHz）条件下岩石物理性质的测试结果直接应用到地震勘探与测井频带（10Hz—10kHz）的数据处理与资料解释是否合适,一直是困扰地球物理界的一个重要问题。第二类为共振棒法；共振棒法是可操作在千赫兹（kHz）量级的低频测试技术。其测量原理是对形状规则的长圆柱形或长管状岩石样品施以一系列频率不同的正弦振动以使岩棒发生振荡变形，通过观测岩石的共振峰的频率和峰的宽度，来估算岩样的各种模量和岩样的Q值。然而，为了能够测量到低频弹性性质，此方法所需的岩样为长达数十厘米的杆状岩石，样品加工异常困难。第三类为应力—应变法；该法也是一类重要的低频测量技术，其基本原理是在岩石样品的表面贴附应变片直接记录施加在岩石样品上的受迫变形而获得地震频段内岩石物理性质的。然而，该技术仍存在一些主要的困难和挑战：1）设备机械系统庞大，不易操作；2）应变片非常敏感于岩石样品的表面准备；3）样品的制备过程耗时繁琐。这些缺点使得基于应力—应变方法的低频岩石物理性质测试技术难以推广。

综上所述，现存的岩石物理实验室测量技术都未能很好地解决低频段（kHz以下）小岩石样品（厘米级）的弹性性质测量问题。

利用差分共振声谱测量技术获取kHz以及kHz以下频率材料的弹性性质的技术，其中所涉及到的测量技术与弹性模量估计技术有一些重要的限制与缺憾，表现在：1）装置只能在常温常压下进行测量，未能给待测岩石样品提供储层条件，即高温高压条件；2）测量时腔体中多点测量，但模量估算时只利用了腔体中心点的测量信息；3）算法近似太多，以致只对相对比较软的材料的弹性模量（或声学性质）估计相对准确；4）样品弹性性质测量的可重复性差。

因此，本领域的急需提供一种能对储层条件下，即变围压、变温度、以及变孔隙压力下的储层岩石样品进行测量的装置。

发明内容

本发明实施例提供一种储层岩石低频岩石物理模量测量系统，以提供一种能对储层条件下，即变围压、变温度、以及变孔隙压力下的储层岩石样品进行测量的装置。

为了达到上述技术目的，本发明实施例提供了一种储层岩石低频岩石物理模量测量系统，所述储层岩石低频岩石物理模量测量系统包括：

高压舱子系统，由上压盖、下压盖、圆柱形铝共振腔、以及由上下流体管线连接的待测样品所组成；

围压控制子系统，由去离子水容器、围压泵、以及除气装置所组成；

孔隙压力注入子系统，由恒速恒压泵、高压软管、高压不锈钢抛光硬管、小岩心夹持器、以及回压装置所组成；

移动岩心测量子系统，由位置控制器、步进电机、丝杠、导轨、以及滑块所组成；

温度控制子系统，由电加热系统、保温系统、以及温控仪所组成；

信号输出与接收子系统，由锁相放大器、功率放大器、以及预放大器所组成。

优选的，在本发明一实施例中，所述储层岩石低频岩石物理模量测量系统还包括：计算机，分别与所述围压控制子系统、所述孔隙压力注入子系统、所述移动岩心测量子系统、所述温度控制子系统、所述信号输出与接收子系统耦接，用于利用通用接口总线GPIB采集卡进行自动控制。

优选的，在本发明一实施例中，所述高压舱子系统中的圆柱形铝共振腔：内径0.07m，壁厚0.01m，高0.61m；所述圆柱形铝共振腔由两块扁平圆柱形法兰固定在高压舱的筒体壁上，同时，放置于高压舱底部靠近筒体壁左右各一内铝腔支撑筒对圆柱形铝共振腔也起部分支撑作用；待测样品装载完成后，上压盖与下压盖由内置高压螺栓固定在抗高压筒体上。

优选的，在本发明一实施例中，所述围压控制子系统，用于在密封待测样品装载以及高压舱的上压盖和下压盖密闭加载过程结束后，由围压泵将去离子水经由除气装置泵入高压舱，去离子水慢慢注满整个高压舱并形成密封待测样品的围压控制子系统。

优选的，在本发明一实施例中，所述孔隙压力注入子系统中，待测样品上下端面使用厚度为1mm的环氧树脂密封，待测样品侧面由尽可能薄的环氧树脂层密封；在待测样品的上下两端连接高压不锈钢抛光硬管，再用高压软管分别连接到恒速恒压泵与回压装置；所述孔隙压力注入子系统，用于向密封的岩石样品注入所要研究的孔隙流体，并提供孔隙压力。

优选的，在本发明一实施例中，所述移动岩心测量子系统中，用于将待测样品固定在由步进电机控制的滑块上，从而由丝杠的连接作用上下移动待测样品，并保证其在圆柱形铝共振腔的轴线上移动。

优选的，在本发明一实施例中，所述温度控制子系统，用于由电加热系统、保温系统、以及温控仪对所述储层岩石低频岩石物理模量测量系统进行温度控制。

优选的，在本发明一实施例中，所述信号输出与接收子系统中，在计算机通过步进马达控制待测样品的位置，使待测样品在高压舱中的共振腔中从下往上移动或从上往下移动，每移动一个位置，锁相放大器发出正弦扫频信号，通过功率放大器后激发镶嵌于铝共振腔壁上的三块压电陶瓷震源，压电陶瓷震源将电信号转化为机械振动以声波信号形式发出，位于共振腔顶部的水听器接收铝共振腔体内声压场信号，并通过预放大器放大后再传回到锁相放大器；锁相放大器将接收到的信号与其激发的信号进行锁相处理后输出到计算机，以获得待测样品在各测量点共振频率以及空腔的共振频率，从而进一步获得低频条件下，变围压、变温度、以及变孔隙压力的储层岩石样品的压缩系数及密度值。

上述技术方案具有如下有益效果：因为采用所述储层岩石低频岩石物理模量测量系统包括：高压舱子系统，由上压盖、下压盖、圆柱形铝共振腔、以及由上下流体管线连接的待测样品所组成；围压控制子系统，由去离子水容器、围压泵、以及除气装置所组成；孔隙压力注入子系统，由恒速恒压泵、高压软管、高压不锈钢抛光硬管、小岩心夹持器、以及回压装置所组成；移动岩心测量子系统，由位置控制器、步进电机、丝杠、导轨、以及滑块所组成；温度控制子系统，由电加热系统、保温系统、以及温控仪所组成；信号输出与接收子系统，由锁相放大器、功率放大器、以及预放大器所组成的技术手段，所以达到了如下的技术效果：提供了一种能对储层条件下，即变围压、变温度、以及变孔隙压力下的储层岩石样品进行测量的装置，可以获得待测样品在各测量点共振频率以及空腔的共振频率，从而进一步获得低频条件下，变围压、变温度、以及变孔隙压力的储层岩石样品的压缩系数及密度值。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例一种储层岩石低频岩石物理模量测量系统组成结构示意图；

图2为本发明应用实例共振腔内压力场分布图；

图3为本发明应用实例共振腔在样本放入前后的共振响应示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，为本发明实施例一种储层岩石低频岩石物理模量测量系统组成结构示意图，所述储层岩石低频岩石物理模量测量系统包括：

高压舱子系统，由上压盖11、下压盖12、圆柱形铝共振腔13、以及由上下流体管线连接的待测样品14所组成；

围压控制子系统，由去离子水容器15、围压泵16、以及除气装置17所组成；

孔隙压力注入子系统，由恒速恒压泵18、高压软管19、高压不锈钢抛光硬管20、小岩心夹持器21、以及回压装置22所组成；

移动岩心测量子系统，由位置控制器23、步进电机（未示出）、丝杠24、导轨25、以及滑块26所组成；

温度控制子系统，由电加热系统27、保温系统28、以及温控仪29所组成；

信号输出与接收子系统，由锁相放大器30、功率放大器31、以及预放大器32所组成。

优选的，所述储层岩石低频岩石物理模量测量系统还包括：计算机33，分别与所述围压控制子系统、所述孔隙压力注入子系统、所述移动岩心测量子系统、所述温度控制子系统、所述信号输出与接收子系统耦接，用于利用通用接口总线GPIB采集卡进行自动控制。

优选的，所述高压舱子系统中的圆柱形铝共振腔：内径0.07m，壁厚0.01m，高0.61m；所述圆柱形铝共振腔由两块扁平圆柱形法兰固定在高压舱的筒体壁上，同时，放置于高压舱底部靠近筒体壁左右各一内铝腔支撑筒34对圆柱形铝共振腔也起部分支撑作用；待测样品装载完成后，上压盖与下压盖由内置高压螺栓固定在抗高压筒体上。

优选的，所述围压控制子系统，用于在密封待测样品装载以及高压舱的上压盖和下压盖密闭加载过程结束后，由围压泵将去离子水经由除气装置泵入高压舱，去离子水慢慢注满整个高压舱并形成密封待测样品的围压控制子系统。

优选的，所述孔隙压力注入子系统中，待测样品上下端面使用厚度为1mm的环氧树脂密封，待测样品侧面由尽可能薄的环氧树脂层密封；在待测样品的上下两端连接高压不锈钢抛光硬管，再用高压软管分别连接到恒速恒压泵与回压装置；所述孔隙压力注入子系统，用于向密封的岩石样品注入所要研究的孔隙流体，并提供孔隙压力。其中，高压不锈钢抛光硬管与上压盖、下压盖之间可以采用动密封“O”型圈35密封。

优选的，所述移动岩心测量子系统中，用于将待测样品固定在由步进电机控制的滑块上，从而由丝杠的连接作用上下移动待测样品，并保证其在圆柱形铝共振腔的轴线上移动。

优选的，所述温度控制子系统，用于由电加热系统、保温系统、以及温控仪对所述储层岩石低频岩石物理模量测量系统进行温度控制。

优选的，所述信号输出与接收子系统中，在计算机通过步进马达控制待测样品的位置，使待测样品在高压舱中的共振腔中从下往上移动或从上往下移动，每移动一个位置，锁相放大器发出正弦扫频信号，通过功率放大器后激发镶嵌于铝共振腔壁上的三块压电陶瓷震源，压电陶瓷震源将电信号转化为机械振动以声波信号形式发出，位于共振腔顶部的水听器接收铝共振腔体内声压场信号，并通过预放大器放大后再传回到锁相放大器；锁相放大器将接收到的信号与其激发的信号进行锁相处理后输出到计算机，以获得待测样品在各测量点共振频率以及空腔的共振频率，从而进一步获得低频条件下，变围压、变温度、以及变孔隙压力的储层岩石样品的压缩系数及密度值。

本发明实施例上述技术方案具有如下有益效果：因为采用所述储层岩石低频岩石物理模量测量系统包括：高压舱子系统，由上压盖、下压盖、圆柱形铝共振腔、以及由上下流体管线连接的待测样品所组成；围压控制子系统，由去离子水容器、围压泵、以及除气装置所组成；孔隙压力注入子系统，由恒速恒压泵、高压软管、高压不锈钢抛光硬管、小岩心夹持器、以及回压装置所组成；移动岩心测量子系统，由位置控制器、步进电机、丝杠、导轨、以及滑块所组成；温度控制子系统，由电加热系统、保温系统、以及温控仪所组成；信号输出与接收子系统，由锁相放大器、功率放大器、以及预放大器所组成的技术手段，所以达到了如下的技术效果：提供了一种能对储层条件下，即变围压、变温度、以及变孔隙压力下的储层岩石样品进行测量的装置，可以获得待测样品在各测量点共振频率以及空腔的共振频率，从而进一步获得低频条件下，变围压、变温度、以及变孔隙压力的储层岩石样品的压缩系数及密度值。

以下应用实例进行详细说明：

本发明应用实例在现有技术基础之上，对测量装置以及模量估计算法均做了大量改进，解决了以下问题：1）基于差分式声共振原理，解决了高温高压条件下对岩石样品进行拟地震频段的低频岩石模量的测量问题；2）利用腔体中尽可能多的测量点信息，消除偶然误差与系统噪音，提升材料（特别是硬材料如碳酸盐岩岩石样品）弹性模量的估计精度；3）利用一种全曲线拟合的非线性反演方法可以同时反演被测材料的弹性性质与密度；4）对饱和流体的储层岩石样品可以高精度地获得其储层条件下的弹性性质与密度。为了进行低频（kHz以下）以及储层（高温高压）条件下饱和（或部分饱和）流体储层岩石弹性性质的实验室精确测量，本发明设计一种基于声共振技术、可在高温高压条件下进行低频（kHz以下）岩石物理模量测试的装置，以及发明一种基于双参考样品的校正技术与全曲线拟合的非线性反演技术，使得利用该装置对压缩系数介于所选双参考样品之间的饱和（或部分饱和）流体储层岩石样品的压缩系数（体积模量）和密度值，进行变有效压力（围压与孔隙压力之差）与变温度条件下的精确估计。本发明提供一种可获取储层条件（高温高压）下测试低频（kHz以下）岩石模量的实验装置与方法，用于在被测储层岩石样品尺寸很小的情况下，获得高温高压（变有效压力与变温度）条件下被测储层岩石样品高精度的压缩模量（体积模量）与密度。本发明装置名称可以称为：基于差分声共振原理、模拟高温高压条件的储层岩石低频岩石物理模量测量仪。

参照图1所示，该测量系统有6个子系统组成：子系统一由上压盖、下压盖、圆柱形铝共振腔、以及由上下流体管线连接的待测样品所组成的高压舱子系统；子系统二由去离子水容器、围压泵、以及除气装置所组成的围压控制子系统；子系统三由恒速恒压泵、高压软管、高压不锈钢抛光硬管、小岩心夹持器、以及回压装置所组成的孔隙压力注入子系统；子系统四为由位置控制器、步进电机、丝杠、导轨、以及滑块所组成的移动岩心测量子系统；子系统五为电加热系统、保温系统、以及温控仪所组成的温度控制子系统；子系统六为由SR850锁相放大器、功率放大器、以及预放大器所组成的信号输出与接收子系统；子系统二～子系统六统一由GPIB（General-Purpose Inter face Bus，通用接口总线）采集卡进行统一自动控制。需要说明的是，为了保证共振的发生通常使用共振腔背景液体为硅油，理由有二：一是硅油无色透明低粘度，二是空气泡难以溶入硅油中。低粘度与空气泡难溶入性是使共振能够发生的必要条件，是决定测量成败的关键因素之一。本发明利用去离子水加除气装置的组合替代了通常使用的硅油，使得共振腔液体的低粘度性与空气泡难溶入性都得以保障，在保证测量精度的前提下，既大大降低了成本，也改善了实验的可操作性。

子系统一：提供了该测量系统的核心部件，即圆柱形铝共振腔，其内径0.07m，壁厚0.01m，高0.61m。圆柱形铝共振腔由两块扁平圆柱形法兰固定在高压舱的筒体壁上，同时，放置于高压舱底部靠近筒体壁左右各一内铝腔支撑筒对圆柱形铝共振腔也起部分支撑作用；待测样品装载完成后，上压盖与下压盖由内置高压螺栓固定在抗高压筒体上；

子系统二：提供了密封岩石样品的围压控制子系统，围压控制子系统由去离子水容器、围压泵、以及除气装置组成。密封岩石样品装载以及高压舱的上压盖和下压盖密闭加载过程结束后，围压泵将去离子水经由除气装置泵入高压舱，去离子水慢慢注满整个高压舱并形成密封样品的围压控制子系统。使用去离子水的目的在于使高压舱内的共振腔背景液体导电性质很弱；除气装置是使去离子水中的气泡消除，确保由压电陶瓷发射的声波能量不会因气泡的存在而剧烈衰减，从而导致圆柱形铝共振腔中的共振不能发生；

子系统三：提供了密封岩石样品的孔隙压力注入子系统，由恒速恒压泵、高压软管、高压不锈钢抛光硬管、小岩心夹持器、以及回压装置组成。其中，待测岩石样品上下端面使用厚度为1mm的环氧树脂密封，侧面由尽可能薄的环氧树脂层密封；在待测岩石样品的上下两端连接高压不锈钢抛光硬管，再用高压软管分别连接到恒速恒压泵与回压装置。孔隙压力注入子系统向密封的岩石样品注入所要研究的孔隙流体，并提供孔隙压力；

子系统四：提供了移动岩石样品的装置，由位置控制器、步进电机、丝杠、导轨、以及滑块所组成的移动岩心测量子系统；其中，待测岩石样品上下端面使用厚度为1mm的环氧树脂密封，侧面由尽可能薄的环氧树脂层密封；在待测岩石样品的上下两端连接高压不锈钢抛光硬管，作用有二：其一支撑岩石样品，其二固定在由步进电机控制的滑块上，从而由丝杠的连接作用上下移动岩石样品，并保证其在圆柱形铝共振腔的轴线上移动；

子系统五：提供实验系统的温度控制，由电加热系统、保温系统、以及温控仪所组成；

子系统六：由SR850锁相放大器、功率放大器、以及预放大器所组成的信号输出与接收子系统。实验中，计算机通过步进马达控制样本的位置，使岩石样品在高压舱中的共振腔中从下往上（或从上往下）移动。每移动一个位置，锁相放大器发出正弦扫频信号，通过功率放大器后激发镶嵌于铝共振腔壁上的三块压电陶瓷震源，压电陶瓷震源将电信号转化为机械振动以声波信号形式发出，位于共振腔顶部的水听器接收铝共振腔体内声压场信号，并通过预放大器放大后再传回到锁相放大器。锁相放大器将接收到的信号与其激发的信号进行锁相处理后输出到计算机。该实验过程可获得样品在各测量点共振频率以及空腔（未加载样品）的共振频率，供后续处理。

本发明应用实例涉及的方法如下：

①准备被测储层岩石样品（S）、弹性性质已知的标准铝样品(Al)及标准有机玻璃样品(Lu)，弹性性质已知意为标准铝样品及标准有机玻璃样品的压缩系数（体积模量）与密度均为已知，即铝标准样品的压缩系数与密度（κ_al，ρ_al），以及有机玻璃标准样品的压缩系数与密度（κ_lu，ρ_lu）均已知；

②测量两块标准样品的体积V_al与V_lu、以及被测储层岩石样品体积V_S；

③操控子系统二与子系统五，即将高压舱内的压力与温度设定到一定条件，准备测试空腔共振频率与两块标准样品的共振频率；

④在设定好的、一定的高压舱内压力与温度下，测量空声共振腔共振频率f₀；

⑤分别加载标准铝样品及标准有机玻璃样品：样品上下端面使用厚度为1mm的环氧树脂密封，侧面由尽可能薄的环氧树脂层密封，密封条件必须与待测试储层岩石样品严格一致；标准样品加载后，密闭高压舱，并操控子系统二与子系统五使得高压舱内的压力与温度和测量空声共振腔时保持一致；

⑥在N个位置测量标准铝样品以及标准有机玻璃样品的共振频率：f_al,i(i＝1,2...N)，f_lu,i(i＝1,2...N)；

⑦在每一个测量位置，联立求解如下二元一次方程：

$\left\{\begin{array}{c}{f}_{\mathrm{al},i}^2-f_0^2={-f}_{\mathrm{al},i}^2\frac{{\mathrm{\κ}}_{\mathrm{al}}-{\mathrm{\κ}}_0}{{\mathrm{\κ}}_0}\frac{V_S}{V_C}{A}_i-f_0^2\frac{{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{al}}-{\mathrm{\ρ}}_0}{{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{al}}}\frac{V_S}{V_C}{B}_i\\ f_{\mathrm{lu},i}^2-f_0^2={-f}_{\mathrm{lu},i}^2\frac{{\mathrm{\κ}}_{\mathrm{lu}}-{\mathrm{\κ}}_0}{{\mathrm{\κ}}_0}\frac{V_S}{V_C}{A}_i-f_0^2\frac{{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{lu}}-{\mathrm{\ρ}}_0}{{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{lu}}}\frac{V_S}{V_C}{B}_i\end{array}\right.,i=\mathrm{1,2}\·\·\·,N$

其中，κ₀，ρ₀以及V_C分别为：有机玻璃筒中所盛去离子水的压缩系数、密度和铝共振腔的体积，均为已知数；以上方程联立求解，可获得在N个测量位置上的双校正系数A_i(i＝1,2…,N)以及B_i(i＝1,2…,N)；

⑧加载待测岩石样品：样品上下端面使用厚度为1mm的环氧树脂密封，侧面由尽可能薄的环氧树脂层密封，密封条件必须与加载标准铝样品和标准有机玻璃样品时严格一致。操控子系统3调节待测储层岩石样品的孔隙压力（即为改变流体饱和度）为某一设定的值时，在N个位置上测量待测储层岩石样品的共振频率：f_s,i(i＝1,2...N)；

⑨将④，⑦，以及⑧获得的测量数据以及双校正系数A_i(i＝1,2…,N)以及B_i(i＝1,2…,N)，代入如下方程：

$f_{s,i}^2=\frac{f_0^2-f_0^2(1-{\mathrm{\ρ}}_0\mathrm{\ρ})\frac{V_S}{V_C}{B}_i}{1+(\frac{1}{{\mathrm{\κ}}_0}{\mathrm{\κ}}_s-1)\frac{V_S}{V_C}{A}_i},i=1,2\·\·\·N$

⑩利用最小二乘法非线性反演的方法（标准方法），最小化如下目标函数：

$Y=\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{[\frac{f_0^2-f_0^2(1-{\mathrm{\ρ}}_0\mathrm{\ρ})\frac{V_S}{V_C}{B}_i}{1+(\frac{1}{{\mathrm{\κ}}_0}{\mathrm{\κ}}_s-1)\frac{V_S}{V_C}{A}_i}-f_{s,i}^2]}^2,i=\mathrm{1,2}\·\·\·N$

通过步骤10可同时反演获得被测储层岩石样品在某一固定围压、孔隙压、及温度下的压缩系数与密度值分别为：κ_s以及ρ_S，其中，ρ_S=1/ρ。

重复步骤③—⑩可获得低频条件下，变围压、变温度、以及变孔隙压力（变流体饱和度）的储层岩石样品的压缩系数及密度值。

由图1可知，其基本显示了该装置的大部分部件，并清楚地显示了该装置各部件的连接关系。该装置部件包括：SR850锁相放大器、功率放大器、预放大器、压电陶瓷震源、水听器、位置控制器、上下压盖与筒体组成的高压舱、圆柱形铝制共振腔体、围压控制子系统、孔隙压力注入子系统、步进电机、温度控制子系统。

SR850锁相放大器为标准商业部件，能发送与接收指定频率的正弦信号，提供震源激励信号（发射）与接收来自水听器的信号（接收）；

功率放大器为标准商业部件，主要功能为将SR850锁相放大器输出的信号进行功率放大，再输入至压电陶瓷源以有足够的功率激励信号源；

压电陶瓷震源为声波源，三块压电陶瓷源镶嵌在圆柱形铝筒壁上，与功率放大器连接，功率放大器与SR850锁相放大器的输出端连接；

水听器为标准商业部件，用来监测由镶嵌于圆柱形铝共振腔壁上震源所激发的声波场的变化，摄取共振信号。水听器放置于圆柱形铝共振腔顶端壁，水听器与预放大器连接，预放大器与SR850锁相放大器的输入端连接；

位置控制器控制步进马达，以精确地控制被测样品移动的位置。位置控制器一端通过GPIB电缆与计算机连接，由labview自动控制采集程序控制；另一端连接步进马达，步进马达连接丝杠，丝杠与滑块连接，滑块与高压不锈钢抛光硬管与导轨相连接；

上下压盖筒体组成的高压舱，共振实验在高压舱内完成。高压舱由上压盖、下压盖、以及筒体连接而成；高压不锈钢抛光硬管穿过上压盖、以及下压盖时，由高压密封线圈连接；圆柱形铝共振腔壁上的压电陶瓷震源导线以及水听器的导线通过高压密封连接从上压盖导出，分别连接至功率放大器与预放大器上；

圆柱形铝共振腔，提供了该共振测量系统的核心部件，其内径0.07m，壁厚0.01m，高0.61m。圆柱形铝共振腔由两块扁平圆柱形法兰固定在高压舱的筒体壁上，同时，放置于高压舱底部靠近筒体壁左右各一内铝腔支撑筒对圆柱形铝共振腔也起部分支撑作用；待测样品装置完成后，上压盖与下压盖由内置高压螺栓固定在抗高压筒体上；

围压控制子系统，提供了密封岩石样品的围压控制子系统，围压控制子系统由去离子水容器、围压泵、以及除气装置组成。密封岩石样品装载以及高压舱的上压盖和下压盖密闭加载过程结束后，围压泵将去离子水经由除气装置泵入高压舱，去离子水慢慢注满整个高压舱并形成密封样品的围压控制子系统。使用去离子水的目的在于使高压舱内的共振腔背景液体导电性质很弱；除气装置是使去离子水中的气泡消除，确保由压电陶瓷发射的声波能量不会因气泡的存在而剧烈衰减，从而导致圆柱形铝共振腔中的共振不能发生；

孔隙压力注入子系统，提供了密封岩石样品的孔隙压力注入子系统，由恒速恒压泵、高压软管、高压不锈钢抛光硬管、小岩心夹持器、以及回压装置组成。首先，待测岩石样品上下端面使用厚度为1mm的环氧树脂密封，侧面由尽可能薄的环氧树脂层密封；然后，在待测岩石样品的上下两端连接高压不锈钢抛光硬管，再用高压软管分别连接到恒速恒压泵与回压装置。孔隙压力注入子系统向密封的岩石样品注入所要研究的孔隙流体，并提供孔隙压力；

步进电机，提供了移动岩石样品的装置，由位置控制器、步进电机、丝杠、导轨、以及滑块所组成的移动岩心测量子系统；首先，待测岩石样品上下端面使用厚度为1mm的环氧树脂密封，侧面由尽可能薄的环氧树脂层密封；然后，在待测岩石样品的上下两端连接高压不锈钢抛光硬管，作用有二：其一支撑岩石样品，其二固定在由步进电机控制的滑块上，从而由丝杠的连接作用上下移动岩石样品，并保证其在圆柱形铝共振腔的轴线上移动；

温度控制子系统，提供实验子系统的温度控制，由电加热系统、保温系统、以及温控仪所组成。

估计方法（算法）的实施：

作为本发明所涉及估计方法的具体应用实例，叙述如下：在设定的围压，孔压，以及温度下，利用本发明所涉及的装置进行共振频率的测量实验，进一步，利用双标准样品，即标准铝样品（Al-1）以及标准有机玻璃样品（Lu-1），作为校正因子的计算，最终估计待测储层岩石样品的压缩系数（体积模量）与密度。

共振实验时所用的基本参数如下：锁相放大器所发射的正弦信号其扫频频率范围为：565Hz～665Hz,扫频的点数为：64*512=32768，其中，64为扫频的时间，单位为秒，512为扫频的采集速率，单位为次数/秒。这样，扫频的间隔即为：100Hz/(32768-1)=0.00305185Hz，极低的扫频间隔能够保证精确地确定出共振频率峰值。由步进马达控制样品位置在高压舱内沿着铝共振腔的轴心向上移动，共在75个测量位置测量共振频率，测量位置间隔可以由自动控制采集程序labview定制，一般地，测量位置步长为6mm或者12mm。

共振频率测量时，首先测量铝空腔的共振频率f₀，然后对标准铝样品Al-1与标准有机玻璃样品Lu-1在N个位置进行共振频率的测量，即测量获得f_al,i(i＝1,2...N)，f_lu,i(i＝1,2...N)。标准样品Al-1与Lu-1的压缩系数与密度值，即（κ_al，ρ_al）与（κ_lu，ρ_lu）均已知。此外，样品与铝共振腔的体积也均为已知，即V_s与V_C为已知，此时，在N个测量位置的每一个测量位置求解如下的二元一次方程，

$\left\{\begin{array}{c}{f}_{\mathrm{al},i}^2-f_0^2={-f}_{\mathrm{al},i}^2\frac{{\mathrm{\κ}}_{\mathrm{al}}-{\mathrm{\κ}}_0}{{\mathrm{\κ}}_0}\frac{V_S}{V_C}{A}_i-f_0^2\frac{{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{al}}-{\mathrm{\ρ}}_0}{{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{al}}}\frac{V_S}{V_C}{B}_i\\ f_{\mathrm{lu},i}^2-f_0^2={-f}_{\mathrm{lu},i}^2\frac{{\mathrm{\κ}}_{\mathrm{lu}}-{\mathrm{\κ}}_0}{{\mathrm{\κ}}_0}\frac{V_S}{V_C}{A}_i-f_0^2\frac{{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{lu}}-{\mathrm{\ρ}}_0}{{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{lu}}}\frac{V_S}{V_C}{B}_i\end{array}\right.,i=\mathrm{1,2}\·\·\·,N$

可获得双校正系数：A_i(i＝1,2…,N)以及B_i(i＝1,2…,N)。

将如上获得的系数A_i(i＝1,2…,N)以及B_i(i＝1,2…,N)代入如下方程：

$f_{s,i}^2=\frac{f_0^2-f_0^2(1-{\mathrm{\ρ}}_0\mathrm{\ρ})\frac{V_S}{V_C}{B}_i}{1+(\frac{1}{{\mathrm{\κ}}_0}{\mathrm{\κ}}_s-1)\frac{V_S}{V_C}{A}_i},i=1,2\·\·\·N$

并利用最小二乘法非线性反演的方法（标准方法），最小化如下目标函数：

$Y=\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{[\frac{f_0^2-f_0^2(1-{\mathrm{\ρ}}_0\mathrm{\ρ})B_i}{1+(\frac{1}{{\mathrm{\κ}}_0}{\mathrm{\κ}}_s-1)A_i}-f_{s,i}^2]}^2,i=\mathrm{1,2}\·\·\·N$

最小化目标函数的过程为基于最小二乘法全曲线拟合非线性反演（标准方法），当测量曲线与反演曲线拟合的最好时可获得被测储层岩石样品的压缩系数与密度值，分别为：κ_s以及ρ_s，其中，ρ_S=1/ρ。控制围压控制子系统，孔压子系统，以及温度，可以模拟不同储层的高温高压条件，从而获得不同储层条件下的岩石样品低频模量。

下面对上述方案的可行性进行论述：

如图2所示，为本发明应用实例共振腔内压力场分布图。当共振发生在如图2所示充满液体的声共振腔时，将产生沿着共振腔轴向空间谐变的声压场。声共振腔中轴向一阶共振频率由如下公式决定：

$f=\frac{c_0}{2L}---\left(1\right)$

其中，c₀是充满声共振腔的去离子水的声速，L是声共振腔的长度。这样，声共振腔中沿着轴向方向，声压呈正弦分部，声速正比于声压的空间导数。相应地，在声共振腔中有两个特别的位置：声共振腔的中心与两端，分别称之为声压节点与速度节点。对于一阶共振频率，声压节点处声速为最大而速度节点为声压最大。在如图1所示的声共振腔体中，待测样品引入到充满去离子水的声共振腔中产生声扰动。假设p₁与p₂分别为待测样品引入声共振腔前后共振腔中声压的分布函数，相应地，由于待测样品产生的声扰动，声共振腔的共振频率从ω₁移动到ω₂（如图3所示，为本发明应用实例共振腔在样本放入前后的共振响应示意图），用声波方程描述共振频率的一阶变换如下：

$-{\mathrm{\κ}}_1{\mathrm{\ω}}_1^2{p}_1=\▿\·(\frac{1}{{\mathrm{\ρ}}_1}\▿p_1)---\left(2\right)$

$-{\mathrm{\κ}}_2{\mathrm{\ω}}_2^2{p}_2=\▿\·(\frac{1}{{\mathrm{\ρ}}_2}\▿p_2)---\left(3\right)$

其中，

为待测样品引入声共振腔中前后压缩模量参数。相似地，ρ₁与ρ₂分布为去离子水和待测样品的密度。考虑到声压节点和速度节点的特性，有下述的边界条件：(1)在声共振腔的边界上有

(2)在声共振腔的两个开口端有p＝0。使用这样的两个边界条件可以解得方程(2)与方程(3)的声压解。在方程(2)的两端乘以p₂，在方程(3)的两端乘以p₁并对整个声共振腔进行体积积分(V_C)，可以得到

$-\underset{V_C}{\∫}{\mathrm{\κ}}_1{\mathrm{\ω}}_1^2{p}_1{p}_2\mathrm{dV}=\underset{V_C}{\∫}\▿\·(\frac{1}{{\mathrm{\ρ}}_1}\▿p_1)p_2\mathrm{dV}---\left(4\right)$

$-\underset{V_C}{\∫}{\mathrm{\κ}}_2{\mathrm{\ω}}_2^2{p}_1{p}_2\mathrm{dV}=\underset{V_C}{\∫}\▿\·(\frac{1}{{\mathrm{\ρ}}_2}\▿p_2)p_1\mathrm{dV}---\left(5\right)$

使用散度表达式

可以利用上述的边界条件重写方程(4)与方程(5)

$-\underset{V_C}{\∫}{\mathrm{\κ}}_1{\mathrm{\ω}}_1^2{p}_1{p}_2\mathrm{dV}=-\underset{V_C}{\∫}\frac{1}{{\mathrm{\ρ}}_1}\▿p_2\·\▿p_1\mathrm{dV}---\left(6\right)$

$-\underset{V_C}{\∫}{\mathrm{\κ}}_2{\mathrm{\ω}}_2^2{p}_1{p}_2\mathrm{dV}=-\underset{V_C}{\∫}\frac{1}{{\mathrm{\ρ}}_2}\▿p_1\·\▿p_2\mathrm{dV}---\left(7\right)$

进一步操作方程(6)以及方程(7)，最后可得到扰动方程(Perturbation equation)

${\mathrm{\ω}}_2^2-{\mathrm{\ω}}_1^2=-{\mathrm{\ω}}_2^2\frac{{\mathrm{\κ}}_2-{\mathrm{\κ}}_1}{{\mathrm{\κ}}_1}\frac{V_S}{V_C}A-{\mathrm{\ω}}_1^2\frac{{\mathrm{\ρ}}_2-{\mathrm{\ρ}}_1}{{\mathrm{\ρ}}_2}\frac{V_S}{V_C}B---\left(8\right)$

其中，

$A=\frac{V_C}{V_S}\underset{V_S}{\∫}{p}_1{p}_2\mathrm{dV}/\underset{V_C}{\∫}{p}_1{p}_2\mathrm{dV}$

$B=\frac{V_C}{V_S}\frac{1}{{\mathrm{\ρ}}_1{\mathrm{\κ}}_1{\mathrm{\ω}}_1^2}\underset{V_S}{\∫}\▿p_1\·\▿p_2\mathrm{dV}/\underset{V_C}{\∫}{p}_1{p}_2\mathrm{dV}$

在这些方程中，k₁＝ω₁/c₁是波数；V_S与V_C分别是声共振腔与待测样品的体积；通常而言方程(8)中的系数A与B可以表示成<p>²与<ρ₁c₁v>²，其物理意义分别为平均声压与声共振腔中平均粒子振动速度。习惯上，分别使用ω₀与ω_s(或f₀与f_s)表示待测样品引入声共振腔前后系统的共振频率，κ₀与κ_s分别表示去离子水与待测岩石样品的压缩模量，而ρ₀与ρ_s分别表示声共振腔中的去离子水与待测样品的密度。这样，可以重写方程(8)为如下的方程

${\mathrm{\&omega;}}_s^2-{\mathrm{\&omega;}}_0^2=-{\mathrm{\&omega;}}_s^2\left(\frac{V_S}{V_C}\right)\frac{{\mathrm{\&kappa;}}_s-{\mathrm{\&kappa;}}_0}{{\mathrm{\&kappa;}}_0}{<p>}^2-{\mathrm{\&omega;}}_0^2\left(\frac{V_S}{V_C}\right)\frac{{\mathrm{\&rho;}}_s-{\mathrm{\&rho;}}_0}{{\mathrm{\&rho;}}_s}{<{\mathrm{\&rho;}}_0{c}_{0}v>}^2---\left(9\right)$

或

${\mathrm{\&omega;}}_S^2-{\mathrm{\&omega;}}_0^2=-{\mathrm{\&omega;}}_S^2\frac{{\mathrm{\&kappa;}}_S-{\mathrm{\&kappa;}}_0}{{\mathrm{\&kappa;}}_0}\frac{V_S}{V_C}A-{\mathrm{\&omega;}}_0^2\frac{{\mathrm{\&rho;}}_S{-\mathrm{\&rho;}}_0}{{\mathrm{\&rho;}}_S}\frac{V_S}{V_C}B---\left(9\right)$

方程(9)即为扰动方程。

可以注意到方程(9)说明了待测样品与声共振腔中液体之间的压缩模量的对比((κ_s-κ₀)/κ₀)以及密度的对比((ρ_s-ρ₀)/ρ₀)直接贡献了样品引入声共振腔前后共振频率的偏移。通常而言，一块待测样品的密度是容易测得的，因此，待测样品的压缩模量是该系统测得的主要参数。如果一块待测样品放在声共振腔的速度节点或声压反节点上(见图1)，在这个节点上声速为0，这样，方程(9)的第二项便可被消去了。方程(9)便可被简化为如下的表达式：

${\mathrm{\&omega;}}_s^2-{\mathrm{\&omega;}}_0^2=-{\mathrm{\&omega;}}_s^2\left(\frac{V_S}{V_C}\right)\frac{{\mathrm{\&kappa;}}_s-{\mathrm{\&kappa;}}_0}{{\mathrm{\&kappa;}}_0}{<p>}^2---\left(10\right)$

与

相比2Δωω₀与Δω²分别为一阶与二阶无穷小，因此有

方程(10)进一步可以变形为：

${\mathrm{\&omega;}}_s^2-{\mathrm{\&omega;}}_0^2=-{\mathrm{\&omega;}}_0^2\left(\frac{V_S}{V_C}\right)\frac{{\mathrm{\&kappa;}}_s-{\mathrm{\&kappa;}}_0}{{\mathrm{\&kappa;}}_0}{<p>}^2---\left(11\right)$

进一步获得方程(11)的紧凑形式：

$\frac{f_s-f_0}{f_0}={\mathrm{CV}}_S\frac{{\mathrm{\&kappa;}}_s-{\mathrm{\&kappa;}}_0}{{\mathrm{\&kappa;}}_0}---\left(12\right)$

其中，为矫正系数。方程（12）是本发明参考文献中所涉及的被测样品的估计方法，然而，由于算法本身近似太多，导致估计精度不高，对压缩系数极大的样品（如橡胶）所估算出的压缩系数相对准确，而对压缩系数极低的样品（如饱和流体岩石样品）则误差极大，有时能达到60%以上。本发明涉及的估算方法是对方程（12）所示方法的极大改进。

如果待测样品同时也在除速度节点或声压反节点之外的测量位置进行测量的话，方程（9）等式右边的第二项则无法再省略，此时，利用尽可能多点的测量信息同时估算待测样品的压缩系数和密度可以获得精确的结果。样品在N个位置测量，根据方程（9）有，

${\mathrm{\&omega;}}_{s,i}^2=\frac{{\mathrm{\&omega;}}_0^2-{\mathrm{\&omega;}}_0^2(1-{\mathrm{\&rho;}}_0\mathrm{\&rho;})\frac{V_S}{V_C}{B}_i}{1+(\frac{1}{{\mathrm{\&kappa;}}_0}{\mathrm{\&kappa;}}_s-1)\frac{V_S}{V_C}{A}_i},i=\mathrm{1,2}\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;N---\left(13\right)$

或

$f_{s,i}^2=\frac{f_0^2-f_0^2(1-{\mathrm{\&rho;}}_0\mathrm{\&rho;})\frac{V_S}{V_C}{B}_i}{1+(\frac{1}{{\mathrm{\&kappa;}}_0}{\mathrm{\&kappa;}}_s-1)\frac{V_S}{V_C}{A}_i},i=1,2\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;N---\left(14\right)$

利用最小二乘法非线性反演的方法（标准方法），最小化如下目标函数：

$Y=\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}{[\frac{f_0^2-f_0^2(1-{\mathrm{\&rho;}}_0\mathrm{\&rho;})\frac{V_S}{V_C}{B}_i}{1+(\frac{1}{{\mathrm{\&kappa;}}_0}{\mathrm{\&kappa;}}_s-1)\frac{V_S}{V_C}{A}_i}-f_{s,i}^2]}^2,i=\mathrm{1,2}\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;N---\left(15\right)$

可同时反演获得被测储层岩石样品的压缩系数与密度值分别为：κ_s以及ρ_s，其中，ρ_S=1/ρ。方程（15）中的系数A_i(i＝1,2…,N)以及B_i(i＝1,2…,N)是未知的，这可以利用在N个位置测量两块弹性性质和密度已知的标准铝样品和有机玻璃样品获取相应的共振频率：f_al,i(i＝1,2...N)，f_lu,i(i＝1,2...N)，并在每一个测量位置，联立求解如下二元一次方程：

$\left\{\begin{array}{c}{f}_{\mathrm{al},i}^2-f_0^2={-f}_{\mathrm{al},i}^2\frac{{\mathrm{\&kappa;}}_{\mathrm{al}}-{\mathrm{\&kappa;}}_0}{{\mathrm{\&kappa;}}_0}\frac{V_S}{V_C}{A}_i-f_0^2\frac{{\mathrm{\&rho;}}_{\mathrm{al}}-{\mathrm{\&rho;}}_0}{{\mathrm{\&rho;}}_{\mathrm{al}}}\frac{V_S}{V_C}{B}_i\\ f_{\mathrm{lu},i}^2-f_0^2={-f}_{\mathrm{lu},i}^2\frac{{\mathrm{\&kappa;}}_{\mathrm{lu}}-{\mathrm{\&kappa;}}_0}{{\mathrm{\&kappa;}}_0}\frac{V_S}{V_C}{A}_i-f_0^2\frac{{\mathrm{\&rho;}}_{\mathrm{lu}}-{\mathrm{\&rho;}}_0}{{\mathrm{\&rho;}}_{\mathrm{lu}}}\frac{V_S}{V_C}{B}_i\end{array}\right.,i=\mathrm{1,2}\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;,N$

这样，可以获得A_i(i＝1,2…,N)以及B_i(i＝1,2…,N)。将这两组参数代入方程（15）实施基于最小二乘的非线性反演技术，而最终获得待测样品的压缩系数与密度值分别为：κ_s以及ρ_s，其中，ρ_S=1/ρ。

本发明应用实例上述技术方案带来的有益效果：本发明应用实例在以往工作基础之上不论测量技术，还是模量估计算法均做了大量改进，解决了以下问题：1）基于差分式声共振原理，解决高温高压条件下对岩石样品进行拟地震频段的低频岩石模量的测量问题；2）利用腔体中尽可能多的测量点信息，消除偶然误差与系统噪音，提升模量估计精度；3）利用一种全曲线拟合的非线性反演方法可以同时反演被测材料的弹性性质与密度；4）对饱和流体的储层岩石样品可以高精度地获得其储层条件下的弹性性质与密度。

本领域技术人员还可以了解到本发明实施例列出的各种说明性逻辑块（illustrativelogical block），单元，和步骤可以通过电子硬件、电脑软件，或两者的结合进行实现。为清楚展示硬件和软件的可替换性（interchangeability），上述的各种说明性部件（illustrativecomponents），单元和步骤已经通用地描述了它们的功能。这样的功能是通过硬件还是软件来实现取决于特定的应用和整个系统的设计要求。本领域技术人员可以对于每种特定的应用，可以使用各种方法实现所述的功能，但这种实现不应被理解为超出本发明实施例保护的范围。

本发明实施例中所描述的各种说明性的逻辑块，或单元都可以通过通用处理器，数字信号处理器，专用集成电路（ASIC），现场可编程门阵列或其它可编程逻辑装置，离散门或晶体管逻辑，离散硬件部件，或上述任何组合的设计来实现或操作所描述的功能。通用处理器可以为微处理器，可选地，该通用处理器也可以为任何传统的处理器、控制器、微控制器或状态机。处理器也可以通过计算装置的组合来实现，例如数字信号处理器和微处理器，多个微处理器，一个或多个微处理器联合一个数字信号处理器核，或任何其它类似的配置来实现。

本发明实施例中所描述的方法或算法的步骤可以直接嵌入硬件、处理器执行的软件模块、或者这两者的结合。软件模块可以存储于RAM存储器、闪存、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM或本领域中其它任意形式的存储媒介中。示例性地，存储媒介可以与处理器连接，以使得处理器可以从存储媒介中读取信息，并可以向存储媒介存写信息。可选地，存储媒介还可以集成到处理器中。处理器和存储媒介可以设置于ASIC中，ASIC可以设置于用户终端中。可选地，处理器和存储媒介也可以设置于用户终端中的不同的部件中。

在一个或多个示例性的设计中，本发明实施例所描述的上述功能可以在硬件、软件、固件或这三者的任意组合来实现。如果在软件中实现，这些功能可以存储与电脑可读的媒介上，或以一个或多个指令或代码形式传输于电脑可读的媒介上。电脑可读媒介包括电脑存储媒介和便于使得让电脑程序从一个地方转移到其它地方的通信媒介。存储媒介可以是任何通用或特殊电脑可以接入访问的可用媒体。例如，这样的电脑可读媒体可以包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盘存储、磁盘存储或其它磁性存储装置，或其它任何可以用于承载或存储以指令或数据结构和其它可被通用或特殊电脑、或通用或特殊处理器读取形式的程序代码的媒介。此外，任何连接都可以被适当地定义为电脑可读媒介，例如，如果软件是从一个网站站点、服务器或其它远程资源通过一个同轴电缆、光纤电缆、双绞线、数字用户线（DSL）或以例如红外、无线和微波等无线方式传输的也被包含在所定义的电脑可读媒介中。所述的碟片（disk）和磁盘（disc）包括压缩磁盘、镭射盘、光盘、DVD、软盘和蓝光光盘，磁盘通常以磁性复制数据，而碟片通常以激光进行光学复制数据。上述的组合也可以包含在电脑可读媒介中。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种储层岩石低频岩石物理模量测量系统，其特征在于，所述储层岩石低频岩石物理模量测量系统包括：

高压舱子系统，由上压盖、下压盖、圆柱形铝共振腔、以及由上下流体管线连接的待测样品所组成；

围压控制子系统，由去离子水容器、围压泵、以及除气装置所组成；

孔隙压力注入子系统，由恒速恒压泵、高压软管、高压不锈钢抛光硬管、小岩心夹持器、以及回压装置所组成；

移动岩心测量子系统，由位置控制器、步进电机、丝杠、导轨、以及滑块所组成；

温度控制子系统，由电加热系统、保温系统、以及温控仪所组成；

信号输出与接收子系统，由锁相放大器、功率放大器、以及预放大器所组成。

2.如权利要求1所述储层岩石低频岩石物理模量测量系统，其特征在于，所述储层岩石低频岩石物理模量测量系统还包括：

计算机，分别与所述围压控制子系统、所述孔隙压力注入子系统、所述移动岩心测量子系统、所述温度控制子系统、所述信号输出与接收子系统耦接，用于利用通用接口总线GPIB采集卡进行自动控制。

3.如权利要求2所述储层岩石低频岩石物理模量测量系统，其特征在于，所述高压舱子系统中的圆柱形铝共振腔：内径0.07m，壁厚0.01m，高0.61m；所述圆柱形铝共振腔由两块扁平圆柱形法兰固定在高压舱的筒体壁上，同时，放置于高压舱底部靠近筒体壁左右各一内铝腔支撑筒对圆柱形铝共振腔也起部分支撑作用；待测样品装载完成后，上压盖与下压盖由内置高压螺栓固定在抗高压筒体上。

4.如权利要求2所述储层岩石低频岩石物理模量测量系统，其特征在于，所述围压控制子系统，用于在密封待测样品装载以及高压舱的上压盖和下压盖密闭加载过程结束后，由围压泵将去离子水经由除气装置泵入高压舱，去离子水慢慢注满整个高压舱并形成密封待测样品的围压控制子系统。

5.如权利要求2所述储层岩石低频岩石物理模量测量系统，其特征在于，所述孔隙压力注入子系统中，待测样品上下端面使用厚度为1mm的环氧树脂密封，待测样品侧面由尽可能薄的环氧树脂层密封；在待测样品的上下两端连接高压不锈钢抛光硬管，再用高压软管分别连接到恒速恒压泵与回压装置；所述孔隙压力注入子系统，用于向密封的岩石样品注入所要研究的孔隙流体，并提供孔隙压力。

6.如权利要求2所述储层岩石低频岩石物理模量测量系统，其特征在于，所述移动岩心测量子系统中，用于将待测样品固定在由步进电机控制的滑块上，从而由丝杠的连接作用上下移动待测样品，并保证其在圆柱形铝共振腔的轴线上移动。

7.如权利要求2所述储层岩石低频岩石物理模量测量系统，其特征在于，所述温度控制子系统，用于由电加热系统、保温系统、以及温控仪对所述储层岩石低频岩石物理模量测量系统进行温度控制。

8.如权利要求2所述储层岩石低频岩石物理模量测量系统，其特征在于，所述信号输出与接收子系统中，在计算机通过步进马达控制待测样品的位置，使待测样品在高压舱中的共振腔中从下往上移动或从上往下移动，每移动一个位置，锁相放大器发出正弦扫频信号，通过功率放大器后激发镶嵌于铝共振腔壁上的三块压电陶瓷震源，压电陶瓷震源将电信号转化为机械振动以声波信号形式发出，位于共振腔顶部的水听器接收铝共振腔体内声压场信号，并通过预放大器放大后再传回到锁相放大器；锁相放大器将接收到的信号与其激发的信号进行锁相处理后输出到计算机，以获得待测样品在各测量点共振频率以及空腔的共振频率，从而进一步获得低频条件下，变围压、变温度、以及变孔隙压力的储层岩石样品的压缩系数及密度值。

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