CN104101647A - 一种模拟储层条件的岩石超声波速度测试系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种模拟储层条件的岩石超声波速度测试系统及方法,属于超声波检测领域。本发明模拟储层条件的岩石超声波速度测试系统包括高温高压仓、超声波测试仪和气体解吸吸附装置;所述被测样品放置在所述高温高压仓内,超声波测试仪的超声波探头与被测样品连接;所述气体解吸吸附装置与所述高温高压仓通过管路连接;通过超声波测试仪测试超声波穿过被测样品的时间来获得超声波在被测样品中传播的速度。利用本发明可以模拟地下储层岩石的受压、高温环境,在高温、高压和气体吸附条件下对样品进行超声波检测,并将检测结果以数值的形式精细、直观地显示出来。
Description
技术领域
本发明属于超声波检测领域,具体涉及一种模拟储层条件的岩石超声波速度测试系统及方法。
背景技术
超声波测试系统是一种利用超声波进行样品的超声波速度参数测试的仪器,可应用于金属与非金属矿产资源勘探、城市物探、铁道桥梁勘探等方面,亦用于寻找地下水、确定水库坝基和防洪大堤隐患位置等水文、工程地质勘探中,还能用于地热勘探。但是已有的超声波测试仪一般只能在常温、常压条件下对物体进行检测,无法在模拟天然气储层的高温高压条和气体吸附件下对被测样品的超声波特征进行检测。
众所周知,随着表层油气田的不断挖据开采,浅层油气资源变得越来越少,人们开始把探索油气资源的目标瞄向了深层油气田。而要对深层油气田进行研究,就需要模拟地下深处的高温高压环境。通过检测含油岩石在不同压力和温度条件下物理特性的变化,可以对储油层的生成、变化和迁移等进行研究,其数据对油、气田的开发有着重要的指导意义。高温高压试验装置就是模拟这种环境的设备。
高温高压超声波检测装置主体部分是一个密封的高压仓。在仓内,被测样品被加温、加压。然后通过内置的应力应变探头检测其在不同条件下物理特性的变化。因此通过该装置可以测出样品的各个阶段表现出的有别于常温低压环境下的特性。在石油勘探研究部门,要想真正认识油、气地层的岩石物理特征,它是一个必不可少的研究手段。
气体高压等温吸附仪利用粉末试样测试储层气体等温吸附参数;气体解吸测试普遍使用常压解吸设备,对钻井岩芯进行气体含量及吸附时间等参数的测定。
目前的技术只限于检测模拟地层温度、压力条件下的岩石超声波速度,而不能检测岩石在吸附了气体后的超声波速度。
发明内容
本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的难题,提供一种模拟储层条件的岩石超声波速度测试系统及方法,将超声波测试技术、高温高压实验技术和气体吸附实验技术融合在一起,吸收三种技术的优点,克服各自的缺点,能够全面模拟天然气储层高温、高压超声波参数测试。
本发明是通过以下技术方案实现的:
一种模拟储层条件的岩石超声波速度测试系统,包括高温高压仓、超声波测试仪和气体解吸吸附装置;
所述被测样品放置在所述高温高压仓内,超声波测试仪的超声波探头与被测样品连接;所述气体解吸吸附装置与所述高温高压仓通过管路连接;
通过超声波测试仪测试超声波穿过被测样品的时间来获得超声波在被测样品中传播的速度。
所述超声波测试仪包括脉冲发射器、超声波探头、信号采集卡、信号放大器和数据采集装置;
所述脉冲发射器用于产生高压脉冲;
所述超声波探头包括发射探头和接收探头,所述发射探头用于发射超声波信号,所述接收探头用于接收超声波信号;
所述信号采集卡用于采集信号;
所述信号放大器用于放大信号;
所述数据采集装置用于进行模数转换并记录时间信息。
所述被测样品是被胶套密封包裹住的,所述超声波测试仪的发射探头和接收探头均安装在所述胶套内,并分别与被测样品的一个端面接触,所述发射探头和接收探头通过电缆与超声波测试仪的其它部分连接。
所述脉冲发射器发射一个高压脉冲,该高压脉冲在所述发射探头中激发出超声波信号,该超声波信号通过被测样品后被接收探头接收,然后经过信号采集卡的采集以及信号放大器的放大后,由数据采集装置进行模数转换并记录下时间信息。
所述气体解吸吸附装置通过管路接入到所述胶套内,通过气体对被测样品施加压力。
所述模拟储层条件的岩石超声波速度测试系统进一步包括加温加压装置;
所述加温加压装置通过油管与高温高压仓的内部连接,通过油对被胶套包裹的被测样品施加围压和温度。
所述模拟储层条件的岩石超声波速度测试系统进一步包括计算机;所述计算机对超声波测试仪、气体解吸吸附装置和加温加压装置进行控制;
所述超声波测试仪将数据采集装置记录的时间信息传输到计算机,计算机根据所述时间信息计算出声波旅行时差,进而计算出超声波在被测样品中传播的速度;
在所述高温高压仓内安装有温度传感器和压力传感器,两者均与计算机连接,将采集到的温度和压力传输给计算机。
所述高温高压仓是圆柱体结构;所述胶套是耐高温高压胶套。
一种利用所述模拟储层条件的岩石超声波速度测试系统进行测试的方法,包括以下步骤:
(1)将被测样品用胶套密封包裹后安装在高温高压仓内;
(2)通过计算机设置实验环境参数,参数包括环境温度、围压和轴压;
(3)启动加温加压装置,将加温加压装置中的油注入高温高压仓内至其全部充满;
(4)对被测样品进行加温、加压;
(5)判断高温高压仓内的温度和压力是否到达设定值,如果到达,则停止加温、加压,然后转入步骤(6),如果没达到,则返回步骤(4);
(6)启动气体解吸吸附装置对被测样品施加气压,即气体解吸吸附装置中的气体通过管道输入到高温高压仓内,直到达到气体吸附平衡;
(7)启动超声波测试仪进行测试,对测试得到的数据进行处理并显示采集结果。
所述步骤(7)中对超声波测试得到的数据进行处理是这样实现的:
根据下式计算出超声波在被测样品中传播的速度:
速度=岩样长度/(声波到达时刻-声波发射时刻);
所述声波到达时刻和声波发射时刻是从所述数据采集装置记录的时间信息得到的;
所述步骤(7)中显示采集结果是这样实现的:
接收探头接收到超声波信号后,通过电缆传输到超声波测试仪,经过模数转换后,在超声波测试仪的显示屏幕上以曲线图的方式显示超声波信号,所述曲线图的纵坐标是振幅,横坐标是时间。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
(1)本发明能在高温、高压和气体吸附状态下对样品(如岩石等)进行超声波检测;
(2)本发明能够在温度、围压连续变化时,记录样品的声波参数变化,以超声波曲线的形式,清晰、准确、展示被检测物体的声波特征状况(也就是说可以记录下超声波的波形曲线,用于分析岩石的特征);
(3)本发明检测时环境的最高温度可升至一百二十摄氏度。
附图说明
图1是本发明模拟储层条件的岩石超声波速度测试装置的示意图。
图2是本发明模拟储层条件的岩石超声波速度测试装置中的超声波测试系统的原理图。
图3是本发明模拟储层条件的岩石超声波速度测试装置中的超声波测试系统的组成示意图。
图4是本发明模拟储层条件的岩石超声波速度测试装置中的高温高压仓与超声波测试系统中的探头的连接示意图。
图5是本发明方法的步骤框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细描述:
本发明是一种罐内被测样品在加温、三维加压和气体吸附条件下用超声波检测样品中超声波传播速度的系统。它集合高温高压装置能产生高温高压,以及气体吸附模拟天然气储层流体储存的特点。
本发明采用气体吸附装置和增压、加温系统模拟地下天然气储层中的高温、高压环境,并同时吸收了超声波测试系统实时显示的特性,可动态、精细显示被测物体可在逐渐增压、增温的情况下,岩石电性特征发生改变的过程。
本发明包括两项:系统结构和实施方法
1.系统结构
本发明的装置按其功能包括超声波测试部分、气体吸附和高温高压仓部分。超声波测试部分完成对被测样品的超声波检测和显示检测(如图4所示)。气体吸附部分完成对被测样品的气体吸附和计量。而高压仓部分则负责对样品进行加温、加压。同时高温高压仓内还安装温度传感器和压力传感器,对舱内的温度和压力进行实时测量。对高温高压仓的外壳的要求是耐高温、高压。高压仓的外壳一般采用耐高温、高压的非金属材料(如聚四氟乙烯)制造。外壳的耐压能力还与外壳材料的厚度有关。
2.控制流程
本发明采用全自动方式通过计算机和接口电路及相应的软件控制加温、加压和检测过程。
具体来说,本发明模拟储层条件的岩石超声波速度测试装置的结构如图1所示,高温高压仓4为圆柱体,被测样品2被耐高温、高压的胶套密封包裹后,放置于高温高压仓4内;油压系统经管道连接到高温高压仓4内,由计算机控制,给样品外部施加围压和温度.注气系统通过管道连接到胶套内,给样品施加气压,等气体流量计量达到平衡后,视为样品已达到气体吸附平衡.超声波测试探针通过电缆连接到胶套内的样品表面,超声波测试系统发射脉冲,并读取样品超声波到达时间信息,返回到计算机.
如图3所示,超声波探头固定在高温高压仓4的内部,通过电缆与外部超声波发射采集系统的其它部分连接。
如图2所示,超声波系统由脉冲发射器,超声波探头(包括了图2中的发射探头1和接收探头3),信号采集卡,信号放大器和数据采集装置(包括模数转换卡和记录软件等)。脉冲发射器发射一个高压脉冲,在发射探头1中激发一个超声波信号,该信号通过被测样品2,被接收探头3接收,经过信号采集和放大后,由电脑记录下声波旅行时差,进而计算出超声波在岩样中传播的速度,计算公式如下:
速度=岩样长度/(声波到达时刻-声波发射时刻)
如图5所示,本发明方法包括以下步骤:
(1)将被测样品安装在高压仓内;
(2)设置实验环境参数;包括环境温度、围压、轴压;
(3)启动加温、加压过程;
(4)对被测样品进行加温、加压;
(5)判断加温、加压是否到达设定值,如果到达,则停止加温、加压,然后转入步骤(6),否则范虎步骤(4);
(6)对样品施加气压,直到达到气体吸附平衡;
(7)启动超声波测试仪进行测试,对超声波测试得到的数据进行处理并显示采集结果。
本发明通过吸收三种技术的优点,将超声波测试仪、气体吸附装置和高温、高压仓组成精密、高效的高温、高压岩石超声波测试系统。该系统可以模拟地下储层岩石的受压、高温环境,在高温、高压和气体吸附条件下对试样进行超声波检测,并将检测结果以数值的形式,精细、直观地显示出来。它为石油勘探研究提供了有效的检测方法和检测手段。
上述技术方案只是本发明的一种实施方式,对于本领域内的技术人员而言,在本发明公开了应用方法和原理的基础上,很容易做出各种类型的改进或变形,而不仅限于本发明上述具体实施方式所描述的方法,因此前面描述的方式只是优选的,而并不具有限制性的意义。
Claims (10)
1.一种模拟储层条件的岩石超声波速度测试系统,其特征在于:所述系统包括高温高压仓、超声波测试仪和气体解吸吸附装置;
所述被测样品放置在所述高温高压仓内,超声波测试仪的超声波探头与被测样品连接;所述气体解吸吸附装置与所述高温高压仓通过管路连接;
通过超声波测试仪测试超声波穿过被测样品的时间来获得超声波在被测样品中传播的速度。
2.根据权利要求1所述的模拟储层条件的岩石超声波速度测试系统,其特征在于:所述超声波测试仪包括脉冲发射器、超声波探头、信号采集卡、信号放大器和数据采集装置;
所述脉冲发射器用于产生高压脉冲;
所述超声波探头包括发射探头和接收探头,所述发射探头用于发射超声波信号,所述接收探头用于接收超声波信号;
所述信号采集卡用于采集信号;
所述信号放大器用于放大信号;
所述数据采集装置用于进行模数转换并记录时间信息。
3.根据权利要求2所述的模拟储层条件的岩石超声波速度测试系统,其特征在于:所述被测样品是被胶套密封包裹住的,所述超声波测试仪的发射探头和接收探头均安装在所述胶套内,并分别与被测样品的一个端面接触,所述发射探头和接收探头通过电缆与超声波测试仪的其它部分连接。
4.根据权利要求3所述的模拟储层条件的岩石超声波速度测试系统,其特征在于:所述脉冲发射器发射一个高压脉冲,该高压脉冲在所述发射探头中激发出超声波信号,该超声波信号通过被测样品后被接收探头接收,然后经过信号采集卡的采集以及信号放大器的放大后,由数据采集装置进行模数转换并记录下时间信息。
5.根据权利要求4所述的模拟储层条件的岩石超声波速度测试系统,其特征在于:所述气体解吸吸附装置通过管路接入到所述胶套内,通过气体对被测样品施加压力。
6.根据权利要求5所述的模拟储层条件的岩石超声波速度测试系统,其特征在于:所述模拟储层条件的岩石超声波速度测试系统进一步包括加温加压装置;
所述加温加压装置通过油管与高温高压仓的内部连接,通过油对被胶套包裹的被测样品施加围压和温度。
7.根据权利要求6所述的模拟储层条件的岩石超声波速度测试系统,其特征在于:所述模拟储层条件的岩石超声波速度测试系统进一步包括计算机;所述计算机对超声波测试仪、气体解吸吸附装置和加温加压装置进行控制;
所述超声波测试仪将数据采集装置记录的时间信息传输到计算机,计算机根据所述时间信息计算出声波旅行时差,进而计算出超声波在被测样品中传播的速度;
在所述高温高压仓内安装有温度传感器和压力传感器,两者均与计算机连接,将采集到的温度和压力传输给计算机。
8.根据权利要求7所述的模拟储层条件的岩石超声波速度测试系统,其特征在于:所述高温高压仓是圆柱体结构;所述胶套是耐高温高压胶套。
9.一种利用权利要求8所述模拟储层条件的岩石超声波速度测试系统进行测试的方法,包括以下步骤:
(1)将被测样品用胶套密封包裹后安装在高温高压仓内;
(2)通过计算机设置实验环境参数,参数包括环境温度、围压和轴压;
(3)启动加温加压装置,将加温加压装置中的油注入高温高压仓内至其全部充满;
(4)对被测样品进行加温、加压;
(5)判断高温高压仓内的温度和压力是否到达设定值,如果到达,则停止加温、加压,然后转入步骤(6),如果没达到,则返回步骤(4);
(6)启动气体解吸吸附装置对被测样品施加气压,即气体解吸吸附装置中的气体通过管道输入到高温高压仓内,直到达到气体吸附平衡;
(7)启动超声波测试仪进行测试,对测试得到的数据进行处理并显示采集结果。
10.根据权利要求9所述的方法,其特征在于:所述步骤(7)中对超声波测试得到的数据进行处理是这样实现的:
根据下式计算出超声波在被测样品中传播的速度:
速度=岩样长度/(声波到达时刻-声波发射时刻);
所述声波到达时刻和声波发射时刻是从所述数据采集装置记录的时间信息得到的;
所述步骤(7)中显示采集结果是这样实现的:
接收探头接收到超声波信号后,通过电缆传输到超声波测试仪,经过模数转换后,在超声波测试仪的显示屏幕上以曲线图的方式显示超声波信号,所述曲线图的纵坐标是振幅,横坐标是时间。
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