CN105758936A - 震电信号的实验测量方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种震电信号的实验测量方法，该方法包括：将水槽中注入流体；将岩样、接收电极和激发换能器浸入水槽内流体；其中岩样为含流体孔隙岩样；将方波超声脉冲发射仪的输出端与激发换能器连接，将方波超声脉冲发射仪的触发端与示波器的触发端连接；将放大器的输入端与接收电极连接，将放大器的输出端与示波器的输入端连接；方波超声脉冲发射仪向激发换能器提供电脉冲信号，向示波器提供同步触发信号；激发换能器将电脉冲信号转换为超声波信号；接收电极接收岩样被超声波信号诱导产生的震电信号；放大器放大震电信号；示波器检测并显示震电信号。本发明可以用于进行震电信号实验研究。

Description

震电信号的实验测量方法
技术领域
本发明涉及油气勘探和开发的地球物理研究技术领域，尤其涉及震电信号的实验测量方法。
背景技术
含流体孔隙岩石中的震电信号是基于两类震电效应产生的。第一类震电效应是：地震波传播到含流体饱和孔隙介质时产生一个压力致使孔隙流体流动，流体的流动使得岩石中双电层产生扰动，双电层的扰动引起孔隙流体中可自由移动电荷和固定电荷发生相对位移，这种相对骨架的净电荷流产生电场，即：共振电场。该电信号在震电记录上是伴随声波传播而出现，信号到达各个电极的时间与波源到电极间的距离相关。由于双向介质中固-液界面处双电层的形成与流体性质以及介质的孔隙度、渗透率等储层参数密切相关，故由双电层存在而产生的震电效应能够反应含流体储层的孔隙度、渗透率等关键参数，也能直接反应储层流体性质，因此震电效应对地下油气藏勘探具有重大意义。
第二类震电效应产生界面响应场，当地震波传播遇到电化学性质或者弹性差异的分界面时会诱发第二类震电效应，此时，电荷平衡受到扰动，导致电荷分布的不对称性，形成界面电磁场。该电磁波以光速传播，传播时间可忽略不计，所以不管电极与震源间距离关系如何变化，只要震源与界面距离不变，信号都会同步到达各个电极，故在不同位置处的电极接收到的界面震电信号到达时间是一致的。在界面处诱导的震电信号能够直接反应地下界面情况以及地质体结构，震电波场的频率特征与地震波场相近，有着跟地震勘探类似的分辨率。
地震勘探对流体不敏感，而电磁勘探无法反映分层界面信息，震电效应是地震波场和电磁场之间的耦合，能直接将地震波场和电磁场联合在一起，因此震电效应既能反应含油气储层的孔隙度和渗透率等参数，又能对储层中流体信息敏感，还有着与地震勘探类似的分辨率，所以震电效应在油气勘探方面的应用是非常有前景的。
中国专利申请号89109296A震电勘探法用于探测多孔地层中两种不溶混流体的存在或者主要包含水相物的高渗透率地层的存在。中国专利申请号95109728.8井中震电探测法提出在地下深部井中应用电磁测量装置进行井中和井间震电探测。但是这两种探测方法和装置都适用于野外震电勘探，并不适用于震电信号的实验测量和研究。而且从目前国内外的震电信号研究来看，大量学者采用数值模拟方法进行研究，而震电信号实验方面的研究缺乏。
发明内容
本发明实施例提供一种震电信号的实验测量方法，用以便于进行震电信号实验方面的研究，该方法包括：
将水槽7中注入流体；将岩样1、接收电极2和激发换能器3浸入水槽7内流体；其中岩样1为含流体孔隙岩样；
将方波超声脉冲发射仪4的输出端与激发换能器3连接，将方波超声脉冲发射仪4的触发端与示波器6的触发端连接；将放大器5的输入端与接收电极2连接，将放大器5的输出端与示波器6的输入端连接；
方波超声脉冲发射仪4向激发换能器3提供电脉冲信号，向示波器6提供同步触发信号；激发换能器3将电脉冲信号转换为超声波信号；接收电极2接收岩样1被超声波信号诱导产生的震电信号；放大器5放大震电信号；示波器6检测并显示震电信号。
一个实施例中，所述将岩样1、接收电极2和激发换能器3浸入水槽7内流体，包括：调整岩样1、接收电极2和激发换能器3相互之间的距离至设定范围。
一个实施例中，该方法还包括：
调整方波超声脉冲发射仪4的电脉冲重复周期钮、能量钮以及增益调节钮。
一个实施例中，该方法还包括：
将激发换能器3的频率钮调至与激发换能器3的机械共振频率相同。
一个实施例中，该方法还包括：
将示波器6输出端与计算机8连接；
计算机8接收示波器6输出的震电信号，对震电信号进行数据处理。
一个实施例中，水槽7内流体为纯净水、自来水、NaCl溶液和油中的一种；和/或，岩样1中流体为纯净水、自来水、NaCl溶液和油中的一种或几种的组合。
一个实施例中，所述含流体孔隙岩样为饱和状态或不饱和状态。
一个实施例中，所述接收电极2为Ag/AgCl电极。
一个实施例中，所述Ag/AgCl电极直径为0.5mm，长度为10mm。
一个实施例中，所述激发换能器3为纵波激发换能器。
本发明实施例的震电信号的实验测量方法，可以在实验室条件下，测量到小尺度岩样产生的震电信号，该方法具有很好的操作性和重复性，利用该方法可以在实验室内对不同尺度的小岩样进行震电效应的研究，使震电效应更好地应用于油气勘探的岩石物理实验研究。
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。在附图中：
图1为本发明实施例中震电信号的实验测量方法使用到的测量装置示意图；
图2为本发明实施例中震电信号的实验测量方法示意图；
图3为本发明实施例中实施例1所测量到的震电信号示意图；
图4为本发明实施例中实施例2所测量到的震电信号示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本发明实施例做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
为解决实验室内进行定量或者定性的震电信号实验研究问题，本发明实施例提供一种震电信号的实验测量方法，该方法能够测量到实验室内尺度范围一般在几厘米到几十厘米之间的小岩样产生的震电信号，该方法还可以应用于含流体储层的震电波场响应模拟研究中。
图1为本发明实施例中震电信号的实验测量方法使用到的测量装置示意图。如图1所示，在该测量装置中包括岩样1、接收电极2、激发换能器3、方波超声脉冲发射仪4、放大器5、示波器6、水槽7。图2为本发明实施例中震电信号的实验测量方法示意图。如图1和图2所示，该震电信号的实验测量方法包括：
步骤201、将水槽7中注入流体；
步骤202、将岩样1、接收电极2和激发换能器3浸入水槽7内流体；其中岩样1为含流体孔隙岩样；
步骤203、将方波超声脉冲发射仪4的输出端与激发换能器3连接，将方波超声脉冲发射仪4的触发端与示波器6的触发端连接；
步骤204、将放大器5的输入端与接收电极2连接，将放大器5的输出端与示波器6的输入端连接；
步骤205、开启上述各个仪器，方波超声脉冲发射仪4向激发换能器3提供电脉冲信号，向示波器6提供同步触发信号；激发换能器3将电脉冲信号转换为超声波信号；接收电极2接收岩样1被超声波信号诱导产生的震电信号；放大器5放大震电信号；示波器6检测并显示震电信号。
实施例中，可以将水槽7中注入一定量的流体，流体深度不宜过浅，以没过激发换能器3、岩样1和接收电极2一定深度为宜，流体种类可根据实验目的进行选择，注入水槽中的流体需静置一段时间至气泡较少或无气泡，减少气泡对实验造成的影响。
实施例中，水槽7可以采用有机玻璃水槽。水槽7内的流体可以是纯净水、自来水、NaCl溶液和油中的一种；和/或，岩样1中的流体可以是纯净水、自来水、NaCl溶液和油中的一种或几种的组合。水槽7内的流体与岩样1中的流体可以是同一种流体，或者也可以是不同种类的流体。流体种类可根据实验目的进行选择。含流体孔隙岩样可以是饱和状态，或者也可以是不饱和状态。
实施例中，可以将激发换能器3、岩样1和接收电极2固定在支架上，保持水平对准，浸没入流体中一定深度，调整好三者之间的距离，例如将三者之间的距离调整至设定范围。其中，激发换能器3是关键的器件之一，为提高检测准确度，激发换能器3要求转换效率高，输出功率高，转换的超声波信号足够强，产生的超声波信号尾巴短，激发换能器3本身屏蔽性能要足够好；接收电极2可以要求导电性、稳定性好，不易产生极化效应，与接收电极2连接的导线可以采用屏蔽性能良好的屏蔽电缆。激发换能器3例如可以采用纵波激发换能器。接收电极2例如可以是Ag/AgCl电极。Ag/AgCl电极的直径可以是0.5mm，长度可以是10mm。
实施例中，可以将激发换能器3与方波超声脉冲发射仪4输出端连接，根据需要调整方波超声脉冲发射仪4的电脉冲重复周期钮、能量钮以及增益调节钮。可以将激发换能器3的频率钮调至与激发换能器3的机械共振频率相同，将方波超声脉冲发射仪4的触发端与示波器6的触发端相连。
实施例中，可以将接收电极2与放大器5的输入端连接。为提高检测准确度，放大器6可以要求本身噪音低，不会给接收到的震电信号引入额外的噪音。将放大器5的输出端与示波器6的输入端连接，为提高检测准确度，示波器6可以要求有叠加功能，减小随机噪声的影响。
实施例中，将上述各个仪器通过导电良好的导线与地连接好，减小电磁干扰；将上述各个仪器与电源连接好，启动各个仪器开关，方波超声脉冲发射仪4开关打开后，产生一个高压电脉冲信号传播至激发换能器3，同时分出一个低幅度的同步触发信号给示波器6；激发换能器3将接收到的高压电脉冲信号通过压电效应转换为超声波信号；超声波信号在含流体孔隙岩样1中传播形成压力梯度，继而在岩样1中诱导产生震电信号。
实施例中，调节示波器6的分辨率，产生的震电信号通过示波器6检测到。
再如图1所示，实验中还可以将示波器6输出端与计算机8连接，计算机8接收示波器6输出的震电信号，对震电信号进行数据处理。示波器6与计算机8可以通过数据线连接，示波器6检测到的震电信号最终将传输至计算机8，由计算机8进行数据的处理，例如通过将接收到的震电信号放大、滤波、去噪等处理能够得到波形平稳，信噪比高的震电信号。计算机8还可以对接收电极2进行定位控制，通过调整接收电极2在水槽7中的位置，改善震电信号的接收质量。
下面举两个例子详细说明本发明实施例的震电信号的实验测量方法。震电测量的实验环境要求电器运行少，噪音低，以防外部电磁干扰和噪音影响实验的精确性。
实施例1
本例中，将水槽7中注入一定量的自来水，采用的自来水的电导率为0.08S/m，静置至气泡较少后开始实验；
将主频为500KHz的激发换能器3、接收电极2和人工砂岩岩样(岩样1)固定在支架上，并保持水平对准，浸没入水中；
将主频为500KHz的激发换能器3与方波超声脉冲发射仪4的输出端连接，调整电脉冲重复周期为500次，电脉冲能量电压为300v，方波超声脉冲发射仪4的触发端与示波器6的触发端相连；
将接收电极2与放大器5的输入端相连，放大器5增益调至60dB，放大器5输出端与示波器6输入端连接，示波器6平均次数为1024次，通过数据线将示波器6与计算机8连接；
用导电性良好的连接导线将上述各个仪器与地连接好，将各个仪器连接好电源，启动各个仪器开关；
调节激发换能器3、接收电极2与岩样1的距离，激发换能器3与岩样1距离为5cm，并保持不变。测量过程中移动接收电极2，每次移动距离为0.5cm，接收电极2与岩样1界面距离为0cm时开始采集，接收电极2与岩样1的距离从0cm变化到3cm，共采集7道震电数据。
经测量，本实施例所测量到的震电信号振幅从41uv变化到5uv，随着接收电极2与岩样1距离逐渐增加，震电信号振幅逐渐减小。在零时刻，震电信号出现一个尖脉冲，这是由于激发源在启动时的瞬时高压感应出的电信号；虽然接收电极2与岩样1的距离是变化的，但是激发换能器3与岩样1的距离保持不变，震电信号的到达时间保持一致。这两点可证实测量到的信号即为震电信号。图3为实施例1所测量到的震电信号示意图。
实施例2
本实施例提供一种震电信号的实验测量方法，其与实施例1的测量方法基本相同，不同之处在于：测量时接收电极2与岩样1距离为0cm，并保持不变，测量过程中移动激发换能器3，每次移动距离为1cm,激发换能器3与岩样1界面距离为6cm时开始采集，激发换能器3与岩样1距离从6cm变化到13cm，共采集8道数据。
经测量，由于激发源在启动时的瞬时高压无法消除，所以本实施例所测量到的震电信号在零时刻也出现一个尖脉冲，尖脉冲之后出现的信号才是测量所需的信号，该信号振幅从41uv变化到36uv，随着波源与岩样1界面的距离增加，信号幅度减弱，信号起跳时间也随之增加，这也进一步证实了该测量方法所测量到的信号是震电信号。图4为实施例2所测量到的震电信号示意图。
实施例1、2中，采用主频为500KHz的换能器作为发射换能器，调节脉冲发射仪的换能器频率，选用电脉冲能量电压为300v，每秒脉冲发射次数为500次，示波器平均次数为1024次，每秒脉冲发射次数与示波器的叠加次数是对应的，当叠加次数增加，每秒脉冲发射次数相应增加，反之减少。放大器采用前置放大器，增益为60dB，实验所测岩样为人工砂岩，岩样孔隙度为27.64％，平均渗透率为511.368md，饱和流体时岩样纵波波速为2168.9m/s，岩样为长方体，尺寸大小为7cm×7cm×5cm。实验中岩样采用自来水饱和岩样，水槽中注入的水为自来水，自来水的电导率为0.08S/m。测量到的震电信号为单界面岩样产生的震电信号。所测量得到的震电信号振幅约为几微伏到几十微伏之间，频率范围与发射的声波信号频率范围相近。
综上所述，本发明实施例的震电信号的实验测量方法，从实际地层特征与实验室岩样的关系出发，可以在实验室条件下，成功稳定测量到含流体孔隙岩样中产生的震电信号，该方法具有很好的操作性和重复性，利用该方法可以在实验室内对不同尺度的小岩样进行震电效应的研究，使震电效应更好地应用于油气勘探的岩石物理实验研究。
以上所述的具体实施例，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例而已，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 (10)

1.一种震电信号的实验测量方法，其特征在于，包括：
将水槽(7)中注入流体；将岩样(1)、接收电极(2)和激发换能器(3)浸入水槽(7)内流体；其中岩样(1)为含流体孔隙岩样；
将方波超声脉冲发射仪(4)的输出端与激发换能器(3)连接，将方波超声脉冲发射仪(4)的触发端与示波器(6)的触发端连接；将放大器(5)的输入端与接收电极(2)连接，将放大器(5)的输出端与示波器(6)的输入端连接；
方波超声脉冲发射仪(4)向激发换能器(3)提供电脉冲信号，向示波器(6)提供同步触发信号；激发换能器(3)将电脉冲信号转换为超声波信号；接收电极(2)接收岩样(1)被超声波信号诱导产生的震电信号；放大器(5)放大震电信号；示波器(6)检测并显示震电信号。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将岩样(1)、接收电极(2)和激发换能器(3)浸入水槽(7)内流体，包括：调整岩样(1)、接收电极(2)和激发换能器(3)相互之间的距离至设定范围。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
调整方波超声脉冲发射仪(4)的电脉冲重复周期钮、能量钮以及增益调节钮。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
将激发换能器(3)的频率钮调至与激发换能器(3)的机械共振频率相同。
5.如权利要求1至4任一项所述的方法，其特征在于，还包括：
将示波器(6)输出端与计算机(8)连接；
计算机(8)接收示波器(6)输出的震电信号，对震电信号进行数据处理。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，水槽(7)内流体为纯净水、自来水、NaCl溶液和油中的一种；和/或，岩样(1)中流体为纯净水、自来水、NaCl溶液和油中的一种或几种的组合。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述含流体孔隙岩样为饱和状态或不饱和状态。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述接收电极(2)为Ag/AgCl电极。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述Ag/AgCl电极直径为0.5mm，长度为10mm。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述激发换能器(3)为纵波激发换能器。
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