CN109459496A - 一种含裂缝方形岩样的各向异性声速测量装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种含裂缝方形岩样的各向异性声速测量装置包括高压反应釜、胶套和声波换能器，所述高压反应釜包括反应釜体上盖和反应釜体底座，所述的胶套为圆柱形，包括上端塞、下端塞和胶套中间的样品室，所述的反应釜体底座上设胶套固定架和位于胶套固定架上的胶套，所述胶套周向水平线两侧设延展柱，所述延展柱内设声波换能器，用于检测岩样横波和纵波的波速，本发明的有益效果是：同时测量含裂缝方样品不同方向的纵横波速度，降低了对换能器形状的要求同时大大提高了测量的效率。

Description

一种含裂缝方形岩样的各向异性声速测量装置
技术领域
本发明涉及勘探地球物理领域，尤其涉及岩石物理实验中一种含裂缝方形岩样的各向异性声速测量装置。
背景技术
随着油气勘探和开发的不断深入，裂缝型油气储层已成为当今油气勘探的重要领域，许多国家和地区在致密砂岩、泥岩、火成岩和碳酸盐岩中发现了具有工业价值的裂缝型油气藏，占世界石油储量和产量的相当大一部分。针对含裂缝储层岩石，开展各向异性声速测量是评价裂缝的一种常用手段。
目前常用的各向异性声速测量方法主要有两类：一是对岩石进行不同方位取样，分别测量它们的纵波横横波速度；二是制作专用的夹具和高压釜，将声波换能器分别固定在夹具的不同方向以测量不同方向的纵波和横波速度。前者因为岩石存在非均质性，不同的样品存在物性、岩性以及裂缝密度上的差异，难以形成有效对比。而后者针对柱塞样品，周向换能器固定较为困难，耦合效果通常较差，纵波波至及横波到时识别困难。
CN204359752U公开了一种全直径岩心波速各向异性试验装置，包括声波发射接收器、示波器、声波探头、垫块，声波发射接收器分别与声波探头和示波器相连，两个声波探头沿岩心直径方向通过垫块与岩心圆周侧面相接触，在试验过程中，声波探头可通过垫块平稳的与全直径岩心侧面接触，降低了试验操作难度，提高了试验结果的精确度。
CN204964453U公开了一种岩心声速各向异性自动测量机构，包括超声波仪(1)、定频收发器(2)、转动底盘(3)、信号线(4)、岩心固定爪(5)、声波探头(6)、岩心筒(7)、连接轴承(8)、岩心底座(9)，所述的转动底盘(3)包括连接轴承(8)、岩心底座(9)、调速齿轮(10)、电机(11)、固定底座(12)、固定支架(13)、电机导线(14)，所述的岩心筒(7)通过连接轴承(8)与转动底盘(3)连接，所述的岩心固定爪(5)固接于岩心底座(9)，所述的声波探头(6)通过信号线(4)与超声波仪(1)、定频收发器(2)连接，所述的调速齿轮(10)、电机(11)通过固定支架(12)、固定底座(13)固定于转动底盘(3)。
但是，二者进行各向异性声速测量的样品均为实验室常规声速测量采用的圆柱形柱塞样品，且样品取样方向为平行于地层方向，对于含裂缝储层，裂缝分布方向随机，仅测量平行地层方向的声速难以有效识别裂缝、评价含裂缝储层。
发明内容
本发明的目的在于，针对现有技术不足，提供了一种含裂缝方形岩样的各向异性声速测量装置。
为了解决解决上述技术问题，本发明提供了一种含裂缝方形岩样的各向异性声速测量装置包括高压反应釜、胶套和声波换能器，所述高压反应釜包括反应釜体上盖和反应釜体底座，所述的胶套为圆柱形，包括上端塞、下端塞和胶套中间的样品室，所述的反应釜体底座上设胶套固定架和位于胶套固定架上的胶套，所述胶套周向水平线两侧设延展柱，所述延展柱内设声波换能器，用于检测岩样横波和纵波的波速。
优选地，所述反应釜体上盖与所述反应釜体底座之间通过固定螺栓连接，形成圆柱形空腔。
优选地，所述高压釜体上盖设气缸和排气孔，所述气缸与气泵升降杆连接，所述高压釜体底座设注液加压孔，所述注液加压孔与压力泵相连接。
进一步优选地，所述高压釜体底座中部设不少于2组的底柱凹槽，所述底柱凹槽内设高压釜体底座O型密封圈。
优选地，所述高压釜体底座设不少于4个声波信号引出孔，所述声波信号引出孔内置信号转换头，所述信号转换头通过声波信号线与所述的声波换能器连接。
优选地，所述样品室为正方形，所述延展柱不少于2组，所述延展柱与所述的样品室连接。
优选地，所述上端塞、下端塞为实心不锈钢圆柱体，所述上端塞、下端塞上设不少于1组的塞槽，所述塞槽内设胶套O型密封圈，所述上端塞设岩心加压排液孔。
优选地，所述的声波换能器包括纵波晶片和横波晶片，所述的声波换能器外部设金属衬套，所述金属衬套上设不少于1组的刻槽，所述刻槽内设金属衬管O型密封圈。
优选地，所述胶套为橡胶套，所述金属衬套的直径比延展柱的直径小2-3mm。
本发明还提供一种利用所述的各向异性声速测量装置对含裂缝方形岩样进行各向异性声速测量的方法。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)能够在静压力条件下，同时测量含裂缝方样品不同方向的纵横波速度，大大提高了测量的效率，确保声速变化仅仅与测量方向有关；
(2)测量样品为方形岩样，对声波换能器形状要求较低；样品与声波换能器耦合较好，能够测量得到更好的波形，从而更加准确的得到样品的各向异性纵波和横波速度；
(3)样品及声波换能器通过胶套可以牢固的固定在某个方向，通过调整声波换能器或样品的方向，针对背景介质存在各向异性的样品，可以测量VSH及VSV两个偏振方向的横波速度。
附图说明
图1为本发明的装置结构示意图。
图2为胶套横剖面图。
图3为胶套纵剖面图。
图4为声波换能器的细节图。
图中，1、高压釜体上盖，2、胶套，3、金属衬套，4、信号转换头，5、固定螺栓，6、高压釜体底座，7、气缸，8、排气孔，9、岩心加压排液孔，10、胶套固定架，11、高压釜体底座O型密封圈，12、注液加压孔，13、上端塞，14、下端塞、15、样品室，16、延展柱，17、胶套O型密封圈，18、声波换能器，19、金属衬套O型密封圈，20、声波信号引出孔，21、声波信号线。
具体实施方式
下面结合附图1-4及具体实施方式，进一步阐述本发明。
本发明提供了一种含裂缝方形岩样的各向异性声速测量装置包括高压反应釜、胶套2和声波换能器18，所述高压反应釜包括反应釜上盖1和反应釜体底座6，所述的胶套2为圆柱形，包括上端塞13、下端塞14和胶套2中间的样品室15，所述的反应釜体底座6上设胶套固定架10和位于胶套固定架10上的胶套2，所述胶套2周向水平线上设延展柱16，所述延展柱16内设声波换能器18，用于检测岩样横波和纵波的波速。
优选地，所述反应釜体上盖1与所述反应釜体底座6之间通过8个固定螺栓5连接，形成圆柱形空腔。
进一步优选地，高压反应釜设置在釜体固定架上，方便装置的拆卸。
优选地，所述高压釜体上盖1设气缸7和排气孔8，所述气缸7与气泵升降杆连接，所述高压釜体底座6设注液加压孔12，所述注液加压孔12与压力泵相连接施加静压力。
进一步优选地，所述气泵升降杆为电动气泵，气缸7和釜体固定架，电动气泵通过向气缸7打压可将高压釜体上盖1升起，放置及取出测量样品。
优选地，所述高压釜体底座11中部设3组的底柱凹槽，所述底柱凹槽内设高压釜体底座O型密封圈11，确保装置密封。
优选地，所述高压釜体底座11设8个声波信号引出孔20，所述声波信号引出孔20内置信号转换头4，所述信号转换头4通过声波信号线22与所述的声波换能器18及外部示波器接头连接。
优选地，所述样品室15为正方形，所述延展柱16为2组，且两组延展柱16相互交叉，所述延展柱16与所述的样品室15连接。
优选地，所述上端塞13、下端塞14为实心不锈钢圆柱体，所述上端塞13、下端塞14上设不少于1组的塞槽，所述塞槽内设胶套O型密封圈17，所述上端塞13设岩心加压排液孔9，上端塞与下端塞相同，但上端塞中间打孔可保证饱和样品加压时，流体能够顺利流出以及施加孔隙压力。
优选地，所述的声波换能器18包括纵波晶片和横波晶片，所述的声波换能器18外部设金属衬套3，衬套内充注胶固定声波换能器防止声波换能器在高压下错位，所述金属衬套3的尾部上设2组刻槽，所述刻槽内设金属衬管O型密封圈19，尾部刻槽方便嵌入O型圈保证密封，测量时，通过调整对应声波换能器或者样品的方向可以测量VSH及VSV两个偏振方向的横波速度。
优选地，所述胶套2为橡胶套，所述金属衬套3的直径比延展柱16的直径小2-3mm。
本发明还提供一种利用所述的各向异性声速测量装置对含裂缝方形岩样进行各向异性声速测量的方法，包括以下步骤：
S1：通过电动气泵拉动气缸使高压釜体上盖抬起，将岩样放入胶套中，然后将胶套的上下端塞及内含声波换能器的金属衬套固定在胶套上，胶套整体固定在胶套固定架上；
S2：将气缸中的气体缓慢排空，高压釜体上盖缓慢下降，直至与高压釜体底座对接，通过固定螺栓将高压反应釜上下部分相连；
S3：打开高压釜体上盖排气孔并将注液加压孔与压力泵连接，将工作液压入高压反应釜内，当排气孔出液时，关闭排气孔，继续加压至测量压力；
S4：测量时，对应方向的声波信号线分别连接声波换能器和外部示波器,依次测量两个方向的纵波和横波速度；
S5：测量结束后，通过注液加压孔将高压反应釜内液体排空，通过电力气泵拉动气缸抬起高压釜体上盖，取出样品，完成测量；若需测试不同偏振方向的横波速度，调整声波换能器或样品的方向，重复步骤S1-S5即可。
通过以上流程，能够获得含裂缝方形岩样的纵波速度和横波速度。根据所测不同方向的纵波和横波速度数据，我们可以反演岩石中裂缝的密度、方向等信息，并对现有的含裂缝岩石的岩石物理模型进行实验验证。
本发明能够很好的克服原有方法的弊端并大大提高了测量效率和测量精度，可以为裂缝密度、方向的反演及含裂缝储层的评价提供支持，并且，使用人工制作的可控裂缝样品，通过调节样品及声波换能器的方位，可以对现有含裂缝岩石的岩石物理模型进行实验验证。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种含裂缝方形岩样的各向异性声速测量装置，包括高压反应釜、胶套和声波换能器，所述高压反应釜包括反应釜体上盖和反应釜体底座，所述的胶套为圆柱形，包括上端塞、下端塞和胶套中间的样品室，其特征在于，所述的反应釜体底座上设胶套固定架和位于胶套固定架上的胶套，所述胶套周向水平线两侧设延展柱，所述延展柱内设声波换能器，用于检测岩样横波和纵波的波速。
2.根据权利要求1所述的各向异性声速测量装置，其特征在于，所述反应釜体上盖与所述反应釜体底座之间通过固定螺栓连接，形成圆柱形空腔。
3.根据权利要求1所述的各向异性声速测量装置，其特征在于，所述高压釜体上盖设气缸和排气孔，所述气缸与气泵升降杆连接，所述高压釜体底座设注液加压孔，所述注液加压孔与压力泵相连接。
4.根据权利要求3所述的各向异性声速测量装置，其特征在于，所述高压釜体底座中部设不少于2组的底柱凹槽，所述底柱凹槽内设反应釜底座O型密封圈。
5.根据权利要求1所述的各向异性声速测量装置，其特征在于，所述高压釜体底座设不少于4个声波信号引出孔，所述声波信号引出孔内置信号转换头，所述信号转换头通过声波信号线与所述的声波换能器连接。
6.根据权利要求1所述的各向异性声速测量装置，其特征在于，所述样品室为正方形，所述延展柱不少于2组，所述延展柱与所述的样品室连接。
7.根据权利要求1所述的各向异性声速测量装置，其特征在于，所述上端塞设岩心加压排液孔。
8.根据权利要求1所述的各向异性声速测量装置，其特征在于，所述的声波换能器包括纵波晶片和横波晶片。
9.根据权利要求8所述的各向异性声速测量装置，其特征在于，所述的声波换能器外部设金属衬套，所述金属衬套上设不少于1组的刻槽，所述刻槽内设金属衬套O型密封圈。
10.一种权利要求1-9任一项所述的各向异性声速测量装置在测量含裂缝方形岩样中的应用。
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