CN113340993A - 一种针对稠油饱和岩样可控温控压的超声监测装置及方法 - Google Patents

一种针对稠油饱和岩样可控温控压的超声监测装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种针对稠油饱和岩样可控温控压的超声监测装置及方法。该装置包括稠油储集单元、温度控制单元、压力控制单元和超声监测单元；稠油储集单元包括反应釜和活塞中间容器；超声监测单元包括四个超声换能器、超声信号发生器和示波器；压力控制单元用于对反应釜进行真空处理、加压处理和压力监测；温度控制单元用于对反应釜和活塞中间容器进行加热和温度监测。该装置能够实现对岩石样品的高粘度稠油饱和，同时对稠油饱和的岩样进行超声纵横波实验监测其弹性模量变化情况，监测稠油饱和的岩样纵、横波速度变化，有助于寻找测量得到参数间的关系，进而能够根据其变化趋势计算出对应稠油饱和度，实现岩石稠油饱和度的确定。

Description

一种针对稠油饱和岩样可控温控压的超声监测装置及方法
技术领域
本发明属于油气勘探和开发的地球物理研究技术领域，具体涉及一种针对稠油饱和岩样可控温控压的超声监测装置及方法。
背景技术
随着对原油消耗的逐年提升，各种非常规石油资源的开采规模与需求不断攀升。稠油作为一种非常规油藏，其勘探的发展有助于缓解我国对石油资源的需求紧张。
我国目前主要稠油开采油田包括塔河油田、辽河油田、胜利油田、克拉玛依油田、吐哈油田等。其中陆地稠油资源约占石油总资源的20％，稠油开采量约占石油总产量的10％。目前国内的稠油油藏探明储量低，已探明稠油储层位置深浅不一，超稠油油藏未动用储量大。
在实验室制备出稠油饱和岩样，对其模拟地下储层环境并进行测量，从而获取所得物性参数之间关系，对于研究实际稠油储层特征有所帮助。可进一步协助探明地下稠油油藏，从而提高我国非常规油藏的油气储量与油气产量。
我国稠油储层深度常处于几百米至几千米左右，总体呈现东部储层较浅，西部储层深度大的趋势。由于深埋于地下，稠油储层所受温度压力均大于地表。进行稠油储层环境的模拟需要对岩石样品增加相应的温度与压力，而高温高压对于容器的密封性有一定要求。岩样的稠油饱和实验则需要将干燥后的岩石与稠油中存在的空气排出，在高温高压环境下将稠油挤入岩样中。稠油粘度大，常温环境下流动性极差，但对温度变化敏感，需要加热以改善流动性。该特性使得稠油的实验室研究难以展开，亟需一种简易且实用的装置对岩石样品加工处理，使其稠油饱和并能在模拟地下储层环境测量其超声数据。
发明内容
基于现有技术存在的缺陷，本发明的第一目的在于提供一种针对稠油饱和岩样可控温控压的超声监测装置；本发明的第二目的在于提供一种针对稠油饱和岩样可控温控压的超声监测方法。利用本发明的超声监测装置能够实现将稠油等流体饱和岩样，并模拟地下储层环境，从而测量得到不同温度、不同压力的环境下稠油饱和岩样的超声速度，有助于寻找测量得到参数间的关系。
本发明的目的通过以下技术手段得以实现：
一方面，本发明提供一种针对稠油饱和岩样可控温控压的超声监测装置，该超声监测装置包括：
稠油储集单元、温度控制单元、压力控制单元和超声监测单元；
所述稠油储集单元包括反应釜和活塞中间容器；所述反应釜与所述活塞中间容器相连通；
所述超声监测单元包括四个超声换能器、超声信号发生器和示波器；所述反应釜的侧壁设置有两个超声换能器，顶部和底部分别设置有一个超声换能器；所述超声信号发生器分别与所述反应釜顶部的超声换能器和侧壁的一个超声换能器通过数据线相连接；所述示波器分别与所述反应釜底部的超声换能器和侧壁的另一个超声换能器通过数据线相连接；所述超声信号发生器与所述示波器通过数据线相连接；
所述压力控制单元用于对所述反应釜进行真空处理、加压处理和压力监测；
所述温度控制单元用于对所述反应釜和所述活塞中间容器进行加热和温度监测。
上述的超声监测装置中，优选地，所述反应釜为耐高温耐高压反应釜；其是由反应釜盖体和反应釜罐体构成；
所述反应釜盖体的中部有一向内的凸起部件，用于实现所述反应釜罐体中的待测岩样与反应釜底部的抵接固定。
根据本发明具体实施方式，所述反应釜的盖体和罐体均为圆柱体，材质为304不锈钢，反应釜盖体为直径160mm、高度20mm的圆柱体；反应釜盖体的中部向内的凸起部件也为圆柱体结构，直径为50mm、高度为11mm。
上述的超声监测装置中，优选地，所述反应釜盖体的上表面开设有多个贯穿孔，用于实现所述温度控制单元、所述压力控制单元与所述反应釜罐体内部的连通。
上述的超声监测装置中，优选地，所述反应釜罐体内侧的底部中心开设有用于固定岩石样品的圆柱体凹槽。
根据本发明具体实施方式，所述反应釜盖体的上表面距离圆心位置40mm处开设有1/4NPT螺纹贯穿孔，用于插入热敏电阻连通至反应釜内；所述反应釜盖体的上表面另外一距离圆心位置40mm处开设有1/8NPT螺纹贯穿孔，用于插入连接真空泵的管道连通至反应釜内。
根据本发明具体实施方式，所述反应釜罐体为直径160mm、高度85mm的圆柱体。其内部为直径100mm、深度60mm的容器，在反应釜罐体内侧的底部中心开设有一直径40mm、深度1mm的圆柱体凹槽用于固定岩石样品位置。所述反应釜罐体内部的侧表面有两条深度2mm、直径9mm的相互平行的凹槽，为使该处不锈钢罐身与罐内物质界面保持平行。
根据本发明具体实施方式，所述反应釜能够容纳直径40mm以内、高度50mm(误差小于±0.5mm)的岩样，同时能够容纳近400mL的流体；不放入岩样时最多可容纳471mL流体；所述反应釜罐体最薄处为20mm。
根据本发明具体实施方式，所述反应釜盖体与所述反应釜罐体通过环形凹槽固定丁腈密封圈实现反应釜密封，反应釜盖体内侧顶部设置有一圈5个等距分布的M8螺纹，与之对称的反应釜罐体也设置有一圈5个等距分布的M8螺纹，通过螺丝实现反应釜盖体与反应釜罐体的固定连接。
根据本发明具体实施方式，所述超声换能器采用OLYMPUS公司A103S-RM型纵波超声探头或A153S-RM型横波超声探头，超声频率为1Mhz，探头有效面积直径13mm。所述超声信号发生器采用OLYMPUS公司5077PR方波激发接收器，可为超声换能器提供0.1～20MHz频率信号，100～400V脉冲电压以及100～5000Hz的脉冲重复频率。所述示波器采用Tektronix公司MDO3014型多功能示波器，可即时显示信号波形，并通过USB数据线等多种接口输出信号。
上述的超声监测装置中，优选地，所述反应釜盖体的上表面开设有用于固定所述超声换能器的凹槽。
根据本发明具体实施方式，所述反应釜盖体的圆心位置开设有一直径为18mm、深度为5mm的圆柱体凹槽，用于固定所述反应釜盖体的上表面设置的超声换能器。
上述的超声监测装置中，优选地，所述反应釜盖体的上表面和所述反应釜罐体的下表面分别开设有矩形凹槽，所述矩形凹槽用于插入可拆卸金属杆，实现所述反应釜盖体和所述反应釜罐体的拆分。
根据本发明具体实施方式，所述反应釜盖体的圆心位置至盖体的边缘开设有宽度为10mm、深度为5mm、长度由圆心位置延伸至盖体边缘的矩形凹槽；所述反应釜罐体的底表面对应设置有同样的矩形凹槽。
上述的超声监测装置中，优选地，所述反应釜罐体的侧表面开设有贯穿孔，用于实现与所述活塞中间容器相连通。
上述的超声监测装置中，优选地，通过中空的螺纹连接件实现所述反应釜罐体与所述活塞中间容器的连通。
根据本发明具体实施方式，所述活塞中间容器为活塞式中空圆柱体，容量为200mL；通过中空的螺纹连接件实现反应釜罐体与活塞中间容器的螺纹固定连接；中空螺纹连接件的管内径为11mm，壁厚最薄处为6mm，其与活塞中间容器连接处为M24公螺纹，另一端与反应釜罐体连接处为M32公螺纹，两端连接螺纹为一段直径为28mm的圆柱管，其侧面通过丁腈橡胶圈实现密封。
根据本发明具体实施方法，所述活塞中间容器两端为可拆卸罐盖，使用M52螺纹与中间容器固定，其螺纹前端有一外径50mm圆柱管，其侧面带丁腈橡胶圈用于密封。罐盖与中空的螺纹连接件相连接一端为M24母螺纹，与连通液压泵的管道的一端为3/8NPT公螺纹，活塞中间容器内有一活塞能够在液压泵加压条件下推动活塞中间容器中的稠油至反应釜中并保证中间容器两端液体隔离。
上述的超声监测装置中，优选地，所述反应釜罐体的侧表面和底表面分别开设有用于固定所述超声换能器的凹槽。
根据本发明具体实施方式，所述反应釜罐体的侧表面对称分别开设有一直径18mm、深度为5mm的圆柱体凹槽，用于固定所述反应釜罐体的侧表面设置的超声换能器。所述反应釜罐体的底表面的圆心位置开设有一直径为18mm、深度为5mm的圆柱体凹槽，用于固定所述反应釜罐体的底表面设置的超声换能器。
上述的超声监测装置中，优选地，温度控制单元包括电热毯、温控箱、热敏电阻和温度数显器；
所述电热毯包覆于所述反应釜的侧壁和所述活塞中间容器的侧壁；并通过数据线与所述温控箱相连接；
所述热敏电阻用于检测所述反应釜内的温度，并通过数据线与所述温度数显器相连接。
根据本发明具体实施方式，所述电热毯及其温控箱采用的是江苏善信致成机电科技有限公司定制的工业电热毯及温控设备，能够完全包裹反应釜及活塞中间容器的侧表面并进行加热，实现最高100℃的恒温加热，加热温度误差为±1℃。通过温控箱控制电热毯的温度实现对反应釜外部加热并显示加热温度。
根据本发明具体实施方式，所述热敏电阻采用OMEGA公司TH-44004-1/4NPT-80型热敏电阻，螺纹接口为1/4NPT，探头直径6mm，测量误差±0.2℃。所述温度数显器采用OMEGA公司CN16DPt型温度过程控制器，可由USB数据线与计算机通信。通过温度数显器连接热敏电阻显示反应釜内部流体(例如：稠油)及岩样的温度。
上述的超声监测装置中，优选地，所述压力控制单元包括液压泵、液压表、真空泵和阀门；
所述液压泵、所述液压表与所述活塞中间容器依次相连通；
所述真空泵、所述阀门和所述反应釜依次相连通。
根据本发明具体实施方式，所述真空泵采用ULVAC公司DAP-6D低压泵，最低真空压力6.65kPa；真空泵通过抽气管道与阀门相连通，阀门以1/8NPT接口通过连通管道接入至反应釜中。利用真空泵对反应釜进行真空处理，以消除空气对饱和实验及超声测量的影响。
根据本发明具体实施方式，所述液压泵采用ENERPAC公司P391型单速泵，可用油容量900cm2，额定最大压力700bar，3/8NPTF输出口连通至活塞中间容器。利用液压泵推动活塞中间容器内的活塞向反应釜内注入流体(例如：稠油)，并对反应釜内的流体和岩样进行加压，通过液压表显示反应釜内压力的变化。
上述的超声监测装置中，优选地，所述反应釜的侧壁设置的超声换能器为纵波超声换能器；所述反应釜的顶部或底部设置的超声换能器为横波超声换能器或纵波超声换能器。
根据本发明具体实施方式，根据实验需要选择纵波超声换能器或横波超声换能器，将其分别连接至示波器与超声信号发生器的输出端，固定超声换能器的探头于反应釜的凹槽出，在水平方向上对流体进行纵波超声实验，或在竖直方向上对流体或流体饱和岩样进行横波纵波超声实验，得到高温高压环境下流体或流体饱和岩样的超声速度。
另一方面，本发明还提供一种针对稠油饱和岩样可控温控压的超声监测方法，该方法采用上述的超声监测装置进行超声监测，包括以下步骤：
将待检测的岩样固定置于反应釜中，并与活塞中间容器中装载稠油；
连接超声监测装置并实现反应釜的密封，通过压力控制单元对反应釜进行初步抽真空处理；接着向反应釜中注入稠油，通过温度控制单元对反应釜进行升温加热，并进一步通过压力控制单元对反应釜进行进一步抽真空处理；
抽真空处理完毕后，进一步通过温度控制单元对反应釜进行恒温加热，通过压力控制单元对反应釜施加压力；待反应釜中的岩样稠油饱和后，启动超声信号发生器和示波器，通过超声换能器检测稠油饱和岩样在不同温度和不同压力下的横波超声速度和纵波超声速度。
上述的超声监测方法中，优选地，利用温度控制单元中的热敏电阻和温度数显器对反应釜进行温度监测；利用温度控制单元中的电热毯和温控箱对反应釜进行升温加热。
上述的超声监测方法中，优选地，利用压力控制单元中的真空泵和阀门控制对反应釜进行抽真空处理；利用压力控制单元中的液压泵对活塞中间容器施加压力注入稠油至反应釜中，并利用液压泵进一步对反应釜进行增压。
上述的超声监测方法中，优选地，利用压力控制单元中的液压泵对反应釜中的压力进行监测。
根据本发明具体实施方式，稠油从活塞中间容器挤入反应釜中之前，先打开串联真空泵的阀门，开启真空泵抽出装置内空气，使装置内保持低压状态；在加入稠油后，对反应釜加热，使罐内稠油对空气溶解度降低，同时空气受热向上运动集中到装置内顶部，此时再次打开串联真空泵的阀门，开启真空泵抽出装置内空气。
根据本发明具体实施方式，通过手动按压液压泵杠杆挤压液压油，实现对活塞中间容器的一侧进行加压，使活塞中间容器与反应釜连接一侧的稠油受到挤压，反应釜内的压力上升。通过串联的液压表显示容器两端所受液压大小，从而实现反应釜内的压力监测。
根据本发明具体实施方式，反应釜内放置指定规格的岩石样品，连接装置。通过手动按压液压泵杠杆挤压液压油，实现对活塞中间容器一侧加压，使活塞中间容器与反应釜连接一侧的稠油受到挤压，反应釜内的压力上升，稠油受外力向周围扩散，挤压进入多孔岩石样品的孔隙内，经长时间高温高压条件下使岩样最终达到稠油饱和。
根据本发明具体实施方式，根据反应釜尺寸制作符合要求的岩石样品，打开稠油饱和装置盖顶并放入岩石样品，后封闭反应釜并保证反应釜内顶部底部与岩样接触。此时在饱和装置外顶部，底部凹槽处固定超声换能器并连接至示波器，即可对反应釜内的岩样进行超声测量；若罐内无岩心而是注满稠油，则可在装置外顶部侧面、顶底部四处凹槽放置两对超声探头，对稠油进行竖直、水平方向超声测量。
本发明的有益效果：
本发明的超声监测装置能够实现对岩石样品的高粘度稠油饱和，同时对稠油饱和的岩样进行超声纵横波实验监测其弹性模量变化情况，监测稠油饱和的岩样纵、横波速度变化，有助于寻找测量得到参数间的关系，进而能够根据其变化趋势计算出对应稠油饱和度，实现岩石稠油饱和度的确定。
附图说明
图1为本发明实施例1中的针对稠油饱和岩样可控温控压的超声监测装置的结构示意图。
图2为本发明实例1中的高温高压反应釜结构示意图。
附图符号说明：
1、反应釜；2、活塞中间容器；3、中空的螺纹连接件；4、电热毯；5、温控箱；6、温度数显器；7、热敏电阻；8、真空泵；9、阀门；10、液压泵；11、液压表；12、超声换能器(纵波)；13、超声换能器(纵波)；14、超声换能器(纵波或横波)；15、超声换能器(纵波或横波)；16、超声信号发生器；17、示波器；18、岩样；101、反应釜盖体；102、反应釜罐体；103、贯穿孔；104、螺纹贯穿孔；105、螺纹贯穿孔；106、凸起部件；107、圆柱体凹槽；108、圆柱体凹槽；109、圆柱体凹槽；110、螺纹孔；111、螺纹孔；112、螺纹孔；113、螺纹孔。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现对本发明的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。
实施例1：
本实施例提供一种针对稠油饱和岩样可控温控压的超声监测装置，如图1和图2所示，该超声监测装置包括：
稠油储集单元、温度控制单元、压力控制单元和超声监测单元；
所述稠油储集单元包括反应釜1和活塞中间容器2；反应釜1为耐高温耐高压反应釜；其是由反应釜盖体101和反应釜罐体102构成；反应釜盖体101的中部有一向内的凸起部件106，用于实现反应釜罐体102中的待测岩样18与反应釜1底部的抵接固定。反应釜盖体101的上表面开设有2个螺纹贯穿孔104和螺纹贯穿孔105，分别用于插入热敏电阻7和真空泵8的管道连通至反应釜1内。反应釜盖体101的上表面和反应釜罐体102的下表面分别开设有矩形凹槽(图中未作显示)，矩形凹槽用于插入可拆卸金属杆，实现反应釜盖体101和反应釜罐体102的拆分。
本实施例一优选的实施方式中，反应釜1的盖体和罐体均为圆柱体，材质为304不锈钢，反应釜盖体101为直径160mm、高度20mm的圆柱体；反应釜盖体101的中部向内的凸起部件106也为圆柱体结构，直径为50mm、高度为11mm。反应釜盖体101的上表面距离圆心位置40mm处开设有1/4NPT螺纹贯穿孔104，用于插入热敏电阻7连通至反应釜1内；反应釜盖体101的上表面另外一距离圆心位置40mm处开设有1/8NPT螺纹贯穿孔105，用于插入连接真空泵8的管道连通至反应釜1内。反应釜罐体102为直径160mm、高度85mm的圆柱体，其内部为直径100mm、深度60mm的容器，在反应釜罐体102底部中心开设有一直径40mm、深度1mm的圆柱体凹槽109用于固定岩石样品位置。反应釜能够容纳直径40mm以内、高度50mm(误差小于±0.5mm)的岩样，同时能够容纳近400mL的流体；不放入岩样时最多可容纳471mL流体；反应釜罐体最薄处为20mm。反应釜盖体与反应釜罐体通过环形凹槽固定丁腈密封圈实现反应釜1密封，反应釜盖体内侧顶部设置有一圈5个等距分布的M8螺纹孔(例如图中已画出的螺纹孔111和螺纹孔112)，与之对称的反应釜罐体也设置有一圈5个等距分布的M8螺纹孔(例如图中已画出的螺纹孔110和螺纹孔113)，通过螺丝实现反应釜盖体与反应釜罐体的固定连接。反应釜盖体101的圆心位置至盖体的边缘开设有宽度为10mm、深度为5mm、长度由圆心位置延伸至盖体边缘的矩形凹槽；反应釜罐体的底表面对应设置有同样的矩形凹槽。
所述超声监测单元包括超声换能器12、超声换能器13、超声换能器14、超声换能器15、超声信号发生器16和示波器17；反应釜盖体101的上表面开设有用于固定超声换能器15的圆柱体凹槽107；反应釜罐体102的侧表面开设有用于固定超声换能器12和超声换能器13的圆柱体凹槽(图中未作显示)；反应釜罐体的底表面开设有用于固定超声换能器14的圆柱体凹槽108。超声信号发生器16分别与超声换能器13和超声换能器15通过数据线相连接；示波器17分别与超声换能器12和超声换能器14通过数据线相连接；超声信号发生器16与示波器17通过数据线相连接。
本实施例一优选的实施方式中，反应釜盖体101的圆心位置开设有一直径为18mm、深度为5mm的圆柱体凹槽107，用于固定超声换能器15；反应釜罐体102的侧表面对称分别开设有一直径18mm、深度为5mm的圆柱体凹槽，用于固定超声换能器12和超声换能器13。反应釜罐体102的底表面的圆心位置开设有一直径为18mm、深度为5mm的圆柱体凹槽108，用于固定超声换能器14。超声换能器采用OLYMPUS公司A103S-RM型纵波超声探头或A153S-RM型横波超声探头，超声频率为1Mhz，探头有效面积直径13mm。所述超声信号发生器采用OLYMPUS公司5077PR方波激发接收器，可为超声换能器提供0.1～20MHz频率信号，100～400V脉冲电压以及100～5000Hz的脉冲重复频率。所述示波器采用Tektronix公司MDO3014型多功能示波器，可即时显示信号波形，并通过USB数据线等多种接口输出信号。反应釜的侧壁设置的超声换能器为纵波超声换能器；所述反应釜1的顶部或底部设置的超声换能器为横波超声换能器或纵波超声换能器；根据实验需要选择纵波超声换能器或横波超声换能器，将其分别连接至示波器17与超声信号发生器16的输出端，固定超声换能器的探头于反应釜1的凹槽出，在水平方向上对流体进行纵波超声实验，或在竖直方向上对流体或流体饱和岩样进行横波纵波超声实验，得到高温高压环境下流体或流体饱和岩样的超声速度。
反应釜罐体102的侧表面开设有一个贯穿孔103，通过中空的螺纹连接件3实现反应釜罐体与活塞中间容器2的连通。
本实施例一优选的实施方式中，活塞中间容器2为活塞式中空圆柱体，容量为200mL；通过中空的螺纹连接件3实现反应釜罐体与活塞中间容器2的螺纹固定连接；中空螺纹连接件3的管内径为11mm，壁厚最薄处为6mm，其与活塞中间容器2连接处为M24公螺纹，另一端与反应釜罐体连接处为M32公螺纹，两端连接螺纹为一段直径为28mm的圆柱管，其侧面通过丁腈橡胶圈实现密封。活塞中间容器2两端为可拆卸罐盖，使用M52螺纹与活塞中间容器2固定，其螺纹前端有一外径50mm圆柱管，其侧面带丁腈橡胶圈用于密封。罐盖与中空的螺纹连接件3相连接一端为M24母螺纹，与连通液压泵10的管道的一端为3/8NPT公螺纹，活塞中间容器2内有一活塞能够在液压泵10加压条件下推动活塞中间容器2中的稠油至反应釜中并保证活塞中间容器2两端液体隔离。
温度控制单元包括电热毯4、温控箱5、热敏电阻7和温度数显器6；电热毯4包覆于反应釜1的侧壁和活塞中间容器2的侧壁；并通过数据线与温控箱5相连接；热敏电阻7用于检测反应釜1内的温度，并通过数据线与温度数显器6相连接。
本实施例一优选的实施方式中，电热毯4及其温控箱5采用的是江苏善信致成机电科技有限公司定制的工业电热毯及温控设备，能够完全包裹反应釜1及活塞中间容器2的侧表面并进行加热，可实现最高100℃的恒温加热，加热温度误差为±1℃。通过温控箱5控制电热毯4的温度实现对反应釜1外部加热并显示加热温度。热敏电阻7采用OMEGA公司TH-44004-1/4NPT-80型热敏电阻，螺纹接口为1/4NPT，探头直径6mm，测量误差±0.2℃。温度数显器6采用OMEGA公司CN16DPt型温度过程控制器，可由USB数据线与计算机通信；通过温度数显器6连接热敏电阻7显示反应釜1内部流体(例如：稠油)及岩样的温度。
压力控制单元包括液压泵10、液压表11、真空泵8和阀门9。液压泵10、液压表11与活塞中间容器2依次相连通；真空泵8、阀门9和反应釜1依次相连通。
本实施例一优选的实施方式中，真空泵8采用ULVAC公司DAP-6D低压泵，最低真空压力6.65kPa；真空泵8通过抽气管道与阀门9相连通，阀门9以1/8NPT接口通过连通管道接入至反应釜1中；利用真空泵8对反应釜1进行真空处理，以消除空气对饱和实验及超声测量的影响。液压泵10采用ENERPAC公司P391型单速泵，可用油容量900cm2，额定最大压力700bar，3/8NPTF输出口连通至活塞中间容器2。利用液压泵10推动活塞中间容器2内的活塞向反应釜1内注入流体(例如：稠油)，并对反应釜1内的流体和岩样进行加压，通过液压表11显示反应釜1内压力的变化。
实施例2：
本实施例提供一种利用实施例1的超声监测装置对岩样进行稠油(该实施例选用甘油替代)饱和，选用两块四川油田某区块天然砂岩与甘油作为材料，具体操作如下：
(1)将实验所用砂岩岩心高度打磨为高度50mm误差小于±0.1mm，直径38mm圆柱体，并保证其上下表面相互平行。岩心干燥后测定其质量及孔隙体积。将加工后岩心样品置入反应釜1中；活塞中间容器2的一端内加入200mL的甘油后，连接中空的螺纹连接件3并连接反应釜1，另一侧接入液压泵10及液压表11；反应釜1内注入300mL甘油后盖上反应釜盖体101；反应釜罐体102与反应釜盖体101采用5枚M24螺丝固定。
(2)热敏电阻7的探头一端螺纹处按螺纹方向缠绕生料带后插入到反应釜盖体上端开设的螺纹贯穿孔104中与反应釜1连接固定，另一端裸线接入温度数显器6。真空泵8串联阀门9，阀门9接口缠绕生料带后，连接管道并通过螺纹贯穿孔105连通至反应釜1中。将电热毯4与温控箱5连接并包裹住反应釜1和活塞中间容器2。
(3)此时装置密封，打开阀门9与真空泵8，电热毯4以70℃恒温加热5分钟，使容器内甘油及岩心样品中空气逸出并通过真空泵8抽出，后关闭阀门9与真空泵8。继续70℃恒温加热，并使液压泵10加压至30MPa，持续高温高压30分钟后，泄压、停止加热并打开反应釜盖体101，取出岩心样品，并等待其降温至室温25℃。根据饱和后岩样质量变化及室温下甘油密度，计算孔隙流体体积，得到饱和后岩样流体饱和度。
本实施例岩样甘油饱和实验中，最终制备的2块含甘油饱和岩样，甘油饱和度分别为1号甘油饱和岩样69.54％与2号甘油饱和岩样74.34％。证明短时间内，本发明的装置能够完成岩石样品的较高粘度流体的饱和实验。
实施例3：
本实施例提供实施例1的超声监测装置对稠油(该实施例选用甘油替代)饱和并进行超声监测，具体操作如下：
(1)活塞中间容器1的一端内加入200mL的甘油后，连接中空的螺纹连接件3并连接反应釜1，另一侧接入液压泵10及液压表11；反应釜1内注入300mL甘油后盖上反应釜盖体；反应釜罐体与反应釜盖体采用5枚M24螺丝固定。
(2)热敏电阻7的探头一端螺纹处按螺纹方向缠绕生料带后插入到反应釜盖体上端开设的螺纹贯穿孔104中与反应釜1连接固定，另一端裸线接入温度数显器6。真空泵8串联阀门9，阀门9接口缠绕生料带后，连接管道并通过螺纹贯穿孔105连通至反应釜1中。将电热毯4与温控箱5连接并包裹住反应釜1和活塞中间容器2。
(3)此时装置密封，打开阀门9与真空泵8，电热毯4以70℃恒温加热5分钟，使容器内甘油中空气逸出并通过真空泵8抽出，后关闭阀门9与真空泵8，停止加热并冷却至室温。
(4)将纵波超声探头(超声换能器14、超声换能器15，设置为纵波超声换能器)连接至超声信号发生器16与示波器17，并安置于反应釜1的顶部及底部的两处凹槽处。从25℃开始，使用液压泵10对反应釜1内加压，施以1、3、5、7、10、15、20、25、30(MPa)的压力，记录超声速度后泄压，并加热至30℃，继续超声测量实验。以5℃为间隔，反复测量至45℃后完成实验。实验结果参见如下表1所示，表1为甘油纵波超声速度与温度压力变化关系表。
表1：
Figure BDA0003094303420000121
由表1中甘油纵波超声速度与温度压力变化关系数据，证明实验中所用甘油纵波超声速度随温度增大而减小，随压力增大而增大。
实施例4：
本实施例提供一种利用实施例1的超声监测装置对稠油(该实施例选用甘油替代)饱和岩样进行超声监测的过程，具体操作如下：
(1)将实施例1中制备的1号甘油饱和岩样表层以环氧树脂包裹并与外界隔绝后，置入反应釜1。活塞中间容器2的一端内加入200mL甘油后，连接中空的螺纹连接件3并连接反应釜1，另一侧接入液压泵10及液压表11。反应釜1内注入300mL甘油后盖上反应釜盖体；反应釜罐体与反应釜盖体采用5枚M24螺丝固定。
(2)热敏电阻7的探头一端螺纹处按螺纹方向缠绕生料带后插入到反应釜盖体上端开设的螺纹贯穿孔104中与反应釜1连接固定，另一端裸线接入温度数显器6。真空泵8串联阀门9，阀门9接口缠绕生料带后，连接管道并通过螺纹贯穿孔105连通至反应釜1中。将电热毯4与温控箱5连接并包裹住反应釜1和活塞中间容器2。
(3)此时装置密封，打开阀门9与真空泵8，电热毯4以70℃恒温加热5分钟，使容器内甘油中空气逸出并通过真空泵8抽出，后关闭阀门9与真空泵8，停止加热并冷却至室温。
(4)将纵波超声探头(超声换能器14、超声换能器15，设置为纵波超声换能器)连接至超声信号发生器16与示波器17，并安置于反应釜1的顶部及底部的两处凹槽处。从25℃开始，使用液压泵10对反应釜1内加压(即对甘油饱和岩样施加围压)，施以1、3、5、7、10、15、20、25、30(MPa)的压力，记录超声速度后泄压，并加热至30℃，继续超声测量实验。以5℃为间隔，反复测量至65℃后完成实验。实验结果参见如下表2所示，表2为甘油饱和岩样纵波超声速度与温度压力变化关系表。
表2：
Figure BDA0003094303420000131
由表2中甘油饱和岩样纵波超声速度与温度压力变化关系数据，证明实验中所用甘油饱和岩样纵波超声速度随温度增大而减小，随压力增大而增大。在0MPa加压至1MPa时，纵波超声速度变化最大，后超声速度变化量随压力增大而减小。

Claims (10)

1.一种针对稠油饱和岩样可控温控压的超声监测装置，该超声监测装置包括：
稠油储集单元、温度控制单元、压力控制单元和超声监测单元；
所述稠油储集单元包括反应釜和活塞中间容器；所述反应釜与所述活塞中间容器相连通；
所述超声监测单元包括四个超声换能器、超声信号发生器和示波器；所述反应釜的侧壁设置有两个超声换能器，顶部和底部分别设置有一个超声换能器；所述超声信号发生器分别与所述反应釜顶部的超声换能器和侧壁的一个超声换能器通过数据线相连接；所述示波器分别与所述反应釜底部的超声换能器和侧壁的另一个超声换能器通过数据线相连接；所述超声信号发生器与所述示波器通过数据线相连接；
所述压力控制单元用于对所述反应釜进行真空处理、加压处理和压力监测；
所述温度控制单元用于对所述反应釜和所述活塞中间容器进行加热和温度监测。
2.根据权利要求1所述的超声监测装置，其中，所述反应釜为耐高温耐高压反应釜；其是由反应釜盖体和反应釜罐体构成；
所述反应釜盖体的中部有一向内的凸起部件，用于实现所述反应釜罐体中的待测岩样与反应釜底部的抵接固定。
3.根据权利要求2所述的超声监测装置，其中，所述反应釜盖体的上表面开设有多个贯穿孔，用于实现所述温度控制单元、所述压力控制单元与所述反应釜罐体内部的连通；
优选地，所述反应釜盖体的上表面开设有用于固定所述超声换能器的凹槽。
4.根据权利要求2所述的超声监测装置，其中，所述反应釜盖体的上表面和所述反应釜罐体的下表面分别开设有矩形凹槽，所述矩形凹槽用于插入可拆卸金属杆，实现所述反应釜盖体和所述反应釜罐体的拆分。
5.根据权利要求2所述的超声监测装置，其中，所述反应釜罐体的侧表面开设有贯穿孔，用于实现与所述活塞中间容器相连通；
优选地，通过中空的螺纹连接件实现所述反应釜罐体与所述活塞中间容器的连通；
优选地，所述反应釜罐体的侧表面和底表面分别开设有用于固定所述超声换能器的凹槽；
优选地，所述反应釜罐体内侧的底部中心开设有用于固定岩石样品的圆柱体凹槽。
6.根据权利要求1所述的超声监测装置，其中，温度控制单元包括电热毯、温控箱、热敏电阻和温度数显器；
所述电热毯包覆于所述反应釜的侧壁和所述活塞中间容器的侧壁；并通过数据线与所述温控箱相连接；
所述热敏电阻用于检测所述反应釜内的温度，并通过数据线与所述温度数显器相连接。
7.根据权利要求1所述的超声监测装置，其中，所述压力控制单元包括液压泵、液压表、真空泵和阀门；
所述液压泵、所述液压表与所述活塞中间容器依次相连通；
所述真空泵、所述阀门和所述反应釜依次相连通。
8.根据权利要求1所述的超声监测装置，其中，所述反应釜的侧壁设置的超声换能器为纵波超声换能器；所述反应釜的顶部或底部设置的超声换能器为横波超声换能器或纵波超声换能器。
9.一种针对稠油饱和岩样可控温控压的超声监测方法，该方法采用权利要求1～8任一项所述的超声监测装置进行超声监测，包括以下步骤：
将待检测的岩样固定置于反应釜中，并于活塞中间容器中装载稠油；
连接超声监测装置并实现反应釜的密封，通过压力控制单元对反应釜进行初步抽真空处理；接着向反应釜中注入稠油，通过温度控制单元对反应釜进行升温加热，并进一步通过压力控制单元对反应釜进行进一步抽真空处理；
抽真空处理完毕后，进一步通过温度控制单元对反应釜进行恒温加热；通过压力控制单元对反应釜施加压力；待反应釜中的岩样稠油饱和后，启动超声信号发生器和示波器，通过超声换能器检测稠油饱和岩样在不同温度和不同压力下的横波超声速度和纵波超声速度。
10.根据权利要求9所述的超声监测方法，其中，利用温度控制单元中的热敏电阻和温度数显器对反应釜进行温度监测；利用温度控制单元中的电热毯和温控箱对反应釜进行升温加热；
优选地，利用压力控制单元中的真空泵和阀门控制对反应釜进行抽真空处理；利用压力控制单元中的液压泵对活塞中间容器施加压力注入稠油至反应釜中，并利用液压泵进一步对反应釜进行增压；
优选地，利用压力控制单元中的液压泵对反应釜中的压力进行监测。
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