CN113504307B - 一种多频率岩心声速测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多频率岩心声速测量装置，包括：固定装置，用于将所述岩心进行固定并按预设条件对所述岩心进行加温加压；发射端声波探头，所述发射端声波探头分别与控制单元的第一端和所述固定装置的一端进行连接，用于对所述岩心发射声波信号；接收端声波探头，所述接收端声波探头分别与所述控制单元的第二端和所述固定装置的另一端进行连接，用于接收所述发射端声波探头发射的声波信号；所述控制单元，用于控制所述发射端声波探头发射不同频率的声波信号，以及接收所述接收端声波探头接收到的声波信号，并根据所述接收端声波探头接收到的声波信号确定岩心声速，实现了在高温高压条件下且多频率情况中快速地对岩心声速进行测量。

Description

一种多频率岩心声速测量装置

技术领域

本发明属于岩心声速测量技术领域，具体涉及一种多频率岩心声速测量装置。

背景技术

岩石孔隙中流体的存在会导致声波速度的频散，且随着孔隙内流体含量的不同，其频散现象也会不同，例如对一块高孔、高渗砂岩在不同饱和度下进行岩心声速测量，其孔隙度为35%，渗透率为8.7×10-12m2，通过应力应变方法和超声测量技术测量显示：当饱和度达到90%时，超声测量出的速度和低频测量的速度之间的差异达到32%，而为了研究孔隙流体对不同渗透率岩心声速的影响，通常是采用应力应变方法来测量2-2000Hz频段下的声波速度，采用超声脉冲穿透法来测量高频下的声波速度。

油气勘探中一项最重要的地球物理工作是利用地震资料进行储层预测和烃类检测，但敏感地震属性的选取很大程度上依赖于研究区扎实可靠的岩石物理研究工作，而对于的岩心声速测量是最重要的岩石物理工作之一。本发明的多频率测量方法主要是用于测量分析岩心声速的频散现象，解决测量中需要不断更换不同频率声波探头问题，降低实验测量成本和操作难度。

现有技术中测量岩心声速的方法只能测量单一频率下的岩心声速，测量多频率下的岩心声速需要更换不同中心频率的声波探头，耗时较长，且探头的中心频率间隔较大，以及，在高温高压条件下测量岩心声速时，不能够更换声波探头。

因此，如何在高温高压条件下且多频率情况中快速地对岩心声速进行测量，是本领域技术人员有待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术无法在高温高压条件下且多频率情况中快速地对岩心声速进行测量的技术问题，提出了一种多频率岩心声速测量装置。

本发明的技术方案为：一种多频率岩心声速测量装置，包括：

固定装置，用于将所述岩心进行固定并按预设条件对所述岩心进行加温加压；

发射端声波探头，所述发射端声波探头分别与控制单元的第一端和所述固定装置的一端进行连接，且所述发射端声波探头与所述接收端声波探头连接，所述发射端声波探头用于对所述岩心发射第一声波信号和对所述接收端声波探头发射第二声波信号；

所述接收端声波探头，所述接收端声波探头分别与所述控制单元的第二端和所述固定装置的另一端进行连接，所述接收端声波探头用于接收第二声波信号和经过岩心的第一声波信号；

所述控制单元，用于控制所述发射端声波探头发射不同频率的声波信号，以及接收所述接收端声波探头接收到的第一声波信号和第二声波信号，并根据所述接收端声波探头接收到的声波信号确定岩心声速。

进一步地，所述控制单元的第一端具体为发射信号放大电路，所述控制单元的第二端具体为接收信号放大电路。

进一步地，所述控制单元具体包括控制器和发射控制区，所述发射控制区具体为依次连接的单片机、信号发生器、发射信号放大电路，所述控制器与所述单片机连接，其中：

所述单片机，用于解析控制器发出的指令，并将解析后的指令发送至所述信号发生器；

所述信号发生器，用于根据解析后的指令产生对应的正弦波信号，并将所述正弦波信号发送至所述发射电路放大器；

所述发射信号放大电路，用于将所述正弦波信号进行放大，并将放大后的正弦波信号发送至所述发射端声波探头，以使所述发射端声波探头将所述正弦波信号作为声波信号向岩心和所述接收端声波探头发射。

进一步地，所述控制单元还包括接收控制区，所述控制单元还包括接收控制区，所述接收控制区具体为依次连接的接收信号放大电路和数据采集电路，所述数据采集电路还分别与所述控制器和所述单片机连接，其中：

所述接收信号放大电路，用于对所述接收端声波探头接收到的第一声波信号进行放大，并将放大后的第一声波信号发送至数据采集电路；

所述数据采集电路，接收所述单片机的调节指令，用于采集不同频率的由所述接收端声波探头接收到的第二声波信号和放大后的第一声波信号。

进一步地，所述数据采集电路还用于：

将采集到的第一声波信号和第二声波信号进行归一化处理得到归一化信号；

通过数据采集电路中的滤波器将所述归一化信号中的交流信号进行过滤得到直流信号；

将所述直流信号发送至所述控制器。

进一步地，所述控制单元根据所述接收端声波探头接收到的声波信号确定岩心声速，具体为：

确定所述第一声波信号通过岩心的时间；

基于所述时间和岩心的长度确定出岩心声速。

进一步地，确定所述第一声波信号通过岩心的时间，具体通过如下公式进行确定：

S=sin(2πf(t+kT))；

式中，S为所述直流信号，f为第一声波信号的频率，t为第一声波信号经过岩心所用时间，k为第一声波信号的周期数，T为对应频率下的周期。

与现有技术相比，本发明具备以下有益效果：

（1）本发明公开的一种多频率岩心声速测量装置，包括：固定装置，用于将所述岩心进行固定并按预设条件对所述岩心进行加温加压；发射端声波探头，所述发射端声波探头分别与控制单元的第一端和所述固定装置的一端进行连接，用于对所述岩心发射声波信号；接收端声波探头，所述接收端声波探头分别与所述控制单元的第二端和所述固定装置的另一端进行连接，用于接收所述发射端声波探头发射的声波信号；所述控制单元，用于控制所述发射端声波探头发射不同频率的声波信号，以及接收所述接收端声波探头接收到的声波信号，并根据所述接收端声波探头接收到的声波信号确定岩心声速，实现了在高温高压条件下且多频率情况中快速地对岩心声速进行测量。

（2）本发明多频率岩心声速测量装置中的发射控制区具体为依次连接的单片机、信号发生器、发射信号放大电路，所述控制器与所述单片机连接，单片机能够解析控制器发出的指令，并将解析后的指令发送至信号发生器，信号发生器就能根据解析后的指令发出对应的正弦波信号，从而获得不同频率的声波信号，实现了不更换声波探头便可测量多频率岩心声速。

附图说明

图1所示为本发明实施例提供的一种多频率岩心声速测量装置的结构示意图；

图2所示为本发明实施例中控制单元的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

如背景技术中所述，现有技术无法在高温高压条件下且多频率情况中快速地对岩心声速进行测量。

因此，本申请提出了一种多频率岩心声速测量装置，如图1所示为本申请实施例提出的一种多频率岩心声速测量装置的结构示意图，包括：

固定装置101，用于将所述岩心进行固定并按预设条件对所述岩心进行加温加压；

发射端声波探头102，所述发射端声波探头102分别与控制单元104的第一端和所述固定装置101的一端进行连接，且所述发射端声波探头102与所述接收端声波探头103连接，所述发射端声波探头102用于对所述岩心发射第一声波信号和对所述接收端声波探头103发射第二声波信号；

所述接收端声波探头103，所述接收端声波探头103分别与所述控制单元104的第二端和所述固定装置101的另一端进行连接，所述接收端声波探头103用于接收第二声波信号和经过岩心的第一声波信号；

所述控制单元104，用于控制所述发射端声波探头102发射不同频率的声波信号，以及接收所述接收端声波探头103接收到的第一声波信号和第二声波信号，并根据所述接收端声波探头103接收到的声波信号确定岩心声速。

具体的，固定装置可以是本领域任意一种固定装置，例如专利申请号为CN200720081615.7中的装置，预设条件可以是指定的温度和压力，以及本申请不仅可以在高温高压条件下实施，还可在常温常压条件下实施。

在本申请实施例中，所述控制单元104的第一端具体为发射信号放大电路，所述控制单元的第二端具体为接收信号放大电路。

在本申请实施例中，所述控制单元104具体包括控制器和发射控制区，如图2所示为本实施例中控制单元的结构示意图，所述发射控制区具体为依次连接的单片机、信号发生器、发射信号放大电路，所述控制器与所述单片机连接，其中：

所述单片机，用于解析控制器发出的指令，并将解析后的指令发送至所述信号发生器；

所述信号发生器，用于根据解析后的指令产生对应的正弦波信号，并将所述正弦波信号发送至所述发射电路放大器；

所述发射信号放大电路，用于将所述正弦波信号进行放大，并将放大后的正弦波信号发送至所述发射端声波探头102，以使所述发射端声波探头102将所述正弦波信号作为声波信号向岩心和所述接收端声波探头103发射。

具体的，本发明中，发射的声波由连续的正弦波激励声波探头获得，发射的声波的频率与激发声波探头的正弦波的频率相同(注：若采用脉冲信号激励声波探头，发射的声波的频率就与声波探头的中心频率相同)，因此，改变激励的正弦波的信号的频率就可以获得不同频率的声波。同时，为了保证随着频率的变化，发射端信号幅度基本保持不变，选用的声波探头中心频率需远大于实验中所需要测量的频率，因此需要高压信号来驱动声波探头，而在本领域中，通常将信号发生器和发射信号放大电路组合在一起作为高压信号发生器，经高压信号发生器产生50V以上的高压信号来驱动声波探头，而具体的高压信号可由本领域技术人员根据实际情况灵活设置，保证发射端的信号强度，让接收端声波探头103能接收到明显的信号

在本申请实施例中，所述控制单元104还包括接收控制区，如图2所示为本实施例中控制单元的结构示意图，所述接收控制区具体为依次连接的接收信号放大电路和数据采集电路，所述数据采集电路还分别与所述控制器和所述单片机连接，其中：

所述接收信号放大电路，用于对所述接收端声波探头103接收到的第一声波信号进行放大，并将放大后的第一声波信号发送至数据采集电路；

所述数据采集电路，接收所述单片机的调节指令，用于采集不同频率的由所述接收端声波探头103接收到的第二声波信号和放大后的第一声波信号。

在本申请实施例中，所述数据采集电路还用于：

将采集到的第一声波信号和第二声波信号进行归一化处理得到归一化信号；

通过数据采集电路中的滤波器将所述归一化信号中的交流信号进行过滤得到直流信号；

将所述直流信号发送至所述控制器。

具体的，数据采集电路具体为AD采集电路，其会采集到两路信号，分别为发射端信号也即第一声波信号和接收端信号也即第二声波信号，由于发射端信号幅度会随着频率靠近中心频率而逐渐增大，而不同频率的信号在岩心中的衰减也不同相同，因此需要对两路AD采集数据做归一化处理，本发明中将采用提取信号包络来获得不同频率下对应的归一化系数，将两路归一化后的信号做乘法，得到的信号采用滤波器滤掉交流信号，剩下的直流信号就与不同频率信号经过岩心所用时间有关系。

所述控制单元根据所述接收端声波探头接收到的声波信号确定岩心声速，具体为：

确定所述第一声波信号通过岩心的时间；

基于所述时间和岩心的长度确定出岩心声速。

本步骤是由控制单元104中的控制器执行的。

在本申请实施例中，确定所述第一声波信号通过岩心的时间，具体通过如下公式进行确定：

S=sin(2πf(t+kT))；

式中，S为所述直流信号，f为第一声波信号的频率，t为第一声波信号经过岩心所用时间，k为第一声波信号的周期数，T为对应频率下的周期。

具体的，S=sin(2πf(t+kT))，其中S为计算获得的直流信号，f为第一声波信号的频率，t为第一声波信号经过岩心所用时间，k为第一声波信号的周期数，T为对应频率下的周期。由于是从低频开始测量，且采用扫频方式，因此有最开始的t不会超过一个周期的时间，即此低频时k为0，并且t的变化是渐变的，可利用这种渐变的规律，确定频率升高后的t与S的关系式中的k的值。

岩心的长度是可以通过工具直接测量获得的，然后利用距离(L)=速度(v)*时间(t)公式就可以获得岩心声速。

本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种多频率岩心声速测量装置，其特征在于，包括：

固定装置，用于将所述岩心进行固定并按预设条件对所述岩心进行加温加压；

发射端声波探头，所述发射端声波探头分别与控制单元的第一端和所述固定装置的一端进行连接，且所述发射端声波探头与所述接收端声波探头连接，所述发射端声波探头用于对所述岩心发射第一声波信号和对所述接收端声波探头发射第二声波信号，所述发射端声波探头具体为连续的正弦波激励声波探头；

所述接收端声波探头，所述接收端声波探头分别与所述控制单元的第二端和所述固定装置的另一端进行连接，所述接收端声波探头用于接收第二声波信号和经过岩心的第一声波信号；

所述控制单元，用于控制所述发射端声波探头发射不同频率的声波信号，以及接收所述接收端声波探头接收到的第一声波信号和第二声波信号，并根据所述接收端声波探头接收到的声波信号确定岩心声速；

其中，所述控制单元的第一端具体为发射信号放大电路，所述控制单元的第二端具体为接收信号放大电路；

其中，所述控制单元具体包括控制器和发射控制区，所述发射控制区具体为依次连接的单片机、信号发生器、发射信号放大电路，所述控制器与所述单片机连接，其中：

所述单片机，用于解析控制器发出的指令，并将解析后的指令发送至所述信号发生器；

所述信号发生器，用于根据解析后的指令产生对应的正弦波信号，并将所述正弦波信号发送至所述发射电路放大器；

所述发射信号放大电路，用于将所述正弦波信号进行放大，并将放大后的正弦波信号发送至所述发射端声波探头，以使所述发射端声波探头将所述正弦波信号作为声波信号向岩心和所述接收端声波探头发射；

其中，所述控制单元还包括接收控制区，所述接收控制区具体为依次连接的接收信号放大电路和数据采集电路，所述数据采集电路还分别与所述控制器和所述单片机连接，其中：

所述接收信号放大电路，用于对所述接收端声波探头接收到的第一声波信号进行放大，并将放大后的第一声波信号发送至数据采集电路；

所述数据采集电路，接收所述单片机的调节指令，用于采集不同频率的由所述接收端声波探头接收到的第二声波信号和放大后的第一声波信号；

其中，所述数据采集电路还用于：

将采集到的第一声波信号和第二声波信号进行归一化处理得到归一化信号；

通过数据采集电路中的滤波器将所述归一化信号中的交流信号进行过滤得到直流信号；

将所述直流信号发送至所述控制器；

其中，所述归一化信号具体是将第一声波信号归一化处理得到的信号和第二声波信号归一化处理得到的信号做乘法得到的结果。

2.如权利要求1所述的多频率岩心声速测量装置，其特征在于，所述信号发生器具体为高压信号发生器。

3.如权利要求1所述的多频率岩心声速测量装置，其特征在于，所述控制单元根据所述接收端声波探头接收到的声波信号确定岩心声速，具体为：

确定所述第一声波信号通过岩心的时间；

基于所述时间和岩心的长度确定出岩心声速。

4.如权利要求3所述的多频率岩心声速测量装置，其特征在于，确定所述第一声波信号通过岩心的时间，具体通过如下公式进行确定：

S=sin(2πf(t+kT))；

式中，S为所述直流信号，f为第一声波信号的频率，t为第一声波信号经过岩心所用时间，k为第一声波信号的周期数，T为对应频率下的周期。

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