CN203688337U - 一种岩石样品物理模量光学测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种岩石样品物理模量光学测量装置，所述装置包括：高温高压仓，其内设置有声波震源及岩石样品夹持器，所述岩石样品夹持器上夹持有岩石样品；压力控制系统，用于将所述高温高压仓加压到预置的压力下；加热控制系统，用于将所述高温高压仓加压到预置的温度下；第一光纤光栅传感器，位于所述高温高压仓内，粘附于岩石样品上；光纤光栅光谱解调仪，位于所述高温高压仓外，并连接所述第一光纤光栅传感器，用于在开启所述声波震源带动所述岩石样品震动后，通过所述第一光纤光栅传感器，测量在所述预置的压力和所述预置的温度下所述岩石样品的应变参数。其构造简单，易搭建，方便维护，实现了光纤光栅传感器测量岩石物理性质。

Description

一种岩石样品物理模量光学测量装置

技术领域

本实用新型涉及石油勘探技术领域，尤其涉及一种岩石样品物理模量光学测量装置。

背景技术

岩石物理性质的实验室测量是地球物理应用研究中的一项基础性研究工作。由于地下岩石的复杂性，一般认为，岩石的岩石物理性质是随频率而变化的，在实验室中准确测定现场应用频率段内的岩石物理性质对利用地震勘探和声波测井资料来认识地下岩石的性质，研究地震相和测井相随频率的变化特征等都具有重要的意义。

国内外在岩石物理的实验测量方面有几类重要的方法。第一类为超声传输法；该方法在岩石的弹性性质测量中应用广泛，但在实验室条件下，岩心的尺寸有限（厘米级），为保证该尺寸比声波波长大几倍，超声法测量只能进行高频测量（MHz数量级）。然而，实验室高频（MHz）条件下岩石物理性质的测试结果直接应用到地震勘探与测井频带（10Hz—10kHz）的数据处理与资料解释是否合适,一直是困扰地球物理界的一个重要问题。第二类为共振棒法；共振棒法是可操作在千赫兹量级的低频测试技术。其测量原理是对形状规则的长圆柱形或长管状岩石样品施以一系列频率不同的正弦振动以使岩棒发生振荡变形，通过观测岩石的共振峰的频率和峰的宽度，来估算岩样的各种模量和岩样的Q值。然而，为了能够测量到低频弹性性质，此方法所需的岩样为长达数十厘米的杆状岩石，样品加工异常困难。第三类为应力—应变法；该法也是一类重要的低频测量技术，其基本原理是在岩石样品的表面贴附应变片直接记录施加在岩石样品上的受迫变形而获得地震频段内岩石物理性质的。到现在为止还没有发现用光学方法测量储层条件下岩石的应变或纵横波波速等性质装置的报道。

实用新型内容

本实用新型实施例提供一种岩石样品物理模量光学测量装置，以提供一种岩石样品物理模量光学测量方案。

为了达到上述技术目的，本实用新型实施例提供了一种岩石样品物理模量光学测量装置，所述岩石样品物理模量光学测量装置包括：高温高压仓，其内设置有声波震源及岩石样品夹持器，所述岩石样品夹持器上夹持有岩石样品；压力控制系统，用于将所述高温高压仓加压到预置的压力下；加热控制系统，用于将所述高温高压仓加压到预置的温度下；第一光纤光栅传感器，位于所述高温高压仓内，粘附于岩石样品上；光纤光栅光谱解调仪，位于所述高温高压仓外，并连接所述第一光纤光栅传感器，用于在开启所述声波震源带动所述岩石样品震动后，通过所述第一光纤光栅传感器，测量在所述预置的压力和所述预置的温度下所述岩石样品的应变参数。

优选的，在本实用新型一实施例中，所述高温高压仓上还具有玻璃窗，所述玻璃窗采用法兰加聚四氟乙烯胶圈密封；所述玻璃窗包括石英玻璃窗，厚度为1-10cm；所述岩石样品物理模量光学测量装置还包括：便携式激光测振仪，用于放置于所述高温高压仓的玻璃窗外，测量所述岩石样品的振幅和加速度。

优选的，在本实用新型一实施例中，所述岩石样品物理模量光学测量装置还包括：第二光纤光栅传感器，位于所述高温高压仓内，未粘附于所述岩石样品上；光纤光栅光谱解调仪，还连接所述第二光纤光栅传感器，用于在开启所述声波震源带动所述岩石样品震动后，通过所述第一光纤光栅传感器和所述第二光纤光栅传感器，测量在所述预置的压力和所述预置的温度下所述岩石样品的应变参数。

优选的，在本实用新型一实施例中，所述高温高压仓采用不锈钢材质；所述声波振源包括1-6000Hz的声波振源；所述预置的压力为0.1MP-20MPa；所述预置的温度为25℃-120℃；所述岩石样品至少为如下的一种：砂岩岩石样品、油页岩岩石样品、泥岩岩石样品。

优选的，在本实用新型一实施例中，所述压力控制系统包括活塞泵升压系统；所述加热控制系统包括：电炉丝加热装置，设置于所述高温高压仓内；控温柜，设置于所述高温高压仓外，并连接所述电炉丝加热装置。

上述技术方案具有如下有益效果：因为采用所述岩石样品物理模量光学测量装置包括：高温高压仓，其内设置有声波震源及岩石样品夹持器，所述岩石样品夹持器上夹持有岩石样品；压力控制系统，用于将所述高温高压仓加压到预置的压力下；加热控制系统，用于将所述高温高压仓加压到预置的温度下；第一光纤光栅传感器，位于所述高温高压仓内，粘附于岩石样品上；光纤光栅光谱解调仪，位于所述高温高压仓外，并连接所述第一光纤光栅传感器，用于在开启所述声波震源带动所述岩石样品震动后，通过所述第一光纤光栅传感器，测量在所述预置的压力和所述预置的温度下所述岩石样品的应变参数的技术手段，所以达到了如下的技术效果：提供了一种光学方法测量储层条件下岩石的应变等性质的装置，构造简单，易搭建，方便维护，实现了光纤光栅传感器测量岩石物理性质。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施例，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。

图1为本实用新型实施例一种岩石样品物理模量光学测量装置结构示意图；

图2为本实用新型实施例一种岩石样品物理模量光学测量方法流程图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，为本实用新型实施例一种岩石样品物理模量光学测量装置结构示意图，所述岩石样品物理模量光学测量装置包括：

高温高压仓10，其内设置有声波震源15及岩石样品夹持器16，所述岩石样品夹持器16上夹持有岩石样品17；

压力控制系统11，用于将所述高温高压仓加压到预置的压力下；

加热控制系统12，用于将所述高温高压仓加压到预置的温度下；

第一光纤光栅传感器13，位于所述高温高压仓10内，粘附于岩石样品17上；

光纤光栅光谱解调仪14，位于所述高温高压仓10外，并连接所述第一光纤光栅传感器13，用于在开启所述声波震源15带动所述岩石样品17震动后，通过所述第一光纤光栅传感器13，测量在所述预置的压力和所述预置的温度下所述岩石样品17的应变参数。

优选的，所述高温高压仓10上还具有玻璃窗19，所述玻璃窗19采用法兰20加聚四氟乙烯胶圈密封；所述玻璃窗19包括石英玻璃窗，厚度为1-10cm；所述岩石样品物理模量光学测量装置还包括：便携式激光测振仪21，用于放置于所述高温高压仓10的玻璃窗19外，测量所述岩石样品17的振幅和加速度。

优选的，所述岩石样品物理模量光学测量装置还包括：第二光纤光栅传感器18，位于所述高温高压仓10内，未粘附于所述岩石样品17上；光纤光栅光谱解调仪21，还连接所述第二光纤光栅传感器18，用于在开启所述声波震源15带动所述岩石样品17震动后，通过所述第一光纤光栅传感器13和所述第二光纤光栅传感器18，测量在所述预置的压力和所述预置的温度下所述岩石样品的应变参数。本实用新型实施例高温高压仓10内同时设有连接岩石样品的光纤光栅传感器和未连接岩石样品的光纤光栅传感器可以消除温度和压力对光栅应变测量的影响。

优选的，所述高温高压仓10采用不锈钢材质；所述声波振源包括1-6000Hz的声波振源；所述预置的压力为0.1MP-20MPa；所述预置的温度为25℃-120℃；所述岩石样品至少为如下的一种：砂岩岩石样品、油页岩岩石样品、泥岩岩石样品。本实用新型实施例高温高压仓10由可承受60MPa压力厚度的不锈钢或者普通钢材制作，腔体上附有可以透过可见光或者红外光的玻璃窗口。所有管线和接口均采用高压密封胶密封并且所有管道和电缆均需采用耐高温和高压元件。

优选的，所述压力控制系统11包括活塞泵升压系统，气体a通过进气阀111进入高温高压仓10，通过放气阀112排放出来；所述加热控制系统12包括：电炉丝加热装置121，设置于所述高温高压仓10内；控温柜122，设置于所述高温高压仓10外，并连接所述电炉丝加热装置121。

对应于上述装置实施例，如图2所示，为本实用新型实施例一种岩石样品物理模量光学测量方法流程图，所述岩石样品物理模量光学测量方法包括：

201、将声波震源及岩石样品夹持器设置于高温高压仓内，所述岩石样品夹持器上夹持有岩石样品；

202、将第一光纤光栅传感器设置于所述高温高压仓内，粘附于岩石样品上；

203、利用压力控制系统将所述高温高压仓加压到预置的压力下，并利用加热控制系统将所述高温高压仓加压到预置的温度下；

204、将光纤光栅光谱解调仪设置于所述高温高压仓外，并连接所述第一光纤光栅传感器；

205、在开启所述声波震源带动所述岩石样品震动后，通过所述第一光纤光栅传感器，测量在所述预置的压力和所述预置的温度下所述岩石样品的应变参数。

优选的，所述岩石样品物理模量光学测量方法还包括：在所述高温高压仓上设置玻璃窗，所述玻璃窗采用法兰加聚四氟乙烯胶圈密封；所述玻璃窗包括石英玻璃窗，厚度为1-10cm；将便携式激光测振仪放置于所述高温高压仓的玻璃窗外，测量所述岩石样品的振幅和加速度。

优选的，所述岩石样品物理模量光学测量方法还包括：将第二光纤光栅传感器设置于所述高温高压仓内，未粘附于所述岩石样品上；将所述光纤光栅光谱解调仪连接所述第二光纤光栅传感器，用于在开启所述声波震源带动所述岩石样品震动后，通过所述第一光纤光栅传感器和所述第二光纤光栅传感器，测量在所述预置的压力和所述预置的温度下所述岩石样品的应变参数。

优选的，所述高温高压仓采用不锈钢材质；所述声波振源包括1-6000Hz的声波振源；所述预置的压力为0.1MP-20MPa；所述预置的温度为25℃-120℃；所述岩石样品至少为如下的一种：砂岩岩石样品、油页岩岩石样品、泥岩岩石样品。

优选的，所述压力控制系统包括活塞泵升压系统；所述加热控制系统包括：电炉丝加热装置，设置于所述高温高压仓内；控温柜，设置于所述高温高压仓外，并连接所述电炉丝加热装置。

本实用新型实施例上述技术方案具有如下有益效果：因为采用所述岩石样品物理模量光学测量装置包括：高温高压仓，其内设置有声波震源及岩石样品夹持器，所述岩石样品夹持器上夹持有岩石样品；压力控制系统，用于将所述高温高压仓加压到预置的压力下；加热控制系统，用于将所述高温高压仓加压到预置的温度下；第一光纤光栅传感器，位于所述高温高压仓内，粘附于岩石样品上；光纤光栅光谱解调仪，位于所述高温高压仓外，并连接所述第一光纤光栅传感器，用于在开启所述声波震源带动所述岩石样品震动后，通过所述第一光纤光栅传感器，测量在所述预置的压力和所述预置的温度下所述岩石样品的应变参数的技术手段，所以达到了如下的技术效果：提供了一种光学方法测量储层条件下岩石的应变等性质的装置，构造简单，易搭建，方便维护，实现了光纤光栅传感器测量岩石物理性质。

以下结合应用实例对本实用新型上述实施例进行详细说明：

本实用新型应用实例的目的是为了给出一种采用光学方法测量储层条件下岩石的应变及纵、横波波速等性质装置。

本实用新型应用实例的技术解决方案是：该装置包括附有玻璃窗口的高温高压仓，岩石样品夹持器，1-6000Hz的声波振源，光纤光栅传感器，光纤光栅光谱解调仪，加热控制系统，压力控制系统，便携式激光测振仪。该系统可以实现光纤光栅和激光测振仪两种光学方法测量微小振动下的岩石样品的应变、模量、波速及泊松比。该系统工作说明如下：由压力控制系统和加热控制系统将装有岩石样品的高温高压仓加热加压到需要的压力和温度下（0.1MP-20MPa；25℃-120℃），岩石样品需要事先粘附光纤光栅，开启声波振源，让岩石样品振动，通过光纤光栅光谱解调仪可以测量不同温度和压力下岩石样品的应变参数，或者可以采用便携式激光测振仪测量岩石样品的振幅和加速度。另外，高温高压仓内可设有未粘样品的光纤光栅传感器，已和粘贴在岩石样品上的光纤光栅传感器获得的参数进行比对，对比相同压力和温度产生的岩石样品的应变参数（例如相减），从而消除温度和压力对测量的岩石样品的应变参数的影响。

具体应用实例1：由不锈钢制造的真空腔室装有直径的石英窗，采用818控温系统给系统加热，采用活塞泵升压系统给系统加压。砂岩岩石样品制备成

圆柱，在岩石样品的轴向和径向贴附光纤光栅传感器，同时在真空腔内放置另外一个完全相同的光纤光栅传感器，作为对比，以剔除温度和压力对光纤光栅传感器的影响。通过解调仪测量振源造成的岩石样品的应变对光波波长的变化，计算岩石样品的应变参数。

具体应用实例2：由不锈钢制造的真空腔室装有直径

的石英窗，采用818控温系统给系统加热，采用活塞泵升压系统给系统加压。油页岩岩石样品制备成方体，在岩石样品的轴向和横向贴附光纤光栅传感器，同时在真空腔内放置另外一个完全相同的光纤光栅传感器，作为对比，以剔除温度和压力对光纤光栅传感器的影响。通过解调仪测量振源造成的岩石样品的应变对光波波长的变化，计算岩石样品的应变参数。

具体应用实例3：由不锈钢制造的真空腔室装有直径

的石英窗，采用818控温系统给系统加热，采用活塞泵升压系统给系统加压。泥岩岩石样品制备成方体，在岩石样品的轴向和横向贴附光纤光栅传感器，同时在真空腔内放置另外一个完全相同的光纤光栅传感器，作为对比，以剔除温度和压力对光纤光栅传感器的影响。通过解调仪测量振源造成的岩石样品的应变对光波波长的变化，计算岩石样品的应变参数。

具体应用实例4：由不锈钢制造的真空腔室装有直径

的石英窗，采用818控温系统给系统加热，采用活塞泵升压系统给系统加压。泥岩岩石样品制备成方体，在岩石样品的轴向和横向贴附光纤光栅传感器，同时在真空腔内放置另外一个完全相同的光纤光栅传感器，作为对比，以剔除温度和压力对光纤光栅传感器的影响。通过解调仪测量振源造成的岩石样品的应变对光波波长的变化，计算岩石样品的应变参数。同时，采用Poly-tec100型激光测振仪测量岩石样品的位移和加速度振幅随时间的变化，通过计算得到岩石样品的振幅和加速度，用以对比光纤光栅测量结果。

本实用新型应用实例的特点和优点如下：(1)构造简单，易搭建，方便维护；(2)该设备实现了光纤光栅传感器和激光测振仪两种方法测量岩石物理性质，既可以实现接触式光纤光栅测量也可以实现非接触式激光振动测量。(3)整套设备实现了自动控制，应用范围广。

本领域技术人员还可以了解到本实用新型实施例列出的各种说明性逻辑块（illustrative logical block），单元，和步骤可以通过电子硬件、电脑软件，或两者的结合进行实现。为清楚展示硬件和软件的可替换性（interchangeability），上述的各种说明性部件（illustrative components），单元和步骤已经通用地描述了它们的功能。这样的功能是通过硬件还是软件来实现取决于特定的应用和整个系统的设计要求。本领域技术人员可以对于每种特定的应用，可以使用各种方法实现所述的功能，但这种实现不应被理解为超出本实用新型实施例保护的范围。

本实用新型实施例中所描述的各种说明性的逻辑块，或单元都可以通过通用处理器，数字信号处理器，专用集成电路（ASIC），现场可编程门阵列或其它可编程逻辑装置，离散门或晶体管逻辑，离散硬件部件，或上述任何组合的设计来实现或操作所描述的功能。通用处理器可以为微处理器，可选地，该通用处理器也可以为任何传统的处理器、控制器、微控制器或状态机。处理器也可以通过计算装置的组合来实现，例如数字信号处理器和微处理器，多个微处理器，一个或多个微处理器联合一个数字信号处理器核，或任何其它类似的配置来实现。

本实用新型实施例中所描述的方法或算法的步骤可以直接嵌入硬件、处理器执行的软件模块、或者这两者的结合。软件模块可以存储于RAM存储器、闪存、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM或本领域中其它任意形式的存储媒介中。示例性地，存储媒介可以与处理器连接，以使得处理器可以从存储媒介中读取信息，并可以向存储媒介存写信息。可选地，存储媒介还可以集成到处理器中。处理器和存储媒介可以设置于ASIC中，ASIC可以设置于用户终端中。可选地，处理器和存储媒介也可以设置于用户终端中的不同的部件中。

在一个或多个示例性的设计中，本实用新型实施例所描述的上述功能可以在硬件、软件、固件或这三者的任意组合来实现。如果在软件中实现，这些功能可以存储与电脑可读的媒介上，或以一个或多个指令或代码形式传输于电脑可读的媒介上。电脑可读媒介包括电脑存储媒介和便于使得让电脑程序从一个地方转移到其它地方的通信媒介。存储媒介可以是任何通用或特殊电脑可以接入访问的可用媒体。例如，这样的电脑可读媒体可以包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盘存储、磁盘存储或其它磁性存储装置，或其它任何可以用于承载或存储以指令或数据结构和其它可被通用或特殊电脑、或通用或特殊处理器读取形式的程序代码的媒介。此外，任何连接都可以被适当地定义为电脑可读媒介，例如，如果软件是从一个网站站点、服务器或其它远程资源通过一个同轴电缆、光纤电缆、双绞线、数字用户线（DSL）或以例如红外、无线和微波等无线方式传输的也被包含在所定义的电脑可读媒介中。所述的碟片（disk）和磁盘（disc）包括压缩磁盘、镭射盘、光盘、DVD、软盘和蓝光光盘，磁盘通常以磁性复制数据，而碟片通常以激光进行光学复制数据。上述的组合也可以包含在电脑可读媒介中。

以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、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，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种岩石样品物理模量光学测量装置，其特征在于，所述岩石样品物理模量光学测量装置包括：

高温高压仓，其内设置有声波震源及岩石样品夹持器，所述岩石样品夹持器上夹持有岩石样品；

压力控制系统，用于将所述高温高压仓加压到预置的压力下；

加热控制系统，用于将所述高温高压仓加压到预置的温度下；

第一光纤光栅传感器，位于所述高温高压仓内，粘附于岩石样品上；

光纤光栅光谱解调仪，位于所述高温高压仓外，并连接所述第一光纤光栅传感器，用于在开启所述声波震源带动所述岩石样品震动后，通过所述第一光纤光栅传感器，测量在所述预置的压力和所述预置的温度下所述岩石样品的应变参数。

2.如权利要求1所述岩石样品物理模量光学测量装置，其特征在于，所述高温高压仓上还具有玻璃窗，所述玻璃窗采用法兰加聚四氟乙烯胶圈密封；所述玻璃窗包括石英玻璃窗，厚度为1-10cm；

所述岩石样品物理模量光学测量装置还包括：便携式激光测振仪，用于放置于所述高温高压仓的玻璃窗外，测量所述岩石样品的振幅和加速度。

3.如权利要求1所述岩石样品物理模量光学测量装置，其特征在于，所述岩石样品物理模量光学测量装置还包括：

第二光纤光栅传感器，位于所述高温高压仓内，未粘附于所述岩石样品上；

光纤光栅光谱解调仪，还连接所述第二光纤光栅传感器，用于在开启所述声波震源带动所述岩石样品震动后，通过所述第一光纤光栅传感器和所述第二光纤光栅传感器，测量在所述预置的压力和所述预置的温度下所述岩石样品的应变参数。

4.如权利要求1所述岩石样品物理模量光学测量装置，其特征在于，所述高温高压仓采用不锈钢材质；所述声波振源包括1-6000Hz的声波振源；所述预置的压力为0.1MP-20MPa；所述预置的温度为25℃-120℃；所述岩石样品至少为如下的一种：砂岩岩石样品、油页岩岩石样品、泥岩岩石样品。

5.如权利要求1所述岩石样品物理模量光学测量装置，其特征在于，所述压力控制系统包括活塞泵升压系统；所述加热控制系统包括：

电炉丝加热装置，设置于所述高温高压仓内；

控温柜，设置于所述高温高压仓外，并连接所述电炉丝加热装置。

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