CN206740654U - 一种全直径页岩样品的快速综合评价装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种全直径页岩样品的快速综合评价装置,包括底座，底座的一端设有第一电机，底座的另一端设有第二电机，刻划测试模块设在岩心导轨上，并靠近第一电机，刻划测试模块通过第一电机驱动对全直径页岩样品的表面进行刻划，电阻率测试模块从岩心导轨的上表面嵌入底座的下方，电阻率测试模块的上端面上固定一支架，支架可升降，支架的一侧安装磁化率测试模块，支架的另一侧安装岩心扫描模块，岩心扫描模块靠近第二电机，第二电机驱动岩心扫描模块对全直径页岩样品进行扫描，电阻率测试模块上设声波测试模块和元素测试模块。本实用新型能全面、高效率、无损样品的评价页岩储层非均质特性。

Description

一种全直径页岩样品的快速综合评价装置

技术领域

本实用新型涉及全直径页岩样品的评价，尤其涉及一种全直径页岩样品的快速综合评价装置。

背景技术

近年来，随着我国经济社会发展和能源结构调整的需求，页岩气作为一种新兴能源受到大家越来越多的关注。在页岩气的勘查开发过程中，做好对页岩储层的综合评价工作对页岩气储量估算和压裂设计施工具有十分重要的意义。页岩储层具有垂向非均质性强的显著特点。

目前，公知公用的能够反映页岩储层垂向连续非均质特性的技术手段主要是测井技术，测井通过声法、电法、磁法、放射性法等技术手段可以得到页岩储层垂向上岩性、密度、孔隙度、泥质含量等参数的分布曲线，但测井技术对于页岩储层非均质特性的准确评价仍然存在以下几个问题：第一，测井是钻井取心工作结束之后，在井眼中放置测井仪器，研究的储层仍然深埋在地下几百至几千米，在视觉上我们不能形成直观的观察。第二，测井工作由于测试范围尺度大，仪器设备尺寸和原理受到井眼环境的限制，导致测井数据在精度上存在较大的局限性。第三，测井技术不能反应页岩储层岩石力学强度的非均质特性。另外，岩石力学强度是页岩储层非均质特性中非常重要的一个评价指标，与页岩气后期压裂开发工程设计施工直接相关，决定了页岩气气量的最终产出。传统地评价钻井岩心岩石强度的方法主要是单轴抗压试验：首先是在取样点钻取小岩心并加工打磨成标准试件，然后将试件装载在压力试验机上按一定的加载速率进行加载至试件破坏，从而得到一个岩样试件的抗压强度。传统方法的不足之处在于：第一，得到的岩石强度仅仅代表页岩储层垂向上独立的点，不能反应页岩储层垂向上连续的岩石强度，页岩储层本身又具有显著的强度非均质特性，以点带线不能完整评价页岩储层的岩石强度性质。第二，页岩岩心是钻井获取的宝贵地质实物资料，传统测试岩石强度的方法需在钻井岩心上进一步钻取小岩心，会破坏钻井岩心且耗用量大，不利于页岩岩心的完整保存。第三，传统方法对加工的岩样试件尺寸要求较高，对于层理发育的页岩储层，获取标准试件具有较大难度，同时试件加工业比较耗费时间，效率比较低。

发明内容

有鉴于此，本实用新型的实施例提供了一种能全面、高效率、无损样品的评价页岩储层非均质特性的全直径页岩样品的快速综合评价装置。

一种全直径页岩样品的快速综合评价装置,包括底座、岩心导轨、第一电机、第二电机、岩心扫描模块、刻划测试模块、声波测试模块、电阻率测试模块、磁化率测试模块和元素测试模块，所述底座的一端设有第一电机，所述底座的另一端设有第二电机，所述刻划测试模块设在岩心导轨上，并靠近第一电机，所述刻划测试模块通过第一电机驱动对全直径页岩样品的表面进行刻划，所述电阻率测试模块从岩心导轨的上表面嵌入底座的下方，所述电阻率测试模块的上端面上固定一支架，所述支架可升降，所述支架的一侧安装磁化率测试模块，所述支架的另一侧安装岩心扫描模块，所述岩心扫描模块靠近第二电机，所述第二电机驱动岩心扫描模块对全直径页岩样品进行扫描，所述岩心导轨上还设有声波测试模块和元素测试模块，所述电阻率测试模块、磁化率测试模块、声波测试模块和元素测试模块分别对全直径页岩样品进行电阻率、磁化率、声波和元素测试。

进一步，所述岩心扫描模块、刻划测试模块、声波测试模块、电阻率测试模块、磁化率测试模块和元素测试模块均由计算机控制。

进一步，所述第一电机设在底座的左侧，所述刻划测试模块包括固定夹板、刻划刀头和感应器，所述全直径页岩样品放置在岩心导轨上，所述全直径页岩样品的两侧通过固定夹板固定，所述感应器设在固定夹板的上方，所述刻划刀头固接在感应器的下方，所述刻划刀头与全直径页岩样品相接触，所述第一电机驱动感应器，进而驱动刻划刀头对全直径页岩样品进行刻划，所述感应器采集全直径页岩样品水平方向和垂直方向的受力。

进一步，所述元素测试模块与岩心导轨相垂直，所述元素测试模块为X射线荧光光谱分析仪，所述X射线荧光光谱分析仪包括一采集窗，所述X射线荧光光谱分析仪下方设有一铅板，所述X射线荧光光谱分析仪向下移动至采集窗嵌入铅板内，所述X射线荧光光谱分析仪对全直径页岩样品进行元素测试。

进一步，所述岩心扫描模块包括高清相机、光栅和推进器，所述推进器设在光栅的下方，所述光栅设在高清相机的下方，所述高清相机和光栅均垂直安装在支架上，所述全直径页岩样品放置在推进器上，所述第二电机驱动推进器，进而推动全直径页岩样品在岩心导轨上行进，实现对全直径页岩样品的线性扫描。

进一步，所述声波测试模块包括声波测试模块底座，所述声波测试模块底座包括上层和下层，所述下层固定，所述上层和下层之间通过螺栓连接，通过旋转螺栓可以实现上层的上下移动，所述上层的中间设有传动轴，所述传动轴的两侧分别设有一探头底座，所述探头底座上设有超声波探头，所述声波测试模块底座的一侧设有第三电机，所述第三电机根据计算机的控制指令驱动传动轴，进而驱动两探头底座的相向或背向运动，使超声波探头与全直径页岩样品或另一超声波探头接触，接触产生的压力达到预设值，所述第三电机停止驱动传动轴，实现超声波探头与全直径页岩样品或另一超声波探头的紧密接触。

进一步，所述磁化率测试模块包括传动臂、第四电机、感应器底座和点测式磁化感应器，所述第四电机设在传动臂的一侧，所述感应器底座设在传动臂的中间，所述点测式磁化感应器安装在感应器底座上，所述第四电机驱动传动臂，进而带动感应器底座向下移动，使所述点测式磁化感应器在重力作用下向下移动至与全直径页岩样品相接触，实现磁化率测试。

进一步，所述磁化率测试模块包括磁化感应环和感应器底座，所述磁化感应环插在感应器底座中。

进一步，所述电阻率测试模块为非接触式电阻率测量仪，包括发射线圈、接收线圈和对照线圈，所述发射线圈产生高频磁场，在所述全直径页岩样品中引发感应电流，所述全直径页岩样品的感应电流与全直径页岩样品的电阻率呈反比，全直径页岩样品的感应电流在产生的同时也会产生微弱的磁场，所述接收线圈对微弱磁场进行测量，同时，与接收线圈完全相同的对照线圈在空气中进行测量，计算机对两者测量结果进行比对，进而实现电阻率测试。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

1、本实用新型中的评价方法选取的测试评价参数比较全面，包含了样品在力、声、电、磁及化学元素等方面的非均质特性；测试的对象为全直径页岩样品，具有无损测试的特点，最大程度保证了岩心的完整性，有利于岩心实物资料的完整保存；测试得到的是页岩储层垂直方向的线性结果，易形成直观明了的图形资料，多个测试参数均可与扫描图像及深度对应起来，易于进行综合分析评价。

2、本实用新型中的实验装置具有功能全面，易操作，智能化程度高等特点，多个传感器单元科学合理改造组合，能同时实现岩心的扫描、刻划、声波测试、电阻率测试、磁化率测试、化学元素测试等，可以设定一定的程序逐步对岩心进行以上测试，无须人工多次重复操作即可得到整个页岩储层的多项实验参数结果，效率高并节省人力；同时，该装置结构简单且模块化程度高、体积小、易于拆卸安装，方便携带至现场使用。

附图说明

图1是本实用新型一种全直径页岩样品的快速综合评价装置的一示意图。

图2是图1中声波测试模块的一示意图。

图3是图1中磁化率测试模块的一示意图。

图4是图1中磁化率测试模块的另一示意图。

图5是图1中电阻率测试模块的一示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施方式作进一步地描述。

实施例1

请参考图1，本实用新型的实施例提供了一种全直径页岩样品的快速综合评价装置,包括底座1、岩心导轨2、第一电机3、第二电机4、岩心扫描模块5、刻划测试模块6、声波测试模块7、电阻率测试模块8、磁化率测试模块9和元素测试模块10，岩心扫描模块5、刻划测试模块6、声波测试模块7、电阻率测试模块8、磁化率测试模块9和元素测试模块10均由计算机(图中未示出)控制。

底座1的一端设有第一电机3，所述底座1的另一端设有第二电机4，在一实施例中，第一电机3设在底座1的左侧。

刻划测试模块6设在岩心导轨2上，并靠近第一电机3，所述刻划测试模块6通过第一电机3驱动对全直径页岩样品的表面进行刻划，刻划测试模块6包括固定夹板61、刻划刀头62和感应器63，所述全直径页岩样品放置在岩心导轨2上，所述全直径页岩样品的两侧通过固定夹板61固定，所述感应器63设在固定夹板61的上方，所述刻划刀头62固接在感应器63的下方，所述刻划刀头62与全直径页岩样品相接触，所述第一电机3驱动感应器63，进而驱动刻划刀头62对全直径页岩样品进行刻划，所述感应器63采集全直径页岩样品水平方向和垂直方向的受力。

电阻率测试模块8从岩心导轨2的上表面嵌入底座1的下方，在一实施例中，所述电阻率测试模块8的上端面上固定一支架11，所述支架11可升降，所述支架11的一侧安装磁化率测试模块9，所述支架11的另一侧安装岩心扫描模块5，岩心导轨2上还设有声波测试模块7和元素测试模块10，所述电阻率测试模块8、磁化率测试模块9、声波测试模块7和元素测试模块10分别对全直径页岩样品进行电阻率、磁化率、声波和元素测试。

请参考图2，声波测试模块7包括声波测试模块底座71，所述声波测试模块底座71包括上层(图中未示出)和下层(图中未示出)，所述下层固定，所述上层和下层之间通过螺栓(图中未示出)连接，通过旋转螺栓可以实现上层的上下移动，所述上层的中间设有传动轴72，所述传动轴72的两侧分别设有一探头底座73，所述探头底座73上设有超声波探头74，所述声波测试模块底座71的一侧设有第三电机75，所述第三电机75根据计算机的控制指令驱动传动轴72，进而驱动两探头底座73的相向或背向运动，使超声波探头74与全直径页岩样品或另一超声波探头74接触，接触产生的压力达到预设值，所述第三电机75停止驱动传动轴72，实现超声波探头74与全直径页岩样品或另一超声波探头74的紧密接触。

请参考图3，在一实施例中，磁化率测试模块9包括传动臂91、第四电机92、感应器底座93和点测式磁化感应器94，所述第四电机92设在传动臂91的一侧，所述感应器底座93设在传动臂91的中间，所述点测式磁化感应器94安装在感应器底座93上，所述第四电机92驱动传动臂91，进而带动感应器底座93向下移动，使所述点测式磁化感应器94在重力作用下向下移动至与全直径页岩样品相接触，实现磁化率测试。

请参考图5，电阻率测试模块8为非接触式电阻率测量仪，包括发射线圈81、接收线圈82和对照线圈83，所述发射线圈81产生高频磁场，在所述全直径页岩样品中引发感应电流，所述全直径页岩样品的感应电流与全直径页岩样品的电阻率呈反比，全直径页岩样品的感应电流在产生的同时也会产生微弱的磁场，所述接收线圈82对微弱磁场进行测量，同时，与接收线圈82完全相同的对照线圈83在空气中进行测量，计算机对两者测量结果进行比对，进而实现电阻率测试。

元素测试模块10与岩心导轨2相垂直，所述元素测试模块10优选为X射线荧光光谱分析仪，所述X射线荧光光谱分析仪包括一采集窗(图中未示出)，所述X射线荧光光谱分析仪下方设有一铅板12，所述X射线荧光光谱分析仪向下移动至采集窗嵌入铅板12内，所述X射线荧光光谱分析仪对全直径页岩样品进行元素测试。

岩心扫描模块5靠近第二电机3，所述第二电机3驱动岩心扫描模块5对全直径页岩样品进行扫描，岩心扫描模块5包括高清相机53、光栅52和推进器51，所述推进器51设在光栅52的下方，所述光栅52设在高清相机53的下方，所述高清相机53和光栅52均垂直安装在支架11上，所述全直径页岩样品放置在推进器51上，所述第二电机3驱动推进器51，进而推动全直径页岩样品在岩心导轨2上行进，实现对全直径页岩样品的线性扫描。

岩心扫描模块5设在岩心导轨2的垂直方向，且通过调节支架11的高度可以进行上下高度的调节，沿着全直径页岩样品进行线性扫描，结合低失真的高清相机53，可以提供非常高品质的图像，高清相机53和全直径页岩样品表面之间有光栅52，可以将入射的光线进行分散并过滤成三个互不重叠的红、绿、蓝通道，真正做到三色分离，高清相机53扫描得到的高清图像，可以转化为RGB数值单独存储，并供分析比较，图像采集不受光线强弱、球面失真以及图像混合拼接的影响，相当于100、50或25微米像素尺寸，输出图像为48位RGB TIFF图像，在标准分辨率(50微米)水平下扫描速率为3分钟/米，当分辨率为25微米时，扫描速率为6分钟/米。

一种全直径页岩样品的快速综合评价方法，包括以下步骤：

(1)将全直径页岩样品放置在岩心导轨2的一侧，并固定在刻划测试模块6内；

(2)启动刻划测试模块6，设置刻划刀头62的刻划深度和刻划速率，第一电机3驱动刻划测试模块6的刻划刀头62刻划全直径页岩样品至全直径页岩样品的表面平滑；

(3)第一电机3驱动刻划测试模块6的刻划刀头62从左至右对步骤(2)处理过的全直径页岩样品进行刻划，同时，通过刻划测试模块6的感应器63实时采集全直径页岩样品水平方向和垂直方向的受力，并选取3-5次的数据取平均值得到全直径页岩样品的受力曲线，关闭刻划测试模块6；

(4)将全直径页岩样品平移至岩心导轨2的另一侧，并放置在岩心扫描模块5的推进器51上，启动岩心扫描模块5，第二电机4驱动推进器51，进而推动全直径页岩样品在岩心导轨2上行进，同时，通过岩心扫描模块5的光栅52和高清相机53对全直径页岩样品进行高清线性扫描，得到全直径页岩样品的高清图像，关闭岩心扫描模块5；

(5)启动电阻率测试模块8、声波测试模块7、磁化率测试模块9和元素测试模块10，将各测试模块调校至便于测试全直径页岩样品的位置，再将全直径页岩样品放置至测试前的零点位置，设置测试点，同时开始电阻率测试模块8、声波测试模块7、磁化率测试模块9和元素测试模块10的测试，得到波速曲线、磁化率曲线、电阻率曲线和多条化学元素曲线；

(6)分析受力曲线，进而评价全直径页岩样品的单轴抗压强度的线性分布；分析页高清图像，进而评价全直径页岩样品的岩性和裂缝发育的线性分布；分析波速曲线，进而评价全直径页岩样品的致密程度线性分布；分析磁化率曲线，进而评价全直径页岩样品中磁性矿物的线性分布；分析电阻率曲线，进而评价全直径页岩样品中含水的线性分布；分析多条化学元素曲线，进而评价全直径页岩样品的矿物组成线性分布；

(7)重复步骤(3)-(6)，得到全直径页岩样品不同深度的受力曲线、高清图像、波速曲线、磁化率曲线、电阻率曲线和多条化学元素曲线，并将受力曲线、波速曲线、磁化率曲线、电阻率曲线、多条化学元素曲线和高清图像对应分析，相互验证，综合评价，进而得到页岩储层垂直方向上的非均质特性分布结果。

实施例2

请参考图4，本实施例与实施例1的区别仅在于，所述磁化率测试模,9包括磁化感应环95和感应器底座96，所述磁化感应环95插在感应器底座96中。余则与实施例1基本相同。

本专利的评价方法选取的测试评价参数比较全面，包含了样品在力、声、电、磁及化学元素等方面的非均质特性；测试的对象为全直径页岩样品，具有无损测试的特点，最大程度保证了岩心的完整性，有利于岩心实物资料的完整保存；测试得到的是页岩储层垂直方向的线性结果，易形成直观明了的图形资料，多个测试参数均可与扫描图像及深度对应起来，易于进行综合分析评价。本实用新型中的实验装置具有功能全面，易操作，智能化程度高等特点，多个传感器单元科学合理改造组合，能同时实现岩心的扫描、刻划、声波测试、电阻率测试、磁化率测试、化学元素测试等，可以设定一定的程序逐步对岩心进行以上测试，无须人工多次重复操作即可得到整个页岩储层的多项实验参数结果，效率高并节省人力；同时，该装置结构简单且模块化程度高、体积小、易于拆卸安装，方便携带至现场使用。

在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。

在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、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 (9)

1.一种全直径页岩样品的快速综合评价装置,其特征在于，包括底座、岩心导轨、第一电机、第二电机、岩心扫描模块、刻划测试模块、声波测试模块、电阻率测试模块、磁化率测试模块和元素测试模块，所述底座的一端设有第一电机，所述底座的另一端设有第二电机，所述刻划测试模块设在岩心导轨上，并靠近第一电机，所述刻划测试模块通过第一电机驱动对全直径页岩样品的表面进行刻划，所述电阻率测试模块从岩心导轨的上表面嵌入底座的下方，所述电阻率测试模块的上端面上固定一支架，所述支架可升降，所述支架的一侧安装磁化率测试模块，所述支架的另一侧安装岩心扫描模块，所述岩心扫描模块靠近第二电机，所述第二电机驱动岩心扫描模块对全直径页岩样品进行扫描，所述岩心导轨上还设有声波测试模块和元素测试模块，所述电阻率测试模块、磁化率测试模块、声波测试模块和元素测试模块分别对全直径页岩样品进行电阻率、磁化率、声波和元素测试。

2.根据权利要求1所述的全直径页岩样品的快速综合评价装置,其特征在于，所述岩心扫描模块、刻划测试模块、声波测试模块、电阻率测试模块、磁化率测试模块和元素测试模块均由计算机控制。

3.根据权利要求2所述的全直径页岩样品的快速综合评价装置,其特征在于，所述第一电机设在底座的左侧，所述刻划测试模块包括固定夹板、刻划刀头和感应器，所述全直径页岩样品放置在岩心导轨上，所述全直径页岩样品的两侧通过固定夹板固定，所述感应器设在固定夹板的上方，所述刻划刀头固接在感应器的下方，所述刻划刀头与全直径页岩样品相接触，所述第一电机驱动感应器，进而驱动刻划刀头对全直径页岩样品进行刻划，所述感应器采集全直径页岩样品水平方向和垂直方向的受力。

4.根据权利要求2所述的全直径页岩样品的快速综合评价装置,其特征在于，所述元素测试模块与岩心导轨相垂直，所述元素测试模块为X射线荧光光谱分析仪，所述X射线荧光光谱分析仪包括一采集窗，所述X射线荧光光谱分析仪下方设有一铅板，所述X射线荧光光谱分析仪向下移动至采集窗嵌入铅板内，所述X射线荧光光谱分析仪对全直径页岩样品进行元素测试。

5.根据权利要求2所述的全直径页岩样品的快速综合评价装置,其特征在于，所述岩心扫描模块包括高清相机、光栅和推进器，所述推进器设在光栅的下方，所述光栅设在高清相机的下方，所述高清相机和光栅均垂直安装在支架上，所述全直径页岩样品放置在推进器上，所述第二电机驱动推进器，进而推动全直径页岩样品在岩心导轨上行进，实现对全直径页岩样品的线性扫描。

6.根据权利要求2所述的全直径页岩样品的快速综合评价装置,其特征在于，所述声波测试模块包括声波测试模块底座，所述声波测试模块底座包括上层和下层，所述下层固定，所述上层和下层之间通过螺栓连接，通过旋转螺栓可以实现上层的上下移动，所述上层的中间设有传动轴，所述传动轴的两侧分别设有一探头底座，所述探头底座上设有超声波探头，所述声波测试模块底座的一侧设有第三电机，所述第三电机根据计算机的控制指令驱动传动轴，进而驱动两探头底座的相向或背向运动，使超声波探头与全直径页岩样品或另一超声波探头接触，接触产生的压力达到预设值，所述第三电机停止驱动传动轴，实现超声波探头与全直径页岩样品或另一超声波探头的紧密接触。

7.根据权利要求2所述的全直径页岩样品的快速综合评价装置,其特征在于，所述磁化率测试模块包括传动臂、第四电机、感应器底座和点测式磁化感应器，所述第四电机设在传动臂的一侧，所述感应器底座设在传动臂的中间，所述点测式磁化感应器安装在感应器底座上，所述第四电机驱动传动臂，进而带动感应器底座向下移动，使所述点测式磁化感应器在重力作用下向下移动至与全直径页岩样品相接触，实现磁化率测试。

8.根据权利要求2所述的全直径页岩样品的快速综合评价装置,其特征在于，所述磁化率测试模块包括磁化感应环和感应器底座，所述磁化感应环插在感应器底座中。

9.根据权利要求2所述的全直径页岩样品的快速综合评价装置,其特征在于，所述电阻率测试模块为非接触式电阻率测量仪，包括发射线圈、接收线圈和对照线圈，所述发射线圈产生高频磁场，在所述全直径页岩样品中引发感应电流，所述全直径页岩样品的感应电流与全直径页岩样品的电阻率呈反比，全直径页岩样品的感应电流在产生的同时也会产生微弱的磁场，所述接收线圈对微弱磁场进行测量，同时，与接收线圈完全相同的对照线圈在空气中进行测量，计算机对两者测量结果进行比对，进而实现电阻率测试。