CN211784946U - 一种水合物岩心密度孔隙度声波测量仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种水合物岩心密度孔隙度声波测量仪，包括声波检测装置，声波检测装置包括耐压样品盒，耐压样品盒的一个侧面设有开口结构，耐压样品盒上设有用于密封开口结构的密封盖；耐压样品盒的正面及背面或顶面及底面的至少一对相对面上分别设有第一法兰及第二法兰，第一法兰内穿设有移动刻度桶，移动刻度桶及第二法兰内设有超声波换能器。本实用新型取得的有益效果：通过声波测量仪可测量水合物岩心的密度孔隙度；将移动刻度桶沿轴线方向移动，标定标准样品，去除仪器材料对结果的影响，得出超声波传递的距离与时间的线性回归关系图，提高测量的准确度，并且可检测直径不同的水合物岩心，避免对水合物岩心进行破坏。

Description

一种水合物岩心密度孔隙度声波测量仪

技术领域

本实用新型涉及超声波对水合物岩心进行密度和孔隙度分析的测量装置的技术领域，具体涉及一种水合物岩心密度孔隙度声波测量仪。

背景技术

岩心分析是地质勘探工作的基础和依据，在研究和认识资源储层的过程中具有重要意义；通过岩心分析可以得到勘探区岩石的孔渗透性、矿物组成、结构特征等物理性质，评估潜在的敏感性因素，从而有针对性的制定开发方案；常见的天然气水合物岩心分析技术包括CT分析技术、核磁共振扫描技术和薄片分析技术等，这些技术均存在分析周期长、操作繁琐等问题。

现有技术中CN104458914A公开了一种保真天然气水合物岩芯的快速检测装置及方法，快速检测装置包括声波检测主装置、介质压力平衡系统、声波发生器、A\D转换器、示波器、计算机、球阀、机械手；最大工作压力，20Mpa；识别精度，100微米；在实地勘探天然气水合物过程中，虽然该方法能实现岩芯的快速检测判断天然气水合物存在与否，操作过程易受水合物岩心不与探头接触导致现场测量分析不准确，且其结构尺寸与重量不利于小块状水合物样品在船上人工现场样品的快速方便操作，相较于电阻率法测量天然气水合物岩芯准确度高，后期实验分析的结果有较高的可靠性；但是该方法只能测出天然气水合物岩芯存在与否，不能进一步分析岩芯的密度和孔隙度，不能进一步深入分析。

因此，急需一种对水合物岩心进行密度和孔隙度分析的人工快速分析测量装置。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种水合物岩心密度孔隙度声波测量仪，其包括信号发生装置、声波检测装置、信号放大装置及示波器，该水合物岩心密度孔隙度声波测量仪具有可利用超声波测量水合物岩心的密度和孔隙度、测量精度高、不会破坏水合物岩心、结构简单、重量轻、便于小块水合物快速装入耐压样品盒实施分析的优点。

为实现上述目的，本实用新型采取的技术方案如下：

一种水合物岩心密度孔隙度声波测量仪，其特征在于，包括信号发生装置、声波检测装置、信号放大装置及示波器；所述信号发生装置的输出端与所述声波检测装置的输入端连接，所述声波检测装置的输出端与所述信号放大装置的输入端连接，所述信号放大装置的输出端与所述示波器的输入端连接；

所述声波检测装置包括耐压样品盒、第一法兰、第二法兰及移动刻度桶，所述耐压样品盒的一个侧面设有开口结构，水合物岩心通过所述开口结构放置在所述耐压样品盒的内腔中，所述耐压样品盒上设有用于密封所述开口结构的密封盖；所述耐压样品盒的正面及背面或顶面及底面的至少一对相对面上分别设有所述第一法兰及所述第二法兰，所述移动刻度桶穿过所述第一法兰至所述耐压样品盒的内腔中，所述移动刻度桶可沿所述移动刻度桶的轴线方向移动，所述移动刻度桶及所述第二法兰内设有超声波换能器。

作为优选，所述移动刻度桶与所述第一法兰过盈配合，通过这样设置，所述耐压样品盒的内腔中放置水合物岩心后，需要在所述耐压样品盒的内腔中填充海水，所述移动刻度桶与所述第一法兰过盈配合，避免出现漏水情况，保证测量环境的稳定性，提高测量的精准度。

作为优选，所述耐压样品盒的另一侧面设有注水孔，通过这样设置，在所述耐压样品盒的内腔填满海水后，封上所述密封盖，从所述注水孔往所述耐压样品盒的内腔中继续注入海水，从而提高所述耐压样品盒内海水的压力，使得所述耐压样品盒内海水的压力与水合物岩心位于海底内的压力相等，模拟水合物岩心的海底压力环境，进一步提高水合物岩心密度孔隙度测量的精确度。

作为优选，所述移动刻度桶与所述第一法兰之间设有“O”型密封圈，通过这样设置，由于所述耐压样品盒的内腔中填充满海水，所述移动刻度桶与所述第一法兰之间设有“O”型密封圈，进步一保证所述移动刻度桶与所述第一法兰之间的密封性，避免所述耐压样品盒的内腔出现漏水的情况，进一步保证所述水合物岩心测量环境的稳定性，进一步提高水合物岩心测量的准确度。

作为优选，所述第一法兰及所述第二法兰与所述耐压样品盒之间通过螺钉连接，且所述螺钉与所述耐压样品盒之间设有防水圈，通过这样设置，同样地，避免所述耐压样品盒的海水出现漏水的情况，保证测量环境的稳定性，提高水合物岩心测量的准确度。

作为优选，所述移动刻度桶的周面设有若干圈沿所述移动刻度桶的轴线方向间隔设置且相互平行的刻度线，相邻的所述刻度线之间的间距为0.5cm，所述刻度线垂直于所述移动刻度桶的轴线，通过这样设置，将所述移动刻度桶沿所述移动刻度桶的轴线方向移动，一方面，可以调整超声波传递距离L，另一方面，使得所述耐压样品盒可检测直径不同的水合物岩心，本水合物岩心密度孔隙度声波测量仪主要检测直径范围在4.0cm-6.5cm的岩心，避免对水合物岩心进行破坏；而且所述移动刻度桶的周面设有若干沿所述轴线方向间隔设置且相互平行的刻度线，相邻的刻度线之间的距离为0.5cm，便于操作人员将所述移动刻度桶对照刻度线移动，从而调整多组超声波传递距离L，得出超声波传递时间T与超声波传递距离L的线性回归关系图。

作为优选，所述信号发生装置包括直流双路电源及超声波收发板，所述直流双路电源与所述超声波收发板连接，所述超声波收发板与所述超声波换能器连接，通过这样设置，直流双路电源包括两台直流电源，一台用于产生±5V的电路板工作电压，一台用于产生超声波发射所需的高压；超声波收发板与超声波换能器连接，设置在所述第二法兰内的所述超声波换能器为超声波换能器发射端，设置在所述移动刻度桶内的所述超声波换能器为超声波换能器接收端，所述超声波收发板分别控制所述超声波换能器发射端发射超声波信号及控制所述超声波换能器接收端接收超声波信号。

作为优选，所述信号发生装置还包括稳压模组，所述直流双路电源与所述超声波收发板之间连接有所述稳压模组，通过这样设置，使得所述直流双路电源通过所述稳压模组后能产生稳定的电压供给电路板正常工作及供给所述超声波换能器发射端发射超声波信号。

作为优选，所述信号发生装置还包括信号放大板，所述稳压模组与所述超声波收发板之间连接有所述信号放大板，通过这样设置，所述直流双路电源通过所述稳压模组产生稳定的电压后，再通过所述信号放大板增益信号，从而调节所述超声波收发板的增益。

相对于现有技术，本实用新型取得了有益的技术效果：

1、通过所述信号发生装置发射信号驱动所述声波检测装置工作，所述声波检测装置发射超声波并且通过所述声波检测装置检测超声波传递时间T，经所述信号放大装置放大后在所述示波器上显示，利用所述示波器捕捉具体波形，经数据系统处理得出纵波速度和横波速度，再通过数据系统反演算得出水合物岩心的密度和孔隙度。

2、本水合物岩心密度孔隙度声波测量仪通过将所述移动刻度桶沿所述移动刻度桶的轴线方向移动，标定标准样品，去除仪器材料对检测数值的影响，并且得出多组超声波传递距离L与超声波传递时间T的关系，从而得到超声波传递距离L与超声波传递时间T的线性回归关系图，能得到较准确的超声波速度，提高水合物岩心测量的准确度。

3、由于所述移动刻度桶可以沿所述移动刻度桶的轴线方向进行移动，使得所述耐压样品盒可以检测直径不同的水合物岩心，避免对水合物岩心进行破坏。

4、本水合物岩心密度孔隙度声波测量仪结构简单、体积小、重量轻，便于小块状水合物在船上操作检测。

5、耐压样品盒可以快速实现块状水合物岩心的耐压封装，不易于水合物分解。

附图说明

图1示出本实用新型的声波检测装置的立体图；

图2示出本实用新型的声波检测装置的正视图。

其中，各附图标记所指代的技术特征如下：

1、耐压样品盒；1.1、注水孔；2、第二法兰；3、移动刻度桶；4、第一法兰；5、螺孔；6、超声波换能器发射端；7、超声波换能器接收端。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本实用新型进行进一步详细说明，但本实用新型要求保护的范围并不局限于下述具体实施例。

实施例1：

参考图1-2，本实施例公开了一种水合物岩心密度孔隙度声波测量仪，包括信号发生装置、声波检测装置、信号放大装置及示波器；信号发生装置的输出端与声波检测装置的输入端连接，声波检测装置的输出端与信号放大装置的输入端连接，信号放大装置的输出端与示波器的输入端连接；

声波检测装置包括耐压样品盒1、第一法兰4、第二法兰2及移动刻度桶3，由于耐压样品盒内需填充高压水，耐压样品盒由亚克力材料制成达到耐压的效果，耐压样品盒1的一个侧面设有开口结构，水合物岩心通过开口结构放置在耐压样品盒1的内腔中，耐压样品盒1上设有用于密封开口结构的密封盖；耐压样品盒1的正面及背面或顶面及底面的至少一对相对面上分别设有第一法兰4及第二法兰2，具体而言，本实施例中，耐压样品盒1的正面及背面分别设有第一法兰4及第二法兰2，且第一法兰4与第二法兰2以耐压样品盒1的中心延长线对称设置，第一法兰4内及耐压样品盒1的正面设有贯穿的通孔，通孔的轴线与耐压样品盒1的正面垂直，移动刻度桶3穿过通孔从而穿过第一法兰4至耐压样品盒1的内腔中，移动刻度桶3穿过第一法兰4至耐压样品盒1的内腔中，移动刻度桶3可沿移动刻度桶3的轴线方向移动，移动刻度桶3及第二法兰2内设有超声波换能器，位于第二法兰2内的超声波换能器为超声波换能器发射端6，超声波换能器发射端6固定在第二法兰2靠近第一法兰4的一端内侧，位于移动刻度桶3内的超声波换能器为超声波换能器接收端7，超声波换能器接收端7设置在移动刻度桶3靠近第二法兰2的一端内侧，且超声波换能器接收端7可随着移动刻度桶3的移动而移动，从而改变超声波换能器发射端6与超声波换能器接收端7之间的距离。

通过信号发生装置发生信号驱动声波检测装置工作，声波检测装置发射声波并且通过声波检测装置检测超声波传递时间T，经信号放大装置放大后在示波器上显示，利用示波器捕捉具体波形，经数据系统处理得出纵波速度和横波速度，再通过数据系统反演算得出水合物岩心的密度和孔隙度

传统的超声波速度测量需要测出足够精确的首波到达时间t和信号进入样本时刻t0，但本水合物岩心密度孔隙度声波测量仪的超声波换能器不能直接接触水合物岩心，且超声波换能器的体积大，声波发出后在超声波换能器内还需传递一段时间，本水合物岩心密度孔隙度声波测量仪的耐压样品盒1、移动刻度桶3、第一法兰4及第二法兰2是由亚克力材料制成，考虑到亚克力与超声波换能器造成的时间延迟可以认为是一个定值t₁，则有超声波传递时间T＝t-t₁，超声波传递时间T与超声波传递距离L有线性关系，超声波传递距离L指凹槽靠近第二法兰2的内侧面与移动刻度桶3靠近第二法兰2的端面之间的垂直距离，将移动刻度桶3沿移动刻度桶3的轴线方向移动不断改变超声波传递距离L，能得出超声波传递时间T与超声波传递距离L的线性回归关系图，从而得出较为准确的超声波速度，提高测量水合物岩心的准确度。

移动刻度桶3与第一法兰4之间过盈配合，耐压样品盒1的内腔中放置水合物岩心后，需要在耐压样品盒1的内腔中填充海水，移动刻度桶3与第一法兰4过盈配合，避免出现漏水情况，保证测量环境的稳定性，提高测量的准确度。

耐压样品盒1的另一侧面设有注水孔1.1，在耐压样品盒1的内腔填充满海水后，封上密封盖，从注水孔1.1往耐压样品盒1的内腔中继续注入海水，从而提高耐压样品盒1内海水的压力，使得耐压样品盒1内海水的压力与水合物岩心位于海底内的压力相等，模拟水合物岩心的海底压力环境，进一步提高水合物岩心密度孔隙度测量的精确度。

移动刻度桶3与第一法兰4之间设有“O”型密封圈，由于所述耐压样品盒1的内腔中填充满海水，所述移动刻度桶3与所述第一法兰4之间设有“O”型密封圈，进一步保证移动刻度桶3与第一法兰4之间的密封性，避免耐压样品盒1的内腔出现漏水的情况，进一步保证水合物岩心测量环境的稳定性，进一步提高水合物岩心测量的准确度。

第一法兰4及第二法兰2沿周向设有若干螺孔5，第一法兰4及第二法兰2与耐压样品盒1之间通过螺钉连接，且螺钉与耐压样品盒1之间设有防水圈，同样地，避免耐压样品盒1的海水出现漏水的情况，保证测量环境的稳定性，提高水合物岩心测量的准确度。

移动刻度桶3的周面设有若干圈沿移动刻度桶3的轴线方向间隔设置且相互平行的刻度线，相邻的刻度线之间的距离为0.5cm，且刻度线垂直于移动刻度桶3的轴线，将移动刻度桶3沿移动刻度桶3的轴线方向移动，一方面，可以调整超声波传递距离L，另一方面，使得耐压样品盒1可检测直径不同的岩心，本水合物岩心密度孔隙度声波测量仪主要检测直径范围在4.0cm-6.5cm的岩心，避免对水合物岩心进行破坏；而且移动刻度桶3的周面设有若干沿轴线方向间隔设置且相互平行的刻度线，相邻的刻度线之间的距离为0.5cm，便于操作人员将移动刻度桶3对照刻度线移动，从而调整多组超声波传递距离L，得出超声波传递时间T与超声波传递距离L的线性回归关系图。

信号发生装置包括直流双路电源及超声波收发板，直流双路电源与超声波收发板连接，超声波收发板与超声波换能器连接，直流双路电源包括两台直流电源，一台用于产生±5V的电路板工作电压，一台用于产生超声波发射所需的高压；超声波收发板与超声波换能器连接，控制超声波换能器发射端6发射超声波信号及控制超声波华能拿起接收端接收超声波信号。

信号发生装置还包括稳压模组，直流双路电源与超声波收发板之间连接有稳压模组，使得直流双路电源通过稳压模组后能产生稳定的电压供给电路板正常工作及供给超声波换能器发射端6发射超声波信号。

信号发生装置还包括信号放大板，稳压模组与超声波收发板之间连接有信号放大板，直流双路电源通过稳压模组产生稳定的电压后，再通过信号放大板增益信号，从而调节超声波收发板的增益。

本实用新型实施例的使用过程：

第一步首先标定标准样品，去除仪器材料对检测数值的影响，将传统的超声波发射器及超声波接收器设置在耐压样品盒1对应的位置上，在耐压样品盒1内填充海水至指定压力，确定一个超声波传递时间t_a；再在耐压样品盒1上装上第一法兰4、第二法兰2及移动刻度桶3，把测量仪选用的两个超声波换能器按上述的结构分别装入第二法兰2及移动刻度桶3内，且与传统超声波发射器与超声波接收器相同的间距，同样填充海水至与上述相等压力，测量出另一个超声波传递时间t_b，则可以得出由于亚克力材料与超声波换能器的体积大造成的时间延迟t₁＝t_b-t_a；

第二步绘制超声波传递时间T与超声波传递距离L的线性关系回归图，初始状态下将超声波传递距离L₁调整为4.0cm，测出当前的超声波传递时间T₁，随后操作人员不断将移动刻度桶3沿移动刻度桶3的轴线方向移动，一次移动一格刻度线，即一次调整0.5cm，直至超声波传递距离L_n为6.5cm，测出当前的超声波传递时间T_n，将多组超声波传递时间T与超声波传递距离L绘制线性回归关系图，通过线性回归关系图的斜率得出较为准确的超声波速度，提高岩心测量的准确度。

第三步烧录超声波收发板，利用配套的软件设计所需的超声波发射波形与运行周期，调节出发信号等，完成后将程序烧录至超声波收发板。

根据水合物岩心的大小，调整移动刻度桶3的位置，从而使得耐压样品盒1的内腔中能容纳水合物岩心，将水合物岩心放置耐压样品盒1后，填充海水封上密封盖，从注水孔1.1继续注入海水至达到等于水合物岩心位于海底的压力，开启直流双路电源，信号发生装置发射信号控制声波检测装置的超声波换能器发射端6发射超声波，并且通过声波检测装置检测超声波传递时间T，经信号放大装置放大后在示波器上显示，利用示波器捕捉具体波形，经数据系统中根据写好的程序对得到的波形进行滤波去噪，通过阔值得到较为精确的超声波传递时间T，再结合超声波传递距离L回归计算超声波速度，进一步得出横波速度V_S和纵波速度V_P，再反演算得到样品的密度和孔隙度。

密度计算经验公式：

其中，ρ为密度，单位g/mm³；V_P为纵波速度，V_S为横波速度，单位为km/s。

孔隙度计算经验公式：

其中，

为孔隙度；t_m为骨架时差，根据不同材料t_m也不同，例如彩砂组t_m采用硅石骨架经验值182μs/m；t为地层时差，即为上述的首波到达时间t；n为弯曲因子，表征声波路径的弯曲程度，硅石骨架弯曲因子的经验值为1.6。

实施例2：

本实施例仅描述与实施例1的不同之处，其余技术特征与实施例1相同，本实施例中，耐压样品盒1的正面及背面分别设有第一法兰4及第二法兰2，且耐压样品盒1的顶面及底面也分别设有第一法兰4及第二法兰2，两个第一法兰4内均分别套设有移动刻度桶3；两个第二法兰2及两个移动刻度桶3内分别设有超声波换能器发生端及超声波换能器接收端7，可以沿两个方向发射声波测量水合物岩心的密度及孔隙度，提高水合物岩心测量的精准度。

根据上述说明书的揭示和教导，本实用新型所述领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本实用新型并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对实用新型的一些修改和变更也应当落入本实用新型的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对实用新型构成任何限制。

Claims (9)

1.一种水合物岩心密度孔隙度声波测量仪，其特征在于，包括信号发生装置、声波检测装置、信号放大装置及示波器；所述信号发生装置的输出端与所述声波检测装置的输入端连接，所述声波检测装置的输出端与所述信号放大装置的输入端连接，所述信号放大装置的输出端与所述示波器的输入端连接；

所述声波检测装置包括耐压样品盒、第一法兰、第二法兰及移动刻度桶，所述耐压样品盒的一个侧面设有开口结构，水合物岩心通过所述开口结构放置在所述耐压样品盒的内腔中，所述耐压样品盒上设有用于密封所述开口结构的密封盖；所述耐压样品盒的正面及背面或顶面及底面的至少一对相对面上分别设有所述第一法兰及所述第二法兰，所述移动刻度桶穿过所述第一法兰至所述耐压样品盒的内腔中，所述移动刻度桶可沿所述移动刻度桶的轴线方向移动，所述移动刻度桶及所述第二法兰内设有超声波换能器。

2.根据权利要求1所述的水合物岩心密度孔隙度声波测量仪，其特征在于，所述移动刻度桶与所述第一法兰过盈配合。

3.根据权利要求2所述的水合物岩心密度孔隙度声波测量仪，其特征在于，所述耐压样品盒的另一侧面设有注水孔。

4.根据权利要求2所述的水合物岩心密度孔隙度声波测量仪，其特征在于，所述移动刻度桶与所述第一法兰之间设有“O”型密封圈。

5.根据权利要求1所述的水合物岩心密度孔隙度声波测量仪，其特征在于，所述第一法兰及所述第二法兰与所述耐压样品盒之间通过螺钉连接，且所述螺钉与所述耐压样品盒之间设有防水圈。

6.根据权利要求2所述的水合物岩心密度孔隙度声波测量仪，其特征在于，所述移动刻度桶的周面设有若干圈沿所述移动刻度桶的轴线方向间隔设置且相互平行的刻度线，相邻的所述刻度线之间的间距为0.5cm，所述刻度线垂直于所述移动刻度桶的轴线。

7.根据权利要求1-6任一项所述的水合物岩心密度孔隙度声波测量仪，其特征在于，所述信号发生装置包括直流双路电源及超声波收发板，所述直流双路电源与所述超声波收发板连接，所述超声波收发板与所述超声波换能器连接。

8.根据权利要求7所述的水合物岩心密度孔隙度声波测量仪，其特征在于，所述信号发生装置还包括稳压模组，所述直流双路电源与所述超声波收发板之间连接有所述稳压模组。

9.根据权利要求8所述的水合物岩心密度孔隙度声波测量仪，其特征在于，所述信号发生装置还包括信号放大板，所述稳压模组与所述超声波收发板之间连接有所述信号放大板。

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