一種巖心動電滲透率測量系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種巖心動電滲透率測量系統(tǒng)，它涉及一種測量系統(tǒng)，具體涉及一種巖心動電滲透率測量系統(tǒng)。本發(fā)明為了解決現(xiàn)有巖心動電測量系統(tǒng)測量準確性較差的問題。本發(fā)明包括激勵壓力源、壓力傳感器組件、巖心夾持器、高壓氣瓶、數(shù)據(jù)采集裝置、信號發(fā)生器、電流源、電阻、第一平臺、第二平臺和兩個雙刀單擲開關(guān)，所述激勵壓力源設(shè)置在第一平臺上，所述壓力傳感器組件、巖心夾持器、高壓氣瓶、數(shù)據(jù)采集裝置、信號發(fā)生器、電流源、電阻均設(shè)置在第二平臺上，所述激勵壓力源與所述壓力傳感器組件連接。本發(fā)明屬于地球物理學(xué)領(lǐng)域。
【專利說明】
一種巖心動電滲透率測量系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種測量系統(tǒng)，具體涉及一種巖心動電滲透率測量系統(tǒng)，屬于地球物理學(xué)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]動電耦合系數(shù)可用于地震預(yù)警及石油勘探領(lǐng)域。災(zāi)害性地震是人類十分關(guān)注、但認識尚不充分的自然現(xiàn)象。國內(nèi)外曾多次測到地震誘導(dǎo)的電磁信號，兩者在波形上具有良好的相關(guān)性。由于電磁波速度遠大于地震波，因此有望利用地震誘導(dǎo)電磁信號來完善和提升目前的地震預(yù)警系統(tǒng)，而動電耦合系數(shù)是反演地震強度的關(guān)鍵參數(shù)之一。
[0003]隨鉆測井是目前石油勘探的研究熱點之一，它能夠快速的探測周圍的地層，從而提升油氣開采效率。但是隨鉆測井要求鉆鋌保持較高的結(jié)構(gòu)強度，因此不能應(yīng)用傳統(tǒng)的刻槽方法來抑制鉆鋌波，這對聲發(fā)送-聲接收的聲波測井造成了極大干擾，而聲發(fā)送-電接收的動電測井能夠有效的避免鉆鋌波的干擾，動電耦合系數(shù)是動電測井中反演地層參數(shù)的關(guān)鍵之一。
[0004]滲透率是評價油氣開采速度的一個重要參數(shù)。目前常見的滲透率測量的方法有氣測法、達西法和瞬態(tài)壓力閥。氣測法測的是氣滲透率，由于氣體和液體有較大的差異，因此氣滲透率不能很好地評價液體的滲流能力;達西法是直流、單向的液滲透率測量方法。一方面由于液體長時間單向流動，極易發(fā)生微小孔隙的堵塞，因此測得的滲透率會隨著測量時間而明顯變小；另一方面，當(dāng)滲透率較小時，需要加載較大的壓力差，這會破壞巖心的孔道結(jié)構(gòu)，改變巖心的滲透率。瞬態(tài)壓力法是瞬態(tài)、單向的液滲透率測量方法。首先，它加載的壓力差較大，極易破壞巖心的孔道結(jié)構(gòu)，從而改變滲透率;其次，當(dāng)滲透率較大時，壓力差的衰減過快，以至于難以測量;最后，液體是單向流動的，雖然測量時間要小于達西法，但仍然會引起一定程度的孔隙堵塞。動電耦合法的是交流、低壓力差的液滲透率測量方法。這種方法完全避免了高壓力差對孔道結(jié)構(gòu)的破壞，是一種前沿的滲透率測量方法。
[0005]然而，目前的巖心動電滲透率測量系統(tǒng)存在著如下四個問題:
[0006]1.在流動電勢實驗中，激勵壓力作用于單側(cè)堵頭，使得該側(cè)堵頭的壓力恒高于另一側(cè)，進而使?jié)B流在總體上呈單向流動，這會引起孔隙堵塞，降低滲透率。
[0007]2.帶橡膠膜的流動電勢實驗的堵頭和不允許帶橡膠膜的電滲堵頭存在差異，兩者不能使用相同的堵頭，所以在動電測量的過程中需要拆卸并更換堵頭。在拆卸前后，電極的形狀及位置發(fā)生了變化、電解質(zhì)的參數(shù)也發(fā)生了變化，這削弱了動電實驗的對稱性，破壞了Onsager互易定理，使得測得的動電耦合系數(shù)及動電滲透率存在著誤差。
[0008]3.在流動電勢實驗中，使用激振器直接接觸巖心夾持器進行激勵壓力驅(qū)動。這使得巖心夾持器發(fā)生明顯的震動，并導(dǎo)致激勵壓力的波形非正弦且不可控。過強的震動會干擾激勵壓力的測量；由于動電效應(yīng)與頻率有關(guān)，所以激勵壓力波形的不可控性會干擾流動電勢的測量。震動還會導(dǎo)致測量線路切割磁力線產(chǎn)生同頻干擾，由于動電信號很微弱且依賴于頻率檢測，這樣的噪聲也是無法忽略的。
[0009]4.在流動電勢實驗中，需要獲得的是系統(tǒng)在低頻極限上的流動電勢系數(shù)，而激振器的原理使得其在IHz以下即發(fā)生嚴重失真，更加無法達到0.1Hz以下，這降低了流動電勢測量的準確性。
[0010]由此可見，目前的巖心動電測量系統(tǒng)有必要進一步完善。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明為解決現(xiàn)有巖心動電測量系統(tǒng)測量準確性較差的問題，進而提出一種巖心動電滲透率測量系統(tǒng)。
[0012]本發(fā)明為解決上述問題采取的技術(shù)方案是:本發(fā)明包括激勵壓力源、壓力傳感器組件、巖心夾持器、高壓氣瓶、數(shù)據(jù)采集裝置、信號發(fā)生器、電流源、電阻、第一平臺、第二平臺和兩個雙刀單擲開關(guān)，所述激勵壓力源設(shè)置在第一平臺上，所述壓力傳感器組件、巖心夾持器、高壓氣瓶、數(shù)據(jù)采集裝置、信號發(fā)生器、電流源、電阻均設(shè)置在第二平臺上，所述激勵壓力源與所述壓力傳感器組件連接，巖心夾持器與所述壓力傳感器組件連接，巖心夾持器還與數(shù)據(jù)采集裝置連接，高壓氣瓶的氣體出口與巖心夾持器連接，電流源的正極通過線路與巖心夾持器連接，且所述線路上設(shè)有雙刀單擲開關(guān)，電流源的負極通過線路與電阻連接，且所述線路上設(shè)有雙刀單擲開關(guān)，電阻通過線路與巖心夾持器連接，電流源與信號發(fā)生器連接，兩個雙刀單擲開關(guān)設(shè)置在第二平臺上。
[0013]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明解決了現(xiàn)有巖心動電滲透率測量系統(tǒng)存在著的四個問題。1.在流動電勢實驗中，本發(fā)明的激勵壓力對稱得作用于巖心的兩側(cè)，使得巖心中滲流為嚴格的往復(fù)交流運動，避免了孔隙堵塞引起的滲透率下降。2.由于本發(fā)明中的流動電勢實驗的堵頭不再使用橡膠膜，所以可以將流動電勢和電滲實驗的堵頭合二為一，并進行優(yōu)化設(shè)計，從而避免了動電測量過程中的堵頭更換，以及由此引起的對動電實驗對稱性的削弱。3.在本發(fā)明中，我們將激勵壓力源放置在第一平臺上，將巖心夾持器等其他設(shè)備放置在第二平臺上，兩者僅通過柔性管道進行連接。從而避免了巖心夾持器和測量線路的震動，降低了測量誤差和干擾噪聲。4.步進電機驅(qū)動的激勵壓力源，能很好地輸出低至ImHz的正弦信號，從而能容易的獲得流動電勢系數(shù)的低頻極限值。
【附圖說明】
[0014]圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖，圖2是巖心夾持器的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0015]【具體實施方式】一:結(jié)合圖1說明本實施方式，本實施方式所述一種巖心動電滲透率測量系統(tǒng)包括激勵壓力源、壓力傳感器組件、巖心夾持器16、高壓氣瓶17、數(shù)據(jù)采集裝置18、信號發(fā)生器19、電流源20、電阻22、第一平臺33、第二平臺34和兩個雙刀單擲開關(guān)21，所述激勵壓力源設(shè)置在第一平臺33上，所述壓力傳感器組件、巖心夾持器16、高壓氣瓶17、數(shù)據(jù)采集裝置18、信號發(fā)生器19、電流源20、電阻22均設(shè)置在第二平臺34上，所述激勵壓力源與所述壓力傳感器組件連接，巖心夾持器16與所述壓力傳感器組件連接，巖心夾持器16還與數(shù)據(jù)采集裝置18連接，高壓氣瓶17的氣體出口與巖心夾持器16連接，電流源20的正極通過線路與巖心夾持器16連接，且所述線路上設(shè)有雙刀單擲開關(guān)21，電流源20的負極通過線路與電阻22連接，且所述線路上設(shè)有雙刀單擲開關(guān)21，電阻22通過線路與巖心夾持器16連接，電流源20與信號發(fā)生器19連接，兩個雙刀單擲開關(guān)21設(shè)置在第二平臺34上。
[0016]【具體實施方式】二:結(jié)合圖1說明本實施方式，本實施方式所述一種巖心動電滲透率測量系統(tǒng)的激勵壓力源包括第一閥門1、第二閥門2、電機驅(qū)動器7、步進電機8、帶針圓盤9、軛10、雙活塞桿雙向氣缸11、第一緩沖室12和第二緩沖室13，步進電機8與電機驅(qū)動器7連接，帶針圓盤9套裝在步進電機8的轉(zhuǎn)動軸上，雙向活塞桿雙氣缸11通過軛10與帶針圓盤9連接，第一緩沖室12和第二緩沖室13均與雙向活塞桿雙向氣缸11連接，第一緩沖室12上設(shè)有第一閥門I，第二緩沖室13上設(shè)有第二閥門2 ο本實施方式中采用使用雙活塞桿雙向氣缸11作為激勵源替代傳統(tǒng)的振動器，且激勵壓力源與巖心夾持器16分別放置在第一平臺33和第二平臺34上，本實施方式還能夠提供純正弦、雙向的激勵壓力。其它組成及連接關(guān)系與【具體實施方式】一相同。
[0017]【具體實施方式】三:結(jié)合圖1和圖2說明本實施方式，本實施方式所述一種巖心動電滲透率測量系統(tǒng)的巖心夾持器16包括第一堵頭23、第二堵頭24、不銹鋼外殼25、圍壓接口26、橡膠密封套27、兩個激勵電極28、兩個測量電極29、橡膠環(huán)30和兩個水槽32，橡膠密封套27設(shè)置在不銹鋼外殼25內(nèi)，巖心31通過橡膠環(huán)30固定安裝在橡膠密封套27內(nèi)，兩個水槽32對稱設(shè)置在巖心31的兩側(cè)，第一堵頭23和第二堵頭24分別插裝在不銹鋼外殼25兩端的通孔內(nèi)，每個水槽32內(nèi)設(shè)有一個激勵電極28和一個測量電極29，一個激勵電極28通過電阻22與電流源20的負極連接，另一個激勵電極28與電流源20的正極連接，兩個測量電極29均與數(shù)據(jù)采集裝置18連接，不銹鋼外殼25內(nèi)側(cè)壁與橡膠密封套27外側(cè)壁之間的腔體通過圍壓接口26與高壓氣瓶17連接。本實施方式中巖心夾持器16同時適用于流動電勢實驗和電滲實驗，在整個動電實驗測量過程中無需更換堵頭;水槽32的直徑和巖心31的直徑相當(dāng)，避免巖心兩端在不同位置上壓力差不同；本實施方式還使用匹配巖心的橡膠環(huán)30來彌補堵頭的增大;第一堵頭23和第二堵頭24是透明的，可以透過堵頭的端面看到水槽32里是否有剩余氣泡。其它組成及連接關(guān)系與【具體實施方式】一相同。
[0018]【具體實施方式】四:結(jié)合圖1和圖2說明本實施方式，本實施方式所述一種巖心動電滲透率測量系統(tǒng)的第一堵頭23上設(shè)有第五閥門5，第二堵頭24上設(shè)有第六閥門6。其它組成及連接關(guān)系與【具體實施方式】三相同。
[0019]【具體實施方式】五:結(jié)合圖1和圖2說明本實施方式，本實施方式所述一種巖心動電滲透率測量系統(tǒng)的壓力傳感器組件包括第三閥門3、第四閥門4、第一壓力傳感器14和第二壓力傳感器15，第一緩沖室12和第二緩沖室13均與第一壓力傳感器14連接，第二壓力傳感器15的一端通過第三閥門3與巖心夾持器16的第一堵頭23連接，第二壓力傳感器15的另一端能通過第四閥門4與巖心夾持器16的第二堵頭24連接，第一壓力傳感器14和第二壓力傳感器15均與數(shù)據(jù)采集裝置18連接。其它組成及連接關(guān)系與【具體實施方式】一、二或三相同。
[0020]工作原理
[0021]激勵壓力源置于第一平臺33上，電機驅(qū)動器7通過步進電機8使帶針圓盤9勻速轉(zhuǎn)動；帶針圓盤9通過軛1使雙活塞桿雙向氣缸11中的活塞做正弦運動;活塞驅(qū)動氣體壓縮及膨脹，產(chǎn)生壓力差;活塞的行程固定，壓力差的幅值受第一緩沖室12和第二緩沖室13內(nèi)溶液多少的控制;壓力差的頻率受步進電機8轉(zhuǎn)速的控制;壓力差的相位受步進電機8相位的控制;最終向外界輸出接近純正弦的激勵壓力信號。
[0022]巖心31在使用前需要對其進行預(yù)處理，其處理步驟為:
[0023]步驟一、洗油:洗油是為了除去巖心內(nèi)外附著的脂溶性物質(zhì)，將巖心置于索氏提取器的萃取室內(nèi)，在下部燒瓶中裝入1/2至2/3的四氯化碳溶液;使用水浴鍋定溫加熱;注意通風(fēng)和維持冷凝水不中斷。如果巖心的油脂不多，可以換用污染少的丙酮溶液；
[0024]步驟二、洗鹽:洗鹽是為了除去巖心中的水溶性物質(zhì)，將索氏提取器的燒瓶換成裝有苯和甲醇和混合物，混合物的體積比為I: 3;重復(fù)操作步驟一；
[0025]步驟三、除盡油脂和鹽之后，將巖心至于通風(fēng)處晾干，然后放入烘箱內(nèi)烘干；
[0026]步驟四、配制NaCl溶液:去離子水用孔隙直徑為0.45微米的尼龍膜負壓過濾;一方面是為了去除水中的固體雜質(zhì)，另一方面通過負壓過濾，降低水中氣體的溶解度;稱量一定量的NaCl，用容量瓶配制溶液;再一次負壓過濾，移至密封的容器內(nèi)存放，存放時間不宜過長；
[0027]步驟五、抽空加壓飽和:抽空加壓飽和是為了使干燥的孔隙巖心基質(zhì)成為流體飽孔隙介質(zhì)，防止巖心內(nèi)的孔道含有氣體;先將巖心置于一個耐高壓的密閉容器內(nèi)，將容器抽真空幾個小時;這時巖心孔隙內(nèi)的氣壓很低;再向巖心容器內(nèi)灌入一定礦化度的溶液，用高壓栗加壓至幾百個大氣壓。靜置幾個小時后再取出即可。
[0028]流動電勢實驗:
[0029]斷開雙刀單擲開關(guān)21;第三閥門3連通氣缸式激勵壓力源和巖心夾持器16;第四閥門4也連通氣缸式激勵壓力源和巖心夾持器16;氣缸式激勵壓力源輸出激勵壓力信號;第一壓力傳感器14測量激勵壓力信號，并將測量結(jié)果輸送至數(shù)據(jù)采集裝置18;激勵壓力通過第三閥門3、第四閥門4及管道，輸出至巖心夾持器16，并作用于巖心兩端;巖心通過第一類動電耦合效應(yīng)產(chǎn)生電信號，即流動電勢信號;流動電勢信號通過測量電極及屏蔽電纜，傳送至數(shù)據(jù)采集裝置18;數(shù)據(jù)采集裝置18將兩個模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并保存。當(dāng)信號穩(wěn)定時，流動電勢信號與激勵壓力信號的比值，就是流動電勢系數(shù)。
[0030]電滲實驗:
[0031]閉合雙刀單擲開關(guān)21;第三閥門3連通第二壓力傳感器15和巖心夾持器16;第四閥門4也連通第二壓力傳感器15和巖心夾持器16;信號發(fā)生器19通過電流源20輸出電勢差;激勵電流的頻率和相位受信號發(fā)生器19的控制;激勵電流的幅值受電流源20的控制；已知阻值的電阻22測量激勵電流，測量信號輸送至數(shù)據(jù)采集裝置18;激勵電流在巖心兩端通過歐姆效應(yīng)產(chǎn)生激勵電壓，激勵電壓通過測量電極及屏蔽電纜，傳送至數(shù)據(jù)采集裝置18;巖心通過第二類動電耦合效應(yīng)產(chǎn)生壓力差信號，即電滲壓力信號；電滲壓力信號通過第三閥門3、第四閥門4及管道傳送至第二壓力傳感器15;第二壓力傳感器15測量電滲壓力信號，并將測量結(jié)果輸送至數(shù)據(jù)采集裝置18;數(shù)據(jù)采集裝置18將三個模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并保存。當(dāng)信號穩(wěn)定時，電滲壓力信號與激勵電壓信號的比值就是電滲壓力系數(shù);激勵電壓信號與激勵電流信號的比值就是巖心阻抗，通過巖心阻抗和巖心的幾何尺寸，就能求出巖心的電導(dǎo)率。測量溶液溫度并查表，可以獲得溶液的粘滯系數(shù)。通過流動電勢系數(shù)和巖心電導(dǎo)率，可以獲得動電耦合系數(shù)。通過流動電勢系數(shù)、電滲壓力系數(shù)、巖心電導(dǎo)率和溶液的粘滯系數(shù)這四個參數(shù)，可以獲得動電滲透率。
[0032]以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制，雖然本發(fā)明已以較佳實施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍內(nèi)，當(dāng)可利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容做出些許更動或修飾為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)，在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，對以上實施例所作的任何簡單的修改、等同替換與改進等，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種巖心動電滲透率測量系統(tǒng)，其特征在于:所述一種巖心動電滲透率測量系統(tǒng)包括激勵壓力源、壓力傳感器組件、巖心夾持器(16)、高壓氣瓶(17)、數(shù)據(jù)采集裝置(18)、信號發(fā)生器(19)、電流源(20)、電阻(22)、第一平臺(33)、第二平臺(34)和兩個雙刀單擲開關(guān)(21)，所述激勵壓力源設(shè)置在第一平臺(33)上，所述壓力傳感器組件、巖心夾持器(16)、高壓氣瓶(17)、數(shù)據(jù)采集裝置(18)、信號發(fā)生器(19)、電流源(20)、電阻(22)均設(shè)置在第二平臺(34)上，所述激勵壓力源與所述壓力傳感器組件連接，巖心夾持器(16)與所述壓力傳感器組件連接，巖心夾持器(16)還與數(shù)據(jù)采集裝置(18)連接，高壓氣瓶(17)的氣體出口與巖心夾持器(16)連接，電流源(20)的正極通過線路與巖心夾持器(16)連接，且所述線路上設(shè)有雙刀單擲開關(guān)(21)，電流源(20)的負極通過線路與電阻(22)連接，且所述線路上設(shè)有雙刀單擲開關(guān)(21)，電阻(22)通過線路與巖心夾持器(16)連接，電流源(20)與信號發(fā)生器(19)連接，兩個雙刀單擲開關(guān)(21)設(shè)置在第二平臺(34)上。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種巖心動電滲透率測量系統(tǒng)，其特征在于:所述激勵壓力源包括第一閥門(I)、第二閥門(2)、電機驅(qū)動器(7)、步進電機(8)、帶針圓盤(9)、軛(10)、雙活塞桿雙向氣缸(11)、第一緩沖室(12)和第二緩沖室(13)，步進電機(8)與電機驅(qū)動器(7)連接，帶針圓盤(9)套裝在步進電機(8)的轉(zhuǎn)動軸上，雙向活塞桿雙氣缸(11)通過軛(10)與帶針圓盤(9)連接，第一緩沖室(12)和第二緩沖室(13)均與雙向活塞桿雙向氣缸(11)連接，第一緩沖室(12)上設(shè)有第一閥門(I)，第二緩沖室(13)上設(shè)有第二閥門(2)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種巖心動電滲透率測量系統(tǒng)，其特征在于:巖心夾持器(16)包括第一堵頭(23)、第二堵頭(24)、不銹鋼外殼(25)、圍壓接口(26)、橡膠密封套(27)、兩個激勵電極(28)、兩個測量電極(29)、橡膠環(huán)(30)和兩個水槽(32)，橡膠密封套(27)設(shè)置在不銹鋼外殼(25)內(nèi)，巖心(31)通過橡膠環(huán)(30)固定安裝在橡膠密封套(27)內(nèi)，兩個水槽(32)對稱設(shè)置在巖心(31)的兩側(cè)，第一堵頭(23)和第二堵頭(24)分別插裝在不銹鋼外殼(25)兩端的通孔內(nèi)，每個水槽(32)內(nèi)設(shè)有一個激勵電極(28)和一個測量電極(29)，一個激勵電極(28)通過電阻(22)與電流源(20)的負極連接，另一個激勵電極(28)與電流源(20)的正極連接，兩個測量電極(29)均與數(shù)據(jù)采集裝置(18)連接，不銹鋼外殼(25)內(nèi)側(cè)壁與橡膠密封套(27)外側(cè)壁之間的腔體通過圍壓接口(26)與高壓氣瓶(17)連接。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述一種巖心動電滲透率測量系統(tǒng)，其特征在于:第一堵頭(23)上設(shè)有第五閥門(5)，第二堵頭(24)上設(shè)有第六閥門(6)。5.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述一種巖心動電滲透率測量系統(tǒng)，其特征在于:所述壓力傳感器組件包括第三閥門(3)、第四閥門(4)、第一壓力傳感器(14)和第二壓力傳感器(15)，第一緩沖室(12)和第二緩沖室(13)均與第一壓力傳感器(14)連接，第二壓力傳感器(15)的一端通過第三閥門(3)與巖心夾持器(16)的第一堵頭(23)連接，第二壓力傳感器(15)的另一端能通過第四閥門(4)與巖心夾持器(16)的第二堵頭(24)連接，第一壓力傳感器(14)和第二壓力傳感器(15)均與數(shù)據(jù)采集裝置(18)連接。
【文檔編號】G01N33/24GK106018237SQ201610364646
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月27日
【發(fā)明人】胡恒山, 尹誠剛
【申請人】哈爾濱工業(yè)大學(xué)