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一种岩石样品物理模量光学测量装置及方法
【专利摘要】本发明提供一种岩石样品物理模量光学测量装置及方法，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。
【专利说明】一种岩石样品物理模量光学测量装置及方法

【技术领域】
[0001] 本发明涉及石油勘探【技术领域】，尤其涉及一种岩石样品物理模量光学测量装置及 方法。

【背景技术】
[0002] 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。
[0003] 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。第三类为应力一应变法；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。


【发明内容】

[0004] 本发明实施例提供一种岩石样品物理模量光学测量装置及方法，以提供一种岩石 样品物理模量光学测量方案。
[0005] -方面，本发明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。
[0006] 优选的，在本发明一实施例中，所述高温高压仓上还具有玻璃窗，所述玻璃窗米用 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l-l〇cm ;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 夕卜，测量所述岩石样品的振幅和加速度。
[0007] 优选的，在本发明一实施例中，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。
[0008] 优选的，在本发明一实施例中，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. lMP-20MPa ;所述预置的温度为25°C _120°C; 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。
[0009] 优选的，在本发明一实施例中，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。
[0010] 另一方面，本发明实施例提供了一种岩石样品物理模量光学测量方法，所述岩石 样品物理模量光学测量方法包括：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；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；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；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；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。
[0011] 优选的，在本发明一实施例中，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l-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。
[0012] 优选的，在本发明一实施例中，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。
[0013] 优选的，在本发明一实施例中，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. lMP-20MPa ;所述预置的温度为25°C -120°c; 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。
[0014] 优选的，在本发明一实施例中，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。
[0015] 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。

【专利附图】

【附图说明】
[0016] 为了更清楚地说明本发明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 发明的一些实施例，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。
[0017] 图1为本发明实施例一种岩石样品物理模量光学测量装置结构示意图；
[0018] 图2为本发明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】
[0019] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于 本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
[0020] 如图1所示，为本发明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：
[0021] 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 ;
[0022] 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；
[0023] 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；
[0024] 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；
[0025] 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。
[0026] 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-lOcm ;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 夕卜，测量所述岩石样品17的振幅和加速度。
[0027] 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。本发明实施例高温高压仓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。
[0028] 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；所述预置的压力为〇. lMP-20MPa ;所述预置的温度为25°C -120°C;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。本发明实施例高温高压仓 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 耐商温和商压兀件。
[0029] 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。
[0030] 对应于上述装置实施例，如图2所示，为本发明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：
[0031] 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；
[0032] 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；
[0033] 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；
[0034] 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；
[0035] 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。
[0036] 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-lOcm;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。
[0037] 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。
[0038] 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；所述预置的压力为〇. lMP-20MPa ;所述预置的温度为25°C -120°C;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。
[0039] 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。
[0040] 本发明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；力口 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。
[0041] 以下结合应用实例对本发明上述实施例进行详细说明：
[0042] 本发明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。
[0043] 本发明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，l-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. lMP-20MPa ;25°C -120°c)，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。
[0044] 具体应用实例1 :由不锈钢制造的真空腔室装有直径

【权利要求】
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l -l〇cm ; 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. lMP_20MPa ;所述预置的温度为25°C _120°C ;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。
6. -种岩石样品物理模量光学测量方法，其特征在于，所述岩石样品物理模量光学测 量方法包括： 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； 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； 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； 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； 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。
7. 如权利要求6所述岩石样品物理模量光学测量方法，其特征在于，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l-l〇cm ; 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。
8. 如权利要求6所述岩石样品物理模量光学测量方法，其特征在于，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。
9. 如权利要求6所述岩石样品物理模量光学测量方法，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. lMP_20MPa ;所述预置的温度为25°C _120°C ;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。
10. 如权利要求6所述岩石样品物理模量光学测量方法，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。
【文档编号】G01B11/16GK104155173SQ201310739367
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2013年12月26日 优先权日:2013年12月26日
【发明者】赵建国, 赵嵩卿 申请人:中国石油天然气集团公司, 中国石油大学(北京)