基于流體環(huán)境的巖石聲波測(cè)試模擬試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)方法
【專利摘要】公開了一種基于流體環(huán)境的巖石聲波測(cè)試模擬試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)方法，屬于油氣藏鉆探技術(shù)領(lǐng)域。該裝置包括上壓頭、下壓頭、聲波探頭發(fā)射端、聲波探頭接收端、容器、流體入口管、流體出口管、循環(huán)泵。該方法在流體入口、流體出口均暢通的條件下，向容器內(nèi)充入流體，使得流體的液面高于待測(cè)試巖石的上表面；啟動(dòng)循環(huán)泵，使得流體在容器內(nèi)部形成穩(wěn)定的流場(chǎng)；同時(shí)開啟壓力試驗(yàn)機(jī)和聲波測(cè)試探頭發(fā)射端，試驗(yàn)過程中采集聲波測(cè)試探頭接收端接收到的聲波信號(hào)；當(dāng)待測(cè)試巖石發(fā)生破壞后，同時(shí)停止壓力試驗(yàn)機(jī)和聲波測(cè)試探頭發(fā)射端，試驗(yàn)結(jié)束。其能夠模擬在流場(chǎng)環(huán)境下的巖石聲波測(cè)試，得到的試驗(yàn)測(cè)試參數(shù)更加真實(shí)、可靠，從而為油氣藏鉆探提供更加可靠的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。
【專利說明】
基于流體環(huán)境的巖石聲波測(cè)試模擬試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及油氣藏鉆探技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于流體環(huán)境的巖石聲波測(cè)試模擬試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在深部復(fù)雜地層油氣藏鉆井過程中，由于難以對(duì)深井剖面鉆遇的巖層進(jìn)行全尺寸取芯測(cè)試其巖石力學(xué)性能，僅能夠依據(jù)聲波測(cè)井的方式獲取地層的力學(xué)參數(shù)解釋信息，聲波測(cè)井得到的數(shù)據(jù)的有效性有待驗(yàn)證，而聲波測(cè)井環(huán)境對(duì)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性有重要的意義。
[0003]因此，在室內(nèi)進(jìn)行聲波試驗(yàn)的過程中，如何有效地模擬出深部鉆井的實(shí)際工況，將直接影響到由試驗(yàn)測(cè)試得到的聲學(xué)參數(shù)的可信度，從而影響對(duì)巖石力學(xué)參數(shù)的求取，也會(huì)影響依據(jù)這些參數(shù)進(jìn)行的井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與后續(xù)施工。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]有鑒于此，本發(fā)明提供一種基于流體環(huán)境的巖石聲波測(cè)試模擬試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)方法，其能夠模擬在流場(chǎng)環(huán)境下的巖石聲波測(cè)試，得到的試驗(yàn)測(cè)試參數(shù)更加真實(shí)、可靠，從而為油氣藏鉆探提供更加可靠的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。從而更加適于實(shí)用。
[0005]為了達(dá)到上述第一個(gè)目的，本發(fā)明提供的基于流體環(huán)境的巖石聲波測(cè)試模擬試驗(yàn)裝置的技術(shù)方案如下:
[0006]本發(fā)明提供的基于流體環(huán)境的巖石聲波測(cè)試模擬試驗(yàn)裝置包括上壓頭、下壓頭、聲波探頭發(fā)射端、聲波探頭接收端、容器、流體入口管、流體出口管、循環(huán)栗，
[0007]所述下壓頭固定連接于所述容器的底面，待測(cè)試巖石承載于所述下壓頭的上表面，所述上壓頭設(shè)置于所述待測(cè)試巖石的上表面，使得所述待測(cè)試巖石處于所述上壓頭和下壓頭之間，壓力試驗(yàn)機(jī)從所述上壓頭上表面向所述待測(cè)試巖石加載壓力；
[0008]所述聲波探頭發(fā)射端用于發(fā)射聲波信號(hào)，所述聲波探頭接收端用于接收來自所述聲波探頭發(fā)射端的聲波信號(hào)，所述聲波信號(hào)穿過所述待測(cè)試巖石；
[0009]所述容器上設(shè)有流體入口、流體出口 ；
[0010]所述流體入口管一端連接于所述循環(huán)栗的出口端，所述流體入口管的另一端固定連接于所述流體入口，
[0011]所述流體出口管一端連接于所述循環(huán)栗的入口端，所述流體出口管的另一端固定連接于所述流體出口。
[0012]本發(fā)明提供的基于流體環(huán)境的巖石聲波測(cè)試模擬試驗(yàn)裝置還可采用以下技術(shù)措施進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)。
[0013]作為優(yōu)選，所述聲波探頭發(fā)射端和聲波探頭接收端處于同一水平線上，且所述聲波探頭發(fā)射端與所述聲波探頭接收端之間的夾角為180°。
[0014]作為優(yōu)選，所述試驗(yàn)裝置還包括第一固定支架、第二固定支架，
[0015]所述第一固定支架的一端固定，所述第一固定支架的另一端銜住所述聲波探頭發(fā)射端；
[0016]所述第二固定支架的一端固定，所述第二固定支架的另一端銜住所述聲波探頭接收端。
[0017]作為優(yōu)選，
[0018]所述第一固定支架包括第一固定柱、第一固定螺柱和第一鎖緊螺母，所述第一固定柱的一端固定連接于所述容器的底面;所述第一固定螺柱的一端通過所述第一鎖緊螺母固定于所述第一固定柱的另一端，所述第一固定螺柱的另一端抵頂于所述聲波探頭發(fā)射端，使得所述聲波探頭發(fā)射端與所述待測(cè)試巖石的側(cè)壁貼合；
[0019]所述第二固定支架包括第二固定柱、第二固定螺柱和第二鎖緊螺母，所述第二固定柱的一端固定連接于所述容器的底面;所述第二固定螺柱的一端通過所述第二鎖緊螺母固定于所述第二固定柱的另一端，所述第二固定螺柱的另一端抵頂于所述聲波探頭接收端，使得所述聲波探頭接收端與所述待測(cè)試巖石的側(cè)壁貼合。
[0020]作為優(yōu)選，所述試驗(yàn)裝置還包括第一阻尼件、第二阻尼件，所述第一阻尼件設(shè)置于所述聲波探頭發(fā)射端與所述待測(cè)試巖石之間，所述第二阻尼件設(shè)置于所述聲波探頭接收端與所述待測(cè)試巖石之間。
[0021]作為優(yōu)選，
[0022]所述聲波探頭發(fā)射端在與所述第一固定螺柱接觸的末端設(shè)有第一柱窩，所述第一柱窩的尺寸與所述第一固定螺柱的尺寸完全對(duì)應(yīng)；
[0023]所述聲波探頭接收端在與所述第二固定螺柱接觸的末端設(shè)有第二柱窩，所述第二柱窩的尺寸與所述第二固定螺柱的尺寸完全對(duì)應(yīng)。
[0024]作為優(yōu)選，所述下壓頭與所述容器底面之間設(shè)有一卡扣結(jié)構(gòu)，所述下壓頭通過所述卡扣結(jié)構(gòu)固定連接于所述容器的底面。
[0025]作為優(yōu)選，
[0026]所述容器底面上設(shè)有一凹槽，所述下壓頭底部設(shè)有一凸起，或者，
[0027]所述容器底面上設(shè)有一凸起，所述下壓頭底部設(shè)有一凹槽，
[0028]所述凹槽與所述凸起構(gòu)成所述卡扣結(jié)構(gòu)。
[0029]作為優(yōu)選，所述凹槽與所述凸起的尺寸完全對(duì)應(yīng)，使得所述下壓頭與所述容器底面之間緊配合。
[0030]作為優(yōu)選，所述試驗(yàn)裝置還包括第三阻尼件，所述凹槽與所述凸起之間具有間隙，所述第三阻尼件設(shè)置于所述間隙中，所述第三阻尼件充滿所述間隙。
[0031]作為優(yōu)選，所述第三阻尼件由柔性材質(zhì)制成。
[0032]作為優(yōu)選，在所述容器的側(cè)壁底部設(shè)有泄流孔和泄流閥，當(dāng)所述泄流閥處于開啟狀態(tài)時(shí)，所述容器內(nèi)部通過所述泄流孔與外界連通；當(dāng)所述泄流閥處于關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，所述泄流孔被所述泄流閥封堵住。
[0033]作為優(yōu)選，所述泄流閥為一橡皮塞。
[0034]作為優(yōu)選，所述試驗(yàn)裝置還包括濾網(wǎng)，待測(cè)試巖石的直徑<濾網(wǎng)的直徑<容器的直徑，100目《濾網(wǎng)的目數(shù)< 200目。
[0035]作為優(yōu)選，所述容器的底面上預(yù)制有一環(huán)形凹槽，所述環(huán)形凹槽用于所述濾網(wǎng)的裝設(shè)，所述環(huán)形凹槽的徑向厚度與所述濾網(wǎng)的壁厚完全對(duì)應(yīng)。
[0036]作為優(yōu)選，實(shí)驗(yàn)過程中，處于所述容器中的流體液面高于所述待測(cè)試巖石的上表面，而低于所述容器的頂端面。
[0037]作為優(yōu)選，所述試驗(yàn)裝置還包括控制終端，所述控制終端包括聲波信號(hào)采集模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)據(jù)分析模塊、壓力試驗(yàn)機(jī)控制電路，
[0038]所述聲波信號(hào)采集模塊用于采集來自聲波探頭接收端的聲波信號(hào)并發(fā)送給所述A/D轉(zhuǎn)換模塊，
[0039]所述A/D轉(zhuǎn)換模塊用于將所述聲波信號(hào)采集模塊采集到的聲波信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)并發(fā)送給所述數(shù)據(jù)分析模塊；
[0040]所述數(shù)據(jù)分析模塊用于對(duì)所述數(shù)字信號(hào)進(jìn)行分析，當(dāng)所述數(shù)字信號(hào)發(fā)生突變時(shí)，觸發(fā)所述壓力試驗(yàn)機(jī)控制電路，使得所述壓力試驗(yàn)機(jī)控制電路失電，壓力試驗(yàn)機(jī)停止。
[0041]作為優(yōu)選，所述控制終端還包括示波器，所述示波器用于顯示所述數(shù)字信號(hào)的波形圖。
[0042]作為優(yōu)選，所述控制終端還包括遙控器，所述遙控器用于控制所述壓力試驗(yàn)機(jī)的開啟或者關(guān)閉。
[0043]作為優(yōu)選，所述控制終端選自單片機(jī)、PLC或者加載在終端設(shè)備上的APP。
[0044]作為優(yōu)選，所述容器上設(shè)有透視窗口。
[0045]作為優(yōu)選，所述透視窗口的材質(zhì)選自有機(jī)玻璃或者透明塑料。
[0046]作為優(yōu)選，所述容器、上壓頭、下壓頭、聲波探頭發(fā)射端的外殼、聲波探頭接收端的外殼由不銹鋼材質(zhì)制成。
[0047]作為優(yōu)選，所述濾網(wǎng)由不銹鋼材質(zhì)制成。
[0048]作為優(yōu)選，所述循環(huán)栗為MP型塑料磁力循環(huán)栗。
[0049]為了達(dá)到上述第二個(gè)目的，本發(fā)明提供的基于流體環(huán)境的巖石聲波測(cè)試模擬試驗(yàn)方法的技術(shù)方案如下:
[0050]本發(fā)明提供的基于流體環(huán)境的巖石聲波測(cè)試模擬試驗(yàn)方法基于本發(fā)明提供的巖石聲波測(cè)試模擬試驗(yàn)裝置而實(shí)現(xiàn)，所述試驗(yàn)方法包括以下步驟:
[0051 ]在所述流體入口、流體出口均暢通的條件下，向所述容器內(nèi)充入流體，使得所述流體的液面高于所述待測(cè)試巖石的上表面；
[0052]啟動(dòng)所述循環(huán)栗，使得所述流體在所述容器內(nèi)部形成穩(wěn)定的流場(chǎng)；
[0053]同時(shí)開啟所述壓力試驗(yàn)機(jī)和聲波測(cè)試探頭發(fā)射端，試驗(yàn)過程中采集所述聲波測(cè)試探頭接收端接收到的聲波信號(hào)；
[0054]當(dāng)所述待測(cè)試巖石發(fā)生破壞后，同時(shí)停止所述壓力試驗(yàn)機(jī)和聲波測(cè)試探頭發(fā)射端，試驗(yàn)結(jié)束。
[0055]本發(fā)明提供的基于流體環(huán)境的巖石聲波測(cè)試模擬試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)方法能夠模擬在流場(chǎng)環(huán)境下的巖石聲波測(cè)試，得到的試驗(yàn)測(cè)試參數(shù)更加真實(shí)、可靠，從而為油氣藏鉆探提供更加可靠的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。
【附圖說明】
[0056]通過閱讀下文優(yōu)選實(shí)施方式的詳細(xì)描述，各種其他的優(yōu)點(diǎn)和益處對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將變得清楚明了。附圖僅用于示出優(yōu)選實(shí)施方式的目的，而并不認(rèn)為是對(duì)本發(fā)明的限制。而且在整個(gè)附圖中，用相同的參考符號(hào)表示相同的部件。在附圖中:
[0057]圖1為本發(fā)明實(shí)施例一提供的基于流體環(huán)境的巖石聲波測(cè)試模擬試驗(yàn)裝置一個(gè)典型不意圖；
[0058]圖2為本發(fā)明實(shí)施例一提供的基于流體環(huán)境的巖石聲波測(cè)試模擬試驗(yàn)裝置的俯視圖(其中，上壓頭、下壓頭、待測(cè)試巖石未示出)；
[0059]圖3為本發(fā)明實(shí)施例二提供的基于流體環(huán)境的巖石聲波測(cè)試模擬試驗(yàn)裝置一個(gè)典型不意圖；
[0060]圖4為本發(fā)明實(shí)施例三提供的基于流體環(huán)境的巖石聲波測(cè)試模擬試驗(yàn)方法的步驟流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0061]本發(fā)明為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提供一種基于流體環(huán)境的巖石聲波測(cè)試模擬試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)方法，其能夠模擬在流場(chǎng)環(huán)境下的巖石聲波測(cè)試，得到的試驗(yàn)測(cè)試參數(shù)更加真實(shí)、可靠，從而為油氣藏鉆探提供更加可靠的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。從而更加適于實(shí)用。
[0062]深部井筒內(nèi)存在的泥漿類型及流場(chǎng)流動(dòng)性環(huán)境是直接影響聲波測(cè)井效果的主要因素，由試驗(yàn)測(cè)得泥漿及流場(chǎng)作用下的巖石力學(xué)強(qiáng)度與聲波相應(yīng)特征顯得尤為重要。但是，目前測(cè)試室內(nèi)巖石力學(xué)與聲波響應(yīng)特征的測(cè)試多是在空氣中進(jìn)行的，并未考慮在物理流場(chǎng)及流固耦合作用下巖石的力學(xué)性質(zhì)。目前尚未見文獻(xiàn)報(bào)道能夠開展在模擬泥漿浸泡及流場(chǎng)循環(huán)作用下的巖石聲波測(cè)試模擬試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)方法。
[0063]為更進(jìn)一步闡述本發(fā)明為達(dá)成預(yù)定發(fā)明目的所采取的技術(shù)手段及功效，以下結(jié)合附圖及較佳實(shí)施例，對(duì)依據(jù)本發(fā)明提出的基于流體環(huán)境的巖石聲波測(cè)試模擬實(shí)驗(yàn)裝置及試驗(yàn)方法，其【具體實(shí)施方式】、結(jié)構(gòu)、特征及其功效，詳細(xì)說明如后。在下述說明中，不同的“一實(shí)施例”或“實(shí)施例”指的不一定是同一實(shí)施例。此外，一或多個(gè)實(shí)施例中的特定特征、結(jié)構(gòu)、或特點(diǎn)可由任何合適形式組合。
[0064]本文中術(shù)語(yǔ)“和/或”，僅僅是一種描述關(guān)聯(lián)對(duì)象的關(guān)聯(lián)關(guān)系，表示可以存在三種關(guān)系，例如，A和/SB，具體的理解為:可以同時(shí)包含有A與B，可以單獨(dú)存在A，也可以單獨(dú)存在B，能夠具備上述三種任一種情況。
[0065]實(shí)施例一
[0066]參見附圖1和附圖2，本發(fā)明實(shí)施例一提供的基于流體環(huán)境的巖石聲波測(cè)試模擬試驗(yàn)裝置包括上壓頭1、下壓頭6、聲波探頭發(fā)射端3a、聲波探頭接收端3b、容器13、流體入口管14a、流體出口管14b、循環(huán)栗12。下壓頭6固定連接于容器13的底面，待測(cè)試巖石2承載于下壓頭6的上表面，上壓頭6設(shè)置于待測(cè)試巖石2的上表面，使得待測(cè)試巖石2處于上壓頭I和下壓頭6之間，壓力試驗(yàn)機(jī)(圖中未示出)從上壓頭I上表面向待測(cè)試巖石2加載壓力;聲波探頭發(fā)射端3a用于發(fā)射聲波信號(hào)，聲波探頭接收端3b用于接收來自聲波探頭發(fā)射端3a的聲波信號(hào)，聲波信號(hào)穿過待測(cè)試巖石2;容器13上設(shè)有流體入口 10a、流體出口 1b;流體入口管14a一端連接于循環(huán)栗12的出口端15a，流體入口管14a的另一端固定連接于流體入口 10a，流體出口管14a—端連接于循環(huán)栗12的入口端15b，流體出口管14b的另一端固定連接于流體出PlOb0
[0067]本發(fā)明實(shí)施例一提供的基于流體環(huán)境的巖石聲波測(cè)試模擬試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)方法能夠模擬在流場(chǎng)環(huán)境下的巖石聲波測(cè)試，得到的試驗(yàn)測(cè)試參數(shù)更加真實(shí)、可靠，從而為油氣藏鉆探提供更加可靠的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。
[0068]其中，聲波探頭發(fā)射端3a和聲波探頭接收端3b處于同一水平線上，且聲波探頭發(fā)射端3a與聲波探頭接收端3b之間的夾角為180°。從而保證聲波探頭接收端3b的接收效果更佳。
[0069]其中，試驗(yàn)裝置還包括第一固定支架18a、第二固定支架18b。第一固定支架18a的一端固定，第一固定支架18a的另一端銜住聲波探頭發(fā)射端3a;第二固定支架18b的一端固定，第二固定支架18b的另一端銜住聲波探頭接收端3b。
[0070]其中，第一固定支架18a包括第一固定柱7a、第一固定螺柱4a和第一鎖緊螺母5a，第一固定柱7a的一端固定連接于容器13的底面;第一固定螺柱4a的一端通過第一鎖緊螺母5a固定于第一固定柱7a的另一端，第一固定螺柱4a的另一端抵頂于聲波探頭發(fā)射端3a，使得聲波探頭發(fā)射端3a與待測(cè)試巖石2的側(cè)壁貼合。第二固定支架18b包括第二固定柱7b、第二固定螺柱4b和第二鎖緊螺母5b，第二固定柱7b的一端固定連接于容器13的底面;第二固定螺柱4b的一端通過第二鎖緊螺母5b固定于第二固定柱7b的另一端，第二固定螺柱4b的另一端抵頂于聲波探頭接收端3b，使得聲波探頭接收端3b與待測(cè)試巖石2的側(cè)壁貼合。
[0071]其中，試驗(yàn)裝置還包括第一阻尼件19a、第二阻尼件19b，第一阻尼件19a設(shè)置于聲波探頭發(fā)射端3a與待測(cè)試巖石2之間，第二阻尼件19b設(shè)置于聲波探頭接收端3b與待測(cè)試巖石2之間。
[0072]其中，聲波探頭發(fā)射端3a在與第一固定螺柱4a接觸的末端設(shè)有第一柱窩(圖中未示出)，第一柱窩(圖中未示出)的尺寸與第一固定螺柱4a的尺寸完全對(duì)應(yīng)。聲波探頭接收端3b在與第二固定螺柱4b接觸的末端設(shè)有第二柱窩(圖中未示出)，第二柱窩(圖中未示出)的尺寸與第二固定螺柱4b的尺寸完全對(duì)應(yīng)。
[0073]其中，下壓頭6與容器13底面之間設(shè)有一卡扣結(jié)構(gòu)8，下壓頭6通過卡扣結(jié)構(gòu)8固定連接于容器13的底面。從而保證下壓頭6與容器13底面之間的位置相對(duì)固定。
[0074]其中，容器13底面上設(shè)有一凹槽，下壓頭6底部設(shè)有一凸起，或者，容器13底面上設(shè)有一凸起，下壓頭6底部設(shè)有一凹槽，凹槽與凸起構(gòu)成卡扣結(jié)構(gòu)。
[0075]其中，凹槽與凸起的尺寸完全對(duì)應(yīng)，使得下壓頭6與容器13底面之間緊配合。
[0076]其中，試驗(yàn)裝置還包括第三阻尼件(圖中未示出)，凹槽與凸起之間具有間隙，第三阻尼件(圖中未示出)設(shè)置于間隙中，第三阻尼件(圖中未示出)充滿間隙。從而保證下壓頭6與容器13之間的配合更加穩(wěn)定。
[0077]其中，第三阻尼件(圖中未示出)由柔性材質(zhì)制成。在這種情況下，下壓頭6與容器13在進(jìn)行裝配的過程中操作更加方便，以避免第三阻尼件(圖中未示出)在下壓頭6與容器13之間裝配過程中造成干涉。
[0078]其中，在容器13的側(cè)壁底部設(shè)有泄流孔11和泄流閥(圖中未示出)，當(dāng)泄流閥(圖中未示出)處于開啟狀態(tài)時(shí)，容器13內(nèi)部通過泄流孔11與外界連通；當(dāng)泄流閥(圖中未示出)處于關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，泄流孔11被泄流閥(圖中未示出)封堵住。
[0079]其中，泄流閥(圖中未示出)為一橡皮塞。
[0080]其中，試驗(yàn)裝置還包括濾網(wǎng)9，待測(cè)試巖石2的直徑< 濾網(wǎng)9的直徑 < 容器13的直徑，100目 < 濾網(wǎng)9的目數(shù)< 200目。其能夠避免破碎的待測(cè)試巖石2碎塊從第二容置空間17進(jìn)入第一容置空間16，進(jìn)而通過流體出口管14b進(jìn)入循環(huán)栗12，堵塞循環(huán)栗12。如果目數(shù)過大，則流體也會(huì)被該濾網(wǎng)9阻擋住;如果目數(shù)過小，則破碎后的待測(cè)巖石2依然會(huì)通過濾網(wǎng)9，進(jìn)而通過流體出口管14b進(jìn)入循環(huán)栗12，堵塞循環(huán)栗12。
[0081]其中，容器13的底面上預(yù)制有一環(huán)形凹槽(圖中未示出)，環(huán)形凹槽(圖中未示出)用于濾網(wǎng)9的裝設(shè)，環(huán)形凹槽(圖中未示出)的徑向厚度與濾網(wǎng)的壁厚完全對(duì)應(yīng)。從而避免濾網(wǎng)9在環(huán)形凹槽(圖中未示出)發(fā)生晃動(dòng)。
[0082]其中，實(shí)驗(yàn)過程中，處于容器13中的流體液面高于待測(cè)試巖石2的上表面，而低于容器13的頂端面。從而既能保證待測(cè)試巖石2整體處于流體環(huán)境中，又避免流體從容器13內(nèi)飛濺出來，污染操作臺(tái)和實(shí)驗(yàn)室。
[0083]其中，容器13上設(shè)有透視窗口(圖中未示出)。從而便于對(duì)容器13內(nèi)的流體循環(huán)過程進(jìn)行觀察。
[0084]其中，透視窗口(圖中未示出)的材質(zhì)選自有機(jī)玻璃或者透明塑料。
[0085]其中，容器13、上壓頭1、下壓頭6、聲波探頭發(fā)射端3a的外殼、聲波探頭接收端3b的外殼由不銹鋼材質(zhì)制成。從而避免被流體腐蝕。
[0086]其中，濾網(wǎng)9由不銹鋼材質(zhì)制成。從而避免被流體腐蝕。
[0087]其中，循環(huán)栗為MP型塑料磁力循環(huán)栗。磁力驅(qū)動(dòng)循環(huán)栗運(yùn)轉(zhuǎn)是在連軸上和葉輪上分別裝配有磁性材料而互相吸引藕合，主動(dòng)磁鐵固定在電動(dòng)機(jī)上，從動(dòng)磁鐵固定在葉輪上，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)通過磁力帶動(dòng)葉片旋轉(zhuǎn)”磁力驅(qū)動(dòng)循環(huán)栗采用無軸封設(shè)計(jì)，無需配以傳統(tǒng)機(jī)械軸承，因而是完全密封的，避免了液體泄漏引起的栗體的腐蝕。
[0088]實(shí)施例二
[0089]參見附圖3，與本發(fā)明實(shí)施例一提供的基于流體環(huán)境的巖石聲波測(cè)試模擬試驗(yàn)裝置不同，在本發(fā)明實(shí)施例二提供的基于流體環(huán)境的巖石聲波測(cè)試模擬試驗(yàn)裝置中，試驗(yàn)裝置還包括控制終端，控制終端包括聲波信號(hào)采集模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)據(jù)分析模塊、壓力試驗(yàn)機(jī)控制電路。聲波信號(hào)采集模塊用于采集來自聲波探頭接收端的聲波信號(hào)并發(fā)送給A/D轉(zhuǎn)換模塊，A/D轉(zhuǎn)換模塊用于將聲波信號(hào)采集模塊采集到的聲波信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)并發(fā)送給數(shù)據(jù)分析模塊;數(shù)據(jù)分析模塊用于對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行分析，當(dāng)數(shù)字信號(hào)發(fā)生突變時(shí)，觸發(fā)壓力試驗(yàn)機(jī)控制電路，使得壓力試驗(yàn)機(jī)控制電路失電，壓力試驗(yàn)機(jī)停止。從而實(shí)現(xiàn)對(duì)壓力試驗(yàn)機(jī)的自動(dòng)控制。
[0090]其中，控制終端還包括示波器，示波器用于顯示數(shù)字信號(hào)的波形圖。在這種情況下，可以通過示波器觀察數(shù)字信號(hào)的變化，更好地反應(yīng)數(shù)據(jù)結(jié)果，當(dāng)數(shù)據(jù)分析模塊的觸發(fā)功能發(fā)生故障時(shí)，可以人為地停止壓力試驗(yàn)機(jī)。
[0091]其中，控制終端還包括遙控器(圖中未示出)，遙控器用于控制壓力試驗(yàn)機(jī)的開啟或者關(guān)閉。從而可以遠(yuǎn)距離操作壓力試驗(yàn)機(jī)。
[0092]其中，控制終端選自單片機(jī)、PLC或者加載在終端設(shè)備上的APP。
[0093]實(shí)施例三
[0094]參見附圖4，本發(fā)明實(shí)施例三提供的基于流體環(huán)境的巖石聲波測(cè)試模擬試驗(yàn)方法基于本發(fā)明提供的巖石聲波測(cè)試模擬試驗(yàn)裝置而實(shí)現(xiàn)，試驗(yàn)方法包括以下步驟:
[0095]步驟1:在流體入口、流體出口均暢通的條件下，向容器內(nèi)充入流體，使得流體的液面高于待測(cè)試巖石的上表面；
[0096]步驟2:啟動(dòng)循環(huán)栗，使得流體在容器內(nèi)部形成穩(wěn)定的流場(chǎng)；
[0097]步驟3:同時(shí)開啟壓力試驗(yàn)機(jī)和聲波測(cè)試探頭發(fā)射端，試驗(yàn)過程中采集聲波測(cè)試探頭接收端接收到的聲波信號(hào)；
[0098]步驟4:當(dāng)待測(cè)試巖石發(fā)生破壞后，同時(shí)停止壓力試驗(yàn)機(jī)和聲波測(cè)試探頭發(fā)射端，試驗(yàn)結(jié)束。
[0099]本發(fā)明實(shí)施例三提供的基于流體環(huán)境的巖石聲波測(cè)試模擬試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)方法能夠模擬在流場(chǎng)環(huán)境下的巖石聲波測(cè)試，得到的試驗(yàn)測(cè)試參數(shù)更加真實(shí)、可靠，從而為油氣藏鉆探提供更加可靠的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。
[0100]實(shí)施例四
[0101]容器13由不銹鋼框架底板和圓柱形立板組成，用于盛放鉆井泥漿。不銹鋼框架由不銹鋼板焊接而成，容器13的不銹鋼框架加工完成后，在不銹鋼底板中心位置加工一個(gè)定位孔，用于下壓頭6定位。同時(shí)在不銹鋼底板內(nèi)部放置圓柱形濾網(wǎng)9，用于防止樣品加載破裂后產(chǎn)生的碎肩進(jìn)入到循環(huán)泥漿中，損壞循環(huán)栗12，同時(shí)在不銹鋼底板靠近中心位置對(duì)稱焊用于固定聲波測(cè)試探頭的固定架7a、7b，在探頭架上一定高度預(yù)制螺栓孔(圖中未示出)，通過螺栓4a、4b與螺母5a、5b將聲波探頭3a、3b與測(cè)試樣品2緊密接觸，保證測(cè)試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。
[0102]容器13底部的泄流孔11用螺栓塞加橡皮墊密封，打開泄流孔11可以將13中的泥漿放出。容器13內(nèi)的泥漿通過循環(huán)栗12由透明塑料軟管14a栗入，在容器13內(nèi)形成穩(wěn)定的流場(chǎng)。
[0?O3]聲波測(cè)試探頭3a、3b對(duì)稱放置在試樣的對(duì)稱面，由固定支架7a、7b上的螺栓4a、4b和螺母5a、5b進(jìn)行固定;試樣下壓頭6與容器底板的定位孔對(duì)中放置，將測(cè)試樣品2放置到下壓頭6上，然后將上壓頭I放置在測(cè)試樣品2上，并保證三者位于同一中心線上，調(diào)整上壓頭I球座，將壓力試驗(yàn)機(jī)的荷載傳遞到試樣上，它可以減小由于試樣端面的加工誤差給實(shí)驗(yàn)結(jié)果帶來的影響，切可以保證應(yīng)力加載時(shí)不發(fā)生偏心失穩(wěn)破壞。
[0104]—個(gè)具體的試驗(yàn)操作過程如下:
[0105]將容器13放在壓力試驗(yàn)機(jī)的加載平臺(tái)上，同時(shí)將循環(huán)栗12放在壓力試樣機(jī)旁的水平操作臺(tái)上，保證容器13與循環(huán)栗12、透明塑料軟管14a三者距離在便于操作的范圍內(nèi)。將下壓頭6與定位孔對(duì)中，將測(cè)試樣品2放置到下壓頭6上，在測(cè)試樣品2上放置上壓頭I，保證三者位于同一中心線。啟動(dòng)壓力試驗(yàn)機(jī)，通過上壓頭I給試樣一定的預(yù)加應(yīng)力；通過調(diào)節(jié)固定支架7a、7b上的螺母5a、5b，將聲波探頭3a、3b按照測(cè)試樣品側(cè)面標(biāo)記進(jìn)行固定，啟動(dòng)聲波測(cè)試系統(tǒng)，檢測(cè)聲波探頭的測(cè)試效果，達(dá)到開展測(cè)試的需要。
[0106]關(guān)閉容器底部的泄流孔11，在容器13內(nèi)倒入泥漿，泥漿的液面高度以漫過測(cè)試樣品的上斷面為好，不宜過高，防止試驗(yàn)過程中泥漿循壞時(shí)發(fā)生濺出，污染試驗(yàn)機(jī)及操作平臺(tái)。泥漿通過透明塑料軟管灌入到循環(huán)栗12中，完成循環(huán)栗12充液的操作。開啟循環(huán)栗12，按照設(shè)定的流速進(jìn)行循壞，形成穩(wěn)定的流場(chǎng)環(huán)境，模擬鉆井過程中的實(shí)際工況。重新開啟壓力試驗(yàn)機(jī)，同時(shí)啟動(dòng)聲波測(cè)試系統(tǒng)，進(jìn)行軸向加載，壓力機(jī)的壓力通過上壓頭I傳遞給測(cè)試樣品2，由聲波探頭3a、3b實(shí)時(shí)測(cè)量軸向加載過程中的聲波參數(shù)變化特征，直到試樣發(fā)生破壞，試驗(yàn)過程即為結(jié)束，停止壓力試驗(yàn)機(jī)，聲波測(cè)試系統(tǒng)，停止循環(huán)栗12，取出測(cè)試樣品2，裝入新試樣開始下一個(gè)試驗(yàn)。
[0107]如不需要模擬動(dòng)態(tài)泥漿流場(chǎng)時(shí)，可以直接關(guān)閉循壞栗12，進(jìn)行靜態(tài)泥漿浸泡條件下的巖石力學(xué)與聲波測(cè)試。
[0108]當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間不需要進(jìn)行類似的試驗(yàn)操作時(shí)，可以打開泄流孔11的螺栓塞，將容器13中的泥漿放出，并用清水清理容器13的巖石沉渣等。
[0109]盡管已描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，但本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員一旦得知了基本創(chuàng)造性概念，則可對(duì)這些實(shí)施例作出另外的變更和修改。所以，所附權(quán)利要求意欲解釋為包括優(yōu)選實(shí)施例以及落入本發(fā)明范圍的所有變更和修改。
[0110]顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于流體環(huán)境的巖石聲波測(cè)試模擬試驗(yàn)裝置，其特征在于，包括上壓頭、下壓頭、聲波探頭發(fā)射端、聲波探頭接收端、容器、流體入口管、流體出口管、循環(huán)栗， 所述下壓頭固定連接于所述容器的底面，待測(cè)試巖石承載于所述下壓頭的上表面，所述上壓頭設(shè)置于所述待測(cè)試巖石的上表面，使得所述待測(cè)試巖石處于所述上壓頭和下壓頭之間，壓力試驗(yàn)機(jī)從所述上壓頭上表面向所述待測(cè)試巖石加載壓力； 所述聲波探頭發(fā)射端用于發(fā)射聲波信號(hào)，所述聲波探頭接收端用于接收來自所述聲波探頭發(fā)射端的聲波信號(hào)，所述聲波信號(hào)穿過所述待測(cè)試巖石； 所述容器上設(shè)有流體入口、流體出口 ； 所述流體入口管一端連接于所述循環(huán)栗的出口端，所述流體入口管的另一端固定連接于所述流體入口， 所述流體出口管一端連接于所述循環(huán)栗的入口端，所述流體出口管的另一端固定連接于所述流體出口； 作為優(yōu)選，所述聲波探頭發(fā)射端和聲波探頭接收端處于同一水平線上，且所述聲波探頭發(fā)射端與所述聲波探頭接收端之間的夾角為180°。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于流體環(huán)境的巖石聲波測(cè)試模擬試驗(yàn)裝置，其特征在于，還包括第一固定支架、第二固定支架， 所述第一固定支架的一端固定，所述第一固定支架的另一端銜住所述聲波探頭發(fā)射端； 所述第二固定支架的一端固定，所述第二固定支架的另一端銜住所述聲波探頭接收端； 作為優(yōu)選， 所述第一固定支架包括第一固定柱、第一固定螺柱和第一鎖緊螺母，所述第一固定柱的一端固定連接于所述容器的底面;所述第一固定螺柱的一端通過所述第一鎖緊螺母固定于所述第一固定柱的另一端，所述第一固定螺柱的另一端抵頂于所述聲波探頭發(fā)射端，使得所述聲波探頭發(fā)射端與所述待測(cè)試巖石的側(cè)壁貼合； 所述第二固定支架包括第二固定柱、第二固定螺柱和第二鎖緊螺母，所述第二固定柱的一端固定連接于所述容器的底面;所述第二固定螺柱的一端通過所述第二鎖緊螺母固定于所述第二固定柱的另一端，所述第二固定螺柱的另一端抵頂于所述聲波探頭接收端，使得所述聲波探頭接收端與所述待測(cè)試巖石的側(cè)壁貼合； 作為優(yōu)選，所述基于流體環(huán)境的巖石聲波測(cè)試模擬實(shí)驗(yàn)裝置還包括第一阻尼件、第二阻尼件，所述第一阻尼件設(shè)置于所述聲波探頭發(fā)射端與所述待測(cè)試巖石之間，所述第二阻尼件設(shè)置于所述聲波探頭接收端與所述待測(cè)試巖石之間； 作為優(yōu)選， 所述聲波探頭發(fā)射端在與所述第一固定螺柱接觸的末端設(shè)有第一柱窩，所述第一柱窩的尺寸與所述第一固定螺柱的尺寸完全對(duì)應(yīng)； 所述聲波探頭接收端在與所述第二固定螺柱接觸的末端設(shè)有第二柱窩，所述第二柱窩的尺寸與所述第二固定螺柱的尺寸完全對(duì)應(yīng)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于流體環(huán)境的巖石聲波測(cè)試模擬試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述下壓頭與所述容器底面之間設(shè)有一卡扣結(jié)構(gòu)，所述下壓頭通過所述卡扣結(jié)構(gòu)固定連接于所述容器的底面； 作為優(yōu)選， 所述容器底面上設(shè)有一凹槽，所述下壓頭底部設(shè)有一凸起，或者， 所述容器底面上設(shè)有一凸起，所述下壓頭底部設(shè)有一凹槽， 所述凹槽與所述凸起構(gòu)成所述卡扣結(jié)構(gòu)； 作為優(yōu)選，所述凹槽與所述凸起的尺寸完全對(duì)應(yīng)，使得所述下壓頭與所述容器底面之間緊配合； 作為優(yōu)選，所述基于流體環(huán)境的巖石聲波測(cè)試模擬實(shí)驗(yàn)裝置還包括第三阻尼件，所述凹槽與所述凸起之間具有間隙，所述第三阻尼件設(shè)置于所述間隙中，所述第三阻尼件充滿所述間隙； 作為優(yōu)選，所述阻尼件由柔性材質(zhì)制成。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于流體環(huán)境的巖石聲波測(cè)試模擬試驗(yàn)裝置，其特征在于，在所述容器的側(cè)壁底部設(shè)有泄流孔和泄流閥，當(dāng)所述泄流閥處于開啟狀態(tài)時(shí)，所述容器內(nèi)部通過所述泄流孔與外界連通；當(dāng)所述泄流閥處于關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，所述泄流孔被所述泄流閥封堵住； 作為優(yōu)選，所述泄流閥為一橡皮塞。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于流體環(huán)境的巖石聲波測(cè)試模擬試驗(yàn)裝置，其特征在于，還包括濾網(wǎng)，待測(cè)試巖石的直徑<濾網(wǎng)的直徑<容器的直徑，100目。濾網(wǎng)的目數(shù)< 200目； 作為優(yōu)選，所述容器的底面上預(yù)制有一環(huán)形凹槽，所述環(huán)形凹槽用于所述濾網(wǎng)的裝設(shè)，所述環(huán)形凹槽的徑向厚度與所述濾網(wǎng)的壁厚完全對(duì)應(yīng)。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于流體環(huán)境的巖石聲波測(cè)試模擬試驗(yàn)裝置，其特征在于，實(shí)驗(yàn)過程中，處于所述容器中的流體液面高于所述待測(cè)試巖石的上表面，而低于所述容器的頂端面。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于流體環(huán)境的巖石聲波測(cè)試模擬試驗(yàn)裝置，其特征在于，還包括控制終端，所述控制終端包括聲波信號(hào)采集模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)據(jù)分析模塊、壓力試驗(yàn)機(jī)控制電路， 所述聲波信號(hào)采集模塊用于采集來自聲波探頭接收端的聲波信號(hào)并發(fā)送給所述A/D轉(zhuǎn)換模塊， 所述A/D轉(zhuǎn)換模塊用于將所述聲波信號(hào)采集模塊采集到的聲波信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)并發(fā)送給所述數(shù)據(jù)分析模塊； 所述數(shù)據(jù)分析模塊用于對(duì)所述數(shù)字信號(hào)進(jìn)行分析，當(dāng)所述數(shù)字信號(hào)發(fā)生突變時(shí)，觸發(fā)所述壓力試驗(yàn)機(jī)控制電路，使得所述壓力試驗(yàn)機(jī)控制電路失電，壓力試驗(yàn)機(jī)停止； 作為優(yōu)選，所述控制終端還包括示波器，所述示波器用于顯示所述數(shù)字信號(hào)的波形圖；作為優(yōu)選，所述控制終端還包括遙控器，所述遙控器用于控制所述壓力試驗(yàn)機(jī)的開啟或者關(guān)閉； 作為優(yōu)選，所述控制終端選自單片機(jī)、PLC或者加載在終端設(shè)備上的APP。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于流體環(huán)境的巖石聲波測(cè)試模擬試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述容器上設(shè)有透視窗口； 作為優(yōu)選，所述透視窗口的材質(zhì)選自有機(jī)玻璃或者透明塑料； 作為優(yōu)選，所述容器、上壓頭、下壓頭、聲波探頭發(fā)射端的外殼、聲波探頭接收端的外殼由不銹鋼材質(zhì)制成； 作為優(yōu)選，所述濾網(wǎng)由不銹鋼材質(zhì)制成。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于流體環(huán)境的巖石聲波測(cè)試模擬試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述循環(huán)栗為MP型塑料磁力循環(huán)栗。10.—種基于流體環(huán)境的巖石聲波測(cè)試模擬試驗(yàn)方法，其特征在于，基于權(quán)利要求1?9中任一所述的巖石聲波測(cè)試模擬試驗(yàn)裝置而實(shí)現(xiàn)，所述試驗(yàn)方法包括以下步驟: 在所述流體入口、流體出口均暢通的條件下，向所述容器內(nèi)充入流體，使得所述流體的液面高于所述待測(cè)試巖石的上表面； 啟動(dòng)所述循環(huán)栗，使得所述流體在所述容器內(nèi)部形成穩(wěn)定的流場(chǎng)； 同時(shí)開啟所述壓力試驗(yàn)機(jī)和聲波測(cè)試探頭發(fā)射端，試驗(yàn)過程中采集所述聲波測(cè)試探頭接收端接收到的聲波信號(hào)； 當(dāng)所述待測(cè)試巖石發(fā)生破壞后，同時(shí)停止所述壓力試驗(yàn)機(jī)和聲波測(cè)試探頭發(fā)射端，試驗(yàn)結(jié)束。
【文檔編號(hào)】E21B49/00GK105822299SQ201610289110
【公開日】2016年8月3日
【申請(qǐng)日】2016年5月4日
【發(fā)明人】郭印同, 楊春和, 曾義金, 王磊, 徐峰, 汪虎
【申請(qǐng)人】中國(guó)科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所