巖石特性參量測量系統及其使用方法
【專利摘要】本發明提供了一種巖石特性參量測量系統及其使用方法，其中，該系統包括：脈沖激光發射器，用于發出激光照射待測巖石樣品；示波器，通過導線與所述巖石樣品相連，用于接收所述巖石樣品在所述脈沖激光發射器發出的激光的照射下所產生的電信號，并將所述電信號轉換為波形信號進行顯示，其中，所述波形信號用于分析所述巖石樣品的特性參量。本發明實施例操作起來比較簡單，靈敏度高，響應時間快，有助于實現巖石特性的實時檢測。
【專利說明】巖石特性參量測量系統及其使用方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及巖石勘測【技術領域】，特別涉及一種巖石特性參量測量系統及其使用方法。
【背景技術】
[0002]巖石的特性主要包括:結構面各向異性、密度、孔隙度、骨架結構以及裂隙等，傳統的表征巖石特性的方法主要通過測量電阻率、波速比等來反映巖石的密度、各向異性特性、微裂縫程度等，傳統的這些方法較為復雜。
【發明內容】
[0003]本發明實施例提供了一種巖石特性參量測量系統及其使用方法，以達到簡化操作方式，減少對巖石樣品損壞的目的，該系統包括:
[0004]脈沖激光發射器，用于發出激光照射待測巖石樣品；
[0005]示波器，通過導線與所述巖石樣品相連，用于接收所述巖石樣品在所述脈沖激光發射器發出的激光的照射下所產生的電信號，并將所述電信號轉換為波形信號進行顯示，其中，所述波形信號用于分析所述巖石樣品的特性參量。
[0006]在一個實施例中，上述系統還包括:樣品臺，用于放置所述巖石樣品，并用于對所述巖石樣品的位置進行調整。
[0007]在一個實施例中，上述樣品臺包括:樣品架、支架和位移臺，其中，所述支架位于所述位移臺之上，所述支架用于支撐所述樣品架，所述位移臺用于控制所述樣品架帶動所述巖石樣品轉動。
[0008]在一個實施例中，上述系統還包括:直流穩壓源，一端通過所述導線與所述巖石樣品相連，另一端通過所述導線與所述示波器相連，用于為所述巖石樣品提供偏壓。
[0009]在一個實施例中，所述導線在所述巖石樣品上形成的電極是叉指電極。
[0010]在一個實施例中，上述系統還包括光闌，用于調整所述脈沖激光發射器發出的激光信號在所述巖石樣品上的輻射面積。
[0011]本發明實施例還提供了一種上述巖石特性參量測量系統的使用方法，該方法包括:
[0012]將待測巖石樣品置于脈沖激光發射器的光路中心；
[0013]打開所述脈沖激光發射器和示波器；
[0014]記錄所述示波器上顯示的波形信號；
[0015]調整所述巖石樣品的位置，記錄在不同位置時，所述示波器上顯示的波形信號；
[0016]根據獲取的巖石樣品位于不同位置的波形信號，分析所述巖石樣品的特性參量。
[0017]在一個實施例中，所述特性參量包括以下至少之一:電阻率、各向異性、內部孔隙度、裂縫。
[0018]在一個實施例中，在記錄示波器上顯示的波形信號之前，所述方法還包括:
[0019]確定所述示波器上顯示的巖石的光電信號的響應速度是否滿足預定要求；
[0020]如果不滿足，則減小所述示波器的輸入阻抗。
[0021]在一個實施例中，在記錄示波器上顯示的波形信號之前，所述方法還包括:
[0022]確定所述巖石樣品的信號響應靈敏度是否滿足預定要求；
[0023]如果不滿足，則調整所述導線在所述巖石樣品上形成的兩個電極之間的距離。
[0024]本發明實施例中對于巖石特性參量的測量,先獲取巖石在激光照射下的電信號，然后根據該電信號進行巖石的各項特性參量的分析，具體的是通過設置脈沖激光發射器，發出激光照射到巖石樣品上產生電信號，并將這些電信號通過示波器反應出來，根據獲取的這些電信號就可以實現對巖石特性參量的分析，操作起來比較簡單。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0025]此處所說明的附圖用來提供對本發明的進一步理解，構成本申請的一部分，并不構成對本發明的限定。在附圖中:
[0026]圖1是本發明實施例的巖石特性參量測量系統的結構示意圖；
[0027]圖2是本發明實施例的巖石特性參量測量系統的使用方法流程圖；
[0028]圖3是本發明實施例的巖石特性參量測量系統的連接結構示意圖；
[0029]圖4是本發明實施例的常規電極示意圖；
[0030]圖5是本發明實施例的叉指電極示意圖；
[0031]圖6是本發明實施例的裂縫面與水平面之間的傾角為0°時的激光照射示意圖；
[0032]圖7是本發明實施例的裂縫面與水平面之間的傾角為45°時的激光照射示意圖；
[0033]圖8是本發明實施例的裂縫面與水平面之間的傾角為90°時的激光照射示意圖；
[0034]圖9是本發明實施例的裂縫面與水平面之間的傾角與光電信號的關系示意圖；
[0035]圖10是本發明實施例的巖石電阻隨裂縫方向變化的關系示意圖。
[0036]實施方式
[0037]為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，下面結合實施方式和附圖，對本發明做進一步詳細說明。在此，本發明的示意性實施方式及其說明用于解釋本發明，但并不作為對本發明的限定。
[0038]發明人考慮到，可以通過光電探測技術，利用脈沖激光激發來獲取巖石的光電信號，通過對巖石的光電信號的分析，得到巖石關于電阻率、各向異性，內部孔隙度，裂縫等的變化信息，即，從光學角度出發，立足于巖石光電特性測量。
[0039]基于上述思想，在本例中，提供了一種巖石特性參量測量系統，該系統就是通過光電信號實現對巖石特性參數測量，主要特點就是:檢測方法簡單，測量成本低，對樣品巖石無損傷，對環境適應能力較強，適宜各種高溫高壓等惡劣環境，同時靈敏度高，響應時間快，納秒級的響應時間有助于實現巖石的實時檢測，同時，巖石的光電特性還可以有效反映巖石的內部結構特征。
[0040]該巖石特性參量測量系統,如圖1所示，包括:
[0041]脈沖激光發射器101,用于發出激光照射待測巖石樣品102 ；
[0042]不波器103,通過導線104與巖石樣品102相連,用于接收巖石樣品102在脈沖激光發射器101發出的激光的照射下所產生的電信號，并將所述電信號轉換為波形信號進行顯示，其中，所述波形信號用于確定所述巖石樣品的特性參量。
[0043]在上述實施例中，對于巖石特性參量的測量，先獲取巖石在激光照射下的電信號，然后根據該電信號進行巖石的各項特性參量的分析，具體的是通過設置脈沖激光發射器，發出激光照射到巖石樣品上產生電信號，并將這些電信號通過示波器反應出來，根據獲取的這些電信號就可以實現對巖石特性參量的分析，操作起來比較簡單。
[0044]進一步的，考慮到巖石樣品需要有東西進行支撐，同時該支撐物需要支持對巖石位置或者是角度的移動，以實現對巖石不同角度或者方位的測量，可以設置一個樣品臺，用于放置待測巖石樣品，并支持對待測巖石樣品的位置進行調整，該樣品臺可以由樣品架、支架和位移臺等組成，其中，樣品架，用于放置所述待測巖石樣品，位移臺，通過支架與所述樣品架相連，用于控制所述樣品架帶動所述待測巖石轉動，其中，可以采用手動平移臺，也可以采用電動平移臺。
[0045]考慮到在實際操作時，巖石在激光照射下所產生的電信號是很微弱的，為了使得可以產生明顯的信號，可以加入適當的偏壓，例如:加一個200伏特的偏壓。在本例中，上述的巖石特性參量測量系統中還可以包括直流穩壓源，該直流穩壓源的一端通過所述導線與所述待測巖石樣品相連，另一端通過所述導線與所述示波器相連，用于為所述待測巖石樣品提供偏壓。
[0046]為了實現對數據更為有效的記錄和分析處理，可以外接相應的電腦軟件，或者是增加一個處理器，來實現數據的實時記錄、對比和保存，例如，在上述測量系統中設置一處理器，該處理器與示波器相連，用于記錄和分析示波器上的波形信號。
[0047]考慮到該系統需要對巖石的多種參量進行測量，需要不同的光照位置及光照面積，為了達到這些目的，可以在該系統中設置光闌，用于調整所述脈沖激光發射器發出的激光信號的輻射面積，所謂光闌可以理解為一個帶孔屏障，用于調整光照位置及光照面積的
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[0048]在本例中，還提供了一種巖石特性參量測量系統的使用方法，如圖2所示，包括:
[0049]步驟201:將待測巖石樣品置于脈沖激光發射器的光路中心；
[0050]步驟202:打開所述脈沖激光發射器和示波器；
[0051]步驟203:記錄示波器上顯示的波形信號；
[0052]步驟204:調整所述巖石樣品的位置，記錄在不同位置時，所述示波器上顯示的波形信號；
[0053]步驟205:根據獲取的巖石樣品位于不同位置的波形信號，分析所述巖石樣品的參量。
[0054]具體的，巖石的特性參量可以包括:電阻率、各向異性、內部孔隙度、裂縫等，然而值得注意的是，這些巖石參量僅是示意性描述，還可以是巖石的其它參數，在此不一一列舉，但是都應包含在本申請的保護范圍內。
[0055]具體實施時，可以通過減小示波器的輸入阻抗來減小電路的RC振蕩，從而提高樣品的光電響應速度。例如:在記錄示波器上顯示的信號之前，還包括:確定所述示波器上顯示的演示樣品的光電信號的響應速度是否滿足預定要求；如果不滿足，則減小所述示波器的輸入阻抗。
[0056]光電響應的靈敏度也是在進行測量時一個很重要的因素，為了提高光電響應的靈敏度，可以通過改變樣品的電極間距、電極的樣貌等方式，也可以通過調整示波器的輸入阻抗等方式，例如:在打開所述脈沖激光發射器和示波器的時候，使得導線在所述巖石樣品上形成的電極是叉指電極。具體實施時，在記錄示波器上顯示的波形信號之前，還可以先確定巖石樣品的信號響應靈敏度是否滿足預定要求；如果不滿足，則調整所述導線在所述巖石樣品上形成的兩個電極之間的距離，即，通過調整電極間距的方式來調整信號響應靈敏度。
[0057]下面以一個具體的實施例對上述的巖石的參量測量系統進行說明，然而值得注意的是，該具體實施例僅是為了更好地說明本發明，并不構成對本發明的不當限定。
[0058]在本例中，提出了一種通過脈沖激光來測量巖石特性參量的系統和方法，利用脈沖激光與巖石的相互作用，獲得巖石的瞬態光電響應信號，進而分析巖石內部結構特征。該裝置結構簡單、易于操作，可實現巖石的快速、高靈敏度檢測。
[0059]如圖3所示，該系統包括:脈沖激光發射器，示波器，可以實現三維自由移動的樣品臺，用于光電信號檢測的導線及電極。
[0060]該系統的具體使用步驟，包括:
[0061]S1:將待測巖石樣品固定在樣品臺上，樣品電極通過樣品臺與示波器相連。
[0062]S2:打開脈沖激光發射器，使得脈沖激光照射在樣品上，在巖石中產生光電效應，通過與樣品相連接的示波器會檢測到相應的光電信號，進一步的，可以通過調整樣品臺的位置，改變樣品巖石上激光的輻照位置，以獲得樣品巖石的最優光電信號，必要時可以使用數字源表提供一定的偏壓或偏流，以得到更明顯的信號。
[0063]在具體實施的時候，可以通過增加光闌調整激光的輻照面積，進而對光電信號進行調制，還可以外接相應的電腦軟件實現數據的實時記錄、對比和保存。
[0064]具體的，按照圖3所示連接電路及裝置，樣品采用如圖4所示的所示的常規電極，將樣品固定于樣品臺上，調節樣品臺位置使得樣品處于光路中心，然后打開脈沖激光及示波器，調節示波器，使其能夠顯示清晰的電信號，細調樣品位置，觀察并選擇最優信號，記錄并保存信號的詳細信息。或者，樣品也可以采用圖5所示的叉指電極。
[0065]下面以不同裂縫方向在照射脈沖激光后產生的光電信號，以及不同裂縫方向所對應的電阻為例，來對以光電信號進行巖石參量的分析進行具體的描述。
[0066]如圖6至8所示，分別表示裂縫層面與水平面的夾角為0°、45°和90°的示意圖，其中，箭頭表示光照射方向，兩邊的黑線表示導電膠，中間一條條線表示裂縫。
[0067]如圖9所示是隨著光照射方向與裂縫方向夾角的不同而得到的不同的光電信號的示意圖，即:角度-光電信號關系圖，由圖9可以看出:沿著裂縫方向照射得到的光電信號要大于照在裂縫面上出現的光電信號。
[0068]如圖10所示是巖石不同裂縫方向所對應的電阻，由圖10可以看出:隨著裂縫方向的變化，巖石電阻也是出現變化的。
[0069]因此，由上述圖6至圖10便可以將裂縫方向、電阻和光電信號聯系起來，根據建立起來的關系便可以實現基于激光脈沖的巖石參量的測量。
[0070]在本例中，對巖石進行脈沖激光探針表征，樣品電極通過樣品臺與示波器相連。脈沖激光福照在樣品上，在巖石中產生光電效應，與樣品相連接的不波器中會檢測到相應的光電信號，這種表征方法實現比較簡單，對環境適應能力較強，同時信號靈敏度高，響應速度快，可實現對巖石的快速、實時檢測。巖石的脈沖激光探針表征結果與巖石的內部結構信息有關，可用于分析儲層巖石中各向異性、孔隙度、裂縫、含油含水量等相關特性，是利用光學方法對巖石進行表征、分析的一種有效手段。
[0071]在另外一個實施例中，還提供了一種軟件，該軟件用于執行上述實施例及優選實施方式中描述的技術方案。
[0072]在另外一個實施例中，還提供了一種存儲介質，該存儲介質中存儲有上述軟件，該存儲介質包括但不限于:光盤、軟盤、硬盤、可擦寫存儲器等。
[0073]從以上的描述中，可以看出，本發明實施例實現了如下技術效果:對于巖石特性參量的測量，先獲取巖石在激光照射下的電信號，然后根據該電信號進行巖石的各項特性參量的分析，具體的是通過設置脈沖激光發射器，發出激光照射到巖石樣品上產生電信號，并將這些電信號通過示波器反應出來，根據獲取的這些電信號就可以實現對巖石特性參量的分析，操作起來比較簡單。
[0074]顯然，本領域的技術人員應該明白，上述的本發明實施例的各模塊或各步驟可以用通用的計算裝置來實現，它們可以集中在單個的計算裝置上，或者分布在多個計算裝置所組成的網絡上，可選地，它們可以用計算裝置可執行的程序代碼來實現，從而，可以將它們存儲在存儲裝置中由計算裝置來執行，并且在某些情況下，可以以不同于此處的順序執行所示出或描述的步驟，或者將它們分別制作成各個集成電路模塊，或者將它們中的多個模塊或步驟制作成單個集成電路模塊來實現。這樣，本發明實施例不限制于任何特定的硬件和軟件結合。
[0075]以上所述僅為本發明的優選實施例而已，并不用于限制本發明，對于本領域的技術人員來說，本發明實施例可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種巖石特性參量測量系統，其特征在于，包括: 脈沖激光發射器，用于發出激光照射待測巖石樣品； 示波器，通過導線與所述巖石樣品相連，用于接收所述巖石樣品在所述脈沖激光發射器發出的激光的照射下所產生的電信號，并將所述電信號轉換為波形信號進行顯示，其中，所述波形信號用于分析所述巖石樣品的特性參量。
2.如權利要求1所述的系統，其特征在于，還包括:樣品臺，用于放置所述巖石樣品，并用于對所述巖石樣品的位置進行調整。
3.如權利要求2所述的系統，其特征在于，所述樣品臺包括:樣品架、支架和位移臺，其中，所述支架位于所述位移臺之上，所述支架用于支撐所述樣品架，所述位移臺用于控制所述樣品架帶動所述巖石樣品轉動。
4.如權利要求1所述的系統，其特征在于，還包括:直流穩壓源，一端通過所述導線與所述巖石樣品相連，另一端通過所述導線與所述示波器相連，用于為所述巖石樣品提供偏壓。
5.如權利要求1所述的系統，其特征在于，所述導線在所述巖石樣品上形成的電極是叉指電極。
6.如權利要求1至5中任一項所述的系統，其特征在于，還包括光闌，用于調整所述脈沖激光發射器發出的激光信號在所述巖石樣品上的輻射面積和輻照位置。
7.—種權利要求1至6中任一項所述的巖石特性參量測量系統的使用方法，其特征在于，包括: 將待測巖石樣品置于脈沖激光發射器的光路中心； 打開所述脈沖激光發射器和示波器； 記錄所述示波器上顯示的波形信號； 調整所述巖石樣品的位置，記錄在不同位置時，所述示波器上顯示的波形信號； 根據獲取的巖石樣品位于不同位置的波形信號，分析所述巖石樣品的特性參量。
8.如權利要求7所述的方法，其特征在于，所述特性參量包括以下至少之一:電阻率、各向異性、內部孔隙度、裂縫。
9.如權利要求7所述的方法，其特征在于，在記錄示波器上顯示的波形信號之前，所述方法還包括: 確定所述示波器上顯示的巖石的光電信號的響應速度是否滿足預定要求； 如果不滿足，則減小所述示波器的輸入阻抗。
10.如權利要求7所述的方法，其特征在于，在記錄示波器上顯示的波形信號之前，所述方法還包括: 確定所述巖石樣品的信號響應靈敏度是否滿足預定要求； 如果不滿足，則調整所述導線在所述巖石樣品上形成的兩個電極之間的距離。
【文檔編號】G01N15/08GK104198340SQ201410479761
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年9月18日 優先權日:2014年9月18日
【發明者】趙昆, 孫琦, 呂志清, 董晨, 楊肖 申請人:中國石油大學(北京)