非規(guī)則頁巖樣品、制備方法及超聲波測試裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種非規(guī)則頁巖樣品、制備方法及超聲波測試裝置，包括：取環(huán)氧樹脂和固化劑按一定比例混合，攪拌均勻以待用；將若干不規(guī)則頁巖樣品置于圓柱型容器里，并倒入先前配備好的樹脂溶液，凝固后形成圓餅狀樣品；將圓餅狀樣品兩端磨平，露出每塊非規(guī)則頁巖的兩端面；采用特定夾持器將兩個針式探頭分別固定在出露的非規(guī)則頁巖樣品兩端；利用聲波脈沖法，獲得頁巖巖心的超聲波波形，采用自相關(guān)法獲得高精度的彈性波速。本發(fā)明利用針式探頭以及自相關(guān)法，大幅度提高了彈性波速的監(jiān)測精度，并能快速獲得頁巖的彈性性質(zhì)，解決了規(guī)則頁巖樣品不足的難題，且操作簡單，適用于油田現(xiàn)場實時評價地下巖心彈性性質(zhì)。
【專利說明】非規(guī)則頁巖樣品、制備方法及超聲波測試裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及巖石超聲波測試領(lǐng)域，尤其涉及一種非規(guī)則頁巖樣品、制備方法及超 聲波測試裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 巖石的波速包含了巖石內(nèi)部結(jié)構(gòu)豐富的信息，是井眼穩(wěn)定性分析、水力壓裂設(shè)計、 鉆頭選型和鉆井參數(shù)優(yōu)選等工作的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。目前，巖石的波速測量通常是在實驗室內(nèi)通 過測量較大尺寸規(guī)則巖心而獲得，但是獲得規(guī)則樣品并不容易，特別是針對裂隙、節(jié)理發(fā)育 和水敏性較強的頁巖，獲得規(guī)則的巖心的成本和難度都很大。
[0003] 因此，如何能夠便捷地獲取頁巖樣品，以便于進(jìn)行巖石力學(xué)測試，成為當(dāng)前亟待解 決的技術(shù)問題。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004] 本發(fā)明提供一種非規(guī)則頁巖樣品、制備方法及超聲波測試裝置，用于實現(xiàn)便捷地 獲取頁巖樣品，從而便于進(jìn)行巖石測試。
[0005] 本發(fā)明的第一個方面是提供一種非規(guī)則頁巖樣品，所述頁巖樣品為圓餅狀，所述 頁巖樣品包括：固化的環(huán)氧樹脂和嵌在所述環(huán)氧樹脂中的若干非規(guī)則巖芯；其中，
[0006] 所述環(huán)氧樹脂的端面上，露出有每塊所述非規(guī)則巖芯的兩端面，以通過探針分別 接觸所述非規(guī)則巖心的兩端面，利用聲波脈沖法，對所述樣品進(jìn)行測試。
[0007] 本發(fā)明的另一個方面是提供一種用于制備前述的非規(guī)則頁巖樣品的非規(guī)則頁巖 樣品制備方法，包括：
[0008] 將若干非規(guī)則巖芯放入圓柱容器中；
[0009] 向所述圓柱容器中加入混合溶液，所述混合溶液包括環(huán)氧樹脂和固化劑，以在所 述混合溶液凝固后，形成圓餅狀的樣品；
[0010] 打磨所述頁巖樣品的端面，以露出每塊所述非規(guī)則巖芯的兩端面。
[0011] 本發(fā)明的又一個方面是提供一種用于測試前述的非規(guī)則頁巖樣品的超聲波測試 裝置，包括：固定螺母、第一支撐部件、第二支撐部件、第一彈簧、第二彈簧、第一緊固螺母、 第二緊固螺母、具有第一通孔的第一面板、具有第二通孔的第二面板、以及夾持圓環(huán)；其中，
[0012] 所述第一支撐部件的兩端分別固定安裝在所述第一面板和所述夾持圓環(huán)上，所述 第二支撐部件的兩端分別固定安裝在所述夾持圓環(huán)和所述第二面板上，所述夾持圓環(huán)位于 所述第一面板和所述第二面板之間；
[0013] 所述夾持圓環(huán)的側(cè)壁設(shè)有螺紋孔，所述固定螺母穿過所述螺紋孔插入放置在所述 夾持圓環(huán)內(nèi)的非規(guī)則頁巖樣品的側(cè)壁，以固定所述非規(guī)則頁巖樣品；
[0014] 所述第一通孔和所述第二通孔同軸設(shè)置，第一探頭依次穿過所述第一通孔、所述 第一彈簧和所述第一緊固螺母固定接觸所述非規(guī)則頁巖樣品露出的非規(guī)則巖芯的一端 面；
[0015] 第二探頭依次穿過所述第二通孔、所述第二彈簧和所述第二緊固螺母固定接觸所 述非規(guī)則巖芯的另一端面。
[0016] 本發(fā)明提供的非規(guī)則頁巖樣品、制備方法及超聲波測試裝置中，頁巖樣品為規(guī)則 的圓餅狀，包括固化的環(huán)氧樹脂和嵌在所述環(huán)氧樹脂中的非規(guī)則巖芯；其中，所述環(huán)氧樹脂 的端面上，露出有每塊所述非規(guī)則巖芯的兩端面，以使探針接觸非規(guī)則巖芯的端面進(jìn)行巖 石測試，實現(xiàn)利用較容易獲取的非規(guī)則巖芯，制備獲得便于進(jìn)行巖石測試的規(guī)則頁巖樣品， 從而實現(xiàn)便捷地獲取頁巖樣品，進(jìn)而更加方便、快捷地進(jìn)行巖石測試。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017] 圖IA為本發(fā)明實施例一提供的非規(guī)則頁巖樣品的一端面的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018] 圖IB為本發(fā)明實施例一提供的非規(guī)則頁巖樣品的另一端面的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019] 圖2為本發(fā)明實施例二提供的非規(guī)則頁巖樣品制備方法的流程示意圖；
[0020] 圖3為本發(fā)明實施例三提供的超聲波測試裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021] 圖4為本發(fā)明實施例四提供的非規(guī)則頁巖樣品制備方法的流程示意圖；
[0022] 圖5為本發(fā)明實施例中所述自相關(guān)函數(shù)的函數(shù)曲線。
【具體實施方式】
[0023] 為使本發(fā)明實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例 中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述。為了方便說明，放大或者 縮小了不同層和區(qū)域的尺寸，所以圖中所示大小和比例并不一定代表實際尺寸，也不反映 尺寸的比例關(guān)系。
[0024] 圖IA為本發(fā)明實施例一提供的非規(guī)則頁巖樣品的一端面的結(jié)構(gòu)示意圖，圖IB為 本發(fā)明實施例一提供的非規(guī)則頁巖樣品的另一端面的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖IA和圖IB所示，所 述頁巖樣品為圓餅狀，所述頁巖樣品包括：固化的環(huán)氧樹脂1和嵌在環(huán)氧樹脂1中的若干非 規(guī)則巖芯2 ;其中，
[0025] 環(huán)氧樹脂1的端面上，露出有每塊非規(guī)則巖芯2的兩端面21和22,以通過探針分 別接觸所述非規(guī)則巖心的兩端面，利用聲波脈沖法，對所述頁巖樣品進(jìn)行測試。
[0026] 本實施例提供的非規(guī)則頁巖樣品為規(guī)則的圓餅狀，包括固化的環(huán)氧樹脂和嵌在所 述環(huán)氧樹脂中的非規(guī)則巖芯；其中，所述環(huán)氧樹脂的端面上，露出有每塊所述非規(guī)則巖芯的 兩端面，以使探針接觸非規(guī)則巖芯的端面進(jìn)行巖石測試，實現(xiàn)利用較容易獲取的非規(guī)則巖 芯，制備獲得便于進(jìn)行巖石測試的規(guī)則頁巖樣品，從而實現(xiàn)便捷地獲取頁巖樣品，進(jìn)而更加 方便、快捷地進(jìn)行巖石測試。
[0027] 圖2為本發(fā)明實施例二提供的非規(guī)則頁巖樣品制備方法的流程示意圖，所述非規(guī) 則頁巖樣品制備方法用于制備如實施例一中所述的非規(guī)則頁巖樣品，如圖2所示，所述方 法包括：
[0028] 201、將若干非規(guī)則巖芯放入圓柱容器中；
[0029] 202、向所述圓柱容器中加入混合溶液，所述混合溶液包括環(huán)氧樹脂和固化劑，以 在所述混合溶液凝固后，形成圓餅狀的頁巖樣品；
[0030] 203、打磨所述頁巖樣品的端面，以露出每塊所述非規(guī)則巖芯的兩端面。
[0031] 具體的，在實際應(yīng)用中，可以選取至少一塊非規(guī)則巖芯，例如，可以為非規(guī)則頁巖 巖芯。取環(huán)氧樹脂和固化劑按一定比例混合成混合溶液，攪拌均勻以待用。所述容器可以 為紙杯，則相應(yīng)的，用鑷子將不規(guī)則頁巖巖芯置于杯底，加入先前配備好的混合溶液，待所 述混合溶液凝固后，形成圓餅狀頁巖樣品；將圓餅狀頁巖樣品的兩端面磨平，以露出每塊非 規(guī)則巖芯的兩端面；后續(xù)的，可以采用特定的測試裝置將兩個探頭，例如針式探頭，分別固 定在出露的非規(guī)則巖芯的兩端面進(jìn)行巖石測試。
[0032] 其中，所述非規(guī)則巖芯的數(shù)量可以根據(jù)實際情況和需要確定，例如5塊，本實施例 在此不對其進(jìn)行限制。
[0033] 具體的，本實施例中的所述非規(guī)則巖芯，可以為從巖芯柱上剝落，或者在鉆井過程 中由洗砂液攜帶出來的頁巖巖屑，其直徑不小于一定的值，例如，不小于3_。
[0034] 可選的，所述環(huán)氧樹脂和所述固化劑的混合比例可以選取，能夠使得所述混合溶 液半小時凝固為固體的比例，以實現(xiàn)現(xiàn)場實時監(jiān)測。
[0035] 本實施例提供的非規(guī)則頁巖樣品制備方法，利用環(huán)氧樹脂凝固后固定非規(guī)則巖芯 形成的圓餅狀頁巖樣品，一次可以固定多個非規(guī)則巖芯，且通過對所述圓餅狀的頁巖樣品 的端面進(jìn)行打磨，露出的不規(guī)則巖心的兩個端面能夠保持平行，以進(jìn)行巖石力學(xué)參數(shù)測試， 克服了巖芯不足以及單個非規(guī)則樣品難磨平等問題。通過本實施例提供的方法，實現(xiàn)利用 較容易獲取的非規(guī)則巖芯，制備獲得便于進(jìn)行巖石測試的規(guī)則頁巖樣品，從而實現(xiàn)便捷地 獲取頁巖樣品，進(jìn)而更加方便、快捷地進(jìn)行巖石測試。
[0036] 圖3為本發(fā)明實施例三提供的超聲波測試裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，所述超聲波測試裝 置用于測試如實施例一所述的非規(guī)則頁巖樣品，如圖3所示，所述裝置包括：固定螺母31、 第一支撐部件321、第二支撐部件322、第一彈簧331、第二彈簧332、第一緊固螺母341、第二 緊固螺母342、具有第一通孔371的第一面板351、具有第二通孔372的第二面板352、以及 夾持圓環(huán)36 ;其中，
[0037] 第一支撐部件321的兩端分別固定安裝在第一面板351和夾持圓環(huán)36上，第二支 撐部件322的兩端分別固定安裝在夾持圓環(huán)36和第二面板352上，夾持圓環(huán)36位于第一 面板351和第二面板352之間；
[0038] 夾持圓環(huán)36的側(cè)壁設(shè)有螺紋孔，固定螺母31穿過所述螺紋孔插入放置在夾持圓 環(huán)36內(nèi)的非規(guī)則頁巖樣品的側(cè)壁，以固定所述頁巖樣品；
[0039] 第一通孔371和第二通孔372同軸設(shè)置，第一探頭381依次穿過第一通孔371、第 一彈簧331和第一緊固螺母341固定接觸所述頁巖樣品露出的非規(guī)則巖芯的一端面；
[0040] 第二探頭382依次穿過所述第二通孔372、所述第二彈簧332和所述第二緊固螺母 342固定接觸所述非規(guī)則巖芯的另一端面。
[0041] 具體的，第一支撐部件321和第二支撐部件322可以為立柱，所述立柱的兩端可通 過連接部件，例如，螺母，固定安裝在面板和夾持圓環(huán)上。
[0042] 在實際操作中，由于非規(guī)則巖芯露出的端面通常面積較小，因此，為了更好地進(jìn)行 測試，可選的，第一探頭381和第二探頭382均可為針式探頭。
[0043] 具體的，固定螺母31的數(shù)量根據(jù)能夠固定所述頁巖樣品所需的數(shù)量確定，例如，4 個，且固定螺母31可以均勻地分布在夾持圓環(huán)36的側(cè)壁上。
[0044] 在實際應(yīng)用中，基于上述方案，可以將所述頁巖樣品固定放置在所述巖石測試裝 置內(nèi)，在第一探頭和第二探頭，例如，探頭直徑為I. 5毫米（mm)的高頻針式探頭的探頭上涂 抹耦合劑，并分別垂直接觸所述頁巖樣品露出的頁巖的上下兩端面，并利用第一彈簧和第 二彈簧將探頭緊緊固定在頁巖樣品上，同時，第一探頭可以與脈沖發(fā)射器連接，第二探頭可 以與數(shù)字示波器連接，從而利用聲波脈沖法，獲得頁巖巖芯的P波和S波波形。
[0045] 具體的，在本實施例中，采用高頻針式探頭，可以進(jìn)行點測量，并且高頻能夠提高 探測的分辨精度，從而更加精確地對頁巖進(jìn)行測試。
[0046] 本實施例提供的超聲波測試裝置，能夠準(zhǔn)確穩(wěn)定地固定所述頁巖樣品和探頭，從 而更加準(zhǔn)確可靠地進(jìn)行巖石測試。
[0047] 圖4為本發(fā)明實施例四提供的非規(guī)則頁巖樣品制備方法的流程示意圖，，如圖4所 示，根據(jù)實施例二所述的非規(guī)則頁巖樣品制備方法，在203之后，所述方法還可以包括：
[0048] 401、將第一探頭和第二探頭分別垂直接觸所述頁巖樣品露出的非規(guī)則巖芯的兩 端面，所述第一探頭和所述第二探頭同軸設(shè)置；
[0049] 402、利用聲波脈沖法，獲得頁巖巖芯的P波和S波波形；
[0050] 403、根據(jù)所述頁巖巖芯的P波波形和S波波形，利用自相關(guān)法，獲得P波波速和S 波波速，并獲得衰減Q值。
[0051] 具體的，403中所述根據(jù)所述頁巖巖芯的P波波形和S波波形，利用自相關(guān)法，獲得 P波波速和S波波速，具體可以包括：
[0052] 根據(jù)所述頁巖巖芯的P波波形和S波波形，采用自相關(guān)法，計算獲得P波和S波穿 過非規(guī)則巖芯兩端面的時長；
[0053] 通過分別計算所述頁巖樣本的厚度除以所述P波和S波穿過非規(guī)則巖芯兩端面的 時長的商，獲得所述P波波速和所述S波波速。
[0054] 具體的，所述頁巖樣品的厚度即為所述非規(guī)則巖芯露出的兩端面之間的距離，則 相應(yīng)的，所述頁巖樣品的厚度除以波穿過兩端面的時長的結(jié)果，即為相應(yīng)的波速。
[0055] 進(jìn)一步具體的，所述根據(jù)所述頁巖巖芯的P波波形和S波波形，采用自相關(guān)法，計 算獲得P波和S波穿過非規(guī)則巖芯兩端面的時長，具體可以包括：
[0056] 針對P波波形和S波波形，分別根據(jù)自相關(guān)函數(shù)，計算獲得所述P波和S波穿過非 規(guī)則巖芯兩端面的時長；
[0057] 其中，所述自相關(guān)函數(shù)>
【權(quán)利要求】
1. 一種非規(guī)則頁巖樣品，其特征在于，所述樣品為圓餅狀，所述樣品包括：固化的環(huán)氧 樹脂和嵌在所述環(huán)氧樹脂中的若干非規(guī)則巖芯；其中， 所述環(huán)氧樹脂的端面上，露出有每塊所述非規(guī)則巖芯的兩端面，以通過探針分別接觸 所述非規(guī)則巖心的兩端面，利用聲波脈沖法，對所述樣品進(jìn)行測試。
2. -種用于制備如權(quán)利要求1所述的非規(guī)則頁巖樣品的非規(guī)則頁巖樣品制備方法，其 特征在于，包括 ： 將若干非規(guī)則巖芯放入圓柱容器中； 向所述圓柱容器中加入混合溶液，所述混合溶液包括環(huán)氧樹脂和固化劑，以在所述混 合溶液凝固后，形成圓餅狀的樣品； 打磨所述樣品的端面，以露出每塊所述非規(guī)則巖芯的兩端面。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述打磨所述樣品的端面之后，還包括： 將第一探頭和第二探頭分別垂直接觸所述頁巖樣品露出的非規(guī)則巖芯的兩端面，所述 第一探頭和所述第二探頭同軸設(shè)置； 利用聲波脈沖法，獲得頁巖巖芯的P波和S波波形； 根據(jù)所述頁巖巖芯的P波波形和S波波形，利用自相關(guān)法，獲得P波波速和S波波速， 并獲得衰減Q值。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)所述頁巖巖芯的P波波形和S波 波形，利用自相關(guān)法，獲得P波波速和S波波速，包括： 根據(jù)所述頁巖巖芯的P波波形和S波波形，采用自相關(guān)法，計算獲得P波和S波穿過非 規(guī)則巖芯兩端面的時長； 通過分別計算所述頁巖樣本的厚度除以所述P波和S波穿過非規(guī)則巖芯兩端面的時長 的商，獲得所述P波波速和所述S波波速。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)所述頁巖巖芯的P波波形和S波 波形，采用自相關(guān)法，計算獲得P波和S波穿過非規(guī)則巖芯兩端面的時長，包括 ：
針對P波波形和S波波形，分別根據(jù)自相關(guān)函數(shù)，計算獲得所述P波和S波穿過非規(guī)則 巖芯兩端面的時長； 其中，所述自相關(guān)函數(shù)7 其中，Rxx(T)為自相關(guān)系數(shù)，T為聲波脈沖的周期，且當(dāng)τ的取值為所述時長的兩倍 時，所述自相關(guān)系數(shù)Rxx(T)的值達(dá)到峰值。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)所述頁巖巖芯的P波波形和S波 波形，獲得衰減Q值，包括： 根據(jù)所述P波波形的尾波和所述S波波形的尾波，獲得衰減Q值。
7. -種用于測試如權(quán)利要求1所述的非規(guī)則頁巖樣品的超聲波測試裝置，其特征在 于，包括：固定螺母、第一支撐部件、第二支撐部件、第一彈簧、第二彈簧、第一緊固螺母、第 二緊固螺母、具有第一通孔的第一面板、具有第二通孔的第二面板、以及夾持圓環(huán)；其中， 所述第一支撐部件的兩端分別固定安裝在所述第一面板和所述夾持圓環(huán)上，所述第二 支撐部件的兩端分別固定安裝在所述夾持圓環(huán)和所述第二面板上，所述夾持圓環(huán)位于所述 第一面板和所述第二面板之間； 所述夾持圓環(huán)的側(cè)壁設(shè)有螺紋孔，所述固定螺母穿過所述螺紋孔插入放置在所述夾持 圓環(huán)內(nèi)的非規(guī)則頁巖樣品的側(cè)壁，以固定所述非規(guī)則頁巖樣品； 所述第一通孔和所述第二通孔同軸設(shè)置，第一探頭依次穿過所述第一通孔、所述第一 彈簧和所述第一緊固螺母固定接觸所述非規(guī)則頁巖樣品露出的非規(guī)則巖芯的一端面； 第二探頭依次穿過所述第二通孔、所述第二彈簧和所述第二緊固螺母固定接觸所述非 規(guī)則巖芯的另一端面。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，所述第一支撐部件和所述第二支撐部件 為立柱。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，所述第一探頭和所述第二探頭均為針式 探頭。
【文檔編號】G01N29/07GK104374623SQ201410654265
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2014年11月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月17日
【發(fā)明者】王小瓊, 葛洪魁, 索彧, 汪道兵, 王劍波, 陳浩, 孟范寶 申請人:中國石油大學(xué)(北京)