震電信號的實(shí)驗(yàn)測量系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開一種震電信號的實(shí)驗(yàn)測量系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中，含流體孔隙巖樣、接收電極和激發(fā)換能器浸入水槽內(nèi)流體，且相互之間的距離在設(shè)定范圍內(nèi)；方波超聲脈沖發(fā)射儀的輸出端與激發(fā)換能器連接，方波超聲脈沖發(fā)射儀的觸發(fā)端與示波器的觸發(fā)端連接；方波超聲脈沖發(fā)射儀用于向激發(fā)換能器提供電脈沖信號，向示波器提供同步觸發(fā)信號；激發(fā)換能器用于將電脈沖信號轉(zhuǎn)換為超聲波信號；放大器的輸入端與接收電極連接，放大器的輸出端與示波器的輸入端連接；接收電極用于接收巖樣被超聲波信號誘導(dǎo)產(chǎn)生的震電信號；放大器用于放大震電信號；示波器用于檢測并顯示震電信號。本實(shí)用新型提供了能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室震電信號測量的測試平臺，便于進(jìn)行震電信號實(shí)驗(yàn)研究。
【專利說明】
震電信號的實(shí)驗(yàn)測量系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及油氣勘探和開發(fā)的地球物理研究技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及震電信號的實(shí)驗(yàn)測量系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]含流體孔隙巖石中的震電信號是基于兩類震電效應(yīng)產(chǎn)生的。第一類震電效應(yīng)是:地震波傳播到含流體飽和孔隙介質(zhì)時(shí)產(chǎn)生一個(gè)壓力致使孔隙流體流動(dòng)，流體的流動(dòng)使得巖石中雙電層產(chǎn)生擾動(dòng)，雙電層的擾動(dòng)引起孔隙流體中可自由移動(dòng)電荷和固定電荷發(fā)生相對位移，這種相對骨架的凈電荷流產(chǎn)生電場，即:共振電場。該電信號在震電記錄上是伴隨聲波傳播而出現(xiàn)，信號到達(dá)各個(gè)電極的時(shí)間與波源到電極間的距離相關(guān)。由于雙向介質(zhì)中固_液界面處雙電層的形成與流體性質(zhì)以及介質(zhì)的孔隙度、滲透率等儲層參數(shù)密切相關(guān)，故由雙電層存在而產(chǎn)生的震電效應(yīng)能夠反應(yīng)含流體儲層的孔隙度、滲透率等關(guān)鍵參數(shù)，也能直接反應(yīng)儲層流體性質(zhì)，因此震電效應(yīng)對地下油氣藏勘探具有重大意義。
[0003]第二類震電效應(yīng)產(chǎn)生界面響應(yīng)場，當(dāng)?shù)卣鸩▊鞑ビ龅诫娀瘜W(xué)性質(zhì)或者彈性差異的分界面時(shí)會誘發(fā)第二類震電效應(yīng)，此時(shí)，電荷平衡受到擾動(dòng)，導(dǎo)致電荷分布的不對稱性，形成界面電磁場。該電磁波以光速傳播，傳播時(shí)間可忽略不計(jì)，所以不管電極與震源間距離關(guān)系如何變化，只要震源與界面距離不變，信號都會同步到達(dá)各個(gè)電極，故在不同位置處的電極接收到的界面震電信號到達(dá)時(shí)間是一致的。在界面處誘導(dǎo)的震電信號能夠直接反應(yīng)地下界面情況以及地質(zhì)體結(jié)構(gòu)，震電波場的頻率特征與地震波場相近，有著跟地震勘探類似的分辨率。
[0004]地震勘探對流體不敏感，而電磁勘探無法反映分層界面信息，震電效應(yīng)是地震波場和電磁場之間的耦合，能直接將地震波場和電磁場聯(lián)合在一起，因此震電效應(yīng)既能反應(yīng)含油氣儲層的孔隙度和滲透率等參數(shù)，又能對儲層中流體信息敏感，還有著與地震勘探類似的分辨率，所以震電效應(yīng)在油氣勘探方面的應(yīng)用是非常有前景的。
[0005]中國專利申請?zhí)?9109296A震電勘探法用于探測多孔地層中兩種不溶混流體的存在或者主要包含水相物的高滲透率地層的存在。中國專利申請?zhí)?5109728.8井中震電探測法提出在地下深部井中應(yīng)用電磁測量裝置進(jìn)行井中和井間震電探測。但是這兩種探測方法和裝置都適用于野外震電勘探，并不適用于震電信號的實(shí)驗(yàn)測量和研究。而且從目前國內(nèi)外的震電信號研究來看，大量學(xué)者采用數(shù)值模擬方法進(jìn)行研究，而震電信號實(shí)驗(yàn)方面的研究缺乏，主要原因是因?yàn)槿鄙倌苓M(jìn)行實(shí)驗(yàn)室震電信號測量的儀器或者測試平臺。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0006]本實(shí)用新型實(shí)施例提供一種震電信號的實(shí)驗(yàn)測量系統(tǒng)，用以提供能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室震電信號測量的儀器或者測試平臺，以便于進(jìn)行震電信號實(shí)驗(yàn)方面的研究，該震電信號的實(shí)驗(yàn)測量系統(tǒng)包括:
[0007]巖樣1、接收電極2、激發(fā)換能器3、方波超聲脈沖發(fā)射儀4、放大器5、不波器6、水槽7;其中:
[0008]水槽7中注入流體;巖樣1、接收電極2和激發(fā)換能器3浸入水槽7內(nèi)流體，且相互之間的距離在設(shè)定范圍內(nèi)；巖樣I為含流體孔隙巖樣；
[0009]方波超聲脈沖發(fā)射儀4的輸出端與激發(fā)換能器3連接，方波超聲脈沖發(fā)射儀4的觸發(fā)端與示波器6的觸發(fā)端連接;方波超聲脈沖發(fā)射儀4用于向激發(fā)換能器3提供電脈沖信號，向示波器6提供同步觸發(fā)信號;激發(fā)換能器3用于將電脈沖信號轉(zhuǎn)換為超聲波信號；
[0010]放大器5的輸入端與接收電極2連接，放大器5的輸出端與示波器6的輸入端連接；接收電極2用于接收巖樣I被超聲波信號誘導(dǎo)產(chǎn)生的震電信號;放大器5用于放大震電信號；示波器6用于檢測并顯示震電信號。
[0011]—個(gè)實(shí)施例中，該震電信號的實(shí)驗(yàn)測量系統(tǒng)還包括:
[0012]與示波器6輸出端連接的計(jì)算機(jī)8，計(jì)算機(jī)8用于接收示波器6輸出的震電信號，對震電信號進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。
[0013]一個(gè)實(shí)施例中，巖樣1、接收電極2和激發(fā)換能器3固定在支架上。
[0014]一個(gè)實(shí)施例中，巖樣1、接收電極2和激發(fā)換能器3相互之間的距離可調(diào)節(jié)。
[0015]一個(gè)實(shí)施例中，水槽7內(nèi)流體為純凈水、自來水、NaCl溶液和油中的一種。
[0016]—個(gè)實(shí)施例中，水槽7內(nèi)流體與巖樣I中流體為同種流體，或?yàn)椴煌N類的流體。
[0017]—個(gè)實(shí)施例中，所述含流體孔隙巖樣為飽和狀態(tài)或不飽和狀態(tài)。
[0018]一個(gè)實(shí)施例中，所述接收電極2為Ag/AgCl電極。
[0019]—個(gè)實(shí)施例中，所述六8/^(31電極直徑為0.51111]1，長度為101111]1。
[0020]一個(gè)實(shí)施例中，所述激發(fā)換能器3為縱波激發(fā)換能器。
[0021]本實(shí)用新型實(shí)施例的震電信號的實(shí)驗(yàn)測量系統(tǒng)，可以在實(shí)驗(yàn)室條件下，測量到小尺度巖樣產(chǎn)生的震電信號，該系統(tǒng)具有很好的操作性和重復(fù)性，利用該系統(tǒng)可以在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)對不同尺度的小巖樣進(jìn)行震電效應(yīng)的研究，使震電效應(yīng)更好地應(yīng)用于油氣勘探的巖石物理實(shí)驗(yàn)研究。
【附圖說明】
[0022]為了更清楚地說明本實(shí)用新型實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實(shí)用新型的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。在附圖中:
[0023]圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例中震電信號的實(shí)驗(yàn)測量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]為使本實(shí)用新型實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，下面結(jié)合附圖對本實(shí)用新型實(shí)施例做進(jìn)一步詳細(xì)說明。在此，本實(shí)用新型的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本實(shí)用新型，但并不作為對本實(shí)用新型的限定。
[0025]為解決實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行定量或者定性的震電信號實(shí)驗(yàn)研究問題，本實(shí)用新型實(shí)施例提供一種震電信號的實(shí)驗(yàn)測量系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠在無電磁屏蔽室的條件下，測量到實(shí)驗(yàn)室內(nèi)尺度范圍一般在幾厘米到幾十厘米之間的小巖樣產(chǎn)生的震電信號。
[0026]圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例中震電信號的實(shí)驗(yàn)測量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1所示，該系統(tǒng)包括:
[0027]巖樣1、接收電極2、激發(fā)換能器3、方波超聲脈沖發(fā)射儀4、放大器5、不波器6、水槽7;其中:
[0028]水槽7中注入流體;巖樣1、接收電極2和激發(fā)換能器3浸入水槽7內(nèi)流體，且相互之間的距離在設(shè)定范圍內(nèi)；巖樣I為含流體孔隙巖樣；
[0029]方波超聲脈沖發(fā)射儀4的輸出端與激發(fā)換能器3連接，方波超聲脈沖發(fā)射儀4的觸發(fā)端與示波器6的觸發(fā)端連接;方波超聲脈沖發(fā)射儀4用于向激發(fā)換能器3提供電脈沖信號，向示波器6提供同步觸發(fā)信號;激發(fā)換能器3用于將電脈沖信號轉(zhuǎn)換為超聲波信號；
[0030]放大器5的輸入端與接收電極2連接，放大器5的輸出端與示波器6的輸入端連接；接收電極2用于接收巖樣I被超聲波信號誘導(dǎo)產(chǎn)生的震電信號;放大器5用于放大震電信號；示波器6用于檢測并顯示震電信號。
[0031]具體實(shí)施時(shí)，巖樣1、接收電極2和激發(fā)換能器3可以固定在支架上。巖樣1、接收電極2和激發(fā)換能器3相互之間的距離可以調(diào)節(jié)。水槽7可以采用有機(jī)玻璃水槽。水槽7內(nèi)的流體可以是純凈水、自來水、NaCl溶液和油中的一種;和/或，巖樣I中的流體可以是純凈水、自來水、NaCl溶液和油中的一種或幾種的組合。水槽7內(nèi)的流體與巖樣I中的流體可以是同一種流體，或者也可以是不同種類的流體。流體種類可根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康倪M(jìn)行選擇。含流體孔隙巖樣可以是飽和狀態(tài)，或者也可以是不飽和狀態(tài)。
[0032]其中，激發(fā)換能器3是關(guān)鍵的器件之一，為提高檢測準(zhǔn)確度，激發(fā)換能器3要求轉(zhuǎn)換效率高，輸出功率高，轉(zhuǎn)換的超聲波信號足夠強(qiáng)，產(chǎn)生的超聲波信號尾巴短，激發(fā)換能器3本身屏蔽性能要足夠好;接收電極2可以要求導(dǎo)電性、穩(wěn)定性好，不易產(chǎn)生極化效應(yīng)。實(shí)施例中，激發(fā)換能器3例如可以采用縱波激發(fā)換能器。實(shí)施例中，接收電極2例如可以是Ag/AgCl電極。Ag/AgCl電極的直徑可以是0.5mm，長度可以是10mm。
[0033]具體實(shí)施時(shí)，可以將激發(fā)換能器3、巖樣I和接收電極2固定到支架上，并保持水平對準(zhǔn)置于水槽7中，三者之間的距離可以調(diào)節(jié)，例如將三者之間的距離調(diào)整至設(shè)定范圍；可以根據(jù)需要調(diào)整方波超聲脈沖發(fā)射儀4的電脈沖重復(fù)周期鈕、能量鈕以及增益調(diào)節(jié)鈕;可以將激發(fā)換能器3的頻率鈕調(diào)至與激發(fā)換能器3的機(jī)械共振頻率相同；啟動(dòng)方波超聲脈沖發(fā)射儀4的開關(guān)，方波超聲脈沖發(fā)射儀4產(chǎn)生一個(gè)高壓電脈沖信號傳播至激發(fā)換能器3，同時(shí)分出一個(gè)低幅度的同步觸發(fā)信號給示波器6;激發(fā)換能器3將接收到的高壓電脈沖信號通過壓電效應(yīng)轉(zhuǎn)換為超聲波信號;超聲波信號在巖樣I中傳播形成壓力梯度，進(jìn)而在巖樣I中產(chǎn)生震電信號;震電信號由接收電極2接收，并進(jìn)入放大器5進(jìn)行弱信號的放大；調(diào)節(jié)示波器6的分辨率，使放大后的震電信號得以被示波器6檢測到并在示波器6上顯示，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定測量巖樣中產(chǎn)生的微弱的震電轉(zhuǎn)換信號并適用于實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的震電效應(yīng)研究。震電測量的實(shí)驗(yàn)環(huán)境要求電器運(yùn)行少，噪音低，以防外部電磁干擾和噪音影響實(shí)驗(yàn)的精確性。為提高檢測準(zhǔn)確度，放大器6可以要求本身噪音低，不會給接收到的震電信號引入額外的噪音。為提高檢測準(zhǔn)確度，示波器6可以要求有疊加功能，減小隨機(jī)噪聲的影響。
[0034]再如圖1所示，本實(shí)用新型實(shí)施例的震電信號的實(shí)驗(yàn)測量系統(tǒng)還可以包括與示波器6輸出端連接的計(jì)算機(jī)8，計(jì)算機(jī)8用于接收示波器6輸出的震電信號，對震電信號進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。示波器6將檢測到的震電信號傳輸至計(jì)算機(jī)8，由計(jì)算機(jī)8進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理，例如通過將接收到的震電信號放大、濾波、去噪等處理能夠得到波形平穩(wěn)，信噪比高的震電信號。計(jì)算機(jī)8還可以對接收電極2進(jìn)行定位控制，通過調(diào)整接收電極2在水槽7中的位置，改善震電信號的接收質(zhì)量。
[0035]下面舉一個(gè)具體的例子詳細(xì)說明本實(shí)用新型實(shí)施例的震電信號的實(shí)驗(yàn)測量系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)過程。本例中，將水槽7中注入一定量的自來水，采用的自來水的電導(dǎo)率為0.08S/m，靜置至氣泡較少后開始測試。流體深度不宜過淺，以沒過巖樣1、激發(fā)換能器3和接收電極2一定深度為宜，流體種類可根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康倪M(jìn)行選擇，注入水槽7中的流體需靜置一段時(shí)間至氣泡較少或無氣泡，減少氣泡對實(shí)驗(yàn)造成的影響；
[0036]將激發(fā)換能器3、巖樣1、接收電極2固定在支架上，保持水平對準(zhǔn)，浸沒入流體中一定深度，調(diào)整好三者之間的距離;將激發(fā)換能器3與方波超聲脈沖發(fā)射儀4輸出端連接，根據(jù)需要調(diào)整方波超聲脈沖發(fā)射儀4的電脈沖重復(fù)周期鈕、能量鈕以及增益調(diào)節(jié)鈕，將激發(fā)換能器3的頻率鈕調(diào)至與激發(fā)換能器3的機(jī)械共振頻率相同，將方波超聲脈沖發(fā)射儀5的觸發(fā)端與不波器6的觸發(fā)端相連;將接收電極2與放大器5的輸入端連接，放大器5的輸出端與不波器6的輸入端連接，通過數(shù)據(jù)線將示波器6與計(jì)算機(jī)8連接，將上述各個(gè)儀器通過導(dǎo)電良好的導(dǎo)線與地連接好，減小電磁干擾;其中與接收電極2連接的導(dǎo)線可以采用屏蔽性能良好的屏蔽電纜；
[0037]將上述各個(gè)儀器與電源連接好，啟動(dòng)各個(gè)儀器開關(guān)，方波超聲脈沖發(fā)射儀4開關(guān)打開后，方波超聲脈沖發(fā)射儀4產(chǎn)生一個(gè)高壓電脈沖信號傳播至激發(fā)換能器3，同時(shí)分出一個(gè)低幅度的同步觸發(fā)信號給示波器6;激發(fā)換能器3將接收到的高壓電脈沖信號通過壓電效應(yīng)轉(zhuǎn)換為超聲波信號;超聲波信號在巖樣I中傳播形成壓力梯度，繼而在巖樣I中誘導(dǎo)產(chǎn)生震電信號；
[0038]調(diào)節(jié)示波器6的分辨率，產(chǎn)生的震電信號通過示波器6檢測到，檢測到的震電信號最終將傳輸至計(jì)算機(jī)8，由計(jì)算機(jī)8進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理。實(shí)驗(yàn)測量所得到的震電信號振幅約為幾微伏到幾十微伏之間，頻率范圍與發(fā)射的聲波信號頻率范圍相近。
[0039]綜上所述，本實(shí)用新型實(shí)施例的震電信號的實(shí)驗(yàn)測量系統(tǒng)，可以在實(shí)驗(yàn)室條件下，測量到小尺度巖樣產(chǎn)生的震電信號，并且檢測到的微弱震電信號具有穩(wěn)定、信噪比高的特點(diǎn)，該系統(tǒng)具有很好地操作性和重復(fù)性，利用該系統(tǒng)可以在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)對不同尺度的小巖樣進(jìn)行震電效應(yīng)的研究，使震電效應(yīng)更好地應(yīng)用于油氣勘探的巖石物理實(shí)驗(yàn)研究。
[0040]以上所述的具體實(shí)施例，對本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本實(shí)用新型的具體實(shí)施例而已，并不用于限定本實(shí)用新型的保護(hù)范圍，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種震電信號的實(shí)驗(yàn)測量系統(tǒng)，其特征在于，包括: 巖樣(I)、接收電極(2)、激發(fā)換能器(3)、方波超聲脈沖發(fā)射儀(4)、放大器(5)、示波器(6)、水槽(7);其中: 水槽(7)中注入流體;巖樣(I)、接收電極(2)和激發(fā)換能器(3)浸入水槽(7)內(nèi)流體，且相互之間的距離在設(shè)定范圍內(nèi)；巖樣(I)為含流體孔隙巖樣； 方波超聲脈沖發(fā)射儀(4)的輸出端與激發(fā)換能器(3)連接，方波超聲脈沖發(fā)射儀(4)的觸發(fā)端與示波器(6)的觸發(fā)端連接;方波超聲脈沖發(fā)射儀(4)用于向激發(fā)換能器(3)提供電脈沖信號，向示波器(6)提供同步觸發(fā)信號;激發(fā)換能器(3)用于將電脈沖信號轉(zhuǎn)換為超聲波信號； 放大器(5)的輸入端與接收電極(2)連接，放大器(5)的輸出端與不波器(6)的輸入端連接;接收電極(2)用于接收巖樣(I)被超聲波信號誘導(dǎo)產(chǎn)生的震電信號;放大器(5)用于放大震電信號;示波器(6)用于檢測并顯示震電信號。2.如權(quán)利要求1所述的震電信號的實(shí)驗(yàn)測量系統(tǒng)，其特征在于，還包括: 與示波器(6)輸出端連接的計(jì)算機(jī)(8)，計(jì)算機(jī)(8)用于接收示波器(6)輸出的震電信號，對震電信號進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。3.如權(quán)利要求1所述的震電信號的實(shí)驗(yàn)測量系統(tǒng)，其特征在于，巖樣(I)、接收電極(2)和激發(fā)換能器(3)固定在支架上。4.如權(quán)利要求1所述的震電信號的實(shí)驗(yàn)測量系統(tǒng)，其特征在于，巖樣(I)、接收電極(2)和激發(fā)換能器(3)相互之間的距離可調(diào)節(jié)。5.如權(quán)利要求1所述的震電信號的實(shí)驗(yàn)測量系統(tǒng)，其特征在于，水槽(7)內(nèi)流體為純凈水、自來水、NaCl溶液和油中的一種。6.如權(quán)利要求1所述的震電信號的實(shí)驗(yàn)測量系統(tǒng)，其特征在于，水槽(7)內(nèi)流體與巖樣(I)中流體為同種流體，或?yàn)椴煌N類的流體。7.如權(quán)利要求1所述的震電信號的實(shí)驗(yàn)測量系統(tǒng)，其特征在于，所述含流體孔隙巖樣為飽和狀態(tài)或不飽和狀態(tài)。8.如權(quán)利要求1所述的震電信號的實(shí)驗(yàn)測量系統(tǒng)，其特征在于，所述接收電極(2)為Ag/AgCl電極。9.如權(quán)利要求8所述的震電信號的實(shí)驗(yàn)測量系統(tǒng)，其特征在于，所述Ag/AgCl電極直徑為0.5mm，長度為10_。10.如權(quán)利要求1所述的震電信號的實(shí)驗(yàn)測量系統(tǒng)，其特征在于，所述激發(fā)換能器(3)為縱波激發(fā)換能器。
【文檔編號】G01N29/04GK205620357SQ201620147962
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2016年2月26日
【發(fā)明人】丁拼搏, 彭蓉, 狄?guī)妥? 魏建新, 李向陽
【申請人】中國石油天然氣集團(tuán)公司, 中國石油大學(xué)(北京)