非规则页岩样品、制备方法及超声波测试装置制造方法
【专利摘要】本发明提供了一种非规则页岩样品、制备方法及超声波测试装置，包括：取环氧树脂和固化剂按一定比例混合，搅拌均匀以待用；将若干不规则页岩样品置于圆柱型容器里，并倒入先前配备好的树脂溶液，凝固后形成圆饼状样品；将圆饼状样品两端磨平，露出每块非规则页岩的两端面；采用特定夹持器将两个针式探头分别固定在出露的非规则页岩样品两端；利用声波脉冲法，获得页岩岩心的超声波波形，采用自相关法获得高精度的弹性波速。本发明利用针式探头以及自相关法，大幅度提高了弹性波速的监测精度，并能快速获得页岩的弹性性质，解决了规则页岩样品不足的难题，且操作简单，适用于油田现场实时评价地下岩心弹性性质。
【专利说明】非规则页岩样品、制备方法及超声波测试装置
【技术领域】
[0001] 本发明涉及岩石超声波测试领域，尤其涉及一种非规则页岩样品、制备方法及超 声波测试装置。
【背景技术】
[0002] 岩石的波速包含了岩石内部结构丰富的信息，是井眼稳定性分析、水力压裂设计、 钻头选型和钻井参数优选等工作的基础数据。目前，岩石的波速测量通常是在实验室内通 过测量较大尺寸规则岩心而获得，但是获得规则样品并不容易，特别是针对裂隙、节理发育 和水敏性较强的页岩，获得规则的岩心的成本和难度都很大。
[0003] 因此，如何能够便捷地获取页岩样品，以便于进行岩石力学测试，成为当前亟待解 决的技术问题。
【发明内容】
[0004] 本发明提供一种非规则页岩样品、制备方法及超声波测试装置，用于实现便捷地 获取页岩样品，从而便于进行岩石测试。
[0005] 本发明的第一个方面是提供一种非规则页岩样品，所述页岩样品为圆饼状，所述 页岩样品包括：固化的环氧树脂和嵌在所述环氧树脂中的若干非规则岩芯；其中，
[0006] 所述环氧树脂的端面上，露出有每块所述非规则岩芯的两端面，以通过探针分别 接触所述非规则岩心的两端面，利用声波脉冲法，对所述样品进行测试。
[0007] 本发明的另一个方面是提供一种用于制备前述的非规则页岩样品的非规则页岩 样品制备方法，包括：
[0008] 将若干非规则岩芯放入圆柱容器中；
[0009] 向所述圆柱容器中加入混合溶液，所述混合溶液包括环氧树脂和固化剂，以在所 述混合溶液凝固后，形成圆饼状的样品；
[0010] 打磨所述页岩样品的端面，以露出每块所述非规则岩芯的两端面。
[0011] 本发明的又一个方面是提供一种用于测试前述的非规则页岩样品的超声波测试 装置，包括：固定螺母、第一支撑部件、第二支撑部件、第一弹簧、第二弹簧、第一紧固螺母、 第二紧固螺母、具有第一通孔的第一面板、具有第二通孔的第二面板、以及夹持圆环；其中，
[0012] 所述第一支撑部件的两端分别固定安装在所述第一面板和所述夹持圆环上，所述 第二支撑部件的两端分别固定安装在所述夹持圆环和所述第二面板上，所述夹持圆环位于 所述第一面板和所述第二面板之间；
[0013] 所述夹持圆环的侧壁设有螺纹孔，所述固定螺母穿过所述螺纹孔插入放置在所述 夹持圆环内的非规则页岩样品的侧壁，以固定所述非规则页岩样品；
[0014] 所述第一通孔和所述第二通孔同轴设置，第一探头依次穿过所述第一通孔、所述 第一弹簧和所述第一紧固螺母固定接触所述非规则页岩样品露出的非规则岩芯的一端 面；
[0015] 第二探头依次穿过所述第二通孔、所述第二弹簧和所述第二紧固螺母固定接触所 述非规则岩芯的另一端面。
[0016] 本发明提供的非规则页岩样品、制备方法及超声波测试装置中，页岩样品为规则 的圆饼状，包括固化的环氧树脂和嵌在所述环氧树脂中的非规则岩芯；其中，所述环氧树脂 的端面上，露出有每块所述非规则岩芯的两端面，以使探针接触非规则岩芯的端面进行岩 石测试，实现利用较容易获取的非规则岩芯，制备获得便于进行岩石测试的规则页岩样品， 从而实现便捷地获取页岩样品，进而更加方便、快捷地进行岩石测试。
【专利附图】
【附图说明】
[0017] 图IA为本发明实施例一提供的非规则页岩样品的一端面的结构示意图；
[0018] 图IB为本发明实施例一提供的非规则页岩样品的另一端面的结构示意图；
[0019] 图2为本发明实施例二提供的非规则页岩样品制备方法的流程示意图；
[0020] 图3为本发明实施例三提供的超声波测试装置的结构示意图；
[0021] 图4为本发明实施例四提供的非规则页岩样品制备方法的流程示意图；
[0022] 图5为本发明实施例中所述自相关函数的函数曲线。
【具体实施方式】
[0023] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。为了方便说明，放大或者 缩小了不同层和区域的尺寸，所以图中所示大小和比例并不一定代表实际尺寸，也不反映 尺寸的比例关系。
[0024] 图IA为本发明实施例一提供的非规则页岩样品的一端面的结构示意图，图IB为 本发明实施例一提供的非规则页岩样品的另一端面的结构示意图，如图IA和图IB所示，所 述页岩样品为圆饼状，所述页岩样品包括：固化的环氧树脂1和嵌在环氧树脂1中的若干非 规则岩芯2 ;其中，
[0025] 环氧树脂1的端面上，露出有每块非规则岩芯2的两端面21和22,以通过探针分 别接触所述非规则岩心的两端面，利用声波脉冲法，对所述页岩样品进行测试。
[0026] 本实施例提供的非规则页岩样品为规则的圆饼状，包括固化的环氧树脂和嵌在所 述环氧树脂中的非规则岩芯；其中，所述环氧树脂的端面上，露出有每块所述非规则岩芯的 两端面，以使探针接触非规则岩芯的端面进行岩石测试，实现利用较容易获取的非规则岩 芯，制备获得便于进行岩石测试的规则页岩样品，从而实现便捷地获取页岩样品，进而更加 方便、快捷地进行岩石测试。
[0027] 图2为本发明实施例二提供的非规则页岩样品制备方法的流程示意图，所述非规 则页岩样品制备方法用于制备如实施例一中所述的非规则页岩样品，如图2所示，所述方 法包括：
[0028] 201、将若干非规则岩芯放入圆柱容器中；
[0029] 202、向所述圆柱容器中加入混合溶液，所述混合溶液包括环氧树脂和固化剂，以 在所述混合溶液凝固后，形成圆饼状的页岩样品；
[0030] 203、打磨所述页岩样品的端面，以露出每块所述非规则岩芯的两端面。
[0031] 具体的，在实际应用中，可以选取至少一块非规则岩芯，例如，可以为非规则页岩 岩芯。取环氧树脂和固化剂按一定比例混合成混合溶液，搅拌均匀以待用。所述容器可以 为纸杯，则相应的，用镊子将不规则页岩岩芯置于杯底，加入先前配备好的混合溶液，待所 述混合溶液凝固后，形成圆饼状页岩样品；将圆饼状页岩样品的两端面磨平，以露出每块非 规则岩芯的两端面；后续的，可以采用特定的测试装置将两个探头，例如针式探头，分别固 定在出露的非规则岩芯的两端面进行岩石测试。
[0032] 其中，所述非规则岩芯的数量可以根据实际情况和需要确定，例如5块，本实施例 在此不对其进行限制。
[0033] 具体的，本实施例中的所述非规则岩芯，可以为从岩芯柱上剥落，或者在钻井过程 中由洗砂液携带出来的页岩岩屑，其直径不小于一定的值，例如，不小于3_。
[0034] 可选的，所述环氧树脂和所述固化剂的混合比例可以选取，能够使得所述混合溶 液半小时凝固为固体的比例，以实现现场实时监测。
[0035] 本实施例提供的非规则页岩样品制备方法，利用环氧树脂凝固后固定非规则岩芯 形成的圆饼状页岩样品，一次可以固定多个非规则岩芯，且通过对所述圆饼状的页岩样品 的端面进行打磨，露出的不规则岩心的两个端面能够保持平行，以进行岩石力学参数测试， 克服了岩芯不足以及单个非规则样品难磨平等问题。通过本实施例提供的方法，实现利用 较容易获取的非规则岩芯，制备获得便于进行岩石测试的规则页岩样品，从而实现便捷地 获取页岩样品，进而更加方便、快捷地进行岩石测试。
[0036] 图3为本发明实施例三提供的超声波测试装置的结构示意图，所述超声波测试装 置用于测试如实施例一所述的非规则页岩样品，如图3所示，所述装置包括：固定螺母31、 第一支撑部件321、第二支撑部件322、第一弹簧331、第二弹簧332、第一紧固螺母341、第二 紧固螺母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 夹持圆环36 ;其中，
[0037] 第一支撑部件321的两端分别固定安装在第一面板351和夹持圆环36上，第二支 撑部件322的两端分别固定安装在夹持圆环36和第二面板352上，夹持圆环36位于第一 面板351和第二面板352之间；
[0038] 夹持圆环36的侧壁设有螺纹孔，固定螺母31穿过所述螺纹孔插入放置在夹持圆 环36内的非规则页岩样品的侧壁，以固定所述页岩样品；
[0039] 第一通孔371和第二通孔372同轴设置，第一探头381依次穿过第一通孔371、第 一弹簧331和第一紧固螺母341固定接触所述页岩样品露出的非规则岩芯的一端面；
[0040] 第二探头382依次穿过所述第二通孔372、所述第二弹簧332和所述第二紧固螺母 342固定接触所述非规则岩芯的另一端面。
[0041] 具体的，第一支撑部件321和第二支撑部件322可以为立柱，所述立柱的两端可通 过连接部件，例如，螺母，固定安装在面板和夹持圆环上。
[0042] 在实际操作中，由于非规则岩芯露出的端面通常面积较小，因此，为了更好地进行 测试，可选的，第一探头381和第二探头382均可为针式探头。
[0043] 具体的，固定螺母31的数量根据能够固定所述页岩样品所需的数量确定，例如，4 个，且固定螺母31可以均匀地分布在夹持圆环36的侧壁上。
[0044] 在实际应用中，基于上述方案，可以将所述页岩样品固定放置在所述岩石测试装 置内，在第一探头和第二探头，例如，探头直径为I. 5毫米（mm)的高频针式探头的探头上涂 抹耦合剂，并分别垂直接触所述页岩样品露出的页岩的上下两端面，并利用第一弹簧和第 二弹簧将探头紧紧固定在页岩样品上，同时，第一探头可以与脉冲发射器连接，第二探头可 以与数字示波器连接，从而利用声波脉冲法，获得页岩岩芯的P波和S波波形。
[0045] 具体的，在本实施例中，采用高频针式探头，可以进行点测量，并且高频能够提高 探测的分辨精度，从而更加精确地对页岩进行测试。
[0046] 本实施例提供的超声波测试装置，能够准确稳定地固定所述页岩样品和探头，从 而更加准确可靠地进行岩石测试。
[0047] 图4为本发明实施例四提供的非规则页岩样品制备方法的流程示意图，，如图4所 示，根据实施例二所述的非规则页岩样品制备方法，在203之后，所述方法还可以包括：
[0048] 401、将第一探头和第二探头分别垂直接触所述页岩样品露出的非规则岩芯的两 端面，所述第一探头和所述第二探头同轴设置；
[0049] 402、利用声波脉冲法，获得页岩岩芯的P波和S波波形；
[0050] 403、根据所述页岩岩芯的P波波形和S波波形，利用自相关法，获得P波波速和S 波波速，并获得衰减Q值。
[0051] 具体的，403中所述根据所述页岩岩芯的P波波形和S波波形，利用自相关法，获得 P波波速和S波波速，具体可以包括：
[0052] 根据所述页岩岩芯的P波波形和S波波形，采用自相关法，计算获得P波和S波穿 过非规则岩芯两端面的时长；
[0053] 通过分别计算所述页岩样本的厚度除以所述P波和S波穿过非规则岩芯两端面的 时长的商，获得所述P波波速和所述S波波速。
[0054] 具体的，所述页岩样品的厚度即为所述非规则岩芯露出的两端面之间的距离，则 相应的，所述页岩样品的厚度除以波穿过两端面的时长的结果，即为相应的波速。
[0055] 进一步具体的，所述根据所述页岩岩芯的P波波形和S波波形，采用自相关法，计 算获得P波和S波穿过非规则岩芯两端面的时长，具体可以包括：
[0056] 针对P波波形和S波波形，分别根据自相关函数，计算获得所述P波和S波穿过非 规则岩芯两端面的时长；
[0057] 其中，所述自相关函数>
【权利要求】
1. 一种非规则页岩样品，其特征在于，所述样品为圆饼状，所述样品包括：固化的环氧 树脂和嵌在所述环氧树脂中的若干非规则岩芯；其中， 所述环氧树脂的端面上，露出有每块所述非规则岩芯的两端面，以通过探针分别接触 所述非规则岩心的两端面，利用声波脉冲法，对所述样品进行测试。
2. -种用于制备如权利要求1所述的非规则页岩样品的非规则页岩样品制备方法，其 特征在于，包括 ： 将若干非规则岩芯放入圆柱容器中； 向所述圆柱容器中加入混合溶液，所述混合溶液包括环氧树脂和固化剂，以在所述混 合溶液凝固后，形成圆饼状的样品； 打磨所述样品的端面，以露出每块所述非规则岩芯的两端面。
3. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述打磨所述样品的端面之后，还包括： 将第一探头和第二探头分别垂直接触所述页岩样品露出的非规则岩芯的两端面，所述 第一探头和所述第二探头同轴设置； 利用声波脉冲法，获得页岩岩芯的P波和S波波形； 根据所述页岩岩芯的P波波形和S波波形，利用自相关法，获得P波波速和S波波速， 并获得衰减Q值。
4. 根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据所述页岩岩芯的P波波形和S波 波形，利用自相关法，获得P波波速和S波波速，包括： 根据所述页岩岩芯的P波波形和S波波形，采用自相关法，计算获得P波和S波穿过非 规则岩芯两端面的时长； 通过分别计算所述页岩样本的厚度除以所述P波和S波穿过非规则岩芯两端面的时长 的商，获得所述P波波速和所述S波波速。
5. 根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据所述页岩岩芯的P波波形和S波 波形，采用自相关法，计算获得P波和S波穿过非规则岩芯两端面的时长，包括 ：
针对P波波形和S波波形，分别根据自相关函数，计算获得所述P波和S波穿过非规则 岩芯两端面的时长； 其中，所述自相关函数7 其中，Rxx(T)为自相关系数，T为声波脉冲的周期，且当τ的取值为所述时长的两倍 时，所述自相关系数Rxx(T)的值达到峰值。
6. 根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据所述页岩岩芯的P波波形和S波 波形，获得衰减Q值，包括： 根据所述P波波形的尾波和所述S波波形的尾波，获得衰减Q值。
7. -种用于测试如权利要求1所述的非规则页岩样品的超声波测试装置，其特征在 于，包括：固定螺母、第一支撑部件、第二支撑部件、第一弹簧、第二弹簧、第一紧固螺母、第 二紧固螺母、具有第一通孔的第一面板、具有第二通孔的第二面板、以及夹持圆环；其中， 所述第一支撑部件的两端分别固定安装在所述第一面板和所述夹持圆环上，所述第二 支撑部件的两端分别固定安装在所述夹持圆环和所述第二面板上，所述夹持圆环位于所述 第一面板和所述第二面板之间； 所述夹持圆环的侧壁设有螺纹孔，所述固定螺母穿过所述螺纹孔插入放置在所述夹持 圆环内的非规则页岩样品的侧壁，以固定所述非规则页岩样品； 所述第一通孔和所述第二通孔同轴设置，第一探头依次穿过所述第一通孔、所述第一 弹簧和所述第一紧固螺母固定接触所述非规则页岩样品露出的非规则岩芯的一端面； 第二探头依次穿过所述第二通孔、所述第二弹簧和所述第二紧固螺母固定接触所述非 规则岩芯的另一端面。
8. 根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述第一支撑部件和所述第二支撑部件 为立柱。
9. 根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述第一探头和所述第二探头均为针式 探头。
【文档编号】G01N29/07GK104374623SQ201410654265
【公开日】2015年2月25日 申请日期:2014年11月17日 优先权日:2014年11月17日
【发明者】王小琼, 葛洪魁, 索彧, 汪道兵, 王剑波, 陈浩, 孟范宝 申请人:中国石油大学(北京)