利用声弹特性监测页岩渗吸的测量装置和测量方法与流程

本发明属于油气勘探开发技术领域，尤其涉及一种利用声弹特性监测页岩渗吸的测量装置和测量方法。

背景技术：

随着全球能源工业的快速发展和能源需求的与日俱增，越来越多的低渗透页岩气储层投入开发利用。

低渗透页岩气储层的页岩孔隙之间连通的收缩部分直径较小，毛细管效应比较明显，因而低渗透页岩气储层的自发渗吸现象比常规储层更为明显。采用压裂液对低渗透页岩气储层的页岩进行压裂时，压裂液在毛细管效应的作用下，会自发渗吸进入低渗透页岩气储层的页岩中，对低渗透油气储层的压裂过程产生影响。

但是，现有技术中，低渗透页岩气储层的渗吸过程在地层内部进行，无法直接获得通过渗吸方式进入待测低渗透页岩气储层页岩内部的压裂液对页岩内部结构的影响情况。

技术实现要素：

本发明提供一种利用声弹特性监测页岩渗吸的测量装置和测量方法，以准确确定通过渗吸方式进入待测低渗透页岩气储层页岩内部的压裂液对页岩内部结构的影响情况。

本发明提供一种利用声弹特性监测页岩渗吸的测量装置和测量方法，包括：第一探头、方波发生器、声发射检测装置和第二探头，所述第一探头和第二探头固定在待测岩样上，所述待测岩样浸入在待测压裂液中，所述声发射测量装置通过探头连接线与所述第一探头连接，所述方波发生器通过所述探头连接线与所述第二探头连接；

所述方波发生器用于激发所述待测岩样的内部方波，所述声发射测量装置用于检测所述待测岩样在自发渗吸过程中的声发射情况和波速、波形变化情况。进一步的，所述测量装置还包括：称重装置、悬架、悬绳、盛液容器和容器架，所述悬架固定在所述称重装置上，所述待测岩样通过所述悬绳固定在所述悬架上；所述待测岩样下方设置有所述容器架，所述容器架上设置有所述盛液容器，所述盛液容器内盛设有所述待测压裂液，所述待测岩样浸入在所述待测压裂液中，且，所述容器架与所述称重装置分离设置；

所述称重装置用于检测所述待测岩样在自发渗吸过程中的质量变化。

进一步的，所述测量装置还包括：探头夹，所述探头通过所述探头夹与所述待测岩样连接。

进一步的，所述探头为防水探头。

本发明提供一种利用声弹特性监测页岩渗吸的测量装置和测量方法，所述方法适用于所述页岩渗吸的测量装置，所述方法包括：

烘干待测岩样，确定烘干后的所述待测岩样的质量；

将烘干后的待测岩样浸入待测压裂液中，确定所述待测岩样在自发渗吸过程中的声发射情况和波速、波形变化情况；根据所述待测岩样在自发渗吸过程中的声发射情况和波速、波形变化情况确定所述待测岩样内部结构变化情况。进一步的，所述确定所述待测岩样在自发渗吸过程中的声发射情况和波速、波形变化情况之前，还包括：

确定所述待测岩样在自发渗吸过程中的质量变化情况；

根据所述待测岩样在自发渗吸过程中的质量变化情况确定所述待测岩样未达到饱和。

进一步的，所述根据所述待测岩样在自发渗吸过程中的质量变化情况确定所述待测岩样未达到饱和，包括：

若所述待测岩样的质量持续增加，则确定所述待测岩样未达到饱和。

本发明提供一种利用声弹特性监测页岩渗吸的测量装置和测量方法，该测量装置包括：第一探头、方波发生器、声发射检测装置和第二探头，所述第一探头和第二探头固定在待测岩样上，所述待测岩样浸入在待测压裂液中，所述声发射测量装置通过探头连接线与所述第一探头连接，所述方波发生器通过所述探头连接线与所述第二探头连接；所述方波发生器用于激发所述待测岩样的内部方波，所述声发射测量装置用于检测所述待测岩样在自发渗吸过程中的声发射情况和波速、波形变化情况。该测量装置通过方波发生器与声发射检测装置配合使用，准确确定出通过渗吸方式进入待测低渗透页岩气储层页岩内部的压裂液对页岩内部结构的影响情况。

附图说明

图1为本发明提供的利用声弹特性监测页岩渗吸的测量装置；

图2为本发明提供的另一种页岩渗吸的测量装置；

图2a为本发明提供的探头夹的结构示意图；

图3为本发明提供的利用声弹特性监测页岩渗吸的测量方法的流程图；

图3a为本发明提供的待测岩样在自发渗吸过程中的波形变化情况示意图；

图4为本发明提供的另一种页岩渗吸的测量方法的流程图；

图5为本发明提供的再一种页岩渗吸的测量方法的流程图。

附图标记说明：

1-第一探头；2-方波发生器；3-声发射检测装置；4-第二探头；5-称重装置；6-悬架；7-悬绳；8-盛液容器；9-容器架；10-待测岩样；11-探头夹；100-尾波。

具体实施方式

本发明提供一种利用声弹特性监测页岩渗吸的测量装置和测量方法，图1为本发明提供的利用声弹特性监测页岩渗吸的测量装置。如图1所示，该页岩渗吸的测量装置包括：第一探头1、方波发生器2、声发射检测装置3和第二探头4，第一探头1和第二探头4固定在待测岩样10上，待测岩样10浸入在待测压裂液中，声发射测量装置3通过探头连接线与第一探头1连接，方波发生器2通过该探头连接线与第二探头4连接。

方波发生器2用于激发待测岩样10的内部方波，声发射测量装置3用于检测待测岩样10在自发渗吸过程中的声发射情况和波速、波形变化情况。

具体的，待测岩样10可以是采集的低渗透页岩气储层的多块页岩样品。这是由于低渗透页岩气储层非均质性较强，不同地层之间或者同一地层不同位置的页岩内部结构均不相同，因此，需采集不同地层或同一地层不同位置的多块页岩样品。

压裂液是流体矿在开采过程中，为了获得高产而借用液体传导力压裂措施时所用的液体。而自发渗吸进入待测低渗透页岩气储层页岩内部的压裂液会造成页岩内部结构改变。

这是由于低渗透页岩气储层页岩孔隙之间连通的收缩部分直径较小，毛细管效应比较明显，因而低渗透页岩气储层的自发渗吸现象比常规储层更为明显。采用压裂液对低渗透页岩气储层的页岩进行压裂时，压裂液在毛细管效应的作用下，会自发渗吸进入低渗透页岩气储层的页岩中，压裂液可与该页岩发生水岩反应，使得页岩内部孔隙发生膨胀和压裂等，对低渗透油气储层的压裂过程产生影响，使得页岩内部结构发生改变。

而页岩的声学特征可用于表征该待测岩样的内部结构变化情况。

其中，页岩的声学特征可包括页岩的声发射情况和波速、波形变化情况，材料中局域源快速释放能量产生瞬态弹性波的现象称为声发射，而利用接收声发射信号，对材料或构件进行动态无损检测的技术，称为声发射技术。因此，声发射可以反映该待测岩样内部变形和破裂的情况，可通过声发射检测装置3实时监测该待测岩样的声发射情况。同时，当材料内部发生变形和破裂时，材料内部的裂缝会导致波速和波形发生变化，且尾波对岩样内部微变化更加敏感。因此，可设置方波发生器2每间隔预订时间激发待测岩样10的内部方波，并通过声发射检测装置3测量该待测岩样的波速、波形的变化情况。进而，根据该待测岩样的声发射情况和波速、波形变化情况可确定该待测岩样内部结构的变化情况。

该待测岩样的声发射情况可以是实时持续测量的，举例来说，当声发射检测装置3检测到声发射信号时，说明页岩内部发生了变形和破裂。

该待测岩样的波速和波形变化情况可以是间隔预设时间进行激发和测量的，举例来说，该预设时间例如可以是3小时，当间隔预设时间：例如3小时，通过方波发生器激发该待测岩样的内部方波，并通过声发射检测装置3多次检测页岩波速和波形变化，当该待测岩样波速下降时，说明页岩内部发生了变形和破裂，且波速下降越多，说明裂缝越大。同时波速变化能定性反映岩样自吸液体量，同时根据波形变化分析波形的尾波，尾波对岩样内部变化更敏感。

因此，通过待测岩样10的声发射变化情况，可确定待测岩样10内部发生了结构变化，而通过待测岩样10的波速、波形变化情况，可准确确定该待测岩样内部结构发生改变的变化量大小。二者结合，可实现对该待测岩样内部结构变化的定性和定量测量，使得测量结果更准确。

该待测压裂液例如可以是预设配比的压裂液。通过改变压裂液的配比，可确定不同配比的压裂液对页岩内部结构的不同影响，进而确定出最佳配比的压裂液。

该测量装置使用时，可先将待测岩样浸入该待测压裂液中，接着将第一探头1和第二探头4固定在待测岩样10上，其中，第一探头1通过探头连接线与声发射测量装置3连接，声发射测量装置3可用于测量该待测岩样的声发射情况，第二探头4通过探头连接线与方波发生器2连接，可每隔预设时间开启方波发生器2激发待测岩样10的内部方波，并测量该待测岩样的波速和波形变化情况。

使用该测量装置在测量时，无需将待测岩样取出压裂液，即可实现页岩的实时测量，该静态的测量方式，避免了每次测量将待测岩样取出压裂液造成测量位置的改变对测量结果的影响。

本实施例提供一种利用声弹特性监测页岩渗吸的测量装置，该测量装置包括：第一探头、方波发生器、声发射检测装置和第二探头，该第一探头和该第二探头固定在待测岩样上，待测岩样浸入在待测压裂液中，该声发射测量装置通过探头连接线与该第一探头连接，该方波发生器通过该探头连接线与该第二探头连接；该方波发生器用于激发待测岩样的内部方波，该声发射测量装置用于检测待测岩样在自发渗吸过程中的声发射情况和波速、波形变化情况。该测量装置通过方波发生器、声发射检测装置配合使用，准确确定出通过渗吸方式进入待测低渗透页岩气储层页岩内部的压裂液对页岩内部结构的影响情况。

同时，本实施例提供的页岩渗吸的测量装置，在测量时无需将待测岩样取出压裂液，从而避免了将待测岩样取出测量影响测量的准确性。

本发明还提供一种页岩渗吸的测量装置。图2为本发明提供的另一种页岩渗吸的测量装置。如图2所示，在如上图1的基础上，该测量装置还可包括：称重装置5、悬架6、悬绳7、盛液容器8和容器架9，悬架6固定在称重装置5上，待测岩样10通过悬绳7固定在悬架6上；待测岩样10下方设置有容器架9，容器架9上设置有盛液容器8，盛液容器8内盛设有该待测压裂液，待测岩样10浸入在该待测压裂液中，且，容器架9与称重装置5分离设置；称重装置5用于检测待测岩样10在自发渗吸过程中的质量变化。

具体的，悬绳7可以是固定在待测岩样10的中间位置，以使得待测岩样10处于平衡状态。

该称重装置例如可以包括称重仪表，该称重仪表可用于将称重装置产生的称重传感信号转换为重量数字显示。

该称重装置可用于实时监测待测岩样10的质量变化情况。

开始测量时，可先将盛液容器8置于容器架9上，并向盛液容器8内加入该待测压裂液，然后用悬绳7将待测岩样10悬挂于悬架6上，并将悬架6置于称重装置5上，并对该称重装置5清零。其中，容器架9与称重装置5分离设置。接着，将待测岩样10浸入该待测压裂液中，使得待测岩样10与盛液容器8内壁不发生接触，并开始记录称重装置5所显示的质量变化。

其中，若该称重装置5所显示的质量持续增加，说明待测岩样10持续自发渗吸，若该称重装置5所显示的质量变化量小于预设值，则说明待测岩样10达到饱和。

使用该测量装置测量待测岩样10渗吸质量变化情况时，无需取出待测岩样10，便可实时持续测量待测岩样10的质量变化情况，避免了取出待测岩样10进行称重造成的测量误差。

本实施例提供的页岩渗吸的测量装置，可实时持续测量待测岩样10自发渗吸过程中的质量变化情况，使得测量结果更准确。

进一步的，在如上图2的基础上，本发明还提供了一种探头夹，图2a为本发明提供的探头夹的结构示意图。如图2a所示，该页岩渗吸的测量装置还可包括：探头夹，第一探头1和第二探头4均通过该探头夹与探头连接线连接。

具体的，该探头可以是防水探头。该防水探头可避免探头与压裂液接触损坏探头。

该探头夹可用于将探头固定在探头连接线上，避免了探头松动影响测量结果的准确性。

可选的，在将探头固定在待测岩样上之前，可先在防水探头的两端涂抹耦合剂。其中，耦合剂是一种水溶性高分子胶体，耦合剂可用于排除探头和被测物体之间的空气，使方波能有效地穿入被测物达到有效检测目的。

本实施例提供的页岩渗吸的测量装置，通过探头夹和防水探头配合使用，及避免了探头松动，也避免了探头与压裂液接触受损，从而保证了测量结果的准确性。

本发明提供一种利用声弹特性监测页岩渗吸的测量方法，图3为本发明提供的利用声弹特性监测页岩渗吸的测量方法的流程图。该方法适用于该页岩渗吸的测量装置，其中，该利用声弹特性监测页岩渗吸测量装置可包括：第一探头、方波发生器、声发射检测装置和第二探头，该第一探头和第二探头固定在待测岩样上，该待测岩样浸入在待测压裂液中，该声发射测量装置通过探头连接线与该第一探头连接，该方波发生器通过该探头连接线与该第二探头连接；该方波发生器用于激发该待测岩样的内部方波，该声发射测量装置用于检测该待测岩样在自发渗吸过程中的声发射情况和波速、波形的变化情况。如图3所示，该方法可包括：

s301、烘干待测岩样，确定烘干后的该待测岩样的质量。

具体的，可先采取多块岩样作为该待测岩样，该多块岩样可以是采集的低渗透页岩气储层的不同地层或同一地层不同位置的多块页岩样品。该每块页岩样品的形状相同。

可先对该待测岩样进行烘干操作，该烘干操作例如可以是将该待测岩样放入烘干室内烘干6小时，其中，烘干温度例如可以是105℃。该烘干操作可除去该待测岩样内部的水分，以便于准确测得该待测岩样在渗吸过程中的质量变化。

烘干后可通过称量的方式确定该待测岩样的质量。

s302、将烘干后的待测岩样浸入待测压裂液中，确定该待测岩样在自发渗吸过程中的声发射情况和波速、波形变化情况。

具体的，当该烘干后的待测岩样浸入待测压裂液中时，该待测压裂液在毛细管效应的作用下，通过渗吸的方式进入该待测岩样内，并与该待测岩样发生水岩反应，使得该待测岩样内部结构发生改变。

此时，可通过方波发生器和声发射检测装置确定该待测岩样在自发渗吸过程中的声发射情况和波速、波形的变化情况。

该待测岩样的声发射情况可以是通过声发射检测装置实时持续测量的，该待测岩样的波速、波形变化情况可以通过方波发生器间隔预设时间进行激发并通过声发射检测装置测量的，该预设时间例如可以是3小时。

举例来说，图3a为本发明提供的待测岩样在自发渗吸过程中的波形变化情况示意图。如图3a所示，100例如可称为尾波，由于超声波的界面反射和散射特性，使得超声波在岩样内部传播遇到裂隙、颗粒、孔隙等微结构时会产生多次的界面反射和散射从而表现出长长的尾波，因此尾波携带了大量的岩样内部介质细微变化信息。

从而，当岩样内部发生微小变化时尾波波形有着较为明显的变化，进而可利用尾波的波形变化表征岩样内部的微小结构变化。

该待测压裂液例如可以是预设配比的压裂液。通过改变压裂液的配比，可确定不同配比的压裂液对页岩内部结构的不同影响，进而确定出最佳配比的压裂液。

s303、根据该待测岩样在自发渗吸过程中的声发射情况和波速、波形变化情况确定该待测岩样内部结构变化情况。

具体的，页岩在自发渗吸过程中内部结构会发生变化，内部孔隙逐渐膨胀和破裂，会产生声发射，并且当该待测岩样内部产生裂缝时，会导致通过该待测岩样的波速、波形发生改变。因此，可根据岩样在自发渗吸过程中的声发射情况和波速、波形变化情况确定出该待测岩样内部结构变化情况。

其中，声发射信号表征岩样与压裂液相互作用时产生微裂隙；波速和波形的变化定性的表征了岩样吸入压裂液量和岩样内部产生的微裂隙。本实施例提供一种利用声弹特性监测页岩渗吸的测量方法，该方法适用于该页岩渗吸的测量装置，该方法包括：烘干待测岩样，确定烘干后的该待测岩样的质量；将烘干后的待测岩样浸入待测压裂液中，确定该待测岩样在自发渗吸过程中的声发射情况和波速、波形变化情况；根据该待测岩样在自发渗吸过程中的声发射情况和波速、波形变化情况确定该待测岩样内部结构变化情况。该页岩渗吸的测量方法，可准确确定出通过渗吸方式进入待测低渗透页岩气储层页岩内部的压裂液对页岩内部结构的影响情况。

进一步的，可选的，在如上所述的方法的基础上，本发明还提供一种页岩渗吸的测量方法。图4为本发明提供的另一种页岩渗吸的测量方法的流程图。在如上所述的步骤s302中，确定该待测岩样在自发渗吸过程中的声发射情况和波速、波形变化情况之前，还可包括如下步骤：

s401、确定该待测岩样在自发渗吸过程中的质量变化情况。

具体的，可通过称重装置持续测量该待测岩样的质量变化情况。

s402、根据该待测岩样在自发渗吸过程中的质量变化情况确定该待测岩样未达到饱和。

具体的，在该待测岩样的渗吸测量过程中，该待测岩样的质量变化情况表征了该待测岩样内部压裂液含量的高低，当该待测岩样内部压裂液含量较低时，该待测岩样自发渗吸较为明显，则该待测岩样内部的水岩反应也较为明显，进而膨胀和压裂的效果也较为明显，因而可测得相应的声发射情况和波速、波形变化情况。若该待测岩样内部压裂液含量较高，则该待测岩样接近饱和，内部反应也逐渐结束，此时，无法检测到该待测岩样内部的声发射情况和波速、波形变化情况，可停止测量。

本实施例提供的页岩渗吸的测量方法，可实时测量该待测岩样的质量变化情况，使得测量结果更加准确。

在如上所述的方法的基础上，本发明还提供一种页岩渗吸的测量方法。图5为本发明提供的再一种页岩渗吸的测量方法的流程图。在如上所述的步骤s402中，该根据该待测岩样在自发渗吸过程中的质量变化情况确定该待测岩样未达到饱和，包括：

s501、若该待测岩样的质量持续增加，则确定该待测岩样未达到饱和。

具体的，若该待测岩样的质量随时间增长持续增加，则可确定该待测岩样内部孔隙没有达到饱和，还可继续进行水岩反应，因而，可继续检测到该待测岩样内部的声发射情况和波速、波形变化情况。

相应的，若随时间增长该待测岩样的质量增长量为预设值时，停止检测。

该预设值例如可以是0。这是由于，当该待测岩样达到饱和时，其内部结构不再发生变化，此时，无法检测到该待测岩样内部的声发射情况和波速、波形变化情况。

本实施例提供的页岩渗吸的测量方法，通过实时测量该待测岩样的质量变化情况，可及时确定该页岩达到饱和的时间，从而可及时关闭测量装置，更加高效。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。