岩心驱替试验装置和方法

1.本发明涉及石油开采设备领域，具体涉及一种岩心驱替试验装置和方法。


背景技术：

2.岩心驱替试验装置用于进行岩心驱替实验，在岩心驱替实验中，常用岩心夹持器对岩心进行夹持，为监测岩心驱替试验过程中驱替介质的驱替范围，目前通常是将驱替后的岩心从岩心夹持器中取出，再置于岩心分析仪中进行核磁共振分析或进行ct扫描。
3.但是核磁共振分析与ct扫描需要回避金属，因此不能透过岩心夹持器对实验过程进行实时监测，需将岩心从夹持器中取出后放入岩心分析仪后才能够继续实验，且岩心分析仪开机后，需要先利用仪器的标称频率进行水模激励和检测，记录下信号的初始幅度和振荡频率，然后再评经验随机地增大或减小谱仪的输出信号频率，当调整后信号幅度增大或减小，再随机的增大或减小谱仪的输出频率，直至满意的信号幅度和振荡频率出现。该方法，随机性强，耗时长，最优中心频率的准确度低，操作过程复杂，价格昂贵，无法实时测量。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种岩心驱替试验装置和方法，以解决上述现有技术存在的问题，能够便于监测驱替介质的驱替范围。
5.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
6.本发明提供一种岩心驱替试验装置，包括岩心夹持器、信息处理设备、多个超声波发射部和多个超声波接收部，所述岩心夹持器包括岩心夹持器筒，所述超声波发射部用于对应所述超声波接收部且固定设置在所述岩心夹持器筒的外侧壁，一个所述超声波接收部用于接收一个所述超声波发射部发射的超声波，多个所述超声波发射部在所述岩心夹持器筒轴向间隔设置，多个所述超声波接收部在所述岩心夹持器筒轴向间隔设置，所述超声波发射部和所述超声波接收部均与所述信息处理设备信号连接，所述信息处理设备用于控制所述超声波发射部发出超声波并使各所述超声波接收部接收并处理超声波，以显示各所述超声波接收部接收的超声波的两个相邻的波峰间隔时长。
7.优选的，还包括第一卡槽和第二卡槽，所述第一卡槽和所述第二卡槽与所述岩心夹持器筒的外侧壁固定连接，各所述超声波发射部均固定设置在所述第一卡槽内，各所述超声波接收部均固定设置在所述第二卡槽内。数量对应关系
8.优选的，所述第一卡槽和所述第二卡槽平行于所述岩心夹持器筒的轴线设置。
9.优选的，所述第一卡槽与所述第二卡槽相对设置。
10.优选的，还包括卡槽固定件，所述卡槽固定件用于将所述第一卡槽和所述第二卡槽固定在所述岩心夹持器筒外侧壁。
11.优选的，所述卡槽固定件包括第一卡槽连接件和第二卡槽连接件，所述第一卡槽连接件用于与所述第一卡槽固定连接，所述第二卡槽连接件用于与所述第二卡槽固定连接，所述第一卡槽连接件用于与所述第二卡槽连接件首尾连接形成封闭环形固定套设在所
述岩心夹持器筒外侧，以将所述第一卡槽和所述第二卡槽固定在所述岩心夹持器筒外侧壁上。
12.优选的，所述第一卡槽上开设有多个第一固定槽，各所述第一固定槽用于容置并固定一个所述超声波发射部。
13.优选的，所述第二卡槽上开设有多个第二固定槽，各所述第二固定槽用于容置并固定一个所述超声波接收部。
14.本发明还提供一种岩心驱替试验方法，包括上述任一项所述的岩心驱替试验装置，将岩心放置在所述岩心夹持器内，开启信息处理设备，所述信息处理设备获取超声波从各所述超声波发射部发出并穿过所述岩心夹持器后，到达对应的各所述超声波接收部的时间，以显示各所述超声波接收部接收的超声波的两个相邻的波峰间隔时长，通入岩心驱替介质，所述渗流介质流经所述超声波发射部和所述超声波接收部时，所述渗流介质影响超声波传递速度，所述信息处理设备显示的相邻两个波峰的所述间隔时长会发生变化，即可知超声波接收部处已发生驱替。
15.根据权利要求所述的岩心驱替试验方法，其特征在于：所述间隔时长采用自相关函数计算，所述自相关函数为：其中，r
xx
(τ)为自相关系数，t为声波脉冲的周期，τ为延迟时间，t为时间，且当τ的取值为所述间隔时长的两倍时，所述自相关系数r
xx
(τ)的值达到峰值。
16.本发明还提供一种岩心驱替试验方法，包括上述任一项所述的岩心驱替试验装置，将岩心放置在所述岩心夹持器内，开启信息处理设备，所述信息处理设备获取超声波从各所述超声波发射部发出并穿过所述岩心夹持器后，到达对应的各所述超声波接收部的时间，以显示各所述超声波接收部接收的超声波的两个相邻的波峰间隔时长，通入岩心驱替介质，所述渗流介质流经所述超声波发射部和所述超声波接收部时，所述渗流介质影响超声波传递速度，所述信息处理设备显示的相邻两个波峰的所述间隔时长即会发生变化。
17.优选的，所述间隔时长采用自相关函数计算，所述自相关函数为：其中，r
xx
(τ)为自相关系数，t为声波脉冲的周期，且当τ的取值为所述间隔时长的两倍时，所述自相关系数r
xx
(τ)的值达到峰值。
18.本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
19.本发明提供的岩心驱替试验装置和方法，将岩心放置在岩心夹持器内，开启信息处理设备，信息处理设备获取超声波从各超声波发射部发出并穿过岩心夹持器后，到达对应的各超声波接收部的时间，以显示各超声波接收部接收的超声波的两个相邻的波峰间隔时长，通入岩心驱替介质，渗流介质流经超声波发射部和超声波接收部时，渗流介质影响超声波传递速度，信息处理设备显示的相邻两个波峰的间隔时长即会发生变化。当观察到信息处理设备显示的相邻两个波峰的间隔时长发生变化时，即为驱替介质到达该超声波接收波处。上述试验过程利用超声波对岩心的驱替实验进行检测分析，无需将岩心放置到另外的分析仪器中，便于监测驱替介质的驱替范围。
附图说明
20.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
21.图1为本发明中的岩心驱替试验装置的结构示意图；
22.图2为本发明中的第一卡槽的结构示意图；
23.图3为波形自相关后的函数曲线；
24.图4为水驱前后核磁共振t2谱分布；
25.图5为超声波接收部处流体波及前的p波波形；
26.图6为超声波接收部处流体波及后的p波波形。
27.图中：11-第一卡槽；12-螺钉；13-超声波发射部线缆；14-岩心夹持器；15-第一卡槽连接件；21-滑槽；22-第一固定槽；23-固定部。
具体实施方式
28.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，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
29.本发明的目的是提供一种岩心驱替试验装置和方法，以解决上述现有技术存在的问题，能够便于监测驱替介质的驱替范围。
30.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
31.实施例一
32.本实施例提供一种岩心驱替试验装置，如图1-6所示，包括岩心夹持器14、信息处理设备、多个超声波发射部和多个超声波接收部，岩心夹持器14包括岩心夹持器筒，超声波发射部用于对应超声波接收部且固定设置在岩心夹持器筒的外侧壁，一个超声波接收部用于接收一个超声波发射部发射的超声波，多个超声波发射部在岩心夹持器筒轴向间隔设置，多个超声波接收部在所述岩心夹持器筒轴向间隔设置，超声波发射部和超声波接收部均与信息处理设备信号连接，信息处理设备用于控制超声波发射部发出超声波并使各超声波接收部接收并处理超声波信息，以显示各超声波接收部接收的超声波的两个相邻的波峰间隔时长。将岩心放置在岩心夹持器14内，开启信息处理设备，信息处理设备获取超声波从各超声波发射部发出并穿过岩心夹持器14后到达对应的各超声波接收部的时间，以显示各超声波接收部接收的超声波的两个相邻的波峰间隔时长，通入岩心驱替介质，渗流介质流经超声波发射部和超声波接收部时，渗流介质影响超声波传递速度，信息处理设备显示的相邻两个波峰的间隔时长即会发生变化。当观察到信息处理设备显示的相邻两个波峰的间隔时长发生变化时，即为驱替介质到达该超声波接收波处。上述试验过程利用超声波对岩心的驱替实验进行检测分析，无需将岩心放置到另外的分析仪器中，能够便于监测驱替介质的驱替范围，确定驱替前缘的位置。
33.本实施例中，超声波发射部通过超声波发射部线缆13与信息处理设备连接。
34.本实施例中，岩心驱替试验装置还包括第一卡槽11和第二卡槽，第一卡槽11和第二卡槽与岩心夹持器筒的外侧壁固定连接，各超声波发射部均固定设置在第一卡槽11内，各超声波接收部均固定设置在第二卡槽内。本实施例中优选将超声波发射部和超声波接收部分别使用第一卡槽11和第二卡槽固定，以便于超声波发射部和超声波接收部的布设。
35.本实施例中，优选将第一卡槽11和第二卡槽平行于岩心夹持器筒的轴线设置，使岩心的检测距离更加均匀。
36.本实施例中优选将第一卡槽11与第二卡槽相对设置，使第二卡槽中的超声波接收部能够接收到更多的超声波信号。
37.本实施例中，岩心驱替试验装置还包括卡槽固定件，卡槽固定件用于将第一卡槽11和第二卡槽固定在岩心夹持器筒外侧壁。
38.本实施例中，卡槽固定件包括第一卡槽连接件15和第二卡槽连接件，第一卡槽连接件15用于与第一卡槽11固定连接，第二卡槽连接件用于与第二卡槽固定连接，第一卡槽连接件15用于与第二卡槽连接件首尾连接形成封闭环形固定套设在岩心夹持器筒外侧，以将第一卡槽11和第二卡槽固定在岩心夹持器筒外侧壁上。本实施例中使用第一卡槽连接件15和第二卡槽连接件将第一卡槽11和第二卡槽固定在岩心夹持器筒的外侧。
39.本实施例中，第一卡接槽连接件和第二卡槽连接件用于相互连接的一端均具有固定部23，固定部23上开设有螺纹孔，第一卡槽连接件15与第二卡槽连接件使用螺钉12螺纹连接，便于装配。
40.本实施例中，第一卡槽11上开设有多个第一固定槽22，各第一固定槽22用于容置并固定一个超声波发射部。多个第一固定槽22能够容置并固定多个超声波发射部，使监测更加精确。
41.本实施例中，第二卡槽上开设有多个第二固定槽，各第二固定槽用于容置并固定一个超声波接收部。多个第二固定槽能够容置并固定多个超声波接收部，使监测更加精确。
42.本实施例中，第一卡槽11和第二卡槽还开设有滑槽21，第一卡槽11和第二卡槽的上的滑槽21分别与第一固定槽22和第二固定槽连通，超声波发射部和超声波接收部分别能够在第一卡槽11和第二卡槽上的滑槽21内滑动，并能够分别滑入各第一固定槽22和第二固定槽内。
43.实施例二
44.本实施例中提供一种岩心驱替试验方法，包括实施例一中的岩心驱替试验装置，将岩心放置在岩心夹持器14内，开启信息处理设备，信息处理设备获取超声波从各超声波发射部发出并穿过岩心夹持器14后，到达对应的各超声波接收部的时间，以显示各超声波接收部接收的超声波的两个相邻的波峰间隔时长，通入岩心驱替介质，渗流介质流经超声波发射部和超声波接收部时，渗流介质影响超声波传递速度，信息处理设备显示的相邻两个波峰的间隔时长会发生变化，即可知超声波接收部处已发生驱替。
45.本实施例中，间隔时长采用自相关函数计算，自相关函数为：本实施例中，间隔时长采用自相关函数计算，自相关函数为：其中，r
xx
(τ)为自相关系数，t为声波脉冲的周期，且当τ的取值为
间隔时长的两倍时，自相关系数r
xx
(τ)的值达到峰值。
46.本实施例中，优选使超声波发射部发射p波，针对p波波形，根据自相关函数，计算获得所述p波径向穿过岩心夹持器14的时长，即间隔时长。自相关函数是信号在时域中特性的平均度量，它用来描述信号在一个时刻的取值与另一时刻取值的依赖关系，对于周期信号，其积分平均时间即为信号周期t。对于有限时间内的信号，例如单个脉冲，当t趋于无穷大时，该平均值将趋于零。若在宽带信号中存在着带时间延迟τ0的回声，那么该信号的自相关函数将在τ＝τ0处也达到峰值(另一峰值在τ＝0处)，这样可根据τ0确定反射体的位置，同时自相关系数在τ0处的值r
xx
(τ)将给出反射信号相对强度的度量。
47.如图3所示，在本实施例中，利用自相关系数在间隔时长的2倍的整数倍时间处将达到峰值，可得到间隔时长的2倍，进而根据间隔时长得到波速。
48.如图4为水驱前后核磁共振t2谱分析图，经与本监测方法的监测结果对比，检测结果一致性，即本岩心流体驱替范围监测方法与常规核磁共振分析的检测结果一致。
49.根据所述某一时刻经过岩心的p波波速的变化，可知此时刻流体已被驱替至该传感器超声波接收部所处位置，并继续向后一传感器超声波接收部位置处波及。即根据所述p波波形确定波速，由波速的改变可知流体已波及至该超声波接收部所处位置。
50.本实施例中利用获得的页岩岩芯的p波波形，采用自相关法，更容易获得在夹持器和岩心中的走时，克服了波形初至不易识别的问题，从而更加精确地获得波穿过岩心所经历的时长，根据间隔时长和岩心夹持器筒直径，可以更加精确地获得其相应的波速，从而提高观测处理精度，为驱替过程中流体驱替范围的监测等提供更加可靠的技术参数与支持。
51.本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。