[發明專利]超聲波與化學作用下巖石力學參數測定實驗裝置及方法

有效

• 申請號: 201210086329.5
• 申請日: 2012-03-28
• 公開（公告）號: CN102607959A
• 公開（公告）日: 2012-07-25
• 發明（設計）人: 蒲春生;許洪星;劉靜;吳飛鵬;張兵
• 申請（專利權）人: 中國石油大學（華東）
• 主分類號: G01N3/12
• 分類號: G01N3/12;G01N1/28
• 代理公司: 西安創知專利事務所 61213
• 代理人: 譚文琰

技術領域

本發明屬于巖石力學參數測定技術領域，尤其是涉及一種超聲波與化學作用下巖石力學參數測定實驗裝置及方法。

背景技術

超聲波是頻率高于20000赫茲的聲波，它方向性好，穿透能力強，易于獲得較集中的聲能。超聲波按其應用領域可分為功率超聲和檢測超聲兩大類。其中，用超聲波使物體和物性發生變化的功率應用，稱為功率超聲。

隨著超聲波技術的發展，檢測超聲和功率超聲在石油行業都得到了越來越廣泛的應用。檢測超聲主要應用在聲波測井、井下超聲成像、巖石物性測試、管材無損檢測等；而功率超聲應用集中在超聲波采油領域，主要涉及超聲波防垢除垢、防蠟除蠟、降粘冷輸、處理石油污水、驅油、近井解堵等方面。

超聲波采油技術不同于常規采油技術，其具有安全可靠、設備少、工藝簡單、成本低、見效快、效率高、對儲層、環境無污染等優點。超聲波采油與化學法采油機理不同，故超聲波采油還可與化學提高采收率、酸化等技術聯合應用優勢互補。特別是在油田開發中晚期，超聲波采油用于二、三次采油，提高最終采收率是很有前途的方法之一。該技術經過幾十年的發展取得了顯著成就，受到采油工程技術人員的普遍重視。

超聲波采油技術研究的一個重要分支就是功率超聲波、超聲-化學作用下巖石力學參數及性質的變化情況，屬于超聲學與巖石力學交叉領域。目前，超聲波在巖石力學中的應用主要集中在巖體超聲無損檢測，屬于檢測超聲的范疇，主要研究超聲波在巖體內傳播的規律，借以了解巖體的動彈性力學狀態及其結構特征，而對功率超聲-化學作用下儲層巖石力學參數及性質(本構關系、抗拉強度、抗壓強度、抗剪強度、彈性模量、泊松比等)的變化情況研究很少，導致超聲波采油、超聲波-化學聯合解堵等技術現場應用具有一定盲目性，其根本原因是缺乏與研究相配套的實驗手段，這在一定程度上阻礙了超聲波采油技術的推廣與應用。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于針對上述現有技術中的不足，提供一種結構簡單、安裝布設方便、工作性能可靠且使用效果好、實用價值高的超聲波與化學作用下巖石力學參數測定實驗裝置。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：一種超聲波與化學作用下巖石力學參數測定實驗裝置，其特征在于：包括巖石力學試驗機、液壓增壓器、用于放置被測試巖芯的密閉盒體、對被測試巖芯進行超聲波處理的超聲波換能器、與超聲波換能器相接的超聲波發生器、對被測試巖芯上所承受的上覆壓力進行實時檢測的壓力檢測單元，以及分別對超聲波換能器作用在被測試巖芯上的超聲波功率和振幅進行實時檢測的超聲波功率檢測儀和超聲波振幅測量儀；所述巖石力學試驗機分別通過左側加載軸和右側加載軸從左右兩側對被測試巖芯進行對稱加載，所述超聲波換能器位于密閉盒體上方，所述液壓增壓器通過化學試劑輸送管道將化學試劑送入密閉盒體并對送入密閉盒體內的化學試劑進行增壓處理，所述密閉盒體上部安裝有排氣閥，且所述壓力檢測單元、超聲波功率檢測儀和超聲波振幅測量儀均與顯示單元相接；所述密閉盒體的左右兩側分別開有供左側加載軸和右側加載軸安裝的加載軸安裝孔，所述被測試巖芯呈水平向布設，所述被測試巖芯夾裝于左側加載軸和右側加載軸且被測試巖芯與左側加載軸和右側加載軸布設于同一水平線上，所述左側加載軸和右側加載軸均安裝在所述巖石力學試驗機的水平加載系統上。

上述超聲波與化學作用下巖石力學參數測定實驗裝置，其特征是：所述超聲波換能器為電磁感應式超聲波換能器，且所述電磁感應式超聲波換能器包括內部開有空腔的換能器外殼、布設在所述空腔前部且能產生超聲波的振動模板、布設在所述空腔內且位于振動模板正后方的平面電感線圈、與平面電感線圈相并接的電容器和并接在電容器兩端的電源，所述平面電感線圈與電容器之間通過導線一進行連接，所述電容器與電源之間通過導線二進行連接，所述平面電感線圈、電容器和所述導線一的導線電阻形成RLC振蕩電路；所述換能器外殼的前側外部布設有用于改變振動模板所產生超聲波振幅的超聲波變幅桿，所述超聲波變幅桿密封安裝在密閉盒體上，且密閉盒體上部對應設置有供超聲波變幅桿安裝的變幅桿安裝口；所述超聲波發生器的輸出端與電源的電源端相接，所述導線一和導線二上分別串接有通斷控制開關一和通斷控制開關二。

上述超聲波與化學作用下巖石力學參數測定實驗裝置，其特征是：所述左側加載軸和右側加載軸均為圓柱形加載軸。

上述超聲波與化學作用下巖石力學參數測定實驗裝置，其特征是：所述換能器外殼和超聲波變幅桿均呈豎直向布設。