一种岩石样品检测及数据采集系统及其方法和应用技术方案

本发明专利技术为一种岩石样品检测及数据采集系统。本系统可实现在气体吸附状态下岩样的弹性参数测试，采用将三轴压力仓跟气体供给与计量控制装置连接，对仓内样品进行吸附和准确计量吸附量，同时在（高）压力仓的盖帽上安装超声波换能器，并与超声波发射／接收装置结合，真正达到甲烷吸附煤岩弹性参数的测试，该系统可以在气体吸附、气体富集过程中自动连续测试，确保了测试环境的一致，获得吸附量与弹性参数关系曲线，提高了实验测试精度和效率，节约了实验时间和成本。本发明专利技术对甲烷气富集机理模拟及其岩石物理特性实验测试有机结合在一起，可用于煤层气和页岩气的地震勘探方法研究、矿井超前探测、煤矿安全研究等。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于地质勘探岩石实验范畴，涉及一种在三轴应力作用和气体吸附状态下 煤岩弹性测试系统，可以模拟研究地震波在地层温度、压力和地层流体状态的煤岩/层的 传播特征。
技术介绍
高温高压岩石地球物理性质测试是研究在特殊的高温高压状态下岩石表现出的 各种不同物理性质，即利用一定规格的岩石样品通过模拟岩石在地层所处环境，温度和压 力和岩石孔隙充填不同流体，认识和研究岩石地球物理性质，也可对地震及有关现象，特别 是波动现象的机理进行研究，它是岩石地球物理学的一个重要组成部分。岩石地球物理学 研究中最普遍使用的一种方法是超声波测试方法，通过超声波在岩石样品中的传播观测对 地震波在各种地质体中的传播进行室内模拟观测，并根据观测结果进行岩石地球物理性质 研究和地震学研究。利用它可以解释地球物理勘探中出现的许多现象，找出引起这些现象 的原因，岩石地球物理学已经成为地震方法进行石油、天然气、煤及煤层气、页岩气和地下 水等矿藏资源勘探和开采的重要基础，从而极大地推动了地震学理论的发展。目前，对不同岩石孔隙特点，岩石地球物理性质测试实验采用不同的方法。孔隙较 大(> IOum)的岩石，如果孔隙内的流体是石油和水这样的液体，一般预先在其它装置上将 液体充填岩石孔隙内，确定岩石孔隙的流体饱和程度，再移入测试系统的高压仓进行超声 波测试实验。如果孔隙内的流体是气体，就直接将样品放入测试系统高压仓内再注入气体 即可进行超声波测试实验。煤层气是煤地层在漫长的煤化作用过程中经生物化学和热解作 用所生成的，它的赋存形式主要是吸附在煤基质的颗粒表面，所以，煤岩吸附气体的空间是 微米-纳米级的。不能采用煤岩样品在其它装置内预先吸附，再减压后移入测试系统高压 仓的方法；而直接将煤岩样品直接放入测试系统高压仓的方法，无法达到煤岩样品在气体 吸附下的超声波速度测试。但是，只有在高温高压和吸附气体状态下得到的地球岩石物理 性质数据，才是接近地层环境的数据，对地球物理基础理论研究更为重要。由于煤层气的主 要赋存形式是吸附，所以，在煤层气的地震岩石物理研究中，模拟地层条件，就意味着不仅 需要模拟测试煤岩样品在地层压力和地层温度条件下的波速，而且还需要模拟测试煤岩样 品在一定的温压条件下煤层气吸附的状态。因此，目前对吸附气体的煤岩地球物理性质测 试实验还没法实现，不能满足煤层气岩石地球物理学研究的需要。
技术实现思路
本专利技术为了解决现有技术中存在的技术问题，提出了一种岩石样品检测及数据采 集系统及其方法。本专利技术克服现有的高温高压岩石物理实验测试装置难以实现吸附气体后煤岩物 性参数实验的不足，同时设计了计算机控制和设定测试数据采集的过程，进行连续自动采 集数据。本专利技术提出了一种在实验室内真实模拟地层条件吸附气体后及其吸附过程中煤岩样弹性参数自动连续测试装置。本专利技术不仅可在吸附甲烷气或氮气后煤岩在地层温度、压 力下自动、连续的弹性参数测试，获得不同气体吸附量的弹性参数变化曲线，同时还可以实 现吸附状态的页岩样弹性参数测试和其它岩样的弹性参数测试。本专利技术所采用的技术方案是—种岩石样品检测及数据采集系统，所述系统模拟地层条件，对岩样在气体吸附 过程的各参数连续测试并采集；所述系统包括样品池，流体供给及计量模块，压力加载及温度控制模块，信号发射 及接收模块和计算机；>所述流体供给及计量模块包括增压泵和流体计量装置；通过所述增压泵将高压 流体通入样品池，所述流体计量装置用于计量流体压力及流量；所述流体供给及计量模块与计算机连接，用于传输计量及设定数据；实施中，所述流体供给及计量模块中的流体为气体；且所述增压泵为试验提供高 压甲烷气或氮气；所述流体计量装置为超高压计量泵，用于煤层气吸附中提供精密流量和稳定压力 超高压计量的装置，采用双缸泵，流量为0. 0001 25ml/min ；所述超高压计量泵与所述计算机连接。>所述压力加载及温度控制模块包括压力装置，压力加载控制装置和温度控制装 置；所述压力加载及温度控制模块与计算机连接，用于传输信号；实施中，所述压力加载及温度控制模块为三轴压力加载与温度控制模块；其中包 含压力仓、轴向压力、环向压力和孔隙压力的加载控制端、超压保护装置、温度控制装置及 柱塞；所述压力仓是圆柱筒，筒体两端有端盖，端盖有中心通孔可通过管线与流体计量系统 连接，筒体有液压油注入孔用管线与油箱连接，筒体有活塞和活塞杆。所述样品池设置在所 述压力仓内；所述压力加载控制端和温度控制装置与所述计算机连接，用于传输数据。>所述信号发射及接收模块包括信号发生器，放大器及信号转换器，存储器；所述 信号发射及接收模块与所述计算机连接，将采集到的信号传输给计算机；所述信号发射及接收模块为超声波发射与接收模块，发射信号为超声波信号；包 括脉冲信号发生器、放大器、示波器、存储器以及一对超声波换能器；所述一对超声波换能 器分别设置在所述样品池两端，一个为发射端换能器，另一个为接收端换能器；所述脉冲信 号发生器与所述发射端换能器连接；所述接收端换能器经放大器与示波器和计算机连接。所述计算机用于确定供气压力和流量，设定采集的气体吸附量值和间隔，供气时 间和间隔；并确定超声波测试的轴向、环向和孔隙流体压力值，及其压力加载步长，保持压 压力恒定时长，实验温度，设定加载顺序；以及测试分析程序。本专利技术基于所述系统采用的一种岩石样品检测及数据采集方法，所述方法预设在 计算机内，并设定进行超声波信号采集的气体吸附量值和间隔，通过通信端口送给超声波 发射与接收控制盒，根据超高压计量泵反馈的数据，确定超声波发射接收以及采集的动作， 进行连续采集。所述方法的采样步骤如下①.设定供气压力和流量，预设测试采集的气体吸附量值和间隔或者供气时间和 间隔；②.确定超声波测试的轴向、环向和孔隙流体压力值，及其压力加载步长，保持压 压力恒定时长，设定加载顺序；③.设定实验温度，并通过温度控制装置进行温度控制；④.根据所述计量泵反馈的数据，若气体吸附量达到设定值时，对样品进行压力 加载；⑤.系统达到采集条件时，计算机向超声波发射与接收控制盒发射启动信号，同 时信号实时显示在示波器中，进行信号数据采集并在计算机中记录采集数据；⑥.改变下一次采集的条件；⑦.重复④直至所有实验测试数据采集完成；⑧.回调保存的信号，用测试分析软件进行分析，保存并输出岩样测试结果。本专利技术采用所述的系统和方法进行岩样实验的应用，所述系统和方法应用在对吸 附甲烷气的煤岩或页岩样品进行检测中，对于如砂岩样、碳酸盐岩样、火成岩样的常规岩样 同样可以适用，只是省去有关气体吸附环节，直接进行检测。本专利技术实现在一定的温压条件下吸附甲烷气的煤岩/页岩样品的弹性参数测试， 其吸附量和弹性参数都是由测试数据通过简单的计算得到，结果准确可信。在气体吸附过 程中连续测试，确保了测试环境的一致，提高了实验测试精度和效率，节约了实验时间和成 本。在气体富集过程自动、连续测试，自动获得吸附量与弹性参数关系曲线，有助于我们 对煤层气页岩气的地球物理相应特征的认识，对煤层气、页岩气资源勘探开发、矿井超前探 测、煤矿安全等研究工作有巨大帮助，将产生非常显著的经济效益和社会效益。附图说明图1是本专利技术系统原理模块示意图；图2是本专利技术系统实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种岩石样品检测及数据采集系统，所述系统模拟地层条件，对岩样在气体吸附过程的弹性参数连续测试并采集；其特征在于，所述系统包括样品池，流体供给及计量模块，压力加载及温度控制模块，信号发射及接收模块和计算机；所述流体供给及计量模块包括增压泵、稳压泵、和流体计量装置；通过所述增压泵将气体增压后经过标准罐通入样品池，所述流体计量装置用于计量流体压力及流量；所述流体供给及计量模块与计算机连接，用于传输计量及设定参数；所述压力加载及温度控制模块包括压力装置，压力加载控制装置和温度控制装置；所述压力加载及温度控制模块与计算机连接，用于传输信号；所述信号发射及接收模块包括信号发生器，放大器及信号转换器，存储器；所述信号发射及接收模块与所述计算机连接，将采集到的信号传输给计算机．

【技术特征摘要】
1.一种岩石样品检测及数据采集系统，所述系统模拟地层条件，对岩样在气体吸附过 程的弹性参数连续测试并采集；其特征在于，所述系统包括样品池，流体供给及计量模块，压力加载及温度控制模块，信号发射及接 收模块和计算机；所述流体供给及计量模块包括增压泵、稳压泵、和流体计量装置；通过所述增压泵将气 体增压后经过标准罐通入样品池，所述流体计量装置用于计量流体压力及流量；所述流体 供给及计量模块与计算机连接，用于传输计量及设定参数；所述压力加载及温度控制模块包括压力装置，压力加载控制装置和温度控制装置；所 述压力加载及温度控制模块与计算机连接，用于传输信号；所述信号发射及接收模块包括信号发生器，放大器及信号转换器，存储器；所述信号发 射及接收模块与所述计算机连接，将采集到的信号传输给计算机.2.根据权利要求1所述一种岩石样品检测及数据采集系统，其特征在于，所述流体供给及计量模块中的流体为气体；且所述增压泵为试验提供高压甲烷气或氮 气，最大供气压力40Mpa ；所述流体计量装置为超高压计量泵和标准罐，超高压计量泵用于煤层气吸附中提 供精密流量和稳定压力超高压计量的装置，采用双缸泵，其压力最大为140MPa，流量为 0. 0001 25ml/min ；标准罐用于煤层气吸附模拟试验流程中标定压力仓内剩余空气，使测 得的气体数据更准确；所述超高压计量泵与所述计算机连接。3.根据权利要求1所述一种岩石样品检测及数据采集系统，其特征在于，所述压力加载及温度控制模块包含压力仓、轴向压力、环向压力和孔隙压力的加载控 制端、超压保护装置、加温装置、温度控制装置及柱塞；所述压力仓是圆柱筒，筒体两端有端 盖，端盖有中心通孔，通过管线与流体供给及计量模块连接，筒体有液压油注入孔用管线与 油箱连接，筒体有活塞和活塞杆；所述样品池设置在所述压力仓内；所述压力加载控制端 和温度控制装置与所述计算机连接，用于传输数据。4.根据权利要求3所述一种岩石样品检测及数据采集系统，其特征在于，所述超压保护装置的最大压力值为HOPma ；所述加温装置的温度控制在120°C以下； 所述压力仓筒体两端有端盖，端盖有中心通孔的直径0. 2...

【专利技术属性】
技术研发人员：马中高，张国保，周枫，赵群，傅星菊，邵志东，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，中国石油化工股份有限公司石油勘探开发研究院，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]