一种岩石低频弹性模量及衰减系数测量方法及系统技术方案

本申请实施例提供了一种岩石低频弹性模量及衰减系数测量方法及系统，该包括：从预设频率范围内选择N个频率点并将其分为L个频段，根据每个频段内的频率点对应生成每个频段的第一谐波激励信号；依次将每个频段的第一谐波激励信号施加于压电片上，以使被测岩石样品和参考标准样品产生应变，并采集被测岩石样品的第一应变电信号及参考标准样品的第二应变电信号；根据每个频段对应的第一应变电信号和第二应变电信号，确定被测岩石样品在每个频段内的杨氏模量、泊松比和衰减系数。本申请实施例可以提高岩石低频弹性模量及衰减系数的测量效率。

A method and system for measuring low frequency elastic modulus and attenuation coefficient of rock

The application embodiment provides a method and system for measuring low frequency elastic modulus and attenuation coefficient of rock, which includes: selecting N frequency points from a preset frequency range and dividing it into L frequency bands, corresponding to the first harmonic excitation signals generated in each frequency band according to the frequency points within each frequency band, and in turn the first harmonic of each frequency band. The wave excitation signal is applied to the piezoelectric sheet to make the measured rock sample and the reference standard sample strain, and collect the first strain electrical signal of the rock sample and the second strain electrical signal of the reference standard sample, and determine the rock sample according to the first strain electrical signal and the second strain electrical signal corresponding to each frequency band. Young's modulus, Poisson's ratio and attenuation coefficient in each frequency band. The application example can improve the measuring efficiency of rock low frequency elastic modulus and attenuation coefficient.

【技术实现步骤摘要】
一种岩石低频弹性模量及衰减系数测量方法及系统
本申请涉及岩石物理研究
，尤其是涉及一种岩石低频弹性模量及衰减系数测量方法及系统。
技术介绍
岩石物理实验是建立地震弹性参数与储层参数关系最直接的方式，在地震储层预测与烃类检测中发挥着越来越重要的作用。由于地震频段(中心频率为几十Hz)速度与测井(中心频率为20kHz)和超声波(中心频率为1MHz)速度之间存在显著差异，直接使用中高频数据解释地震频段勘探问题具有较大风险，在地震低频、弱振幅条件下进行地震速度及衰减的测量与分析对地震定量解释至关重要。目前低频测量比较流行的方法是利用应力-应变原理，在岩心样品表面粘贴应变计，激振器将不同频率正弦信号转换为周期性振动，岩心样品和标准件因受到相同应力作用而发生形变，应变计将这种形变转换成电信号输出，根据输出的电压幅值和相位计算不同频率条件下的弹性模量衰减。然而，现有利用应力-应变原理的技术每次只能测量单个频率点，而在实际测量中一般需要测量多个频率点以绘制岩石物理特性曲线，因此现有技术的这种逐频点测量的方式会花费很长的时间，导致测量效率极低。
技术实现思路
本申请实施例的目的在于提供一种岩石低频弹性模量及衰减系数测量方法及系统，以提高岩石低频弹性模量及衰减系数的测量效率。为达到上述目的，一方面，本申请实施例提供了一种岩石低频弹性模量及衰减系数测量方法，包括：从预设频率范围内选择N个频率点，将所述N个频率点划分为L个频段，并根据每个频段内的频率点对应生成每个频段的第一谐波激励信号；依次将每个频段的第一谐波激励信号施加于用作震源的压电片上，以使被测岩石样品和参考标准样品产生相应应变，并通过应变传感器采集所述被测岩石样品的第一应变电信号及所述参考标准样品的第二应变电信号；从每个频段对应的第一应变电信号中提取第一纵向应变电信号的幅值和相位，以及横向应变电信号的幅值，并从每个频段对应的第二应变电信号中提取第二纵向应变电信号的幅值和相位；根据每个频段对应的幅值确定所述被测岩石样品在相应频段内的杨氏模量和泊松比；并根据每个频段对应的相位确定所述被测岩石样品在相应频段内的衰减系数。优选的，所述根据每个频段内的频率点对应生成每个频段的第一谐波激励信号，包括：对于每个频段，以其内每个频率点作为频率，对应生成幅值各不同且初始相位相同的正弦波，叠加所述正弦波以形成该频段的第一谐波激励信号。优选的，所述根据每个频段对应的幅值确定所述被测岩石样品在相应频段内的杨氏模量，包括：根据公式E＝EstdAstd/AL确定所述被测岩石样品在相应频段内的杨氏模量；其中，E为被测岩石样品在相应频段内的杨氏模量，Estd为参考标准样品在相应频段内的杨氏模量，Astd为第二纵向应变电信号的幅值，AL为第一纵向应变电信号的幅值。优选的，所述根据每个频段对应的幅值确定所述被测岩石样品在相应频段内的杨氏模量和泊松比，包括：根据公式ν＝AT/AL确定所述被测岩石样品在相应频段内的泊松比；其中，ν为被测岩石样品在相应频段内的泊松比，AT为第一横向应变电信号的幅值，AL为第一纵向应变电信号的幅值。优选的，所述根据每个频段对应的相位确定所述被测岩石样品在相应频段内的衰减系数，包括：根据公式确定所述被测岩石样品在相应频段内的衰减系数；其中，为被测岩石样品在相应频段内的衰减系数，Q为被测岩石样品在相应频段内的品质因子，为第一纵向应变电信号的相位与第二纵向应变电信号的相位的相位差。优选的，在从每个频段对应的第一应变电信号中提取第一纵向应变电信号的幅值和相位，以及横向应变电信号的幅值，并从每个频段对应的第二应变电信号中提取第二纵向应变电信号的幅值和相位之前，还包括：将所述第一应变电信号和第二应变电信号依次进行零点温度漂移补偿、信号调理和模数转换处理。优选的，所述依次将每个频段的第一谐波激励信号施加于用作震源的压电片上，包括：选取一个频段的第一谐波激励信号，并将其依次进行数模转换、低通滤波、功率放大和阻抗匹配处理，以形成所述频段的第二谐波激励信号；将所述第二谐波激励信号施加于用作震源的压电片上，以使被测岩石样品和参考标准样品产生相应应变，并通过应变传感器采集相应应变对应的第一应变电信号和第二应变电信号；依此递推，直至完成每个频段的第二谐波激励信号激励下的第一应变电信号和第二应变电信号的信号采集。优选的，在所述形成所述频段的第二谐波激励信号之后，还包括：采集所述频段的第二谐波激励信号并将其依次进行缓冲、信号预处理和模数转换处理，并将处理后得到的第二谐波激励信号与对应的第一谐波激励信号进行相位比较，如果存在相位差，则进行相应的相位补偿处理。另一方面，本申请实施例还提供了一种岩石低频弹性模量及衰减系数测量系统，包括上位机、终端设备、用作震源的压电片和设置于被测岩石样品及参考标准样品上的应变传感器；其中，所述上位机用于：从预设频率范围内选择N个频率点，将所述N个频率点划分为L个频段，并根据每个频段内的频率点对应生成每个频段的第一谐波激励信号；通过所述终端设备依次将每个频段的第一谐波激励信号施加于所述压电片上，以使被测岩石样品和参考标准样品产生相应应变，并通过所述终端设备获取所述应变传感器采集的所述被测岩石样品的第一应变电信号及所述参考标准样品的第二应变电信号；从每个频段对应的第一应变电信号中提取第一纵向应变电信号的幅值和相位，以及横向应变电信号的幅值，并从每个频段对应的第二应变电信号中提取第二纵向应变电信号的幅值和相位；根据每个频段对应的幅值确定所述被测岩石样品在相应频段内的杨氏模量和泊松比；并根据每个频段对应的相位确定所述被测岩石样品在相应频段内的衰减系数。优选的，所述根据每个频段内的频率点对应生成每个频段的第一谐波激励信号，包括：对于每个频段，以其内每个频率点作为频率，对应生成幅值各不同且初始相位相同的正弦波，叠加所述正弦波以形成该频段的第一谐波激励信号。优选的，所述根据每个频段对应的幅值确定所述被测岩石样品在相应频段内的杨氏模量，包括：根据公式E＝EstdAstd/AL确定所述被测岩石样品在相应频段内的杨氏模量；其中，E为被测岩石样品在相应频段内的杨氏模量，Estd为参考标准样品在相应频段内的杨氏模量，Astd为第二纵向应变电信号的幅值，AL为第一纵向应变电信号的幅值。优选的，所述根据每个频段对应的幅值确定所述被测岩石样品在相应频段内的杨氏模量和泊松比，包括：根据公式ν＝AT/AL确定所述被测岩石样品在相应频段内的泊松比；其中，ν为被测岩石样品在相应频段内的泊松比，AT为第一横向应变电信号的幅值，AL为第一纵向应变电信号的幅值。优选的，所述根据每个频段对应的相位确定所述被测岩石样品在相应频段内的衰减系数，包括：根据公式确定所述被测岩石样品在相应频段内的衰减系数；其中，为被测岩石样品在相应频段内的衰减系数，Q为被测岩石样品在相应频段内的品质因子，为第一纵向应变电信号的相位与第二纵向应变电信号的相位的相位差。优选的，所述终端设备包括信号采集装置，其包括依次相连的惠斯通电桥、信号调理电路、模数转换器和数字信号处理器；所述信号采集装置用于将所述第一应变电信号和第二应变电信号依次进行零点温度漂移补偿、信号调理和模数转换处理。优选的，所述终端设备包括激励信号处理装置，其包括依次相连的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种岩石低频弹性模量及衰减系数测量方法，其特征在于，包括：从预设频率范围内选择N个频率点，将所述N个频率点划分为L个频段，并根据每个频段内的频率点对应生成每个频段的第一谐波激励信号；依次将每个频段的第一谐波激励信号施加于用作震源的压电片上，以使被测岩石样品和参考标准样品产生相应应变，并通过应变传感器采集所述被测岩石样品的第一应变电信号及所述参考标准样品的第二应变电信号；从每个频段对应的第一应变电信号中提取第一纵向应变电信号的幅值和相位，以及横向应变电信号的幅值，并从每个频段对应的第二应变电信号中提取第二纵向应变电信号的幅值和相位；根据每个频段对应的幅值确定所述被测岩石样品在相应频段内的杨氏模量和泊松比；并根据每个频段对应的相位确定所述被测岩石样品在相应频段内的衰减系数。

【技术特征摘要】
1.一种岩石低频弹性模量及衰减系数测量方法，其特征在于，包括：从预设频率范围内选择N个频率点，将所述N个频率点划分为L个频段，并根据每个频段内的频率点对应生成每个频段的第一谐波激励信号；依次将每个频段的第一谐波激励信号施加于用作震源的压电片上，以使被测岩石样品和参考标准样品产生相应应变，并通过应变传感器采集所述被测岩石样品的第一应变电信号及所述参考标准样品的第二应变电信号；从每个频段对应的第一应变电信号中提取第一纵向应变电信号的幅值和相位，以及横向应变电信号的幅值，并从每个频段对应的第二应变电信号中提取第二纵向应变电信号的幅值和相位；根据每个频段对应的幅值确定所述被测岩石样品在相应频段内的杨氏模量和泊松比；并根据每个频段对应的相位确定所述被测岩石样品在相应频段内的衰减系数。2.如权利要求1所述的岩石低频弹性模量及衰减系数测量方法，其特征在于，所述根据每个频段内的频率点对应生成每个频段的第一谐波激励信号，包括：对于每个频段，以其内每个频率点作为频率，对应生成幅值各不同且初始相位相同的正弦波，叠加所述正弦波以形成该频段的第一谐波激励信号。3.如权利要求1所述的岩石低频弹性模量及衰减系数测量方法，其特征在于，所述根据每个频段对应的幅值确定所述被测岩石样品在相应频段内的杨氏模量，包括：根据公式E＝EstdAstd/AL确定所述被测岩石样品在相应频段内的杨氏模量；其中，E为被测岩石样品在相应频段内的杨氏模量，Estd为参考标准样品在相应频段内的杨氏模量，Astd为第二纵向应变电信号的幅值，AL为第一纵向应变电信号的幅值。4.如权利要求1所述的岩石低频弹性模量及衰减系数测量方法，其特征在于，所述根据每个频段对应的幅值确定所述被测岩石样品在相应频段内的杨氏模量和泊松比，包括：根据公式ν＝AT/AL确定所述被测岩石样品在相应频段内的泊松比；其中，ν为被测岩石样品在相应频段内的泊松比，AT为第一横向应变电信号的幅值，AL为第一纵向应变电信号的幅值。5.如权利要求1所述的岩石低频弹性模量及衰减系数测量方法，其特征在于，所述根据每个频段对应的相位确定所述被测岩石样品在相应频段内的衰减系数，包括：根据公式确定所述被测岩石样品在相应频段内的衰减系数；其中，为被测岩石样品在相应频段内的衰减系数，Q为被测岩石样品在相应频段内的品质因子，为第一纵向应变电信号的相位与第二纵向应变电信号的相位的相位差。6.如权利要求1所述的岩石低频弹性模量及衰减系数测量方法，其特征在于，在从每个频段对应的第一应变电信号中提取第一纵向应变电信号的幅值和相位，以及横向应变电信号的幅值，并从每个频段对应的第二应变电信号中提取第二纵向应变电信号的幅值和相位之前，还包括：将所述第一应变电信号和第二应变电信号依次进行零点温度漂移补偿、信号调理和模数转换处理。7.如权利要求1所述的岩石低频弹性模量及衰减系数测量方法，其特征在于，所述依次将每个频段的第一谐波激励信号施加于用作震源的压电片上，包括：选取一个频段的第一谐波激励信号，并将其依次进行数模转换、低通滤波、功率放大和阻抗匹配处理，以形成所述频段的第二谐波激励信号；将所述第二谐波激励信号施加于用作震源的压电片上，以使被测岩石样品和参考标准样品产生相应应变，并通过应变传感器采集相应应变对应的第一应变电信号和第二应变电信号；依此递推，直至完成每个频段的第二谐波激励信号激励下的第一应变电信号和第二应变电信号的信号采集。8.如权利要求7所述的岩石低频弹性模量及衰减系数测量方法，其特征在于，在所述形成所述频段的第二谐波激励信号之后，还包括：采集所述频段的第二谐波激励信号并将其依次进行缓冲、信号预处理和模数转换处理，并将处理后得到的第二谐波激励信号与对应的第一谐波激励信号进行相位比较，如果存在相位差，则进行相应的相位补偿处理。9.一种岩石低频弹性模量及衰减系数测量系统，其特征在于，包括上位机、终端设备、用作震源的压电片和设置于被测岩石样品及参考标准样品上的应变传感器；其中，所述上位机用于：从预设频率范围内选择N个频率点，将所述N个频率点划分为L个频段，并根据每个频段内的频率点...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨志芳，周凯波，曹宏，张硕，晏信飞，曾玲，李晓明，
申请(专利权)人：中国石油天然气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11