一種電震信號的實驗測量方法與流程
2023-06-10 01:21:31 1
本發明涉及油氣勘探和開發的地球物理研究技術領域，尤指一種電震信號的實驗測量方法。
背景技術：
電震轉換是震電轉換的逆過程，電震轉換所產生的電震信號是電磁場與聲波場的轉換耦合所形成的。當給巖石儲層施加一個電場時，電場在電性性質存在差異的地層分界面處是不連續的，電場不連續形成的電場梯度使得巖石骨架表面電荷層發生局部位移，這種電荷的局部位移導致孔隙流體和巖石骨架發生相對位移，進行在儲層巖石中形成壓力梯度，該壓力梯度即為電場轉換為震動場的電震信號。目前有三種儲層性質有利於電震轉換產生強的電震信號：第一種是聲波阻抗差異大，第二種是存在可滲透的孔隙空間，第三種是高電阻率孔隙流體。在這三種增強電震轉換的因素中，聲波阻抗差異大小是最弱的決定因素，就目前的技術而言，由於將大電流驅動進入儲層的限制，電震信號是非常弱的。但是只要有更好的信號源和電震勘探方法，電震信號可以達到和地震信號一樣強的，因此，電震轉換的研究對於電震勘探應用的發展是必不可少的。
電震轉換是烴類識別和儲層描述的潛在的有力工具。由於電震轉換是震電轉換的逆過程，因此電震信號與震電信號一樣，能夠以地震解析度提供烴類聚集物的電性特徵。與地震勘探相比，地震勘探對流體不敏感，而電震轉換對儲層中流體敏感，能夠反映流體性質和流體流通情況，進而對儲層油氣具有直接探測性。與電磁勘探相比，電磁勘探無法探測地下界面和結構，而電震勘探在地下儲層彈性性質、電性性質、流體性質及其他物性性質具有差異的不連續面會產生強的電震轉換信號，因而電震勘探能夠彌補地震勘探和電磁勘探的劣勢，成為一種輔助地震和電磁勘探的有效勘探手段。
中國專利勘探和開採環境內的電震勘測(申請號cn201480048150.8和cn201480049576.5)主要是用於檢測地下巖層內的壓裂作業的方法和系統。探測地下巖層壓裂時產生的電磁信號來確定壓裂情況。中國專利煤礦井下電震綜合探測儀(申請號cn201410392117.9)發明了一種用於煤礦井下的電震綜合探測儀，具備直流電法和淺層地震法功能，能同步進行電法數據和地震數據採集，並對所採集的電法數據和地震數據進行聯合反演。以上三種探測方法和儀器均是針對野外電震測量，並不適用於電震轉換的實驗測量，以及實驗室內電震信號的定性定量研究。目前國內外的電震方法的研究不多，特別是國內的電震轉換的研究，而且已有的研究主要是採用數值模擬的方法，而通過電震實驗證實數值模型和數值結果的研究缺乏。其主要原因是因為缺少能進行實驗室電震測量的測試方法，無法通過電震實驗進行電震轉換定量和定性的研究，因此，電震測量方法的研究有助於電震轉換的研究發展。
技術實現要素：
為解決目前電震轉換的實驗測量存在的問題，本發明提供了一種電震信號的實驗測量方法，該方法包括：
一裝有流體的水槽；
將兩個網狀電極、含流體孔隙巖樣、縱波換能器分別以一定相對距離浸入所述流體中；
所述兩個網狀電極分別與方波脈衝發射儀、地相連接，在所述水槽中形成電場；
所述含流體孔隙巖樣在所述電場中產生電震信號；
通過所述縱波換能器採集所述電震信號。
本發明從電震信號的產生機制與巖石物理實驗的關係出發，設計得到電震信號的實驗測量方法，並且成功測量到了含流體孔隙巖樣中產生的電震信號，使該電震測量方法能夠應用在含流體儲層電震響應模擬研究中。
附圖說明
為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
圖1為本發明實施例一種電震信號的實驗測量方法的流程圖；
圖2為本發明一具體實施例的電震信號的測量結果示意圖；
圖3為本發明另一具體實施例的電震信號的測量結果示意圖；
圖4為本發明實施例一種電震信號的實驗測量裝置的結構示意圖。
具體實施方式
本發明實施例提供一種電震信號的實驗測量方法。
下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
如圖1所示為本發明實施例一種電震信號的實驗測量方法的流程圖，包括
步驟101，向水槽注入流體。
步驟102，將兩個網狀電極、含流體孔隙巖樣、縱波換能器分別以一定相對距離浸入所述流體中。
步驟103，所述兩個網狀電極分別與方波脈衝發射儀、地相連接，在所述水槽中形成電場。
步驟104，所述含流體孔隙巖樣在所述電場中產生電震信號。
步驟105，通過所述縱波換能器採集所述電震信號。
作為本發明的一個實施例，所述流體包括純淨水、自來水、nacl溶液、油中的一種。
作為本發明的一個實施例，所述方法還包括一支架，將兩個網狀電極、含流體孔隙巖樣、縱波換能器分別以一定相對距離固定在所述支架上。
在本實施例中，所述支架上的兩個網狀電極、含流體孔隙巖樣、縱波換能器之間的相對距離可調。
作為本發明的一個實施例，所述含流體孔隙巖樣中的流體包括純淨水、自來水、nacl溶液、油中的一種或幾種的組合。其中，所述含流體孔隙巖樣的狀態為飽和狀態或不飽和狀態均可。
在本實施例中，所述含流體孔隙巖樣中的流體可以與所述水槽中的流體相同，也可以不同。
作為本發明的一個實施例，實驗測量所述電震信號的振幅範圍為幾毫伏到幾百毫伏之間。
作為本發明的一個實施例，所述方波脈衝發射儀包括超聲脈衝發射儀。
作為本發明的一個實施例，所述方法還包括數據處理，其中，所述數據處理可以通過包括例如放大器、示波器、計算機等實現。
本實施例中，所述數據處理具體可以包括將測量到的電震信號通過放大器進行放大、通過示波器顯示電震信號以及將電震信號儲存於計算機中等等。
通過上述本發明實施例中的方法，從電震信號的產生機制與巖石物理實驗的關係出發，設計得到電震信號的實驗測量方法，並且成功測量到了含流體孔隙巖樣中產生的電震信號，使該電震測量方法能夠應用在含流體儲層電震響應模擬研究中。
如圖2為本發明一具體實施例的電震信號的測量結果示意圖，在本實施例中，網狀電極採用ag/agcl網狀電極，方波脈衝發射儀採用超聲脈衝發射儀，例如5077pr型號超聲脈衝發射儀，具體實驗步驟為：將水槽中注入一定量的自來水，採用的自來水的電導率為0.08s/m，靜置至氣泡較少後開始實驗；將網狀電極、縱波換能器和人工砂巖巖樣固定在支架上，並保持水平對準，浸沒入水中，其中，人工砂巖巖樣中含有自來水，即，含自來水孔隙砂巖巖樣，縱波換能器可以採用例如panametricsndtv101型號換能器；將網狀電極與超聲脈衝發射儀輸出端連接，調整電脈衝重複周期為500次，電脈衝能量電壓為300v，脈衝發射儀的觸發埠與示波器相連，將另一個網狀電極與地相接並保持接觸良好，其中，示波器可以採用例如agilenttechnologydso6012a型號示波器；將縱波換能器與放大器輸入相連，放大器增益調至60db，放大器輸出端與示波器輸入端連接，示波器平均次數為1024次，通過數據線將示波器與計算機連接，其中，放大器可以採用例如olympusultrasonicpreamplifier5660c型號放大器；用導電性良好的連接導線將上述各個儀器與地連接好，將各個儀器連接好電源，啟動各個儀器開關；調節網狀電極、縱波換能器與人工砂巖巖樣的距離，網狀電極正極與縱波換能器距離為16cm，網狀電極正極與縱波換能器距離保持不變。人工砂巖樣品位於網狀電極正極與縱波換能器中間，巖樣可移動，測量過程中巖樣每次移動距離為1cm，初始時刻，巖樣與縱波換能器距離為9cm，巖樣與縱波換能器的距離從9cm變化到13cm，共採集4道電震信號數據。將採集到的數據通過數據處理，例如可以包括通過放大器進行處理、通過示波器顯示、儲存於計算機中等等。本實施例的實驗測量裝置可參見圖4。
經測量，本實施例所測量到的電震轉換信號有兩個，第一個信號的旅行時隨著巖樣與縱波換能器距離的增加而逐漸增加，第二個信號的旅行時隨著巖樣與縱波換能器距離的增加保持不變。電場信號的傳播速度幾乎與光速相近，因此電信號的傳播旅行時可忽略不計。電震轉換產生的聲波信號在水中的傳播速度約為1480m/s，依據第一個信號的旅行時以及巖樣與縱波換能器的距離計算可知，第一個信號的旅行時恰好為電震轉換產生的聲波信號以水中的聲速從巖樣處傳播到縱波換能器的時間，這說明第一個信號是在巖樣中產生的電震信號。而網狀電極正極與縱波換能器距離保持不變，為16cm，第二個信號的旅行時也保持不變，根據網狀電極正極與縱波換能器距離16cm，以及聲波在水中傳播速度，可知所以第二個信號是在網狀電極處產生的。在零時刻，電震信號出現一個尖脈衝，這是由於方波脈衝發射儀在啟動時的瞬時高壓感應出的電信號。本實施例說明該測量方法能夠測量到砂巖樣品中產生的電震信號。
如圖3為本發明一另具體實施例的電震信號的測量結果示意圖，在本實施例中，與上述實施例的測量方法基本相同，不同之處在於：測量時初始時刻，巖樣與縱波換能器距離為10cm，並保持不變。網狀電極正極與縱波換能器距離為15cm，測量過程中移動網狀電極正極，每次移動距離為1cm，網狀電極正極與縱波換能器距離從15cm變化到19cm，共採集4道數據。本實施例的實驗測量裝置可參見圖4。
經測量，由於方波脈衝發射儀在啟動時的瞬時高壓無法消除，所以本實施例所測量到的電震信號在零時刻也出現一個尖脈衝，尖脈衝之後出現的信號才是測量所需的信號。同樣可以發現，測量得到兩個電震信號。第一個電震信號的旅行時隨著網狀電極正極與縱波換能器距離的增加保持不變，這是因為雖然網狀電極正極與縱波換能器的距離增加了，但是巖樣與縱波換能器的距離是保持不變的。電場的傳播旅行時幾乎為零，因此不管網狀電極正極與巖樣的距離如何變化，巖樣中產生的電震信號的旅行時只與巖樣和縱波換能器的距離有關，證明了第一個信號為巖樣中產生的電震信號。第二個信號旅行時隨著網狀電極正極與縱波換能器距離的增加而增加，從旅行時和傳播距離的計算也可說明第二個信號是在網狀電極正極處產生的。本實施例再次證實了該測量方法測量的信號為電震信號，採用該測量方法能夠穩定獲得砂巖樣品中產生的電震信號，並且該方法能夠應用於含流體樣品的電震實驗研究。
通過上述本發明實施例中的方法，從電震信號的產生機制與巖石物理實驗的關係出發，設計得到電震信號的實驗測量方法，並且成功測量到了含流體孔隙巖樣中產生的電震信號，使該電震測量方法能夠應用在含流體儲層電震響應模擬研究中。
以上所述的具體實施例，對本發明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發明的具體實施例而已，並不用於限定本發明的保護範圍，凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。