本發(fā)明涉及地球物理技術(shù)領(lǐng)域，具體的說，涉及一種飽和流體儲層模型的檢測系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著石油勘探技術(shù)發(fā)展至今，大規(guī)模的油氣田都已基本發(fā)現(xiàn)，因此提高老油田的采收率也變得越來越重要。提高現(xiàn)有油氣藏采收率的唯一有效途徑是進(jìn)一步弄清巖石內(nèi)部結(jié)構(gòu)的非均質(zhì)性和巖石內(nèi)部含油氣的情況，為了做到這一點，通常會采用地震測量法的方式。地震測量是指以炸藥作為震源(即人工地震)，利用地震反射聲波檢測地層的情況。巖層在含有流體、不含流體或含不同流體等不同情況下，反射聲波的波速和振幅會有所不同。利用這種特性，可以分析地下流體的性質(zhì)并監(jiān)視流體運移和擴散情況。而對地震勘探的研究，一般通過物理模擬的方法來實現(xiàn)。

物理模擬是通過在實驗室中進(jìn)行物理實驗來模擬真實的物理過程的方法。具體是將實際地形縮小為物理模型，然后利用聲波(或超聲波)等振動信號的檢測來模擬野外地震波的檢測。在對物理模型進(jìn)行振動信號的反射檢測時，振動信號的反射效果既與薄層模型的內(nèi)部性質(zhì)有關(guān)，又與振動信號的頻率有關(guān)。比如，當(dāng)振動信號從高頻變?yōu)榈皖l時，含油的薄層模型中振動信號的反射效果表現(xiàn)為振幅增加，傳播時間延遲。因此，這種幅度及相位的變化可以用于流體薄層厚度的檢測和流體類型的估計。

本發(fā)明人在實現(xiàn)本發(fā)明的過程中發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有技術(shù)至少存在以下技術(shù)問題：目前的物理模擬實驗中，通常采用超聲波探頭產(chǎn)生振動信號，但是超聲波探頭能產(chǎn)生的振動信號的帶寬較窄，難以實現(xiàn)跨頻帶的振動信號的檢測。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種飽和流體儲層模型的檢測系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有技術(shù) 中難以實現(xiàn)跨頻帶的振動信號的檢測的技術(shù)問題。

本發(fā)明提供一種飽和流體儲層模型的檢測系統(tǒng)，包括儲層模型、流體輸入裝置、信號發(fā)射裝置和信號檢測裝置；

所述流體輸入裝置用于向所述儲層模型中注入流體；

所述信號發(fā)射裝置設(shè)置于所述儲層模型的表面，所述信號發(fā)射裝置為疊堆壓電陶瓷，用于向所述儲層模型發(fā)射振動信號；

所述信號檢測裝置用于對所述儲層模型的檢測點進(jìn)行振動信號的反射檢測。

進(jìn)一步的是，所述疊堆壓電陶瓷發(fā)射的振動信號的頻率范圍為1kHz至200kHz。

優(yōu)選的是，所述儲層模型的飽和流體薄層分為至少兩個相互隔離的分區(qū)，所述流體輸入裝置分別向不同的分區(qū)注入水和油。

進(jìn)一步的是，所述儲層模型包括兩層脆性材料，以及位于所述兩層脆性材料之間的飽和流體薄層。

優(yōu)選的是，所述脆性材料為環(huán)氧樹脂或有機玻璃。

優(yōu)選的是，所述飽和流體薄層為砂巖或仿砂巖材料。

進(jìn)一步的是，所述疊堆壓電陶瓷包括疊置的若干片壓電陶瓷。

優(yōu)選的是，所述疊堆壓電陶瓷的緊貼所述儲層模型的表面和遠(yuǎn)離所述儲層模型的表面，能夠同時發(fā)射振幅相同、相位相反的振動信號。

進(jìn)一步的是，所述信號檢測裝置還用于對所述疊堆壓電陶瓷的遠(yuǎn)離所述儲層模型的表面進(jìn)行振動信號的檢測。

優(yōu)選的是，所述信號檢測裝置為掃描式激光測振儀。

本發(fā)明帶來了以下有益效果：本發(fā)明提供的飽和流體儲層模型的檢測系統(tǒng)中，采用疊堆壓電陶瓷作為信號發(fā)射裝置，向儲層模型發(fā)射振動信號。因為疊堆壓電陶瓷一般工作在非諧振狀態(tài)，且具有很大的工作帶寬，所以在對飽和流體儲層模型進(jìn)行檢測實驗時，能夠?qū)崿F(xiàn)跨頻帶的振動信號的檢測。

本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點將在隨后的說明書中闡述，并且，部分的從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點可通過在說明書、權(quán)利要求書以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)和獲得。

附圖說明

為了更清楚的說明本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案，下面將對實施例描述中所需要的附圖做簡單的介紹：

圖1是本發(fā)明實施例提供的飽和流體儲層模型的檢測系統(tǒng)的示意圖；

圖2是本發(fā)明實施例提供的飽和流體儲層模型的檢測系統(tǒng)的工作原理圖；

圖3是圖1中疊堆壓電陶瓷的示意圖。

具體實施方式

以下將結(jié)合附圖及實施例來詳細(xì)說明本發(fā)明的實施方式，借此對本發(fā)明如何應(yīng)用技術(shù)手段來解決技術(shù)問題，并達(dá)成技術(shù)效果的實現(xiàn)過程能充分理解并據(jù)以實施。需要說明的是，只要不構(gòu)成沖突，本發(fā)明中的各個實施例以及各實施例中的各個特征可以相互結(jié)合，所形成的技術(shù)方案均在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。

本發(fā)明實施例提供一種飽和流體儲層模型的檢測系統(tǒng)及檢測方法，能夠在室內(nèi)條件下，對流體飽和儲層模型進(jìn)行寬頻帶測量，從而可以估計飽和儲層中的流體成分。

如圖1和圖2所示，該檢測系統(tǒng)主要包括儲層模型1、流體輸入裝置2、信號發(fā)射裝置和信號檢測裝置。

儲層模型1包括兩層脆性材料12，以及位于兩層脆性材料12之間的飽和流體薄層11。其中，兩層脆性材料12可以采用同一種材料，優(yōu)選為環(huán)氧樹脂或有機玻璃，飽和流體薄層11優(yōu)選為砂巖或仿砂巖材料。

流體輸入裝置2用于向儲層模型1的飽和流體薄層11中注入流體，由輸入流體選擇及流量控制單元控制輸入流體的種類、流量和流速。作為一個優(yōu)選方案，飽和流體薄層11可分為至少兩個相互隔離的分區(qū)，流體輸入裝置2分別向不同的分區(qū)注入水和油。本實施例中，飽和流體薄層11分為三個分區(qū)，每個分區(qū)都設(shè)置有注入口，第一個分區(qū)注入水，第二個分區(qū)注入油，第三個分區(qū)注入氣體(可以是甲烷等氣體)，使三個分區(qū)的檢測結(jié)果能夠相互對照。另外，在每個注入口的對側(cè)都設(shè)置有閥門，以便于在需要時將飽和流體薄層11內(nèi)的流體排出。

信號發(fā)射裝置設(shè)置于儲層模型1的表面，信號發(fā)射裝置為疊堆壓電陶瓷3，用于向儲層模型1發(fā)射振動信號。疊堆壓電陶瓷3作為震源，它將信號發(fā)生器經(jīng)陶瓷驅(qū)動電源輸出的電壓驅(qū)動信號轉(zhuǎn)換成聲波或超聲波的振動信號向儲層模型1內(nèi)部發(fā)射，其發(fā)射的振動信號的頻率范圍可達(dá)到1kHz至200kHz。

如圖3所示，疊堆壓電陶瓷包括疊置的若干片壓電陶瓷11，這些壓電陶瓷11物理串聯(lián)，電學(xué)并聯(lián)或者串聯(lián)，而疊堆壓電陶瓷的上下兩端是絕緣瓷片12，且疊層型壓電陶瓷外表面噴涂絕緣漆。位于中間的每片壓電陶瓷11的厚度在0.1mm左右，疊堆壓電陶瓷兩側(cè)鍍有導(dǎo)電層13，分別為正電極和負(fù)電極，與陶瓷驅(qū)動電源相連。疊堆壓電陶瓷的效率比單片壓電陶瓷高，通過一次受壓，所有的壓電陶瓷都會起電。

疊堆壓電陶瓷在外加信號驅(qū)動下振動時，其上下兩個面能夠分別產(chǎn)生振幅相同、相位相反的振動信號。也就是，疊堆壓電陶瓷設(shè)置于儲層模型的表面之后，其緊貼儲層模型的表面和遠(yuǎn)離儲層模型的表面，能夠同時發(fā)射振幅相同、相位相反的振動信號。

信號檢測裝置優(yōu)選為掃描式激光測振儀，用于對儲層模型的檢測點進(jìn)行振動信號的反射檢測。進(jìn)一步的是，信號檢測裝置還可以用于對疊堆壓電陶瓷的遠(yuǎn)離儲層模型的表面進(jìn)行振動信號的檢測。

如圖1和圖2所示，本實施例中，掃描式激光測振儀的掃描激光頭4吊裝在儲層模型1上方，可以對震源及儲層模型1表面設(shè)定好的各檢測點的振動信號進(jìn)行檢測。其一次測量的檢測點數(shù)最多可達(dá)512×512個，測量頻率范圍可從1Hz到350kHz。炮點和檢測點的分布只要符合定位準(zhǔn)確、分布均勻和覆蓋均勻，就可以在采集后采用現(xiàn)有控制器、譯碼器及數(shù)據(jù)存儲、圖形顯示等地震數(shù)據(jù)處理程序進(jìn)行處理，并最終得到不同頻率下的飽和流體儲層的反射信號圖像。

本發(fā)明實施例提供的飽和流體儲層模型的檢測方法包括以下步驟：

S1：將疊堆壓電陶瓷設(shè)置于儲層模型的表面。

具體的，可以將多個疊堆壓電陶瓷設(shè)置在儲層模型的表面，使疊堆壓電陶瓷的振動信號發(fā)射面與儲層模型的表面緊貼。

S2：利用疊堆壓電陶瓷向儲層模型發(fā)射不同頻率的振動信號，并對儲層模型的檢測點進(jìn)行不同頻率的振動信號的反射檢測。

信號發(fā)生器輸出實驗需要的各種頻率的信號，經(jīng)陶瓷驅(qū)動電源放大后傳輸至疊堆壓電陶瓷，疊堆壓電陶瓷就能夠發(fā)出相應(yīng)頻率的振動信號。首先在儲層模型未注入流體的狀態(tài)(干燥狀態(tài))下，利用信號檢測裝置檢測儲層模型的不同頻率的振動信號的反射信號并記錄，可以作為對照數(shù)據(jù)。

S3：向儲層模型中注入流體，至儲層模型的飽和流體薄層達(dá)到飽和。

本實施例中的儲層模型分為三個分區(qū)，所以由流體輸入裝置分別向儲層模型中的第一個分區(qū)和第二個分區(qū)注入水和油，直至第一個分區(qū)和第二個分區(qū)達(dá)到飽和，而第三個分區(qū)不注入流體(或注入氣體)。儲層模型中不斷注入流體至飽和，即為飽和流體儲層模型。

S4：利用疊堆壓電陶瓷向儲層模型發(fā)射不同頻率的振動信號，并對儲層模型的檢測點進(jìn)行不同頻率的振動信號的反射檢測。

疊堆壓電陶瓷就向飽和流體儲層模型發(fā)射各種頻率的振動信號，信號檢測裝置即可對飽和流體儲層模型進(jìn)行不同頻率信號的反射檢測。

本發(fā)明實施例提供的飽和流體儲層模型的檢測系統(tǒng)及檢測方法中，采用疊堆壓電陶瓷作為信號發(fā)射裝置，向儲層模型發(fā)射振動信號。因為疊堆壓電陶瓷一般工作在非諧振狀態(tài)，具有體積小、重量輕、分辨率高、響應(yīng)速度快輸出力大、換能效率高不發(fā)熱驅(qū)動電路相對簡單等優(yōu)點。更重要的是，疊堆壓電陶瓷具有很大的工作帶寬，所以在對飽和流體儲層模型進(jìn)行檢測實驗時，能夠?qū)崿F(xiàn)跨頻帶(1kHz至200kHz)的振動信號的檢測。并且，在上述跨頻帶范圍內(nèi)，疊堆壓電陶瓷發(fā)射的振動信號的頻率能夠連續(xù)變化，使得飽和流體儲層模型對頻率變化的檢測更加精細(xì)。另外，疊堆壓電陶瓷還具有輸出功率大的優(yōu)點，其能夠帶動上千牛頓的負(fù)載，因此可以應(yīng)用于厚度較大的飽和流體儲層模型的檢測。

本實施例中，疊堆壓電陶瓷的緊貼儲層模型的表面和遠(yuǎn)離儲層模型的表面，能夠同時發(fā)射振幅相同、相位相反的振動信號，因此本發(fā)明實施例提供的檢測方法還包括：

S5：對疊堆壓電陶瓷的遠(yuǎn)離儲層模型的表面進(jìn)行不同頻率的振動信號的檢測。

本步驟可以與上述步驟S2同步進(jìn)行，此時檢測得到的數(shù)據(jù)可用于調(diào)節(jié)信號發(fā)生器的輸出，從而克服誤差，使疊堆壓電陶瓷發(fā)出的振動信號能夠達(dá)到預(yù)定的振幅。

另外，本步驟還可以與上述步驟S4同步進(jìn)行，可以將所檢測得到的數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行計算，得到一個比例因子，用于后期的數(shù)據(jù)處理和圖形顯示的校正。

例如，當(dāng)放置在儲層模型表面的疊堆壓電陶瓷將頻率不同、驅(qū)動電壓相同的電信號分別轉(zhuǎn)換為振動信號時，由于疊堆壓電陶瓷對不同頻率信號的轉(zhuǎn)換效果不同，其輸出的振動信號的幅值也不同，儲層模型的反射信號也會不同。如果忽視 這樣的差別，在數(shù)據(jù)采集后進(jìn)行處理分析時就會造成誤差，即無法知道接收到的某一頻率的振動信號的大小變化是受儲層模型衰減的影響，還是由發(fā)射源輸出大小引起的。

而本實施例中，步驟S5中得到的數(shù)據(jù)可以用于后期的處理和解釋，從而能夠分辨出振動信號的大小變化的真實原因。

雖然本發(fā)明所公開的實施方式如上，但所述的內(nèi)容只是為了便于理解本發(fā)明而采用的實施方式，并非用以限定本發(fā)明。任何本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明所公開的精神和范圍的前提下，可以在實施的形式上及細(xì)節(jié)上作任何的修改與變化，但本發(fā)明的專利保護范圍，仍須以所附的權(quán)利要求書所界定的范圍為準(zhǔn)。