本發(fā)明涉及巖石物理實驗的實驗裝置技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種能夠?qū)崿F(xiàn)巖石樣品在定量角度改變下的聲波、電阻率測量的巖石各向異性測量夾持器，采用這種裝置可開展巖石電阻率、聲波各向異性實驗的測量及研究。

背景技術(shù)：

在地球物理及巖石物理研究領(lǐng)域，一般認(rèn)為實際地層是成層沉積的。在油氣勘探過程中，經(jīng)常需要利用巖石的各種物理特征響應(yīng)來確定地層的各個沉積年代，明確油氣富集區(qū)塊與深度，以指導(dǎo)油氣藏的開發(fā)。在現(xiàn)有的巖石物理實驗中，一般也認(rèn)為巖石樣品的紋層層理是水平的，但實際情況存在兩種非水平層理類型：一是巖石在水平方面上是變化的，并不是嚴(yán)格意義上的成層分布；二是即使厚度較小的地層層段可視為成層分布，但也存在一定的傾角，特別是當(dāng)遇到高陡地層或井斜情況時，聲波時差、電阻率等測井檢測在一定角度下地層的綜合響應(yīng)，并不是水平地層下的所謂地層真實值，若不考慮地層傾角等各向異性因素對巖石物理響應(yīng)的影響，勢必會引起對地下地質(zhì)解釋的誤判。因此，急需設(shè)計一種能夠測量巖石樣品在定量角度改變下的聲波及電阻率的巖心夾持器，以實現(xiàn)巖心轉(zhuǎn)動任意角度的標(biāo)記以及當(dāng)前角度下聲波和電阻率的測量。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種巖石各向異性測量夾持器，該裝置適用于室內(nèi)巖石樣品在定量角度改變下的聲波、電阻率的測量。需要說明的是，本裝置的待測樣品形狀為圓柱或者長方體均可，但是要保證測量兩端是平行的、光滑的截面。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

一種巖石各向異性測量夾持器，包括設(shè)置在底座上的導(dǎo)軌，所述導(dǎo)軌的兩端分別設(shè)置有滑塊，所述一端的滑塊上設(shè)置有推進部，另一端滑塊上設(shè)置有固定部，所述推進部包括設(shè)置在一端滑塊上表面的第一支撐塊及依次穿過第一支撐塊并連接的手輪、行程調(diào)節(jié)機構(gòu)、角度調(diào)節(jié)機構(gòu)和第一固定夾，所述固定部包括設(shè)置在另一端滑塊上表面的第二支撐塊及位于第二支撐塊兩端的固定機構(gòu)和第二固定夾，所述固定機構(gòu)和第二固定夾穿過第二支撐塊相連，所述第一固定夾和第二固定夾的開口相對，并且同軸設(shè)置，在第一固定夾和第二固定夾中設(shè)有聲波激發(fā)探頭和聲波接收探頭，聲波激發(fā)探頭與聲波信號輸出設(shè)備連接，聲波接收探頭與聲波接收設(shè)備連接，所述固定部遠離第二固定夾的一端連接有壓力表，所述角度調(diào)節(jié)機構(gòu)的外圓周上還設(shè)有角度刻度線和角度指針。

進一步地，所述行程調(diào)節(jié)機構(gòu)由外向內(nèi)同軸設(shè)置有第一筒體、柱形伸縮塞及絲桿，所述絲桿的一端與手輪連接，絲桿的另一端與角度調(diào)節(jié)機構(gòu)連接，所述絲桿與手輪連接的一側(cè)外圓周套有軸承。

更進一步地，所述角度調(diào)節(jié)機構(gòu)由外向內(nèi)同軸設(shè)置有刻度盤和連接軸，所述連接軸的一端與絲桿連接，所述連接軸的另一端與第一固定夾連接，所述連接軸靠近絲桿的一端設(shè)有定位銷。

更進一步地，所述固定機構(gòu)由同軸設(shè)置在第二筒體內(nèi)部兩端的活塞和堵頭組成，所述活塞和堵頭的外壁與第二筒體的內(nèi)壁緊密配合形成一個密閉空間，所述活塞與第二固定夾連接，所述堵頭與壓力表連接。

更進一步地，所述導(dǎo)軌上設(shè)置有多個用于連接底座的固定孔，所述滑塊上設(shè)有鎖緊裝置，打開鎖緊裝置，滑塊可以移動。

更進一步地，所述第一固定夾和第二固定夾上分別設(shè)置有多個用于夾持巖樣的固定銷。

再進一步地，所述底座的一側(cè)長邊上還設(shè)置有位移刻度線。

上述方案中兩個滑塊安裝在導(dǎo)軌上，利用螺絲固定，保證了夾持巖樣時，巖樣兩端的聲波探頭保持在一個中心高度；滑塊的側(cè)面帶有鎖緊裝置，松開鎖緊裝置時，滑塊可帶動安裝在滑塊上表面的推進部和固定部沿導(dǎo)軌做前后運動，根據(jù)巖樣長度來調(diào)節(jié)并鎖緊，鎖緊后轉(zhuǎn)動手輪將巖樣進一步鎖緊，通過底座上的位移刻度線測量出巖樣的長度。

上述方案順時針轉(zhuǎn)動手輪，帶動絲桿在第一筒體內(nèi)順時針旋轉(zhuǎn)，將柱形伸縮塞向外頂出，使第一固定夾和第二固定夾之間的距離縮小，便于巖樣的固定；當(dāng)逆時針轉(zhuǎn)動手輪時，絲桿在第一筒體內(nèi)收縮，使得第一固定夾和第二固定夾之間的距離增大，松開巖樣便于移動巖樣。

上述方案中在固定機構(gòu)中的活塞、堵頭和第二筒體形成的密封空間中裝滿傳遞壓力的液壓油，并保證沒有空氣存在，當(dāng)夾持器夾緊巖樣時，第二固定夾收到推進部施加的壓力，迫使第二固定夾帶動活塞向第二筒體內(nèi)移動，由于堵頭的位置是固定的，第二筒體內(nèi)的液壓油受到壓縮體積減小而壓力增大，此壓力值通過與堵頭連接的壓力表顯示出來。

上述方案中在第一固定夾和第二固定夾中安裝聲波探頭，再將聲波探頭和聲波接收裝置連接可測量巖石聲波各向異性特征，此處的聲波探頭可以有不同規(guī)格；將聲波探頭更換為電阻測量端子，再將電阻測量端子與電阻率測量設(shè)備連接就可以測量巖石的電阻各向異性特征，方便實用。

上述方案中巖石各向異性的測量是對巖石在不同角度下聲波和電阻率的測量，實現(xiàn)這一目的的關(guān)鍵技術(shù)就在于角度調(diào)節(jié)機構(gòu)，在角度調(diào)節(jié)機構(gòu)的外圓周上的角度刻度線和角度指針在固定巖樣后可以測量出巖樣此刻的角度。

應(yīng)用本發(fā)明提供的巖石各向異性測量夾持器的巖石各向異性測量方法，該方法包括如下步驟：

1)制作加工巖樣

將巖石制作加工成規(guī)則的長方體或者圓柱體結(jié)構(gòu)的巖樣，巖石的兩個待測截面需要做磨平拋光處理；

2)洗鹽及烘干巖樣

將步驟1)制作加工后的巖樣進行編號，將一定數(shù)目的巖樣放入洗鹽池中浸泡，直到巖樣表面沒有氣泡以及暗色斑點為止，取出巖樣采用恒溫烘干法在一定溫度時間下進行烘干直到巖樣恒重為止，并記錄巖樣的長度l，此處巖樣烘干的溫度為80～90℃，烘干的時間為20～48h；

3)飽和巖樣

將步驟2)烘干后的巖樣抽真空后放入具有一定礦化度的鹽水進行飽和，直至巖樣恒重為止，并記錄巖樣的平均尺寸和飽和水重量，計算巖樣各個面的平均面積和對應(yīng)垂直長度以及鹽水孔隙度；

4)固定巖樣

將步驟3)的巖樣放在第一固定夾和第二固定夾中間，移動滑塊使巖樣與第一固定夾和第二固定夾接觸，將巖樣的一端放在固定部的第二固定夾中，用固定銷進行固定，巖樣的另一端放在推進部的第一固定夾中，用固定銷進行固定，然后旋轉(zhuǎn)手輪，直至到夾持器與巖樣緊密接觸；

5)角度記錄及聲波速度的測量

待步驟4)巖樣的固定后，記錄角度指針?biāo)傅慕嵌瓤潭染€的位置，即為角度θ1，同時進行第一次聲波檢測，通過聲波接收探頭將信號傳送給聲波接收設(shè)備，測量出在角度θ1下的聲波首波幅度a1，到達時間記為t1，旋轉(zhuǎn)手柄使巖樣松開，將巖樣沿水平軸旋轉(zhuǎn)一定角度，再旋緊手柄固定巖樣，記錄角度指針?biāo)傅慕嵌瓤潭染€的位置，即為角度θ2，則巖樣旋轉(zhuǎn)的角度為θ＝|θ1-θ2|，同時進行第二次聲波檢測，測量出在角度θ2的聲波首波幅度a2，到達時間記為t2；

6)巖樣聲波各向異性系數(shù)的計算

根據(jù)步驟5)的測量結(jié)果計算出巖樣的聲波特征各向異性系數(shù)，聲波特征信號包括聲波幅度和聲波到達時間兩種特征，由上述步驟5)測得的數(shù)據(jù)可得出：聲波幅度各向異性系數(shù)為：

聲波到達時間各向異性系數(shù)為：

上述公式中θ1、θ2為角度，t1、t2為聲波到達時間，a1、a2為聲波幅度，l為待測巖樣的長度。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：

1、本發(fā)明通過增加角度刻度線和角度指針實現(xiàn)了巖石樣品在不同角度下的聲波或者電阻率各向異性特征的測量，比較真實地反應(yīng)出實際地層中巖石的物理響應(yīng)，對于油氣藏的開發(fā)具有指導(dǎo)作用。

2、本發(fā)明將聲波激發(fā)探頭和聲波接收探頭換成電阻感應(yīng)端，還可以測量不同角度下的電阻率，對巖樣的研究更加全面。

3、本發(fā)明將同一塊巖樣在夾緊狀態(tài)下進行物理信號的檢測，保證巖樣兩端所受壓力一致，進而保證了個物理參數(shù)檢測的準(zhǔn)確性，有利于提高巖樣各向異性評價的精度。

4、本發(fā)明的滑塊上設(shè)置有鎖緊裝置，可以調(diào)節(jié)長度，調(diào)節(jié)的長度通過底座上的位移刻度線顯示。

5、本發(fā)明可以單手操作手輪，結(jié)構(gòu)簡單，易操作，并且具有機構(gòu)穩(wěn)定的特點。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的立體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明的主視圖。

圖3是本發(fā)明的俯視圖。

圖4是本發(fā)明的軸向剖視圖。

圖5是本發(fā)明對同一塊巖心在不同角度下測量的橫波全波列圖。

圖中所示：1.底座，1.1位移刻度線，2.導(dǎo)軌，2.1固定孔，3.滑塊，3.1鎖緊裝置，4.推進部，4.1第一支撐塊，4.2手輪，4.3行程調(diào)節(jié)機構(gòu)，4.3.1第一筒體，4.3.2柱形伸縮塞，4.3.3絲桿，4.3.4軸承，4.4角度調(diào)節(jié)機構(gòu)，4.4.1刻度盤，4.4.2連接軸，4.4.3定位銷，4.5第一固定夾，5.固定部，5.1第二支撐塊，5.2固定機構(gòu)，5.2.1第二筒體，5.2.2活塞，5.2.3堵頭，5.2.4密閉空間，5.3第二固定夾，6.壓力表,7.角度刻度線，8.角度指針,9.固定銷。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。

本發(fā)明提供的一種巖石各向異性測量夾持器的技術(shù)參數(shù)為：

巖樣長度：25～200mm，巖樣直徑：25～50mm，壓力：0～5mpa，

本實施例選用長度為50mm，直徑為30mm的巖石作為測量對象來具體說明本發(fā)明的使用及測量方法。

如圖1-4所示的一種巖石各向異性測量夾持器，包括設(shè)置在底座1上的導(dǎo)軌2，所述導(dǎo)軌2的兩端分別設(shè)置有滑塊3，所述一端的滑塊3上設(shè)置有推進部4，另一端滑塊3上設(shè)置有固定部5，其特征在于：所述推進部4包括設(shè)置在一端滑塊3上表面的第一支撐塊4.1及穿過第一支撐塊4.1依次連接的手輪4.2、行程調(diào)節(jié)機構(gòu)4.3、角度調(diào)節(jié)機構(gòu)4.4和第一固定夾4.5，所述固定部5包括設(shè)置在另一端滑塊3上表面的第二支撐塊5.1及穿過第二支撐塊5.1依次連接的固定機構(gòu)5.2和第二固定夾5.3，所述第一固定夾4.5和第二固定夾5.3的開口相對，并且同軸設(shè)置，在第一固定夾4.5和第二固定夾5.3中設(shè)有聲波激發(fā)探頭和聲波接收探頭，聲波激發(fā)探頭與聲波信號輸出設(shè)備連接，聲波接收探頭與聲波接收設(shè)備連接，所述固定部5遠離第二固定夾5.3的一端連接有壓力表6，所述角度調(diào)節(jié)機構(gòu)4.4的外圓周上還設(shè)有角度刻度線7和角度指針8。

進一步地，所述行程調(diào)節(jié)機構(gòu)4.3由外向內(nèi)同軸設(shè)置有第一筒體4.3.1、柱形伸縮塞4.3.2及絲桿4.3.3，所述絲桿4.3.3的一端與手輪4.2連接，絲桿4.3.3的另一端與角度調(diào)節(jié)機構(gòu)4.4連接，所述絲桿4.3.3與手輪4.2連接的一側(cè)外圓周套有軸承4.3.4。

進一步地，所述角度調(diào)節(jié)機構(gòu)4.4由外向內(nèi)同軸設(shè)置有刻度盤4.4.1和連接軸4.4.2，所述角度刻度線7和角度指針8設(shè)在刻度盤4.4.1的外圓周上，所述連接軸4.4.2的一端與絲桿4.3.3連接，所述連接軸4.4.2的另一端與第一固定夾4.5連接，所述連接軸4.4.2靠近絲桿4.3.3的一端設(shè)有定位銷4.4.3。

進一步地，所述固定機構(gòu)5.2由同軸設(shè)置在第二筒體5.2.1內(nèi)部兩端的活塞5.2.2和堵頭5.2.3組成，所述活塞5.2.2和堵頭5.2.3的外壁與第二筒體5.2.1的內(nèi)壁緊密配合形成一個密閉空間5.2.4，所述活塞5.2.2與第二固定夾5.3連接，所述堵頭5.2.3與壓力表6連接。

進一步地，所述導(dǎo)軌2上設(shè)置有多個用于連接底座1的固定孔2.1，所述滑塊3上設(shè)有鎖緊裝置3.1。

進一步地，所述第一固定夾4.5和第二固定夾5.3上分別設(shè)置有多個用于夾持巖樣的固定銷9。

進一步地，所述底座1的一側(cè)長邊上還設(shè)置有位移刻度線1.1。

本發(fā)明夾持器的具體使用方法為：

松開滑塊3上的鎖緊裝置3.1，將巖樣放于第一固定架4.5和第二固定夾5.3之間，用固定銷9將巖樣固定在第一固定夾4.5和第二固定夾5.3上，移動滑塊3待第一固定夾4.5和第二固定夾5.3將巖樣夾緊后轉(zhuǎn)動手輪4.2，將巖樣進一步夾緊；當(dāng)夾持器夾緊巖樣時，第二固定夾5.3收到推進部4施加的壓力，迫使第二固定夾5.3帶動活塞5.2.2向第二筒體5.2.2內(nèi)移動，由于堵頭5.2.3的位置是固定的，第二筒體5.2.2內(nèi)的液壓油受到壓縮體積減小而壓力增大，此壓力值通過與堵頭5.2.3連接的壓力表6顯示出來；此時角度指針8指示在角度刻度線7上的位置即為此時的角度，將聲波激發(fā)探頭和聲波接收探頭放入第一固定夾4.5和第二固定夾5.3中，測量此角度下的聲波特征；將巖心松開至刻度盤4.4.1可以自由轉(zhuǎn)動，將角度指針8對準(zhǔn)所需角度的角度刻度線7，再將巖樣夾緊至壓力設(shè)定的植，測量此角度下的聲波特征值，以此類推，直至測量完畢。

應(yīng)用本發(fā)明提供的一種巖石各向異性測量夾持器的巖石各向異性測量方法，該方法包括如下步驟：

1)制作加工巖樣

將巖石制作加工成規(guī)則的長方體或者圓柱體結(jié)構(gòu)的巖樣，本實施例將巖樣制作成長度為50mm，直徑為30mm的巖樣，巖石的兩個待測截面做磨平拋光處理；

2)洗鹽及烘干巖樣

將步驟1)制作加工后的巖樣進行編號，將編好號后的巖樣放入洗鹽池中浸泡，直到巖樣表面沒有氣泡以及暗色斑點為止，取出巖樣采用恒溫烘干法在85℃的溫度下進行烘干40h直到巖樣恒重為止，并記錄巖樣的長度l為4.948cm；

3)飽和巖樣

將步驟2)烘干后的巖樣抽真空后放入鹽水進行飽和，直至巖樣恒重為止，并記錄巖樣的平均尺寸和飽和水重量，計算巖樣各個面的平均面積和對應(yīng)垂直長度以及鹽水孔隙度；

4)固定巖樣

將步驟3)的巖樣放在第一固定夾4.5和第二固定夾5.3中間，移動滑塊3使巖樣與第一固定夾4.5和第二固定夾5.3接觸，將巖樣的一端放在固定部5的第二固定夾5.3中，用固定銷9進行固定，巖樣的另一端放在推進部4的第一固定夾4.5中，用固定銷9進行固定，然后旋轉(zhuǎn)手輪4.2，直至到夾持器與巖樣緊密接觸；

5)角度記錄及聲波速度的測量

待步驟4)巖樣的固定后，記錄角度指針8所指的角度刻度線7的位置，即為角度θ1，同時進行第一次聲波檢測，通過聲波接收探頭將信號傳送給聲波接收設(shè)備，測量出在角度θ1下的聲波首波幅度a1，到達時間記為t1，旋轉(zhuǎn)手柄使巖樣松開，將巖樣沿水平軸旋轉(zhuǎn)一定角度，再旋緊手柄固定巖樣，記錄角度指針4.4.2所指的角度刻度線4.4.1的位置，即為角度θ2，則巖樣旋轉(zhuǎn)的角度為θ＝|θ1-θ2|，同時進行第二次聲波檢測，測量出在角度θ2的聲波首波幅度a2，到達時間記為t2，本實施例測得的數(shù)據(jù)為：

巖心長度l＝4.948cm，

θ1＝0，t1＝1.42×10^-5s，a1＝0.4374mv，

t2＝1.35×10^-5s，a2＝0.1874mv

6)巖樣聲波各向異性系數(shù)的計算

根據(jù)步驟5)的測量結(jié)果計算巖樣的聲波特征各向異性系數(shù)，由上述步驟5)測得的數(shù)據(jù)可得出：

聲波幅度各向異性系數(shù)為：

聲波到達時間各向異性系數(shù)為：

上述公式中θ1、θ2為角度，t1、t2為聲波到達時間，a1、a2為聲波幅度，l為待測巖樣的長度。

上述是對同一塊巖樣在0°和90°角度下的巖心聲波測量結(jié)果，結(jié)果顯示不同角度下聲波到達時間和首波波幅是存在差異的，這一測量結(jié)果可以幫助分析巖心的聲各向異性，其測量結(jié)果通過圖5充分顯示，圖5中，虛線為0°角度時測量的橫波波形，實線為90°角度時測量的橫波波形，從圖5可得出，雖然首波波峰到達時間相當(dāng)，但首波幅度存在差異，即驗證了不同角度下聲波的特征是異性的，通過計算出各向異性系數(shù)對實際油氣藏的勘探具有指導(dǎo)作用。

說明書中未闡述的部分均為現(xiàn)有技術(shù)或公知常識。本實施例僅用于說明該發(fā)明，而不用于限制本發(fā)明的范圍，本領(lǐng)域技術(shù)人員對于本發(fā)明所做的等價置換等修改均認(rèn)為是落入該發(fā)明權(quán)利要求書所保護范圍內(nèi)。