基于流体环境的岩石声波测试模拟试验装置及试验方法
【专利摘要】公开了一种基于流体环境的岩石声波测试模拟试验装置及试验方法，属于油气藏钻探技术领域。该装置包括上压头、下压头、声波探头发射端、声波探头接收端、容器、流体入口管、流体出口管、循环泵。该方法在流体入口、流体出口均畅通的条件下，向容器内充入流体，使得流体的液面高于待测试岩石的上表面；启动循环泵，使得流体在容器内部形成稳定的流场；同时开启压力试验机和声波测试探头发射端，试验过程中采集声波测试探头接收端接收到的声波信号；当待测试岩石发生破坏后，同时停止压力试验机和声波测试探头发射端，试验结束。其能够模拟在流场环境下的岩石声波测试，得到的试验测试参数更加真实、可靠，从而为油气藏钻探提供更加可靠的试验数据。
【专利说明】
基于流体环境的岩石声波测试模拟试验装置及试验方法
技术领域
[0001]本发明涉及油气藏钻探技术领域，特别是涉及一种基于流体环境的岩石声波测试模拟试验装置及试验方法。
【背景技术】
[0002]在深部复杂地层油气藏钻井过程中，由于难以对深井剖面钻遇的岩层进行全尺寸取芯测试其岩石力学性能，仅能够依据声波测井的方式获取地层的力学参数解释信息，声波测井得到的数据的有效性有待验证，而声波测井环境对数据的准确性有重要的意义。
[0003]因此，在室内进行声波试验的过程中，如何有效地模拟出深部钻井的实际工况，将直接影响到由试验测试得到的声学参数的可信度，从而影响对岩石力学参数的求取，也会影响依据这些参数进行的井身结构设计与后续施工。
【发明内容】
[0004]有鉴于此，本发明提供一种基于流体环境的岩石声波测试模拟试验装置及试验方法，其能够模拟在流场环境下的岩石声波测试，得到的试验测试参数更加真实、可靠，从而为油气藏钻探提供更加可靠的试验数据。从而更加适于实用。
[0005]为了达到上述第一个目的，本发明提供的基于流体环境的岩石声波测试模拟试验装置的技术方案如下:
[0006]本发明提供的基于流体环境的岩石声波测试模拟试验装置包括上压头、下压头、声波探头发射端、声波探头接收端、容器、流体入口管、流体出口管、循环栗，
[0007]所述下压头固定连接于所述容器的底面，待测试岩石承载于所述下压头的上表面，所述上压头设置于所述待测试岩石的上表面，使得所述待测试岩石处于所述上压头和下压头之间，压力试验机从所述上压头上表面向所述待测试岩石加载压力；
[0008]所述声波探头发射端用于发射声波信号，所述声波探头接收端用于接收来自所述声波探头发射端的声波信号，所述声波信号穿过所述待测试岩石；
[0009]所述容器上设有流体入口、流体出口 ；
[0010]所述流体入口管一端连接于所述循环栗的出口端，所述流体入口管的另一端固定连接于所述流体入口，
[0011]所述流体出口管一端连接于所述循环栗的入口端，所述流体出口管的另一端固定连接于所述流体出口。
[0012]本发明提供的基于流体环境的岩石声波测试模拟试验装置还可采用以下技术措施进一步实现。
[0013]作为优选，所述声波探头发射端和声波探头接收端处于同一水平线上，且所述声波探头发射端与所述声波探头接收端之间的夹角为180°。
[0014]作为优选，所述试验装置还包括第一固定支架、第二固定支架，
[0015]所述第一固定支架的一端固定，所述第一固定支架的另一端衔住所述声波探头发射端；
[0016]所述第二固定支架的一端固定，所述第二固定支架的另一端衔住所述声波探头接收端。
[0017]作为优选，
[0018]所述第一固定支架包括第一固定柱、第一固定螺柱和第一锁紧螺母，所述第一固定柱的一端固定连接于所述容器的底面;所述第一固定螺柱的一端通过所述第一锁紧螺母固定于所述第一固定柱的另一端，所述第一固定螺柱的另一端抵顶于所述声波探头发射端，使得所述声波探头发射端与所述待测试岩石的侧壁贴合；
[0019]所述第二固定支架包括第二固定柱、第二固定螺柱和第二锁紧螺母，所述第二固定柱的一端固定连接于所述容器的底面;所述第二固定螺柱的一端通过所述第二锁紧螺母固定于所述第二固定柱的另一端，所述第二固定螺柱的另一端抵顶于所述声波探头接收端，使得所述声波探头接收端与所述待测试岩石的侧壁贴合。
[0020]作为优选，所述试验装置还包括第一阻尼件、第二阻尼件，所述第一阻尼件设置于所述声波探头发射端与所述待测试岩石之间，所述第二阻尼件设置于所述声波探头接收端与所述待测试岩石之间。
[0021]作为优选，
[0022]所述声波探头发射端在与所述第一固定螺柱接触的末端设有第一柱窝，所述第一柱窝的尺寸与所述第一固定螺柱的尺寸完全对应；
[0023]所述声波探头接收端在与所述第二固定螺柱接触的末端设有第二柱窝，所述第二柱窝的尺寸与所述第二固定螺柱的尺寸完全对应。
[0024]作为优选，所述下压头与所述容器底面之间设有一卡扣结构，所述下压头通过所述卡扣结构固定连接于所述容器的底面。
[0025]作为优选，
[0026]所述容器底面上设有一凹槽，所述下压头底部设有一凸起，或者，
[0027]所述容器底面上设有一凸起，所述下压头底部设有一凹槽，
[0028]所述凹槽与所述凸起构成所述卡扣结构。
[0029]作为优选，所述凹槽与所述凸起的尺寸完全对应，使得所述下压头与所述容器底面之间紧配合。
[0030]作为优选，所述试验装置还包括第三阻尼件，所述凹槽与所述凸起之间具有间隙，所述第三阻尼件设置于所述间隙中，所述第三阻尼件充满所述间隙。
[0031]作为优选，所述第三阻尼件由柔性材质制成。
[0032]作为优选，在所述容器的侧壁底部设有泄流孔和泄流阀，当所述泄流阀处于开启状态时，所述容器内部通过所述泄流孔与外界连通；当所述泄流阀处于关闭状态时，所述泄流孔被所述泄流阀封堵住。
[0033]作为优选，所述泄流阀为一橡皮塞。
[0034]作为优选，所述试验装置还包括滤网，待测试岩石的直径<滤网的直径<容器的直径，100目《滤网的目数< 200目。
[0035]作为优选，所述容器的底面上预制有一环形凹槽，所述环形凹槽用于所述滤网的装设，所述环形凹槽的径向厚度与所述滤网的壁厚完全对应。
[0036]作为优选，实验过程中，处于所述容器中的流体液面高于所述待测试岩石的上表面，而低于所述容器的顶端面。
[0037]作为优选，所述试验装置还包括控制终端，所述控制终端包括声波信号采集模块、A/D转换模块、数据分析模块、压力试验机控制电路，
[0038]所述声波信号采集模块用于采集来自声波探头接收端的声波信号并发送给所述A/D转换模块，
[0039]所述A/D转换模块用于将所述声波信号采集模块采集到的声波信号转换为数字信号并发送给所述数据分析模块；
[0040]所述数据分析模块用于对所述数字信号进行分析，当所述数字信号发生突变时，触发所述压力试验机控制电路，使得所述压力试验机控制电路失电，压力试验机停止。
[0041]作为优选，所述控制终端还包括示波器，所述示波器用于显示所述数字信号的波形图。
[0042]作为优选，所述控制终端还包括遥控器，所述遥控器用于控制所述压力试验机的开启或者关闭。
[0043]作为优选，所述控制终端选自单片机、PLC或者加载在终端设备上的APP。
[0044]作为优选，所述容器上设有透视窗口。
[0045]作为优选，所述透视窗口的材质选自有机玻璃或者透明塑料。
[0046]作为优选，所述容器、上压头、下压头、声波探头发射端的外壳、声波探头接收端的外壳由不锈钢材质制成。
[0047]作为优选，所述滤网由不锈钢材质制成。
[0048]作为优选，所述循环栗为MP型塑料磁力循环栗。
[0049]为了达到上述第二个目的，本发明提供的基于流体环境的岩石声波测试模拟试验方法的技术方案如下:
[0050]本发明提供的基于流体环境的岩石声波测试模拟试验方法基于本发明提供的岩石声波测试模拟试验装置而实现，所述试验方法包括以下步骤:
[0051 ]在所述流体入口、流体出口均畅通的条件下，向所述容器内充入流体，使得所述流体的液面高于所述待测试岩石的上表面；
[0052]启动所述循环栗，使得所述流体在所述容器内部形成稳定的流场；
[0053]同时开启所述压力试验机和声波测试探头发射端，试验过程中采集所述声波测试探头接收端接收到的声波信号；
[0054]当所述待测试岩石发生破坏后，同时停止所述压力试验机和声波测试探头发射端，试验结束。
[0055]本发明提供的基于流体环境的岩石声波测试模拟试验装置及试验方法能够模拟在流场环境下的岩石声波测试，得到的试验测试参数更加真实、可靠，从而为油气藏钻探提供更加可靠的试验数据。
【附图说明】
[0056]通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中:
[0057]图1为本发明实施例一提供的基于流体环境的岩石声波测试模拟试验装置一个典型不意图；
[0058]图2为本发明实施例一提供的基于流体环境的岩石声波测试模拟试验装置的俯视图(其中，上压头、下压头、待测试岩石未示出)；
[0059]图3为本发明实施例二提供的基于流体环境的岩石声波测试模拟试验装置一个典型不意图；
[0060]图4为本发明实施例三提供的基于流体环境的岩石声波测试模拟试验方法的步骤流程图。
【具体实施方式】
[0061]本发明为解决现有技术存在的问题，提供一种基于流体环境的岩石声波测试模拟试验装置及试验方法，其能够模拟在流场环境下的岩石声波测试，得到的试验测试参数更加真实、可靠，从而为油气藏钻探提供更加可靠的试验数据。从而更加适于实用。
[0062]深部井筒内存在的泥浆类型及流场流动性环境是直接影响声波测井效果的主要因素，由试验测得泥浆及流场作用下的岩石力学强度与声波相应特征显得尤为重要。但是，目前测试室内岩石力学与声波响应特征的测试多是在空气中进行的，并未考虑在物理流场及流固耦合作用下岩石的力学性质。目前尚未见文献报道能够开展在模拟泥浆浸泡及流场循环作用下的岩石声波测试模拟试验装置及试验方法。
[0063]为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的基于流体环境的岩石声波测试模拟实验装置及试验方法，其【具体实施方式】、结构、特征及其功效，详细说明如后。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构、或特点可由任何合适形式组合。
[0064]本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/SB，具体的理解为:可以同时包含有A与B，可以单独存在A，也可以单独存在B，能够具备上述三种任一种情况。
[0065]实施例一
[0066]参见附图1和附图2，本发明实施例一提供的基于流体环境的岩石声波测试模拟试验装置包括上压头1、下压头6、声波探头发射端3a、声波探头接收端3b、容器13、流体入口管14a、流体出口管14b、循环栗12。下压头6固定连接于容器13的底面，待测试岩石2承载于下压头6的上表面，上压头6设置于待测试岩石2的上表面，使得待测试岩石2处于上压头I和下压头6之间，压力试验机(图中未示出)从上压头I上表面向待测试岩石2加载压力;声波探头发射端3a用于发射声波信号，声波探头接收端3b用于接收来自声波探头发射端3a的声波信号，声波信号穿过待测试岩石2;容器13上设有流体入口 10a、流体出口 1b;流体入口管14a一端连接于循环栗12的出口端15a，流体入口管14a的另一端固定连接于流体入口 10a，流体出口管14a—端连接于循环栗12的入口端15b，流体出口管14b的另一端固定连接于流体出PlOb0
[0067]本发明实施例一提供的基于流体环境的岩石声波测试模拟试验装置及试验方法能够模拟在流场环境下的岩石声波测试，得到的试验测试参数更加真实、可靠，从而为油气藏钻探提供更加可靠的试验数据。
[0068]其中，声波探头发射端3a和声波探头接收端3b处于同一水平线上，且声波探头发射端3a与声波探头接收端3b之间的夹角为180°。从而保证声波探头接收端3b的接收效果更佳。
[0069]其中，试验装置还包括第一固定支架18a、第二固定支架18b。第一固定支架18a的一端固定，第一固定支架18a的另一端衔住声波探头发射端3a;第二固定支架18b的一端固定，第二固定支架18b的另一端衔住声波探头接收端3b。
[0070]其中，第一固定支架18a包括第一固定柱7a、第一固定螺柱4a和第一锁紧螺母5a，第一固定柱7a的一端固定连接于容器13的底面;第一固定螺柱4a的一端通过第一锁紧螺母5a固定于第一固定柱7a的另一端，第一固定螺柱4a的另一端抵顶于声波探头发射端3a，使得声波探头发射端3a与待测试岩石2的侧壁贴合。第二固定支架18b包括第二固定柱7b、第二固定螺柱4b和第二锁紧螺母5b，第二固定柱7b的一端固定连接于容器13的底面;第二固定螺柱4b的一端通过第二锁紧螺母5b固定于第二固定柱7b的另一端，第二固定螺柱4b的另一端抵顶于声波探头接收端3b，使得声波探头接收端3b与待测试岩石2的侧壁贴合。
[0071]其中，试验装置还包括第一阻尼件19a、第二阻尼件19b，第一阻尼件19a设置于声波探头发射端3a与待测试岩石2之间，第二阻尼件19b设置于声波探头接收端3b与待测试岩石2之间。
[0072]其中，声波探头发射端3a在与第一固定螺柱4a接触的末端设有第一柱窝(图中未示出)，第一柱窝(图中未示出)的尺寸与第一固定螺柱4a的尺寸完全对应。声波探头接收端3b在与第二固定螺柱4b接触的末端设有第二柱窝(图中未示出)，第二柱窝(图中未示出)的尺寸与第二固定螺柱4b的尺寸完全对应。
[0073]其中，下压头6与容器13底面之间设有一卡扣结构8，下压头6通过卡扣结构8固定连接于容器13的底面。从而保证下压头6与容器13底面之间的位置相对固定。
[0074]其中，容器13底面上设有一凹槽，下压头6底部设有一凸起，或者，容器13底面上设有一凸起，下压头6底部设有一凹槽，凹槽与凸起构成卡扣结构。
[0075]其中，凹槽与凸起的尺寸完全对应，使得下压头6与容器13底面之间紧配合。
[0076]其中，试验装置还包括第三阻尼件(图中未示出)，凹槽与凸起之间具有间隙，第三阻尼件(图中未示出)设置于间隙中，第三阻尼件(图中未示出)充满间隙。从而保证下压头6与容器13之间的配合更加稳定。
[0077]其中，第三阻尼件(图中未示出)由柔性材质制成。在这种情况下，下压头6与容器13在进行装配的过程中操作更加方便，以避免第三阻尼件(图中未示出)在下压头6与容器13之间装配过程中造成干涉。
[0078]其中，在容器13的侧壁底部设有泄流孔11和泄流阀(图中未示出)，当泄流阀(图中未示出)处于开启状态时，容器13内部通过泄流孔11与外界连通；当泄流阀(图中未示出)处于关闭状态时，泄流孔11被泄流阀(图中未示出)封堵住。
[0079]其中，泄流阀(图中未示出)为一橡皮塞。
[0080]其中，试验装置还包括滤网9，待测试岩石2的直径< 滤网9的直径 < 容器13的直径，100目 < 滤网9的目数< 200目。其能够避免破碎的待测试岩石2碎块从第二容置空间17进入第一容置空间16，进而通过流体出口管14b进入循环栗12，堵塞循环栗12。如果目数过大，则流体也会被该滤网9阻挡住;如果目数过小，则破碎后的待测岩石2依然会通过滤网9，进而通过流体出口管14b进入循环栗12，堵塞循环栗12。
[0081]其中，容器13的底面上预制有一环形凹槽(图中未示出)，环形凹槽(图中未示出)用于滤网9的装设，环形凹槽(图中未示出)的径向厚度与滤网的壁厚完全对应。从而避免滤网9在环形凹槽(图中未示出)发生晃动。
[0082]其中，实验过程中，处于容器13中的流体液面高于待测试岩石2的上表面，而低于容器13的顶端面。从而既能保证待测试岩石2整体处于流体环境中，又避免流体从容器13内飞溅出来，污染操作台和实验室。
[0083]其中，容器13上设有透视窗口(图中未示出)。从而便于对容器13内的流体循环过程进行观察。
[0084]其中，透视窗口(图中未示出)的材质选自有机玻璃或者透明塑料。
[0085]其中，容器13、上压头1、下压头6、声波探头发射端3a的外壳、声波探头接收端3b的外壳由不锈钢材质制成。从而避免被流体腐蚀。
[0086]其中，滤网9由不锈钢材质制成。从而避免被流体腐蚀。
[0087]其中，循环栗为MP型塑料磁力循环栗。磁力驱动循环栗运转是在连轴上和叶轮上分别装配有磁性材料而互相吸引藕合，主动磁铁固定在电动机上，从动磁铁固定在叶轮上，电动机转动时通过磁力带动叶片旋转”磁力驱动循环栗采用无轴封设计，无需配以传统机械轴承，因而是完全密封的，避免了液体泄漏引起的栗体的腐蚀。
[0088]实施例二
[0089]参见附图3，与本发明实施例一提供的基于流体环境的岩石声波测试模拟试验装置不同，在本发明实施例二提供的基于流体环境的岩石声波测试模拟试验装置中，试验装置还包括控制终端，控制终端包括声波信号采集模块、A/D转换模块、数据分析模块、压力试验机控制电路。声波信号采集模块用于采集来自声波探头接收端的声波信号并发送给A/D转换模块，A/D转换模块用于将声波信号采集模块采集到的声波信号转换为数字信号并发送给数据分析模块;数据分析模块用于对数字信号进行分析，当数字信号发生突变时，触发压力试验机控制电路，使得压力试验机控制电路失电，压力试验机停止。从而实现对压力试验机的自动控制。
[0090]其中，控制终端还包括示波器，示波器用于显示数字信号的波形图。在这种情况下，可以通过示波器观察数字信号的变化，更好地反应数据结果，当数据分析模块的触发功能发生故障时，可以人为地停止压力试验机。
[0091]其中，控制终端还包括遥控器(图中未示出)，遥控器用于控制压力试验机的开启或者关闭。从而可以远距离操作压力试验机。
[0092]其中，控制终端选自单片机、PLC或者加载在终端设备上的APP。
[0093]实施例三
[0094]参见附图4，本发明实施例三提供的基于流体环境的岩石声波测试模拟试验方法基于本发明提供的岩石声波测试模拟试验装置而实现，试验方法包括以下步骤:
[0095]步骤1:在流体入口、流体出口均畅通的条件下，向容器内充入流体，使得流体的液面高于待测试岩石的上表面；
[0096]步骤2:启动循环栗，使得流体在容器内部形成稳定的流场；
[0097]步骤3:同时开启压力试验机和声波测试探头发射端，试验过程中采集声波测试探头接收端接收到的声波信号；
[0098]步骤4:当待测试岩石发生破坏后，同时停止压力试验机和声波测试探头发射端，试验结束。
[0099]本发明实施例三提供的基于流体环境的岩石声波测试模拟试验装置及试验方法能够模拟在流场环境下的岩石声波测试，得到的试验测试参数更加真实、可靠，从而为油气藏钻探提供更加可靠的试验数据。
[0100]实施例四
[0101]容器13由不锈钢框架底板和圆柱形立板组成，用于盛放钻井泥浆。不锈钢框架由不锈钢板焊接而成，容器13的不锈钢框架加工完成后，在不锈钢底板中心位置加工一个定位孔，用于下压头6定位。同时在不锈钢底板内部放置圆柱形滤网9，用于防止样品加载破裂后产生的碎肩进入到循环泥浆中，损坏循环栗12，同时在不锈钢底板靠近中心位置对称焊用于固定声波测试探头的固定架7a、7b，在探头架上一定高度预制螺栓孔(图中未示出)，通过螺栓4a、4b与螺母5a、5b将声波探头3a、3b与测试样品2紧密接触，保证测试数据的准确性。
[0102]容器13底部的泄流孔11用螺栓塞加橡皮垫密封，打开泄流孔11可以将13中的泥浆放出。容器13内的泥浆通过循环栗12由透明塑料软管14a栗入，在容器13内形成稳定的流场。
[0?O3]声波测试探头3a、3b对称放置在试样的对称面，由固定支架7a、7b上的螺栓4a、4b和螺母5a、5b进行固定;试样下压头6与容器底板的定位孔对中放置，将测试样品2放置到下压头6上，然后将上压头I放置在测试样品2上，并保证三者位于同一中心线上，调整上压头I球座，将压力试验机的荷载传递到试样上，它可以减小由于试样端面的加工误差给实验结果带来的影响，切可以保证应力加载时不发生偏心失稳破坏。
[0104]—个具体的试验操作过程如下:
[0105]将容器13放在压力试验机的加载平台上，同时将循环栗12放在压力试样机旁的水平操作台上，保证容器13与循环栗12、透明塑料软管14a三者距离在便于操作的范围内。将下压头6与定位孔对中，将测试样品2放置到下压头6上，在测试样品2上放置上压头I，保证三者位于同一中心线。启动压力试验机，通过上压头I给试样一定的预加应力；通过调节固定支架7a、7b上的螺母5a、5b，将声波探头3a、3b按照测试样品侧面标记进行固定，启动声波测试系统，检测声波探头的测试效果，达到开展测试的需要。
[0106]关闭容器底部的泄流孔11，在容器13内倒入泥浆，泥浆的液面高度以漫过测试样品的上断面为好，不宜过高，防止试验过程中泥浆循坏时发生溅出，污染试验机及操作平台。泥浆通过透明塑料软管灌入到循环栗12中，完成循环栗12充液的操作。开启循环栗12，按照设定的流速进行循坏，形成稳定的流场环境，模拟钻井过程中的实际工况。重新开启压力试验机，同时启动声波测试系统，进行轴向加载，压力机的压力通过上压头I传递给测试样品2，由声波探头3a、3b实时测量轴向加载过程中的声波参数变化特征，直到试样发生破坏，试验过程即为结束，停止压力试验机，声波测试系统，停止循环栗12，取出测试样品2，装入新试样开始下一个试验。
[0107]如不需要模拟动态泥浆流场时，可以直接关闭循坏栗12，进行静态泥浆浸泡条件下的岩石力学与声波测试。
[0108]当长时间不需要进行类似的试验操作时，可以打开泄流孔11的螺栓塞，将容器13中的泥浆放出，并用清水清理容器13的岩石沉渣等。
[0109]尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
[0110]显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
【主权项】
1.一种基于流体环境的岩石声波测试模拟试验装置，其特征在于，包括上压头、下压头、声波探头发射端、声波探头接收端、容器、流体入口管、流体出口管、循环栗， 所述下压头固定连接于所述容器的底面，待测试岩石承载于所述下压头的上表面，所述上压头设置于所述待测试岩石的上表面，使得所述待测试岩石处于所述上压头和下压头之间，压力试验机从所述上压头上表面向所述待测试岩石加载压力； 所述声波探头发射端用于发射声波信号，所述声波探头接收端用于接收来自所述声波探头发射端的声波信号，所述声波信号穿过所述待测试岩石； 所述容器上设有流体入口、流体出口 ； 所述流体入口管一端连接于所述循环栗的出口端，所述流体入口管的另一端固定连接于所述流体入口， 所述流体出口管一端连接于所述循环栗的入口端，所述流体出口管的另一端固定连接于所述流体出口； 作为优选，所述声波探头发射端和声波探头接收端处于同一水平线上，且所述声波探头发射端与所述声波探头接收端之间的夹角为180°。2.根据权利要求1所述的基于流体环境的岩石声波测试模拟试验装置，其特征在于，还包括第一固定支架、第二固定支架， 所述第一固定支架的一端固定，所述第一固定支架的另一端衔住所述声波探头发射端； 所述第二固定支架的一端固定，所述第二固定支架的另一端衔住所述声波探头接收端； 作为优选， 所述第一固定支架包括第一固定柱、第一固定螺柱和第一锁紧螺母，所述第一固定柱的一端固定连接于所述容器的底面;所述第一固定螺柱的一端通过所述第一锁紧螺母固定于所述第一固定柱的另一端，所述第一固定螺柱的另一端抵顶于所述声波探头发射端，使得所述声波探头发射端与所述待测试岩石的侧壁贴合； 所述第二固定支架包括第二固定柱、第二固定螺柱和第二锁紧螺母，所述第二固定柱的一端固定连接于所述容器的底面;所述第二固定螺柱的一端通过所述第二锁紧螺母固定于所述第二固定柱的另一端，所述第二固定螺柱的另一端抵顶于所述声波探头接收端，使得所述声波探头接收端与所述待测试岩石的侧壁贴合； 作为优选，所述基于流体环境的岩石声波测试模拟实验装置还包括第一阻尼件、第二阻尼件，所述第一阻尼件设置于所述声波探头发射端与所述待测试岩石之间，所述第二阻尼件设置于所述声波探头接收端与所述待测试岩石之间； 作为优选， 所述声波探头发射端在与所述第一固定螺柱接触的末端设有第一柱窝，所述第一柱窝的尺寸与所述第一固定螺柱的尺寸完全对应； 所述声波探头接收端在与所述第二固定螺柱接触的末端设有第二柱窝，所述第二柱窝的尺寸与所述第二固定螺柱的尺寸完全对应。3.根据权利要求1所述的基于流体环境的岩石声波测试模拟试验装置，其特征在于，所述下压头与所述容器底面之间设有一卡扣结构，所述下压头通过所述卡扣结构固定连接于所述容器的底面； 作为优选， 所述容器底面上设有一凹槽，所述下压头底部设有一凸起，或者， 所述容器底面上设有一凸起，所述下压头底部设有一凹槽， 所述凹槽与所述凸起构成所述卡扣结构； 作为优选，所述凹槽与所述凸起的尺寸完全对应，使得所述下压头与所述容器底面之间紧配合； 作为优选，所述基于流体环境的岩石声波测试模拟实验装置还包括第三阻尼件，所述凹槽与所述凸起之间具有间隙，所述第三阻尼件设置于所述间隙中，所述第三阻尼件充满所述间隙； 作为优选，所述阻尼件由柔性材质制成。4.根据权利要求1所述的基于流体环境的岩石声波测试模拟试验装置，其特征在于，在所述容器的侧壁底部设有泄流孔和泄流阀，当所述泄流阀处于开启状态时，所述容器内部通过所述泄流孔与外界连通；当所述泄流阀处于关闭状态时，所述泄流孔被所述泄流阀封堵住； 作为优选，所述泄流阀为一橡皮塞。5.根据权利要求1所述的基于流体环境的岩石声波测试模拟试验装置，其特征在于，还包括滤网，待测试岩石的直径<滤网的直径<容器的直径，100目。滤网的目数< 200目； 作为优选，所述容器的底面上预制有一环形凹槽，所述环形凹槽用于所述滤网的装设，所述环形凹槽的径向厚度与所述滤网的壁厚完全对应。6.根据权利要求1所述的基于流体环境的岩石声波测试模拟试验装置，其特征在于，实验过程中，处于所述容器中的流体液面高于所述待测试岩石的上表面，而低于所述容器的顶端面。7.根据权利要求1所述的基于流体环境的岩石声波测试模拟试验装置，其特征在于，还包括控制终端，所述控制终端包括声波信号采集模块、A/D转换模块、数据分析模块、压力试验机控制电路， 所述声波信号采集模块用于采集来自声波探头接收端的声波信号并发送给所述A/D转换模块， 所述A/D转换模块用于将所述声波信号采集模块采集到的声波信号转换为数字信号并发送给所述数据分析模块； 所述数据分析模块用于对所述数字信号进行分析，当所述数字信号发生突变时，触发所述压力试验机控制电路，使得所述压力试验机控制电路失电，压力试验机停止； 作为优选，所述控制终端还包括示波器，所述示波器用于显示所述数字信号的波形图；作为优选，所述控制终端还包括遥控器，所述遥控器用于控制所述压力试验机的开启或者关闭； 作为优选，所述控制终端选自单片机、PLC或者加载在终端设备上的APP。8.根据权利要求1所述的基于流体环境的岩石声波测试模拟试验装置，其特征在于，所述容器上设有透视窗口； 作为优选，所述透视窗口的材质选自有机玻璃或者透明塑料； 作为优选，所述容器、上压头、下压头、声波探头发射端的外壳、声波探头接收端的外壳由不锈钢材质制成； 作为优选，所述滤网由不锈钢材质制成。9.根据权利要求1所述的基于流体环境的岩石声波测试模拟试验装置，其特征在于，所述循环栗为MP型塑料磁力循环栗。10.—种基于流体环境的岩石声波测试模拟试验方法，其特征在于，基于权利要求1?9中任一所述的岩石声波测试模拟试验装置而实现，所述试验方法包括以下步骤: 在所述流体入口、流体出口均畅通的条件下，向所述容器内充入流体，使得所述流体的液面高于所述待测试岩石的上表面； 启动所述循环栗，使得所述流体在所述容器内部形成稳定的流场； 同时开启所述压力试验机和声波测试探头发射端，试验过程中采集所述声波测试探头接收端接收到的声波信号； 当所述待测试岩石发生破坏后，同时停止所述压力试验机和声波测试探头发射端，试验结束。
【文档编号】E21B49/00GK105822299SQ201610289110
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2016年5月4日
【发明人】郭印同, 杨春和, 曾义金, 王磊, 徐峰, 汪虎
【申请人】中国科学院武汉岩土力学研究所