岩石各向异性测量装置及其使用方法
【专利摘要】本发明提供了一种岩石各向异性测量装置及其使用方法，其中，该装置包括：壳体；稳态激光发射器，位于所述壳体内，用于发射出照射在岩石样品上的激光信号；样品槽，位于所述壳体上，且位于所述稳态激光发射器的光路中心，用于放置岩石样品；电源，位于所述壳体内，用于为放置在所述样品槽上的岩石样品提供电流；电压测试仪，用于测试所述岩石样品在激光照射下所产生的电信号的电压，将所述岩石样品在激光照射下所产生的电信号的电压变化进行显示，其中，所述电压变化用于对所述岩石样品的各向异性特性进行分析。通过本发明实施例的提供的装置测量岩石的各向异性操作起来比较简单，且不会损坏岩石样品。
【专利说明】岩石各向异性测量装置及其使用方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及岩石勘测【技术领域】，特别涉及一种岩石各向异性测量装置及其使用方 法。
【背景技术】
[0002] 岩石各向异性是指天然岩体的物理学性质随空间方位不同而异的特性，具体表现 在岩石的强度和形变特性等方面。在天然岩体条件下，使岩体具有各向异性的基本原因是 因为岩石内普遍存在着层理、片理、夹层和定向裂隙（断层）系统。
[0003] 目前，研究岩石各向异性主要是研究岩石纵、横波的波速比特性及电阻率各向异 性等，但岩石类别制约着波速比各向异性的发育程度，而以往的岩石电阻率各向异性的研 究使用多电极组合法，比较复杂，目前还没有简单有效的可以测量岩石各向异性特性的方 法。
【发明内容】
[0004] 本发明实施例提供了一种岩石各向异性测量装置，以实现对岩石各向异性特性的 简单无损测量，该装置包括：
[0005] 壳体；
[0006] 稳态激光发射器，位于所述壳体内，用于发射出照射在岩石样品上的激光信号；
[0007] 样品槽，位于所述壳体上，且位于所述稳态激光发射器的光路中心，用于放置岩石 样品；
[0008] 电源，位于所述壳体内，用于为放置在所述样品槽上的岩石样品提供电流；
[0009] 电压测试仪，用于测试所述岩石样品在激光照射下所产生的电信号的电压，将所 述岩石样品在激光照射下所产生的电信号的电压变化进行显示，其中，所述电压变化用于 对所述岩石样品的各向异性特性进行分析。
[0010] 在一个实施例中，所述样品槽是可转变角度的卡槽。
[0011] 在一个实施例中，所述样品槽上设置有电极，所述电极通过导线与电压测试仪相 连，且所述电极与样品槽上的岩石样品接触。
[0012] 在一个实施例中，所述电源为恒流源。
[0013] 在一个实施例中，在所述壳体内还设置有处理器，与所述电压测试仪相连，用于实 时记录所述电压测试仪上显示的电信号的电压变化情况，并根据记录的电压变化情况对所 述岩石样品的各向异性特性进行分析。
[0014] 在一个实施例中，所述稳态激光发射器为532nm波长激光发射器。
[0015] 在一个实施例中，所述岩石各向异性测量装置是手持式的。
[0016] 本发明实施例还提供了上述岩石各向异性测量装置的使用方法，包括：
[0017] 将岩石样品置于样品槽上，调整所述岩石样品位于稳态激光发射器的光路中心；
[0018] 打开所述稳态激光发射器、电源和电压测试仪；
[0019] 记录所述电压测试仪上显示的电压变化情况；
[0020] 调整所述岩石样品的角度，记录在不同角度时，所述电压测试仪上显示的电压变 化情况；
[0021] 根据获取的所述岩石样品位于不同角度时对应的电压变化情况，分析所述岩石样 品的各向异性特征。
[0022] 在本发明实施例中，提供了一种岩石各向异性测量装置，因为该装置中设置了稳 态激光发射器和电压测试仪，从而可以获取到岩石样品在激光照射下的电压变化情况，根 据电压变化情况便可以实现对岩石各向异性特性的测量。通过上述方式测量岩石的各向异 性操作起来比较简单，不会损坏岩石样品，且因将这些部件都封装在一个壳体内，因此还便 于携带。
【专利附图】
【附图说明】
[0023] 此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不 构成对本发明的限定。在附图中：
[0024] 图1是本发明实施例的岩石各向异性测量装置的结构示意图；
[0025] 图2是本发明实施例的岩石各向异性测量装置的使用方法流程图；
[0026] 图3是本发明实施例的岩石样品示意图；
[0027] 图4是本发明实施例的岩石电极分布及具体测试情况示意图；
[0028] 图5是本发明实施例的岩石光电特性表征各向异性75意图。
【具体实施方式】
[0029] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施方式和附图，对 本发明做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明，但并 不作为对本发明的限定。
[0030] 发明人考虑到，可以通过光电探测技术，利用稳态激光激发来获取岩石的光电信 号，通过对岩石的光电信号的分析，可以得到岩石的各向异性特性。
[0031] 基于上述思想，在本例中，提供了 一种岩石各向异性测量装置，该装置通过光电信 号实现对岩石光电特性参数的测量，从而立足于光学方法，表征岩石的各向异性特性，主要 的特点是：检测简单、测量成本低，且对样品岩石无损伤，对环境适应能力较强，响应灵敏， 有助于实现对岩石样品的实时检测，便于携带。
[0032] 如图1所示，该岩石各向异性测量装置包括：
[0033] 壳体 101 ;
[0034] 稳态激光发射器102,位于壳体101内，用于发射出照射在岩石样品上的激光信 号；
[0035] 样品槽103,设置在壳体101上，且位于稳态激光发射器102的光路中心，用于放置 岩石样品；
[0036] 电源104,位于壳体101内，用于为放置在样品槽上的岩石样品提供电流；
[0037] 电压测试仪105,用于测试所述岩石样品在激光照射下所产生的电信号的电压，将 所述岩石样品在激光照射下所产生的电信号的电压变化进行显示，其中，所述电压变化用 于对所述岩石样品的各向异性特性进行分析。
[0038] 在上述实施例中，提供了一种岩石各向异性测量装置，因为该装置中设置了稳态 激光发射器、电源和电压测试仪，从而可以获取到岩石样品在激光照射下的电压变化情况， 根据电压变化情况便可以实现对岩石各向异性特性的测量。通过上述方式测量岩石的各向 异性操作起来比较简单，且不会损坏岩石样品，进一步的，因将这些部件都封装在一个壳体 内，因此还便于携带。
[0039] 上述稳态激光发射器102可以选择532nm波长激光发射器，因为这种激光发射器 光斑较小，且功率可进行适当调节，然而值得注意的是，上述532nm波长激光发射器仅是一 种优选的实施例，还可以其它波长的激光发射器，例如808nm波长激光发射器、1064nm波长 激光发射器等。
[0040] 具体的，因为需要测量岩石样品在不同角度时候的电压变化情况，可以将样品槽 103设置为可转变角度的卡槽，这样在需要测量岩石样品不同角度的电压变化时，仅通过卡 槽来转变角度即可，操作起来比较方便。
[0041] 上述的电源只要可以为岩石样品提供稳定的电流的装置都可以，在此不作限定。
[0042] 因为在上述装置中设置有电源和电压测试仪，这就使得岩石样品需要同时与电源 104和电压测试仪105相连，也就需要在样品槽上设置4个电极，两个用于与电压测试仪相 连，两个用于与电源相连，为了实现更好地接触和测量，电极和样品槽上的岩石样品需要直 接接触。
[0043] 为了实现对数据更为有效的记录和分析处理，可以外接相应的电脑软件，或者是 增加一个处理器，来实现数据的实时记录、对比和保存，例如，可以在壳体内设置一个处理 器，该处理器与电压测试仪相连，用于实时记录电压测试仪上显示的电信号的电压变化情 况，并根据记录的电压变化情况对所述岩石样品的各向异性特性进行分析。考虑到将岩石 各向异性测量装置设置为便携式的，优选的可以在装置中增加一个小型的处理器，这个处 理器可以直接对数据进行处理，也可以在该处理器中增加无线模块，将数据发送到装置之 外进行处理。
[0044] 进一步的，该装置可以设置为手持式的，这样就可以随身携带，使用起来比较方 便，可移动性比较强，具体实现时，该岩石各向异性特性测量装置可以按照以下大小进行制 造：长50Ctam?80Ctam,宽30Ctam?50Ctam,高15Ctam?30Ctam,从而实现便携式的需求，以便 可以随时进行岩石各向异性特性的测量。
[0045] 在本例中，还提供了一种岩石各向异性特性测量装置的使用方法，如图2所示，包 括：
[0046] 步骤201 :将岩石样品置于样品槽上，调整所述岩石样品位于稳态激光发射器的 光路中心；
[0047] 步骤202 :打开所述稳态激光发射器、电源和电压测试仪；
[0048] 步骤203 :记录所述电压测试仪上显示的电压变化情况；
[0049] 步骤204 :调整所述岩石样品的角度，记录在不同角度时，所述电压测试仪上显示 的电压变化情况；
[0050] 步骤205 :根据获取的所述岩石样品位于不同角度时对应的电压变化情况，分析 所述岩石样品的各向异性特征。
[0051] 下面以一个具体的实施例对上述的岩石的各向异性特性测量装置进行说明，然而 值得注意的是，该具体实施例仅是为了更好地说明本发明，并不构成对本发明的不当限定。
[0052] 在本例中，提出了一种通过稳态激光来测量岩石各向异性特性参量的装置和方 法，利用稳态激光与岩石的相互作用，获得岩石的光电特性，进而分析岩石各向异性特性， 该装置结构简单、易于操作且便于携带。
[0053] 该系统包括：稳态激光发射器、恒流源、电压测试仪、可进行角度调整的样品槽，以 及用于光电信号检测的导线及电极，该装置的使用方法包括：
[0054] 步骤1 :将待测岩石样品放置于样品槽内，调整样品至与电极有良好的接触，并通 过样品槽与恒流源和电压测试仪相连。
[0055] 步骤2 :打开稳态激光发射器，使得稳态激光照射在样品上，在岩石中产生光电效 应，通过与样品相连接的电压测试仪可以检测到相应的光电信号的变化情况，进一步的，可 以通过转动样品角度，以获得岩石样品在不同角度的光电信号变化情况，对不同角度时光 电信号的变化情况进行分析来表征岩石样品的各向异性特性。
[0056] 在具体实施的时候，可以通过增加扩束镜调整激光的辐照面积，进而对光电信号 进行调制，还可以外接相应的电脑软件实现数据的实时记录、对比和保存。
[0057] 具体的，在各向异性检测仪中放置的岩石样品尺寸如图3所示，其中横条纹表示 层理面方向。
[0058] 如图4所示是岩石样品上电极分布及具体测试情况，其中，位置1，2连线为层理面 方向，在线上的4个实心点表示为样品槽内4个点电极，4个点电极之间等间距，在最外层两 点与电源（例如恒流源）相连，中间两点用于进行电压测量，从而可以得到岩石样品的光电 导变化情况。位置3,4连线为与层理面夹角45°方向，位置5,6连线为与层理面夹角90° 方向，其中4个空心点为4个点电极，具体测试过程就可以按照上述方法进行测量。
[0059] 如图5所不是岩石样品在测量光电导方向与样品岩石层理夹角为0°，45°，90° 时的结果，图中光电导单位为1〇_ 9西门子（西门子即为电阻单位欧姆的倒数）。由图5可 以发现夹角的角度不同，测量得出的光电导也不同，且具有明显的规律性，这就表明光电导 可以较好的表征岩石的各向异性特征。
[0060] 具体实现的时候可以选择多个测试位置，例如：选取岩石角度为0°、1〇°、20°、 30° -直到90°，每间隔10°测量一次，然而值得注意的是上述以10°间隔为例仅是为了 更好地说明本发明，还可以测量其它的角度，选择其它的间隔，本申请对此不做限定。
[0061] 通过本例中所提及的光电特性来表征岩石各向异性，实现起来比较简单，且装置 便于携带，测量成本低，对样品岩石无损伤，对环境适应能力较强，在油气勘探和开发中具 有指导意义和实际应用价值。
[0062] 从以上的描述中，可以看出，本发明实施例实现了如下技术效果：提供了一种岩石 各向异性测量装置，因为该装置中设置了稳态激光发射器和电压测试仪，从而可以获取到 岩石样品在激光照射下的电压变化情况，根据电压变化情况便可以实现对岩石各向异性特 性的测量。通过上述方式测量岩石的各向异性操作起来比较简单，且不会损坏岩石样品，进 一步的，因将这些部件都封装在一个壳体内，因此还便于携带。
[0063] 显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明实施例的各模块或各步骤可以 用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置 所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它 们存储在存储装置中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执 行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个 模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明实施例不限制于任何特定的硬 件和软件结合。
[0064] 以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技 术人员来说，本发明实施例可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的 任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1. 一种岩石各向异性测量装置，其特征在于，包括： 壳体； 稳态激光发射器，位于所述壳体内，用于发射出照射在岩石样品上的激光信号； 样品槽，位于所述壳体上，且位于所述稳态激光发射器的光路中心，用于放置岩石样 品； 电源，位于所述壳体内，用于为放置在所述样品槽上的岩石样品提供电流； 电压测试仪，用于测试所述岩石样品在激光照射下所产生的电信号的电压，将所述岩 石样品在激光照射下所产生的电信号的电压变化进行显示，其中，所述电压变化用于对所 述岩石样品的各向异性特性进行分析。
2. 如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述样品槽是可转变角度的卡槽。
3. 如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述样品槽上设置有电极，所述电极通过导 线与电压测试仪相连，且所述电极与样品槽上的岩石样品接触。
4. 如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电源是恒流源。
5. 如权利要求1所述的装置，其特征在于，在所述壳体内还设置有处理器，与所述电压 测试仪相连，用于实时记录所述电压测试仪上显示的电信号的电压变化情况，并根据记录 的电压变化情况对所述岩石样品的各向异性特性进行分析。
6. 如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述稳态激光发射器为532nm波长激光发射 器。
7. 如权利要求1至6中任一项所述的装置，其特征在于，所述岩石各向异性测量装置是 手持式的。
8. -种权利要求1至7中任一项所述的岩石各向异性测量装置的使用方法，其特征在 于，包括： 将岩石样品置于样品槽上，调整所述岩石样品至位于稳态激光发射器的光路中心； 打开所述稳态激光发射器、电源和电压测试仪； 记录所述电压测试仪上显示的电压变化情况； 调整所述岩石样品的角度，记录在不同角度时，所述电压测试仪上显示的电压变化情 况； 根据获取的所述岩石样品位于不同角度时对应的电压变化情况，分析所述岩石样品的 各向异性特征。
【文档编号】G01N21/17GK104215583SQ201410479728
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2014年9月18日 优先权日:2014年9月18日
【发明者】赵昆, 孙琦, 吕志清, 王金, 杨肖 申请人:中国石油大学(北京)