具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本发明实施例做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

为了解决现有的动态测量和静态测量采用不同的测量系统，难以保证岩石样品处于相同的压力、温度和饱和度等环境条件，本发明实施例提供了一种岩石模量测量系统，用于实现同一岩石样品在相同的环境条件下进行动态岩石模量和静态岩石模量的测量，图1为本发明实施例中岩石模量测量系统结构的示意图，如图1所示，该系统包括：承样模块01、压力控制模块02、静态模量测量模块03、低频动态模量测量模块04和高频动态模量测量模块05；

其中，承样模块01用于放置岩石样品；

压力控制模块02用于向岩石样品施加预设压力；

静态模量测量模块03用于：采集岩石样品在施加预设压力前后的应力；根据岩石样品在施加预设压力前后的应力，确定岩石样品的静态杨氏模量和静态泊松比；

低频动态模量测量模块04用于：在预设压力下，向岩石样品施加不同频率的振力，其中，振力的频率低于预设频率阈值；采集岩石样品在不同频率振力下的应力变化；根据应力变化，确定岩石模型的低频动态杨氏模量和低频动态泊松比；

高频动态模量测量模块05用于：在预设压力下，向岩石样品发射超声波，其中，超声波的频率高于预设频率阈值；接收穿过岩石模型后的超声波；根据穿过岩石模型后的超声波，确定岩石样品的高频动态杨氏模量和高频动态泊松比.

如图1所示，本发明实施例通过：承样模块放置岩石样品；压力控制模块向岩石样品施加预设压力，可以使得岩石样品在进行不同的测量时处于相同的环境条件；静态模量测量模块采集岩石样品在施加预设压力前后的应力，确定岩石样品的静态杨氏模量和静态泊松比；低频动态模量测量模块在预设压力下，向岩石样品施加不同频率的振力，确定岩石模型的低频动态杨氏模量和低频动态泊松比，高频动态模量测量模块在预设压力下，向岩石样品发射超声波，根据穿过岩石模型后的超声波，确定岩石样品的高频动态杨氏模量和高频动态泊松比，可以将静态模量测量模块、高频动态模量测量模块和低频动态模量测量模块集成在一个测量系统中，实现了同一岩石样品在相同的环境条件下进行动态岩石模量测量和静态岩石模量测量，测量结果的可对比性强，能够为后续的油气藏参数优化提供可靠依据。

在一个实施例中，承样模块01包括：上垫块、下垫块和锁紧圈，岩石样品通过锁紧圈固定在上垫块与下垫块之间。

具体实施时，现有的测量设备中，岩石样品与上垫块、下垫块，以及标准样品之间通过胶粘固定，这样一方面在测量过程中不能调整样品的位置，另一方面，胶粘会破坏样品，使得样品不能重复使用，因此动态测量和静态测量得到的实验结果的可对比性不强，难以为后续的油气藏参数优化提供依据，本发明实施例中，将岩石样品与上垫块、下垫块，以及标准样品之间通过定位圈、锁紧圈等机械零件连接和固定，可以保证岩石样品与标准样品的轴心在同一条垂直线上，并可以随时调整岩石样品与标准样品的位置，同一样品还可以重复使用在多种测量实验中，这样能够提高测量精度，实现样品的可重复利用。

在一个实施例中，承样模块01包括：压力釜，岩石样品设置在压力釜中；

压力控制模块02包括：

轴压控制单元，用于通过数字泵和轴压管线向压力釜注入气体，控制施加在岩石样品上的轴压大小；

围压控制单元，用于通过数字泵和围压管线向压力釜注入流体，控制施加在岩石样品上的围压大小。

在一个实施例中，压力控制模块01还用于：控制岩石样品处于预设温度。

在一个实施例中，压力控制模块01还用于：控制岩石样品处于预设流体饱和度。

具体实施时，图2为本发明实施例中岩石模量测量系统具体结构的示意图，如图2所示，承样模块01可以包括压力釜，岩石样品和标件样品可以放置在压力釜中，现有的压力控制模块是通过注入氮气控制压力釜中的压力，样品的轴向压力与围压是相同的，灵活性较差，本发明实施例中压力控制模块02可以包括：轴压控制单元和围压控制单元，压力釜底部设置有轴压活塞柱，轴压控制单元可以将数字泵通过轴压管线和轴压活塞柱连接至压力釜，并向压力釜中注入气体，控制施加在岩石样品上的轴压大小，可以精确控制轴压，围压控制单元可以通过数字泵和围压管线向压力釜注入流体，控制施加在岩石样品上的围压大小，可以实现轴压和围压的单独控制，提高了压力控制的灵活性，还可以进行岩石样品温度控制和流体饱和度的连续控制，其中，压力、温度和流体饱和度可以根据需求预先设置。综上，压力控制模块02可以实现同一岩石样品在不同测量实验时处于相同的压力、温度和流体饱和度条件，进一步增强了动态测量和静态测量得到的实验结果的可对比性。

在一个实施例中，静态模量测量模块03可以包括：

应变片，用于输出岩石样品在施加预设压力前后应力变化的电信号；

电阻仪，用于根据应力变化的电信号，确定岩石样品在施加预设压力前后的应力；

静态模量确定单元，用于根据岩石样品在施加预设压力前后的应力，确定岩石样品的静态杨氏模量和静态泊松比。

在一个实施例中：应变片固定在岩石样品的表面。

在一个实施例中，应变片和岩石样品通过密封胶套密封。

具体实施时，岩石静态模量对油气开采、井况评估和脆性评价等具有重要意义，干燥或饱和岩石在一定压力条件下，当应力达到平衡时，通过测量对应的应变可以计算得到的岩石静态模量，主要包括杨氏模量和泊松比。应变片可以粘贴在岩石样品表面，现有技术将应变片和岩石样品通过灌封胶密封，但是在拆除灌封胶时会破坏应变片以及岩石样品，图3本发明实施例岩心样品放置的示意图，如图3所示，本发明实施例中应变片和岩石样品可以通过密封胶套密封，这样既可以保证样品的密封，在密封胶套拆卸时又不会破坏应变片以及岩石样品，实现了岩石样品的可重复利用，此外，岩石样品表面需要分别粘贴垂直方向和水平方向的两个应变片，现有方法在手工粘贴应变片时会存在偏差，由于应变量的测量属于纳米级别，应变片粘贴偏差时会引起较大的测量误差，如图3所示，本发明实施例可以定制应变片组件，将垂向和水平向应变片按90度垂直方向固定在同一背衬上作为一组，保证两个应变片处于相同的粘贴条件，以减少测量误差。

具体实施时，静态模量测量模块可以03包括：应变片、电阻仪和静态模量确定单元，通过压力控制模块02向岩石样品施加预设压力、温度和流体饱和度后，应变片可以输出岩石样品在施加预设压力前后应力变化的电信号，电阻仪可以与应变片连接，输出岩石样品在施加预设压力前后的应力，还可以包括压力表，压力表可以与电阻仪连接，记录岩石样品表面的应力变化曲线，静态模量确定单元可以根据应力变化曲线的斜率，基于公式(1)计算岩石样品的静态杨氏模量，计算静态泊松比和原理与计算静态杨氏模量的原理一致，此处不再赘述。

E_s＝dσ/dε (1)

其中，E_s为岩石样品的静态杨氏模量，σ为应力值，ε为应力变化量，d为微分符号。

在一个实施例中，低频动态模量测量模块04可以包括：

激振器，用于在预设压力下，向岩石样品施加不同频率的振力；

应变片，用于输出岩石样品在不同频率振力下应力变化的电信号；

应力变化测量单元，用于根据应力变化的电信号，确定电压幅值变化；根据电压幅值变化，确定岩石样品在不同频率振力下的应力变化；

低频动态模量确定单元，用于根据岩石样品在不同频率振力下的应力变化，确定岩石模型的低频动态杨氏模量和低频动态泊松比。

具体实施时，低频动态模量测量模块04可以用于地震频段(1～1000Hz)岩石物理动态模量的测量，在静态模量测量模块03测试完成后，可以切换低频动态模量测量模块04中的测试设备，其中，静态模量测量模块03中的应变片与低频动态模量测量模块04中的应变片可以是同一组应变片，实现动静态模量的同位测量。激振器可以是奥林巴斯低频激发器，可以在预设压力、温度和流体饱和度下，将经过功率放大的不同频率正弦信号转换为周期性振动，向岩石样品施加不同频率的振力，应变片可以输出岩石样品在不同频率振力下应力变化的电信号；应力变化测量单元可以是分频段谐波激励的宽频信号采集装置，可以与应变片连接，根据应力变化的电信号，确定电压幅值变化；根据电压幅值变化，确定岩石样品在不同频率振力下的应力变化；低频动态模量确定可以根据岩石样品在不同频率振力下的应力变化，可以基于公式(2)计算岩石模型的低频动态杨氏模量，计算低频动态泊松比和原理与计算低频动态杨氏模量的原理一致，此处不再赘述，根据低频动态杨氏模量和低频动态泊松比可以进行不同频率条件下地震波纵横波速度的测量和计算。

E_d＝ε_ref/ε_sample×E_ref (2)

其中，E_d为岩石样品的动态杨氏模量，ε_ref为标准样品的参考应变量，ε_sample为岩石样品的应力变化量，E_ref为标准样品的参考动态杨氏模量。

在一个实施例中，高频动态模量测量模块05可以包括：

超声波发射器，用于在预设压力下，向岩石样品发射超声波；

超声波接收器，用于接收穿过岩石样品后的超声波；

高频动态模量确定单元，用于根据穿过岩石样品后的超声波，确定超声波在岩石样品中的传播速度；根据传播速度，确定岩石样品的高频动态杨氏模量和高频动态泊松比。

具体实施时，高频动态模量测量模块05可以用于地震频段(10.25kHz－2MHz)岩石物理动态模量的测量，如图3所示，图3中P、S分别为超声波传感器，超声波发射器可以与超声波传感器连接，可以在预设压力、温度和流体饱和度下，向岩石样品发射超声波，超声波接收器可以与超声波传感器连接，接收穿过岩石样品后的超声波，其中超声波发射器与超声波接收器的声轴可以处在同一轴线上，高频动态模量确定单元可以包括：数字示波器，可以读出超声波在岩石样品中的传播时间，岩石样品的长度即为超声波的传播距离，将传播距离除以传播时间，就可得到超声波的传播速度，根据超声波的传播速度可以计算岩石样品的高频动态杨氏模量和高频动态泊松比。

基于同一发明构思，本发明实施例中还提供了一种岩石模量测量方法，如下面的实施例。由于岩石模量测量方法解决问题的原理与岩石模量测量装置相似，因此方法的实施可以参见装置的实施，重复之处不再赘述。

本发明实施例提供一种岩石模量测量方法，用于实现同一岩石样品在相同的环境条件下进行动态岩石模量和静态岩石模量的测量，图4为本发明实施例中岩石模量测量方法流程的示意图，如图4所示，该方法包括：

步骤401：向岩石样品施加预设压力；

步骤402：采集岩石样品在施加预设压力前后的应力；根据岩石样品在施加预设压力前后的应力，确定岩石样品的静态杨氏模量和静态泊松比；

步骤403：在预设压力下，向岩石样品施加不同频率的振力，其中，振力的频率低于预设频率阈值；采集岩石样品在不同频率振力下的应力变化；根据应力变化，确定岩石模型的低频动态杨氏模量和低频动态泊松比；

步骤404：在预设压力下，向岩石样品发射超声波，其中，超声波的频率高于预设频率阈值；接收穿过岩石模型后的超声波；根据穿过岩石模型后的超声波，确定岩石样品的高频动态杨氏模量和高频动态泊松比。

在一个实施例中，步骤401可以包括：

向压力釜注入气体，控制施加在岩石样品上的轴压大小；

向压力釜注入流体，控制施加在岩石样品上的围压大小。

在一个实施例中，步骤402可以包括：

步骤4021：输出岩石样品在施加预设压力前后应力变化的电信号；

步骤4022：根据应力变化的电信号，确定岩石样品在施加预设压力前后的应力；

步骤4023：根据岩石样品在施加预设压力前后的应力，确定岩石样品的静态杨氏模量和静态泊松比。

在一个实施例中，步骤403可以包括：

步骤4031：用于在预设压力下，向岩石样品施加不同频率的振力；

步骤4032：输出岩石样品在不同频率振力下应力变化的电信号；

步骤4033：根据应力变化的电信号，确定电压幅值变化；根据电压幅值变化，确定岩石样品在不同频率振力下的应力变化；

步骤4034：根据岩石样品在不同频率振力下的应力变化，确定岩石模型的低频动态杨氏模量和低频动态泊松比。

在一个实施例中，步骤404可以包括：

步骤4041：在预设压力下，向岩石样品发射超声波；

步骤4042：接收穿过岩石样品后的超声波；

步骤4043：根据穿过岩石样品后的超声波，确定超声波在岩石样品中的传播速度；根据传播速度，确定岩石样品的高频动态杨氏模量和高频动态泊松比。

下面举一个具体的例子，以便于理解本发明如何实施。

首先，将岩石样品与上垫块、下垫块，以及标准样品之间通过定位圈、锁紧圈等机械零件连接和固定，其中，岩石样品为致密砂岩A，孔隙度4.9％，渗透率0.01mD；

然后，将数字泵分别通过轴压管线、围压管线以及孔压管线与压力釜连接，进行压力控制、温度控制以及流体饱和度的连续控制，可以模拟实际地层条件，保证岩石样品处于预设的压力、温度和流体饱和度条件下；

接着，接入静态模量测量模块中的各个设备，将应变片粘贴在岩石样品表面，将应变片和岩石样品通过密封胶套密封并设置在压力釜中，在预设的压力、温度和流体饱和度条件下，通过应变片输出岩石样品在施加预设压力前后应力变化的电信号，通过电阻仪输出岩石样品在施加预设压力前后的应力，通过压力表记录岩石样品表面的应力变化曲线，根据应力变化曲线的斜率，计算岩石样品的静态杨氏模量和静态泊松比，图5为本发明实施例中铝标件静态模量随轴压的变化的示意图，图5中,E_AL1为第一个铝标样的杨氏模量，E_AL2为第二个铝标样的杨氏模量，E_AL3为第三个铝标样的杨氏模量，如图5所示，轴压4MPa以上，静态杨氏模量测量结果非常稳定；

接着，切换低频动态模量测量模块中的各个设备，其中，静态模量测量模块中的应变片与低频动态模量测量模块中的应变片可以是同一组应变片，在预设的压力、温度和流体饱和度条件下，通过激振器向岩石样品施加不同频率的振力，应变片输出岩石样品在不同频率振力下应力变化的电信号，分频段谐波激励的宽频信号采集装置根据应力变化的电信号，采集岩石样品在不同频率振力下的应力变化，根据岩石样品在不同频率振力下的应力变化，计算岩石模型的低频动态杨氏模量和低频动态泊松比，图6为本发明实施例中铝标件动态模量随频率的变化的示意图，图6中，E为杨氏模量，PR为泊松比，ERR为误差，理论上铝标件没有频散，即其模量不随频率变化，铝标件的杨氏模量为74.2GPa，泊松比为0.35，如图6所示，本发明实施例测量的铝标件的动态模量与其本身的模量的相对变化小于2％；

接着，切换高频动态模量测量模块的各个设备，在预设的压力、温度和流体饱和度条件下，通过超声波发射器向岩石样品发射超声波，通过超声波接收器接收穿过岩石样品后的超声波，通过高频动态模量确定单元根据计算超声波的传播速度，根据超声波的传播速度计算岩石样品的高频动态杨氏模量和高频动态泊松比。

最后，将静态模量测量结果、低频动态模量测量结果以及高频动态模量测量结果进行对比分析，图7本发明实施例中动静态杨氏模量随含水饱和度变化的示意图，如图7所示，低频动态模量在较高含水饱和度时接近静态模量，高频动态模量远高于低频动态模量，显示出强烈的频散，静态模量随含水饱和度的变化，其相对变化高于动态模量，低频模量随饱和度的变化趋势可以为地震流体预测提供直接证据，动静态数据的对比分析，可以为开发压裂参数调整、油藏改造参数优化提供实验依据。

综上所述，本发明实施例提供的岩石模量测量系统及方法具有如下技术效果：

(1)通过将岩石样品与上垫块、下垫块，以及标准样品之间通过定位圈、锁紧圈等机械零件固定，将应变片粘贴在岩石样品表面，将应变片和岩石样品通过密封胶套密封，可以对同一岩石样品进行不同的测量，实现岩石样品的重复利用；

(2)通过压力控制模块向岩石样品施加预设压力、温度以及进行流体饱和度连续控制，可以使得岩石样品在进行不同的测量时处于相同的环境条件；

(3)可以将静态模量测量模块、高频动态模量测量模块和低频动态模量测量模块集成在一个测量系统中，实现了同一岩石样品在相同的环境条件下进行动态岩石模量测量和静态岩石模量测量，测量结果的可对比性强，能够为后续的油气藏参数优化提供可靠依据，其中，低频动态模量测试数据可以直接为地震勘探提供实验数据，高频动态模量测试数据揭示的实验规律可以为理论建模及机理分析提供指导，变饱和度变频率条件下模量的变化规律可以为综合利用多尺度数据进行流体定量预测及开发压裂参数优选提供重要实验依据。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上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。