煤弹性参数频率的依赖性测试技术.pdf
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1、第 69 卷增刊 1Vol.69Supp.12023 年6 月Jun.,2023地质论评GEOLOGICALREVIEW339煤弹性参数频率的依赖性测试技术一曾葫1,2),佘佳生2),邹冠贵1)1)中国矿业大学(北京)煤炭资源与安全开采国家重点实验室,北京,100083;2)中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院,北京,100083注:本文为国家自然科学基金资助项目(编号:42274165)的成果。收稿日期:2023-04-10;改回日期:2023-04-30;责任编辑:郭现轻。DOI:10.16509/j.georeview.2023.s1.151作者简介:曾葫,男,1991 年生,博士
2、研究生,地球探测与信息技术专业;Email:。关键词:关键词:煤;频散;衰减地球物理勘探中,对于弹性参数的获取途径,一般有地震勘探,声波测井以及实验室测量三类手段。首先,传统的实验室速度测量是在 MHz 频率范围内进行的,声波测井在 10 kHz 频率范围内进行的,地面地震在 0100 Hz 频率范围内进行的。对于常用的弹性参数数据,不同的获取途径之间有着测量频率的区别。当今具有挑战性的探索要求我们利用所有类型的数据进行更好的综合定量解释。然而,这些频率范围之间的速度频散使积分变得困难。人们发展了许多理论来理解各种频散和衰减机制,并提出了许多模型来估计其他岩石性质的频散和衰减。但所有的理论和模
3、型都没有得到实际测量数据的有力支持。最大的问题是地震频率声波速度很难在实验室直接测量。另一方面,近年来的理论研究表明,储层中孔隙流体的分散和衰减与孔隙流体与岩石骨架的相互作用密切相关。这表明,测量的频散和衰减数据包含有关岩石和流体的重要信息。从频散和衰减分析中可以挖掘出一些流体指标。从 1981 年 Spencer 首次成功研发低频应力应变设备用于直接测量岩石的频散与衰减,特别是在Batzle 等人的推动下(Spencer,1981;Batzle et al.,2006;Spencer and Shine,2016;Tisato et al.,2021;Zeng et al.,2023),低频
4、测量技术获得了极大的重视。所以,在任何频率依赖性理论应用于现场之前,我们可以有实验室测试结果来建立一些可靠的关系。1系统组成频率依赖性岩石物理测量设备的连接部件如图 1 所示。测量设备分为振动模块和数据采集两个独立模块。该振动模块包括函数发生器、功率放大器和激振器(x(t)=F0sin(2f0t),其中 F0为最大激振力,f0为振动频率)。采集模块包括样品和铝探头上的应变计、惠斯通电桥、功率放大器和采集卡。频率依赖性岩石物理测量设备采用了激振力更大的激振器,能够有效提高弱信号的信噪比。同时设备采取硅油加压的方式替代了传统的气体加压,油压的优势在于能够快速稳定得达到目标压力,在达到更高围压的情况
5、下,还能够确保实验过程中的安全。采用硅油作为加压介质,在进行温度测试的时候,也能够获得更稳定的内部温度场。优化后的设备采用自主研发的采集系统,采集的信号精度更高,更稳定。在测试过程中,将试样置于围压室中,用高压泵向围压室中注入硅油,作为压力源。压力容器能承受 100 MPa 的压力。定位密封座与铝探针采用环氧树脂粘合,上、下铝探头通过高压管道连接。所述铝探头的中心有一个小孔;将其与样品连接后,可向样品中注入液体。系统的最大孔隙压力为 100 MPa。衰减测量系统在 570的温度范围内工作正常。如果想要获得更高的工作温度,需要性能更好的应变计。图 1 频率依赖性岩石物理测量设备组成地质论评 20
6、23 年 69 卷 增刊 13402样品概述对煤样进行了频率依赖性的弹性参数测试,并将测量结果与理论模型估计结果进行了比较。首先将样品制作成直径约为 38 mm、长度约为 60 mm 的标准圆柱体中,同时确保样品两端平整平行。样品的两个端面用使用环氧树脂与铝探头粘在一起。在环氧树脂固化过程中施加小的轴向载荷,以确保样品和铝探针之间没有间隙。用薄环氧树脂将应变计沿着轴向贴在样品和探头表面。由于测试过程中注入孔隙流体,需要对样品进行密封,通过在干燥样品的表面涂上环氧树脂来实现的。首先,用环氧树脂在样品表面粘贴聚酰亚胺薄膜,同时确保薄膜和样品之间没有气泡。待环氧树脂完全固化后,将应变计附着在聚酰亚胺
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