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专利号: 202010799279X
申请人: 重庆地质矿产研究院
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-07-29
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种库区岸坡消落带劣化模拟系统及实验方法,其特征在于:其实验方法包括以下步骤,(1)将样品放入模拟系统的夹持器内,设定模拟系统的各项实验参数;

(2)利用核磁共振系统采集到的数据进行相关参数的计算,其具体的步骤如下:

1)设置核磁共振系统采集参数:极化时间、回波间隔、回波个数和扫描次数等;

2)采用反转恢复(IR)序列或CPMG脉冲序列采集核磁共振信号,对采集到的信号相位旋转,得到第i个回波的核磁共振信号S(i)和噪声V(i);

3)测量样品的初始磁化矢量M(0)和t时刻的磁化矢量M(t);

4)对相位旋转后的核磁共振信号S(i)进行反演,得到测试样品的纵向弛豫时间T1和横向弛豫时间T2;

5)根据测试样品的初始磁化矢量M(0),计算样品的孔隙度φ;

6)根据测试样品的纵向弛豫T1和横向弛豫T2,计算样品的渗透率k;

7)根据样品测量的T1和T2分布,采用双指数模型计算样品的得到含水饱和度Sw;

(3)光纤声波传感系统采集的声信号传递给上位机,反演计算得到样品破裂的空间位置、破裂时间和破裂能量等参数;

(4)根据计算得出的相关参数对岩石劣化过程进行分析。

2.根据权利要求1所述的一种库区岸坡消落带劣化模拟系统及实验方法,其特征在于:所述步骤(2)中的第i个回波的核磁共振信号S(i)和噪声V(i)的计算公式如下,S(i)=ER(i)cosφP+EI(i)sinφP=(Aicosφi+εiR)cosφP+(Aisinφi+εiI)sinφP;

式中,φi,Ai,ER(i),EI(i)分别是第i个回波的相位、幅度、实部和虚部,φP为回波的旋转相位角, 和 分别为第i个回波实部和虚部中的噪声。

3.根据权利要求1所述的一种库区岸坡消落带劣化模拟系统及实验方法,其特征在于:所述步骤(2)中的初始磁化矢量M(0)和t时刻的磁化矢量M(t)的计算公式如下,式中,γ为旋磁比,为42.6MHz/Tesla,I为核自旋数,为1/2;N为切片内自旋原子核核的个数,为普朗克常数,6.6262×10-34J·s,B0为静磁场强度,本发明的拉莫尔频率ω0为

12MHz,k为波尔兹曼常数,T为天线的工作温度,n为回波的个数。

4.根据权利要求1所述的一种库区岸坡消落带劣化模拟系统及实验方法,其特征在于:所述步骤(2)中测试样品的纵向弛豫T1和横向弛豫T2分布公式如下,式中,ρ1和ρ2分别为T1和T2的表面弛豫率,(S/V)为孔隙表面积S和孔隙体积V的比;Dw为水分子的扩散系数,在25℃时为2.5×10-5cm2/s;η为液体的粘度,单位cp;T2,b、T2,s和T2,d分别为孔隙流体的自由、表面和扩散状态的横向弛豫时间;TK为流体的开尔文温度,单位K。

5.根据权利要求1所述的一种库区岸坡消落带劣化模拟系统及实验方法,其特征在于:所述步骤(2)中样品孔隙度刻度公式为,

式中,φi为第i个孔隙的孔隙体积,单位V/V,用百分数表示;M100%(0)是指纯净水核磁共振测量初始时刻的磁化矢量,M(0)为样品核磁共振测量初始时刻的磁化矢量。

6.根据权利要求1所述的一种库区岸坡消落带劣化模拟系统及实验方法,其特征在于:步骤(2)中样品渗透率k的计算公式为,

式中,FFI为大于T2cut的T2分布面积,BVI为小于T2cut的T2分布面积,对于砂岩T2cut取

33ms,对于碳酸盐岩T2cut取92ms,k为样品的渗透率。

7.根据权利要求1所述的一种库区岸坡消落带劣化模拟系统及实验方法,其特征在于:所述步骤(2)中含水饱和度Sw的计算公式为,

Sw=0.6101exp(-T2,LM/15.9)+0.3688exp(-T2,LM/276.8)。

8.根据权利要求1所述的一种库区岸坡消落带劣化模拟系统及实验方法,其特征在于:所述步骤(3)中,在夹持器2中布设有24个声传感器探头,通过检测不同工况条件下样品破裂产生的声发射信号,可以计算岩石破裂点的空间位置、破裂程度(能量)、破裂时间。计算公式为:

2 2 2 2 2

(xi-x0) +(yi-y0) +(zi-z0) =v(ti-t0)i=1,2,3.....,24

设第i个三分量高灵敏度光纤声传感器探头接收到的信号分别为xi,yi和zi,接收时间为ti,声波在样品中的传播速度为v(通过样品声波测试实验测定),需要反演岩石破裂的空间位置(x0,y0,z0)和时间t0,通过取多个解的平均值获得岩石破裂的空间位置和起裂时间(x0,y0,z0,t0)。通过声发射信号的检测和处理,从时间和空间反映测试样品在不同工况条件下的裂纹起裂、扩展方向和过程,预测样品破裂点的应力状态、裂纹(或裂缝)的几何尺寸、破裂体积等。