CN105510447A - 用于水力压裂模拟实验的声发射传感器安装装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于水力压裂模拟实验的声发射传感器安装装置，该装置包括：底板，与底板位置相对的盖板，位于底板与盖板之间、与底板和盖板连接的保护壳；底板、盖板和保护壳形成一腔体，所述腔体内放置声发射传感器；底板与声发射传感器的晶片连接；保护壳上留有一通孔，声发射传感器的传感器接口通过所述通孔向所述腔体外引出。底板与声发射传感器的晶片之间涂抹有超声波耦合剂，盖板与声发射传感器之间的间隙、以及保护壳与声发射传感器之间的间隙填充有橡胶垫片。本发明可以使声发射传感器安装简便且提高信噪比。
Description
技术领域
本发明涉及油田开发技术领域，尤其涉及用于水力压裂模拟实验的声发射传感器安装装置。
背景技术
有许多方法可以用于岩石损伤检测，如电阻率、电磁、X射线CT等，其中基于弹性波的声发射技术具有方法简便易于推广的优点。声发射是伴随着材料内部微裂隙的产生而激发的弹性波，它直接与岩石内部微破裂动态有关。声发射技术可进行岩石损伤状态判定和损伤定量评价，其应用范围涉及采矿工程、岩土工程、海洋工程、石油工程和国防工程等众多应用领域，可对各种岩石和混凝土等脆性材料进行监测。但受岩样尺度大、加载压力(方式、大小)、温度和水等监测环境的影响，声发射传感器的安装和提高信噪比成为了难题。
发明内容
本发明实施例提供一种用于水力压裂模拟实验的声发射传感器安装装置，用以使声发射传感器安装简便且提高信噪比，该装置包括：
底板2，与底板2位置相对的盖板4，位于底板2与盖板4之间、与底板2和盖板4连接的保护壳3；
底板2、盖板4和保护壳3形成一腔体，所述腔体内放置声发射传感器1；底板2与声发射传感器1的晶片连接；保护壳3上留有一通孔，声发射传感器1的传感器接口6通过所述通孔向所述腔体外引出。
一个实施例中，底板2与声发射传感器1的晶片之间涂抹有超声波耦合剂。
一个实施例中，盖板4与声发射传感器1之间的间隙、以及保护壳3与声发射传感器1之间的间隙填充有橡胶垫片5。
一个实施例中，保护壳3为圆柱形不锈钢材料。
一个实施例中，底板2为黄铜材料；和/或，盖板4为不锈钢材料。
一个实施例中，底板2与保护壳3通过螺栓连接；和/或，盖板4与保护壳3通过螺栓连接。
一个实施例中，所述的用于水力压裂模拟实验的声发射传感器安装装置还包括：与传感器接口6连接的导线7。
一个实施例中，导线7的一端与传感器接口6连接，另一端与声发射前置放大器连接。
一个实施例中，所述用于水力压裂模拟实验的声发射传感器安装装置放置于岩石表面的钻孔内，导线7埋置于岩石表面的导线槽内。
一个实施例中，所述用于水力压裂模拟实验的声发射传感器安装装置用树脂胶和/或橡皮泥固定于岩石表面的钻孔内，导线7用腻子和/或橡皮泥埋置于岩石表面的导线槽内。
本发明实施例的用于水力压裂模拟实验的声发射传感器安装装置，结构简单、操作方便、通用性强，解决了岩石三轴实验中声发射传感器安装困难的难题，避免了声发射传感器直接承受高压的情况，减少了噪音的干扰，提高了信噪比。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：
图1为本发明实施例中用于水力压裂模拟实验的声发射传感器安装装置的结构示意图；
图2为本发明实施例中保护壳的示意图；
图3为本发明实施例中底板和盖板的示意图。
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。
为了解决现有技术中声发射传感器安装困难和信噪比不高的难题，本发明实施例中提供一种用于水力压裂模拟实验的声发射传感器安装装置。图1为本发明实施例中用于水力压裂模拟实验的声发射传感器安装装置的结构示意图，如图1所示，该装置可以包括：
底板2，与底板2位置相对的盖板4，位于底板2与盖板4之间、与底板2和盖板4连接的保护壳3；
底板2、盖板4和保护壳3形成一腔体，所述腔体内放置声发射传感器1；底板2与声发射传感器1的晶片连接；保护壳3上留有一通孔，声发射传感器1的传感器接口6通过所述通孔向所述腔体外引出。
本发明实施例的用于水力压裂模拟实验的声发射传感器安装装置可以解决全三维大尺度水力压裂模拟实验声发射监测传感器安装困难的难题，例如可针对室内大型全三维水力压裂物理模拟实验(简称大物模)，岩样尺寸为762mm×762mm×914mm进行声发射传感器安装。本发明实施例的用于水力压裂模拟实验的声发射传感器安装装置可以使声发射传感器安装简便，避免声发射传感器直接承受高压的情况，减少噪音的干扰，提高信噪比。实施例中，可以在实验中利用声发射设备对多裂缝的起裂、扩展和延伸的过程进行实时动态监测，在实验后对形成裂缝的形态进行直接观察，从而为压裂理论的研究和论证提供一种重要的手段。
具体实施时，还可以采取一系列措施进一步提高信噪比，有效保障声发射监测记录的品质。例如，可以在底板2与声发射传感器1的晶片之间涂抹超声波耦合剂。又如，盖板4与声发射传感器1之间的间隙、以及保护壳3与声发射传感器1之间的间隙可以填充橡胶垫片5。在底板2与声发射传感器1的晶片之间涂抹超声波耦合剂还可以防止声发射传感器被压坏。
具体实施时，保护壳3、底板2和盖板4可以采用多种材料。例如，保护壳3可以采用不锈钢材料。又如，底板2可以采用黄铜材料；和/或，盖板4可以采用不锈钢材料。保护壳3可以为圆柱形，在底板2与盖板4之间形成圆柱形侧壁。保护壳3也可以为其它形状。图2为本发明实施例中保护壳的示意图。图2中保护壳3的截面为多边形。底板2和盖板4也可以为圆形或其它形状。图3为本发明实施例中底板和盖板的示意图。图3中底板2和盖板4均为圆形。
在底板2与声发射传感器1的晶片之间涂抹超声波耦合剂、盖板4与声发射传感器1之间的间隙和保护壳3与声发射传感器1之间的间隙填充橡胶垫片5、且保护壳3和盖板4采用刚度和强度很大的不锈钢材料、底板2采用与岩石波速相当的黄铜材料的情况下，能最大程度降低信号的衰减和失真，改善信号记录的品质。
底板2与保护壳3、盖板4与保护壳3可以通过多种方式连接。例如，在图2和图3中，底板2与保护壳3可以通过螺栓连接；和/或，盖板4与保护壳3可以通过螺栓连接。图2和图3中示出了螺栓孔8。
再如图1所示，在实施例中，上述用于水力压裂模拟实验的声发射传感器安装装置还可以包括：与传感器接口6连接的导线7。具体实施时，导线7的一端可以与传感器接口6连接，另一端可以与声发射前置放大器连接。导线7可以采用特氟龙抗衰减材料，以进一步提高信噪比。
具体实施时，上述用于水力压裂模拟实验的声发射传感器安装装置可以放置于岩石表面的钻孔内，导线7可以埋置于岩石表面的导线槽内。具体的，上述用于水力压裂模拟实验的声发射传感器安装装置可以用树脂胶和/或橡皮泥等材料固定于岩石表面的钻孔内，导线7可以用腻子和/或橡皮泥等材料埋置于岩石表面的导线槽内。
下面结合图1、图2和图3，举例说明本发明实施例中用于水力压裂模拟实验的声发射传感器安装装置的具体安装过程。
安装过程中，首先，将底板2与保护壳3相连，底板2边缘处留有3个均匀分布的螺栓孔8，直径为1.5mm，呈开口状，角度为90°，螺栓拧紧后，螺栓帽与底板2相平，保护壳3相应处留有3个螺栓孔8，螺栓长度为3mm，用三个螺栓将底板2和保护壳3相连接。
为了防止声发射传感器1被压坏，在声发射传感器1的晶片端均匀涂抹超声耦合剂，再把声发射传感器1放置于上述连接好的腔体内，声发射传感器1的传感器接口6从保护壳3上的通孔引出，等底板2与声发射传感器1的晶片耦合充分后，在声发射传感器1侧面和顶部垫上橡胶垫片5，主要用于固定声发射传感器1和减少噪音传递。
将盖板4与保护壳3连接好，盖板4的结构与底板2相同，用三个螺栓将盖板4与保护壳3连接好。
把组装好的声发射传感器1连接好导线7，另一端与前置放大器相连，导线7可以采用特氟龙抗衰减材料。
在岩石的表面钻放置用于水力压裂模拟实验的声发射传感器安装装置的孔，并切出引出导线7的沟槽，孔和导线槽的底面要平整。把上述连接好的用于水力压裂模拟实验的声发射传感器安装装置用环氧树脂固定在上述钻好的孔内。用力按压用于水力压裂模拟实验的声发射传感器安装装置，等环氧树脂粘接牢固后再放手，用橡皮泥固定。把导线7沿沟槽引出来用橡皮泥固定。橡皮泥较软，避免了对导线产生的破坏，也不会产生噪音。
底板2采用黄铜材质，黄铜尺寸为直径27.5mm，厚1.5mm，黄铜波速为3500m/s，与岩石速度相当。盖板4采用不锈钢材质，尺寸与底板2相同。
保护壳3采用不锈钢材质，高为16mm，外径27.5mm，内径21.6mm，壁厚3mm，开口宽度为9.5mm，抗压强度高。
声发射传感器1可以采用美国score公司生产的SE150-M型传感器，直径20.32mm，高度为13.34mm，带宽50-500kHz，主频150kHz。
橡胶垫片5可以采用普通橡胶薄片，具有一定弹性。导线7可以采用特氟龙抗衰减材料导线。
综上所述，本发明实施例的用于水力压裂模拟实验的声发射传感器安装装置，结构简单、操作方便、通用性强，解决了岩石三轴实验中声发射传感器安装困难的难题，避免了声发射传感器直接承受高压的情况，减少了噪音的干扰，提高了信噪比。
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、***、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(***)、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。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种用于水力压裂模拟实验的声发射传感器安装装置，其特征在于，包括：
底板(2)，与底板(2)位置相对的盖板(4)，位于底板(2)与盖板(4)之间、与底板(2)和盖板(4)连接的保护壳(3)；
底板(2)、盖板(4)和保护壳(3)形成一腔体，所述腔体内放置声发射传感器(1)；底板(2)与声发射传感器(1)的晶片连接；保护壳(3)上留有一通孔，声发射传感器(1)的传感器接口(6)通过所述通孔向所述腔体外引出。
2.如权利要求1所述的用于水力压裂模拟实验的声发射传感器安装装置，其特征在于，底板(2)与声发射传感器(1)的晶片之间涂抹有超声波耦合剂。
3.如权利要求1所述的用于水力压裂模拟实验的声发射传感器安装装置，其特征在于，盖板(4)与声发射传感器(1)之间的间隙、以及保护壳(3)与声发射传感器(1)之间的间隙填充有橡胶垫片(5)。
4.如权利要求1所述的用于水力压裂模拟实验的声发射传感器安装装置，其特征在于，保护壳(3)为圆柱形不锈钢材料。
5.如权利要求1所述的用于水力压裂模拟实验的声发射传感器安装装置，其特征在于，底板(2)为黄铜材料；和/或，盖板(4)为不锈钢材料。
6.如权利要求1所述的用于水力压裂模拟实验的声发射传感器安装装置，其特征在于，底板(2)与保护壳(3)通过螺栓连接；和/或，盖板(4)与保护壳(3)通过螺栓连接。
7.如权利要求1至6任一项所述的用于水力压裂模拟实验的声发射传感器安装装置，其特征在于，还包括：与传感器接口(6)连接的导线(7)。
8.如权利要求7所述的用于水力压裂模拟实验的声发射传感器安装装置，其特征在于，导线(7)的一端与传感器接口(6)连接，另一端与声发射前置放大器连接。
9.如权利要求7所述的用于水力压裂模拟实验的声发射传感器安装装置，其特征在于，所述用于水力压裂模拟实验的声发射传感器安装装置放置于岩石表面的钻孔内，导线(7)埋置于岩石表面的导线槽内。
10.如权利要求7所述的用于水力压裂模拟实验的声发射传感器安装装置，其特征在于，所述用于水力压裂模拟实验的声发射传感器安装装置用树脂胶和/或橡皮泥固定于岩石表面的钻孔内，导线(7)用腻子和/或橡皮泥埋置于岩石表面的导线槽内。
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