CN114383948B - 一种测量不同加载条件下岩心参数的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种测量不同加载条件下岩心参数的装置，包括岩心夹持装置、施压装置、核磁共振发生检测模块、声波数据发生采集模块，以及内部填充有围压液体介质的围压腔体，其测量方法包括：施压装置用于对岩心夹持装置施加沿岩心轴向的压力，岩心夹持装置压缩围压腔体的体积使围压介质对岩心的表面产生围压，核磁共振发生检测模块用于在向岩心夹持装置内的岩心施加磁场后获得岩心的核磁共振T2谱，声波数据采集模块用于向岩心夹持装置夹持的岩心产生声波，并采集声波在岩心中的传播时间，实现了不同围压加载条件下的岩样核磁共振T2谱弛豫特征与声波波速特征的能同时测量。本发明实现了核磁共振T2谱弛豫变化特征和声波波速特征的同时测量。

Description

一种测量不同加载条件下岩心参数的装置和方法
技术领域
本发明涉及储层岩石物理学和岩石力学表征的应用技术领域，具体涉及一种测量不同加载条件下岩心参数的装置和方法。
背景技术
核磁共振方法以快速，准确，无损的特点，已经被广泛应用于实验室分析及现场录井的煤储层物性特征的研究，主要包括评价岩石储层物理特性，如孔隙度、渗透率、孔径分布等。
声波波速测试来多用来了解岩石力学情况，并求取表征岩石某些力学参数和工程地质性质指标。
因此，针对储层岩石物理学和岩石力学的精细定量表征，需要探索一种方法和装置可以克服单一仪器不能同时测量岩样核磁共振T2谱弛豫特征与声波波速的问题，以及无法实现储层岩石物理学和岩石力学的同步测试。
发明内容
本发明的目的在于提供一种测量不同加载条件下岩心参数的装置和方法，以解决不同围压加载条件下的岩样核磁共振T2谱弛豫特征与声波波速特征的不能同时测量的问题。
为解决上述技术问题，本发明具体提供下述技术方案：
一种测量不同加载条件下岩心参数的装置，包括岩心夹持装置、施压装置、核磁共振发生检测模块、声波数据发生采集模块，以及内部填充有围压液体介质的围压腔体；所述岩心夹持装置设置在所述围压腔体的两侧，且所述岩心夹持装置用于对轴向放置在所述围压腔体内的岩心进行夹持；所述施压装置设置在所述岩心夹持装置的外侧，且所述施压装置用于对所述岩心夹持装置施加沿岩心轴向的压力，所述岩心夹持装置压缩所述围压腔体的体积使所述围压介质对所述岩心的表面产生围压；
所述核磁共振发生检测模块设置在所述围压腔体的周向，所述核磁共振发生检测模块用于在向所述岩心夹持装置内的岩心施加磁场后获得岩心的核磁共振T2谱信号；
所述声波数据模块设置在所述岩心夹持装置上，所述声波数据模块用于向所述岩心夹持装置夹持的岩心产生声波，并采集所述声波在岩心中的传播信号和传播时间。
作为本发明的一种优选方案，所述围压腔体包括外管体、以及轴向设置在所述外管体内用于套装岩心的内套管，所述内套管的外表面和所述外管体的内表面之间形成填充围压介质的介质腔体，所述岩心夹持装置设置在所述内套管的两端，所述岩心夹持装置密封填充围压介质的所述介质腔体。
作为本发明的一种优选方案，所述核磁共振发生检测模块包括设置在所述外管体周向上的核磁共振发生模块，以及连接所述核磁共振发生模块的核磁信号采集模块，所述核磁信号采集模块用于采集所述核磁共振发生模块对岩心施加的磁场后岩心的核磁共振T2谱信号。
作为本发明的一种优选方案，所述声波数据模块包括声波发生模块、声波接收模块和声波采集模块，所述声波发生模块设置在所述围压腔体一端的所述岩心夹持装置上，所述声波接收模块设置在所述围压腔体另一端的所述岩心夹持装置上，所述声波采集模块通讯连接所述声波发生模块和所述声波采集模块；
所述声波发生模块用于向所述岩心发生声波信号，所述声波接收模块用于接收经过岩心传递的声波信号以及声波信号在所述岩心内传递的时间，所述声波采集模块用于采集分析所述声波接收模块产生的声波传递信号和声波传递时间获得声波波速的表征。
作为本发明的一种优选方案，所述岩心夹持装置包括圆台体，所述圆台体的顶部与所述内套管的端部接触，所述圆台体的周向表面与所述外管体的内表面接触，所述声波发生模块和所述声波接收模块均设置在所述圆台体的斜面上。
作为本发明的一种优选方案，所述介质腔体包括设置在所述内套管周向的偶数个扇形密封腔体，且扇形密封腔体的数量大于等于四个；
所述核磁共振发生模块包括核磁磁体，所述核磁磁体与所述扇形密封腔体的形状相配合，所述核磁磁体的数量为所述扇形密封腔体数量的一半，且所述核磁磁体中心对称的设置在所述外管体的周向上，所述核磁磁体与所述扇形密封腔体的对应一致；
所述施压装置通过所述岩心夹持装置对所述扇形密封腔体的体积进行同步或异步的压缩。
作为本发明的一种优选方案，所述岩心夹持装置包括主柱体，以及活动安装在所述主柱体周向上的压块，所述压块的数量与所述扇形密封腔体的数量相同，且所述压块能够沿所述主柱体的轴向移动，所述主柱体与所述内套管的内径相同；
所述施压装置用于同步或异步对所述压块施加沿所述外管体轴向的作用力；
所述施压装置包括多个环形设置的微型液压缸。
本发明提供了一种所述的测量不同加载条件下岩心参数的装置的测量方法，包括步骤：
S100、获取圆柱状的岩心，并对岩心进行加热烘干和冷却至室温的预处理，随后通过岩心饱和装置对岩心进行高压真空饱和水实验，获得完全饱和水的岩心；
S200、将完全饱和水的岩心轴向设置于填充有围压介质的围压腔体中，并通过岩心夹持装置对岩心进行夹持同时密封围压腔体；
S300、施压装置对所述岩心夹持装置施加沿岩心轴向的不同数值压力，岩心夹持装置压缩围压腔体的体积使所述围压介质对岩心的表面产生不同数值围压；后通过设置在围压腔体的周向的核磁共振发生检测模块向岩心施加磁场，获得不同数值的围压的条件下岩心的核磁共振T2谱；同时通过设置在岩心夹持装置上的声波数据采集模块向岩心产生声波，并不同数值的围压下采集声波在岩心中的传播信号特征和传播时间；
S400、通过公式计算核磁共振T2谱表现的驰豫速率和强度以及声波波速和传播时间获得不同数值的围压条件下岩心的孔隙结构变化和声波波速表征；
其中，弛豫速率与强度的表征公式为：
式中T2为核磁共振横向驰豫；ρ2为表面驰豫率；S为岩心的比表面积；V岩心的孔体积，rc为孔隙半径；
声波波速计算公式为：
V＝L/t-t0，
式中V为波速，L为声波发射探头与声波接收探头中心间距离，t为声波在岩样中传播的时间，t0为声波数据采集器的零延时。
作为本发明的一种优选方案，在S100中，选取尺寸为直径25cm，长度为5cm的柱样岩心，使用烘干箱在105℃下对岩心进行烘干处理24小时，将岩心在真空度≤-0.095MPa的真空饱和装置下下干抽2小时，然后在20MPa压力下真空饱和24小时，使岩心达到完全饱和水的状态。
作为本发明的一种优选方案，在S300中，设定围压装置对岩心施加的不同围压数值为p1，p2，p3，p4，p5，且0<p1＜p2＜p3＜p4＜p5，并在施压装置对围压腔体施加到每个围压数值时，保持围压1小时，并在此过程中，启动核磁共振发生检测模块和声波数据采集模块工作。
本发明与现有技术相比较具有如下有益效果：
本发明可同时实现柱状岩心在围压加载过程中核磁共振T2谱弛豫变化特征和声波波速特征的测量，输出结果核磁共振谱可以反应在不同围压加载过程中饱和水岩样的孔隙结构变化特征；通过发明装置中加载的声波发射探头和声波接收探头，通过声波数据采集器记录声波在岩石试样中的传播时间，从而实现核磁共振T2谱弛豫变化特征和声波波速特征的同时测量。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术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示例性的，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，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。
图1为本发明实施例提供测量不同加载条件下岩心参数的装置的结构示意图；
图2为本发明实施例提供测量不同加载条件下岩心参数的装置的扇形密封腔体纵截面的结构示意图；
图3为本发明实施例提供测量不同加载条件下岩心参数的装置的圆台体的结构示意图。
图中的标号分别表示如下：
1-岩心夹持装置；2-施压装置；3-围压腔体；4-扇形密封腔体；5-声波采集模块；6-核磁信号采集模块；7-核磁共振发生模块；8-声波接收模块；101-圆台体；102-主柱体；103-压块；
31-外管体；32-内套管。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1、图2和图3所示，本发明提供了一种测量不同加载条件下岩心参数的装置，包括岩心夹持装置1、施压装置2、核磁共振发生检测模块、声波数据发生采集模块，以及内部填充有围压液体介质的围压腔体3；岩心夹持装置1设置在围压腔体3的两侧，且岩心夹持装置1用于对轴向放置在围压腔体3内的岩心进行夹持；施压装置2设置在岩心夹持装置1的外侧，且施压装置2用于对岩心夹持装置1施加沿岩心轴向的压力，岩心夹持装置1压缩围压腔体3的体积使围压介质对岩心的表面产生围压；
核磁共振发生检测模块设置在围压腔体3的周向，核磁共振发生检测模块用于在向岩心夹持装置1内的岩心施加磁场后获得岩心的核磁共振T2谱信号；
声波数据模块设置在岩心夹持装置1上，声波数据模块用于向岩心夹持装置1夹持的岩心产生声波，并采集声波在岩心中的传播时间。本发明提供的可同时测量核磁共振谱和波速的装置，可实现不同围压施加条件下的岩心核磁共振T2谱实现与声波波速的表征。
围压腔体3包括外管体31、以及轴向设置在外管体31内用于套装岩心的内套管32，内套管32的外表面和外管体31的内表面之间形成填充围压介质的介质腔体，岩心夹持装置1设置在内套管32的两端，岩心夹持装置1密封填充围压介质的介质腔体。其中，内套管采用无磁橡皮材质，围压介质具体为环压基质氟化液，且围压介质只与内套管32的表现接触，不与岩心接触。外管体具体为圆筒形的腔体，且外管体31的长度要大于内套管32的长度。
核磁共振发生检测模块包括设置在外管体31周向上的核磁共振发生模块7，以及连接核磁共振发生模块7的核磁信号采集模块6，核磁信号采集模块6用于采集核磁共振发生模块7对岩心施加的磁场后岩心的核磁共振T2谱信号。
本发明提供的装置输出结果核磁共振谱可以反应在不同围压加载过程中饱和水岩样的孔隙结构变化特征；通过装置中加载的声波发射探头和声波接收探头，通过声波数据采集器记录声波在岩石试样中的传播时间，从而实现核磁共振T2谱弛豫变化特征和声波波速特征的同时测量。
声波数据模块包括声波发生模块、声波接收模块8和声波采集模块5，声波发生模块设置在围压腔体3一端的岩心夹持装置1上，声波接收模块8设置在围压腔体3另一端的岩心夹持装置1上，声波采集模块5通讯连接声波发生模块和声波采集模块5；
声波发生模块用于向岩心发生声波信号，声波接收模块8用于接收经过岩心传递的声波信号以及声波信号在岩心内传递的时间，声波采集模块5用于采集分析声波接收模块8产生的声波传递信号和声波传递时间获得声波波速的表征。
进一步地，本发明为了实现围压腔体内的围压介质对内套管32的表面均匀的施加压力，提供了一种岩心夹持装置1，包括圆台体101，具体包括圆柱和圆台的组合结构，圆台体101的顶部与内套管32的端部接触，圆台体101的周向表面与外管体31的内表面接触，声波发生模块和声波接收模块8均设置在圆台体101的斜面上，声波发生模块和声波接收模块8进一步可以设置在与内套管32接触的部分。
进一步地，本发明中为了提高在同步进行岩样核磁共振T2谱弛豫与声波波速测试的精度，提供了一种介质腔体，包括设置在内套管32周向的偶数个扇形密封腔体4，且扇形密封腔体4的数量大于等于四个，也就是四个扇形密封腔体4环形连接形成柱状。核磁共振发生模块7包括核磁磁体，核磁磁体与扇形密封腔体4的形状相配合，核磁磁体的数量为扇形密封腔体4数量的一半，且核磁磁体中心对称的设置在外管体31的周向上，核磁磁体与扇形密封腔体4的对应一致。施压装置2通过岩心夹持装置1对扇形密封腔体4的体积进行同步或异步的压缩。
其具体的实现远离和过程为：在进行岩样核磁共振T2谱弛豫与声波波速测试的同步测试时，由于内套管以及岩心样本本身在进行处理过程中，岩心内部的理化性质发生了变化，而内套管则将岩心内部的理化性质进行了一定程度上“约束”和“引导”，即获得较为理想化的检测结果，而忽略了岩心样本在单一参量下的参照参数的测量，以及在岩样核磁共振T2谱弛豫检测设备、声波波速测试检测设备，以及施压装置的施压结构的综合影响下的参数测量对比，从而不能够进一步地提高岩样核磁共振T2谱弛豫与声波波速测试的综合表征的准确性；
为此，通过扇形密封腔体4对岩心的施加围压的表面进行分区，在进行岩样核磁共振T2谱弛豫与声波波速测试时则可以同步进行的单一参量的测量包括：
一是、施压装置2对核磁磁体所对应的扇形密封腔体4进行施压，未设置有核磁磁体部分的则不进行施压，并同步进行声波的发生和检测,；
二是、施压装置2对核磁磁体所对应的扇形密封腔体4进行施压，未设置有核磁磁体部分的也进行施压，并同步进行声波的发生和检测；
三是、施压装置2对核磁磁体所对应的扇形密封腔体4不进行施压，未设置有核磁磁体部分的进行施压，并同步进行声波的发生和检测。
综上，通过同一检测装置，可以进一步地获得单一参量因素和不同参量因素对于测量过程中的相互影响，从而减少实验过程中的误差，提高对于岩心的表征精度。
岩心夹持装置1包括主柱体102，以及活动安装在主柱体102周向上的压块103，压块103的数量与扇形密封腔体4的数量相同，且压块103能够沿主柱体102的轴向移动，主柱体102与内套管32的内径相同；
施压装置2用于同步或异步对压块103施加沿外管体31轴向的作用力；
施压装置2包括多个环形设置的微型液压缸。
进一步地，本发明提供了一种所述的测量不同加载条件下岩心参数的装置的测量方法，包括步骤：
S100、获取圆柱状的岩心，并对岩心进行加热烘干和冷却至室温的预处理，随后通过岩心饱和装置对岩心进行高压真空饱和水实验，获得完全饱和水的岩心；
S200、将完全饱和水的岩心轴向设置于填充有围压介质的围压腔体中，并通过岩心夹持装置对岩心进行夹持同时密封围压腔体；
S300、施压装置对所述岩心夹持装置施加沿岩心轴向的不同数值压力，岩心夹持装置压缩围压腔体的体积使所述围压介质对岩心的表面产生不同数值围压；后通过设置在围压腔体的周向的核磁共振发生检测模块向岩心施加磁场，获得不同数值的围压的条件下岩心的核磁共振T2谱；同时通过设置在岩心夹持装置上的声波数据采集模块向岩心产生声波，并不同数值的围压下采集声波在岩心中的传播信号特征和传播时间；
S400、通过公式计算核磁共振T2谱表现的驰豫速率和强度以及声波波速和传播时间获得不同数值的围压条件下岩心的孔隙结构变化和声波波速表征；
其中，弛豫速率与强度的表征公式为：
式中T2为核磁共振横向驰豫；ρ2为表面驰豫率；S为岩心的比表面积；V岩心的孔体积，rc为孔隙半径；
声波波速计算公式为：
V＝L/t-t0，
式中V为波速，L为声波发射探头与声波接收探头中心间距离，t为声波在岩样中传播的时间，t0为声波数据采集器的零延时。
通过对比不同应力条件下核磁共振T2谱分布特征，即可定性表征不同围压状态下孔隙结构变化特征。
在S100中，选取尺寸为直径25cm，长度为5cm的柱样岩心，使用烘干箱在105℃下对岩心进行烘干处理24小时，将岩心在真空度≤-0.095MPa的真空饱和装置下下干抽2小时，然后在20MPa压力下真空饱和24小时，使岩心达到完全饱和水的状态。
其中，核磁共振T2谱测试参数设置：设置仪器参数为等待时间3000毫秒，回波间隔0.3毫秒，回波次数10000。
在S300中，设定围压装置对岩心施加的不同围压数值为p1，p2，p3，p4，p5，且0<p1＜p2＜p3＜p4＜p5，并在施压装置对围压腔体施加到每个围压数值时，保持围压1小时，并在此过程中，启动核磁共振发生检测模块和声波数据采集模块工作。
以上实施例仅为本申请的示例性实施例，不用于限制本申请，本申请的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本申请的实质和保护范围内，对本申请做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本申请的保护范围内。

Claims (6)

1.一种测量不同加载条件下岩心参数的装置，其特征在于，包括岩心夹持装置(1)、施压装置(2)、核磁共振发生检测模块、声波数据发生采集模块，以及内部填充有围压介质的围压腔体(3)；所述岩心夹持装置(1)设置在所述围压腔体(3)的两侧，且所述岩心夹持装置(1)用于对轴向放置在所述围压腔体(3)内的岩心进行夹持；所述施压装置(2)设置在所述岩心夹持装置(1)的外侧，且所述施压装置(1)用于对所述岩心夹持装置(1)施加沿岩心轴向的压力，所述岩心夹持装置(1)压缩所述围压腔体(3)的体积使所述围压介质对岩心的表面产生围压；
所述核磁共振发生检测模块设置在所述围压腔体的周向，所述核磁共振发生检测模块用于在向所述岩心夹持装置(1)内的岩心施加磁场后获得岩心的核磁共振T2谱信号；
所述声波数据模块设置在所述岩心夹持装置(1)上，所述声波数据模块用于向所述岩心夹持装置(1)夹持的岩心产生声波，并采集所述声波在岩心中的传播信号和传播时间；
所述围压腔体(3)包括外管体(31)、以及轴向设置在所述外管体(31)内用于套装岩心的内套管(32)，所述内套管(32)的外表面和所述外管体的内表面之间形成填充围压介质的介质腔体，所述岩心夹持装置(1)设置在所述内套管(32)的两端，所述岩心夹持装置(1)密封填充围压介质的所述介质腔体；
所述介质腔体包括设置在所述内套管(32)周向的偶数个扇形密封腔体(4)，且所述扇形密封腔体(4)的数量大于等于四个；
所述核磁共振发生模块包括核磁磁体，所述核磁磁体与所述扇形密封腔体(4)的形状相配合，所述核磁磁体的数量为所述扇形密封腔体(4)数量的一半，且所述核磁磁体中心对称的设置在所述外管体(31)的周向上，所述核磁磁体与所述扇形密封腔体(4)的对应一致；
所述施压装置(2)通过所述岩心夹持装置(1)对所述扇形密封腔体(4)的体积进行同步或异步的压缩；
所述岩心夹持装置(1)包括主柱体(102)，以及活动安装在所述主柱体(102)周向上的压块(102)，所述压块(102)的数量与所述扇形密封腔体(4)的数量相同，且所述压块(102)能够沿所述主柱体(102)的轴向移动，所述主柱体(102)与所述内套管(32)的内径相同；
所述施压装置(2)用于同步或异步对所述压块(102)施加沿所述外管体(31)轴向的作用力；
所述施压装置(2)包括多个环形设置的微型液压缸。
2.根据权利要求1所述的一种测量不同加载条件下岩心参数的装置，其特征在于，所述核磁共振发生检测模块包括设置在所述外管体(31)周向上的核磁共振发生模块，以及连接所述核磁共振发生模块的核磁信号采集模块，所述核磁信号采集模块用于采集所述核磁共振发生模块对岩心施加的磁场后岩心的核磁共振T2谱信号。
3.根据权利要求2所述的一种测量不同加载条件下岩心参数的装置，其特征在于，所述声波数据模块包括声波发生模块、声波接收模块和声波采集模块，所述声波发生模块设置在所述围压腔体(3)一端的所述岩心夹持装置(1)上，所述声波接收模块设置在所述围压腔体(3)另一端的所述岩心夹持装置(1)上，所述声波采集模块通讯连接所述声波发生模块和所述声波采集模块；
所述声波发生模块用于向所述岩心发生声波信号，所述声波接收模块用于接收经过岩心传递的声波信号以及声波信号在岩心内传递的时间，所述声波采集模块用于采集分析所述声波接收模块产生的声波传递信号和声波传递时间获得声波波速的表征。
4.一种基于权利要求1所述的测量不同加载条件下岩心参数的装置的测量方法，其特征在于，包括步骤：
S100、获取圆柱状的岩心，并对岩心进行加热烘干和冷却至室温的预处理，随后通过岩心饱和装置对岩心进行高压真空饱和水实验，获得完全饱和水的岩心；
S200、将完全饱和水的岩心轴向设置于填充有围压介质的围压腔体中，并通过岩心夹持装置对岩心进行夹持同时密封围压腔体；
S300、施压装置对所述岩心夹持装置施加沿岩心轴向的不同数值压力，岩心夹持装置压缩围压腔体的体积使所述围压介质对岩心的表面产生不同数值围压；后通过设置在围压腔体的周向的核磁共振发生检测模块向岩心施加磁场，获得不同数值的围压的条件下岩心的核磁共振T2谱；同时通过设置在岩心夹持装置上的声波数据采集模块向岩心产生声波，并不同数值的围压下采集声波在岩心中的传播信号特征和传播时间；
S400、通过公式计算核磁共振T2谱表现的驰豫速率和强度以及声波波速和传播时间获得不同数值的围压条件下岩心的孔隙结构变化和声波波速表征；
其中，弛豫速率与强度的表征公式为：
式中T2为核磁共振横向驰豫；ρ2为表面驰豫率；S为岩心的比表面积；V岩心的孔体积，rc为孔隙半径；
声波波速计算公式为：
V＝L/t-t0，
式中V为波速，L为声波发射探头与声波接收探头中心间距离，t为声波在岩样中传播的时间，t0为声波数据采集器的零延时。
5.根据权利要求4所述的一种测量方法，其特征在于，在S100中，选取尺寸为直径25cm，长度为5cm的柱样岩心，使用烘干箱在105℃下对岩心进行烘干处理24小时，将岩心在真空度≤-0.095MPa的真空饱和装置下下干抽2小时，然后在20MPa压力下真空饱和24小时，使岩心达到完全饱和水的状态。
6.根据权利要求4所述的一种测量方法，其特征在于，在S300中，设定围压装置对岩心施加的不同围压数值为p1，p2，p3，p4，p5，且0<p1＜p2＜p3＜p4＜p5，并在施压装置对围压腔体施加到每个围压数值时，保持围压1小时，并在此过程中，启动核磁共振发生检测模块和声波数据采集模块工作。
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Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105675469A (zh) * 2016-01-25 2016-06-15 中国矿业大学 岩石全自动气体渗透率测试***及测算方法
CN209624256U (zh) * 2019-03-01 2019-11-12 中国石油大学(北京) 井眼水化坍塌压力测试装置
CN110618198A (zh) * 2019-07-12 2019-12-27 中国矿业大学 一种保真环境下非接触式测量岩石波速的测试方法
CN211505126U (zh) * 2019-10-18 2020-09-15 西南石油大学 一种用于监测岩心水化过程渗透率动态变化的装置
CN111678938A (zh) * 2020-07-17 2020-09-18 中南大学 一种多场耦合岩土核磁共振在线监测***
WO2021081202A1 (en) * 2019-10-24 2021-04-29 Halliburton Energy Services, Inc. Core sampling and analysis using a sealed pressurized vessel
CN112858367A (zh) * 2021-01-22 2021-05-28 中国科学院武汉岩土力学研究所 一种测定储层温压环境下岩石毛细管压力的方法及装置
CN112881472A (zh) * 2021-01-18 2021-06-01 克拉玛依市昂科能源科技有限公司 流体驱替过程中岩样电阻率和核磁共振联测的方法与装置

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10884084B2 (en) * 2013-09-05 2021-01-05 Saudi Arabian Oil Company Systems and methods for tri-axial NMR testing
CN110426321B (zh) * 2019-07-24 2021-01-05 西南石油大学 一种天然气扩散系数测量实验装置

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105675469A (zh) * 2016-01-25 2016-06-15 中国矿业大学 岩石全自动气体渗透率测试***及测算方法
CN209624256U (zh) * 2019-03-01 2019-11-12 中国石油大学(北京) 井眼水化坍塌压力测试装置
CN110618198A (zh) * 2019-07-12 2019-12-27 中国矿业大学 一种保真环境下非接触式测量岩石波速的测试方法
CN211505126U (zh) * 2019-10-18 2020-09-15 西南石油大学 一种用于监测岩心水化过程渗透率动态变化的装置
WO2021081202A1 (en) * 2019-10-24 2021-04-29 Halliburton Energy Services, Inc. Core sampling and analysis using a sealed pressurized vessel
CN111678938A (zh) * 2020-07-17 2020-09-18 中南大学 一种多场耦合岩土核磁共振在线监测***
CN112881472A (zh) * 2021-01-18 2021-06-01 克拉玛依市昂科能源科技有限公司 流体驱替过程中岩样电阻率和核磁共振联测的方法与装置
CN112858367A (zh) * 2021-01-22 2021-05-28 中国科学院武汉岩土力学研究所 一种测定储层温压环境下岩石毛细管压力的方法及装置

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
单轴加载煤孔、裂隙变化与声波各向异性特征分析;卢方超;《中国优秀硕士学位论文数据库工程科技Ⅰ辑》(第11期);B021-41 *

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