测量岩石动静态跨频带弹性参数装置、方法、设备及介质

1.本技术涉及储存岩石动静态参数实验测试技术领域，特别是涉及测量岩石动静态跨频带弹性参数装置、方法、设备及介质。


背景技术：

2.在实际地震勘探开发过程中，十分依赖岩石的弹性性质以及力学性质。岩石静态弹性参数对油气开采、井矿评价和水力压裂至关重要；动态弹性参数可以为储层质量和流体检测非常提供重要的依据。其中动态弹性参数中的低频、超声与测井参数之间存在显著差异，不能直接使用动静态数据解释地震频段勘探问题。
3.现有的静态与动态跨频带弹性参数的实验设备并不具备一体化，导致岩样在这三种测量阶段中所处环境很难达到一致(位置、温度、流体饱和度)，使得导致不同阶段数据不同的影响因素增加。且现有的设备在进行不同阶段的测量时需要将岩心从设备中取出，再装置到下一个设备中，导致操作流程增加测量效率低下，反复装取测试岩心也容易导致岩心受损，测量结果不可靠。
4.鉴于上述技术，寻求一种可以同时测量岩石动静态跨频带弹性参数装置是本领域技术人员亟待解决的问题。


技术实现要素：

5.本技术的目的是提供一种测量岩石动静态跨频带弹性参数装置、方法、设备及介质。本技术提供的测量岩石动静态跨频带弹性参数装置具备一体化的结构，静态的弹性数据、低频的弹性数据、超声的弹性数据均可以在同一个装置中测量，不同类型的弹性数据的测量环境也一致，且不需要对目标岩样进行移动，从而提高了数据测量的效率和数据的可靠性。
6.为解决上述技术问题，本技术提供一种测量岩石动静态跨频带弹性参数装置，包括：
7.用于装载目标岩样的测量腔；
8.环境调节系统，对测量腔的内部环境进行调节，以在测量腔内部形成不同的压力环境；
9.低频测量系统，用于基于预设低频测量方法对目标岩样在不同的压力环境下的弹性数据进行测量，以得到第一组弹性数据；
10.静态测量系统，用于基于预设静态测量方法对目标岩样在不同的压力环境下的弹性数据进行测量，以得到第二组弹性数据；
11.超声测量系统，用于基于预设超声测量方法对目标岩样在不同的压力环境下的弹性数据进行测量，以得到第三组弹性数据；
12.显示器，用于获取并在预设的显示界面同时显示低频测量系统、静态测量系统和超声测量系统分别发送的第一组弹性数据、第二组弹性数据和第三组弹性数据。
13.优选地，环境调节系统包括：
14.轴压围压加载单元，用于调节测量腔内部的轴压和围压，以得到不同的压力环境所需的目标轴压和目标围压；
15.孔压加载及流体驱替单元，用于调节测量腔内部的孔压和驱替测量腔岩心内部的流体，以得到不同的压力环境所需的目标孔压和目标流体；
16.温控单元，用于调节测量腔内部的温度，以得到不同的环境压力下的目标温度；
17.真空单元，用于调节测量腔内部在不同的压力环境下的真空状态。
18.优选地，轴压围压加载单元包括：
19.液体箱，用于向测量腔内传输液体，以调节测量腔内部的轴压和围压，得到不同的压力环境所需的目标轴压和目标围压；
20.恒速恒压泵，用于将液体箱内的液体输送至测量腔。
21.优选地，孔压加载及流体驱替单元包括：
22.气瓶，用于向中间容器内传输气体，补充中间容器内气体；
23.中间容器，用于向测量腔内输送流体，以调节测量腔内部的孔压或驱替测量腔岩心内部的流体。
24.优选地，低频测量系统包括：
25.设置于测量腔上部的压电陶瓷震源、粘贴在目标岩样的岩心的第一应变计以及粘贴在测量腔内部的目标堵头的第二应变计；
26.函数发生器，用于通过计算机的程序产生不同频率的正弦电信号；
27.功率放大器，用于放大正弦电信号，并控制压电陶瓷震源将正弦电信号转换为相应频率的正弦机械振动，以便目标岩样受到振动，第一应变计和所述第二应变计通过目标岩样的振动记录形变信息；
28.惠斯通电桥，用于将第一应变计和第二应变计记录的形变信息转换为电压信号；
29.信号放大器，用于放大电压信号；
30.模数转换器，用于将电压信号转换成数字信号；
31.第一计算机，用于基于数字信号并根据预设低频弹性数据的测量公式，得到第一组弹性数据。
32.优选地，静态测量系统包括：
33.设置于液压杆上的压力传感器，用于采集测量腔内部在加压过程中的压力变化数据；
34.设置于测量腔两侧的位移传感器，用于采集测量腔内部在加压过程中目标岩样的轴向形变；
35.第二计算机，用于根据压力变化数据、目标岩样的位移以及数字信号并通过预设静态弹性数据的测量公式，得到第二组弹性数据。
36.优选地，超声测量系统包括：
37.脉冲发射器，用于将工频电信号转换为与换能器匹配的脉冲信号，并发射脉冲信号；
38.第一换能器，用于将接收的脉冲信号转换为机械信号，并通过目标岩样传输；
39.第二换能器，用于接收通过目标岩样传输的机械信号；
40.示波器，用于显示第二换能器接收的机械信号，并基于显示波形以及通过预设超声弹性数据的测量公式，得到第三组弹性数据。
41.为解决上述问题，本技术还提供一种测量岩石动静态跨频带弹性参数方法，包括：
42.对测量腔的内部环境进行调节，以在测量腔内部形成不同的压力环境；
43.基于预设低频测量方法对目标岩样在不同的压力环境下的弹性数据进行测量，以得到第一组弹性数据；
44.基于预设静态测量方法对目标岩样在不同的压力环境下的弹性数据进行测量，以得到第二组弹性数据；
45.基于预设超声测量方法对目标岩样在不同的压力环境下的弹性数据进行测量，以得到第三组弹性数据；
46.在预设的显示界面同时显示低频测量系统、静态测量系统和超声测量系统分别发送的第一组弹性数据、第二组弹性数据和第三组弹性数据。
47.为解决上述问题，本技术还提供一种电子设备，包括存储器，用于存储计算机程序；
48.处理器，用于执行计算机程序时实现上述测量岩石动静态跨频带弹性参数方法的步骤。
49.为解决上述问题，本技术还提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述测量岩石动静态跨频带弹性参数方法的步骤。
50.本技术所提供的一种测量岩石动静态跨频带弹性参数装置，包括：用于装载目标岩样的测量腔；环境调节系统，对测量腔的内部环境进行调节，以在测量腔内部形成不同的压力环境；低频测量系统，用于基于预设低频测量方法对目标岩样在不同的压力环境下的弹性数据进行测量，以得到第一组弹性数据；静态测量系统，用于基于预设静态测量方法对目标岩样在不同的压力环境下的弹性数据进行测量，以得到第二组弹性数据；超声测量系统，用于基于预设超声测量方法对目标岩样在不同的压力环境下的弹性数据进行测量，以得到第三组弹性数据；显示器，用于获取并在预设的显示界面同时显示低频测量系统、静态测量系统和超声测量系统分别发送的第一组弹性数据、第二组弹性数据和第三组弹性数据。本技术提供的测量岩石跨频带弹性参数的实验装置具备一体化的结构，静态的弹性数据、低频的弹性数据、超声的弹性数据均可以在同一个装置中测量，不同类型的弹性数据的测量环境也一致，且不需要对目标岩样进行移动，从而提高了数据测量的效率和数据的可靠性。
附图说明
51.为了更清楚地说明本技术实施例，下面将对实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，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。
52.图1为本技术实施例提供的测量岩石动静态跨频带弹性参数装置模块图；
53.图2为本技术实施例提供的测量岩石动静态跨频带弹性参数装置框架图；
54.图3本技术实施例提供的干燥页岩在不同围压轴压下静态与动态跨频带杨氏模量
的实验测量结果图；
55.图4本技术实施例提供的干燥页岩在不同围压轴压下静态与动态跨频带泊松比的实验测量结果图；
56.图5本技术另一实施例提供的测量岩石动静态跨频带弹性参数方法流程图；
57.图6本技术另一实施例提供的测量岩石动静态跨频带弹性参数方法整体流程图；
58.图7为本技术另一实施例提供的电子设备的结构图。
具体实施方式
59.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术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技术一部分实施例，而不是全部实施例。基于本技术中的实施例，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，都属于本技术保护范围。
60.本技术的核心是提供测量岩石动静态跨频带弹性参数装置、方法、设备及介质。
61.为了使本技术领域的人员更好地理解本技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本技术作进一步的详细说明。
62.目前低频实验测量的方法主要是应力-应变原理，通过粘贴在样品上的应变计来记录岩样在受到不同频率周期性震动而产生的形变信息，利用惠斯通电桥将形变信息转为电信号，经由模数转换器最终被系统采集得到岩样的应变信息与相位，通过公式可计算出岩样的弹性参数；超声实验测量的方法主要是脉冲透射法，通过信号发生器发射脉冲波，由换能器将电信号转化为机械信号，另一个换能器接收，读取示波器上波形得到信号在岩样中的传播时间，来计算岩样的弹性参数。静态实验测量的原理主要是应力-应变法，通过对岩样施加轴向应力使样品产生形变，由压力传感器与应变计获取应力-应变曲线，求得岩样静态弹性参数。
63.现有的静态与动态跨频带弹性参数的实验设备并不具备一体化，导致岩样在这三种测量阶段中所处环境很难达到一致(位置、温度、流体饱和度)，使得导致不同阶段数据不同的影响因素增加。且现有的设备在进行不同阶段的测量时需要将岩心从设备中取出，再装置到下一个设备中，导致操作流程增加测量效率低下，反复装取测试岩心也容易导致岩心受损，测量结果不可靠。
64.因此，为解决上述问题本技术提供测量岩石动静态跨频带弹性参数装置，如图1所示，包括：
65.用于装载目标岩样的测量腔；
66.环境调节系统，对测量腔的内部环境进行调节，以在测量腔内部形成不同的压力环境；
67.低频测量系统，用于基于预设低频测量方法对目标岩样在不同的压力环境下的弹性数据进行测量，以得到第一组弹性数据；
68.静态测量系统，用于基于预设静态测量方法对目标岩样在不同的压力环境下的弹性数据进行测量，以得到第二组弹性数据；
69.超声测量系统，用于基于预设超声测量方法对目标岩样在不同的压力环境下的弹性数据进行测量，以得到第三组弹性数据；
70.显示器，用于获取并在预设的显示界面同时显示低频测量系统、静态测量系统和超声测量系统分别发送的第一组弹性数据、第二组弹性数据和第三组弹性数据。
71.在具体的实施例中，测量岩石动静态跨频带弹性参数装置如图1所示，其中包括测量腔、环境调节系统、低频测量系统、静态测量系统、超声测量系统，显示器。其中测量腔用于固定需要检测的目标岩样；环境调节系统，对测量腔的内部环境进行调节，以在测量腔内部形成不同的压力环境，避免了同一目标岩样在不同压力下测量的数据可能因更换装置导致的误差，同时，环境调节系统保证了不同频率系统测量数据的环境要求；低频测量系统，用于基于预设低频测量方法对目标岩样在不同的压力环境下的弹性数据进行测量，以得到第一组弹性数据；静态测量系统，用于基于预设静态测量方法对目标岩样在不同的压力环境下的弹性数据进行测量，以得到第二组弹性数据；超声测量系统，用于基于预设超声测量方法对目标岩样在不同的压力环境下的弹性数据进行测量，以得到第三组弹性数据；其中显示器，用于获取并在预设的显示界面同时显示低频测量系统、静态测量系统和超声测量系统分别发送的第一组弹性数据、第二组弹性数据和第三组弹性数据，以便用户方便查看不同类型的数据的变化与关联，便于分析。
72.其中，动态弹性参数中包括的低频(地震频段中心频率为几十赫兹)、超声(中心频率为1兆赫兹)，还包括测井(中心频率为20千赫兹)，其中测井弹性参数的测量要求较高，很难在实验室的实验装置中达到测量要求，一般则是通过低频的弹性数据以及超声的弹性数据在一定的对应关系中，或者一定的计算公式中确定测井的弹性参数。
73.其中，环境调节系统可以调节测量腔内的压力、温度、流体、空气状态等以在测量腔内部形成不同的压力环境，但是本技术实施例提供的温度、压力、流体以及空气状态仅是调节的一种手段，但是不限于只有该种调节方式，可以根据用户的需要，自行选择调节的方式，本技术不限定。
74.其中，需要说明的是，预设低频测量方法可以为采用应力-应变原理的测量方法(通过粘贴在目标岩样上的应变计来记录岩样在受到不同频率周期性震动而产生的形变信息，利用惠斯通电桥将形变信息转为电信号，经由模数转换器最终被系统采集得到目标岩样的应变信息与相位，通过公式可计算出目标岩样的低频弹性参数)，预设静态测量方法也同样可以采用应力-应变原理的测量方法(通过对目标岩样施加轴向应力使样品产生形变，由压力传感器与应变计获取应力-应变曲线，求得目标岩样的静态弹性参数)，预设超声测量方法可以采用脉冲透射法(通过信号发生器发射脉冲波，由换能器将电信号转化为机械信号，另一个换能器接收,读取示波器上波形得到信号在目标岩样中的传播时间，来计算目标岩样纵横波速度，进而确定目标岩样的超声弹性参数)，但是本技术实施例提供的方法仅是一种可以实现的方式，但是不限于只有该种实现方式，可以根据用户的需要，自行设置。
75.其中，还需要说明的是，测量腔用于装载目标岩样，但是不限于测量腔内部只包括目标岩样，可能还包括一些阀门、传感器、轴压液压杆等装置，本技术不限定，可以根据具体的实验测量要求，自行设置。
76.本技术所提供的测量岩石动静态跨频带弹性参数装置，包括：用于装载目标岩样的测量腔；环境调节系统，对测量腔的内部环境进行调节，以在测量腔内部形成不同的压力环境；低频测量系统，用于基于预设低频测量方法对目标岩样在不同的压力环境下的弹性数据进行测量，以得到第一组弹性数据；静态测量系统，用于基于预设静态测量方法对目标
岩样在不同的压力环境下的弹性数据进行测量，以得到第二组弹性数据；超声测量系统，用于基于预设超声测量方法对目标岩样在不同的压力环境下的弹性数据进行测量，以得到第三组弹性数据；显示器，用于获取并在预设的显示界面同时显示低频测量系统、静态测量系统和超声测量系统分别发送的第一组弹性数据、第二组弹性数据和第三组弹性数据。本技术提供的测量岩石跨频带弹性参数的实验装置具备一体化的结构，静态的弹性数据、低频的弹性数据、超声的弹性数据均可以在同一个装置中测量，不同类型的弹性数据的测量环境也一致，且不需要对目标岩样进行移动，从而提高了数据测量的效率和数据的可靠性。
77.在上述实施例的基础上，作为一种优选的实施例，环境调节系统包括：
78.轴压围压加载单元，用于调节测量腔内部的轴压和围压，以得到不同的压力环境所需的目标轴压和目标围压；
79.孔压加载及流体驱替单元，用于调节测量腔内部的孔压和驱替测量腔岩心内部的流体，以得到不同的压力环境所需的目标孔压和目标流体；
80.温控单元，用于调节测量腔内部的温度，以得到不同的环境压力下的目标温度；
81.真空单元，用于调节测量腔内部在不同的压力环境下的真空状态。
82.在具体的实施例中，环境条件系统条件测量腔的内部环境，为测量腔的内部提供不同压力下的环境条件，作为一种优选，不同的压力下的环境条件通过测量腔内部的轴压、围压、孔压、流体类型、温度以及真空状态确定的。其中，包括轴压围压加载单元，用于调节测量腔内部的轴压和围压，以得到不同的压力环境所需的目标轴压和目标围压，其中轴压是测量腔内部的支柱(也就是轴压液压杆)受到的压力，而围压为测量腔内部固定目标岩样的周围压力；孔压加载及流体驱替单元，用于调节测量腔内部的孔压和驱替测量腔岩心内部的流体，以得到不同的压力环境所需的目标孔压和目标流体类型；温控单元，用于调节测量腔内部的温度，以得到不同的环境压力下的目标温度；真空单元，用于调节测量腔内部在不同的压力环境下的真空状态。以满足不同压力的环境要求。
83.在上述实施例的基础上，作为一种优选的实施例，轴压围压加载单元包括：
84.液体箱，用于向测量腔内传输液体，以调节测量腔内部的轴压和围压，得到不同的压力环境所需的目标轴压和目标围压；
85.恒速恒压泵，用于将液体箱内的液体输送至测量腔。
86.另外，孔压加载及流体驱替单元包括：
87.气瓶，用于向中间容器内传输气体，补充中间容器内气体；
88.中间容器，用于向测量腔内输送流体，以调节测量腔内部的孔压或驱替测量腔岩心内部的流体。
89.温控单元包括：温控箱；真空单元包括：真空泵。
90.在具体实施例中，如图2所示，作为一种优选，测量腔内用于装在目标岩样，但是在实际实验过程中，测量腔内不止包括目标岩样，还包括压力传感器、轴压液压杆(也就是液压杆)、位移传感器、压电陶瓷震源(震源)、胡克腔、加温套、胶套、目标岩样(样品)、应变计(多个)、超声探头、堵头(多个)、底座、流体管线、阀1、阀2、阀14和回压阀2等。测量腔制备时，应变计共粘贴12片，其中上方堵头中点处每隔90
°
纵向粘贴一片应变计，同样目标岩样的岩心中点处每隔90
°
纵向粘贴一片应变计，并在下方横向粘贴一片应变计。目标岩样置于胡克腔内，用装有换能器的堵头将目标岩样固定放置于底座上，压电陶瓷震源置于上方堵
头上，并用轴压液压杆加压固定。胡克腔内部装有胶套，两侧接耐高压金属流体管线。两个位移传感器固定于轴压液压杆上，下端接触在两端平台上。上下堵头接有耐高压流体管线。
91.其中，如图2所示：轴压围压加载单元包括承载水和液压油的液体箱，对承载水和承载液压油液体箱对应的恒速恒压泵1和恒速恒压泵2，以及控制液体流动的阀3、阀4、阀5和阀6。轴压围压加载单元由两套恒速恒压泵组成，轴压通过恒速恒压泵1向测量腔内注入液压油来实现；围压通过恒速恒压泵2向测量腔内注入纯净水来实现。其中轴压加载过程：首先将阀6关闭，阀5开启，向恒速恒压泵1中补充液压油，充填完毕将阀5关闭，阀6开启，在控制面版输入参数完成轴压加载。围压加载过程：首先将阀4关闭，阀1、阀3开启，向恒速恒压泵2中补充纯净水，充填完毕将阀3关闭，阀4开启，在控制面板输入参数将纯净水注入腔壁与胶套内，待阀1处有纯净水均匀流出关闭阀1，等待加压完成。在测量加压过程中，先加载围压，再加载轴压并保证轴压围压差不超过5兆帕，防止损坏目标岩样。
92.如图2所示，孔压加载及流体驱替单元包括：气瓶，中间容器(多个，也就是中间容器1和中间容器2)，还包括对应的恒速恒压泵3、阀7、阀8、阀9、阀10、阀11、阀12、阀13、回压阀1。孔压加载过程：将流体管线接于上堵头与下堵头上，关阀12、回压阀1、回压阀2，开启阀9、阀10，打开气瓶旋钮，将气体注入中间容器1中，关闭阀9，打开阀2，逐渐打开回压阀2，使气体沿流体管线逐渐流入岩心中，用恒速恒压泵3对中间容器1加压，来对岩心加载不同孔压。卸压时关闭阀2、回压阀2，逐渐打开回压阀1，排出气体完成孔压卸载。流体驱替过程：与孔压加载过程的步骤相似，关闭阀13，打开回压阀1、回压阀2、阀2、阀11、阀14，用恒速恒压泵3将中间容器2中的流体沿流体管线注入岩心中，待阀14处有流体均匀流出时，岩心完全饱和流体，关闭阀14、阀11、恒速恒压泵3。通过改变中间容器1向岩心中注入气体将流体驱出，打开阀10、阀14、回压阀1、回压阀2，向岩心中注入气体，通过阀14处流出的流体体积计算岩心流体饱和度，完成流体驱替，不同饱和度状态。也就是孔压加载及流体驱替单元由双泵系统、若干中间容器组成。向中间容器中注入实验需要的流体，通过双泵系统将流体经由流体管线与堵头注入到岩心中，当另一端管线中有流体流出，岩样即为全饱和状态；再向岩心中注入氮气，将部分流体驱出，即可实现岩心不同饱和度状态。同时若注入流体为氮气，可以实现不同孔压下的实验测量。
93.如图2所示，温控单元包括：温控箱，该温控单元通过将加温套包裹在胡克腔外，电阻丝加热整个腔体，从而改变目标岩样的岩心的测试温度。真空单元包括：真空泵，通过真空泵抽取目标岩样所处位置的空气来达到真空状态，将阀2关闭，阀14开启，打开真空泵工作，待真空泵上压力表为-0.1兆帕时完成抽真空。
94.其中，需要说明的是，本技术实施例仅为一种可以实现的方式，但是不限于只有该种实现方式，可以根据用户的需要，自行设置。
95.本技术实施例通过轴压围压加载单元、孔压加载及流体驱替单元、温控单元和真空单元一起调节测量腔内的压力，从而确定不同压力的环境，多单元调节，模拟测量数据需要的环境更符合要求。
96.在上述实施例的基础上，作为一种优选的实施例，低频测量系统包括：
97.设置于测量腔上部的压电陶瓷震源、粘贴在目标岩样的岩心的第一应变计以及粘贴在测量腔内部的目标堵头的第二应变计；
98.函数发生器，用于通过计算机的程序产生不同频率的正弦电信号；
99.功率放大器，用于放大正弦电信号，并控制压电陶瓷震源将正弦电信号转换为相应频率的正弦机械振动，以便目标岩样受到振动，第一应变计和第二应变计通过目标岩样的振动记录形变信息；
100.惠斯通电桥，用于将第一应变计和第二应变计记录的形变信息转换为电压信号；
101.信号放大器，用于放大电压信号；
102.模数转换器，用于将电压信号转换成数字信号；
103.第一计算机，用于基于数字信号并根据预设低频弹性数据的测量公式，得到第一组弹性数据。
104.另外，静态测量系统包括：
105.设置于液压杆上的压力传感器，用于采集测量腔内部在加压过程中的压力变化数据；
106.设置于测量腔两侧的位移传感器，用于采集测量腔内部在加压过程中目标岩样的轴向形变；
107.第二计算机，用于根据压力变化数据、目标岩样的位移以及数字信号并通过预设静态弹性数据的测量公式，得到第二组弹性数据。
108.在具体的实施例中，如图2所示，低频测量系统和静态测量系统均需要应变计记录的信息，进而通过计算机处理，作为一种优选，在降低成本的条件下，第一计算机和第二计算机可以为同一台计算机，计算机根据低频测量系统的数据进行计算，得到第一组弹性数据，也同时根据静态测量系统的数据进行计算，得到第二组弹性数据。
109.如图2所示，低频测量系统包括：设置于测量腔内部的震源(压电陶瓷震源)、粘贴在目标岩样的岩心的第一应变计以及粘贴在测量腔内部的目标堵头(上方堵头)的第二应变计；函数发生器；功率放大器，惠斯通电桥，信号放大器、模数转换器以及计算机。测量过程：将目标岩样粘贴的第一应变计与上堵头中的第二应变计接入到惠斯通电桥中，通过计算机程序控制函数发生器产生不同频率的正弦电信号(1-3000赫兹)，经由功率放大器放大后，通过压电陶瓷震源将电信号转化为相应频率的正弦机械振动，从而迫使目标岩样受迫正弦振动，由粘贴在目标岩样的岩心与上堵头的第一应变计和第二应变计记录下不同频率下的应变大小，通过惠斯通电桥将形变信息转化为电压信号输出，通过信号放大器放大(1000倍)，由模数转换器将模拟信号转化为数字信号，计算机数字信号进行采集处理，并储存应变的振幅与相位信息，根据预设低频弹性数据的测量公式，得到第一组弹性数据。
110.其中预设低频弹性数据的测量公式作为一种优选，可以为下述公式：
111.目标岩样的低频杨氏模量：
112.其中，为标准铝样的轴向应变，e
al
为标准铝样的杨氏模量，为目标岩样的轴向应变。
113.目标岩样的低频泊松比：
114.其中，为目标岩样的径向应变。
115.除此之外，还可以测量目标岩样的杨氏模量的衰减；
116.目标岩样的低频杨氏模量衰减：
117.其中，为参考铝样的纵向应变对应的相位，为目标岩样的纵向应变对应的相位。
118.其中第一组弹性数据包括不同压力下的目标岩样的低频弹性参数、低频泊松比。
119.同理，如图2所示，静态测量系统包括：压力传感器，位移传感器，计算机，以及对应的压力显示器、位移显示器，其中压力显示器用于显示设置于测量腔内的压力传感器采集压力变化数据、位移显示器用于显示设置于测量腔内的位移传感器采集目标岩样的位移。测量过程；该系统通过液压设备向岩心以恒定速率加压，通过位移传感器和粘贴在样品上的应变计两种方式来测量目标岩样在持续压力下发生的形变信息。其中位移传感器固定在轴压液压杆上，下端与两侧平台接触，当加压时，位移传感器随液压杆下移，位移传感器下端收缩记录下随时间变化的位移，此位移即为目标岩样的纵向形变。通过应变计测量目标岩样纵向与横向应变步骤与低频测量系统一致。再由压力传感器记录下随时间变化的压力，即可得到岩心的应力-应变曲线，以及低频测量系统的数字信号并通过预设静态弹性数据的测量公式，得出第二组弹性数据。
120.其中预设静态弹性数据的测量公式作为一种优选，可以为下述公式：
121.目标岩样的静态杨氏模量：
122.其中，σ
ax
为加压过程中对目标岩样施加的轴向应力，ε
ax
为加压过程中对目标岩样施加的轴向应变；
123.目标岩样的静态泊松比：
124.其中，ε
ra
为加压过程中目标岩样的径向应变。
125.其中，第二组弹性数据包括不同压力下的静态杨氏模量和静态泊松比。
126.其中，需要说明的是，本技术实施例提供的公式和测量方法仅是一种可以实现的方式，但是不限于只有该种实现方式，可以根据用户的需要，自行设置和调整。
127.在上述实施例的基础上，作为一种优选的实施例，超声测量系统包括：
128.脉冲发射器，用于将工频电信号转换为与换能器匹配的脉冲信号，并发射脉冲信号；
129.第一换能器，用于将接收的脉冲信号转换为机械信号，并通过目标岩样传输；
130.第二换能器，用于接收通过目标岩样传输的机械信号；
131.示波器，用于显示第二换能器接收的机械信号，并基于机械信号以及通过预设超声弹性数据的测量公式，得到第三组弹性数据。
132.在具体实施例中，如图2所示，超声测量系统包括脉冲发射器、示波器和设置于测量腔内的换能器(第一换能器和第二换能器)。测量过程：换能器分别置于上下堵头内，由脉冲发射器将工频电转化为与超声换能器相匹配的脉冲信号(1兆赫兹)，一端换能器(第一换能器)将电信号转化为机械信号，经目标岩样传播，由另一端换能器(第二换能器)接收，在示波器中显示接收到的超声机械信号，通过基于机械信号以及通过预设超声弹性数据的测量公式，得到第三组弹性数据。
133.其中元素和超声弹性数据的测量公式作为一种优选，可以为下述公式：
134.目标岩样的纵横波速度：
135.其中，i为目标岩样的长度，δt为脉冲在目标岩样中传播的时间。
136.目标岩样的超声体积模量：
137.目标岩样的超声剪切模量：uh＝ρv
s2
；
138.目标岩样的超声杨氏模量：
139.目标岩样的超声泊松比：
140.其中，ρ为目标岩样的密度，v
p
为目标岩样纵波速度，vs为目标岩样横波速度。
141.其中，显示器，在预设的显示界面同时显示所述低频测量系统、所述静态测量系统和所述超声测量系统分别发送的所述第一组弹性数据、所述第二组弹性数据和所述第三组弹性数据，如图3和图4所示，其中，图3为干燥页岩在不同围压轴压下静态与动态跨频带杨氏模量的实验测量结果。其中编号a为静态参数，a1、a2、a3分别是围压为10、5、1兆帕下测试的静态杨氏模量；编号b为低频参数，b1、b2、b3分别是轴压围压为10、5、1兆帕下测试的低频杨氏模量(频率为1-3000赫兹)；编号c为超声高频参数，c1、c2、c3分别是轴压围压为10、5、1兆帕下测试的高频杨氏模量(频率为1兆赫兹)。图4为干燥页岩在不同围压轴压下静态与动态跨频带泊松比的实验测量结果。其中编号d为静态参数，d1、d2、d3分别是围压为10、5、1兆帕下测试的静态泊松比；编号e为低频参数，e1、e2、e3分别是轴压围压为10、5、1兆帕下测试的低频泊松比(频率为1-3000赫兹)；编号f为超声高频参数，f1、f2、f3分别是轴压围压为10、5、1兆帕下测试的高频泊松比(频率为1兆赫兹)。
142.本技术所提供的一种测量岩石动静态跨频带弹性参数装置，包括：用于装载目标岩样的测量腔；环境调节系统，对测量腔的内部环境进行调节，以在测量腔内部形成不同的压力环境；低频测量系统，用于基于预设低频测量方法对目标岩样在不同的压力环境下的弹性数据进行测量，以得到第一组弹性数据；静态测量系统，用于基于预设静态测量方法对目标岩样在不同的压力环境下的弹性数据进行测量，以得到第二组弹性数据；超声测量系统，用于基于预设超声测量方法对目标岩样在不同的压力环境下的弹性数据进行测量，以得到第三组弹性数据；显示器，用于获取并在预设的显示界面同时显示低频测量系统、静态测量系统和超声测量系统分别发送的第一组弹性数据、第二组弹性数据和第三组弹性数据。本技术提供的测量岩石跨频带弹性参数的实验装置具备一体化的结构，静态的弹性数据、低频的弹性数据、超声的弹性数据均可以在同一个装置中测量，不同类型的弹性数据的测量环境也一致，且不需要对目标岩样进行移动，从而提高了数据测量的效率和数据的可靠性。
143.在上述实施例中，对于测量岩石动静态跨频带弹性参数装置进行了详细描述，本技术还提供测量岩石动静态跨频带弹性参数方法对应的实施例。
144.为解决上述问题，本技术还提供测量岩石动静态跨频带弹性参数方法，如图5所
示，包括如下步骤：
145.s10：对测量腔的内部环境进行调节，以在测量腔内部形成不同的压力环境；
146.s11：基于预设低频测量方法对目标岩样在不同的压力环境下的弹性数据进行测量，以得到第一组弹性数据；
147.s12：基于预设静态测量方法对目标岩样在不同的压力环境下的弹性数据进行测量，以得到第二组弹性数据；
148.s13：基于预设超声测量方法对目标岩样在不同的压力环境下的弹性数据进行测量，以得到第三组弹性数据；
149.s14：在预设的显示界面同时显示低频测量系统、静态测量系统和超声测量系统分别发送的第一组弹性数据、第二组弹性数据和第三组弹性数据。
150.由于方法部分的实施例与装置部分的实施例相互对应，因此方法部分的实施例请参见装置部分的实施例的描述，这里暂不赘述。
151.综上述实施例所述，如图6所示，测量岩石跨频带弹性参数的实验方法整体流程图包括如下步骤：
152.s20：目标岩样清洗切割打磨。
153.s21：目标岩样粘贴应变计。
154.s22：温控单元、孔压加载及流体驱替单元以及真空单元改变测量环境。
155.s23：轴压围压加载单元改变压力环境。
156.s24：静态、低频、超声测量系统对目标岩样进行弹性参数的测量。
157.其中s20-s21为事前的准备工作，s22-s23为不同压力环境额调节工作，具体工作流程参见上述装置部分的实施例的描述，这里暂不赘述。s24为弹性数据的测量过程。
158.本技术所提供的测量岩石动静态跨频带弹性参数方法，包括：对测量腔的内部环境进行调节，以在测量腔内部形成不同的压力环境；基于预设低频测量方法对目标岩样在不同的压力环境下的弹性数据进行测量，以得到第一组弹性数据；基于预设静态测量方法对目标岩样在不同的压力环境下的弹性数据进行测量，以得到第二组弹性数据；基于预设超声测量方法对目标岩样在不同的压力环境下的弹性数据进行测量，以得到第三组弹性数据；在预设的显示界面同时显示低频测量系统、静态测量系统和超声测量系统分别发送的第一组弹性数据、第二组弹性数据和第三组弹性数据。本技术提供的测量岩石跨频带弹性参数的实验装置具备一体化的结构，静态的弹性数据、低频的弹性数据、超声的弹性数据均可以在同一个装置中测量，不同类型的弹性数据的测量环境也一致，且不需要对目标岩样进行移动，从而提高了数据测量的效率和数据的可靠性。
159.图7为本技术另一实施例提供的电子设备的结构图，如图7所示，电子设备包括：存储器20，用于存储计算机程序；
160.处理器21，用于执行计算机程序时实现如上述实施例中所提到的测量岩石动静态跨频带弹性参数方法的步骤。
161.本实施例提供的电子设备可以包括但不限于智能手机、平板电脑、笔记本电脑或台式电脑等。
162.其中，处理器21可以包括一个或多个处理核心，比如4核心处理器、8核心处理器等。处理器21可以采用数字信号处理器(digital signal processor，dsp)、现场可编程门
阵列(field－programmable gate array，fpga)、可编程逻辑阵列(programmable logic array，pla)中的至少一种硬件形式来实现。处理器21也可以包括主处理器和协处理器，主处理器是用于对在唤醒状态下的数据进行处理的处理器，也称中央处理器(central processing unit，cpu)；协处理器是用于对在待机状态下的数据进行处理的低功耗处理器。在一些实施例中，处理器21可以集成有图像处理器(graphics processing unit，gpu)，gpu用于负责显示屏所需要显示的内容的渲染和绘制。一些实施例中，处理器21还可以包括人工智能(artificial intelligence，ai)处理器，该ai处理器用于处理有关机器学习的计算操作。
163.存储器20可以包括一个或多个计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质可以是非暂态的。存储器20还可包括高速随机存取存储器，以及非易失性存储器，比如一个或多个磁盘存储设备、闪存存储设备。本实施例中，存储器20至少用于存储以下计算机程序201，其中，该计算机程序被处理器21加载并执行之后，能够实现前述任一实施例公开的测量岩石跨频带弹性参数的实验方法的相关步骤。另外，存储器20所存储的资源还可以包括操作系统202和数据203等，存储方式可以是短暂存储或者永久存储。其中，操作系统202可以包括windows、unix、linux等。
164.在一些实施例中，电子设备还可包括有显示屏22、输入输出接口23、通信接口24、电源25以及通信总线26。
165.本领域技术人员可以理解，图7中示出的结构并不构成对电子设备的限定，可以包括比图示更多或更少的组件。
166.本技术实施例提供的电子设备，包括存储器和处理器，处理器在执行存储器存储的程序时，能够实现如下方法：测量岩石动静态跨频带弹性参数方法。
167.最后，本技术还提供一种计算机可读存储介质对应的实施例。计算机可读存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现如上述方法实施例中记载的步骤。
168.可以理解的是，如果上述实施例中的方法以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本技术的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，执行本技术各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(read-only memory，rom)、随机存取存储器(random access memory，ram)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
169.以上对本技术所提供的测量岩石动静态跨频带弹性参数装置、方法、设备及介质进行了详细介绍。说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术原理的前提下，还可以对本技术进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本技术权利要求的保护范围内。
170.还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将
一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

技术特征：
1.一种测量岩石动静态跨频带弹性参数装置，其特征在于，包括：用于装载目标岩样的测量腔；环境调节系统，对所述测量腔的内部环境进行调节，以在所述测量腔内部形成不同的压力环境；低频测量系统，用于基于预设低频测量方法对所述目标岩样在不同的压力环境下的弹性数据进行测量，以得到第一组弹性数据；静态测量系统，用于基于预设静态测量方法对所述目标岩样在不同的压力环境下的弹性数据进行测量，以得到第二组弹性数据；超声测量系统，用于基于预设超声测量方法对所述目标岩样在不同的压力环境下的弹性数据进行测量，以得到第三组弹性数据；显示器，用于获取并在预设的显示界面同时显示所述低频测量系统、所述静态测量系统和所述超声测量系统分别发送的所述第一组弹性数据、所述第二组弹性数据和所述第三组弹性数据。2.根据权利要求1所述的测量岩石动静态跨频带弹性参数装置，其特征在于，所述环境调节系统包括：轴压围压加载单元，用于调节所述测量腔内部的轴压和围压，以得到不同的压力环境所需的目标轴压和目标围压；孔压加载及流体驱替单元，用于调节所述测量腔内部的孔压和驱替测量腔岩心内部的流体，以得到不同的压力环境所需的目标孔压和目标流体；温控单元，用于调节所述测量腔内部的温度，以得到不同的环境压力下的目标温度；真空单元，用于调节所述测量腔内部在不同的压力环境下的真空状态。3.根据权利要求2所述的测量岩石动静态跨频带弹性参数装置，其特征在于，所述轴压围压加载单元包括：液体箱，用于向所述测量腔内传输液体，以调节所述测量腔内部的轴压和围压，得到不同的压力环境所需的目标轴压和目标围压；恒速恒压泵，用于将所述液体箱内的液体输送至所述测量腔。4.根据权利要求2所述的测量岩石动静态跨频带弹性参数装置，其特征在于，所述孔压加载及流体驱替单元包括：气瓶，用于向中间容器内传输气体，补充所述中间容器内气体；所述中间容器，用于向所述测量腔内输送流体，以调节所述测量腔内部的孔压或驱替所述测量腔岩心内部的流体。5.根据权利要求1至4任一项所述的测量岩石动静态跨频带弹性参数装置，其特征在于，所述低频测量系统包括：设置于所述测量腔上部的压电陶瓷震源、粘贴在所述目标岩样的岩心的第一应变计以及粘贴在所述测量腔内部的目标堵头的第二应变计；函数发生器，用于通过计算机的程序产生不同频率的正弦电信号；功率放大器，用于放大所述正弦电信号，并控制所述压电陶瓷震源将所述正弦电信号转换为相应频率的正弦机械振动，以便所述目标岩样受到振动，所述第一应变计和所述第二应变计通过所述目标岩样的振动记录形变信息；
惠斯通电桥，用于将所述第一应变计和所述第二应变计记录的所述形变信息转换为电压信号；信号放大器，用于放大所述电压信号；模数转换器，用于将所述电压信号转换成数字信号；第一计算机，用于基于所述数字信号并根据预设低频弹性数据的测量公式，得到所述第一组弹性数据。6.根据权利要求5所述的测量岩石动静态跨频带弹性参数装置，其特征在于，所述静态测量系统包括：设置于液压杆上的压力传感器，用于采集所述测量腔内部在加压过程中的压力变化数据；设置于所述测量腔两侧的位移传感器，用于采集所述测量腔内部在加压过程中所述目标岩样的位移；第二计算机，用于根据所述压力变化数据、所述目标岩样的位移以及所述数字信号并通过预设静态弹性数据的测量公式，得到所述第二组弹性数据。7.根据权利要求1至4任一项所述的测量岩石动静态跨频带弹性参数装置，其特征在于，所述超声测量系统包括：脉冲发射器，用于将工频电信号转换为与换能器匹配的脉冲信号，并发射所述脉冲信号；第一换能器，用于将接收的所述脉冲信号转换为机械信号，并通过所述目标岩样传输；第二换能器，用于接收通过所述目标岩样传输的所述机械信号；示波器，用于显示所述第二换能器接收的所述机械信号，并基于显示波形以及通过预设超声弹性数据的测量公式，得到所述第三组弹性数据。8.一种测量岩石动静态跨频带弹性参数方法，其特征在于，包括：对测量腔的内部环境进行调节，以在所述测量腔内部形成不同的压力环境；基于预设低频测量方法对所述目标岩样在不同的压力环境下的弹性数据进行测量，以得到第一组弹性数据；基于预设静态测量方法对所述目标岩样在不同的压力环境下的弹性数据进行测量，以得到第二组弹性数据；基于预设超声测量方法对所述目标岩样在不同的压力环境下的弹性数据进行测量，以得到第三组弹性数据；在预设的显示界面同时显示所述低频测量系统、所述静态测量系统和所述超声测量系统分别发送的所述第一组弹性数据、所述第二组弹性数据和所述第三组弹性数据。9.一种电子设备，其特征在于，包括存储器，用于存储计算机程序；处理器，用于执行所述计算机程序时实现如权利要求8所述的测量岩石动静态跨频带弹性参数方法的步骤。10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求8所述的测量岩石动静态跨频带弹性参数方法的步骤。

技术总结
本申请公开了测量岩石动静态跨频带弹性参数装置、方法、设备及介质，应用于储层岩石的动静态参数实验测试技术领域。本申请提供的装置，包括：用于装载目标岩样的测量腔；环境调节系统，对测量腔的内部环境进行调节，以形成不同的压力环境；低频测量系统、静态测量系统以及超声测量系统用于对目标岩样在不同的压力环境下的弹性数据进行测量，以得到对应的弹性数据；显示器，用于在预设的显示界面显示测量后的三组弹性数据。本申请提供的测量岩石跨频带弹性参数的实验装置具备一体化的结构，静态、低频以及超声的弹性数据均在同一个装置测量，不同类型的数据测量环境也一致，且不需要对目标岩样进行移动，从而提高了数据测量的效率和数据的可靠性。率和数据的可靠性。率和数据的可靠性。


技术研发人员：贺艳晓 闫国庆 王尚旭 唐跟阳 袁三一
受保护的技术使用者：中国石油大学（北京）
技术研发日：2023.07.20
技术公布日：2023/10/11