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岩心综合物性参数测量方法研究

岩心综合物性参数测量方法研究

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作者：靳郑伟重庆大学

学位级别：硕士

岩心物性参数是了解地质资源的第一手资料。目前我国岩心物性参数还停留在使用单一仪器逐个测量的阶段,集成化程度低,综合类仪器缺乏。本文研究了岩心声、磁、电参数的测量方法,并研制集岩心纵波波速、磁化率、电阻率、密度及温湿度测... 详细信息

岩心物性参数是了解地质资源的第一手资料。目前我国岩心物性参数还停留在使用单一仪器逐个测量的阶段,集成化程度低,综合类仪器缺乏。本文研究了岩心声、磁、电参数的测量方法,并研制集岩心纵波波速、磁化率、电阻率、密度及温湿度测量于一体的岩心综合物性参数测量仪。主要研究内容有:(1)岩心纵波波速测量方法研究。岩心中纵波传播时间短、杂波干扰大、衰减快、主频漂移严重,致使纵波波速测量较为困难。本文首先分析岩心中纵波传播特征,在此基础上设计岩心纵波波速自动测量方案;纵波声时是波速计算的关键,为准确获取纵波声时,提出基于互相关系数的纵波声时自动提取方法。其次建立岩心中纵波信号传输模型验证此方法的可行性。然后对测量方法予以实现,研制纵波波速测量系统,包括:可调频(1Hz-100k Hz)调幅(0-300V)的纵波激励源、高速信号采集电路、信号调理电路,控制系统、信号处理软件以及操作与显示界面。最后开展实验测试和对比验证,实验结果证明该测量系统具有较高测量精度,50余件岩心样品测试结果相对标准偏差均小于0.4%,与RSM-SY8型声波仪测量结果相比相对误差均小于0.5%。此测量系统同时考虑到岩心长度测量和声时提取,省去了声时较零、长度输入等步骤,测量速度比RSM-SY8快两倍。(2)岩心磁化率测量方法研究。针对岩心磁化率低、磁化信号弱难以分辨等问题,本文提出基于LC谐振的岩心磁化率测量方法。首先建立岩心磁化等效电路模型,仿真验证该方法的可行性,并详细分析了提离距离、电导率以及耦合面积对测量结果的影响。其次提出总体测量方案并推导磁化率理论计算公式。然后对此方法予以实现,基于LDC1614设计了LC谐振频率测量电路,采用温度补偿法消除温度干扰,为保证测量精度、减小仪器体积设计了四层并联绕制的平面电感线圈传感器。最后给出了磁化率测量系统标定方法。此测量系统对50余件岩心样品进行实验测试,测量结果相对标准偏差均低于5%,与SM-30磁化率仪测量结果相比相对误差也均低于5%。(3)岩心电阻率测量方法研究。分析岩心电阻率测量原理,提出岩心电阻率测量方法。研制岩心电阻率测量系统并开展实验测试,50余件岩心样品测量结果相对标准偏差均低于3%,与DUK-2A电阻率仪测量结果相比相对误差均低于5%。(4)岩心物性参数测量仪研制。结合各参数测量特点,完成了基于FPGA和STM32的仪器控制系统设计、岩心操作平台设计、上位机操作与显示界面设计、Wi-Fi通信与接口设计,最终完成仪器的整机与调试。基于本文测量方法研制的岩心物性参数测量仪可测量六种岩心物性参数,实用性能好,测量精度高,相较逐一测量速度提升4倍,轻便易携(总重10kg),具有较好地工程利用价值。

关键词：岩心物性测量纵波波速磁化率电阻率测量仪器

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