Hoek-Brown準則在致密砂巖彈性參數(shù)測井解釋中的應(yīng)用

尹 帥， 單鈺銘， 周 文， 王 哲， 丁文龍

(1.中國地質(zhì)大學(xué)(北京)能源學(xué)院，北京 100083；2.海相儲層演化與油氣富集機理教育部重點實驗室(中國地質(zhì)大學(xué)(北京))，北京 100083；3.頁巖氣資源戰(zhàn)略評價國土資源部重點實驗室(中國地質(zhì)大學(xué)(北京))，北京 100083；4.油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點實驗室(成都理工大學(xué))，四川成都 610059)

Hoek-Brown準則在致密砂巖彈性參數(shù)測井解釋中的應(yīng)用

尹 帥1，2，3， 單鈺銘4， 周 文4， 王 哲1,2,3， 丁文龍1，2，3

(1.中國地質(zhì)大學(xué)(北京)能源學(xué)院，北京 100083；2.海相儲層演化與油氣富集機理教育部重點實驗室(中國地質(zhì)大學(xué)(北京))，北京 100083；3.頁巖氣資源戰(zhàn)略評價國土資源部重點實驗室(中國地質(zhì)大學(xué)(北京))，北京 100083；4.油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點實驗室(成都理工大學(xué))，四川成都 610059)

為了解決深層-頻繁互層型致密砂巖、泥頁巖地層彈性參數(shù)測井解釋結(jié)果可靠性難以保證的問題，以致密砂巖和泥頁巖試樣為研究對象，分析了巖石應(yīng)力-應(yīng)變各階段的特征及地層應(yīng)力狀態(tài)；基于Hoek-Brown準則提出了一種巖石彈性參數(shù)測井解釋新方法，對該準則中GSI，a，s和mb進行了合理取值；對巖石彈性模量和泊松比進行了最終解釋。研究發(fā)現(xiàn)，利用波速自洽確定的GSI值與巖石三軸強度具有較好的對應(yīng)關(guān)系;mb和s與巖石三軸強度正相關(guān)，a與其負相關(guān)，可以利用s對mb進行定量表征(相關(guān)系數(shù)為0.884)；巖石彈性模量及泊松比解釋結(jié)果的平均相對誤差分別為6.50%和5.55%，優(yōu)于常規(guī)解釋方法的平均相對誤差8.44%和5.78%。研究表明，新方法不需要橫波測井資料，巖石彈性模量與Hoek-Brown準則參數(shù)間具有指數(shù)相關(guān)性，巖石泊松比與彈性模量間具有線性相關(guān)性；同時，巖石縱波波速與Hoek-Brown準則的定義參數(shù)間亦具有較好的線性關(guān)系，可以利用縱波波速對彈性模量進行定量表征。

Hoek-Brown準則 致密礦巖 彈性參數(shù) 彈性模量 泊松比 測井解釋

三疊系致密砂巖儲層是川西天然氣勘探的重要儲層[1]，但該儲層具有低孔、特低滲透性及強非均質(zhì)性特征，部分地層還具有砂泥巖頻繁互層的情況，復(fù)雜的地質(zhì)特征對巖石微觀結(jié)構(gòu)特征、礦物學(xué)特征及地震資料反演等的研究造成了困難[2]。由于巖石礦物成分、顆粒構(gòu)成、接觸關(guān)系、流體成分及含氣飽和度等方面的特征可以綜合反映在巖石彈性參數(shù)上進行[3]，因此對該目的層致密砂巖的彈性參數(shù)進行深入、精細的研究，對地層巖石礦物學(xué)、鉆井完井工程及地震反演等都具有重要意義[4]。巖石的彈性參數(shù)包括彈性模量、體積模量、剪切模量及泊松比等[5]，地層條件下巖石彈性模量及泊松比反映巖石的重要彈性特征，其精確預(yù)測對其他力學(xué)參數(shù)計算及應(yīng)力場模擬等具有很大作用[6]。巖石彈性參數(shù)一般采用實驗室靜態(tài)力學(xué)測試結(jié)果與聲波動態(tài)計算結(jié)果轉(zhuǎn)換的方法，最終獲得各井靜態(tài)彈性參數(shù)。但該方法存在不足，即利用該方法解釋動態(tài)彈性模量及泊松比時，橫波測井資料必不可少，而常規(guī)測井一般只進行縱波測試，只有全波列測井才有橫波測試結(jié)果。但是，對于各研究區(qū)域而言，往往縱波測井資料齊全，而橫波測井資料僅為數(shù)不多的井才有；即使具有橫波測試資料，地質(zhì)條件復(fù)雜地層(如砂巖及泥頁巖頻繁互層)的橫波測試資料可靠性往往也難以保證，因此采用預(yù)測的橫波再預(yù)測靜態(tài)彈性參數(shù)的誤差就會更大。

Hoek-Brown準則(以下稱為H-B準則)是E.Hoek和E.T.Brown于1980年提出的非線性巖石強度預(yù)測準則[7]，該準則在預(yù)測巖石破裂、井壁穩(wěn)定及邊坡等方面均有重要應(yīng)用價值[8]?；诖耍P者提出了一種僅利用縱波測井資料的巖石彈性參數(shù)解釋新方法，并對實驗室試驗與常規(guī)解釋方法進行了對比，對新方法的有效性進行了分析驗證。

1 試驗樣品及方法

致密砂巖及泥頁巖試樣取自川西三疊系地層，埋深均大于3 000 m，采用高端顯微鏡進行觀察分析，發(fā)現(xiàn)試樣主要含石英砂巖、粉砂巖、巖屑砂巖及雜砂巖成分。取黑色泥頁巖試樣1組作為對比樣，其主要成分為泥質(zhì)、石英及炭屑，部分試樣在顯微鏡下可以觀察到泥質(zhì)被方解石交代。試樣尺寸及其他基本信息見表1。

6組砂巖試樣編號為M1，M2，…，M6，1組泥頁巖試樣編號為N1。取心地層壓力系數(shù)為1.6～2.0，垂向主應(yīng)力與地層壓力之差約為32 MPa，因此設(shè)試驗每組4個試樣的有效圍壓分別為0，12，22和32 MPa，試樣飽和地層水。采用MTS巖石物理測試儀進行常規(guī)力學(xué)加載，壓力傳感器誤差小于1%，應(yīng)變量可精確到0.000 1 mm，超聲波換能器頻率為1 MHz。試驗方案為：單軸測試以3.5×10-3/s軸向應(yīng)變率加載至試樣破壞；三軸測試以0.05 MPa/s加載圍壓至設(shè)定值，以3.5×10-3/s軸向應(yīng)變率加載至試樣破壞；各階段聲學(xué)數(shù)據(jù)通過巖石應(yīng)力-應(yīng)變曲線變化特征手動設(shè)置節(jié)點保存。

2 巖石應(yīng)力應(yīng)變階段劃分

圖1所示為致密砂巖及泥頁巖3個應(yīng)變與軸向應(yīng)力之間的關(guān)系。圖1中，正方向的應(yīng)變表示不斷壓縮，負方向的應(yīng)變表示膨脹。

從圖1可以看出，所取砂巖及泥頁巖在地層圍壓條件下其應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系大體類似，主要可分為4個階段：1)初始壓密段，對應(yīng)砂巖從O到A(或泥頁巖從O′到A′)；2)線彈性變化階段，對應(yīng)砂巖從A到B(或泥頁巖從A′到B′)；3)塑性延展階段，對應(yīng)砂巖從B到C(或泥頁巖從B′到C′)，此時體積應(yīng)變具有向負應(yīng)變方向偏離的趨勢；4)殘余變形階段，對應(yīng)砂巖C點之后(或泥頁巖C′之后)，此時巖石已發(fā)生剪切破壞，只剩殘余強度。

取心段地層部分差應(yīng)變測試結(jié)果見表2。從表2可以看出，該地層三向主應(yīng)力(總應(yīng)力)大體為60～83 MPa，且滿足垂向主應(yīng)力>最大水平主應(yīng)力>最小水平主應(yīng)力，為正常應(yīng)力系統(tǒng)。表2中，測試樣品均為砂巖，一般砂巖段應(yīng)力值略小于泥頁巖段，而砂巖軸向峰值應(yīng)力要大于泥頁巖軸向峰值應(yīng)力(見圖1)，對于地層圍壓條件下不同巖性試樣彈性參數(shù)的取值點，大致位于1/2峰值應(yīng)力處，該位置處于線彈性變化段。

3 巖石彈性參數(shù)測井解釋方法

3.1 波速轉(zhuǎn)換

由于常規(guī)聲波測井頻率為20 kHz，而試驗聲波波速為頻率1 MHz條件下的測試值，因此進行測井解釋前要進行聲波衰減(頻率)校正。具體方法為：以一般認為不發(fā)生聲波衰減的鋁樣為參考樣[9]，獲得鋁樣與試樣在一定周期范圍內(nèi)較為完整的波形(見圖2)；然后，在波形周期范圍內(nèi)將鋁樣及試樣波形按不同頻率進行分離，獲得頻譜圖(見圖3)；認為在主頻1 MHz附近不同頻率間聲波波速的衰減近似服從線性關(guān)系(見圖4，圖中R為相關(guān)系數(shù))，擬合線斜率即為頻率轉(zhuǎn)換間波速的衰減系數(shù)，提取主頻1 MHz衰減系數(shù)并適當(dāng)轉(zhuǎn)換，可獲得測試樣品在20 kHz頻率下的波速值，從而減小測井解釋誤差。

3.2 地質(zhì)強度指數(shù)值的確定

地質(zhì)強度指數(shù)(geological strength inclex,GSI)[10]是H-B準則中重要的輸入?yún)?shù)。GSI的確定有多種方法，如地質(zhì)觀察估值法、反算法及波速法等。一般來說，用各種方法確定的GSI應(yīng)相差不大，筆者采用波速自洽方法求取GSI。在國內(nèi)外巖石力學(xué)工程研究中，均有采用縱波波速對巖體質(zhì)量指標進行分類的方案[11]，因為縱波波速能夠反映巖體的結(jié)構(gòu)及強度特征，故筆者亦采用縱波波速值定義地質(zhì)強度指標GSI，波速值采用按前述方法進行頻率轉(zhuǎn)化后的值。

由于筆者主要對巖石彈性參數(shù)中的彈性模量及泊松比進行研究，因此在保持彈性模量預(yù)測精度不降低的前提下利用自洽法預(yù)測GSI。H-B準則預(yù)測巖石等效彈性模量的公式為[12]：

(1)

式中：Em為等效彈性模量，GPa；σc為單軸抗壓強度，MPa；D為巖體擾動因子，這里只考慮非擾動巖體，取D=0。

通過不斷調(diào)整GSI的值，將計算的Em值與線性段實測Em值進行對比，通過自洽確定最佳GSI值，使Em的預(yù)測誤差最小。GSI取值見表3。

從表3可以看出，Em預(yù)測值與實測值的相對誤差較小，結(jié)果可靠。

GSI與巖體強度間具有相關(guān)性[10]。GSI與地層圍壓條件下巖石抗壓強度的關(guān)系如圖5所示。

從圖5可以看出，GSI與巖石三軸強度間具有較好的正相關(guān)性，對于強度最高的一組測試樣品，其GSI值最大。但對于三軸強度在150～250 MPa的樣品來說，兩者間正相關(guān)性變?nèi)酰@主要是由于影響巖石三軸強度的因素較多，如孔隙度、孔隙密度、縱波波速、顆粒排列、微裂隙及泥質(zhì)含量等，而筆者只根據(jù)縱波波速值定義GSI，該強度范圍內(nèi)的巖石三軸強度與GSI值間的正相關(guān)性偏弱表明巖石內(nèi)部物理力學(xué)性質(zhì)的復(fù)雜。三軸強度最高的一組樣品在擬合關(guān)系中發(fā)揮了重要作用，整體而言R=0.826，擬合效果較好。同時，所取試樣均為完整樣，因此所計算試樣的GSI值較大(>75)。

3.3 H-B準則中參數(shù)s，a和mb的定義

H-B準則的原始表達式為[13]：

(2)

(3)

(4)

式中：σ1為軸向峰值應(yīng)力，MPa；σ3為圍壓，MPa；mb,s和a為定義參數(shù)。

mb由小到大變化表示巖石由韌性逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橛泊嘈?；s和a的取值均為0～1，s可大體指示巖體節(jié)理等非連續(xù)構(gòu)造發(fā)育程度，a可用來調(diào)節(jié)包絡(luò)線曲率。

為了使獲得的s，a及mb的數(shù)值范圍合理，且不影響最終預(yù)測結(jié)果的精度，具體計算方法為：先利用前面計算的各組樣品的GSI值及式(3)、式(4)分別計算出s和a；然后將各組樣品實測的σ1，σ3，σc，s及a值代入式(2)，獲取最佳mb擬合值。H-B準則中，各參數(shù)的計算結(jié)果見表4，單組樣品在不同圍壓條件下的軸向峰值應(yīng)力擬合效果見圖6。

從圖6可以看出，H-B準則較好地考慮了巖石在各級圍壓條件下峰值應(yīng)力的非線性變化，擬合效果較好。對所求得的H-B參數(shù)(見表4)進行討論，作各參數(shù)與地層條件下的巖石三軸強度間關(guān)系(見圖7)。

由圖7可知，mb和s與巖石三軸強度之間具有較好的正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)分別為R=0.883和R=0.823；a與巖石三軸強度之間具有一定負相關(guān)關(guān)系，R=0.811；其中，mb與巖石三軸強度之間的相關(guān)性最好，R=0.883。參數(shù)mb的含義明確，在地層較高圍壓條件下，較高的mb值往往代表巖石具有較高的硬度及強度，因此也具有相對較高的抗壓強度。同時發(fā)現(xiàn)，mb與s之間具有較好的正相關(guān)性(R=0.884)，因此可以利用s對mb值進行預(yù)測，這樣也避免了H-B準則中mi值[11]的引入，簡化了計算過程。

3.4 巖石彈性模量解釋

利用式(1)對巖石的彈性模量進行測井解釋的關(guān)鍵是巖石單軸抗壓強度及地質(zhì)強度指數(shù)的計算。由于研究發(fā)現(xiàn)地質(zhì)強度指數(shù)及縱波波速值均與巖石三軸強度具有較好的相關(guān)性，因此考慮利用縱波波速值對巖石地質(zhì)強度指數(shù)進行解釋，結(jié)果見圖8。

對巖石單軸抗壓強度進行解釋，發(fā)現(xiàn)隨著試樣三軸強度的升高，單軸強度具有降低趨勢(見圖9)。分析認為與巖石內(nèi)部顆粒排列及微組構(gòu)有關(guān)，不同巖石具有不同的σ1-σ3變化樣式，隨著σ3的升高，軸向應(yīng)力σ1會升高。但當(dāng)巖石內(nèi)部組分及結(jié)構(gòu)不同時，σ1隨σ3增加而升高的幅度是不相同的，以M2及M5組試樣為例，這2組試樣的σ1-σ3變化樣式及顯微圖像見圖10。

M2組試樣在地層圍壓條件下測得的三軸強度值最高，而單軸強度值最低；M5組試樣在地層圍壓條件下測得的三軸強度值最低，而單軸強度值最高。M2組試樣為粉砂巖，在顯微鏡下觀察巖石具有微—粉砂狀結(jié)構(gòu)(見圖10)，碎屑以石英粉砂為主，占84%，分選性差，圓度差，巖屑以云母和炭屑為主，炭屑呈粒狀、線狀及條帶狀。這些因素導(dǎo)致其軸向應(yīng)力隨圍壓的升高變化幅度減小，隨著圍壓的升高，內(nèi)部炭屑等物質(zhì)會變形及產(chǎn)生微裂縫。而在單軸條件下，粉砂結(jié)構(gòu)使其內(nèi)部組分間較為緊密地聯(lián)系在一起，因此單軸強度較高。M5組試樣為雜砂巖，顯微鏡下觀察巖石具有不等粒砂狀結(jié)構(gòu)，粗—中砂及粉砂形成“雙峰態(tài)”分布(見圖10)。碎屑主要成分為石英和巖屑，巖屑以燧石巖屑為主(占15%)，填隙物主要為泥質(zhì)雜基，與粉砂混合，構(gòu)成基底式膠結(jié)，巖石較致密，未見孔縫。這些組分及致密結(jié)構(gòu)特征造成其軸向應(yīng)力隨圍壓升高而大幅度增大；但在單軸條件下，由于沒有圍壓，在軸向應(yīng)力作用下不同粒度顆粒之間可形成弱面，易產(chǎn)生滑脫及剪切破壞[14]，從而造成單軸條件下的強度較低。因此，川西致密砂巖單軸強度與三軸強度之間呈現(xiàn)一定負相關(guān)。

研究GSI，mb，a及s與σc的相關(guān)性發(fā)現(xiàn)，對于所取致密砂巖樣品，a與σc之間正相關(guān)，而GSI，mb及s與σc之間負相關(guān)，由于主要根據(jù)地層條件下的縱波波速確定GSI，因此負相關(guān)的原因與前面類似。mb的確定綜合考慮了各級圍壓條件，且最終發(fā)現(xiàn)該參數(shù)與σc之間相關(guān)性最好(見圖11)，因此可以利用mb來預(yù)測σc。mb由低到高表示巖石逐漸由韌性轉(zhuǎn)變?yōu)榇嘈?，單軸強度隨mb增大而略微發(fā)生降低，表明該參數(shù)考慮了不同巖性砂巖內(nèi)部結(jié)構(gòu)及粒度的變化，該變化規(guī)律在川西如圖10所示巖石顆粒變化特征的致密砂巖中是適用的。

3.5 巖石泊松比解釋

圖12為地層條件下所取致密砂巖及泥頁巖在線性段的應(yīng)變關(guān)系，分別對應(yīng)圖1中M2組砂巖AB段和N1組泥頁巖A′B′段。

從圖12可以看出，該段線性擬合關(guān)系非常好，此時斜率為泊松比，為一定值，2組樣品泊松比分別為0.306和0.380，由于飽和地層水，致密砂巖泊松比略微偏高(超聲測試的泊松比為0.272)。

實際上，當(dāng)對每個加載點的環(huán)向應(yīng)變及軸向應(yīng)變分別作對比，泊松比與彈性模量間的關(guān)系如圖13所示。

從圖13可以看出，在2種巖性線的彈性段中，泊松比隨著加載的進行逐漸升高。分析認為，這是因為巖石的軸向及環(huán)向應(yīng)變都非常小，每2個數(shù)據(jù)值間的時間間隔僅約3 s，應(yīng)變量可小于0.5×10-4mm，因此很難根據(jù)圖12中的斜率對泊松比進行準確求取，M2組致密砂巖最終泊松比取值為0.239。圖13表明，在巖組石應(yīng)力-應(yīng)變線性段中，泊松比與彈性模量具有較好的相關(guān)性，因此針對某一地區(qū)的試樣，在模擬地層測試條件下，根據(jù)確定的彈性模量對泊松比進行取值或預(yù)測是適用的。

地層條件下巖石彈性模量與泊松比的關(guān)系如圖14所示，可以看出，兩者的相關(guān)性非常好。

4 解釋結(jié)果對比

4.1 彈性模量

通過利用縱波波速對GSI進行解釋，利用GSI對s進行解釋，利用s對mb進行解釋，最終利用mb

對σc進行解釋，將解釋結(jié)果代入式(1)，完成對Em的測井解釋。Em最終的測井解釋結(jié)果見表5。

表5 基于H-B準則的巖石Em測井解釋結(jié)果

Table 5 Log interpretation results ofEmbased on the H-B Criterion

由表5可知，由于M4及M5組試樣的Em基數(shù)較小，因而相對誤差略微偏大，但從整體解釋效果及絕對誤差來看，能夠滿足工程需要。

采用動、靜態(tài)參數(shù)轉(zhuǎn)化方法，根據(jù)實測Em值對聲學(xué)計算值進行校正，轉(zhuǎn)換方程為Ems=1.131Emd-17.14，R2=0.761，最終結(jié)果見表6。對比表5和表6可以看出，無論是最大相對誤差還是平均相對誤差，基于H-B準則的解釋結(jié)果都要好一些。

4.2 泊松比

利用前述新方法，根據(jù)地層圍壓測試條件下的彈性模量對泊松比進行預(yù)測，預(yù)測結(jié)果見圖14。同時，與利用校正后的聲波波速及常規(guī)動靜轉(zhuǎn)換關(guān)系(見圖15)獲得的泊松比值進行對比，對比結(jié)果見表7。對比發(fā)現(xiàn)，常規(guī)方法的平均相對誤差為5.78%，新方法的平均相對誤差為5.55%，2種方法解釋結(jié)果相差不大，表明2種方法都是可行的。

4.3 測井解釋成果

利用上述新的解釋方法，建立基于H-B準則單井彈性參數(shù)及所定義參數(shù)的測井解釋剖面，同時與常規(guī)解釋結(jié)果進行對比，結(jié)果見圖16。

從圖16可以看出，基于H-B準則的新方法解釋的Em變化趨勢與常規(guī)方法解釋結(jié)果基本一致，兩者相對誤差為5%～35%，相對誤差較大的主要原因是由于砂泥巖頻繁互層引起的，一般泥巖的Em值較小，導(dǎo)致其相對誤差較大；從絕對誤差來看，2種方法的解釋結(jié)果相差不大。對于泊松比，2種方法的解釋結(jié)果變化趨勢也大體相同，但在高泥質(zhì)含量段，新方法的解釋值要略低于常規(guī)方法的解釋值；從相對誤差及絕對誤差來看，2種方法解釋的泊松比值極為接近，彼此相差不大。以上對比結(jié)果表明，筆者基于H-B準則提出的巖石彈性參數(shù)測井解釋方法可行，結(jié)果可靠，具有一定的工程應(yīng)用價值，同時該方法在進行彈性參數(shù)解釋時不需要用到橫波時差資料。

5 結(jié) 論

1) 川西三疊系取心段致密砂巖及泥頁巖試樣的應(yīng)力-應(yīng)變特征較為類似，可劃分初始壓密、線彈性變化、塑性延展和殘余變形等4個階段。

2) 基于H-B準則對巖石彈性參數(shù)中的彈性模量和泊松比進行了解釋，與常規(guī)方法對比表明，基于H-B準則的解釋方法誤差更小；同時建立了單井彈性參數(shù)測井解釋剖面，2種方法彈性參數(shù)解釋結(jié)果變化趨勢較為一致，可為工程施工提供依據(jù)。

3) 常規(guī)彈性參數(shù)測井解釋在進行動靜校正時需要用到橫波時差，而筆者提出的方法不需要橫波時差，因此該方法在缺少橫波測井資料或橫波資料不可靠時優(yōu)勢明顯。

4) 要注意的是，將利用筆者提出的新方法解釋的彈性參數(shù)結(jié)果，與具有可靠橫波測井資料采用常規(guī)解釋方法的井的解釋結(jié)果進行對比，在獲得較小誤差的前提下，方可應(yīng)用到其他沒有橫波測試的各井中。

References

[1] 蔣祖軍，肖國益，李群生.川西深井提高鉆井速度配套技術(shù)[J].石油鉆探技術(shù)，2010，38(4)：30-34. Jiang Zujun，Xiao Guoyi，Li Qunsheng.Technology to increase deep well drilling speed in Western Sichuan[J].Petroleum Drilling Techniques，2010，38(4)：30-34.

[2] Ruiz F,Cheng A.A rock physics model for tight gas sand[J].The Leading Edge,2010，29(12)：1484-1489.

[3] 陸黃生.測井技術(shù)在石油工程中的應(yīng)用分析與發(fā)展思考[J].石油鉆探技術(shù)，2012，40(6)：1-7. Lu Huangsheng.Application and development analysis of well

logging information in petroleum engineering[J].Petroleum Drilling Techniques，2012，40(6)：1-7.

[4] 曾義金.頁巖氣開發(fā)的地質(zhì)與工程一體化技術(shù)[J].石油鉆探技術(shù)，2014，42(1)：1-6. Zeng Yijin.Integration technology of geology & engineering for shale gas development[J].Petroleum Drilling Techniques，2014，42(1)：1-6.

[5] 路保平，鮑洪志.巖石力學(xué)參數(shù)求取方法進展[J].石油鉆探技術(shù)，2005，33(5)：44-47. Lu Baoping，Bao Hongzhi.Advances in calculation methods for rock mechanics parameters[J].Petroleum Drilling Techniques，2005，33(5)：44-47.

[6] Liu Zhiguang，Chen Jianyun，Bai Weifeng，et al.Improved parameter selection method for mesoscopic numerical simulation test of direct tensile failure of rock and concrete[J].Journal of Central South University of Technology，2010，17(5)：1079-1086.

[7] Hoek E，Marinos P G，Marinos V P.Characterisation and engineering properties of tectonically undisturbed but lithologically varied sedimentary rock masses[J].International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences，2005，42(2)：277-285.

[8] 申瑞臣，屈平，楊恒林.煤層井壁穩(wěn)定技術(shù)研究進展與發(fā)展趨勢[J].石油鉆探技術(shù)，2010，38(3)：1-7. Shen Ruichen，Qu Ping，Yang Henglin.Advancement and development of coal bed wellbore stability technology[J].Petroleum Drilling Techniques，2010，38(3)：1-7.

[9] 張元中，楚澤涵，李銘，等.巖石聲頻散的實驗研究及聲波速度的外推[J].地球物理學(xué)報，2001，44(1)：103-111. Zhang Yuanzhong，Chu Zehan，Li Ming，et al.An experimental study of acoustic dispersion of rock and extrapolation of the velocity[J].Chinese Journal of Geophysics，2001，44(1)：103-111.

[10] Marinos V，Marinos P，Hoek E.The geological strength index：applications and limitations[J].Bulletin of Engineering Geology and the Environment，2005，64(1)：55-65.

[11] 夏開宗，陳從新，劉秀敏，等.基于巖體波速的 Hoek-Brown 準則預(yù)測巖體力學(xué)參數(shù)方法及工程應(yīng)用[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報，2013，32(7)：1458-1466. Xia Kaizong，Chen Congxin，Liu Xiumin，et al.Estimation of rock mass mechanical parameters based on ultrasonic velocity of rock mass and Hoek-Brown Criterion and its application to engineering[J].Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering，2013，32(7)：1458-1466.

[12] 閆長斌，徐國元.對Hoek-Brown公式的改進及其工程應(yīng)用[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報，2005，24(22)：4030-4035. Yan Changbin，Xu Guoyuan.Modification of Hoek-Brown expressions and its application to engineering[J].Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering，2005，24(22)：4030-4035.

[13] 廖異，曾祥國，符文熹，等.Hoek-Brown巖體非線性強度的線性化方法[J].中南大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版，2012，43(12)：4902-4911. Liao Yi，Zeng Xiangguo，F(xiàn)u Wenxi，et al.Linearization method of non-linear strength of Hoek-Brown rock mass[J].Journal of Central South University:Science and Technology，2012，43(12)：4902-4911.

[14] Alkan H，Cinar Y，Pusch G.Rock salt dilatancy boundary from combined acoustic emission and triaxial compression tests[J].International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences，2007，44(1)：108-119.

[編輯 令文學(xué)]

Application of Hoek-Brown Criterion for Tight Sandstone Elastic Parameters in Log Interpretation

Yin Shuai1,2,3, Shan Yuming4, Zhou Wen4, Wang Zhe1,2,3, Ding Wenlong1,2,3

(1.SchoolofEnergyResources,ChinaUniversityofGeosciences(Beijing),Beijing， 100083,China;2.MinistryofEducationKeyLaboratoryforMarineReservoirEvolutionandHydrocarbonAbundanceMechanism(ChinaUniversityofGeosciences(Beijing)),Beijing， 100083,China;3.KeyLaboratoryforShaleGasExploitationandAssessment,MinistryofLandandResources(ChinaUniversityofGeosciences(Beijing)),Beijing， 100083,China;4.StateKeyLaboratoryofOilandGasReservoirGeologyandExploration(ChengduUniversityofTechnology),Chengdu,Sichuan， 610059,China)

In order to solve the problem of unreliable elastic parameters in log interpretation results,and for determining the deep-frequent alternating layers of dense sandstone and shale formations,the stress-strain characteristics and formation stress status were researched with the samples of tight sandstone and muddy shale at different stages.A new approach with rock elastic parameters for logging interpretation was established based on H-B criterion,it took a reasonable value ofGSI,a,sandmb,and obtained the final interpretation of brittleness by using Young，s Modulus and Poisson，s Ratio.The results showed thatGSIand rock triaxial strength were good correlation,there was a positive relation of bothmbandswith rock triaxial strength,and negative relation with a and the triaxial strength.s can be used to quantitatively characterizemb(correlation coefficientR=0.884);the average error ofEmand Poisson,s Ratio was 6.4 % and 5.59 % respectively,the result was better than that obtained by conventional method(8.44 % and 5.78 %).The research suggested that the new method did not need shear wave data,and that there was an index correlation ofEmand H-B Citerion parameters,and a linear correlation of Poisson,s Ratio andEm.At the same time,there was also a good linear relation of longitudinal wave velocity of rock and H-B criterion parameters,Emcan be quantitatively characterized by longitudinal wave velocity.

Hoek-Brown Criterion;tight sandstone;elasti parameter;modulus of elasticity;Poisson,s Ratio;log interpretation

2014-05-20；改回日期：2014-10-12。

尹帥(1989—)，男，山東新泰人，2010年畢業(yè)于山東科技大學(xué)地質(zhì)工程專業(yè)，2014年獲成都理工大學(xué)油氣田開發(fā)地質(zhì)專業(yè)碩士學(xué)位，在讀博士研究生，主要從事非常規(guī)油氣構(gòu)造及裂縫方面的研究。

丁文龍，dingwenlong2006@126.com。

國家自然科學(xué)基金項目“中國南方下古生界海相富有機質(zhì)頁巖裂縫發(fā)育程度與主控因素定量關(guān)系研究”(編號：41072098)資助。

?測井錄井?

10.11911/syztjs.201501015

P554；P631.8+1

A

1001-0890(2015)01-0088-08

聯(lián)系方式：13375633766，speedysys@163.com。