基于聲波測井資料對巖石彈性模量的預(yù)測計(jì)算

丁鵬程

(安徽理工大學(xué) 地球與環(huán)境學(xué)院，安徽 淮南 232001)

1 引言

巖石彈性模量是巖石力學(xué)參數(shù)中一種極為重要的彈性參數(shù)，又被稱為彈性系數(shù)。主要是指巖石受到應(yīng)力作用時(shí)，在巖石的彈性范圍內(nèi)，其應(yīng)力與應(yīng)變的比值，可以反映巖石受多大應(yīng)力時(shí)會(huì)發(fā)生變形。巖石的彈性參數(shù)在礦山工程穩(wěn)定性建設(shè)及生產(chǎn)應(yīng)用過程中，是不可忽視的一個(gè)參數(shù)。本文利用聲波測井資料與巖石彈性模量的相關(guān)性，來對巖石的彈性模量進(jìn)行計(jì)算預(yù)測[1～4]。

2 聲波測井

聲波測井是最常規(guī)的測井技術(shù)之一，在測井工作的研究中有重大作用，往往可以應(yīng)用于確定巖層的孔隙度、識別含氣層、劃分地層、層位標(biāo)定和用于巖石的完整性評價(jià)等。其原理就是聲波在不同介質(zhì)中進(jìn)行傳播時(shí)，其速度、幅度及頻率等聲學(xué)特性就會(huì)有不同，這就是聲波測井的物理基礎(chǔ)。聲波測井技術(shù)就是根據(jù)不同介質(zhì)中表現(xiàn)出的差異性聲學(xué)特性，來對地質(zhì)剖面進(jìn)行研究。在進(jìn)行聲波測井作業(yè)時(shí)，通過電纜往井里下放聲波測井探頭，聲波測井彈頭具有發(fā)射和接收聲波的功能，聲波測井就是記錄從發(fā)射探頭經(jīng)過地層傳播到接收探頭的時(shí)間差值，所以聲波測井往往被稱為聲波時(shí)差測井，下井探頭的工作原理如圖1所示[5，6]。

圖1 探頭工作原理

2 求取彈性模量

巖石在一定的載荷應(yīng)力作用下 ,可以看作是一種彈性體。根據(jù)彈性波理論，巖石的彈性模量參數(shù)和聲波在巖石上的傳播速度呈線性關(guān)系，可以運(yùn)用聲波測井資料對巖石的彈性模量進(jìn)行計(jì)算。如公式(1)所示。

(1)

聲波時(shí)差測井測量的是聲波縱波在經(jīng)過1 m地層時(shí)所需要的時(shí)間，聲波時(shí)差可以看做是縱波速度的倒數(shù)。由于聲波時(shí)差測井測得數(shù)據(jù)是縱波時(shí)差，橫波時(shí)差值根據(jù)以下公式(2)得到，公式如下：

(2)

式(1)、(2)中：E為巖石彈性模量(GPa)；Δts為橫波時(shí)差，(μs/m) ；Δtρ為縱波時(shí)差，(μs/m)；ρ為巖石密度，(g/cm3)。

4 利用聲波時(shí)差資料計(jì)算巖石彈性模量

采用重慶地質(zhì)儀器廠生產(chǎn)的JGS-1B測井系統(tǒng)，在蘇北某地區(qū)進(jìn)行聲波測井工作。在3個(gè)鉆孔中選取了12個(gè)巖石樣本，在實(shí)驗(yàn)室條件下分別求得各巖石樣本的縱波速度和橫波速度，然后根據(jù)聲波時(shí)差測井測得巖石樣本對應(yīng)深度的聲波時(shí)差曲線，求出聲波時(shí)差均值。然后利用公式(1)、(2)分別求得實(shí)驗(yàn)室條件下的彈性模量和測井資料求得的彈性模量，以表1為對應(yīng)的參數(shù)值。

聲波測井容易受到外界因素的影響，采集到的數(shù)據(jù)在一定程度上會(huì)存在誤差，所以需要對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行校正處理，提高數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。校正后計(jì)算的數(shù)據(jù)如表2所示。

對表2進(jìn)行觀察可發(fā)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)室條件下的彈性模量和測井資料求得的彈性模量存在較大的差異。根據(jù)表2數(shù)據(jù)，將校正后彈性模量數(shù)值與實(shí)驗(yàn)室得到的彈性模量數(shù)值進(jìn)行對比，得得對比圖如圖2所示?？梢钥吹綌?shù)據(jù)校正后計(jì)算的彈性模量值與實(shí)驗(yàn)室測定的彈性模量值非常接近,，兩者的曲線形態(tài)比較相近[7,8]。

表1 相關(guān)參數(shù)值

表2 數(shù)據(jù)校正前后彈性模量與實(shí)驗(yàn)結(jié)果對比

圖2 彈性模量對比

5 結(jié)語

本文根據(jù)聲波測井資料對巖石彈性模量參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，驗(yàn)證了將聲波測井資料，通過理論公式對巖石彈性模量參數(shù)進(jìn)行預(yù)測計(jì)算是可行的，且結(jié)果可靠。在應(yīng)用此方法時(shí)，要注重測井?dāng)?shù)據(jù)資料采集的環(huán)節(jié)，保證采集工作順利進(jìn)行。同時(shí)采集到測井?dāng)?shù)據(jù)資料要經(jīng)過數(shù)據(jù)校正處理，保證數(shù)據(jù)資料的準(zhǔn)確性。