丁鵬程

(安徽理工大學 地球與環(huán)境學院，安徽 淮南 232001)

1 引言

巖石彈性模量是巖石力學參數(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，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)力時會發(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行計算預(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、層位標定和用于巖石的完整性評價等。其原理就是聲波在不同介質(zhì)中進行傳播時，其速度、幅度及頻率等聲學特性就會有不同，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)出的差異性聲學特性，來對地質(zhì)剖面進行研究。在進行聲波測井作業(yè)時，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間差值，所以聲波測井往往被稱為聲波時差測井，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，可以運用聲波測井資料對巖石的彈性模量進行計算。如公式(1)所示。

(1)

聲波時差測井測量的是聲波縱波在經(jīng)過1 m地層時所需要的時間，聲波時差可以看做是縱波速度的倒數(shù)。由于聲波時差測井測得數(shù)據(jù)是縱波時差，橫波時差值根據(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為橫波時差，(μs/m) ；Δtρ為縱波時差，(μs/m)；ρ為巖石密度，(g/cm3)。

4 利用聲波時差資料計算巖石彈性模量

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)進行聲波測井工作。在3個鉆孔中選取了12個巖石樣本，在實驗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)聲波時差測井測得巖石樣本對應(yīng)深度的聲波時差曲線，求出聲波時差均值。然后利用公式(1)、(2)分別求得實驗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)在一定程度上會存在誤差，所以需要對采集到的數(shù)據(jù)進行校正處理，提高數(shù)據(jù)的準確性。校正后計算的數(shù)據(jù)如表2所示。

對表2進行觀察可發(fā)現(xiàn)，實驗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)值與實驗室得到的彈性模量數(shù)值進行對比，得得對比圖如圖2所示?？梢钥吹綌?shù)據(jù)校正后計算的彈性模量值與實驗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驗結(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)進行計算，驗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)進行預(yù)測計算是可行的，且結(jié)果可靠。在應(yīng)用此方法時，要注重測井數(shù)據(jù)資料采集的環(huán)節(jié)，保證采集工作順利進行。同時采集到測井數(shù)據(jù)資料要經(jīng)過數(shù)據(jù)校正處理，保證數(shù)據(jù)資料的準確性。