一發(fā)雙收聲波測(cè)井在水利工程中的應(yīng)用

彭雪松

(遵義市水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院，貴州遵義563000)

一發(fā)雙收聲波測(cè)井在水利工程中的應(yīng)用

彭雪松

(遵義市水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院，貴州遵義563000)

測(cè)井是石油勘探開發(fā)過程中不可缺少的重要環(huán)節(jié)。礦場(chǎng)地球物理測(cè)井方法，是通過定量測(cè)定井下鉆穿地層的電、聲、光、核、熱、力等物理信息，用以判斷地層的巖性及流體的性質(zhì)，確定油、氣、水層的位置，定量解釋油、氣層的厚度，含水飽和度和儲(chǔ)層的物性等參數(shù)，了解井下狀況的一整套技術(shù)。文章通過工程實(shí)例，重點(diǎn)分析了一發(fā)雙收聲波測(cè)井在水利工程中的應(yīng)用。

一發(fā)雙收;聲波測(cè)井;水利工程;測(cè)試方法;應(yīng)用實(shí)例

0 前言

一發(fā)雙收聲波測(cè)井是使用單發(fā)射雙接收測(cè)井儀的一種聲波測(cè)井方式。這種測(cè)井儀包括3部分:聲系、電子線路和隔聲體。聲系由一個(gè)發(fā)射換能器和兩個(gè)接收器組成［1］。

其運(yùn)作原理是通過接收器接收聲波在泥漿和地層中的傳播時(shí)間差來判斷巖性變化。水利工程基樁動(dòng)測(cè)技術(shù)規(guī)程將其引用到基樁完整性檢測(cè)，目前在水利工程中的應(yīng)用效果較為顯著。

1 測(cè)試方法原理

聲波測(cè)試是彈性波測(cè)試方法中的一種，其理論基礎(chǔ)建立在固體介質(zhì)中彈性波的傳播理論上，該方法是以人工激振的方法向介質(zhì)(巖石、混凝土)發(fā)射聲波，在一定的空間距離上接收介質(zhì)物理特性的聲波，通過觀測(cè)和分析聲波在不同介質(zhì)中的傳播速度、振幅、頻率等聲學(xué)參數(shù)，解決巖土工程中的有關(guān)問題［2］。聲波測(cè)試框圖見圖1。它們由一個(gè)發(fā)射換能器和兩個(gè)接收換能器組成。發(fā)射換能器T至接收換能器R1間的距離為L，稱其為源距;接收換能器R1與接收換能器R2間的距離為△L稱其為間距。對(duì)于上述換能器的要求是:徑向無指向性、軸向亦應(yīng)無指向性;發(fā)射功率要大，要有足夠的接收靈敏度。

圖1 聲波測(cè)試原理方框圖

2 工程概況

保豐水庫位于貴州省習(xí)水縣雙龍鄉(xiāng)東南面的楊寺巖村境內(nèi)，壩址處于桐梓河下游右岸一級(jí)支流沙溪場(chǎng)河上游的官倉壩河段。水庫正常蓄水位900.00 m，相應(yīng)庫容1 050萬m3，水庫總庫容1 277萬m3。擬建大壩最大壩高為67.00m，大壩為碾壓混凝土重力壩，該水庫為中型水庫。

3 測(cè)區(qū)地質(zhì)概況及地球物理?xiàng)l件

3.1 地質(zhì)概況

根據(jù)勘察成果，壩址區(qū)地質(zhì)概況如下:

壩址從右向左依次出露地層有奧陶系下統(tǒng)湄潭組(O1m)至志留系下統(tǒng)石牛欄組(S1sh)及第四系(Q)。根據(jù)巖性及巖體結(jié)構(gòu)不同，在本壩址內(nèi)將龍馬溪組(S1l)分為兩層(S1l1、S1l2)。

3.2 地球物理特征

地球物理勘探的基礎(chǔ)是被探測(cè)體的物性差異，常表現(xiàn)為巖體的電、磁、彈性波速等物性參數(shù)。本次超聲波原位測(cè)試主要查明巖體破碎程度、風(fēng)化程度、裂隙等隱伏不良地質(zhì)體的分布界限。不良地質(zhì)體的波速值與正常巖體波速差別較大，滿足地球勘探的前提條件。

4 一發(fā)雙收聲波測(cè)井在水利工程中的應(yīng)用

當(dāng)一發(fā)雙收換能器置于巖體或混凝土鉆孔的中心，發(fā)射換能器T輻射的聲波，滿足入射角等于第一臨界角的聲線，在巖體或混凝土孔壁的聲波折射角將等于90°，即聲波沿著鉆孔壁滑行，然后又分別折射回孔中，由接收換能器R1和R2分別接收(所以可稱其為折射波法)。計(jì)算公式為:

式中:t2為T傳播到R2的聲波傳播時(shí)間;t1為T傳播到R1的聲波傳播時(shí)間;VP為孔壁介質(zhì)的聲速。由于巖性的不同，聲波傳播速度也不同，就是同一種巖性的巖體也會(huì)因其風(fēng)化程度、完整狀態(tài)的不同而導(dǎo)致聲波傳播速度的不同。因此，聲波縱波波速是判別巖體風(fēng)化程度、完整性的重要參數(shù)之一。對(duì)習(xí)水縣保豐水庫工程鉆孔進(jìn)行了波速測(cè)試，共測(cè)試3個(gè)鉆孔。

測(cè)試工作具體步驟如下:①在打好的孔中灌滿清水;②檢查儀器、換能器是否能正常工作;③將單孔換能器放入孔底，記下孔深;④將換能器的3個(gè)接頭(一個(gè)發(fā)射、二個(gè)接收)分別與儀器的“發(fā)射輸出”、“通道1”、“通道2”對(duì)應(yīng)接好;⑤進(jìn)行采樣，儀器記錄下波信號(hào)并進(jìn)行處理。⑥綜合分析處理各種資料，計(jì)算出巖體縱波波速。

5 一發(fā)雙收聲波測(cè)井應(yīng)用結(jié)果分析

5.1 聲波曲線的解釋及風(fēng)化程度、巖體完整程度劃分

巖體破碎，灌漿前后在兩個(gè)檢測(cè)鉆孔內(nèi)檢測(cè)的對(duì)比結(jié)果見圖2。由灌漿前及灌漿后7 d、28 d的單孔，一發(fā)雙收檢測(cè)結(jié)果，可見聲速是升高了，可以判斷灌漿效果是理想的。

圖2 一發(fā)雙收聲波測(cè)井檢測(cè)結(jié)果

5.1.1 鉆孔聲波曲線的解釋

個(gè)別跳躍點(diǎn)忽略，速度面貌相似，速度變化趨勢(shì)基本一致的區(qū)段分為一層。

5.1.2 風(fēng)化程度、巖體完整程度的劃分

炭質(zhì)頁巖綜合背景值取為5 000/m·s，灰?guī)r背景值取5 500 m·s。因此在劃分風(fēng)化程度、巖體完整程度時(shí)，依據(jù)此值對(duì)它們的風(fēng)化系數(shù)Fs和完整指數(shù)Kv的值進(jìn)行分別計(jì)算。

1)風(fēng)化程度的劃分:依據(jù)《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》，風(fēng)化程度的劃分主要依據(jù)風(fēng)化系數(shù)(Fs)進(jìn)行的，具體標(biāo)準(zhǔn)見表1。

表1 風(fēng)化程度的劃分表

風(fēng)化系數(shù)Fs的計(jì)算公式為:

式中:Vpw為完整巖體縱波波速，m/s;Vpf為風(fēng)化巖體縱波波速，m/s。

2)巖體完整程度的評(píng)分:依據(jù)《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》，巖體完整程度的評(píng)分主要依據(jù)巖體完整系數(shù)(Kv)進(jìn)行的，計(jì)算公式如下，具體標(biāo)準(zhǔn)見表2。

式中:Vpw為完整巖體縱波波速，m/s;Vpf為風(fēng)化巖體縱波波速，m/s。

表2 完整系數(shù)評(píng)定表

5.2 測(cè)試成果

由實(shí)測(cè)曲線可以初步判別:①巖體波速值總體呈淺部波速值低、深部波速值高的趨勢(shì)，說明巖體風(fēng)化程度;②隨深度增加而逐漸減弱，完整性逐漸變好。具體檢測(cè)結(jié)果，見表3。局部異常為巖體破碎或軟弱夾層，與鉆探資料基本吻合。

表3 鉆孔聲波測(cè)試成果表

6 結(jié)論

通過對(duì)習(xí)水縣保豐水庫鉆也聲波測(cè)試，基本探明了測(cè)試鉆孔的聲波速度分布情況，具體結(jié)論如下:

1)ZK2號(hào)鉆孔測(cè)試深度3.0～7.6 m波速在1 640～3 120 m/s，推測(cè)巖性為砂、礫石夾巨塊石;測(cè)試深度7.8～11.0 m，波速范圍在2 430～4 640 m/s，推測(cè)巖性為弱風(fēng)化頁巖;測(cè)試深度在11.2～21.0 m，波速范圍在3 120～5 440 m/s，推測(cè)巖性為微風(fēng)化頁巖;測(cè)試深度在21.2～48.0 m，波速范圍在3 200～5 480 m/s，推測(cè)巖性為微風(fēng)化頁巖。

2)ZK3號(hào)鉆孔測(cè)試深度在8.6～21.2 m，波速范圍在1 640～3 120 m/s，推測(cè)巖性為微風(fēng)化泥灰?guī)r;測(cè)試深度在21.4～48.0 m，波速范圍在3 200～5 560 m/s，推測(cè)巖性為微風(fēng)化頁巖;

3)ZK6號(hào)鉆孔測(cè)試深度在2.0～4.2m，波速范圍在2 670～3 810 m/s，推測(cè)巖性為弱風(fēng)化泥灰?guī)r;測(cè)試深度在 4.4～16.4 m，波速范圍在3 520～5 320 m/s，推測(cè)為微風(fēng)化泥灰?guī)r;測(cè)試深度在16.6～48.0 m，波速范圍在3 200～5 950 m/s，推測(cè)為微風(fēng)化泥灰?guī)r。

［1］王天波.薄層聲波測(cè)井方法探討［J］.江漢石油學(xué)院學(xué)報(bào)，2001，23(02):83-84.

［2］唐開寧，譚艷儒，邱漢強(qiáng).單發(fā)雙收聲波儀的井眼補(bǔ)償技術(shù)［J］.石油大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，1991，15(02):20-27.

Application of a Transceiver Sonic Logging in Water Conservancy Project

PENG Xue-song
(Guizhou Province Zunyi Water Conservancy＆ Hydropower Investigation，Design＆ Research Institute，Zunyi 563002，China)

Logging is a necessary and important procedure for oil exploration.The geophysical logging method of the ore field is to determine the property of rocks or liquids in the stratum through quantitatively testing the electric，sonic light，nuclear，heat，force，etc.，information of the underlying stratum.It is a set of technology for the downhole conditions，judging the properties of stratum lithology and fluid，determining oil，gas，water position，quantitative interpreting oil，reservoir thickness，water saturation and reservoir parameters.By the real engineering example the application of a transceiver sonic logging method is analyzed in hydraulic project.

a transceiver;sonic logging;hydraulic project;testing method;application example

P631.814

B

1007-7596(2014)06-0053-03

2013-12-25

彭雪松(1976-)，男，貴州遵義人，工程師，從事檢測(cè)試驗(yàn)工作。