聲速測(cè)井的解釋與應(yīng)用

劉順昌

（新疆維吾爾自治區(qū)煤田地質(zhì)局156煤田地質(zhì)勘探隊(duì) 新疆 維吾爾自治區(qū) 830009）

聲速測(cè)井的解釋與應(yīng)用

劉順昌

（新疆維吾爾自治區(qū)煤田地質(zhì)局156煤田地質(zhì)勘探隊(duì) 新疆 維吾爾自治區(qū) 830009）

聲速測(cè)井可以測(cè)得聲振動(dòng)沿著鉆孔的傳播特征，具有輕便、快速的特點(diǎn)，聲速測(cè)井是通過(guò)巖石聲學(xué)性質(zhì)進(jìn)而實(shí)現(xiàn)鉆井地質(zhì)剖面的分析研究的測(cè)井技術(shù)。本文論述了聲速測(cè)井方式技術(shù)原理和與之相關(guān)的工作方法、探測(cè)原理及應(yīng)用范圍，并結(jié)合實(shí)例介紹了聲速測(cè)井在工程地質(zhì)工作中的具體應(yīng)用及效果，以此來(lái)表明聲速測(cè)井在特定的地質(zhì)問(wèn)題中是行之有效的、值得推廣的。

聲速測(cè)井；技術(shù)解釋?zhuān)粦?yīng)用研究

1 引言

一般而言，聲波在各種差異性的介質(zhì)中進(jìn)行傳播的過(guò)程中，其速度在很大程度上是有差別的，此外聲波幅度方面的衰減程度、頻率變化等多種聲學(xué)特性也有較大差別的，這是由自然界的巖石密度、巖石的間隙、孔隙程度以及巖石的風(fēng)化程度等方面來(lái)決定的。簡(jiǎn)言之，聲波測(cè)井是通過(guò)巖石聲學(xué)性質(zhì)來(lái)探究地質(zhì)并得出固井質(zhì)量的。特別是在工程地質(zhì)勘察的工作中往往都會(huì)應(yīng)用聲速測(cè)井技術(shù)的。本文以下內(nèi)容就是針對(duì)其展開(kāi)的。

2 聲速測(cè)井的技術(shù)原理與工作方法分析

2.1 聲速測(cè)井技術(shù)的相關(guān)原理分析

聲速測(cè)井技術(shù)的技術(shù)測(cè)量原理，可以從圖1中形象的看出，其中聲波測(cè)井儀器在井中的探測(cè)部分的關(guān)鍵組成部分，包括超聲波發(fā)射器（T）以及接收器裝置（R1、R2）。其中超聲波發(fā)射器和地表面的脈沖訊號(hào)源裝置是相互連接的，而且R1、R2接收器裝置是與電子線(xiàn)路的相關(guān)記錄裝置精密聯(lián)結(jié)的。

圖1 聲波測(cè)井測(cè)量原理圖

由T超聲波發(fā)射器所發(fā)射出來(lái)的聲脈沖通過(guò)泥漿傳輸?shù)骄诒韺樱驗(yàn)槁暡ㄔ谀酀{中傳播速度v低于聲波于井壁巖層傳播的速度，所以聲波射線(xiàn)在依照臨界角度發(fā)射到井壁的時(shí)候，也就是沿著井壁表層滑行，這個(gè)時(shí)候產(chǎn)生的折射波就會(huì)穿過(guò)泥漿到達(dá)外部接收器。如果聲波發(fā)射器裝置和聲波接收器裝置彼此的距離射程高于折射波盲區(qū)所覆蓋的范圍，就需要利用記錄裝置把最初到達(dá)的折射波錄出。

把聲波到達(dá)R1、R2接收器裝置的通過(guò)時(shí)間長(zhǎng)各自記為t1、t2，那么就會(huì)得到：

由于R1、R2接收器裝置彼此間的距離長(zhǎng)△L通常約為0.5m，那么在這個(gè)范圍之內(nèi)的所測(cè)的井的直徑是可以當(dāng)作穩(wěn)定不變的。那么CD和EE相等而，L的變化幅度也是和DE、BE-BC是相等的，此時(shí)我們可知：

上述公式中的t的變化量指的是折射波在初次抵達(dá)R1、R2接收器裝置的初時(shí)間差(可以觀察圖1)，而△L雖然表示變化量，但此處只是一個(gè)常量。那么我們能夠得出，在時(shí)間差t的范圍內(nèi)折射波滑行并傳過(guò)井壁巖石層厚度與R1、R2接收器裝置間的距離是一致的。圖1中的曲線(xiàn)的時(shí)間差c越小，則與之對(duì)應(yīng)的巖層的聲波傳播速度V就會(huì)更大。常量L以m作為計(jì)量單位，時(shí)間差t將μm作為計(jì)量單位，那么由第三個(gè)公式能夠得出算出

2.2 聲速測(cè)井技術(shù)的實(shí)際操作分析

在野外測(cè)井的實(shí)際操作中，聲速測(cè)井需要在無(wú)金屬套管以及存在井液的孔段進(jìn)行相關(guān)測(cè)試工作。一般而言，聲速測(cè)井技術(shù)的操作是在各個(gè)測(cè)試段的孔中做單孔法測(cè)試操作。通常設(shè)定為0.2米或者是0.5米的測(cè)點(diǎn)距離，然后再使用上發(fā)射聲波下接收聲波的一雙收發(fā)一體的雙探頭裝置。

3 聲速測(cè)井技術(shù)在的實(shí)際工作中的應(yīng)用分析

3.1 能夠?qū)Φ貙訋r性進(jìn)行有效劃分

因?yàn)槊恳环N形式的巖石自身都有著獨(dú)特的聲波傳播速度，聲波的傳播速度涉及到巖石和密度和彈性，按照聲速測(cè)井曲線(xiàn)函數(shù)，能夠?qū)⒍喾N形式的巖石的地層進(jìn)行科學(xué)的劃分，而且還能通過(guò)該曲線(xiàn)函數(shù)進(jìn)行地層的比對(duì)。如果其他的測(cè)井技術(shù)無(wú)法取得較好的標(biāo)準(zhǔn)地層時(shí)，此時(shí)就能夠通過(guò)聲波測(cè)井曲線(xiàn)及其函數(shù)順利完成。例如，當(dāng)處于碳酸鹽剖面的時(shí)候，灰?guī)r及其自巖的聲波傳播速度非常大，但是傳播時(shí)差卻很小，其次聲波在泥灰?guī)r的傳播速度很小，然而傳播時(shí)差曲線(xiàn)值卻表現(xiàn)的非常高。另外，位于砂泥巖剖面的砂巖的聲波傳播速度大于泥巖。

3.2 獲取巖體完整性系數(shù)

在巖層中的聲波傳播速度通常都會(huì)受到巖石的密度控制，而且如果巖體密度大的巖石，其聲波傳播速度也會(huì)非常大，并且傳播時(shí)差也很小。而針對(duì)構(gòu)成成分一樣的巖石，巖體密度和孔隙度之間存在數(shù)值函數(shù)，所以能夠依照聲速測(cè)井的數(shù)據(jù)計(jì)算出巖石孔隙度。

一般而言，較為完整、科學(xué)的工程巖體做分級(jí)，能夠讓設(shè)計(jì)施工人員充分認(rèn)識(shí)到對(duì)工程巖體的基本特性，同時(shí)還能達(dá)成人員之間的一致認(rèn)識(shí)，這樣就能夠使得工程測(cè)井施工提供較為科學(xué)有效的施工方法和工藝。此外巖體一般都是非常復(fù)雜的，按照現(xiàn)有的鉆孔資料僅僅是定性的描述巖體而已，并不能做定量性的評(píng)價(jià)指標(biāo)，這也就說(shuō)明了巖體等級(jí)的劃分工作并沒(méi)有做到有據(jù)可循，存在主觀性。通過(guò)聲波測(cè)井資料就能夠有效的明確巖體完整性系數(shù)，從而使得隧道圍巖分級(jí)獲得定量評(píng)級(jí)數(shù)據(jù)支持。

除此之外，聲速測(cè)井曲線(xiàn)及其函數(shù)變化能夠有效的反映巖體破碎以及巖體節(jié)理裂隙發(fā)育程度。通常而言，聲速測(cè)井曲線(xiàn)及其函數(shù)值的變化有較大的幅度，巖體會(huì)表現(xiàn)出鋸齒狀或者跳躍狀等，而且聲速的高、低值會(huì)交替呈現(xiàn)，然而聲速的平均值非常低，導(dǎo)致聲速“低值異?！睅У某霈F(xiàn)。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所訴，聲速測(cè)井在地質(zhì)勘察工作其他工程領(lǐng)域中，能夠協(xié)助工作人員獲取詳細(xì)準(zhǔn)確的地質(zhì)資料。此外聲速測(cè)井技術(shù)既能夠準(zhǔn)確判別巖層，還能夠?qū)r層做定性、定量以及斷層位置的評(píng)定和描述，準(zhǔn)確的進(jìn)行地層的劃分和對(duì)比，得到地層的孔隙度的相關(guān)數(shù)據(jù)，從而指導(dǎo)巖石強(qiáng)度參數(shù)。文章相關(guān)分析對(duì)目前的地質(zhì)勘測(cè)工作有相關(guān)的借鑒意義，隨著聲速測(cè)井技術(shù)的發(fā)展和完善，將會(huì)充分的推動(dòng)我國(guó)當(dāng)前的地質(zhì)勘測(cè)的工作質(zhì)量，促進(jìn)勘測(cè)事業(yè)的發(fā)展。

[1]張利.聲速測(cè)井技術(shù)在加格斯臺(tái)煤礦普查中的應(yīng)用[J]現(xiàn)代礦業(yè)，2016(10)：121-122.

[2]馮彥謙.聲速測(cè)井技術(shù)在工程勘察中的應(yīng)用研究[J]化學(xué)工程與裝備，2010(11)：71-73.

[3]彭化偉.黃銳.聲速測(cè)井技術(shù)方法和應(yīng)用[J]黑龍江水利科技，2010，38(6):90-91.

P631.81 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1009-5624（2018）02-0058-02