基于聲波測井資料對巖石彈性模量的預測計算

丁鵬程

(安徽理工大學 地球與環境學院，安徽 淮南 232001)

1 引言

巖石彈性模量是巖石力學參數中一種極為重要的彈性參數，又被稱為彈性系數。主要是指巖石受到應力作用時，在巖石的彈性范圍內，其應力與應變的比值，可以反映巖石受多大應力時會發生變形。巖石的彈性參數在礦山工程穩定性建設及生產應用過程中，是不可忽視的一個參數。本文利用聲波測井資料與巖石彈性模量的相關性，來對巖石的彈性模量進行計算預測[1～4]。

2 聲波測井

聲波測井是最常規的測井技術之一，在測井工作的研究中有重大作用，往往可以應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。聲波測井技術就是根據不同介質中表現出的差異性聲學特性，來對地質剖面進行研究。在進行聲波測井作業時，通過電纜往井里下放聲波測井探頭，聲波測井彈頭具有發射和接收聲波的功能，聲波測井就是記錄從發射探頭經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力作用下 ,可以看作是一種彈性體。根據彈性波理論，巖石的彈性模量參數和聲波在巖石上的傳播速度呈線性關系，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。由于聲波時差測井測得數據是縱波時差，橫波時差值根據以下公式(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

采用重慶地質儀器廠生產的JGS-1B測井系統，在蘇北某地區進行聲波測井工作。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，然后根據聲波時差測井測得巖石樣本對應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為對應的參數值。

聲波測井容易受到外界因素的影響，采集到的數據在一定程度上會存在誤差，所以需要對采集到的數據進行校正處理，提高數據的準確性。校正后計算的數據如表2所示。

對表2進行觀察可發現，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。根據表2數據，將校正后彈性模量數值與實驗室得到的彈性模量數值進行對比，得得對比圖如圖2所示。可以看到數據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,，兩者的曲線形態比較相近[7,8]。

表1 相關參數值

表2 數據校正前后彈性模量與實驗結果對比

圖2 彈性模量對比

5 結語

本文根據聲波測井資料對巖石彈性模量參數進行計算，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進行預測計算是可行的，且結果可靠。在應用此方法時，要注重測井數據資料采集的環節，保證采集工作順利進行。同時采集到測井數據資料要經過數據校正處理，保證數據資料的準確性。