用声波速度预测岩石单轴抗压强度的试验研究.

文章编号 1000-2643(1999 02-0013-03

用声波速度预测岩石单轴抗压

强度的试验研究

Ξ

燕静 1, 李祖奎 1, 李春城 1, 赵秀菊 1, 翟应虎 2, 王克雄 2

(1. 胜利石油管理局钻井工艺研究院 , 山东东营 257017; 2. 石油大学 (北京

摘要声波速度是一项较好反映地层岩石综合物理性质的声学指标 , 被广泛应用于石油勘探开发工程的各个专业技术领域。在扼要叙述室内测定岩石声波速度、单轴抗压强度试验方法的基础上 , 重点介绍了利用回归分析方法 , 研究声波速度与岩石单轴抗压强度相关关系、定性定量结论。在综合分析研究的基础上 , 单轴抗压强度的数学模型及其预测剖面。 , 的应用前景。

主题词 ; 中图分类号 TE21文献标识码 A

引言

声波是物质运动的一种形式 , 它由物质的机械运动而产生 , 通过质点间的相互作用将振动由近及远地传播。对于声波测井发射的声波来说 , 井下岩石可以认为是弹性介质 , 在声振动作用下能产生弹性形变 , 所以岩石既能传播质点运动方向与传播方向平行的纵波 , 又能传播质点运动方向与传播方向垂直的横波。国外的一些研究已经表明 , 声波在岩石中的传播速度与岩石的硬度、抗压强度存在着较好的相关关系 [1,2]。另外从测井资料分析中也可以看出 , 声波速度与地层的岩性、岩石结构、埋深和地质年代也有密切的关系。因而声波在岩石中的传播速度是一种较好反映岩石综合物理性质的有价资料。

岩石单轴抗压强度作为材料的一种力学特性 , 反映了岩石受外力作用被破坏的主要指标 , 成为石油钻井工程中钻头设计、选型的基础数据。如何将反映岩石综

合物理性质的有价资料—声波速度与代表岩石力学特性的地层因素—岩石单轴抗压强度有机联系起来 , 用其预测岩石单轴抗压强度 , 做好两学

科交叉研究 , 已引起工程界有关人士的广泛关注与

普遍兴趣。

1室内试验方法简介

为达到上述目的 , 我们选取东营凹陷中央隆起带不同地层的岩样 75块 , 对其进行了岩石单轴抗压强度与岩石声波传播速度测定试验。试验方法简介如下。 1. 1岩石单轴抗压强度测定及数据处理方法

采用我国水电部《水利水电工程岩石试验规程》 (DLJ 204— 81, PLJ 2— 81 介绍的通用标准试验方法 , 按照水电部标准中 G304— 81, G305— 81规定细则 , 在300kN 万能材料试验机上测定地层岩样的岩石单轴抗压强度σc 。具体测定方法 :将制好的外径为 25. 4mm 、长径比大于 1的试样 , 置于万能材料试验机下承压板上并居中 , 启动材料试验机 , 按 0. 1MPa/min 加载速率对岩样施加轴向载荷直至破碎 ,

记录单块岩样破碎时的峰值载荷值 , 按σc =P/A 计算其强度值 , 取 n 块岩样σc 的均值作为该种岩样的单轴抗压强度代表值。

第 21卷第 2期西南石油学院学报

Vol. 21 No. 2

Ξ1998— 09— 01收稿

基金项目:“ 八・五” 部级重点科研项目续研内容

作者简介 :燕静 (1970—

, 女 (汉族 , 山西人 , 助理工程师 , 从事破岩机理试验研究工作

1. 2岩石声波速度测定及数据处理方法

用带有纵波探头、横波探头的 NM — 3B 非金属超声检测分析仪测量岩石的纵波速度与横波速度。测定方法为 :将被测岩样放在具有压电晶体的两个探头之间 , 其中一个探头作为重复式脉冲声波源 , 另一个探头作为脉冲接收器 , 接收后的脉冲通过微型计算机处理 , 将其显示在屏幕上。若岩样长度为 l , 则声波通过该岩样的传播速度 V 可由 V =l/T 计算得出 , 每块岩样重复测量 n 次以上 , 取其算术平均值作为该种地层岩样地面声波传播速度的代表值。

2室内实验数据的分析处理

为寻找岩石单轴抗压强度与声波传播速度之间的相关关系 ,

析处理 ,

2. 1

失真因素外 , 岩性是对实验数据处理有较大影响的另一主要因素。为此我们在选择使用实验数据方面采用以下原则与方式 :(1 按岩性类型将全部试验数据归类划分为砂岩剖面、泥岩剖面进行处理。 (2 有根据舍去人为、岩石本身缺陷等因素造成的不真实数据点。 (3 同类岩性剖面的纵波传播速度与岩石单轴抗压强度进行相关性分析。

2. 2实验数据的处理方法

应用数理统计方法 , 对上述两类岩性剖面的实验数据分别采用一元线性及幂函数、对数、指数、多项式等 5种数学模型进行回归分析处理 [3]。为使数据处

理获取的数学模型真正有代表性及应用价值 , , 在回归、标。取上述三。

2. 3数据处理分析结果

数据处理分析是手段 , 获取有用的结果才是目的 , 本项实验数据处理分析的结果见表 1。

表 1单轴抗压强度与纵波速度回归分析结果

岩性剖面回归方程相关系数标准差 F 检验值砂直线回归σc =0. 0166V p +0. 06480. 95086. 4275. 5岩幂函数回归σc =0. 0335V p 0. 90830. 890410. 229剖对数回归σc =45. 934ln (V p -314. 230. 89789. 1433. 23

面指数回归σc =17. 227exp (0. 0003V p

0. 91137. 8652

多项式σc =2×10-6(V p 2 +0. 0063V p +14. 2640. 95666. 4737. 7泥直线σc =0. 0202V p -15. 3910. 98082. 89177. 3岩幂函数σc =0. 0001V p -1. 59160. 96803. 2195. 5剖对数σc =43. 44ln (V p -303. 460. 96673. 79100面指数σc =5. 3428exp (0. 0007V p 0. 95714. 287. 2多项式σc =2×10-6(V p 2 +0. 0089V p -3. 35040. 98302. 9485. 9

由表 1可以看出 , 在纵波速度与岩石单轴抗压强度的 5种回归分析结果

中 , 直线回归方程的综合指数最高 , 其相关系数分别为 0. 9508和 0. 9808, 大于相同统计量α=0. 01的临界检验值 0. 708和 0. 735, 其 F 检验值分别为 75和 177. 3, 也大于相同统计量α=0. 01的 F 检验值 10和 10. 6多倍。由此可以得出 , 回归方程的