岩石声波时差与钻速的关系及其应用初探

声波测试技术在评价爆破震动对岩体的影响中的应用黄来源;李雪峰;李远强;陈伟;李军辉【摘要】在抽水蓄能电站上水库盆的岩体开挖过程中，通常采用工程爆破的技术手段。

爆破施工中要尽可能减小爆破震动对上水库盆的影响，控制岩体松动破坏的范围，为下一步防渗工程的实施奠定基础。

如何在提高工程施工效率的同时严格控制爆破震动对岩体产生影响，需要通过各种监测手段和技术方法来监测、分析和评价爆破施工对岩体的影响范围，然后来指导爆破施工。

本文通过具体工程案例，介绍了施工前或施工后通过声波测试的实际应用，来评价爆破震动对周围岩体的影响，并圈定具体影响范围。

%In the process of rock excavation on reservoir basin of the pumped-storage power station, blasting technology is usually adopted. For further implementation of the seepage control project, we must minimize the blasting vibration on reservoir basin during the blasting construction and controlling the inlfuence of the scope of rock loose damage. For improving construction efifciency and strictly controlling impact of blasting vibration on rock, it needs to monitor tools and techniques through a variety of methods to monitor, analyze and evaluate the impact of blasting on rock mass range, and then to guide the blasting. This paper describes the speciifc case of the construction project before or after construction through the practical application of acoustic test, to evaluate the blasting vibration impact on the surrounding rock, and to delineate the speciifc inlfuence.【期刊名称】《城市地质》【年(卷),期】2015(000)001【总页数】4页(P52-55)【关键词】爆破;震动;声波测试;评价【作者】黄来源;李雪峰;李远强;陈伟;李军辉【作者单位】北京市地质研究所，北京 100120; 中国科技大学，北京 100083;中国水电顾问集团北京勘测设计研究院，北京 100024;北京市地质研究所，北京100120;北京市地质研究所，北京 100120;北京市地质研究所，北京 100120【正文语种】中文【中图分类】P631近年来中国抽水蓄能电站的发展迅速。

玄武岩声波时差1. 简介玄武岩是一种常见的火山岩石，具有较高的密度和硬度。

声波时差是指声波在不同介质中传播时，由于介质密度和弹性模量的变化而导致的传播速度变化所引起的时间差。

本文将探讨玄武岩中声波的传播特性以及相关的时差现象。

2. 玄武岩的特性玄武岩是一种含有较多镁铁质成分的火山喷发产物，主要由斜方辉石和钙长石组成。

其相对密度较高，通常在2.6-3.0之间。

同时，玄武岩具有较高的硬度，一般在5-6之间。

3. 声波在玄武岩中的传播声波是一种机械波，需要介质作为媒介才能传播。

当声波遇到两个不同介质界面时，会发生折射和反射现象。

对于玄武岩这样的固体介质来说，声波主要通过颗粒间的振动来传播。

在玄武岩中，声波的传播速度取决于介质的密度和弹性模量。

由于玄武岩的相对密度较高，而且具有较高的硬度，导致声波在其中传播时速度相对较快。

此外，玄武岩中颗粒间的振动也会导致声波的散射和衰减。

4. 玄武岩声波时差现象当声波从一个介质传播到另一个介质时，由于介质特性的不同，会引起传播速度的变化，从而产生时差现象。

在玄武岩中，由于其密度和弹性模量与周围环境不同，声波传播速度也会发生变化。

玄武岩中声波时差主要表现为两个方面：折射和反射。

4.1 折射时差当声波从一个介质斜入射到另一个介质时，会发生折射现象。

根据斯涅尔定律，入射角、折射角以及两个介质中的传播速度之间存在关系：n1 * sin(θ1) = n2 * sin(θ2)其中，n1和n2分别为两个介质的折射率，θ1和θ2分别为入射角和折射角。

在玄武岩中，由于其特殊的物理特性，声波在传播过程中会发生频繁的折射。

这种折射现象导致了声波传播路径的曲线变化，从而产生了时差。

4.2 反射时差当声波遇到介质界面时，部分能量会被反射回原介质中。

反射时差是指由于反射现象而引起的时间延迟。

在玄武岩中，声波与界面发生反射时，会受到界面形状、入射角度等因素的影响。

这些因素导致了反射声波与入射声波之间存在一定的时间差。

岩石工程中的声学技术岩石工程是一门涉及岩石矿物、岩土力学、地下水流等多学科交叉融合的专业。

其中，在岩石工程的钻探、爆破等工艺中，声学技术被广泛应用。

本文将围绕岩石工程中的声学技术展开论述。

一、声波在岩石中的传播在岩石工程中，声学技术常常用于地质勘探、爆破等环节。

因此，了解声波在岩石中的传播原理对于应用声学技术也是非常必要的。

声波在岩石中的传播受到岩石性质的限制，其传播速度与岩石的含水率、密度、泊松比等因素有关。

通常情况下，岩石中传播速度越高，则其密度越大、含水率越低、泊松比越小。

除了传播速度，声波在岩石中传播还受到反射、折射、衍射等现象的影响。

因此，在应用声学技术时，需要充分考虑以上因素对声波的影响。

二、声学技术在地质勘探中的应用在地质勘探中，声学技术被广泛应用于勘探岩层厚度、岩性、裂隙等信息。

最常用的声学技术是隆起波法。

隆起波法利用声波在不同介质间传播时发生的反射和折射现象，通过测量声波的传播时间、幅值、频率等参数，计算物质的密度、泊松比等物理特性。

此外，隆起波法还可以用于岩层裂隙的检测。

当声波传播到含有裂隙的岩层时，一部分声波会进入裂隙中而发生衍射等现象，从而导致反射延迟或衰减。

通过对衰减程度和反射延迟的测量，可以计算出裂隙的深度、宽度等参数。

三、声学技术在爆破中的应用在岩石工程中，爆破是一种常见的开采建筑材料和挖掘隧道的方法。

而在爆破过程中，声学技术可以用于爆破效果的监测和评估。

监测爆破效果主要是通过声波的传播和反射来实现的。

爆破后，岩石表面会产生一些微小的裂缝和空洞，使声波的传播速度和反射符号发生变化。

通过测量爆破前后岩石中声波的传播时间、幅值、反射强度等参数，可以推断爆破后岩石的裂缝分布、空洞大小等信息，从而评估爆破效果。

除了监测爆破效果，声学技术还可以用于爆破安全控制。

爆破时，声波会产生振动和冲击效应，如果振幅过大，则有可能引发坍塌和地面沉降等安全事故。

在这种情况下，可以通过测量声波的传播速度和振幅，调整爆破参数，以保证爆破的安全性和效果。

声波时差资料在页岩成熟度预测中的应用
孟江辉;潘仁芳;宋换新;金吉能
【期刊名称】《石油天然气学报》
【年(卷),期】2013(035)011
【摘要】通过大量实测数据分析发现,镜质体反射率(R.)与声波时差(△t)之间存在较理想的反线性关系.以松辽盆地古龙凹陷下白垩统青山口组(K2 qs)和东营凹陷古近系沙河街组沙四下亚段(Es})泥质页岩为例,根据实测R.和△t建立了R.的预测模型.最终预测的R.与实测R.较为相符,展示了较好的应用效果.
【总页数】4页(P81-84)
【作者】孟江辉;潘仁芳;宋换新;金吉能
【作者单位】非常规油气湖北省协同创新中心(长江大学)长江大学地球科学学院,湖北武汉430100;非常规油气湖北省协同创新中心(长江大学)长江大学地球科学学院,湖北武汉430100;菲常规油气湖北省协同创新中心(长江大学),湖北武汉430100;长江大学地球科学学院,湖北武汉430100
【正文语种】中文
【中图分类】P631.84
【相关文献】
1.测井资料在优质页岩气储层识别中的应用——以鄂尔多斯盆地东南部长7段黑色页岩为例
2.气体钻井中泥页岩地层声波时差的实验研究
3.声波时差测井在岩石
可钻性预测中的应用4.声波时差资料在天然气综合扩散系数预测中的应用5.地震反演预测页岩有机质成熟度的研究
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岩石声波测试实验心得体会在进行岩石声波测试实验的过程中，我深刻认识到了岩石声波测试的重要性和应用价值。

此次实验中，我对岩石声波测试的基本原理、实验步骤以及数据处理方法有了更深入的了解，并且体会到了实验中的困难与挑战。

首先，岩石声波测试是一种通过声波传播特性来对岩石进行测试和分析的方法。

通过观察声波在岩石中的传播速度、衰减特性以及反射和折射等现象，可以获取岩石的物理性质和结构信息。

这对于地质勘探、地下工程和岩石力学等领域具有重要的应用价值。

实验的第一步是制备岩石样本。

为了保证实验的可靠性和准确性，我们需要根据实际需求选择代表性的岩石样本，并进行样本的制备和处理。

在此次实验中，我们选择了花岗岩和砂岩两种常见的岩石类型作为研究对象。

通过使用岩石样本切割机和研磨机进行样本的制备，保证了样本的平整度和精度。

第二步是进行实验装置的调试和校准。

岩石声波测试使用的是声波传感器和信号发生器等设备。

在实验之前，我们需要对这些设备进行调试和校准，以确保实验的准确性和可靠性。

调试过程中，我们发现设备之间的连接和传输存在一定的问题，需要进行排除和修复。

同时，还需要校准设备的标定值，以便于后续实验中数据的准确计算和分析。

第三步是进行实验数据的采集和记录。

在实验过程中，我们设置了不同的声波频率和强度，并记录了声波在岩石中的传播时间和幅度。

为了保证实验的可靠性，我们对每组数据进行了三次重复测量，并计算了平均数和标准差。

通过对实验数据的分析，我们发现声波传播速度和幅度与岩石类型和结构密切相关。

第四步是对实验数据进行处理和分析。

在实验数据的处理过程中，我们使用了图表和数学模型来描述声波在岩石中的传播特性。

通过对实验数据的分析，我们可以计算出岩石的声波传播速度、衰减系数和反射系数等参数。

这些参数对于岩石的物理性质和结构信息具有重要的意义。

通过此次实验，我深刻体会到了岩石声波测试的重要性和应用价值。

岩石声波测试可以帮助我们了解地下岩石的物理性质和结构信息，为地质勘探、地下工程和岩石力学等领域提供有力的支持。

利用声波时差预测岩石可钻性新方法
刘卫东
【期刊名称】《钻采工艺》
【年(卷),期】1995(018)002
【摘要】本文在弹性力学原理的基础上，通过室内实验，提出了利用测井资料中的声波时差预测岩石可钻性的新方法。

该方法优于常规方法，经现场验证，认为是可行的，可节约大量的资金，具有很大的经济效益。

【总页数】3页(P1-3)
【作者】刘卫东
【作者单位】无
【正文语种】中文
【中图分类】TE21
【相关文献】
1.声波时差测井在岩石可钻性预测中的应用 [J], 王忠福;孟金城;张志邦
2.利用声波时差检测地层孔隙压力的新方法 [J], 梁红军;樊洪海
3.利用声波时差资料确定岩石可钻性的研究 [J], 邹德永;陈永红
4.中原油田岩石可钻性与声波时差关系研究 [J], 张召平;翁行芳
5.岩石声波时差与岩石可钻性的关系及其应用 [J], 杨进;郑权方
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声 波 时 差 间 接 确定 地 层 的力 学 性 质 是 石 油 行 业 中 的研 究
声波时 燕Ｉ ，－ ｐｓｍ
图１ 岩 石可 钻性 与声 波 时差 的统 计 关系
重点 ，但 是声波 时差是 岩石 力学性 质 的动 力学 响应参
数 ，岩 石 的 声 波 时差 在很 大 程 度 上 受 到 泥 质 含 量 、矿 物 成 分 、埋 藏 深 度 等 因 素 的影 响 ，因此 必 须 寻 找 一 种新 的 厅法 解 决 这一 问题 。
讲 ，利用测井资料的声 波时差可 以建立地层 的可钻性剖 面。其实现方法如下 ：在室 内利用可钻性测定仪确定地 层 岩石 的可钻性级值 ，结合测井资料 中的声波时差进行
信 息系统 工程 Ｉ２ ｌ ．． ０ １ ２ ９０
９ ７
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Ｅ ＸＣＨＡＮ ＸＰ Ｉ Ｅ Ｅ 经 验 交 流 ＧＥ ＯＦＥ Ｅ￣ ＮＣ ｄ
（ ４）岩石埋深 和地质年代 ：正常情况下 ，随埋深 的增加 和年代 的久远 ，岩石压实程度不断增加 ，可钻性
变差 ，声波时差 随之下降。
根据 以上分析可知 ，岩石声波时差能够体现岩石的
可钻性 。因而 ，可以运用声波时差曲线进行岩石可钻性
预测 ，但仅用它作为岩石可钻性预测 的唯一变量可能会
造成 同一声波时差曲线对地层岩石可钻性多解的情况 ， 因此 ，还必须辅 以其他测井资料 ，即基于测井参 数预测
岩 石 可钻 性 。
机 的 ，它们不能反映层间以及整个井剖面岩石可钻性变
化 情 况 ，不 能 够 建立 起 岩 石 可 钻 性 连续 的变 化 剖 面 另 一
方 面 ，井下 的岩层 与试样 的岩心是有区别 的；此外 ，建
立地区岩石可钻性剖 面需要进行大量 的岩石性质测定 实 验 ，这将花费大量 的人力和资金。基 于以上不足 ，所 以

来 了巨大 困难和不 可预 测 的风 险 。在钻 井施 工 中 ， 如果 能预 测 、 计算 出整 个 区块 的抗 钻 特性 剖 面 图 ， 时根 据 同 地层 可钻性 剖面优 选钻 头 ， 于科学 打井 、 高钻速 、 对 提 减 小风 险 、 节约成 本具 有重 要意 义 。
ｐＬ１ — ）一￡ ｐ＋） ２］ 一 （ １ Ｊ △ ｚ ＿ （ ｛
４ ４
西部探矿工程
２１ 年第 １ 期 ００ １
决于岩石的密度 、 氏模量、 杨 泊松 比、 剪切模量 、 体积模 量等 岩石 的弹性 常数 ， 而这些 都是岩 石形 变 、 张 、 剪 抗 抗 及抗压性质 的重要物理力学参数。国外研究 已经表明 声波在岩石 中的传播速度与岩石硬度 、 抗压强度存在较 好的相关关系； 此外在测井 资料 中也可以看 出， 声波的 传播 速度与 地层 的岩性 、 岩石 结 构 、 层埋 藏深 度 和 地 地 层地质年代有密切关系 ， 以声波速度是能较好地反映 所 岩石 的综合 物理性 质 的重 要参数 。 因此， 找到岩石声波时差与地层抗钻特性参数之间
的关系 ， 可依 此来 评价地层 的抗 钻特 性 。 就 １２ 地 层抗钻 特性 参数预 测模型 的建 立 ． １２ １ 通过室 内试 验测取 岩芯岩 石力 学参数 ［ ．． ５ ｊ
我们 收集 塔里 木油 田塔 中区块 的测井 和 录并 资料 ，
选取 １ 块不同深度 、 １ 不同层位、 不同岩性等具有广泛代 表性 的岩芯， 在实验室内分别测定 了它们的 Ｐ Ｃ钻头 Ｄ 可钻性、 牙轮钻头可钻性、 硬度 、 单轴抗压强度 、 研磨性 等特性参数 。岩石可钻性的测定采用室内微钻头试验 法， 硬度 的测定 用史 立 涅尔 圆柱压 人法 ， 压 强 度 的测 抗 定在 岩石抗 压抗 剪 试验 机 上进 行 。在牙 轮 钻 头 可钻 性 试验 中， 每块岩样取 ３ 个数据点 ， 计算其 可钻性级值。 对于 同一块岩样数据均采用几何平均法计算其可钻性 级值。在硬度测定过程中， 对每块岩样取 ３ 个点 ， ～５ 计 算硬度值， 亦用几何平均法得到其硬度值 。结果 见表

Biot系数非线性解释初探及其在井壁稳定性分析中的应用李忠平;周文;谢润成;邵晶【摘要】The Biot coefficient has an important application value on the drilling engineering & fracturing engineering.The equation, which is used for the log interpretation of Biot coefficient, is dependent on all-wave logging,so its spread is limited. Based on the results of core tests,taking the deformation mechanism of grain-rock and chemical crystallized rock,the interpretation method for Biot coefficient is presented utilizing the broad sense Usher model, and the profiles of rock mechanics and in-situ stress parameters calculated by this model are coincident with the drilling data based on the log data. That means, this model is valuable for spreading application.%Biot系数在钻井工程、压裂工程等方面具有重要应用价值,目前常用的测井解释Biot系数公式依赖于全波测井,推广性有限.考虑颗粒岩及结晶岩受力变形机制,在岩心试验测试结果的基础上,利用广义Usher模型建立起Biot系数解释方法.利用该模型,结合测井数据,计算得到单井岩石力学及地应力参数剖面,与实钻资料吻合情况良好,表明该Biot系数评价方法有一定的推广应用价值.【期刊名称】《石油钻采工艺》【年(卷),期】2012(034)001【总页数】4页(P39-42)【关键词】Biot系数;岩心试验;Usher模型;井壁稳定性;变形机制【作者】李忠平;周文;谢润成;邵晶【作者单位】成都理工大学能源学院,四川成都610059;中国石化西南油气分公司开发处,四川成都610016;成都理工大学能源学院,四川成都610059;青海油田采油一厂,青海海西洲816400;青海油田采油一厂,青海海西洲816400【正文语种】中文【中图分类】TE21Biot系数是描述岩石等多孔介质的一个非常重要的特性参数，是水力压裂设计、出砂预测、井眼轨迹优化设计以及井壁稳定性分析计算所需的关键参数［1］。

ＡＢ
ｆｌ ｌ
、 ｆ
＝
【 ．０ ＾ ．０ ５ ０一 ） ｅ （２ ００ ８ ＋００ ４ ｇ ］ ｇ １）
传 统 的 岩 石 可 钻 性 分 级 是 用 岩 芯 做 力 学 性 质 、 实钻 速 度 、微 钻 速度 或 碎 岩 比功 等 四种 试 验 来进 行 。用 岩 芯 做试 验 是直 接 的方 法 ，可 靠 性 比 较 高 ，但 是 ，取 岩 芯 不仅 费 用 高 ，而 且 不可 能连 续取芯 ，实现 起来 难度 较大 。
些 学 者 在 研 究 岩 石 力 学 时 ，发 现 声 波 测 井 （ 波 时 差 ）、密 度 测 井 与 岩 石 的 岩性 、弹 性 模 纵
一
接 牧 羹
量 有 着 密 切 关 系 ，利 用 测 井 资料 研 究岩 石 力 学 给 岩 石 可 钻 性 分级 。另 外 电阻 率测 井 、 中子 测 井 、 自然 咖 玛 、 自然 电位 测 井 也 与岩 石 可 钻 性 有 着 间 接 的关系 。
一 ３一 ３
井 仪 ，声 系 如 图 １ 示 ， 由 两 个 压 电 陶 瓷 发 射 器 所 （ 声源 ）Ｔ 、Ｔ 和 两 个 压 电陶 瓷 接 收 器 Ｒ１ １ ２ 、Ｒ２ 组成 。Ｔ１ 到Ｒ１ 的间距 称 为源 距 。Ｔｌ ２ 、Ｔ 轮流 发 射 声波 ；Ｔ１ 射后 ，Ｒ１ ２ 发 和Ｒ 分别 接 收 并经 首波 到 时 检 测 ，得 到纵 波 到 时ｔ１ ｔ１ ｌ 和 ２ 。在 图１ ，发 自Ｔ１ 中 的声 波 ，到达 Ｒ１ Ｒ 的传 播 路 径 分别 为 ＡＢ 和 和 ２ ＣＥ ＡＢ Ｆ Ｄ ，旅行 时间 （ 时 ）分 别为 ： 到
来 ，就 是 声波 测 井 。接 受 器 、 声源 统 称 为 声 系 ， 根 据 声 系 排列 尺 寸 的不 同 ，声 波 测井 仪 可 分 为 补 偿 测井 仪 （ ＨＣ）、长源 距 声波测 井仪 （ Ｓ ）和 Ｂ ＬＳ 阵列 声 波测 井 仪 。声 波 在 井 内地 层 中传 播 由于地 层 岩 石 成 分 、结 构 、 孔 隙 中流 体 成 分 的变 化 ，其 波速 、 幅度 甚 至 频 率 都会 发 生变 化 。只 记录 声波 速度 变 化 的称 为 声速测 井 （ ＡＣ），记录 声 幅变 化 的称 为 声幅 测 井 。声 波速 度 测 井 中短源 声系 仅 记 录纵 波 （ 即首 波 ）传 播 时差 ，长 源距 声系 可 记 录 纵 波 、横 波 、伪瑞 利 波 、斯 通 莱 波 等 各种 波 列 的 传 播 时差 ，所 以又 称 全 波 声 波 测 井 ，而 阵列 声 波 仪 由于 声 系 复杂 既 可记 录 纵 波 声速 ，又 可 记 录全 波 列声速 ，还 可记 录声 幅 。

声波-岩石物理状态实验研究主要进展研究者时间主要结果及结论岩体声波检测专题讨论会1982 ①中国电子学会应用声学学会检测声学组于1981年召开了“岩体声波检测专题讨论会”②会议提出“关于工程岩体(岩石)声学参数检测方法及其分级的建议”林睦曾1983 ①采用超声波测量了岩石中纵波速度随含水量的变化。

通过干燥和饱和岩石的分析，纵波速度之差异随孔隙率的增加而增加。

勘探工程1985 ①地质矿产部地质博物馆和水文、工程地质技术方法研究队协作进行岩心声波检测的试验研究工作，利用纵波速度进行钻探岩石分级、定级；又开始了横波速度检测，求取岩石动弹性力学参数，与岩石可钻性找相关关系。

颜玉定1989 ①用砂岩、凝灰岩、页岩三类岩石试件进行长时间的饱水,对声波参数波速、频率和幅值随饱水时间的变化进行研究,得出了水对岩石各动态参数的作用有物理,化学两种效应,以及两种效应均具有初期快速效应和长期缓慢效应的特点;波速，频率，幅值的值尽管初期效应时有增减,但长期的结果都比风干状态的值低。

林志仁1990 ①分析了热导率与纵、横波之间的相关关系;探讨了影响波速测试的几个主要因素;指出用超声检测技术测试岩石热导率是可行的。

陈达力1990 ①进行了岩石声波频谱分析，采用我们研究建立的岩石声谱分析宽带声测、数字处理微机系统和声谱测试技术,对七、八十块岩石试件进行声波频谱分析的初步试验成果②结果表明:不同岩石有不同频谱,它反映了岩石特性。

秦四清等1991 ①依据建立的岩石复合Q模型,探讨了品质因数Q 值与频率、饱水度及压力的关系②燥岩石Q值与频率无关;含水岩石Q 值与频率有关。

若施加频率远小于谐振频率,Q 值与频率弱相关③S 波衰减峰值发生在饱水度为100％时,而P波衰减峰值发生在饱水度为60％—90％范围内。

史哥等1993 ①干燥岩石中,纵波衰减比横波高;在被流体完全或部分饱和的岩石中,纵、横波的衰减均高于在干燥岩石中的衰减,横波的衰减的增加量比纵波大,并以复杂的方式依赖于饱和度②在饱和盐水的岩石中, 声波振幅随频率的增高而呈指数衰减。

同，破岩方式及对不同地层的破岩速度不 同，但是牙 轮 钻头 和 Ｐ Ｃ钻 头 的 可钻 性 是 紧 密 相 关 的 ，牙 轮 钻 Ｄ
依据图 １ 可建立牙轮钻头可钻性级值与声波时差
收稿 日期 ：２ ０ －２２ ０ ６０ －４
作者简介 ：下忠福 （９３一 ，男，黑龙江集贤人 ，高级工程师 ，大庆石油管理局钻探集团钻井生产技术服务公 司总工程师 ，副经理 。 １６ ）
牙轮钻头和 Ｐ Ｃ钻头的可钻性与声 波时差值之间的 Ｄ 相关数学模型。
图ｌ 、图 ２及式 （ ） １ 、式 （ ）模拟结 果表 明， ２ 岩石的可钻性级值 与声 波时差数据具有 良好 的相关 性 ，存在着较明显的函数关系，可以利用声波时差数 据求取岩石可钻性 ；所获得的相关公式能够满足现场 应用的精度要求。
维普资讯
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９ ４・
第２ ５卷
第 ３期
大庆石油地质与开发 Ｐ Ｇ Ｏ Ｄ Ｄ ．． ．．．
２０ ０ ６年 ６月
文章编号 ：１０ —７ ４ （０ ６ ３ ０ ４０ ０ ０３ ５ ２０ ）０ ． ９ －３ ０
声 波 时 差 测 井在 岩 石 可 钻 性 预 测 中的应 用
声波时差 ／（ ｓ ｍ ’ ・
固 ２Ｐ）钻 头可钻性与声波时差的关系 ｔ ｅ
值 之 间 的关 系 为 ｋ ｄ：一６ １０ｌｎ Ａ ）＋３．５ ．３ ｌ（ ｔ ８６２ （） １
其复相关系数达到 Ｒ ＝０７ ２１ ．８ 。
１ 岩石可钻性 与声波时差的相关性
对哈 ９区块部分岩心分别进行 了牙轮钻头的可钻 性及 Ｐ Ｃ钻头可钻性测试 ，图 １ Ｄ 、图 ２ 分别为依可钻
性数据利用式 （ ） 的关系来确定 Ｐ Ｃ钻头的可钻性 ３ Ｄ

利用声波测井数据分析地层可钻性刘明轶【摘要】地层可钻性级值是评价不同地层钻井中破岩难易程度的重要指标.室内实验表明,可钻性级值与纵波时差具有良好的相关性,利用测井数据可以分析地层可钻性随井深的变化规律,也可对区域可钻性做出合理预测.因此,总结了国内对地层可钻性与声波时差规律的研究成果,并通过综合分析,建立了地层可钻性与纵波时差的自然对数值之间的线性关系,以及PDC钻头可钻性与牙轮钻头可钻性之间的幂函数关系.根据建立的关系式,可利用声波时差测井数据计算采用不同钻头钻井时地层的可钻性,有助于钻头选型及钻井工作的开展.【期刊名称】《内蒙古石油化工》【年(卷),期】2012(038)024【总页数】2页(P56-57)【关键词】可钻性;声波时差;牙轮钻头;PDC钻头【作者】刘明轶【作者单位】胜利油田有限公司现河采油厂,山东东营257000【正文语种】中文【中图分类】P631.8+1在油气钻井工程中,地层可钻性评价是分析机械钻速、进行钻头选型的重要指标之一,其评价方法有实验方法、钻速反推方法、声波时差计算法、岩屑硬度法等多种。

在可钻性的表示方面,我国采用岩心微钻法进行研究,记录钻深 2.4mm所耗时间,换算成以2为底的对数来表示可钻性,称为可钻性级值。

1987年原石油工业部召开了全国岩石可钻性研究成果鉴定会,将岩石按可钻性级值划分为 10级,从此我国石油钻井界正式采用微钻法来测定岩石可钻性[1]。

可钻性的测定虽然是以室内微钻实验为基础的,但微钻实验法由于受各种原因限制,存在一些问题,如不能反应地下实际温度压力情况、难以建立连续剖面、耗费较大人力物力等,因此,国内外石油工作者开展研究,利用测井解释、现场岩屑分析等方法来研究地层可钻性。

目前在工程中应用最多的是采用测井资料中的声波时差数据建立地层可钻性剖面。

1 声波时差数据分析地层可钻性方法钻井中的测井数据能够反应地层各种性质的变化,其中声波时差测井测量声波在地层中的传播速度,间接反应地层强度、弹性模量、泊松比等力学性质,并且声波时差测井资料来源广泛,受井下环境影响较小,因此在石油工程中得到了广泛应用。

- 114 -工 程 技 术0 引言随着经济的发展，重难点项目逐渐增多，对工程勘察提出了更高的要求。

传统的勘察方法以钻探为主，通过钻探岩芯直接判断地层的工程地质特征。

岩芯的质量受到多种因素的影响，如机械设备、钻机机长技术、钻探工艺等，在复杂地层时常无法取芯或者采取率低，无法准确推断地层地质情况。

声波测井属于地震勘探方法的范畴[1]，同时也属于原位测试技术，其方法主要是通过测试岩体波速与深度关系曲线中的异常变化来判别岩体结构面的发育情况[2]。

王献[3]通过钻孔测试表明声波测井测试可以获得钻孔深度范围内各种岩体平均纵波波速，结合室内岩石试验测得岩块平均纵波波速，可计算得到岩体完整性指数，即可判断岩体的完整程度，为围岩分级提供依据。

该文列举了某工程项目实例，为探明桥梁桩基区域工程地质条件，采用了钻探取芯和声波时差测井综合勘察技术，分析深度-波速曲线异常变化，并与钻探岩芯进行对比，综合勘察提高了勘察的准确性，保证了工程质量。

1 声波时差测井原理一发双收声波时差测井原理示意图见图1。

探头由3个部分组成，分别为声波发射装置 T 和接收装置 R 1，R 2。

发射装置T 将接收到的地上设备通过电缆传输的脉冲电信号转化为声波脉冲信号，声波经泥浆传播至井壁。

由于在泥浆中声波的波速V 1 小于井壁岩层声波的波速V 2，根据折射波原理，当声波以临界角入射到井壁时，会有沿井壁岩层滑行的折射波，在滑行的过程也会有折射波传入泥浆中，被接收器感应到，所以R 1接收到的声波传播路径为ABCD，R 2接收到的声波传播路径为ABEF。

由于V 2>V 1 ，初至波为该滑行的折射波，2个接收器分别接收不同滑行距离的声波，通过拾取接收信号的初至时间，可读出折射波旅行时间。

L 1为第一个接收装置与发射装置的距离，L 2为2个接收装置之间的距离。

t AB CD V BCV 112（1）t AB EF V BEV 212（2）其中t 1，t 2和分别为声波到达 R 1和 R 2的旅行时间。

关 键 词 ： 石 可钻 性 ； 声 波 时差 ； 中原 油 田 岩 中图 分 类 号 ：Ｔ ２ Ｅ １ 文 献标 识 码 ：Ａ 文 章编 号 ：１ ０ — ８ ０ （ ０ ６ ６０ １ － ３ ０ １０ ９ ２ ０ ）０ — ０ １ ０
目前 ，油 藏 地 层 可 钻 性 的 研 究 方 法 是 以大 量 岩
厂 ———— ——— 一
／ （一 ∑ ） ，
Ｓ
： ：
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（ ２）
数 据相 对误 差 ：
Ｃ
Ｖ 一 × １ ００
ｔ
（ ３）
可钻性 级 值 ：
Ｋｄ ｌ ｇ２ ＝ ｏ ｔ （ ４）
和测 井声 波速度 之 间 的对应关 系 式 ，利用 声 波时差 确 定岩 石可 钻性 的计算 模 式 ，寻找 一种 利用 常规 测井 的
应 用基 础 研 究项 目 （ 号 ：０ Ａ２ ３ １ 资 助 编 ５ ００ ） 作 者 简 介 ： 张 召平 （９ ０ ） 男 ，１ ８ １６ 一 ， ９ ３年 毕 业 于华 东 石 油 学
院 钻 井 工程 专 业 ，教 授 级 高 工 。 联 系 电话 ： （ １ ）田 的大 量岩 心 ，采 用 常 规 岩石 力 学测 试 方 法 测 定 了岩 石 的 可 钻 性 、声 波测 试 方 法 测 定 了岩 石
和岩 屑 声 波 时 差 ，通过 对 测 得 的 岩 石 可钻 性 级 值 和 声 波 时 差 进 行 回 归 拟 合 ，得 出 了中 原 油 田 岩 石 可钻 性 与 声 波 时差 的 关 系式 。 现 场 应 用 表 明 ，该 关 系 式较 好 地 反 映 了 中原 油 田 地 层 岩 石 可钻 性 与 声 波 时 差 的 关 系 ， 可 以在 优 选 钻 头 时作 为 参考或直接应用 。

96新疆玛湖地区二叠系和石炭系地层以火山岩为主，受火山喷发过程的影响，火山岩地层岩性在纵向和横向上差异较大。

由于深层火山岩地层的岩石硬度大、强度高、岩石研磨性强，所以在进行火山岩地层钻进时，钻头磨损十分严重、钻头型号确定难度大。

在该区域进行钻井工程设计时，钻头选型非常困难。

因此，本研究课题旨在应用现场工程资料结合已获得的井下岩石力学参数，采用相应的绘图软件，绘制玛湖地区的岩石可钻性区域分布图。

以期将绘制岩石可钻性分布规律应用到玛湖地层钻头优选中去，为该区域的钻头系列制定提供重要的参考依据。

一、模型的建立与校正1.模型的建立（1） 单因素模型的建立声波时差与岩石可钻性在本质上是相同的，都反映了岩石的综合物理力学性质，只是表现形式不同而已，所以从理论上来说，声波时差与岩石可钻性之间必然存在确定的关系，只要找出这种关系，就可以利用声波时差来评价岩石的可钻性。

因此，以塔里木盆地近几年的实际资料为基础，选用了幂函数、指数函数、对数函数等6种模型拟合岩石可钻性和声波时差之间的关系，通过分析比较，认为指数函数模型的相关性最好，其函数关系式为Kd=10.528*e^(-0.0036*Δt)（2）多因素模型的建立用岩石的物理力学特性评价岩石可钻性是在室内采用相应的测定仪器，测量能反映破碎岩石实质的某一种或几种力学性质作为岩石可钻性的指标，其方法简便，所测指标相对稳定。

通过室内试验可以测定岩石物理力学参数中的可钻性级值、抗压强度、硬度、弹性模量和泊松比，将其进行回归分析，可以得到岩石可钻性与岩石的力学参数之间的相关函数关系式为Kd=4.0125+0.0057Py+0.0105σc -0.0235E-0.03287μ-0.2256k其中Kd为牙轮钻头可钻性，σc为岩石抗压强度，Py为岩石硬度，E为杨氏模量，μ为泊松比，k为塑性系数。

2.模型的校正实验室条件与声波时差测井的实际工作条件的差异很大，这就导致了用该模型对实际的声波测井资料的计算存在着一定的误差。

第23卷 第14期岩石力学与工程学报 23(14)：2439～24432004年7月 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering July ，20042003年7月14日收到初稿，2003年9月17日收到修改稿。

* 中国石油天然气集团公司“十五”项目资助课题。

作者 邹德永 简介：男，1962年生，工学硕士，1989毕业于石油大学石油工程专业，现任副教授，主要从事岩石力学和破岩工具方面的研究工作。

E-amil ：zougan@ 。

岩屑声波法评价岩石可钻性的试验研究*邹德永 程远方 刘洪祺(石油大学(华东)石油工程学院 东营 257061)摘要 岩石可钻性是石油钻井中优选钻头类型的重要依据。

岩屑声波法评价岩石可钻性以容易获取、来源充足的钻井岩屑为研究资料，通过测定岩屑的声波波速，来定量计算岩石的可钻性级值，可以获得连续的地层信息，实现钻头类型的优选。

试验分析了毫米级岩屑波速测量的可行性和岩屑波速与岩石可钻性级值的相关性，表明岩屑波速具有良好的代表性，且岩屑波速与岩石可钻性级值(K d )有着密切的关系。

测定了26块有代表性的岩芯的可钻性级值及相应岩屑的声波速度，建立了岩石可钻性级值(K d )与岩屑波速的关系模型。

在一口预探井进行了随钻检测地层可钻性的现场试验，证明该方法是有效的。

关键词 石油工程，岩屑，声波速度，岩石可钻性，试验，模型分类号 TD 231.6，TE 21 文献标识码 A 文章编号 1000-6915(2004)14-2439-05TESTING STUDY ON ROCK DRILLABILITY EV ALUATIONBY ACOUSTIC VELOCITY OF CUTTINGZou Deyong ，Cheng Yuanfang ，Liu Hongqi(College of Petroleum Engineering ，University of Petroleum ， Dongying 257061 China )Abstract The rock drillability is an important index for optimizing the selection of drill bit. A new methodology for evaluating rock drillability by acoustic velocity of cutting is developed ，which can easily and continuously provide drillability information of stratum. The feasibility of the measurement on rough rock fragments of very small dimensions and the correlativity between acoustic velocity of cutting and rock drillability index are investigated. The results show that the acoustic velocity obtained from small cuttings is well related to rock drillability index. The relation model between the index and the acoustic velocity is developed. Test drilling is performed and shows that this method is effective.Key words petroleum engineering ，rock cutting ，acoustic velocity ，rock drillability ，test ，model1 引 言岩石可钻性是石油钻井工程的主要基础资料之一，对钻头选型、预测钻速和制定生产定额等具有重要的指导意义。