页岩声学参数与力学参数相关性的试验研究

用实验方法探讨了页岩的波速和衰减系数与抗压强度、弹性模量,泊松比的相关性。结果表明:1纵波波速建立的力学参数模型比横波波速模型的相关性要好;2除纵波波速与弹性模量模型的相关性较好外,纵波波速反演抗压强度、泊松比的误差较大;3纵波衰减系数与弹性模量、泊松比、抗压强度分别呈正相关指数、负相关线性和负相关多项式关系,且纵波衰减模型比波速模型的拟合效果好;4综合考虑波速和衰减系数建立的抗压强度模型、弹性模量模型、泊松比模型比单一因素模型反演精度更高,纵波波速和衰减系数。综合模型的相关性系数均大于0.85,完全能满足工程需要。其中横波的波速、衰减系数的抗压强度模型与纵波的波速、衰减系数模型预测结果相近,可用以验证纵波抗压强度预测效果。     

页岩层理与含水率对声波传播影响的实验研究

岩石声学特性研究是开展测井岩石力学及储层性质评价的基础工作,而页岩的声波特性受层理及水化程度影响尤为突出。为此,对层理性页岩在不同含水率条件下进行了超声波透射实验,以研究声波的传播速度及能量衰减特征。研究认为,层理倾角越大,纵、横波速度及纵横波速度比越低,而纵、横波衰减系数越高。另外,纵波速度随含水率的增加先减小后增大,纵波衰减系数反之;横波速度在含水率较低时有所减少,含水率较高时基本不变,而横波衰减系数与含水率的关系并不显著。对比分析归一化结果可知,层理倾角对纵、横波速度的影响皆大于含水率的影响。     

硬脆性页岩水化的超声波透射实验研究

为了获取硬脆性页岩地层声波传播特征,以鄂尔多斯盆地井下石盒子组页岩为研究对象,采用超声波透射实验系统地分析了钻井液作用前后页岩声波时差、衰减系数、时域信号以及频域信号的特征。研究结果表明,钻井液作用后页岩声波时差增大,衰减系数增大,频域信号与时域信号均发生改变。钻井液作用后,页岩发生水化反应,声波时差与衰减系数可定量描述页岩水化动态变化,时域信号与频域信号能够定性分析页岩水化结构变化特征。期望超声波透射实验为硬脆性页岩水化特征的研究提供一个新的思路。     

硬脆性页岩超声波透射实验研究

为了获取硬脆性页岩地层声波传播特征,以鄂尔多斯盆地井下石盒子组页岩为研究对象,采用超声波透射实验系统的分析了钻井液作用前后页岩声波时差、衰减系数、时域信号以及频域信号的特征。研究结果表明,钻井液作用后页岩声波时差增大,衰减系数增大,频域信号与时域信号均发生改变。钻井液作用后,页岩发生水化反应,声波时差与衰减系数可定量描述页岩水化动态变化,时域信号与频域信号能够定性分析页岩水化结构变化特征。超声波透射实验为硬脆性页岩水化特征的研究提供了一个新的思路。     

陶瓷纤维增强混凝土高温损伤的超声特性

通过超声波检测和抗压强度试验对高温后陶瓷纤维增强混凝土（CFRC）的损伤特性进行了研究,分析了加热温度和冷却方式对抗压强度、纵波波速和主频带来的影响。分析表明,随着温度的升高,CFRC性能不断劣化,抗压强度、纵波波速及主频总体呈下降趋势;400 ℃为CFRC性能突变的临界温度,400 ℃之前,其劣化程度较小,且抗压强度与主频在400 ℃时有所回升,400 ℃之后,劣化速率明显增大,结构性能急剧下降;同自然冷却情况相比,浇水冷却后CFRC各项性能指标下降更为严重;纵波波速在1.0～3.5 km/s内与抗压强度具有正相关性,在3.5～4.5 km/s内两者相关性不确定。利用纵波波速定义的损伤变量能较好地反映高温后CFRC内部损伤的演化规律。     

页岩失水过程中声电特性的试验研究

实验室利用岩心气驱水试验来探究页岩失水过程中的超声波速度、电阻率变化规律及其相互关系。结果表明：（1）随着含气饱和度的增加,页岩纵波速度线性减小,下降幅度为9.1%,而横波速度线性增加,增加幅度为16.2%,横波速度对含气饱和度变化更加敏感。（2）将完全饱和的岩石模拟为水层时,波速比随含气饱和度的增加而线性减小,在大于50%含气饱和度时,减小幅度增大,说明储层逐渐由含水层向含气层过渡。（3）页岩的电阻率随着含气饱和度的增加呈指数函数递增,而岩石介电常数则随着含气饱和度的增加而呈指数函数减小。（4）当 <50%时,电阻率随含气饱和度增加了4.3倍,而当 >50%时,电阻率增加了10倍;介电常数变化规律则相反,当 >60%时,介电常数几乎不变,由此可判断当电阻率增加幅度增大,介电常数几乎不变时,则可认为储层已由含水层逐渐向含气层过渡。（5）随着岩心电阻率的增加,纵波波速呈对数函数增加,而横波波速以对数函数递减。利用页岩失水过程中波速、电阻率的变化规律及其相互关系,对实际工程中进行含气储层的识别与评价具有重要意义,但在实际应用时还需结合其他相关参数才能更准确地评价储层。     

热损伤大理岩波动特征及声发射特性试验研究

对常温至800℃热作用后大理岩波动特征及单轴压缩过程中的声发射特性和损伤演化进行研究，结果表明：高温后大理岩体积变大，质量与密度减小，600℃是质量与密度变化的阈值温度；随温度升高，峰值应力和弹性模量先增大后减小，峰值应变单调增加，纵波与横波波速呈线性下降，频谱面积、主频幅值和振幅下降，但下降速率逐渐减小；声发射振铃计数与应力-应变曲线有较好的对应关系，能够反映大理岩不同阶段的损伤演化规律；高温使大理岩由突发性破坏向渐进性破坏发展，破坏模式由剪切破坏向劈裂破坏转变.     

高温影响下页岩岩石的声学特性实验研究

以四川盆地龙马溪组页岩为研究对象,研究了高温处理后页岩岩样物理性质的变化规律,讨论了温度对页岩岩石声波特性的影响,同时,也研究了高温影响下页岩岩石动弹性参数的变化规律。研究结果表明,当作用温度低于400℃时,温度对页岩表观颜色和物理性质影响较小,而当作用温度超过400℃时,页岩表观颜色逐渐由黑色变为灰白色,且页岩质量下降快、体积膨胀率上升快,造成页岩密度下降快;随着温度增加,页岩声波速度不断下降,且声波主频不断下降,而页岩声波衰减系数不断增大,且声波衰减系数对页岩热损伤效应的敏感性更强;随着温度增加,页岩损伤因子增大,同时,页岩动态泊松比也呈增大趋势,而页岩动态弹性模量、体积模量、剪切模量呈下降趋势。     

脆性岩石应力-应变全过程声学特征演化规律

采用岩石加载系统获得脆性花岗岩单轴压缩全应力-应变曲线,同步测试声发射(AE)和超声波变化,研究应力-应变全过程AE特征、声波波速、波速各向异性及透射波频谱特征随岩石破裂的变化规律,并结合宏观变形和声学特征综合分析花岗岩破裂过程。研究结果表明:破裂全过程AE频谱表现出双峰值或多峰值特征,主频及振幅先增后减;起裂应力附近AE主频快速增大,损伤应力后高频大幅值AE信号数量快速增多,对应中尺度裂纹扩展,同时AE频带宽度增大,峰值应力附近低频大幅值AE急剧释放对应大尺度破裂发生;波速先增后减,波速各向异性逐渐增大,峰后段波速降低幅度超过40%;透射波频谱振幅和主频随着微裂纹的压密闭合而逐渐增大,并伴随裂纹的萌生扩展逐渐减小,且频谱幅值变化比波速和频谱主频的大;大幅值AE震源在峰值应力附近局部聚集成核;AE数量显著增加早于波速下降及宏观扩容发生,AE事件对裂纹萌生、扩展的敏感性比波速和宏观变形的大,但峰后卸载段宏观变形对裂纹扩展的响应比AE事件对裂纹扩展的响应大,这与峰后破坏模式相关。     

冻融循环作用下泥岩的力学特性及损伤机理研究

为研究冻融循环作用下岩石的损伤特性及发展规律,以泥岩为例,对泥岩在不同次数冻融循环条件下进行了单轴压缩和超声波检测试验,并分析在不同冻融循环条件下泥岩的力学特性。结果表明:随着冻融循环次数的增加,试样的原生裂隙受到反复冻胀荷载的作用引起损伤,试样脆性减小、延性增大,单轴抗压强度、弹性模量以及纵波波速均减小;对各力学参数的劣化规律及损伤机理进行了研究,建立了呈指数型衰减的模型,结果表明单轴抗压强度、弹性模量和纵波波速的劣化随冻融循环次数的增加而增大,但增大速率却逐渐减小,趋于稳定;最后,基于波阻抗为损伤变量,建立泥岩的冻融损伤方程,结果表明泥岩的损伤随着冻融循环次数的增加而增大,但增大速率逐渐降低。     

岩石含水饱和度,频率,流体类型对声波振幅影响规律的探讨

本实验以不同类型的砂岩为试样,在常温常压下用超声参数测定仪测量了饱和度、频率和流体类型对多孔隙岩石中声波衰减的影响,得到以下结论:(1)在干燥岩石中,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。在低频段,声波有较大的衰减变化率;在某一特征频率(600kHz左右)之后,振幅与频率基本无关。(3)对同一块样品,饱和不同类型的流体,声波的振幅随流体的粘度增大而减小。     

钻井中S波共振与衰减特性的数值研究

从S波(横波)垂直割线积分的表达式出发,对S波的激发特性进行了研究。结果表明S波同P波一样,具有共振与衰减特性,其衰减在共振条件下随源距Z遵循1/Z规律,非共振条件下遵循1/(Z~(3/2))规律。通过对S波的时域波形的数值考察,得知“过滤效应”实质上是S波共振激发的反映。从频率域和时域上讧明了共振与衰减是S波重要的激发和传播机制。     

工程岩体横波频率及振幅的衰减特性

横波频率和横波振幅的衰减对不同质量的工程岩体有着极好的响应,但是有关工程岩体质量与横波频率和横波振幅的衰减规律的研究成果尚少见,相关参数在工程岩体评价中亦没有得到应用。文中对不同质量岩体的横波频率特性、振幅衰减特性进行了研究,研究结果表明:岩体质量较差时横波有低频、高衰减的特点。横波频率约为200Hz甚至更低;波的振幅衰减很快,衰减系数大。当岩体较好时频率对速度的响应非常敏感,速度增加时频率随之增大,近于直线关系。当横波速度大于2000m/s时,衰减系数突降变小。在对上述关系研究的基础上,给出了利用横波频率及衰减系数进行工程岩体质量分级评价的建议值。     

基于岩石物理模型的页岩气储层横波速度估算方法

页岩的微观结构相对于常规储层更加复杂,目前大多数应用于估算横波速度的岩石物理模型仅适用于各向同性岩石。考虑页岩储层中粘土颗粒的定向分布和水平缝引起的各向异性,本文综合自相容近似(SCA)、微分等效介质模型(DEM)、Backus平均和Brown-Korringa方程,构建了一种适用于页岩的各向异性模型;然后将矿物组分、孔隙度和孔隙纵横比等代入到所建立的各向异性模型中,即可获得相应的横波速度。岩样测试数据和测井数据的计算结果表明,利用该模型估算页岩的横波速度与实测数据吻合得很好,与各向同性有效介质模型相比具有更高的精度。     

孔隙含气压力对不同孔隙结构砂岩声学属性的影响

为研究孔隙含气压力对不同孔隙结构砂岩声学属性的影响,以大港油田3块不同孔隙结构砂岩为研究对象,利用自研的实验装置在多个含水饱和度点测量了砂岩纵波波形、幅度和速度随孔隙含气压力的变化。定义了1个声波幅度衰减变量I来表征首波幅度的衰减。结果表明:随着孔隙含气压力的增加,声波幅度下降,波形后移,中高孔渗砂岩在低含水饱和度下的声波波形甚至发生一定程度的畸变。变量I与含气压力呈线性负相关,且孔隙结构越好,含水饱和度越低,线性负相关关系越好,随着孔隙结构变差,含气压力降低,声波幅度的衰减减弱。砂岩的纵波速度随孔隙含气压力的增加而降低,在含气压力小于5 MPa时,纵波速度随含气压力的增加缓慢下降,含气压力大于5 MPa后,纵波速度随含气压力的增加而快速下降。岩心孔隙含气压力增大后,与声波幅度衰减相比,纵波速度变化不明显,纵波幅度的衰减对含气压力更敏感。砂岩孔隙含气压力增大所造成的声波衰减主要由黏滞性吸收衰减所引起,含气压力的增加对岩石体积模量和体积密度影响较小,纵波速度的变化主要是由有效应力减小造成岩石孔裂隙张开和颗粒接触刚度减小所引起。实验结果可为砂岩地层的含气性评价和孔隙含气压力预测提供借鉴。     

基于Sinc插值与相关谱的纵横波速度比扫描方法

在多分量地震技术中，准确地求取出纵、横波速比（γ）是多分量资料处理、反演、解释各环节中的一个重要步骤。由于地下同一层位具有相同的波阻抗比，因此该层位的反射纵波和反射转换波相互关联，纵横波速比与时间比存在相互转化关系。基于Sinc插值算法与相关系数谱分析的纵横波速比扫描方法是通过设置一系列γ，利用Sinc插值算法将纵波拉伸后与转换波进行互相关，当互相关系数达到最大时即可求出相应的γ。理论数据和实际资料的测试，验证了该方法的有效性、准确性和实用性。     

刻槽法拾取岩样横波波速的试验方法

在小尺寸试件拾取横波难度高的情况下,根据波的传播规律,通过试件底部界面刻槽的方法,对反射纵波形成绕射,消除了反射纵波对横波初至的干扰,成功地实现了利用纵波探头拾取小尺寸岩样横波速度的测试.通过试验,利用纵波探头获得了岩样的横波速度参数,计算了横波速度各向异性系数.研究表明,层状结构岩石横波速度变化规律与纵波速度变化规律相似,即遵循椭圆方程的规律.通过顺层方向纵、横波速度的比值分析,证明试件底部界面刻槽测试横波的测试方法是合理的.