2. Рассчитывают σп е, g, β и к по формулам (34)-(37).

Форма записи исходных данных и результатов определений-произвольная

Скорость распространения и коэффициент поглощения упругих ультразвуковых колебаний

Разработаны резонансные звуковые и импульсные ультра­звуковые способы определения скорости упругих колебаний.

Резонансные способы продольных и изгибных колебаний, несмотря на их относительно простую аппаратуру, применя­ются гораздо реже импульсных, к которым относятся способы прозвучивания, продольного профилирования, кратких отраже­ний и критических углов. Это объясняется большой точностью импульсных способов, наглядностью экспериментальных дан­ных, легкой их расшифровкой; значительными пределами, в которых может быть изменена скорость, и возможностью применения этих способов в широком диапазоне давлений и температур.

Оценка скорости распространения ультразвуковых волн сводится к определению времени прохождения ультразвуковых импульсов через образцы заданной длины или к установлению времени запаздывания эхо-сигнала. Эти времена составляют от 10 до 100 мкс при длине пути до 1 м в породах и жидкостях.

Коэффициент α поглощения упругих волн в образцах горных пород определяется резонансными и импульсными способами. В резонансных способах используются стоячие волны. Эти способы достаточно точны и имеют относительно малогабаритную аппаратуру. Основной недостаток заключается в сложности перехода от линейных значений α для стержня к объемному коэффициенту поглощения и трудности изготов­ления стержней породы.

В импульсных способах используются бегущие волны. Из этих способов при обычных давлениях наибольшее распрост­ранение получили модификации прозвучивания под углом 45 градусов к граням образца, продольного профилирования, многократных отражений.

Лабораторная работа 2

Определение скорости распространения упругих продольных ультразвуковых волн способом прозвучнвання

Теория. Скорость распространения волн в образцах пород V_p определяется по данным измерений на образце длиной L (м), времени τ (с) пробега упругой ультразвуковой волны

Vp = L/τ (38)

Равенство Vp скорости распространения продольных упругих волн в безграничной среде (массиве) Vpm соблюдается только при r / λ > 1 (где r–радиус образца; λ–длина ультразвуковой волны), при r / λ < 0,3 измеряется скорость Vp ет в стержне породы.

Разные отношения r / λ получают, применяя образцы раз­личного диаметра или используя волны различной частоты так, чтобы r / λ было вначале меньше 0,3, а затем больше 1,25. Это позволяет определить Vp м и Vp ст при изучении двух. образцов одной и той же породы различного диаметра, или одного образца с пьезодатчиками различной частоты [8, 10].

Аппаратура, оборудование, материалы.

1. Для определения времени пробега упругой ультразвуковой волны через образец породы используется стандартная аппаратура, содержащая прибор для прозвучивания образцов (либо специальный кер­нодержатель), генератор высоковольтных импульсов, комплект приборов, состоящий из усилителя, источников питания и др. Такая аппаратура имеется в нашей лаборатории.

2. Вакуумный эксикатор и насос или вакуумный шкаф, сосуд для насыщения образцов пород раствором, соответст­вующим пластовой воде.

3. Штангенциркуль или микрометр для измерения пути пробега упругой волны в образце (длина образца) L.

4. Химически чистые или чистые для анализа NaCl, KCl, CaC1₂ и др.

5. Глицерин, солидол и другие вещества для улучшения акустического контакта образца с датчиками кернодержателя.

Порядок выполнения работы. 1. Отбирают керны сцемен­тированных пород без трещин и включений, если трещины не характерны для породы в целом, то они уменьшают амплитуду прошедшей волны и дают неточные времена первых вступлений.

2. Изготовляют из кернов образцы определенных размеров виде кубов, параллелепипедов, ци-линдров или произвольной формы. Размеры образца должны быть тем больше, чем выше скорость распространения упругих волн и чем больше их длина. Должно также соблюдаться определённое соотношение между поперечными размерами образца и длиной волны (см. выше).

3. Высушивают образцы и насыщают их под вакуумом минерализованной водой, аналогичной пластовой воде (см. § 3).

4. Включают установку в сеть и дают приборам прогреться.

5. Измеряют время задержки импульса τ в аппаратуре.

6. Устанавливают образец в прибор между излучателем и приемником.

7. Измеряют время прохождения волны через образец τ= τ _обр+з - τ з

8. Измеряют длину образца L (путь волны в образце).

r 9. Рассчитывают скорость Vp распространения упругой волны по формуле (38).

r Форма записи исходных данных и результатов определений.

Исходные данные и результаты определений V_p способом прозвучивания записываются в журнал.

Аппаратура, оборудоваиие, материалы те же, что и при определении скоростей Vp и Vp_ст распространения упругих волн (см. рис.49).

Лабораторная работа 3

Определение скоростей упругих ультразвуковых волн

способом прозвучивания образцов разной длины.

Теория. Способом прямого прозвучивания образцов разной длины определяют Vp и Vp ст,

Для этого прозвучивают образцы породы, имеющие длины L1,L_z и диаметр d2 и удовлет-воряющие условию

((d² + L²)^1/2 - L) / λр_м > 1 (38а)

где λр_м – длина продольной волны,определяемая длитель­ностью первого синусоидального периода Т (с) на сейсмограм­мах. В этом случае скорость vр в образцах будет примерно равна скорости в безграничной породе (массиве).

При L₂ > L₁ время распространения импульса на интервле длиной L₂ - L_! равно τ2- τ1 и скорость

V р -V Рм = (L₂- L₁)/ (τ2- τ1) (39)

Затем прозвучивают образцы тех же длин радиуса

r1 = d / 2 = ( 0,2 - 0,25) λр_м = (0,2 - 0,25) vp T = (0,2 - 0, 25) Vp / f,

обеспечивающего получение скорости

Vp = (L₂- L₁)/ (τ₄ - τ₃) .