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,L₂ и диаметр d2 и удовлетворяющие условию

((d² + L²) ^0,5 - L) / λр_м > 1 (38а)

где λ р_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 интервале длиной L₂ – L₁ равно τ2- τ1, и скорость

V р -V _Рм = (L₂- L₁) / (τ2- τ1) (39)

Затем прозвучивают образцы с радиусами тех же длин

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

обеспечивающих получение скорости

Vp = (L₂- L₁)/ (τ₄ - τ₃) .

Порядок выполнения работы

1. Изготавливают из керна два цилиндрических образца с длинами L₁=20 мм и L₂ =30-40 мм и диаметром d =30- 40 мм/

2. Экстрагируют (см. «Работа с образцами») нефтенасыщенные образцы и высушивают их.

3. Обессоливают водонасыщенные образцы (см. «Работа с образцами»)

4. Насыщают образцы пластовой водой (см. «Работа с образцами»)

5. Собирают и заземляют схему измерительной установки. Включают в сеть генератор, источники питания, усилитель и импульсный осциллограф.

6. Устанавливают образец длиной L₁ в прибор между излучателем и датчиком.

7. Измеряют длину образца.

8. Оцределяют время задержки τ_з в аппаратуре

9. Определяют время τ₁ прохождения упругой волны в образце длиной L₁.

10. Выполняют действия, указанные в пп. 6-9 при образце длиной L₂ в приборе для прозвучивания, и получают время τ2 .

11. Рассчитывают скорость Vp по формуле (38).

12. Находят по осциллограмме на экране ЭЛТ при помощи масштаба (марок) времени осциллографа период волны T и длину волны λ рм = V рм / T.

13. Рассчитывают по формуле (39) радиус r1 образцов с длинами L₁ и L₂, при котором можно получить скорость v Pcт

14. Высушивают образцы первоначальных размеров; дoводят их радиус до величины r1 и вымачивают длительно в сменяемой воде того же, что и ранее, состава.

1 5. Определяют времена τ3 и τ4 импульса в образцах так же, как и τ1 и τ2, рассчитывают скорость V_Pcт по формуле (40).

Аппаратура, оборудование, материалы.

1. Аппаратура для определения коэффициента поглощения. Основными узлами предлагаемой аппаратуры (рис. 49): являются задающий гене­ратор видеоимпульсов 1; специальный генератор 2 радиоимпульсов; широкополосный усилитель 3; ступенчатый аттеню­атор 4; импульсный осциллограф 5; прямоугольные пластины размерами 16 х 14 мм для возбуждения поперечных колебаний; круглые пьезокварцевые пластины 6 диаметром 20 и 30 мм для возбуждения и приема продольных колебаний с частотой собственных колебаний 500 и 1000 кГц и с возможностью наблюдений третьей гармоники при 1500 и 3000 кГц. Ис­пользование гармоники позволяет устранить погрешности, связанные с непостоянством потерь в акустических контактах, а также сэкономить время, идущее на определение α,.

Специальный текстолитовый держатель образца имеет го­ризонтальную плату 7 и вертикальные стойки 8, в которые ввинчиваются винты 9, прижимающие латунные подушки 10 и преобразователи 6 к образцу 11.

2. Установка для покрытия торцов образца способом напыления алюминием или оловом.

3. Касторовое пли трансформаторное масло.

При работе с установкой образец 11 закрепляется в специальном держателе (см. рис. 49). Согласующие контуры, состоящие из катушек индуктивности 12 и 13 и статической емкости nьезокварцевых пластин, обеспечивают максимальную передачу энергии от генератора к пьезо-преобразователю и от него к усилителю.

Для определения затухания волн в образце можно использо­вать ступенчатый аттенюатор 4 с ослаблением до 100 дБ. При этих определениях переключатель 14 переводится в позицию «П», таким образом затухание заменяется эквивалентным аттенюатором. Далее амплитуда зондирующего импульса при помощи аттенюа­тора доводится до уровня принятого импульса. Уровень ослабления аттенюатора в этом случае дает значение ослабления ультразвуковой волны в образце. Затухание определяется также по отношению амплитуд двух последовательных отражений импуль­сов, измеренных по линейному масштабу на экране осциллографа.

Рассматриваемая установка позволяет также определять скорости распространения упругих волн

V_p = 2L (n -1) / τ

L -длина образца; n–номер импульса; τ -время задерж­ки n-гo имnульса после прямого.

Скорость Vp ст вычисляют по результатам прозвучивания образцов разной длины L₁ и L₂ диаметра d удовлетворяющие условию (38а).

УПРУГОСТЬ. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Каким видам напряженного состояния отвечают модуль Юнга, коэф­фициент Пуассона и другие простые коэффициенты упругости и какими единицами они измеряются?

2. Почему для определения упругих свойств однофазных, однородных и изотропных пород достаточно только двух упругих коэффициентов и скоростей распространения упругих волн?

3. Дайте формулы зависимости между модулем Юнга и коэффициентом Пуассона, модулем всестороннего сжатия и модулем Юнга.

4. Сколько упругих коэффициентов и значений скоростей распространения упругих волн необходимо знать для определения упругости анизотропных горных пород?

5. От каких факторов зависят упругие коэффициенты и скорость рас­пространения упругих волн для многофазных пород?

6. Какие породы и почему имеют максимальные и минимальные скорости распространения упругих продольных волн? Дайте примеры.

7. Охарактеризуйте связь между скоростью распространения упругой волны и пористостью и укажите, для каких целей эту связь можно использовать?

8. В каких породах и почему наблюдается интенсивное поглощение упругих ультразвуко-вых колебаний?

9. Какие виды напряженного состояния Вы знаете?.

10. Какие типы упругих волн Вы знаете?

11. Скорости распространения упругих волн для многофазных пород.

12. Назовите породы с минимальной и максимальной скоростями распространения продольных волн.

13. Какую зависимость можно использовать для определения пористости пород?

14.Что понимается под упругим телом?

15.Объясните принцип определения скоростей волн с помощью ультразвуковой установки рис.49.

16. Как при помощи установки 49 определяют коэффициент затухания У-З волн?

17. Что в установке рис.49 является источником ультразвуковых волн?

18. В каких единицах измеряется модуль Юнга. Напишите значение этой единицы в СИ.

19. Каково соотношение периода ультразвуковых колебаний и скорости распростра-нения упругих волн с периодом волны?

20. Как определяют время задержки ультразвукового импульса в аппаратуре рис.49?