声发射地应力测量中凯塞点的确定

2000年 第24卷 石油大学学报(自然科学版) Vol.24 No.5 第5期 JournaloftheUniversityofPetroleum,China Oct.2000

文章编号:1000-5870(2000)05-0001-03

声发射地应力测量中凯塞点的确定

薛亚东, 高德利

(石油大学石油工程系,北京102200)

摘要:准确判断凯塞点是岩石声发射地应力测量中的重点和难点,目前还没有一种有效的确定方法。对砂岩声发射试验中声发射信号的重标区间(R/S)进行了分析,发现lg(R/S)与时间间隔对数值具有很好的线性相关性,相关系数均大于0.97,这表明声发射信号曲线具有分形特征。研究还发现,不同载荷阶段声发射信号曲线的赫斯特指数(H)可反映声发射信号强弱变化的趋势。当H>0.5时,声发射信号趋于加强;H<0.5时,声发射信号趋于减弱。根据这一规律,通过计算声发射信号曲线的赫斯特指数(或分形维数),便可确定声发射试验中的凯塞点。实践证明这是一种确定凯塞点的有效方法。

关键词:地应力;测量;声发射;分形;凯塞效应中图分类号:TU453 文献标识码:A

引 言

岩石同许多金属材料一样,压缩时具有声发射AE(AcousticEmission)的凯塞效应(KaiserEf-fect)[1]。在室内对岩心试样进行压缩试验,测定它的声发射活动,声发射活动显著的地方(称为凯塞点)所对应的外加压应力即为试样先前所受到的最大正应力。AE法地应力测量因其经济简便、测量效果较好(同水压致裂法效果相当[2])而被国内外广泛采用。但对于大多数岩石,凯塞点并不明显[3],因而给正确判断试验岩样对应的最大地应力值带来困难。为此,学者们提出通过绘出AE累积数对时间或外加应力的响应曲线,然后求出曲线斜率的突变点作为凯塞点[3]。我国学者丁原辰通过实验发现了一种称为/抹录不净0的声发射现象,并提出了AE地应力估测法[4]。本文从声发射深层机理出发,通过对声发射信号曲线特征的分析,找出一种确定凯塞点的新方法。

统,计算机高速数据采集系统和配套的处理软件系

统等组成(见图1)。在试验过程中,通过设定采样声发射强度阈值,计算机数据采集系统便可记录下阈值触发点后4000个点(由采样频率设定)的声发射能量数据。图2给出了2号试样不同载荷阶段的声发射强度信号记录曲线,图3为岩样对应声发射累积数与外加压应力p的响应曲线。

图1 声发射试验系统简图

1 试 验

声发射试验所用的11块岩石试样取自某油田钻井岩心,取心深度为2340~2343m,岩性为砂岩。岩样直径25mm,高50mm。试验系统主要由液压加载系统,声发射采集系统,载荷及位移记录系

收稿日期:2000-03-12

基金项目:中国杰出青年科学基金资助项目(59825115)

由图2可以看出,试样在加压过程中,随着载荷的加大,声发射信号趋于加强,但并非均匀发展。由于图3中的凯塞点不明显,因此难以正确判断凯塞

点对应的压力值,有必要对AE信号曲线的特征规律进行深入研究。

作者简介:薛亚东(1971-),男(汉族),山西芮城人,讲师,博士研究生,从事岩石力学与地下工程稳定性研究。