不同岩性

不同岩性（共6篇）

不同岩性 篇1

采场顶板控制问题是工作面开采过程中常遇到难题之一, 基本顶来压步距、覆岩垮落特征及地表沉陷等问题与岩层组合结构密切相关。顶板覆岩结构与顶板层间的力学作用息息相关, 与顶板岩层结构性破断关系非常密切。本文主要采用相似材料物理模拟试验方法, 设计了不同岩性组合岩层介质在不同组合状况下形成的结构性破断进行研究。

1 相似模拟实验

选取两种不同的材料配比来分别模拟软岩老顶和硬岩老顶, 设计的材料配比为:

(1) 软岩试件材料配比:其中, 细砂、石膏及大白粉配比为6∶3∶7, 加入纤维素胶体做拌合剂 (为试件总质量的10%) ;

(2) 硬岩试件材料配比:砂、石膏、黏土配比为6∶5∶5, 用水拌和 (加水量为试件总质量的10%) 。

试样配比后再进行各项力学性质测定, 配比结果如表1所示。

岩层试件制作模具的宽度为45mm, 长度为360~600mm, 厚度≤100mm, 煤层推进过程采用抽条的方式, 应变和挠度分别利用应变片和百分表进行测量。

(1) 上硬下软层组合情况

由图1 (a) 所示, 图中表示为上硬下软层组合在自重应力作用下的下沉弯曲状况图, 抽条在不断抽出的过程中, 组合岩层步距不断加大, 初始阶段上下岩层下沉幅度几近相同, 下位百分表读数值与上位一致;随着组合岩层悬露跨距的不断增大, 上、下层组合岩层间出现离层, 下位百分表读数较上部大;当推进至30cm时, 两百分表数据相差较大, 可以判定层间有离层出现;继续抽出抽条推进, 步距空间增大至34cm, 此时, 上部试件并未垮断, 而下部试件存有垮断现象。

(a) 上硬下软组合下层破断; (b) 上硬下软组合上层破断

操作抽条, 继续推进13cm时, 垮距达到48cm, 上位坚硬岩层试样与下位软弱岩层试样左侧悬伸段同时垮断, 上位坚硬岩层试样与下位软弱岩层层间抗剪强度为8.2k Pa (直剪试验测试结果) , 如图1 (b) 所示。

(2) 上软下硬组合情况

上软下硬组合岩层同时破断情况时 (见图2) , 操作并控制抽条进度, 随着抽出缓慢进行, 上软下硬组合岩层步距逐渐增大, 刚开始出现少许下沉弯曲现象, 组合岩层下沉量及下沉幅度几乎同步进行, 并未出现离层或大的断裂现象, 只是伴随有一些小裂隙、裂纹。此时, 下位坚硬岩层的百分表读数同上位软弱岩层的百分表数据读书相一致。随着悬露跨距的不断加大, 上软下硬组合岩层始终未出现离层, 当推进到41cm时, 组合岩层突然间同时破断。

2 主要结论

采场老顶往往由几层不同岩性软硬岩层组合而成, 在工作面开采中的断裂程度和跨距归根为岩层间的力学的作用及结构平衡关系, 通过室内相似模拟实验得知:

(1) 从实验结果来看, 当老顶存有组合岩层 (或许双层, 或许多层不同岩性组合) 时, 组合岩层能否形成组合稳定结构, 这要取决于组合岩层之间的剪应力与层间抗剪强度 (需要采用正交组合室内多次实验获取) , 当层间剪应力满足小于其抗剪强度条件时, 组合岩层可形成组合结构;反之, 离层发展, 组合结构遭到破坏。

(2) 组合岩层结构条件下, 试件成整体性变形破坏;组合结构遭到破坏后, 双层梁变成叠合梁, 各自独立运动。在上硬下软的情况下, 下部软岩在初次垮落的过程中不受到上部硬岩的加载作用, 垮距与单层垮距一致;在上软下硬的情况下, 下部硬岩在初次垮落的过程中受到上部软岩施加的载荷, 垮距比单层垮距要小。

不同岩性 篇2

1 抗压试验结果及分析

试验共取样81块, 岩石类型主要为中-细粒岩屑长石砂岩、细粒岩屑石英砂岩、细粒岩屑砂岩、中粒长石石英砂岩、中粒含碳酸盐岩屑石英砂岩, 少量为粉砂质泥岩和泥岩。主要开展了单轴条件下饱水砂岩、泥岩静力学参数测试, 和地层围压条件下饱水砂岩、泥岩静力学参数测试。

1.1 单轴测试结果分析

单轴条件下, 各类砂岩的抗压强度最大为215.47MPa, 最小为17.78MPa, 平均为99.55MPa。弹性模量的变化在6.81～47.13GPa之间, 平均弹性模量为24.82GPa, 泊松比的变化在0.098～0.191之间, 平均泊松比为0.13。泥岩的抗压强度分布在11.42～32.1MPa之间, 平均值为20.89MPa;弹性模量分布在2.68～16.62GPa之间, 平均值为9.82GPa;泊松比的变化在0.081～0.451之间, 平均值为0.3。总体上, 砂岩抗压强度、弹性模量比泥岩高得多;而泥岩泊松比则大大高于砂岩。

按地层 (砂岩) 统计, 单轴条件下沙溪庙组砂岩抗压强度平均值为122.45MPa, 弹性模量平均值为36.84GPa, 泊松比均值为0.15;千佛崖组砂岩的抗压强度平均值为87.8MPa, 弹性模量平均值为34.2GPa, 泊松比的均值为0.11;自流井组砂岩的抗压强度平均值为66.78MPa, 弹性模量平均值为9.32GPa, 泊松比的均值为0.13;须家河组砂岩抗压强度平均值为102.62MPa, 弹性模量平均值为12.89GPa, 泊松比的均值为0.13。总体看, 各层段砂岩的单轴抗压强度差别不大, 其中沙溪庙组和须家河组砂岩单轴抗压强度均值略大;弹性模量是沙溪庙组和千佛崖组分布值较高, 自流井组和须家河组分布值较低;各地层砂岩泊松比均值差别不大。

1.2 地层围压下测试结果分析

在地层围压条件下, 全部岩样的最大抗压强度为373.7MPa, 最小抗压强度为34.8MPa, 平均抗压强度为207.75MPa。弹性模量变化在12.75～59.9GPa之间, 平均值为32.4GPa, 泊松比的变化在0.081～0.438之间, 平均值为0.28。按岩性统计, 砂岩抗压强度分布在162.76～373.7MPa之间, 平均值为241.87MPa;弹性模量分布在20.35～59.9GPa之间, 平均值为35.5GPa;泊松比的变化在0.081～0.438之间, 平均值为0.27。泥岩抗压强度分布在34.8～199.39MPa之间, 平均值为115.63MPa;弹性模量分布在1 2.7 5～4 2.0 3 G P a之间, 平均值为2 4.8 G P a;泊松比的变化在0.263～0.408之间, 平均值为0.33。在地层围压条件下, 砂岩抗压强度、弹性模量仍然比泥岩高、泥岩的泊松比则比砂岩大, 但差别没有单轴条件下测试结果大。

按地层 (砂岩) 统计, 相应地层条件下沙溪庙组砂岩的抗压强度平均值为223.53MPa, 弹性模量平均值为36.51GPa, 泊松比均值为0.27;千佛崖组砂岩的抗压强度平均值为2 6 9.5 8 M P a, 弹性模量平均值为47.07GPa, 泊松比的均值为0.23;自流井组砂岩的抗压强度平均值为244.07MPa, 弹性模量平均值为29.38GPa, 泊松比的均值为0.29;须家河组砂岩的抗压强度平均值为250.95MPa, 弹性模量平均值为28.07GPa, 泊松比的均值为0.27。总体看, 各层段砂岩的地层条件抗压强度差别不大;弹性模量也是沙溪庙组和千佛崖组分布值较高, 自流井组和须家河组分布值较低;各地层砂岩泊松比均值差别不大。

从两种条件下的测试结果对比, 围压条件对各岩石力学参数的影响比较大, 抗压强度、弹性模量及泊松比参数都有增加。较为特殊的是, 泥岩的泊松比的增加幅度小, 沙溪庙组砂岩弹性模量基本无差别。

2 结语

饱水及单轴条件下, 砂岩的抗压强度、弹性模量比泥岩高得多, 而泥岩的泊松比则大大高于砂岩。纵向上各层段砂岩的单轴抗压强度差别不大, 弹性模量是沙溪庙组和千佛崖组分布值相对较高, 各层段砂岩泊松比均值差别不大。

饱水及地层围压条件下, 砂岩的抗压强度、弹性模量仍然比泥岩高, 泥岩的泊松比则比砂岩大, 但差别没有单轴条件下那么大。各层段砂岩的地层条件抗压强度差别不大, 弹性模量也是沙溪庙组和千佛崖组分布值较高, 各地层砂岩泊松比均值差别不大。围压条件对各岩石力学参数的影响明显, 抗压强度、弹性模量及泊松比参数都有增加, 但对不同层段的影响有差异, 与岩石自身非均质性有关。

参考文献

[1]周文.裂缝性油气储集层评价方法[M].四川:四川科学技术出版社, 1998.

[2]谢润成, 周文, 单钰铭, 等.考虑岩样尺度效应时钻井液对岩石力学性质影响的试验评价[J].石油学报, 2008, 29 (1) :135～138.

[3]谢润成, 周文, 高雅琴, 等.应用偏相关+灰关联方法进行致密砂岩气藏压裂地质选层[J].石油与天然气地质, 2008, 29 (6) :797～800、805.

[4]谢润成, 周文, 陶莹, 等.有限元分析方法在现今地应力场模拟中的应用[J].石油钻探技术, 2008, 36 (2) :60～63.

不同岩性 篇3

地质力学模型实验是采用相似原理对岩土工程问题进行研究的一种实验手段, 目前已广泛应用于隧道、边坡、基坑等岩土工程领域的研究中, 而相似材料作为模型实验关键技术也取得较为丰硕的成果。马芳平等[1]研制出了NIOS相似材料, 该相似材料弹性模量和抗压强度等主要力学指标均可在比较大的范围内调整。韩伯鲤等[2]采用加膜铁粉和加膜石英砂、重晶石粉、松香酒精溶液为原料研制出MSB材料, 其中, 加膜用的胶粘剂采用氯丁橡胶溶剂。该材料高容重、低强度、低变形模量、绝缘性好且砌块接缝处理容易, 试验模型制作较为方便。彭海明等[3]选用水泥石膏为原料开展了相似材料的研究, 该相似材料与岩石的结构及破坏方式类似, 在岩石破坏研究方面有一定优势。李术才等[4]研制出一种由水泥、凡士林、硅油、砂、重晶石粉、滑石粉、水为原料, 用于流—固耦合模型试验的相似材料, 并在青岛胶州湾海底隧道的地质力学模型实验中得到很好的应用。本文以某沙砾岩介质为研究对象开展相似材料的研制, 并对不同制样方法下相似材料的配合比及材料参数进行研究, 实验结果表明, 制样方法对配合比的选取有一定影响。

2 相似条件

模型和原型必须满足相似原理, 模型的实验结果才能反映到原型上以指导实践。根据相似理论, 模型和原型必须满足几何相似、边界条件相似、载荷相似以及材料各参数的相似。在地质力学模型实验中, 令无量纲物理量相似比尺和密度相似比尺等于1, 即:

根据推导, 模型和原型必须满足以下相似准则:

其中, Cγ为重度相似常数;CL为几何相似常数;Cσ为应力相似常数;Cε为应变相似常数;Cδ为位移相似常数;CE为弹性模量相似常数;Cμ为泊松比相似数;Cc为粘聚力相似常数;Cφ为内摩擦角相似常数。

原型所在场地介质参数如表1所示, 模型实验中取几何相似比1∶20, 经过计算, 模型的材料参数见表1。

表1相似材料

1∶20重力密度弹性γ/k N·m-3E/模量泊松比粘聚MPaμc/k力内摩Paφ/ (擦°) 角原型19~201 200~1 6000.25~0.30400~80032~36模型19~2060~800.25~0.3020~4032~36

3 相似材料研制

要求研制的相似材料具备以下条件:1) 均匀、各向同性, 主要的物理力学参数与原型相似;2) 材料的配比可调, 以改变材料的力学性能, 适应不同相似条件的需要;3) 材料的性能稳定, 不易受外界条件 (湿度、温度) 的影响。综合考虑以上因素和实验条件, 选取重晶石粉、膨润土、砂作为基本材料, 选用机油作为胶结剂进行相似材料的研制。

3.1 试样制作

对于由散料搅拌而成的试验材料有两种成型方式:一种为静态压制, 即采用恒定荷载对填制的散料进行压制, 到规定的时间后卸除荷载;另一种为动态夯实, 即采用重锤对散料进行夯实, 到指定的密度后夯实停止。在进行相似材料的研制时, 应根据实验模型的成型方式选择材料实验试样的成型方式。为了研究成型方式对相似材料配合比选取的影响, 本文研究了静态压实和动态夯实两种成型方式下的相似材料参数。静态压实的优点是压实载荷确定, 材料压制得较为均匀, 但每次压制的材料厚度较小;动态夯实的优点是材料一次压制厚度较大, 在材料均匀上较静态压制有所不足。采用三瓣式模具制样, 如图1所示, 该模具能有效减小拆模对试件的损坏。试样制作时采用分层成型方式, 为了使层与层之间不出现层缝, 层与层之间刨毛处理。试样直径70 mm, 高140 mm, 见图2。

3.2 材料物理力学参数测试

需要测试的材料参数有:密度、弹性模量、泊松比、粘聚力和内摩擦角。容重通过散料装入量与成型后体积求得;弹性模量、泊松比、粘聚力和内摩擦角通过三轴压缩实验获得。

4 数据分析

4.1 静力压制试样

静态制样试样采用的压力为0.45 MPa, 分5层压制, 每层压制15 min。选取三种材料配合比进行实验, 周围压力按10 k Pa, 30 k Pa, 50 k Pa, 70 k Pa施加。实验测得的各组配比的物理力学参数见表2, 表2中数据均为三次实验的平均值。

从表2可见, 在相同压力作用下, 不同配合比压制成型后的试样密度有所不同, 砂和重晶石粉的含量越高, 试样的密度越大。材料的弹模、粘聚力、内摩擦角和密度有一定关系, 试样的密度越大, 材料弹性模量、粘聚力及内摩擦角越大。与相似材料目标参数相比, 序号2配合比参数满足相似材料要求。

4.2 动态夯实试样

将砂、膨润土、重晶石粉和机油作为实验因素, 采用均匀设计法对原材料进行配方实验设计, 选取11组配方进行三轴压缩实验, 周围压力按50 k Pa, 100 k Pa, 120 k Pa, 150 k Pa施加。实验测得的各组配比的物理力学参数见表3。

由表3可见, 膨润土所占比重越大, 材料的弹性模量、粘聚力、内摩擦角越大。当膨润土/ (博湖砂+重晶石粉) <33.3%时, 膨润土所占比重越小, 材料的泊松比越小。与相似材料目标参数相比, 序号6配合比满足相似材料要求。

4.3 实验结果对比分析

对比两种三轴试样制样方法, 夯实制样下试样密度能得到很好的控制, 静态压制制样方法压制的试样则比较离散。静态压制方法下, 材料弹性模量、粘聚力及内摩擦角和压制的材料密度有关, 密度越大, 相应的材料参数越大。动态夯实方法下, 材料的弹性模量、粘聚力、内摩擦角则随膨润土比重的增大而增大。两种制样方法最后获得的材料配合比也有所区别。

5 结语

本文采用静态压实和动态夯实两种试样制备方法进行相似材料的研制, 实验表明, 当基本原料选定后, 试样的制备方式对相似材料配合比的影响很大, 在选择材料试样制备方式时, 应根据试验模型的成型方式选择材料试样的制备方式。

摘要：以某砂砾岩介质为研究对象, 介绍了相似材料研制需具备的条件, 对相似材料在静态压实和动态夯实两种制样方式下的材料参数进行了测量, 实验结果表明, 试样的制备方式对相似材料配合比的选择有较大影响。

关键词：相似材料,静力压实,动态夯实,配合比,三轴压缩

参考文献

[1]马芳平, 李仲奎, 罗光福.NIOS模型材料及其在地质力学相似模型试验中的应用[J].水力发电学报, 2004, 23 (1) :48-51.

[2]韩伯鲤, 陈霞龄, 宋一乐, 等.岩体相似材料的研究[J].武汉水力电力大学学报, 1997, 30 (2) :6-9.

[3]彭海明, 彭振斌, 韩金田, 等.岩性相似材料研究[J].广东土木与建筑, 2002 (12) :13-14.

不同岩性 篇4

1区域概况

车西地区位于车镇凹陷的西部, 是一个北东向延伸的北断南超的箕状断陷盆地, 沙二段沉积时期, 受盆地构造控制, 地形较平缓, 湖盆水体整体较浅, 为滨浅湖相沉积, 沉积类型主要为滩坝沉积。本区沙二段9砂组是主要的含油层系, 滩坝砂体厚度十分薄, 砂岩累计厚度为6～50m, 平均26m;单层厚度较薄, 一般1-3米, 最厚15米左右, 一般以泥岩、灰质泥、泥质砂岩、砂岩互层出现, 在平面分布上, 主要分布在车40断阶以及洼陷带内, 自西向东砂岩逐渐减薄。

2岩性组合特征

通过对车西地区钻遇沙二段9砂组的探井进行统计均见到厚薄不同的储层, 各井之间差别较大, 岩性横向上分布变化大, 纵向上相互叠置, 岩层单层薄, 从而形成了多岩性组合的地层。不同的岩性组合通常具有不同的速度、密度或波阻抗的界面结构, 既不同的反射系数组合, 因而具有不同的地震响应特征。通过对车西地区滩坝砂岩地震响应特征的分析, 主要存在几种岩性组合特征:

(1) Ⅰ类组合-厚砂岩夹薄层泥岩的岩性组合特征:

以车74井为代表, 主要为大套厚层砂岩与薄层泥岩互层, 砂岩单层厚度一般较大, 最厚可达20米, 层数较少, 在地震上表现为单峰中振幅短连续的特征;

(2) Ⅱ类组合-厚度相当的砂泥岩互层:

以车142井为代表, 砂岩与泥岩厚度很接近, 砂岩单层厚度一般3-5米, 主要以粉砂细岩为主, 由于砂岩分布分散, 在地震上表现为中弱振幅短连续特征;

(3) Ⅲ类组合-薄层砂泥岩互层岩性组合:

该类型以车253井为代表, 砂岩与泥岩薄互层, 砂岩厚度很小, 均小于2米, 层数多, 在地震上表现为弱振幅-空白反射特征。

为了优选对滩坝砂体较为敏感的地震属性, 根据实际岩性组合特征进行正演模拟, 并对其地震剖面提取振幅、频率等多种属性, 结合实钻井资料, 比较滩砂和坝砂的波形特征, 不难看出, 坝砂的反射振幅与砂岩厚度成正相关, 小于2米的薄层砂岩振幅值集中在1000左右, 频率集中在30hz左右;大于5米的厚层砂岩振幅值集中在1500左右, 频率集中在20hz左右;而灰质泥岩振幅值集中在2000左右, 频率集中在35hz左右。从振幅频率的交汇图来看, 储层发育区表现为中振低频, 储层偏薄区表现为弱振中频, 灰质泥岩发育区表现为强振高频, 并且坝砂越多、越厚、分布越集中, 则振幅越强, 频率越低。这样就可以应用振幅类和频率类属性联合预测砂体发育区, 提高预测精度。

3储层预测方法

从理论模型及实钻井分析, 厚层砂岩具有振幅较强, 频率较低的特点, 在相控基础上可以应用频谱交汇分析定量圈定坝砂发育区。避免单属性预测的弊端, 降低了单一属性进行储层预测的多解性。因此采用频交汇会分析技术进行储层预测时很大程度提高了储层预测精度。

频谱交汇法可以提供对地震属性进行二维、三维和多维交汇, 通过属性交汇不仅可以用来研究各种属性之间的相互关系, 保留反应储层信息的属性及符合地质规则的属性, 挑选出敏感属性参与属性分析, 还可以综合多种属性的地质信息, 进行多属性交汇分析。另外还能在属性交汇图中直接得出研究区域各种属性所表示的地质意义, 进行属性地质意义的标定, 也能选定某个或多种属性值的范围向剖面或平面图进行映射, 直接显示选定区域的剖面、平面位置, 直接根据地震属性的基本地质含义, 圈定出油气敏感范围, 把交汇图中圈定的范围直接映射到平面图和剖面图上, 直观地从理论上指示油气敏感区域位置。

基于岩性组合的储层预测方法是一种以沉积分析为基础, 以岩性组合及岩性组合的变化为出发点, 模型正演建立地质目标与地震属性关系, 寻找储层的优势地震响应, 开展针对性的储层预测的方法。它可以为地震技术提供方法选择的基石, 也可以为地质解释提供充分的依据, 是建立起砂泥岩薄互层地震地质综合分析的桥梁。

参考文献

[1]袁红军东营凹陷博兴洼陷滨浅湖相滩坝砂岩储层预测石油与天然气地质2007, 28 (4) 497-499

[2]唐东, 断陷湖盆滩坝砂体预测方法——以东营凹陷沙四段为例[J];工程地球物理学报, 2010, 7 (2) 238-240

[3]邓宏文, 马立祥.车镇凹陷大王北地区沙二段滩坝成因类型分布规律与控制因素研究[J].沉积学报, 2008 (5) :715～720

岩性符号的绘制与管理 篇5

岩性符号作为标定岩性的图形符号,在岩心库综合管理系统[1]中占有举足轻重的地位。从国家颁布的三个标准中,只能得到岩性符号的扫描图例。扫描图例不同于电子版图例,不能作为符号库的数据直接入库。在用到时,国内目前大多采用美国ESRI公司开发的ArcGIS或在ArcGIS基础上进行二次开发的方法临时绘制。一方面,ArcGIS作为一个国外的GIS软件,其自带的符号库显然不能满足我国基本比例尺地图输出的要求[2];并且ArcGIS针对专业绘图或是GIS领域,而不专门针对岩性符号的绘制,对软硬件环境要求高,一套ArcGIS软件的花费更是昂贵。另一方面,对ArcGIS二次开发的解决方案也都是某一部门专门针对自己的需求设计的岩性符号和绘制软件,不同部门间难以做到兼容或标准的统一[3],并且临时绘制的岩性符号缺乏组织管理,在下一次使用时,又要做大量的重复工作。

针对以上几方面的问题,通过对岩性符号结构特点的分析和传统绘制方法的研究,本文设计了基于图形元素和图像处理的岩性符号绘制方法,并以国家发布的三个标准的扫描图例为基础,结合计算机图形图像与数据库技术,搭建了一个信息全面丰富、符合标准规范和多部门多领域适用的岩性符号库。通过此符号库,可以方便地浏览、编辑和管理各种岩性符号,这满足了石油地质等部门在岩心信息化建设中对电子制图的新需求。

1 岩性符号库的结构设计

用户界面是一个软件系统的重要组成部分,因为它负责和用户直接沟通和交互[4]。岩性符号库作为一个绘制和管理岩性符号的信息平台,首先,它必须提供一个人机交互的界面,以方便查询、修改和绘制所需的岩性符号;其次,为了符号库的完整性和实用性,必须提供对现有岩性符号的保存和支持新符号的添加功能;最后,岩性符号本身的某些形状特性比较难以绘制,这给新岩性符号的绘制造成了比较大的困难,所以系统还应尽可能地提供人性化的便捷的绘图工具。

综上所述,该符号库设计包括符号管理模块、符号绘制模块、数据文件和数据库四部分。管理模块把岩性符号以树形节点形式展示出来,同时支持岩性符号的查询、编辑、入库和不同符号库之间的切换等操作。绘制模块配合绘图工具和图形元素等,完成岩性符号的绘制。管理模块和绘制模块都提供一个可视化、人性化的操作平台,在这个平台下,无需关心所有数据的具体存放位置和形式,以及数据库中的内容,只专注于岩性符号的各种操作。数据文件包括图片文件和图形文件,分别对应于岩性符号和图形元素的实体文件,它们以bmp位图文件形式和自身的逻辑层次结构保存在计算机中。数据库记录数据文件的地址、内部逻辑关系和岩性符号库的类型等信息,其中包括三个关系:符号库类型表、符号信息表和图形元素表。采用自上而下的规范化关系数据库设计方法,数据库中的关系均满足数据库三范式,消除了关系中的部分依赖和传递依赖而造成的数据冗余,以符号信息表为例,其包含MainID(主键)、一级目录、二级目录、三级目录、图像地址和TypeID(外键,本身为符号库类型表的主键)六个字段。岩性符号绘制和管理系统的层次图如图1所示:

这四个模块之间的关系既相对独立又互有联系,数据库通过存放数据文件的文件地址和逻辑关系来定位和管理数据文件,管理模块和绘制模块通过一个专用ADO数据访问接口来访问和操作远程数据库,管理模块和绘制模块通过FTP数据下载和上传工具来直接管理存放在服务器上的文件,而绘制模块做的改动通过上传至数据库后可以在管理模块中展示出来。

2 岩性符号绘制

2.1 设计思想

本符号库是以国家发布的三个标准的扫描图例为基础的,扫描图例虽然不同于电子图例,不能直接添加到符号库中,但可以从现有的扫描图例通过裁剪和一定的图像处理操作(去噪、腐蚀、膨胀、边缘提取和细化等)转换为电子版图例,再根据符号图例本身在岩性符号图例标准中所处的目录信息设置好其在符号库中的保存路径,最后上传至符号库保存。这种基于图像处理的岩性符号绘制方法非常适用于那些符号图例的扫描版存在的情况。考虑向后兼容性和完备性,符号库还必须提供当扫描版不存在时岩心符号绘制的支持。通过对岩性符号结构特点的分析,发现岩性符号之间并不是孤立的和大多数岩性符号都可以由一些基本的图形元素组成,如果把这些基本的图形元素绘制好后以一种有效的方式组织起来,在用到时能够方便地调用,这样就省略了每次都需绘制图形元素的重复操作,大大简化工作量,基于此,本文又提出了基于图形元素的一种新的岩性符号的绘制方法。

2.2 基于图像处理的图例绘制

在将已有的岩性符号扫描图例通过裁剪的方式添加到符号库中时,岩性符号扫描图例在来源本身和传输过程中难免会引入噪声而失真,常见的有在图例上掺杂颗粒杂质、基本图元形状的扭曲和边框的模糊等,如图3(左)所示。为了解决图例因噪声引起的失真问题,本文采用基于数学形态学的图像处理方法。

数学形态学(Mathematical Morpholopy,MM),简称形态学,是研究数字图像形态结构特征的理论,以严格的数学理论和集合理论为基础,着重于研究图像的集合结构,其基本思想和方法对图像处理的理论和技术产生了重大影响。现在,数学形态学成为计算机数字图像处理的一个重要研究领域,应用在多门学科的数字图像分析和处理的过程中[5]。本符号库为用户提供了多种基于数学形态学的图像处理的功能,包括去孤立噪点、膨胀、腐蚀、开运算、闭运算和细化等。以细化为例,采用Zhang 快速并行快速细化算法,它具有简单实用、速度较快、且能保证细化后线条的连通性等优点,成为目前应用最为广泛的细化算法[6]。设已知目标点标记为1,背景点标记为0。定义边界点是本身标记为1而其8—连通邻域中至少有1个点标记为0的点,算法对边界点的操作如下:

Step 1 考虑图像中所有边界点的8—邻域,记中间点为P1,以P1正上方的点开始围绕P1顺时针旋转的点依次计为P2—P9,如图2所示:

如果点p1满足下面四个条件,则删除p1,否则保留。

⑴ 2 ≤ N (p1) ≤ 6

⑵ S (p1)=1

⑶ p2 × p4 × p8=0

⑷ p2 × p4 × p6=0

其中,N(p1)表示P1的8—邻域中标记为1点的个数。S(p1)表示p2,p3,…,p9点从0到1变化的次数。

Step 2 重复Step 1的操作,直到没有任何点被去除为止。

对图3(左)的岩性符号,该岩性符号在入库前需要一定的图像处理工作。首先进行去噪处理,消除单个孤立的噪声点,然后利用数学形态学里的膨胀操作来将图像中某些基本图元的裂缝桥接起来,最后进行细化处理,处理结果如图3(右)所示。

2.3 图例绘制

2.3.1 图例绘制

GDI+(Graphics Device Interface Plus)是NET框架数据库的一个部分,它主要负责将信息显示或打印到屏幕或打印机上[7],完成系统与绘图程序之间的信息交换,处理所有Windows程序的图形输出,本符号库采用GDI+实现绘图编辑模块的界面如图4所示。画图工具栏的撤销与重复功能是通过一个类似于“栈”的ImageStack类来实现的,该类包含一个HBITMAP类型的数组,它的大小通过变量MAX_LEN自定义,画图的每一步操作都会事先存放在此数组里,撤销和重复的次数由MAX_LEN决定。对画布中的图形,工具栏中提供两种类型的放缩:物理放缩和视图的放大。物理放缩是将实际的图形放大和缩小,而视图的放大只是将逻辑坐标(GDI+函数中用到的坐标)和设备坐标(屏幕像素点数)的比例关系改变了,看起来图形被放大了,但实际的图形尺寸没有变化。工具栏中包含多种图元:直线、铅笔、椭圆、矩形、文本和区域等,使用不同的图元类实现,这些图元类都派生自同一个基类:CDrawObject。基类中包含图元类中共有的特性,包括图元颜色(m_PenColor)、画笔宽度(m_iPenWidth)和一些基本方法(如:图元绘制函数 virtual void DrawSelf(CDC* Pdc, bool TransP=0),设定图形边界函数virtual void SetBound(CPoint& ptTopLeft, CPoint& ptBottonRight))等。在视图类中重载OnLButtonDown(按下鼠标左键)、OnMouseMove(鼠标移动)、OnLButtonUp(松开鼠标左键)三个函数,实现对绘制起点、轨迹和终点的跟踪。

以地质图图例标准沉积岩花纹松散堆积物花纹路径下的建筑土(如图4画布中的第1个小区域)为例,该符号由与水平方向成45度角和135度角的多条平行斜线组成。首先,用铅笔工具画一条与水平方向成45度角的斜线,用区域选择工具以复制的状态选中该条斜线,拖动该区域并用键盘上的左右方向键微调到合适的位置,反复拖动几次即画出图4中标记为1的图形,同理画出图4中标记为2的图形,然后用区域选择工具以不透明的状态拼接1和2生成图4中的标记为3的图形,将图形3移到第1个小区域中组合成混泥土的符号,其次点击Standard工具栏上的图例边缘检测工具(形如“搜索”按钮),自动完成对第1个小区域中所画岩性符号框架边缘的检测,如图4中第1个区域的红线框所示,最后入库保存,完成对岩性符号混泥土的绘制和管理工作。

2.3.2 基于图形元素的图例绘制

通过对岩性符号结构特点的分析,发现任何岩性符号都可以用点、线、文本等基本图形元素组成的整体进行描述[8],如果用户每次都重绘这些基本的图形元素,无疑是一个很繁琐的操作,如图5所示的岩性符号。

可以看到,图5中的所有岩性符号均含有多个文字‘Fe’,图5(a)中含有六个小圆圈,(b)中含有两个小三角形,(c)中含有六个黑点,(d)中含有几条水平线。针对这一特点以及为了绘制图形方便的考虑,本符号库实现了一个基于图形元素的岩性符号绘制方法。在符号库的界面的下端,有一个岩性符号图形元素工具栏,如图6所示。图形元素工具栏的右侧由两排共14个按钮构成,按钮上显示当前系统设置的图形元素。双击按钮,该图形元素会直接绘制到画布上,此时图形元素在画布是处于浮动状态的,可以对它进行拖动,缩放,旋转,图形处理等操作。以图5为例,其岩性符号中含有文字‘Fe’、小三角形和圆圈等,在绘制之前,先利用绘图工具制作些所需的图形元素(如:文字‘Fe’,小三角形,小圆圈等),然后将这些图形元素选入到系统的图形元素工具栏,最后只需几步简单地选中和拖动操作即可完成对图5中岩性符号的绘制,省略了对常见图形元素反复绘制的重复操作,大大减少了工作量。

3 总结

本文以岩性符号的结构特点、石油地质部门对岩性符号库的实际需求为背景,设计了基于图形元素和图像处理的岩性符号绘制方法,并以国家颁布的三个岩性符号的扫描图例为基础,结合计算机图形图像与数据库技术,建立岩性符号库,实现了对岩性符号的绘制和管理。基于图形元素和图像处理的岩性符号绘制方法的使用,解决了一直以来岩性符号的绘制对ArcGIS等大型绘图软件的依赖,降低了其绘制的难度。岩性符号库的创建,结束了岩性符号无管理的状态,方便了查询、编辑和添加等操作,消除了下一次使用时又要重新绘制的弊端,具有标准规范、多部门多领域适用的优点,在实践中取得了较好的效果。

摘要：在分析岩性符号的结构特点和常规绘制方法的基础上,提出了基于图形元素和图像处理的岩性符号绘制方法。以《区域地质图图例》(标准号GB 958—1989—T)、《石油天然气地质编图规范及图式》(标准号SY-T 5615—2004)和《石油和天然气、煤田地震勘探图式、图例及用色标准》(标准号DZT 0077—1993)三个国家标准的扫描图例为基础,结合计算机图形图像与数据库技术,建立了标准的岩性符号库,解决了国内针对岩性符号的绘制和管理一直处于缺乏规范标准的散乱状态。

关键词：岩性符号,图像处理,图形元素,数据库

参考文献

[1]韩志强.岩心库动态管理系统的设计与实现.成都:四川大学,2010

[2]牛岑涛,盛业华.基于ArcGIS的地图符号库的设计与实现.现代测绘,2003;26(6):41—44

[3]熊伟,余代俊,蒋洪波,等.应用ArcGIS软件制作国标地形图符号.测绘与空间地理信息,2005;(3):71—73

[4] Fabregas E.Developing a remote laboratory for engineering educa-tion.Computers&Education,2011;57(2):1686—1697

[5] Mahmoudi S E.Web-based interactive 2D3D medical image process-ing and visualization software.Computer Methods and Programs in Bi-omedicine,2010;98(2):172—182

[6]吴选忠.zhang快速并行细化算法的扩展.福建工程学院学报,2006;(1):89—92

[7]朱磊,张怀清,林辉,等.基于GDI+技术的林分结构可视化技术研究.农业科学与技术,2011;12(1):144—148

使用PDC钻头岩性的识别方法 篇6

近几年来, 伴随着钻井技术的快速发展, PDC钻头在伊拉克鲁迈拉油田生产井目的层井段的应用愈发普遍, 由于该钻头破碎地层采用的是一种以低钻压和高转速为主要原理的切削方式, 同时再加上其本身所具备的细小牙齿镶齿构造, 因此通过该技术生产出来的岩屑是非常细碎与细小的, 甚至可近粉末状, 此种情况在很大程度上妨碍了岩屑的现场清洗与岩性的准确描述, 如何进行好PDC钻头所产生岩屑的识别并正确定名岩性, 自然就成为了迫切需要解决的问题。在开展大量的对比试验并同时对大庆以及国外其他录井公司多方的长期实践经验后, 笔者归纳出了一套针对PDC钻头田间下识别岩性的方法, 经初步实践应用后, 结果显示其识别功能良好。现将本方法总结如下, 敬请各位专家多提宝贵意见。

2 使用PDC钻头岩性的识别方法

由于PDC钻头条件下的岩屑细碎, 几乎不可能以肉眼来进行其岩性的识别, 但岩性的判断又是描述地址时不可或缺的关键环节之一, 且岩性描述的结果可对油气显示评价的准确度造成直接影响, 同时岩屑的物性参数还决定着其他评价方法的可靠性问题。笔者在长期的工作中经不断总结工作经验, 最终归纳出了一套采用双目显微镜进行PDC钻头条件下的岩性识别方法。

2.1 使用PDC钻头岩屑的处理过程

由于PDC钻头所生成的岩屑非常之细碎, 以至于传统处理岩屑的方法不能满足当前现场作业的需求, 这就为我们录井生产提出了一个崭新的课题, 使用PDC钻头如何进行岩性的识别, 别且这个问题已经成为了当前可对录井生产产生重要影响的关键因素, 采用砂筐进行岩屑捞取这是既往处理牙轮条件下岩屑的方法, 但由于现在的岩屑已直接已经远比过去小, 故此种方法用于PDC钻头条件下的岩屑处理已经变的不可能, 由于PDC钻头条件下岩屑颗粒细小, 一旦采用砂筐进行清洗, 大量的地层信息就丢失, 此种情况下想要准确定名岩屑也是不可能的。为了杜绝细小岩屑被冲洗掉的情况发生, 我们作了大量的对比实验工作, 经过很长一段时间的探索, 终于寻求到了一种可用于当前PDC钻头条件下的岩屑处理新方法, 其具体流程图如图1所示。

为了进一步保证获得更好的PDC条件下的岩屑处理效果, 其处理过程应严格遵照一下几方面的原则:

(1) 必须替换掉过去施用的砂筐而严格按照图1中所示, 直接采用这些组合筛子对捞取的岩屑进行漂洗, 以确保不会丢失重要地层信息。

(2) 在清晰过程中切忌不能水流过急, 以此防止将胶结疏松的砂岩冲洗为散状的石英颗粒而不利于通过显微镜实施岩屑胶结成分的观察。

(3) 当岩屑被清洗干净过后, 其第一层筛子中的岩屑均为上部地层的掉落物, 应对该部分岩屑做废弃处理。

(4) 第2~3层的岩屑为真实的地层岩屑, 将其均匀混合后, 取少量盛放到砂样盘中, 再需以清水将岩屑冲至足够平整。

2.2 如何选用双目显微镜

作为本方法的关键性设备, 双目显微镜的性能将会对确定岩屑物性参数的准确性产生直接影响, 经多次试验筛选比较, 我们最终确立了以下几种性能的显微镜, 其在现场条件的施用中可以达到准确识别PDC钻头条件下岩屑的要求:

(1) 选用10倍与20倍的目镜以及1倍、2倍和4倍的物镜, 其中, 物镜最好选用具有变焦功能的产品, 这样更有利于更清晰地对岩屑的成分与结构进行观察。

(2) 必须选用具可变光源的显微镜, 且该光源具备聚焦功能。

(3) 尽量选用可调范围足够大的显微镜物镜, 如此在进行岩心与井壁取心样品的观察时更易操作。

(4) 显微镜外形需满足人体工学设计要求, 以便将观察者的劳动强度降到最低。

2.3 如何在显微镜下确定岩屑的物性参数

当前, 我们主要用于描述现场条件下岩屑物性参数的项目包括:色泽、硬度、粒度、孔隙状况、分选、圆度、胶结物、包含物以及产状等, PDC钻头条件下岩屑颗粒细小, 确定岩屑物性参数必须在显微镜下进行, 但问题是随着显微镜放大倍数的变化镜下观察的这些参数也在变化, 比如:显微镜放大倍数的增大岩屑的颗粒直径也随之增大, 所以我们必须选用一种标准图版, 在显微镜下用它和地层岩屑进行对比观察, 这样就能消除放大倍数变化对观察者的影响, 在现场实际应用中我们选用了美国石油学会的碎屑岩粒度、圆度、分选、百分比图版及颜色卡, 现场使用效果非常理想。

(1) 色泽:现场岩屑的颜色是使用美国石油学会的颜色卡来确定, 使用方法是把颜色卡放在显微镜下与岩屑进行对比观察, 从而确定岩屑的色泽, 在显微镜下通常可观察到的颜色包括:灰色、浅灰色、深灰色、绿灰色、橄榄绿灰色、褐灰色、绿色、灰绿色、褐色、灰褐色、红色、黑色、白色、无色以及杂色等。

(2) 硬度:视情况可分别采用硬度探针或尖头镊子来进行岩屑硬度的确定, 其中前者应用更为方便, 且通过该种方法可将硬度划分为以下几种:极软、软、较硬、中硬、硬、极硬。

(3) 粒度:采用显微镜进行观察的同时, 同时借助粒度板实施比较便可进行岩石骨架颗粒粒度的确定, 同时基于粒度将作为定名岩屑的主要参考依据。显微镜下对比观察的粒度板见下图2:

(4) 孔隙状况:同样是在显微镜下, 需充分参考据岩石骨架颗粒的分选、磨圆以及胶结物的可填充程度来进行其孔隙状况的确定, 最终确立的级别通常包括了极差、差、中等、好以及极好几种。

(5) 分选:借助显微镜, 同时应用图3所示的图版便能确立岩屑岩石骨架的分选级别。岩石骨架颗粒分选级别又通常包括了分选极差、分选差、分选中等、分选好以及分选极好等几种情况。

(6) 圆度:在显微镜下用图版3与岩屑对比观察来确定岩屑骨架的圆度级别。镜下确定的岩石骨架颗粒圆度级别一般分为以下几种:尖棱角状、棱角状、次棱角状、次圆状、圆状以及极圆状几种。

(7) 岩屑百分含量:同样图3所示的百分含量数值进行确定。

(8) 胶结物与包含物:胶结物类型通过测定出的硬度情况以及滴酸反应来确定, 具体包括了泥质胶结、钙质胶结、铁质胶结以及硅质胶结等几种。

3 结论和建议

随着钻井技术的不断提高, 使用PDC钻头已经成为一种趋势, 这就为在PDC钻头条件下识别岩性奠定了基础, 同时是否能够准确地对岩性进行识别将会对现场油气显示的落实以及岩性界面的具体划分情况产生直接影响, 故现场岩性的正确识别其意义是不言而喻的, 本文论述的方法已经成功的应用于伊拉克的鲁迈拉油田, 该油田属于碳酸盐剖面的海相沉积和砂泥岩剖面的混合型陆相沉积盆地, 其岩性通常以碳酸盐岩、砂岩、粉砂岩及泥岩占据主体, 其包含物则偏重于化石与碳质的碎屑、黄铁矿以及方解石等, 在该油田使用此方法获得了良好的效果, 甲方对现场岩性的描述给予了充分的肯定。基于此, 我们希望该方法可以在国内的油田得以推广应用, 以此为各大油田在PDC钻头条件下岩性识别问题方面提供更为理想的解决方案。

摘要：近年来, 随着录井技术的不断发展, 国内外越来越多的探井和开发井, 在钻井过程中使用PDC钻头, 由于PDC钻头在使用过程中钻压小、钻速快, 在钻井过程中被越来越广泛的使用。由于PDC钻头牙齿细小, 所破碎的岩屑颗粒小, 有的PDC岩屑接近粉末状, 这就给岩屑的识别带来难度和困难。本文介绍了在使用PDC钻头的条件下, 如何更有效与准确进行岩屑识别与处理的可行方法。

关键词：PDC钻头,岩屑识别,岩屑的处理,显微镜,岩屑的物性参数

参考文献

[1]袁邦凯, 宗书玮.PDC钻头条件下岩性的识别方法[J].大庆石油地质与开发, 2005 (B08) :15-16

[2]张根法, 刘丽娜, 肖自歉.PDC钻头加复合钻井技术条件下的岩屑录井[J].中国西部油气地质, 2006, (03)

[3]高居伟.PDC钻头条件下岩屑颜色描述方法的研究[D].中国海洋大学, 2007

[4]杨晓明.基于灰度统计特征的岩屑岩性最优描述方法研究[D].中国海洋大学, 2007

[5]王兆国.固体介质中非线性波传播特点与岩性分析[D].吉林大学, 2007