CN102795816A - 一种声学岩石及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种制造声学岩石的方法及由此制造的声学岩石。由本发明方法制造的声学岩石与天然岩石相比，与所要求参数的一致性误差小于1％，且成本低廉。

Description

一种声学岩石及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种声学岩石及其制造方法。

背景技术

目前国内外用于标定声学仪器的设备中，主要采用天然岩石。对于砂岩和泥岩，由其很难制造出一立方米以上体积无缝的测量岩块，而且声学参数均匀度误差达20％以上。对于灰岩和生成岩，虽可制造较大体积的岩块，但成本随体积增加，一立方米以上的岩块，体积增加一倍价格增加四倍。

因此，需要一种克服了上述问题的模拟天然岩石的声学岩石及其制造方法。

发明概述

本发明的目的是提供一种声学岩石制造方法。

本发明的另一个目的是提供一种声学岩石。

本发明的制造声学岩石的方法包括下述步骤：

1)设定所要求的声学岩石的声速V和密度ρ；

2)根据要求的声学岩石的形状制作模具；

3)根据声速配比公式来计算n₁、......、n_i：V＝V₁·n₁+V₂·n₂+...+V_i·n_i

其中，V₁...V_i为各种胶合剂的单一声速；n₁...n_i为各种胶合剂所占百分比，n₁+...+n_i＝1；

4)根据密度配比公式计算ρ_平均：ρ_平均＝ρ₁·n₁+ρ₂·n₂+...+ρ_i·n_i

4)添加骨架剂来调整密度，ρ＝ρ_平均·n_平均+ρ_骨架剂·n_骨架剂，n_平均+n_骨架剂＝1得到n_平均和n_骨架剂；

5)根据n_1’＝n_平均×n₁，......，n_i’＝n_平均×n_i，计算n_1’、......、n_i’

6)根据所计算的n_1’、......、n_i’，n骨架剂将所选择的胶合剂和骨架剂混合搅拌均匀后浇铸在所述模具中；浇铸后的声学岩石在10℃-50℃环境中养护15天-5个月。

若i≥3，如i＝3时，先假定一种胶合剂的添加百分比，然后再计算其余两种胶合剂的添加百分比；如i＝4时，先假定两种胶合剂的添加百分比，然后再计算其余两种胶合剂的添加百分比。优选地，i＝2。

优选地，所述胶合剂选自32.5MPa水泥、42.5MPa水泥、52.5MPa水泥、62.5MPa水泥和环氧树脂；所述骨架剂选自纯石英砂、微米铁粉和重晶石。

一般而言添加的骨架剂不多于两种。

本发明所采用的原料及声学参数表如下：

^1、2数据是表示对应的单一材料制成固体的参数，水泥密度是加入35％水凝成固体的密度。

优选地，还可以将添加剂与胶合剂混合，然后测得复合胶合剂的声速和密度，接着再按照声速配比公式进行计算，即所述V₁...V_i为混合有添加剂的复合胶合剂的声速。

所述添加剂选自速凝剂、减水剂和水泥胶。本发明的速凝剂可以采用本领域常用的速凝剂，如中国远兴JJ-818；本发明的减水剂可以采用本领域常用的减水剂，如上海希丁克，中国远兴JJ-808；本发明的水泥胶可以采用本领域常用的水泥胶，如河北虹宇。

根据所要求的声学岩石的形状来制作模具。由于制造过程是在常温、常压下进行，对模具材质要求不高，如可由钢材、塑料、木材制造。

浇铸时尽量减少混入气泡，方法一是缓慢加入，二是让原料充分振动。气泡体积含量小于2％时对声速影响很少，对密度影响也可达到误差要求。

浇铸后的声学岩石要保持湿润，在10℃-50℃环境中养护15-20天可硬化，但要声速稳定在1％以下要3-5个月时间。

本发明基于下述原理：当胶合剂比例大于35％，骨架剂颗粒直径小于2mm时，岩块声速基本为胶合剂声速。

通常来说，按照本发明的方法制备的声学岩石会满足要求，如果出现超过±5％的误差一般是由于单个原料物质的原始参数有误差，那么可先将单个胶合剂或骨架剂参数测准后再计算；或者，如果测得制备出的声学岩石的声速或密度偏大，那么减小声速大或密度大的那种胶合剂的比例，一般减小5％；声速或密度偏小，那么增加声速大或密度大的那种胶合剂的比例，一般增加5％，重新再制造即可。

本发明的方法适于制备声速为2000m/h-5000m/h的人工岩石。

本发明所制造的人造声学岩石用于石油勘探测井仪器地面标定设备中，与自然声学岩石相比的优点是：

(1)采用低价格的常用工业原料，因而价格低于相同质量的天然声学岩石。

(2)与所要求的参数(声速Vp、Vs，参数p)一致性误差小于1％，天然岩石很难达到5％。

(3)参数均匀度可达1％，比天然岩石高5-10倍。

(4)可通过模具制成各种形状。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明技术方案做进一步详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

以下实施例中采用的物质，除了注明的之外，其余均为市售。

实施例1

为了模拟地下的砂岩，制造声速V＝4.0mm/μs，密度ρ＝2.3g/cm³的声学岩石。

选择胶合剂为42.5MPa水泥(V₁＝3.8mm/μs，ρ₁＝1.85g/cm³)、52.5MPa水泥(V₂＝4.3mm/μs，ρ₂＝1.90g/cm³)。

根据声速配料公式：3.8·n₁+4.3·n₂＝4.0，n₁+n₂＝1。计算得：n₁＝0.6(60％)，n₂＝0.4(40％)。

根据密度配比公式：ρ_平均＝ρ₁·n₁+ρ₂·n₂＝1.85×0.6+1.90×0.4＝1.87g/cm³。

接着选择微米铁粉作为骨架剂，根据密度配比公式：

ρ_平均·n_平均+ρ_骨架剂·n_骨架剂＝2.3

1.87·n_平均+8.7·n_骨架剂＝2.3，n_平均+n_骨架剂＝1

计算得：n_平均＝0.937(93.7％)，n_骨架剂＝0.063(6.3％)

总配比：n_1’(42.5Mpa水泥)＝0.6×0.937＝0.562(56.2％)

n_2’(52.5Mpa水泥)＝0.4×0.937＝0.375(37.5％)

n_骨架剂(微米铁粉)＝0.063(6.3％)。

按照上述n_1’、n_2’和n_骨架剂的配比，将562g的42.5MPa水泥、375g的52.5MPa水泥和63g的微米铁粉混合搅拌均匀，制造成50mm×50mm的小型样块，在10℃-50℃环境中养护三个月后，即得。

实施例2

制作声速2.2mm/μs，密度ρ＝2.0g/cm³的声学岩石。

选择胶合剂为环氧树脂(V₁＝1.6mm/μs，ρ₁＝1.25g/cm³)，32.5MPa水泥(V₂＝3.4mm/μs，ρ₂＝1.85g/cm³)

根据声速配料公式：1.6·n₁+3.4·n₂＝2.2，n₁+n₂＝1。计算得：n₁＝0.667(66.7％)，n₂＝0.333(33.3％)。

根据密度配比公式：ρ_平均＝ρ₁·n₁+ρ₂·n₂＝1.25×0.667+1.85×0.333＝1.45g/cm³。

接着选择重晶石(ρ_骨架剂＝3.0)作为骨架剂，根据前述公式：

ρ_平均·n_平均+ρ_骨架剂·n_骨架剂＝2.0

1.45·n_平均+3.0·n_骨架剂＝2.0，n₃+n₄＝1

计算得：n_平均＝0.645(64.5％)，n_骨架剂＝0.355(35.5％)

总配比：n_1’(环氧树脂)＝0.667×0.645＝0.43(43％)，

n_2’(32.5Mpa水泥)＝0.333×0.645＝0.215(21.5％)，

n_骨架剂(重晶石)＝0.355(35.5％)。

按照上述n_1’、n_2’和n_骨架剂的配比将430g的环氧树脂、215g的32.5MPa水泥和355g的重晶石混合搅拌均匀，制造成50mm×50mm的小型样块，在10℃-50℃环境中养护五个月后，即得。

以上所述，仅为本发明的较佳实例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种用于制造声学岩石的方法，所述方法包括下述步骤：

1)设定所要求的声学岩石的声速V和密度ρ；

2)根据要求的声学岩石的形状制作模具；

3)根据声速配比公式来计算n₁、......、n_i：V＝V₁·n₁+V₂·n₂+...+V_i·n_i

其中，V₁...V_i为各种胶合剂的单一声速；n₁...n_i为各种胶合剂所占百分比，n₁+...+n_i＝1；

4)根据密度配比公式计算ρ_平均：ρ_平均＝ρ₁·n₁+ρ₂·n₂+...+ρ_i·n_i；

4)添加骨架剂来调整密度，ρ＝ρ_平均·n_平均+ρ_骨架剂·n_骨架剂，n_平均+n_骨架剂＝1得到n_平均和n_骨架剂；

5)根据n_1’＝n_平均×n₁，......，n_i’＝n_平均×n_i，计算n_1’、......、n_i’；

6)根据所计算的n_1’、......、n_i’n_骨架剂将所选择的胶合剂和骨架剂混合搅拌均匀后浇铸在所述模具中；浇铸后的所述声学岩石在10℃-50℃环境中养护15天-5个月。

2.如权利要求1所述的方法，其中所述胶合剂选自32.5MPa水泥、42.5MPa水泥、52.5MPa水泥、62.5MPa水泥和环氧树脂；所述骨架剂选自纯石英砂、微米铁粉和重晶石。

3.如权利要求1所述的方法，其中还可以将添加剂与胶合剂混合后再按照声速配比公式计算，即所述V₁...V_i为混合了添加剂的胶合剂的复合声速。

4.如权利要求3所述的方法，其中所述添加剂选自速凝剂、减水剂和水泥胶。

5.一种声学岩石，其由权利要求1-4中任一项所述的方法制造。