Petrographic coded model concept for the correlation between geomechanical and elastic properties and its application on log data for Alpine rocks

Abstract

The derivation of geomechanical properties, like the rock strength, from elastic properties is an important topic not only in the oil industry, but also for geothermal projects, tunnelling or mining. It is one of the crucial parameters for the stability of the borehole, the drilling rate or stability of an underground mine. The idea of applying the petrographic model concept which involves an additional mineralogical influence was developed for the correlation between compressional wave velocity and uniaxial compression strength for sandstone, limestone, anhydrite and gypsum. The first step of this model is to define or assume the solid matrix properties of the dense host material, which covers therefore the influence of the rock type/lithology. The second step implements fractures/cracks with an inclusion model. Samples are selected from the surface and from borehole. A newly measurement set-up was developed to measure velocities during the uniaxial compression test. Additionally, the application of the derived equations on log data is tested. The presented correlations using the petrographic coded model concept shows good first results. Correlation between uniaxial compression strength and compressional wave velocity can be derived using the petrographic coded model concept (inclusion and defect model). The derived equations can easily be applied on log data and also deliver good results for the uniaxial compression strength in the borehole. Die Ableitung geomechanischer Parameter, wie die Gesteinsfestigkeit, von elastischen Eigenschaften, ist nicht nur in der Ölindustrie, sondern auch für Geothermie Projekte, im Tunnelbau oder im Bergbau, von großem Interesse. Es ist eine der Kerngrößen für die Stabilität des Bohrlochs, der Bohrgeschwindigkeit oder der Stabilität eines Untertagebergbaues. Die Idee der Anwendung des petrographisch kodierten Modelkonzeptes, welches zusätzlich den Mineraleinfluss beinhaltet, wurde für die Korrelation zwischen Kompressionswellengeschwindigkeit und einaxialer Druckfestigkeit für Sandstein, Kalkstein, Anhydrit und Gips entwickelt. Der erste Schritt dieses Models ist es, die Matrixwerte von der dichten Materialmasse, welche den Einfluss des Gesteinstyps/der Lithologie beinhaltet, zu bestimmen oder anzunehmen. Der zweite Schritt implementiert Risse/Brüche mit einem Inklusionsmodel. Es wurden Oberflächenproben und Bohrkerne ausgewählt. Ein neuer Messaufbau wurde entwickelt um Geschwindigkeiten währen eines einaxialen Druckversuches zu messen. Zusätzlich wurde die Anwendung der abgeleiteten Gleichungen an Bohrlochdaten getestet. Die hier präsentierten Korrelationen unter Verwendung des petrographisch kodierten Models zeigen erste gute Ergebnisse. Korrelationen zwischen einaxialer Druckfestigkeit und Kompressionswellengeschwindigkeit können mit dem Model (Inklusionen und Defekt Model) abgeleitet werden. Die Gleichungen können weiter leicht an Bohrlochdaten angewendet werden und erste Ergebnisse liefern gute Werte für die einaxiale Druckfestigkeit im Bohrloch. _______________________________________________________________ ________________________________________ Austrian Journal of Earth Sciences Vienna DOI: 10.17738/ajes.2017.0007 Petrographic coded model concept for the correlation between geomechanical and elastic properties and its application on log data for Alpine rocks__________________________________________ 1)*) 2) 3) Nina GEGENHUBER , Thomas SCHIFKO & Gerhard PITTINO 1) Montanuniversitaet Leoben, Chair of Applied Geophysics, Franz-Josef-Strasse 18, 8700 Leoben, Austria; 2) Fugro Austria GmbH, Einoedstrasse 13, 8600 Bruck an der Mur, Austria; 3) Montanuniversitaet Leoben, Chair of Subsurface Engineering, Franz-Josef-Strasse 18, 8700 Leoben, Austria; *) Corresponding author, nina.gegenhuber@unileoben.ac.at uniaixal compression strength; compressional wave velocity; petrographic code; logging data; alpine rocks