孔隙介质动电耦合系数及渗透率的实验研究

摘要

从动电效应角度认识地震电磁现象、利用井中震电耦合效应进行地球物理勘探，是当前地球物理研究的前沿课题，而动电耦合系数是衡量岩石中力-电耦合的关键参数。渗透率是岩石的另一个重要参数，它反映石油、天然气等的在储层中的渗流能力，是衡量储层特性的重要指标。本文采用实验方法，测量这两个参数，并分析它们的联系。
　　岩石的动电效应源于流-固表面附近的双电层。孔隙流体中的负离子被化学吸附到孔道表面，使得孔道内正离子占据优势。当双电层形成后，流体的流动和电流的流动会相互耦合，形成动电效应。
　　动电信号十分微弱，为论证实验所测量的信号是由动电效应引起的，需要区别背景噪声和动电信号。本文以孔隙度为零因而不产生动电效应的石墨替代岩样，测量了实验的背景噪声，发现了背景噪声远小于孔隙岩样的动电信号。
　　岩石动电耦合系数和渗透率的确定，需要测定电渗压力系数、岩石电导率和流动电势系数。这三个参数分别由电渗实验、电导率实验和流动电势实验测得。本文在介绍前人的测量方案之后，提出了改进测量方案和操作步骤。在电渗实验中，通过改变锁相放大器参考端信号的输入波形、使用串联的四级低通滤波器、开启同步滤波等，将整个系统的工作频率降低至毫赫兹级别，从而测到了200mD以下渗透率的电渗信号。通过摄影法记录电渗压力信号，使得原本无法读取的信号现在可以识别，进一步提高了电渗实验的测量能力。在电导率实验中，通过合理的接线方法，消除了同电路内多台锁相放大器之间的干扰，使得可以用两台锁相放大器测量岩石的阻抗。通过实验测量，获得了三个岩样的动电耦合系数和渗透率，实验结果具有较好的可重复性。
　　此外，针对流动电势实验中岩石的等效电路问题，提出了电流源模型，并从理论和实验两方面进行了验证。

目录

孔隙介质动电耦合系数及渗透率的实验研究

DETERMINATION OF ELECTROKINETIC COUPLING COEFFICIENT AND PERMEABILITY IN A POROUS ROCK SAMPLE

摘要

Abstract

第1章绪论

1.1课题来源及研究目的和意义

1.2地层动电效应和动电测井的发展

1.3动电渗透率的发展

1.4本文的主要内容

第2章孔隙介质的双电层及动电效应

2.1双电层

2.1.1微观机理

2.1.2Stern的双电层模型

2.2动电效应

2.2.1电渗

2.2.2流动电势

2.2.3流动电势的岩石电路模型

2.3.4动电耦合系数和渗透率

2.4本章小结

第3章岩样动电实验

3.1样品及预处理

3.1.1样品

3.1.2岩样的预处理

3.1.3盐水的制备

3.2实验设备

3.3电渗

3.3.1前人所做的工作

3.3.2电渗实验的改进

3.3.3电渗实验的操作步骤

3.4电导率

3.4.1前人所做的工作

3.4.2电导率实验的改进

3.4.3电导率实验的操作步骤

3.5流动电势

3.5.1前人所做的工作

3.5.2流动电势实验的改进

3.5.3流动电势实验的操作步骤

3.6致密样品的对比实验

3.6.1致密样品的作用

3.6.2样品的选择

3.7本章小结

第4章实验数据的分析和处理

4.1电渗实验

4.1.1降低频率的措施的效果

4.1.2压力差数据的处理方法

4.1.3电渗压力系数的分析

4.2电导率实验

4.2.1多锁相放大器干扰问题

4.2.2计算岩石的电导率

4.3流动电势实验

4.3.1电流源模型

4.3.2锁相放大器的内阻

4.3.3计算流动电势系数

4.4石墨样品的测量分析

4.5动电耦合系数和渗透率

4.6本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

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致谢