岩样动电耦合系数测量及相关力学问题研究

摘要

动电耦合系数对于模拟天然地震诱导的电磁场和声电效应测井有重要意义，而渗透率又是石油开采价值的评价指标之一。本文研究以双电层（Stern模型）为基础的动电效应，通过动电实验方法测量了岩石样品的动电耦合系数,并结合所得到的动电耦合系数及电渗压力系数计算了岩样的渗透率。
　　孔隙流体中存在的压强差能引起流体相对固相骨架的运动，从而带动流体中的净剩离子运动产生流动电势，即流体压力会导致电势差；反之，孔隙流体中的带电离子在电场力的作用下运动会导致流体相对固相骨架的运动，产生压力差，即电场可以导致流体压力。本文以岩石样品作为实验试件，分别对流动电势和电渗压力这两种动电效应做了分析和讨论。
　　在实验中，在岩样两端加压，测量出流体电势，计算出了流动电势系数和电导率，从而获得动电耦合系数，结果表明激励频率在30Hz以下时，岩样的动电耦合系数随频率变化不大，这对认识天然地震过程中出现的电磁场是有重要意义的。在岩样两端施加电场，测量出岩样两端电势差，得到了电渗压力系数。利用动电耦合系数和电渗压力系数计算出了岩样的渗流率。分别计算出了7个岩样的渗透率，并与气测方法结果相比较，发现动电渗透率与气测渗透率具有较好的相关性。
　　结合动电测试系统，分析了夹持器系统中的乳胶管的体积变化以及乳胶管中的少量气体对差压读数的影响，结果表明这种影响非常小，可以忽略不计。

目录

岩样动电耦合系数测量及相关力学问题研究

摘要

Abstract

第1章绪论

1.1课题背景及研究的目的和意义

1.2动电效应研究及应用概况

1.2.1双电层

1.2.2动电效应

1.2.3动电效应应用概况

1.3本课题主要研究内容

第2章动电效应及岩样动电实验原理和方法

2.1引言

2.2双电层模型

2.2.1Helmholtz模型

2.2.2Gouy-Chapman模型

2.2.3Stern模型

2.2.4Gouy-Chapman-Grahame模型

2.3动电现象及动电实验原理

2.3.1Debye长度及电势

2.3.2流动电势及流动电势系数

2.3.3电渗及电渗压力系数

2.3.4动电耦合系数及渗透率

2.4本章小结

第3章实验仪器及实验测试系统

3.1引言

3.2微压传感器原理

3.2.1压阻式传感器

3.2.2压阻系数

3.2.3传感器的选型与使用

3.3锁相放大器原理

3.3.1相敏检测器

3.4岩石样品制作及夹持器系统

3.4.1岩石样品制作

3.4.2夹持器系统

3.5流动电势系数测量系统原理及实验步骤

3.5.1流动电势系数测量系统原理

3.5.2流动电势系数测量实验步骤

3.6电渗压力系数测量系统原理及实验步骤

3.6.1电渗压力系数测量系统原理

3.6.2电渗压力系数测量实验步骤

3.7本章小结

第4章实验数据处理

4.1引言

4.2数据处理

4.2.1流动电势系数测量实验数据分析

4.2.2电渗压力系数测量实验数据分析

4.2.3动电耦合系数及渗透率计算

4.3本章小结

第5章夹持器系统中的误差分析

5.1引言

5.2按软管体积变化计算误差的原因

5.2.1Pengra等人的理论

5.3乳胶管体积变化误差分析

5.4乳胶管体积变化误差计算

5.4.1计算附表

5.5本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明

哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书

致谢