孔隙介质动电耦合系数及渗透率的实验研究

论文摘要

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。

论文目录

• 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
• 2.1.2 Stern 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
• 2.2.4 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
• 致谢