專利名稱：一種巖石動(dòng)電滲透率的測(cè)量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用動(dòng)電耦合現(xiàn)象對(duì)于巖石滲透率測(cè)量的方法。
背景技術(shù)：
滲透率是最重要的地層參數(shù)之一，它能夠反映地層的傳輸結(jié)構(gòu)，在石油化學(xué)工業(yè)中具有很強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值。目前，油田測(cè)井中對(duì)滲透率等地層參數(shù)的探測(cè)方法仍然是傳統(tǒng)的聲波測(cè)井和電法測(cè)井。但聲波測(cè)井和電法測(cè)井存在一定的局限性。聲波測(cè)井就是利用聲波發(fā)射換能器在井下發(fā)射聲波，由接收換能器獲得經(jīng)地層反射回來的聲波信號(hào)；電法測(cè)井則是在井中激勵(lì)電信號(hào)，然后由線圈或電極檢測(cè)返回的電信號(hào)。它們分別獨(dú)立的地測(cè)量地層的聲學(xué)和電學(xué)參數(shù)。而地層的聲學(xué)參數(shù)和電學(xué)參數(shù)之間往往存在聯(lián)系，其中一些聯(lián)系已經(jīng)為人們所熟知，另一些聯(lián)系則至今未被認(rèn)識(shí)。如用斯通利波(聲波測(cè)井全波中的一種低頻表面波)的衰減評(píng)價(jià)地層滲透率，該方法是當(dāng)前國(guó)際上原地連續(xù)測(cè)量地層滲透率的方法之一，這表明滲透率是一個(gè)與聲學(xué)特性有關(guān)的參數(shù)；另一方面，通過電法測(cè)井也可以對(duì)滲透率進(jìn)行估計(jì)，表明滲透率又是與電學(xué)特性有關(guān)的參數(shù)。又比如，地層電阻率因素F等于地層水電導(dǎo)率與地層電導(dǎo)率之比，而在忽略雙電層影響的條件下，地層電阻率因素F還等于孔隙介質(zhì)彎曲度α =O與孔隙度Φ之比，后兩個(gè)參數(shù)是孔隙介質(zhì)聲波方程中的基本參數(shù)。這些例子表明，有一些地層參數(shù)既與地層聲學(xué)特性有關(guān)，又與地層電學(xué)特性有關(guān)。動(dòng)電現(xiàn)象產(chǎn)生于孔隙介質(zhì)中固相和電解液邊界處存在雙電層條件下，流動(dòng)的液流和電流之間的耦合作用。研究動(dòng)電耦合現(xiàn)象對(duì)于探索開發(fā)和利用地下油氣資源的新方法， 對(duì)認(rèn)識(shí)地震誘導(dǎo)電磁場(chǎng)的現(xiàn)象并利用這種現(xiàn)象進(jìn)行預(yù)警，以及在地震或其它動(dòng)荷載作用下多相孔隙介質(zhì)中流體運(yùn)動(dòng)等問題都具有十分重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種巖石動(dòng)電滲透率的測(cè)量方法，以動(dòng)電理論為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)一套利用動(dòng)電現(xiàn)象測(cè)量巖心樣品滲透率的實(shí)驗(yàn)裝置，采用低頻交流鎖相放大技術(shù)進(jìn)行巖心樣品的流動(dòng)電勢(shì)和電滲壓力實(shí)驗(yàn)，利用被測(cè)量的低頻極限值來逼近各物理量在靜態(tài)下結(jié)果，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)巖心滲透率的測(cè)量，為聲電效應(yīng)測(cè)井的研究提供必要的理論技術(shù)支持。本發(fā)明所述的一種動(dòng)電滲透率的測(cè)量方法，其步驟如下1)巖心樣品準(zhǔn)備(1)實(shí)驗(yàn)中使用巖心樣品的孔隙度在20% -30%之間；(2)實(shí)驗(yàn)的巖心樣品為直徑1英寸的圓柱體巖心，使用巖心樣品切割機(jī)將巖心樣品長(zhǎng)度切成2cm，切割時(shí)避免巖心樣品柱面和端面上存在不可修復(fù)的缺角，確保兩端面平整且與圓柱體軸線垂直；(3)巖心樣品在使用前要進(jìn)行清洗，先洗掉雜質(zhì)，然后使用四氯化碳洗油，用無水乙醇洗鹽；(4)在實(shí)驗(yàn)前對(duì)溶液和巖心樣品進(jìn)行抽空及完全飽和，溶液是濃度為0. 05mol/L的鹽水；(5)將巖心樣品水平放置在流動(dòng)電勢(shì)實(shí)驗(yàn)巖心夾持器或電滲實(shí)驗(yàn)巖心夾持器中間的夾持器，兩端面與桌面垂直，將高壓氣體從進(jìn)氣口注入圍壓腔內(nèi)，保持圍壓1. 2Mpa ；2)流動(dòng)電勢(shì)實(shí)驗(yàn)信號(hào)源輸出的低頻交流信號(hào)經(jīng)功率放大器放大之后供給激振器，激振器周期的振動(dòng)使激振桿對(duì)與其緊密接觸的振動(dòng)膜產(chǎn)生一個(gè)交變的壓力，進(jìn)而推動(dòng)鹽水周期的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，在巖心兩端形成壓力差，鹽水流過巖心時(shí)，由于巖心內(nèi)部雙電層效應(yīng)的影響，在粘滯力的作用下一部分可移動(dòng)的帶電離子會(huì)伴隨鹽水一起運(yùn)動(dòng)，形成電流；3)電滲實(shí)驗(yàn)由信號(hào)源給交流恒流源低頻交流激勵(lì)，產(chǎn)生一個(gè)與信號(hào)源同頻的低頻交流電流，當(dāng)電流通過巖心時(shí)，在其兩端形成電位差，巖心內(nèi)部的水分子會(huì)伴隨電流一起流動(dòng)，形成電滲液流，在液流流入的一端對(duì)液體產(chǎn)生壓縮，流出的一端使液體膨脹，導(dǎo)致巖心兩端形成壓力差；4)動(dòng)電滲透率的計(jì)算在頻率很低，慣性力可以忽略的情況下，彈性場(chǎng)和電磁場(chǎng)的耦合表現(xiàn)為J = -CT0VO+ Z12 (-Vp)⑴y = -L2lVO + (-Vp)k0/n(2)上面兩式分別是對(duì)歐姆定律和達(dá)西定律在孔隙介質(zhì)中的推廣，其中，J是電流密度矢量，V是滲流速度矢量P是流體壓強(qiáng)，ΥΦ是電場(chǎng)強(qiáng)度。O O是壓力梯度為零時(shí)流體飽和孔隙介質(zhì)的電導(dǎo)率，1 是電場(chǎng)強(qiáng)度為零時(shí)孔隙介質(zhì)的滲透率。L12和L21稱為動(dòng)電耦合系數(shù)， A2 (-Vp)代表流動(dòng)電流，ζ21(-νΦ)代表電滲液流。在動(dòng)電實(shí)驗(yàn)中，主要通過流動(dòng)電勢(shì)實(shí)驗(yàn)和電滲實(shí)驗(yàn)來確定流動(dòng)電勢(shì)系數(shù)Ks、電滲壓力系數(shù)Ke，以及巖心的電導(dǎo)率σκ，進(jìn)而換算出滲透率，kE = σΕη KS/KE(3)其中，η為溶液的粘度系數(shù)，Ks是流動(dòng)電勢(shì)實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)流過巖心的電流密度為零時(shí)，在巖心兩端測(cè)量到的電勢(shì)差Δ Φ與作用于巖心兩端的流體壓強(qiáng)差Δρ之比的負(fù)值。Ke 是電滲實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)通過巖心的滲流為零時(shí)，在巖心兩端測(cè)量到的壓強(qiáng)差Δρ與作用于巖心兩端的電勢(shì)差Δ Φ之比的負(fù)值。通過不同長(zhǎng)度巖心的測(cè)量數(shù)據(jù)驗(yàn)證了這一結(jié)論(如表1)，巖心長(zhǎng)度為1.5cm和 2cm?？梢钥闯龆處r心測(cè)量數(shù)據(jù)曲線的波動(dòng)性更小，變化更圓滑，而且結(jié)果與氣法測(cè)量的滲透率更加吻合。表1不同長(zhǎng)度巖心的動(dòng)電滲透率
權(quán)利要求
1.一種動(dòng)電滲透率的測(cè)量方法，其特征在于1)巖心準(zhǔn)備(1)實(shí)驗(yàn)中使用巖心的孔隙度在20-30%之間；(2)實(shí)驗(yàn)的巖心為直徑1英寸的圓柱體巖心，將巖心樣品長(zhǎng)度切割成2cm，切割時(shí)避免巖心樣品柱面和端面上存在不可修復(fù)的缺角，確保兩端面平整且與圓柱體軸線垂直；(3)巖心樣品在使用前要進(jìn)行清洗，先洗掉雜質(zhì)，然后使用四氯化碳洗油，用無水乙醇洗鹽；(4)在實(shí)驗(yàn)前對(duì)溶液和巖心樣品進(jìn)行抽空及完全飽和，溶液是濃度為0.05mol/L的鹽水；(5)將巖心樣品水平放置在流動(dòng)電勢(shì)實(shí)驗(yàn)巖心夾持器或電滲實(shí)驗(yàn)巖心夾持器中間的夾持器中，兩端面與桌面垂直，將高壓氣體從進(jìn)氣口注入圍壓腔內(nèi)，保持圍壓1. 2Mpa ；2)流動(dòng)電勢(shì)實(shí)驗(yàn)信號(hào)源輸出的低頻交流信號(hào)經(jīng)功率放大器放大之后供給激振器，激振器周期的振動(dòng)使激振桿對(duì)與其緊密接觸的振動(dòng)膜產(chǎn)生一個(gè)交變的壓力，進(jìn)而推動(dòng)鹽水周期的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，在巖心樣品兩端形成壓力差，鹽水流過巖心樣品時(shí)，由于巖心樣品內(nèi)部雙電層效應(yīng)的影響，在粘滯力的作用下一部分可移動(dòng)的帶電離子會(huì)伴隨鹽水一起運(yùn)動(dòng)，形成電流；3)電滲實(shí)驗(yàn)由信號(hào)源給交流恒流源低頻交流激勵(lì)，產(chǎn)生一個(gè)與信號(hào)源同頻的低頻交流電流，當(dāng)電流通過巖心樣品時(shí)，在其兩端形成電位差，巖心樣品內(nèi)部的水分子會(huì)伴隨電流一起流動(dòng)，形成電滲液流，在液流流入的一端對(duì)液體產(chǎn)生壓縮，流出的一端使液體膨脹，導(dǎo)致巖心樣品兩端形成壓力差；4)通過流動(dòng)電勢(shì)實(shí)驗(yàn)和電滲實(shí)驗(yàn)來確定流動(dòng)電勢(shì)系數(shù)Ks、電滲壓力系數(shù)KE，以及巖心的電導(dǎo)率σκ，進(jìn)而換算出滲透率，kE = oEnKs/KE(3)其中，n為溶液的粘度系數(shù)，Ks是流動(dòng)電勢(shì)實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)流過巖心樣品的電流密度為零時(shí)，在巖心樣品兩端測(cè)量到的電勢(shì)差ΔΦ與作用于巖心樣品兩端的流體壓強(qiáng)差Δρ之比的負(fù)值，Ke是電滲實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)通過巖心樣品的滲流為零時(shí)，在巖心樣品兩端測(cè)量到的壓強(qiáng)差 Δρ與作用于巖心樣品兩端的電勢(shì)差Δ Φ之比的負(fù)值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的動(dòng)電滲透率測(cè)量方法，流動(dòng)電勢(shì)實(shí)驗(yàn)巖心夾持器由導(dǎo)通電極、水槽、測(cè)量電極、橡膠套、夾持器、固定架、外殼管、支撐架、振動(dòng)膜構(gòu)成；其特征在于圓柱形巖心樣品水平位于圓柱形外殼管內(nèi)，巖心樣品兩端分別由兩個(gè)圓柱形夾持器固定，兩個(gè)圓柱形夾持器分別通過外殼管兩端內(nèi)的鍥形環(huán)狀支撐架和外殼管兩端外的環(huán)形帽狀固定套與外殼管密封固定；兩個(gè)水槽分別位于兩個(gè)夾持器的端部，夾持器內(nèi)的空腔與水槽連通；兩個(gè)夾持器上分別設(shè)有差壓接口，兩個(gè)水槽上分別設(shè)有注液口和排水口 ；導(dǎo)通電極設(shè)在兩個(gè)水槽中一個(gè)水槽的端部，振動(dòng)膜設(shè)在水槽中另一個(gè)水槽的端部；橡膠套套在巖心樣品的兩端和夾持器外，橡膠套的外壁與外殼管的內(nèi)壁形成圍壓腔，在外殼管上設(shè)有進(jìn)氣口 ；環(huán)狀測(cè)量電極位于巖心樣品的兩側(cè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的動(dòng)電滲透率測(cè)量方法，其特征在于使用的導(dǎo)通電極和測(cè)量電極為Ag/AgCl電極，由一根直徑1. 2mm，純度為99. 9%的銀絲彎成同心多環(huán)狀在lmol/L 的HCl鍍液中電鍍而成。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種巖石動(dòng)電滲透率的測(cè)量方法；將巖心樣品放置在流動(dòng)電勢(shì)實(shí)驗(yàn)巖心夾持器或電滲實(shí)驗(yàn)巖心夾持器中間，保持圍壓1.2Mpa；流動(dòng)電勢(shì)實(shí)驗(yàn)利用振動(dòng)膜產(chǎn)生的交變壓力推動(dòng)鹽水周期的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，在巖心樣品兩端形成壓力差，鹽水流過巖心樣品時(shí)，由于巖心樣品內(nèi)部雙電層效應(yīng)的影響，在粘滯力的作用下一部分可移動(dòng)的帶電離子會(huì)伴隨鹽水一起運(yùn)動(dòng)，形成電流；電滲實(shí)驗(yàn)當(dāng)電流通過巖心樣品時(shí)，兩端形成電位差，巖心樣品內(nèi)部的水分子會(huì)伴隨電流一起流動(dòng)，形成電滲液流，在液流流入的一端對(duì)液體產(chǎn)生壓縮，流出的一端使液體膨脹，導(dǎo)致巖心樣品兩端形成壓力差，進(jìn)而換算出滲透率；本方法以宏觀的方法在低頻范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)滲透率微觀參數(shù)的測(cè)量。
文檔編號(hào)G01N15/08GK102384886SQ20101026982
公開日2012年3月21日 申請(qǐng)日期2010年9月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月1日
發(fā)明者孫寶鈿, 李新, 杜環(huán)虹, 王軍, 程希, 胡恒山, 路濤 申請(qǐng)人:中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司, 中國(guó)石油集團(tuán)測(cè)井有限公司