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