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。