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孔隙介质动电耦合系数及渗透率的实验研究

作　者: 尹诚刚
导　师: 胡恒山
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 固体力学
关键词: 孔隙介质双电层流动电势电渗动电耦合系数渗透率
分类号: P618.13
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

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。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第1章绪论  9-12
  1.1 课题来源及研究目的和意义  9
  1.2 地层动电效应和动电测井的发展  9-10
  1.3 动电渗透率的发展  10-11
  1.4 本文的主要内容  11-12
第2章孔隙介质的双电层及动电效应  12-20
  2.1 双电层  12-13
    2.1.1 微观机理  12
    2.1.2 Stern 的双电层模型  12-13
  2.2 动电效应  13-19
    2.2.1 电渗  13-15
    2.2.2 流动电势  15-16
    2.2.3 流动电势的岩石电路模型  16-18
    2.2.4 动电耦合系数和渗透率  18-19
  2.4 本章小结  19-20
第3章岩样动电实验  20-36
  3.1 样品及预处理  20-21
    3.1.1 样品  20
    3.1.2 岩样的预处理  20
    3.1.3 盐水的制备  20-21
  3.2 实验设备  21-22
  3.3 电渗  22-28
    3.3.1 前人所做的工作  22-24
    3.3.2 电渗实验的改进  24-27
    3.3.3 电渗实验的操作步骤  27-28
  3.4 电导率  28-32
    3.4.1 前人所做的工作  28-29
    3.4.2 电导率实验的改进  29-32
    3.4.3 电导率实验的操作步骤  32
  3.5 流动电势  32-34
    3.5.1 前人所做的工作  32-33
    3.5.2 流动电势实验的改进  33-34
    3.5.3 流动电势实验的操作步骤  34
  3.6 致密样品的对比实验  34-35
    3.6.1 致密样品的作用  34
    3.6.2 样品的选择  34-35
  3.7 本章小结  35-36
第4章实验数据的分析和处理  36-55
  4.1 电渗实验  36-48
    4.1.1 降低频率的措施的效果  36-39
    4.1.2 压力差数据的处理方法  39-44
    4.1.3 电渗压力系数的分析  44-48
  4.2 电导率实验  48-50
    4.2.1 多锁相放大器干扰问题  48-49
    4.2.2 计算岩石的电导率  49-50
  4.3 流动电势实验  50-53
    4.3.1 电流源模型  50-51
    4.3.2 锁相放大器的内阻  51
    4.3.3 计算流动电势系数  51-53
  4.4 石墨样品的测量分析  53
  4.5 动电耦合系数和渗透率  53-54
  4.6 本章小结  54-55
结论  55-56
参考文献  56-59
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果  59-61
致谢  61

孔隙介质动电耦合系数及渗透率的实验研究

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