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    重庆时时彩c: 一种岩石动电渗透率的测量方法.pdf

    关 键 词:
    一种 岩石 渗透 测量方法
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    摘要
    申请专利号:

    CN201010269825.5

    申请日:

    2010.09.01

    公开号:

    CN102384886A

    公开日:

    2012.03.21

    当前法律状态:

    驳回

    有效性:

    无权

    法律详情: 发明专利申请公布后的驳回IPC(主分类):G01N 15/08申请公布日:20120321|||实质审查的生效IPC(主分类):G01N 15/08申请日:20100901|||公开
    IPC分类号: G01N15/08 主分类号: G01N15/08
    申请人: 中国石油天然气集团公司; 中国石油集团测井有限公司
    发明人: 程希; 孙宝钿; 杜环虹; 李新; 路涛; 胡恒山; 王军
    地址: 100007 北京市东城区东直门北大街9号中国石油大厦
    优先权:
    专利代理机构: 北京市中实友知识产权代理有限责任公司 11013 代理人: 谢小延
    PDF完整版下载: PDF下载
    法律状态
    申请(专利)号:

    CN201010269825.5

    授权公告号:

    ||||||

    法律状态公告日:

    2014.02.19|||2012.05.02|||2012.03.21

    法律状态类型:

    发明专利申请公布后的驳回|||实质审查的生效|||公开

    摘要

    本发明涉及一种岩石动电渗透率的测量方法;将岩心样品放置在流动电势实验岩心夹持器或电渗实验岩心夹持器中间,保持围压1.2Mpa;流动电势实验:利用振动膜产生的交变压力推动盐水周期的往复运动,在岩心样品两端形成压力差,盐水流过岩心样品时,由于岩心样品内部双电层效应的影响,在粘滞力的作用下一部分可移动的带电离子会伴随盐水一起运动,形成电流;电渗实验:当电流通过岩心样品时,两端形成电位差,岩心样品内部的水分子会伴随电流一起流动,形成电渗液流,在液流流入的一端对液体产生压缩,流出的一端使液体膨胀,导致岩心样品两端形

    权利要求书

    1.一种动电渗透率的测量方法,其特征在于:
    1)岩心准备:
    (1)实验中使用岩心的孔隙度在20-30%之间;
    (2)实验的岩心为直径1英寸的圆柱体岩心,将岩心样品长度切割成
    2cm,切割时避免岩心样品柱面和端面上存在不可修复的缺角,确保两端
    面平整且与圆柱体轴线垂直;
    (3)岩心样品在使用前要进行清洗,先洗掉杂质,然后使用四氯化碳
    洗油,用无水乙醇洗盐;
    (4)在实验前对溶液和岩心样品进行抽空及完全饱和,溶液是浓度为
    0.05mol/L的盐水;
    (5)将岩心样品水平放置在流动电势实验岩心夹持器或电渗实验岩心
    夹持器中间的夹持器中,两端面与桌面垂直,将高压气体从进气口注入
    围压腔内,保持围压1.2Mpa;
    2)流动电势实验:信号源输出的低频交流信号经功率放大器放大之
    后供给激振器,激振器周期的振动使激振杆对与其紧密接触的振动膜产
    生一个交变的压力,进而推动盐水周期的往复运动,在岩心样品两端形
    成压力差,盐水流过岩心样品时,由于岩心样品内部双电层效应的影响,
    在粘滞力的作用下一部分可移动的带电离子会伴随盐水一起运动,形成
    电流;
    3)电渗实验:由信号源给交流恒流源低频交流激励,产生一个与信号
    源同频的低频交流电流,当电流通过岩心样品时,在其两端形成电位差,
    岩心样品内部的水分子会伴随电流一起流动,形成电渗液流,在液流流
    入的一端对液体产生压缩,流出的一端使液体膨胀,导致岩心样品两端
    形成压力差;
    4)通过流动电势实验和电渗实验来确定流动电势系数KS、电渗压力
    系数KE,以及岩心的电导率σR,进而换算出渗透率,
    kR=σRηKS/KE?????????????????????????(3)
    其中,η为溶液的粘度系数,KS是流动电势实验中,当流过岩心样
    品的电流密度为零时,在岩心样品两端测量到的电势差ΔΦ与作用于岩心
    样品两端的流体压强差Δp之比的负值,KE是电渗实验中,当通过岩心样
    品的渗流为零时,在岩心样品两端测量到的压强差Δp与作用于岩心样品
    两端的电势差ΔΦ之比的负值。
    2.根据权利要求1所述的动电渗透率测量方法,流动电势实验岩心夹
    持器由导通电极、水槽、测量电极、橡胶套、夹持器、固定架、外壳管、
    支撑架、振动膜构成;其特征在于:
    圆柱形岩心样品水平位于圆柱形外壳管内,岩心样品两端分别由两个
    圆柱形夹持器固定,两个圆柱形夹持器分别通过外壳管两端内的碶形环
    状支撑架和外壳管两端外的环形帽状固定套与外壳管密封固定;两个水
    槽分别位于两个夹持器的端部,夹持器内的空腔与水槽连通;两个夹持
    器上分别设有差压接口,两个水槽上分别设有注液口和排水口;导通电
    极设在两个水槽中一个水槽的端部,振动膜设在水槽中另一个水槽的端
    部;橡胶套套在岩心样品的两端和夹持器外,橡胶套的外壁与外壳管的
    内壁形成围压腔,在外壳管上设有进气口;环状测量电极位于岩心样品
    的两侧。
    3.根据权利要求2所述的动电渗透率测量方法,其特征在于:使用的
    导通电极和测量电极为Ag/AgCl电极,由一根直径1.2mm,纯度为99.9%
    的银丝弯成同心多环状在1mol/L的HCl镀液中电镀而成。

    说明书

    一种岩石动电渗透率的测量方法

    技术领域

    本发明涉及一种利用动电耦合现象对于岩石渗透率测量的方法。

    背景技术

    渗透率是最重要的地层参数之一,它能够反映地层的传输结构,在
    石油化学工业中具有很强的实用价值。目前,油田测井中对渗透率等地
    层参数的探测方法仍然是传统的声波测井和电法测井。但声波测井和电
    法测井存在一定的局限性。声波测井就是利用声波发射换能器在井下发
    射声波,由接收换能器获得经地层反射回来的声波信号;电法测井则是
    在井中激励电信号,然后由线圈或电极检测返回的电信号。它们分别独
    立的地测量地层的声学和电学参数。而地层的声学参数和电学参数之间
    往往存在联系,其中一些联系已经为人们所熟知,另一些联系则至今未
    被认识。如用斯通利波(声波测井全波中的一种低频表面波)的衰减评
    价地层渗透率,该方法是当前国际上原地连续测量地层渗透率的方法之
    一,这表明渗透率是一个与声学特性有关的参数;另一方面,通过电法
    测井也可以对渗透率进行估计,表明渗透率又是与电学特性有关的参数。
    又比如,地层电阻率因素F等于地层水电导率与地层电导率之比,而在
    忽略双电层影响的条件下,地层电阻率因素F还等于孔隙介质弯曲度α∞
    与孔隙度φ之比,后两个参数是孔隙介质声波方程中的基本参数。这些例
    子表明,有一些地层参数既与地层声学特性有关,又与地层电学特性有
    关。

    动电现象产生于孔隙介质中固相和电解液边界处存在双电层条件
    下,流动的液流和电流之间的耦合作用。研究动电耦合现象对于探索开
    发和利用地下油气资源的新方法,对认识地震诱导电磁场的现象并利用这
    种现象进行预警,以及在地震或其它动荷载作用下多相孔隙介质中流体
    运动等问题都具有十分重要的意义。

    发明内容

    本发明的目的是提供一种岩石动电渗透率的测量方法,以动电理论
    为基础,设计一套利用动电现象测量岩心样品渗透率的实验装置,采用
    低频交流锁相放大技术进行岩心样品的流动电势和电渗压力实验,利用
    被测量的低频极限值来逼近各物理量在静态下结果,从而实现对岩心渗
    透率的测量,为声电效应测井的研究提供必要的理论技术支持。

    本发明所述的一种动电渗透率的测量方法,其步骤如下:

    1)岩心样品准备:

    (1)实验中使用岩心样品的孔隙度在20%-30%之间;

    (2)实验的岩心样品为直径1英寸的圆柱体岩心,使用岩心样品切割
    机将岩心样品长度切成2cm,切割时避免岩心样品柱面和端面上存在不
    可修复的缺角,确保两端面平整且与圆柱体轴线垂直;

    (3)岩心样品在使用前要进行清洗,先洗掉杂质,然后使用四氯化碳
    洗油,用无水乙醇洗盐;

    (4)在实验前对溶液和岩心样品进行抽空及完全饱和,溶液是浓度为
    0.05mol/L的盐水;

    (5)将岩心样品水平放置在流动电势实验岩心夹持器或电渗实验
    岩心夹持器中间的夹持器,两端面与桌面垂直,将高压气体从进气口注
    入围压腔内,保持围压1.2Mpa;

    2)流动电势实验:信号源输出的低频交流信号经功率放大器放大之
    后供给激振器,激振器周期的振动使激振杆对与其紧密接触的振动膜产
    生一个交变的压力,进而推动盐水周期的往复运动,在岩心两端形成压
    力差,盐水流过岩心时,由于岩心内部双电层效应的影响,在粘滞力的作
    用下一部分可移动的带电离子会伴随盐水一起运动,形成电流;

    3)电渗实验:由信号源给交流恒流源低频交流激励,产生一个与信号
    源同频的低频交流电流,当电流通过岩心时,在其两端形成电位差,岩
    心内部的水分子会伴随电流一起流动,形成电渗液流,在液流流入的一
    端对液体产生压缩,流出的一端使液体膨胀,导致岩心两端形成压力差;

    4)动电渗透率的计算:

    在频率很低,惯性力可以忽略的情况下,弹性场和电磁场的耦合表
    现为

    J = - σ 0 Φ + L 12 ( - p ) ]]>

    v = - L 21 Φ + ( - p ) k 0 / η ]]>

    上面两式分别是对欧姆定律和达西定律在孔隙介质中的推广,其中,
    J是电流密度矢量,v是渗流速度矢量p是流体压强,是电场强度。σ0
    是压力梯度为零时流体饱和孔隙介质的电导率,k0是电场强度为零时孔
    隙介质的渗透率。L12和L21称为动电耦合系数,代表流动电流,
    代表电渗液流。

    在动电实验中,主要通过流动电势实验和电渗实验来确定流动电势
    系数KS、电渗压力系数KE,以及岩心的电导率σR,进而换算出渗透率,

    kR=σRηKS/KE?????????????????????????????(3)

    其中,η为溶液的粘度系数,KS是流动电势实验中,当流过岩心的
    电流密度为零时,在岩心两端测量到的电势差ΔΦ与作用于岩心两端的流
    体压强差Δp之比的负值。KE是电渗实验中,当通过岩心的渗流为零时,
    在岩心两端测量到的压强差Δp与作用于岩心两端的电势差ΔΦ之比的负
    值。

    通过不同长度岩心的测量数据验证了这一结论(如表1),岩心长度
    为1.5cm和2cm??梢钥闯龆萄倚牟饬渴萸叩牟ǘ愿?,变化更
    圆滑,而且结果与气法测量的渗透率更加吻合。

    表1不同长度岩心的动电渗透率


    随着电子技术的发展,一种利用非平衡热动力学方法来研究孔隙材
    料的渗透率的方法成为焦点,与微观几何尺寸方法相比,这种方法不需
    要测量材料的微观结构尺寸,而是通过宏观的方法在低频范围内实现对
    渗透率等微观参数进行测量。本发明就是采用这种低频交流的测试方法,
    依据孔隙介质固相-液相之间的动电耦合特性,利用锁相放大技术,测量
    岩心两端的电场和压力场,最终得到岩心渗透率。

    附图说明

    图1a电渗实验中的夹持器结构示意图。

    图1b电渗实验中的夹持器结构示意图。

    图2a流动实验中的夹持器结构示意图。

    图2b流动实验中的夹持器结构示意图。

    其中:1导通电极、2水槽、3测量电极、4橡胶套、5进气口、
    6围压腔、7注液口、8夹持器、9支撑架、10外壳管、11固
    定套、12岩心样品、13差压接口、14排水口、15振动膜、

    具体实施方式

    实验中使用岩心样品的孔隙度在20%-30%之间。实验样品均为直径1
    英寸的圆柱体岩心,使用岩心切割机将其长度切成2cm,切割时尽量避
    免岩心样品柱面和端面上存在不可修复的缺角,确保两端面平整且与圆
    柱体轴线垂直。另外,岩心样品在使用前要进行清洗,先洗掉杂质,然
    后使用四氯化碳洗油,用无水乙醇洗盐。气泡的存在会对流动电势和电
    渗试验产生很大影响,所以在实验前必须对溶液和岩心样品进行抽空及
    完全饱和。实验中使用的溶液是浓度为0.05mol/L的盐水。

    岩心夹持器由流动电势实验岩心夹持器和电渗实验岩心夹持器构成。

    流动电势实验岩心夹持器由导通电极1、水槽2、测量电极3、橡胶
    套4、夹持器8、固定架9、外壳管10、支撑架11、振动膜15构成;

    圆柱形岩心样品12水平位于圆柱形外壳管10内,岩心样品12两端
    分别由两个圆柱形夹持器8固定,两个圆柱形夹持器8分别通过外壳管
    10两端内的碶形环状支撑架9和外壳管10两端外的环形帽状固定套11
    与外壳管10密封固定;两个水槽2分别位于两个夹持器8的端部,夹持
    器8内的空腔与水槽2连通;两个夹持器8上分别设有差压接口13,两
    个水槽2上分别设有注液口7和排水口14;导通电极1设在两个水槽2
    中一个水槽的端部,振动膜15设在水槽2中另一个水槽的端部;橡胶套
    4套在岩心样品12的两端和夹持器8外,橡胶套的外壁与外壳管10的内
    壁形成围压腔,在外壳管10上设有进气口5;环状测量电极3位于岩心
    样品12的两侧。

    电渗实验岩心夹持器结构与流动电势岩心夹持器结构基本相同,不同
    的是夹持器两边均为环状电极而没有振动膜,岩心夹持器上设有压力传
    感器,压力传感器分别接在岩心样品的两端。

    由于流动电势和电渗实验对装置的要求不同,所以根据实验需要设
    计了两套岩心夹持器图1,图2,分别用于电渗实验和流动电势实验。两
    种装置的差别主要是右侧圆柱体水槽的设计不同,电渗实验中安装的是
    电极,而流动电势实验中安装的是振动膜。圆环状的电极既不影响电流、
    液流的流通性,又增大了电极的接触面积从而避免因电流密度过大引起
    的电极极化影响。实验中将岩心水平放置在中间的管道中,两端面与桌
    面垂直,为了保证液流、电流只从岩心内部通过,而不会从岩心的外侧
    柱面流过,因此,实验中的夹持器专门增加了一个加围压系统,避免测
    量数据存在较大误差。夹持器水平管道中部有一段橡胶圆管套,不加压
    时橡胶套内壁只与岩心外侧柱面紧密接触,两者之间不存在挤压作用。
    实验中将高压气体从进气口注入围压腔内,并保持围压1.2MPa左右,使
    橡胶圆管套紧紧“握住”岩心,这样就迫使液流、电流只能从岩心内部
    通过,保证实验的准确性。整个夹持器用有机玻璃和不锈钢这样的刚性
    材料制作,因而实验中不存在由于装置的可压缩性引起的误差。

    电极制作:电极包括导通电极和测量电极

    由于使用方式的不同,常规电化学专业中的成品Ag/AgCl电极不符
    合实验要求,所以实验中使用的Ag/AgCl电极需要专门制作。电极由一
    根直径1.2mm,纯度为99.9%的银丝弯成同心多环状在1mol/L的HCl镀
    液中电镀而成。

    动电耦合系数测量方法

    流动电势实验中,信号源输出到锁相放大器,经放大之后供给激振器,
    激振器周期的振动使激振杆对与其紧密接触的振动膜产生一个交变的压
    力,进而推动盐水周期的往复运动,这样就会在岩心两端形成压力差。
    当盐水流过岩心时,由于岩心内部双电层效应的影响,在粘滞力的作用下
    一部分可移动的带电离子会伴随盐水一起运动,形成电流,称之为流动
    电流,因为岩心具有一定阻抗,所以在电流流过岩心时在岩心两端就会
    产生电位差,称为流动电势。与此同时由于带电离子在岩心一端的累积
    会产生一个反向电场,部分带电离子在电场的作用下就会作反向运动,
    形成对流电流。当系统平衡后,两种电流相互抵消,总电流为零。

    在电渗实验中,整个装置都是密闭的,由信号源给交流恒流源低频交
    流激励,使其产生一个与信号源同频的低频交流电流。当电流通过岩心
    时,就会在其两端形成电位差,同时岩心内部的水分子会伴随电流一起
    流动,形成电渗液流,由于两端水槽密闭,这就会在液流流入的一端对
    液体产生压缩,而流出的一端使液体膨胀,从而导致岩心两端形成压力
    差。在压力差的作用下会产生回流液流,当系统达到平衡后两种液流相
    互抵消,总液流为零。

    岩石动电渗透率测量方法

    虽然流动电势实验和电渗实验激励方式不同,但实验中都是在系统
    平衡后,测量岩心两端的电位差和压力差。电位差由岩心两端的Ag/AgCl
    测量电极将信号引出。压力差信号用差压传感器检测。根据压力范围的
    不同,实验中选用两种差压传感器26PC(10V?DC,1psi)和DC001(5V
    DC,250Pa),分别用于流动电势实验和电渗实验中测量岩心两端的压力
    差。但由于这些信号是非常微弱的,可能比周围的环境噪声信号都微弱。
    对于这样微弱的交流信号,实验选取了专门用于检测埋藏于噪声中微弱
    交流信号的锁相放大器,这对于电压和电流的测量精度可以达到nV级和
    pA级。锁相放大器使用要求被测信号与参考信号具有相同频率,所以在
    两个实验中参考信号和激励信号都是由同一个信号源给出,保证了锁相
    放大器能正常准确测量。这里使用两台锁相放大器构成两个锁相环,同
    时测量电位差、压力差的幅度和相位。进而得到流动电势系数和电渗压
    力系数。而电导率可以依据测量结果由电学关系换算出来。最终得到岩
    心的渗透率。

    关于本文
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