专利名称：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 =O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 = -CT0VO+ Z12 (-Vp)⑴y = -L2lVO + (-Vp)k0/n(2)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，ΥΦ是电场强度。O O是压力梯度为零时流体饱和孔隙介质的电导率，1 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， A2 (-Vp)代表流动电流，ζ21(-νΦ)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σκ，进而换算出渗透率，kE = σΕη KS/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Δ Φ与作用于岩心两端的流体压强差Δρ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Δρ与作用于岩心两端的电势差Δ Φ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。可以看出短岩心测量数据曲线的波动性更小，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
权利要求
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σκ，进而换算出渗透率，kE = oEnKs/KE(3)其中，n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Δρ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 Δρ与作用于岩心样品两端的电势差Δ Φ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锲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lmol/L 的HCl镀液中电镀而成。
全文摘要
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成压力差，进而换算出渗透率；本方法以宏观的方法在低频范围内实现对渗透率微观参数的测量。
文档编号G01N15/08GK102384886SQ20101026982
公开日2012年3月21日 申请日期2010年9月1日 优先权日2010年9月1日
发明者孙宝钿, 李新, 杜环虹, 王军, 程希, 胡恒山, 路涛 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