饱和岩石的动态渗透率和动电耦合系数解析式

动态渗透率和动电耦合系数是描述岩石中渗流波动和弹性-电磁耦合波效应的重要参数.本文基于毛细管束模型,提出了流体饱和孔隙介质的动态渗透率和动电耦合系数的解析表达式和简化表达式,并通过与前人近似式结果的对比,分析了不同表达式的合理性和适用性.在此基础上,理论分析了孔隙几何形状和孔径分布对渗透率和动电耦合系数的频率响应以及井孔震电耦合波场的影响.研究结果表明:当认为孔道均匀且达西渗透率、孔隙度和弯曲度恒定时,孔隙几何形状的影响很小,可以忽略,而前人的近似式高估了孔隙几何形状的影响;孔径分布的影响显著,随着孔径分布的增大,渗透率的临界频率显著减小,动电耦合系数的临界频率显著增加,震电测井的斯通利波及其伴随电场幅度显著增大.

低频交变压差作用下岩心流动电流和zeta电势实验测量

实验测量岩样zeta电势,对于认识地震诱导的电磁场现象以及探索利用动电效应的测井方法具有重要意义.本文介绍了专门设计的岩样流动电流和流动电势实验测量系统及一种获得岩样zeta电势的测量方法——流动电势和流动电流综合测量法.实验采用交流锁相放大技术,测量了3～100 Hz频率范围内交变压差作用下岩样的流动电势系数和流动电流系数,实验表明,这两个系数均随溶液浓度增大而减小,随pH值增大而增大.实验通过对不同浓度饱和岩样的流动电势和流动电流测量,获得了岩样的有效面积-长度比,进而计算出岩样的zeta电势和表面电导.实验还论证了忽略表面电导是导致常规流动电势测量法获得zeta电势低于实际值的原因.

基于动电效应的岩芯渗透率实验测量

根据孔隙介质的动电耦合理论设计了一套岩芯渗透率测量系统.实验采用交流锁相放大技术,在低频12～42 Hz范围内完成了砂岩岩样流动电势和电渗实验,得到了流动电势系数Ks和电渗压力系数K_E,进而计算出岩样动电渗透率,对于中、高渗透率岩样,测量得出的动电渗透率与常规气测渗透率差异较小,两者具有很好的相关性.实验表明,动电测量可作为岩样渗透率测量的一种方法,同时揭示了利用地层动电测井信号反演地层参数的可能性,实验结果对于分析天然地震动电效应也有参考意义.

流动电势和电渗压力的连续测量实验研究及低矿化度下Onsager互易性的验证

连续测量岩心的流动电势效应和电渗效应,可以获得岩心的动电渗透率,并验证Onsager互易性.通常这两个实验的岩心夹持器需要使用不同的堵头,而更换堵头会导致岩心内流体的参数和边界条件发生变化.本文设计了新的岩心夹持器和激励压力源,避免了在测量过程中更换堵头,提高了两个实验的一致性.本文测量了蒸馏水、以及0.01、0.02、0.05、0.1、0.2、0.4和0.6mol/L氯化钠溶液饱和的10块岩心的流动电势效应和电渗效应,获得了动电渗透率,并验证了低矿化度下的Onsager互易性.结果表明,Onsager互易性在低矿化度下是成立的;对于高矿化度,电渗效应能够取代流动电势效应用于反演渗透率.

声电效应测井电声比及其与地层渗透率的关系

基于流体饱和孔隙介质中声波-电磁场耦合效应的测井方法具有潜在的应用价值.本文从Pride动电耦合波方程组入手,推导了伴随斯通利波的井孔电场与声压比值(电声比)的频率域表达式.结果表明,在较低频率条件下,电声比幅角的正切值与渗透率呈反比.在此基础上,提出了利用低频的声电效应测井全波反演地层渗透率的方法.针对砂岩地层,从计算模拟的声电效应测井响应反演出了渗透率,其值比利用声波测井斯通利波反演的渗透率更接近真实值.

水平电流环激发的井外孔隙地层SH波模拟

通过求解完整的Pride声电耦合波方程组,并利用井壁处流体-孔隙介质交界面的场量连续性条件,推导出位于井轴的水平电流环激发的井内外电磁场和声场的解析表达式,模拟了水平电流环激发的电-声转换测井全波。由于水平电流环激发的TE波在孔隙地层中只与SH波耦合,诱导声波按地层横波速度传播,使得利用水平电流环激发的电-声测井在地层横波速度测量方面具有潜在的应用价值。