甚高频时岩石介电常数的测试方法和特性

本文讨论20-200MHz频率范围内平行板电容法测量岩石介电常数和电导率的方法,指出常用的静电场公式的局限性,给出较精确的似稳场动态公式,并讨论20-50MHz频率范围内的岩石介电特性。     

甚高频时岩石介电常数的测试方法和特性

本文讨论20—200MHz频率范围内平行板电容法测量岩石介电常数和电导率的方法,指出常用的静电场公式的局限性,给出较精确的似稳场动态公式,并讨论20—50MHz频率范围内的岩石介电特性。     

低频含水岩石介电高值成因及改进测量方法

含水岩石在低频下常常呈现高达104以上的介电常数值,数值模拟和实测结果都表明这是由于岩石中存在着传导电流,其具有与外场同相和正交的实、虚部,这二者通过与频率成反比的关系叠加在介电常数上.提出在平行板电容器一极板与被测岩石样品间夹入不导电薄膜的办法来消除传导电流的不利影响.对标准件的测量表明该方法的最大误差在4%以内.用该方法测量淡水饱和岩石样品,结果得到合理适中的介电常数值及清晰明了的介电极化谱.除湿岩石外,该方法还适用于冰、生物肌体等固态导电介质的介电谱研究.     

基于介电特性获取污染土壤中污染物含量的研究

从污染土壤复介电常数与污染成分的关系模型、污染土壤复介电常数测量技术两个方面综述了目前国内外学者利用介电特性和电磁波信号开展的土壤污染探测研究.最后指出,基于污染土壤的介电特性获取污染土壤中污染物含量是一项非常有前景的技术,其目的是通过获取土壤复介电常数的变化信息,定性和定量的对污染场地做出评价.     

基于数字岩心的含裂隙储层砂岩介电性质研究

了解储层岩石的介电特性在石油工业的各个方面都有重要的应用.小尺度裂隙是影响岩石介电性质的地质因素之一,获得裂隙对含裂隙岩石介电性质影响的定量关系具有重要的理论和实践意义.以含裂隙人造砂岩的三维微观数字结构为基础,通过基于三维有限差分算法计算的岩石介电性质与实验数据的对比验证数值计算方法的有效性.在此基础上,通过理论模型获得不同孔隙度基质的介电性质,并在不含裂隙人造砂岩的三维微观数字结构中人为添加以裂隙密度和纵横比为定量表征参数的裂隙,应用验证后的数值算法模拟随频率变化的含裂隙砂岩的介电性质,分析和研究不同孔隙度基质中定向排列裂隙对砂岩介电性质的影响.结果表明,当裂隙孔隙度随裂隙纵横比或裂隙密度发生改变时,含裂隙砂岩的介电性质与裂隙密度以及裂隙纵横比呈正相关关系,而当裂隙孔隙度保持不变时,含裂隙砂岩的介电性质随裂隙纵横比的减小而增大;裂隙参数的改变对不同基质孔隙度的含裂隙砂岩的介电性质的影响趋势较为一致,但随着基质孔隙度的减小,裂隙对砂岩介电性质的影响逐渐增大.裂隙参数和基质孔隙度对含裂隙砂岩介电性质影响的研究结果为基于介电特性的裂缝性油气储层的定量表征提供了依据,在油气勘探开发中具有重要的应用前景.     

双频介电测井方法与实现

介电测井是一种测量地层中电磁波传播速度和相位差的测井方法,能计算出地层的介电常数和电导(阻)率,在油田广泛推广用于评价地层孔隙度和含水饱和度,以区分油、水、气层.本文结合在国产数控测井地面系统配接Atlas1531/1532介电测井仪的经验,详细介绍了介电的测井原理和数据处理,给出了测井方法的具体实现和应用.该方法已经在多种地面系统和测试台架得到验证,通过现场测井取得良好的应用效果.     

岩芯尺度的宽频介电常数频谱实验室测量设备的误差分析及其在物质测量中的应用(英文)

宽频介电常数频谱测井技术最近被引进石油工业.这种新技术区别于传统介电常数测井技术在于多频率频谱的测定和利用.高频谱端包含介质油水饱和度信息,而低频谱端对介质中孔隙结构和水的分布形态很敏感.这种新技术可以有效地被应用于比如超淡水介质或者超黏度重油等对于常规测井来说是很困难的测量环境,而且受介质水中的含盐度影响很小.随着井下测井仪器的投入使用,相应的实验室岩芯测定设备和方法就变得重要起来.因为实验室环境相对较为稳定和可控,实验室岩芯测量结果是对井下测量的很好地验证和校订.文献中记载了许多非破坏性的实验室介电常数的测量设备,然而这些设备的共同局限性是它们对岩芯尺寸和岩芯样本的要求和限制,一般要求粉末状岩芯或者一厘米左右的小柱状岩芯.在碳酸盐介质中,非均匀性和各项异性非常普遍,小的岩芯样本能否涵盖井下设备测量尺度(1.5英寸)的特性很值得商榷.本文中介绍了一种最新设计的实验室大直径宽频介电常数测量设备.这个设备可以直接测量石油工业传统的1.5英寸岩芯样本,测量是非毁坏性的,也就是测量后的岩芯样本可以直接用于其它实验室测量设备,比如电阻率测量或核磁共振测量等.大量重复性试验测得的介电常数色散频谱的精确度对于低损耗介质在2%以内而对于高损耗介质在对孔隙度和含盐度校正以后精确度在3%.文中详细介绍了测量设备所使用的反演程序的算法模型,以及反演误差的算法.反演最后的误差可以用来做数据质量的评定.该测量装置被用于许多物质的测定.测定物质的数据库中合成石英(fused quartz),Teflon,合成陶瓷以及单晶硅的介电常数值可以在文献中找到.该设备的测量结果与文献参考值相符合,说明了该设备测量结果的可靠性.该设备还测量了矿物晶体碳酸钙,晶体白云石以及晶体硬石膏的介电常数,这是常见的碳酸盐介质的主要成分.这些测量给出了碳酸盐介质的边界成分区域值作为参考.该设备测量的两个单晶硅柱状样本的介电常数频谱特性发现退火会改变晶体的结构提高强度,同时会改变介质介电常数的特性.同时矿物晶体碳酸钙测量值高于粉末状测量结果也说明晶体结构可能会导致介电常数测量的不同.该设备具有1.5英寸的大尺度,因此具有和井下设备相仿的测量范围,因而不受介质水平各项异性的影响.但另一方面,该设备仍可以研究垂直各项异性.垂直各项异性的主要原因可能是化学成分不同,孔隙结构不对称或者温度对水分布的影响等等.在对岩石地面露头采样的研究中,宽频介电常数频谱实验室设备检测出了岩芯垂直各项异性,通过对比核磁共振一维孔隙度剖面结构发现总孔隙度不均衡以及分布不对称为该各项异性的主要来源,并且被CT图像所证实.     

流动成像测井研究进展

流动成像测井属于对非均匀介质动态的非线性测量，通过对油气井内多相流体信息的投影扫描和反演处理，实时成像显示流体分布及流动状况，国外研制的电导法，电容法仪器采用电导探针或电容元件构成阵列测量探头，分别利用油气与水的导电特性和介电特性差异辨识井内流体，对流动截面的测量局限于个别点上，已在水平井中见到应用效果，但对物场信息投影测量的数据量和分辨率未能满足成像要求。我国提出的电磁法采用环状阵列电极构成测量探头，综合利用油气与水的导电和介电特性差异辨识井内流体，可以测量获得多相流体流动截面的清晰图像，为研究开发全新的流动成像测井系统奠定了良好基础。     

植被复介电常数的测量与模型构建

目标的复介电常数是影响微波辐射和散射特性的重要因素.在植被定量化的应用研究中,建立植被具体物理参数与复介电常数之间关系的植被介电特性研究是微波遥感技术发展的基础工作.本研究选择我国黑河生态水文遥感试验的重点研究区域张掖市进行了6大类植被样本的采集,并结合矢量网络分析仪E8362B,利用同轴线探针法在0.2～20 GHz范围内对样本进行了复介电常数的测量,其中重点针对玉米叶,建立了微波传感器常用频点下其重量含水量与其复介电常数实部和虚部之间的经验模型.最后利用河北省怀来县采集的实测数据对建立的经验模型和经典的Debye-Cole模型进行了验证和对比.结果表明,该经验模型在精度上优于传统的Debye-Cole模型,并且具有良好的实用性.     

新型油基泥浆测井电成像方法研究

电成像测井能够直观地获取岩性、沉积以及裂缝等地质信息,在油田勘探开发中得到日益广泛应用.在油基泥浆环境中,电成像装置采用电容耦合原理把交变电流发射到地层中,测量各个钮扣电极的电流或者电位,可以得到钮扣的阻抗,把阻抗信号进行标定,获得反映地层特征的图像.本文提出了一种新成像处理方法,把测量的复数信号经过数据处理,不但能够获取地层电阻率图像,同时也能够获取地层的介电常教图像.运用该方法对地层模型进行了验证,与此同时对试验井测量资料进行成像处理,获得了清晰的电阻率图像和介电常数图像.     

岩石声学参数的实验测量及研究

通过对天然岩芯及人工岩芯的测量，研究２４０ｋＨｚ-１．ＳＭＨｚ频段内的声频散、温度对岩石声速的影响、岩石含水饱和度对岩石声速和声衰减的影响，给出岩石中声衰减与声波频率间关系的最佳拟合，并讨论了裂缝对岩石中声波传播的影响。     

多相管流电磁成像测井方法研究

基于油、气与水的导电特性和介电特性差异,提出一种多相管流成像测井方法,可测量并求出油井内多相流体流动的截面图像．通过分析油井内流体中电磁场的特性,提出新的成像测井方法,并用自行研制的环状阵列式测量探头进行实验,验证了方法的可行性．     

含流体砂岩地震波频散实验研究

为了研究孔隙流体对不同渗透率岩石地震波速度的影响,在实验室利用跨频带岩石弹性参数测试系统得到了应变幅值10-6的2~2000Hz频段下的地震波速度和1 MHz频率下的超声波速度,利用差分共振声谱法得到了频率600Hz岩石干燥和完全饱水情况下岩石声学参数.实验表明,在低饱和度下,致密砂岩在地震和超声频段下没有明显的频散;在高饱和度下纵波速度的频散变得明显.从干燥到完全水饱和条件,不同频率测量的致密砂岩的体积模量随岩石孔隙度增高而降低,且体积模量的变化量受岩石微观孔隙结构的影响较大.高孔、高渗砂岩无论在低含水度下还是在高含水饱和度下频散微弱,并且在地震频段下围压对于岩石纵横波速度的影响要大于频率的影响.高孔、高渗砂岩和致密砂岩不同含水饱和度下的频散差异可应用于储层预测,油气检测等方面,同时该研究可以更好地帮助理解岩石的黏弹性行为,促进岩石物理频散理论的发展,提高地震解释的精度.     

三种频带的岩石介电常数测量系统及测量结果

在实验室条件下，研制了三种频带范围的岩石介电常数测量系统和１１００ＭＨｚ谐振腔测量系统。上述测量系统覆盖了感应测井，随钻电磁波电阻率测井及电磁波传播测井所用的频率范围。对大庆油田和其它地区的多种岩芯样品进行了测量，取得了可靠的实验结果，有些已用于地球物理测井资料解释工作。     

油井流动成像电磁测量方法研究

油井内流体的流动成像需要对非均匀介质进行动态非线性测量,基于油气与水的导电特性和介电特性差异,提出一种电磁成像测量方法,通过在井下激发电磁场对流体流动截面进行扫描测量,经过反演处理,实时成像显示流体分布及流动状况.数值模拟和物理模型实验结果表明,该方法可以获得多相流体流动截面的清晰图像.     

裂缝性岩石低频下复电阻率与饱和度关系研究

储层中裂缝的发育影响着油气运移和储存,因此识别裂缝以及得到裂缝性储层的表征参数与物理性质对于预测天然气的产量有重要的意义.本文主要通过实验和数值模拟研究了低频段(100 Hz～1 MHz)内均质岩样和不同裂缝参数的裂缝性岩样的复电阻率频散特性.利用有限元模拟计算简易岩样模型的复电阻率,研究了完全饱和水状态下均质岩样与裂缝岩样复电阻率频散特性的区别.并重点研究了100 Hz、1 kHz和10 kHz下均质岩样以及不同裂缝宽度、密度、倾角岩样含水饱和度SW与电阻增大率TR、含水饱和度SW与介电常数变化率Iε的变化关系.实验结果显示完全饱含水的情况下裂缝的出现,使得岩样的复电阻率实部降低,复电阻率虚部的幅值减小;不同频率(100 Hz、1 kHz和10 kHz)下IR-SW曲线发生分离.裂缝密度和裂缝倾角的增加,导致岩样的复电阻率实部降低,复电阻率虚部的幅值减小;并使得不同频率下的IR-SW和Iε-SW分离程度变大.讨论了阿尔奇公式中饱和度指数n与系数b以及仿阿尔奇公式中介电饱和度指数n '与系数b与裂缝参数的关系,说明在高含水饱和度时,导电与介电的幂指数规律基本一致.通过对裂缝性岩石上述参数的研究,为多频复电阻率测井仪的研发提供理论与实验支撑,进而提高裂缝性储层含气性识别以及定量评价含气饱和度的可靠性.     

饱和多相流体岩石导电规律的数值实验

储层储量评价是石油勘探开发中的关键问题,而饱和多相流体岩石的电传输特性是储层储量评价的基础.通常这种电传输特性表现为Archie公式,但是在低孔、低渗复杂储层的研究中发现大量不符合Archie公式的非Archie现象.针对这一问题,利用数值模拟的方法,从微观角度研究孔隙结构、流体特性等因素对电传输特性的影响,揭示非Archie现象的成因.研究表明Archie公式中的饱和度指数是饱和度、孔隙度的函数,通过结合岩石物理实验,提出新的岩电关系模型,新模型与实验数据吻合得很好,表明新模型的有效性.     

基于路面雷达测定沥青混合料压实度及空隙率研究综述

为了探索路面雷达在沥青路面压实度及空隙率检测领域的适用性与发展方向,在简要介绍路面雷达检测原理的基础上,结合国内外研究成果,对路面雷达检测沥青路面压实度及空隙率的研究进展进行了系统归纳与总结,针对路面雷达在干燥及含水两种沥青混合料的压实度和空隙率检测应用进展,沥青混合料复合介电模型对比分析三个方面进行了详细阐述.结果表明:沥青混合料介电常数受雷达频率与温度影响,现有复合介电模型对沥青混合料的压实度及空隙率计算具有一定的指导意义,但模型的精确性与适用范围有待提高;对于含水沥青混合料,现有模型尚无法解释部分介电常数变化规律;多层沥青混合料结构复合介电模型算法亟待建立与完善.将油石比作为未知变量,考虑介电常数与毛体积相对密度的非线性关系,同时得到沥青路面油石比与毛体积相对密度,这一方法值得研究.总体而言,基于路面雷达的沥青路面压实度及空隙率检测技术处于初步发展阶段,在沥青路面压实实时监控方面具有良好的发展空间及应用前景.     

不同压力下部分饱和砂岩纵波衰减的理论及实验研究

深入了解不同压力、频率、流体含量和流体分布对岩石中弹性波传播特性的影响,对指导油气勘探开发具有重要意义.不同尺度下的波致流效应,是声波传播过程中产生速度频散和衰减的重要原因.本文以不同压力下水饱和区域改进的骨架模量为纽带,建立了联合介观尺度斑块饱和效应与微观尺度喷射流效应的部分饱和岩石声学理论模型.开展针对性声学实验,根据不同压力下部分饱和砂岩纵波速度测量数据,确定理论模型中的相关参数,从而实现对不同压力下部分饱和岩石纵波衰减的定量表征.在此基础上,通过理论与实验测量的纵波衰减的对比,分析不同压力、含水饱和度以及频率对岩石纵波衰减的影响.研究结果表明,在较低压力,较高含水饱和度以及较高频段,喷射流效应较强,因此新建模型计算的衰减明显大于斑块饱和模型的衰减.由于新建模型体现了斑块饱和效应与喷射流效应的综合影响,相比于斑块饱和模型,新建模型计算的部分饱和岩石的纵波衰减更接近于实测衰减,但受到岩石自身因素影响,新建模型计算的衰减仍略小于实测衰减.     

基于电震耦合理论研究电极法储层岩石复电阻率频散特性

复电阻率测井在识别油水层的能力上优于常规电阻率测井,然而储层岩石复电阻率特性的微观机理还没有统一完整的解释和数学模拟方法,致使复电阻率测井技术的开发缺乏足够的理论基础.本文基于孔隙介质Pride电震耦合理论,结合谐变信号激励下渗流场与电流场的耦合理论,推导出一级近似条件下的Pride电震耦合理论.采用格林函数方法建立了一维电震波场的波动方程及其解.构造了双电极法测量储层岩石复电阻率的物理模型和数学模型,从理论上阐明了岩石复电阻率频散特性的微观机制与电震效应的关系,定量分析了储层岩石复电阻率频散特性的影响因素.数学模拟结果表明:储层岩石复电阻率的频散现象是在电震快纵波和电震慢纵波的共同作用下,由孔隙介质中的电渗流机制形成的;储层岩石的复电阻率随孔隙度的增大而减小,随渗透率的增大而增大,地层水矿化度的增加或阳离子交换量的增大使得同频率的复电阻率减小.慢纵波界面极化频率受孔隙度、渗透率和地层弹性模量的影响较大,而快纵波界面极化频率受地层弹性模量的影响较大.