Page 148 - 201901
P. 148

144                                                                                  2019 年 1 月


             型  [2] ；另一种是近年来提出并不断发展的 Revil                     电信号反演渗透率等参数的准确性。在饱和岩石模
             模型  [24−26] (注：Revil 模型涉及的文章很多，在此仅                型时，仅考虑了固相/水界面的动电效应，但根据界
             列举近年的几篇)。无论 Pride 模型还是 Revil 模型，                  面电化学原理，在水/气界面、油/水界面也存在双
             其实质都是将 Biot 孔隙弹性波方程组和 Maxwell                     电层。假如储层岩石中各孔隙流体相对含量的变化
             电磁场方程组由动电耦合系数耦合起来，以 Pride                         果真导致其动电转换能力的改变，那么动电效应的
             动电耦合波方程组为例，如式 (1) 和式 (2) 体现着弹                     利用就可为识别孔隙流体、估计相对饱和度提供一
             性波、电磁场的相互作用。                                      种潜在的新方法，也为探测孔隙流体分布情况提供
                                                               了可能。
                                   (        2   )
                       J = σE + L −∇p + ω ρ f u ,       (1)
                                                                   近几年，水饱和介质动电耦合波模型被扩展到
                                 (        2    )
                   −iωw = LE + −∇p + ω ρ f u κ/η,       (2)                                   [33]
                                                               非饱和岩石情况。其中Warden等                 对经典 Pride
             其中，ω 为角频率，J 和E 分别是电流密度和电场强                        模型进行了唯象的修正，他们仅对 Pride 方程组中
             度，u是固相位移；w 是孔隙流体和固相骨架之间的                          的部分参数 (比如动电耦合系数) 引入饱和度依赖
             相对位移，即渗流位移，p 是孔隙流体压强；σ 是孔                         性，但还是只考虑了固相与水的双电层，未考虑固
             隙介质电导率，η 和 ρ f 分别是孔隙流体的黏度和密                       相与非水相、水相与非水相之间的双电层效应，因
             度，κ 是 Johnson 等给出的孔隙介质动态渗透率；系                     而只是一种想象的简化非饱和模型，不一定能反映
             数L为动电耦合系数，是一个与频率相关的复数，它                           实际的非饱和岩石的特性。在孔隙尺度上从基本的
             的幅值决定了均匀介质中弹性波和电磁场的幅度                             界面电化学原理出发，再采用体积平均法等严格的
             比值，体现岩石动电转换的能力，它的相位表征弹                            升尺度推导方式，可以获得更合理的模型。Jardani
             性波和电磁场的相位差。当 L = 0 时，上述动电耦                        等 [34]  采用 Santos模型  [35−37]  描述非饱和孔隙介质
             合波方程组解耦为 Biot        [27]  的孔隙弹性波方程组和             弹性波。尽管 Santos 模型未考虑局部流体流动影
             Maxwell 的电磁波方程组。因此，确定动电耦合系                        响，低估了弹性波衰减，但该模型引入了对动电耦合
             数是动电耦合波理论研究的核心问题之一。Wang                           贡献显著的毛细管力。
             等  [28]  通过实验测量岩心的流动电势和电渗压力获
                                                               2 井孔动电耦合波实验观测
             得了动电耦合系数。Yin 等          [29]  改进了岩心夹持器，
             从而在流动电势实验和电渗压力实验之间不再需                                 动电信号的幅度比较微弱，其耦合系数通常为
             要撤换夹持器的堵头，简化了动电耦合系数的测量                            nV/Pa 量级   [38−42] ，以致于井孔动电耦合波不易被
             过程。实验只能针对若干块岩心进行。Pride                 [2]  从力    测量。但是考虑到理论模型存在一定假设，如一些
             学和电磁学的基本原理出发，推导出了动电耦合系                            不易获得的孔隙岩石参数，特别是微观电化学参数
             数的解析表达式，其中利用了关于固相与流体表面                            涉及的界面双电层 zeta 电势和震电耦合系数等，工
             附近双电层 zeta 电势的经验拟合公式。不过，Pride                     业界希望看到相应的测量数据以支撑震电测井等
             模型是基于薄双电层假设 (双电层厚度远小于孔隙                           仪器的设计研发。
             尺寸) 的，它主要适用于渗透率相对较大的砂岩，而                              美国麻省理工学院地球资源实验室最早在小
             Revil模型采用厚双电层假设(双电层厚度远大于孔                         尺寸模型井中开展了一系列震电测井和电震测井
             隙尺寸)，针对的是页岩等低孔低渗岩石。最近，Shi                         的观测实验      [6,43−44] 。Singer 等  [45]  通过测量模型井
             等  [30]  推导出了一种不受上述两种假设限制的、适                      震电波场，研究了井孔震电波场与渗透率的相关性。
             合任意孔隙尺寸的动电耦合系数表达式。                                近年来，胡恒山等自主搭建了小尺寸模型井震电信
                 由于动电耦合波的复杂性，一直以来的研究                           号测量系统，如图1所示，其中高分辨率(24位)的数
             大多以相对简单的水饱和岩石为实验对象或理                              据采集装置保障了微弱的震电测井信号的有效测
             论模型。然而，近期现场和实验室的测量结果显                             量，进而开展了渗透率不同地层模型的震电测井实
             示  [31−32] ，动电信号对含水饱和度非常敏感，就像岩                    验测量 (见图 2)。结果表明：与声波测井数据相比，
             石电导率对饱和度敏感一样。实际储层岩石的孔隙                            震电测井信号的幅度对地层渗透率更加敏感，不同
             流体通常由油、水和气组成，前人主要考虑的是水                            渗透率地层中震电信号幅度相差十几倍，因此，利
             完全饱和的情况，这种做法很可能严重影响基于动                            用震电测井数据更利于地层渗透率的评价                     [15] 。此
   143   144   145   146   147   148   149   150   151   152   153