电测岩心渗透率实验研究

刘富群 王佩瑶 熊德意 袁涛涛 卢晋 韩姗姗 陈金刚

摘 要：基于传统渗透率测量原理与方法，对岩心渗透率测试方法进行了改进。电测岩心渗透率法的原理是用离子模拟气体或液体分子，用电场模拟重力场，采用类比方法对达西公式进行修正，得出了电测岩心渗透率公式。采用物理实验的方法对修正的理论公式进行了验证。

关键词：电测法；岩心渗透率；达西公式类比公式；构造电阻；电解

中图分类号：TE312 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）27-0023-04

Abstract： Based on the traditional permeability measurement principle and method， the core permeability test method is improved. The principle of electric core permeability method is to simulate gas or liquid molecule by ion and gravity field by electric field. The Darcy formula is modified by analogy method and the formula of electrical core permeability is obtained. The modified theoretical formula is verified by physical experiment.

Keywords： electrical method； core permeability； Darcy formula； structural resistance； electrolysis.

1 概述

自從1856年法国工程师HenryDarcy提出渗流力学的基本定律一达西定律以来，国内外众多学者都对渗透率的计算方法与影响因素开展了理论计算与实验研究，丁述基[1]研究了达西定律的应用，赵文玉，王守春[2]研究了应用达西定律测渗透率时的能量变化，李奇，高树生[3]等研究了岩心渗透率的计算方法与适用范围。

本方法通过构造电阻测量渗透率。实验中向沙柱中注入盐溶液使沙柱内部的孔隙变为可以导电的离子通道，这样沙柱的导电性就与沙柱孔隙的多少有关，即与沙柱的渗透率有关。且实验基本通过一些间接方式来控制变量，从而达到验证目的。如通过定量增加装沙量来改变长度；通过面积比得出装砂量之比，进而达到控制长度一定改变截面积。

2 岩心渗透率推导

3 岩心渗透率实验方案

3.1 实验仪器与装置

仪器仪表：实验主要仪器为直流恒压源，型号EY3005

ET，该电源自带电流表。测量仪器：量杯（量程0-30ml分度值1ml、量程0-250ml分度值25ml、量程0-500ml分度值50ml），阴极：铁钉，阳极：石墨，电解质：非加碘食盐，盛装仪器：U型管3支（内径分别为13.7mm、18.0mm、27.5mm），细沙3种（80目、120目、200目），溶剂：蒸馏水，电路控制部分：开关，导线：3根铜芯导线，实验电路，见图1。

3.2 实验方案与流程

（1）在13.7mm的U形管加入5mI 80目的细沙，10mI

的蒸馏水，电压调整为30V，测量电流值；（2）配置浓度为1C的盐溶液，向内径13.7mm的试管中加入10ml的蒸馏水和5ml 80目的细沙以及5m L1C浓度的盐溶液测量电流值；（3）内径18.0mm的U形管中加入25mI的80目细沙和适量1C浓度的盐溶液，并通过微调电压找到刚有电流时的临界电压U0，再测量电压为3V时的电流，然后以3V为梯度，将电压从0V调至30V，测量不同电压下的电流值；（4）恒压源电压调整为30V，在第三步的基础上，以25ml为梯度，再向内径18mm的U形管中加入80目的细沙使U形管中沙柱的长度分别1L，2L，3L，4L，测量不同长度的电流值；（5）根据三个U形管的内径算出面积比A1/A2/A3=0.5625/1.0000/2.3340，根据公式V=A×L，当控制三个U形管内的沙柱高度都为1L时，向三个U形管中应分别加入大约14ml，25ml，58ml的沙，再加入适量1C浓度的盐溶液，电压仍为30V，测量电流值的大小（6）配置浓度分别为为1C，2C，3C，4C的盐溶液，依次向内径为8mm的U形管中加入25ml 80目的细沙和各浓度的盐溶液，电压为30V，测量电流值；（7）以120目和200目的细沙为实验介质，重复上述操作流程。

实验中：（1）100ml蒸馏水中加入3.3ml食用非加碘盐的离子浓度为1C，（2）25ml的细沙在内径18mm的U形管中长度为1L，（3）内径18mm的U形管孔径面积为1a。

4 实验结果与分析

4.1 蒸馏水和沙的导电性实验

为了验证实验采用的细沙和蒸馏水的电导率很低，对细沙和蒸馏水的混合液进行测量，分析其电导率对实验的影响。

当电压达到本实验所用的最高电压时，电流为零，说明本实验采用的沙子和蒸馏水的导电性基本可以忽略。

4.2 盐溶液和沙的导电性实验

为了进一步说明测量渗透率时是离子的移动使电路中出现电流，在4.1的基础上向溶液中加入一定量的盐溶液并测量电流。

加入盐溶液后，电流不为零，说明Nacl所电解出来的离子使电路接通，并且电解出的离子是溶液导电的主要原因。

4.3 电流I与电压U-U0的关系

在控制沙柱长度、面积、溶液离子浓度和离子种类不变时，对电流与电压的关系进行研究。

当控制U型管内沙柱长度、面积、溶液离子浓度和离子种类不变时，三种目数的沙子电压U-U0与电流I的关系线为过原点的直线，说明二者成正比例关系。

4.4 电流I与长度的关系

在控制沙柱的面积、恒压源电压、溶液离子浓度和离子种类不变时，对电流与长度的关系进行研究。

当控制U型管内沙柱的面积、恒压源电压、溶液离子浓度和离子种类不变时，三种目数不同的沙子的电流I与沙柱长度的关系线为反比例函数的关系曲线，说明二者成反比例关系。

4.5 电流I与面积的关系

在控制沙柱的长度，恒压源电压，溶液离子浓度和离子种类不变时，对电流与面积的关系进行研究。

当控制U型管内沙柱的长度，恒压源电压，溶液离子浓度和离子种类不变时，三种不同目数沙子的电流I与沙柱面积A的关系线为过原点的直线，说明二者成正比例关系。

4.6 电流I与离子浓度的关系

在沙柱的长度、面积、恒压源电压、溶液的离子种类不变时，对电流与离子浓度的关系进行研究。

5 结束语

通过自制的实验平台并多次改变实验介质进行实验，得出以下结论：

（1）根据实验数据，实验中的电流I与离子浓度c、沙柱面积A、和电压U-U0成正比，与长度L成反比，即验证了公式I=k"cA（U-U0）/（μL）中I与c，A，L的关系。

（2）通过用电场模拟重力场，带电离子模拟中性的气体或液体分子可以达到测量渗透率的目的。

（3）向沙子的孔隙中注入盐溶液可以增大电导率，在

较低电压下也能有可以测量的电流，进而可以测量出渗透率。

参考文献：

[1]丁述基.达西及达西定律[J].水文地质工程地质，1986（03）：33-35.

[2]赵文玉，王守春.对达西定律的能量分析[J].地下水，1993（04）：146-148.

[3]李奇，等.岩心渗透率的计算方法与适用范围[J].天然气工业，2015，35（3）：68-73.

[4]吴静方.达西公式与阻尼系数[J].地下水，1988（01）：18-22+17.

[5]胡蕙莲.电解食盐水原理演示[J].化学教学，1984（06）：27-28.