CN106199206A - 岩芯纵横向介电参数的测量装置及其测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种岩芯纵横向介电参数的测量装置，包括岩芯、铜电极、夹持件和紧固件，所述岩芯安装在夹持件与紧固件形成的空间内。本发明还涉及一种岩芯纵横向介电参数的测量方法，包括以下步骤：将岩芯纵横向介电参数的测量装置与分析仪连接进行阻抗校准，同时通过测试标准液获取某一频率下对应的岩芯介电参数校正系数；将岩芯安装到测量装置上，启动分析仪，测试该频率下岩芯的阻抗，进而得到岩芯的实际阻抗，通过公式转换得到岩芯纵横向介电参数；将岩芯纵横向介电参数除以岩芯介电参数校正系数，即得该频率下岩芯的真实纵横向介电参数。该测量装置和方法简单方便，速度快，测量结果准确，具有实际参考意义。

Description

岩芯纵横向介电参数的测量装置及其测量方法

技术领域

本发明属于油气钻探工程技术领域，具体涉及一种岩芯纵横向介电参数的测量装置及其测量方法，更适合于标准岩芯(25mm×50mm)的测量。

背景技术

岩石可视为具有孔隙结构的电介质，具有特定的介电参数，即实相对介电系数κ′和有效电导率σ，实相对介电系数描述岩石极化的程度，有效电导率描述极化损耗的程度。岩石的介电参数是其重要的参数，目前通常测试岩石介电参数的方法是，首先通过岩石的物理实验(渗透率测试、矿物组分确定、扫描电镜实验等)和力学实验(三轴剪切实验等)测量出岩石的含水量、含气量、有机质含量、粘土矿物含量、孔隙度、渗透率、杨氏模量及泊松比等参数，然后凭借经验公式，找到岩石介电参数与上述测量参数之间的关系，进而推测岩石介电参数。采用这种方法推测出的岩石介电参数极其不准确，误差范围较大，而且程序复杂，需要经过较多中间环节，导致误差叠加，最终结果失真。因此，急需开发一种岩芯纵横向介电参数的测量装置及其测量方法，该技术将电磁学理论应用于岩石介电参数的测量中，可直接进行测试，进而通过介电参数反推出岩石的其他力学参数。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种岩芯纵横向介电参数的测量装置及其测量方法，其目的在于：将测量装置与阻抗分析仪或网络分析仪配合使用，测量岩芯的实相对介电系数和有效电导率，无需对岩芯进行任何破坏或扰动，测试过程简便、快速，且能够与现场电测井资料相结合，建立实相对介电系数和有效电导率与岩石物理变量之间的关系，为利用现场测井资料预测油藏物性参数提供评价依据。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种岩芯纵向介电参数的测量装置，包括岩芯和铜电极Ⅰ，所述铜电极Ⅰ为圆形，该测量装置还包括夹持件和紧固件，所述岩芯安装在所述夹持件与所述紧固件形成的空间内。

优选的是，所述夹持件包括夹持件Ⅰ和夹持件Ⅱ，所述夹持件Ⅰ的底面和所述夹持件Ⅱ的顶面均设置凹槽Ⅰ，所述凹槽Ⅰ的直径与岩芯的直径相同。

在上述任一方案中优选的是，上、下两个凹槽Ⅰ内均设置电极垫Ⅰ，所述电极垫Ⅰ为圆形，其直径与岩芯的直径相同。

在上述任一方案中优选的是，上、下两个电极垫Ⅰ上均设置电极槽Ⅰ，所述电极槽Ⅰ的直径与铜电极Ⅰ的直径相同，其深度小于铜电极Ⅰ的厚度。

在上述任一方案中优选的是，上、下两个电极槽Ⅰ内均粘贴铜电极Ⅰ，上、下两个铜电极Ⅰ之间安装岩芯。

在上述任一方案中优选的是，所述夹持件Ⅰ的顶面和夹持件Ⅱ的底面分别设置通孔Ⅰ，与上、下两个铜电极Ⅰ连接的导线分别从上、下两个通孔Ⅰ中引出。

在上述任一方案中优选的是，上、下两条导线的引出端连接阻抗分析仪或网络分析仪。

在上述任一方案中优选的是，所述紧固件包括螺杆Ⅰ、螺杆Ⅱ和螺母，所述螺杆Ⅰ和螺杆Ⅱ分别穿过夹持件，并在螺杆Ⅰ和螺杆Ⅱ的两端通过螺母紧固。

岩芯纵向即为岩芯轴向。夹持件、紧固件、电极垫Ⅰ均由有机玻璃制成，该材料不会对电磁场产生干扰。铜电极Ⅰ与电极垫Ⅰ之间通过聚乙烯树脂粘结在一起，铜电极Ⅰ的厚度比电极槽Ⅰ的深度大0.5-0.6mm。

本发明还提供一种岩芯横向介电参数的测量装置，包括岩芯和铜电极Ⅱ，所述铜电极Ⅱ为曲面形状；该测量装置还包括夹持件和紧固件，所述岩芯安装在所述夹持件与所述紧固件形成的空间内。

优选的是，所述夹持件包括夹持件Ⅰ和夹持件Ⅱ，所述夹持件Ⅰ的底面和所述夹持件Ⅱ的顶面均设置凹槽Ⅱ，所述凹槽Ⅱ的直径与岩芯的直径相同。

在上述任一方案中优选的是，上、下两个凹槽Ⅱ内均设置岩芯垫，所述岩芯垫的直径与岩芯的直径相同，其厚度小于凹槽Ⅱ的深度。

在上述任一方案中优选的是，所述岩芯的两个对称外侧面均设置电极垫Ⅱ，所述电极垫Ⅱ为曲面形状，其内侧面的曲率半径与岩芯的半径相同。

在上述任一方案中优选的是，左、右两个电极垫Ⅱ的内侧均设置电极槽Ⅱ，所述电极槽Ⅱ的深度小于铜电极Ⅱ的厚度。

在上述任一方案中优选的是，左、右两个电极垫Ⅱ的外侧均设置通孔Ⅱ，与左、右两个铜电极Ⅱ连接的导线分别从左、右两个通孔Ⅱ中引出。

在上述任一方案中优选的是，左、右两条导线的引出端连接阻抗分析仪或网络分析仪。

在上述任一方案中优选的是，所述紧固件包括螺杆Ⅰ、螺杆Ⅱ和螺母，所述螺杆Ⅰ和螺杆Ⅱ分别穿过夹持件，并在螺杆Ⅰ和螺杆Ⅱ的两端通过螺母紧固。

岩芯横向即为岩芯径向。夹持件、紧固件、电极垫Ⅰ均由有机玻璃制成，该材料不会对电磁场产生干扰。铜电极Ⅱ与电极垫Ⅱ之间通过聚乙烯树脂粘结在一起，铜电极Ⅱ的厚度比电极槽Ⅱ的深度大0.5-0.6mm。利用橡皮筋等弹性材料绑扎在左、右两个电极垫Ⅱ的外侧，进而使岩芯与曲面形状的铜电极Ⅱ紧密接触。

本发明还提供一种岩芯纵向介电参数的测量方法，按照先后顺序包括以下步骤：

步骤一：将岩芯纵向介电参数的测量装置与分析仪连接，进行纵向测试电路的阻抗校准，同时通过测试标准液获取某一频率下对应的岩芯介电参数校正系数；

步骤二：将岩芯安装到岩芯纵向介电参数的测量装置上，上、下两个铜电极通过导线分别与分析仪连接；

步骤三：启动分析仪，测试该频率下岩芯的阻抗，进而得到岩芯的实际阻抗，通过公式转换得到岩芯纵向介电参数；

步骤四：将步骤三中得到的岩芯纵向介电参数除以步骤一中得到的岩芯介电参数校正系数，即可得到该频率下岩芯的真实纵向介电参数；

步骤五：改变频率，重复步骤一至步骤四，得到不同频率下岩芯的真实纵向介电参数；

步骤六：绘制岩芯纵向介电参数随频率变化的曲线，获取岩芯纵向介电参数频谱，进而分析岩芯的物理信息和力学信息。

优选的是，所述岩芯纵向介电参数的测量装置为上述任一种测量装置。

在上述任一方案中优选的是，所述岩芯介电参数包括实相对介电系数和有效电导率。

在上述任一方案中优选的是，步骤一中，纵向测试电路的阻抗校准方法为，利用分析仪分别测试开路和闭路的阻抗，进而得到标准电阻测试阻抗与开路阻抗、闭路阻抗和标准电阻实际阻抗的关系。

在上述任一方案中优选的是，步骤一中，某一频率下对应的岩芯介电参数校正系数的确定方法，按照先后顺序包括以下步骤：

步骤(1)：将岩芯从岩芯纵向介电参数的测量装置中取下，并用有机玻璃柱支撑测量装置的上、下两个夹持件，将测量装置的上、下两个铜电极分别与分析仪连接；

步骤(2)：准备一有机玻璃容器，倒入标准液，并将步骤(1)中的测量装置完全浸入标准液中；

步骤(3)：启动分析仪，得到该频率下对应的岩芯介电参数校正系数。

在上述任一方案中优选的是，所述实相对介电系数校正采用的标准液为去离子水，所述有效电导率校正采用的标准液为氯化钾。

某一频率下，岩芯的真实纵向介电参数的确定过程如下：

1、对分析仪与岩芯纵向介电参数测量装置构成的电路进行阻抗校准。测得开路和闭路的阻抗分别为Z_o和Z_s，进而得到标准电阻测试阻抗Z_sm与Z_o、Z_s和Z_std(标准电阻实际阻抗)具有如下关系式：

$\frac{1}{Z_{sm}-Z_s}=\frac{1}{Z_{std}}+\frac{1}{Z_o-Z_s}---\left(1\right)$

将标准电阻换为岩芯进行测试，得到岩芯测试阻抗Z_xm与Z_o、Z_s和Z_x(岩芯实际阻抗)具有如下关系式：

$\frac{1}{Z_{xm}-Z_s}=\frac{1}{Z_x}+\frac{1}{Z_o-Z_s}---\left(2\right)$

综合公式(1)与(2)，可得岩芯实际阻抗Z_x为：

$Z_x=Z_{std}\·\frac{(Z_o-Z_{sm})(Z_{xm}-Z_s)}{(Z_o-Z_{xm})(Z_{sm}-Z_s)}---\left(3\right)$

岩芯可简化为一个电容器和一个电阻器的并联线路，因此有以下关系：

$\frac{1}{Z_x}=\frac{1}{R}+\frac{1}{iX}---\left(4\right)$

设Z_x的实部和虚部分别为a和b，其与电阻R、电抗X的数值关系为：

R＝(a²+b²)/a (5)

X＝(a²+b²)/b (6)

根据所得电抗X可计算电容C，其表达式为：

$C=\frac{-1}{2\mathrm{\π}fX}---\left(7\right)$

由计算所得的电阻R与电容C，可计算所测岩芯的实相对介电系数κ′和有效电导率σ分别如下：

${\mathrm{\κ}}^{\′}=\frac{C}{{\mathrm{\ϵ}}_a(A/d)}---\left(8\right)$

$\mathrm{\σ}=\frac{1}{R(A/d)}---\left(9\right)$

其中，A为圆形铜电极的面积，d为两个相对电极间的平均距离。2、对岩芯介电参数进行校正。由公式(8)和(9)测得的岩芯纵向介电参数还受到外界诸多环境因素的影响，因此需要对特定环境条件下的测试结果进行校正。同时在1MHz-1GHz电磁波频率范围内，岩芯的介电参数随频率的变化而变化，因此针对设定的每一个测试频率，都必须对公式(8)和公式(9)的测试结果进行校正。

实相对介电系数校正采用的标准液为去离子水，其实相对介电系数κ'在25℃条件下为80；有效电导率校正采用的标准液为σ＝1413μS/cm(25℃)的氯化钾。液体的介电系数和有效电导率在1MHz-1GHz频率范围内不随频率的变化而改变，为固定值。最终得到某一频率下两种标准液的实测实相对介电系数κ_l′(无量纲)和有效电导率σ_l(μS/cm)，进而得到该频率下对应的实相对介电系数κ′和有效电导率σ的校正系数分别为α_f和β_f：

α_f＝κ_l'/80 (10)

β_f＝σ_l/1413 (11)

3、用公式(8)和(9)分别除以公式(10)和(11)，得到岩芯的真实纵向介电参数：

κ_s'＝κ'/α_f (12)

σ_s＝σ/β_f (13)

通过绘制κ_s′和σ_s随频率变化的曲线，可获取岩芯的纵向介电参数频谱，进而通过文献中已有资料分析其含水量、粘土含量、孔隙度、渗透率、各向异性等信息。

本发明还提供一种岩芯横向介电参数的测量方法，按照先后顺序包括以下步骤：

步骤一：将岩芯横向介电参数的测量装置与分析仪连接，进行横向测试电路的阻抗校准，同时通过测试标准液获取某一频率下对应的岩芯介电参数校正系数；

步骤二：将岩芯安装到岩芯横向介电参数的测量装置上，左、右两个铜电极通过导线分别与分析仪连接；

步骤三：启动分析仪，测试该频率下岩芯的阻抗，进而得到岩芯的实际阻抗，通过公式转换得到岩芯横向介电参数；

步骤四：将步骤三中得到的岩芯横向介电参数除以步骤一中得到的岩芯介电参数校正系数，即可得到该频率下岩芯的真实横向介电参数；

步骤五：改变频率，重复步骤一至步骤四，得到不同频率下岩芯的真实横向介电参数；

步骤六：绘制岩芯横向介电参数随频率变化的曲线，获取岩芯横向介电参数频谱，进而分析岩芯的物理信息和力学信息。

优选的是，所述岩芯横向介电参数的测量装置为上述任一种测量装置。

在上述任一方案中优选的是，所述岩芯介电参数包括实相对介电系数和有效电导率。

在上述任一方案中优选的是，步骤一中，横向测试电路的阻抗校准方法为，利用分析仪分别测试开路和闭路的阻抗，进而得到标准电阻测试阻抗与开路阻抗、闭路阻抗和标准电阻实际阻抗的关系。

在上述任一方案中优选的是，步骤一中，某一频率下对应的岩芯介电参数校正系数的确定方法，按照先后顺序包括以下步骤：

步骤(1)：将岩芯从岩芯横向介电参数的测量装置中取下，将测量装置的左、右两个铜电极分别与分析仪连接；

步骤(2)：准备一有机玻璃容器，倒入标准液，并将步骤(1)中的测量装置完全浸入标准液中；

步骤(3)：启动分析仪，得到该频率下对应的岩芯介电参数校正系数。

在上述任一方案中优选的是，所述实相对介电系数校正采用的标准液为去离子水，所述有效电导率校正采用的标准液为氯化钾。

某一频率下，岩芯的真实横向介电参数的确定过程与纵向介电参数的确定过程基本相同。首先，对分析仪与岩芯横向介电参数测量装置构成的电路进行阻抗校准，经过测试、公式转换等步骤，得到岩芯的实相对介电系数和有效电导率；然后，使用标准液对岩芯介电参数进行校正，进而得到该频率下对应的实相对介电系数和有效电导率的校正系数；最后，用实相对介电系数和有效电导率分别除以实相对介电系数的校正系数和有效电导率的校正系数，得到岩芯的真实横向介电参数。

本发明的岩芯纵横向介电参数的测量装置，其结构简单，操作便捷，速度快，效率高，能够配合阻抗分析仪或网络分析仪测量岩芯的实相对介电系数和有效电导率。该测量装置具有如下显著优势：①无需对岩芯进行任何破坏或扰动；②测试过程简便且快速；③根据文献提供的对应关系数据库可获取全面的岩石物理信息和力学信息；④能够与现场电测井资料相结合。

本发明的岩芯纵横向介电参数的测量方法，工艺简单，测试效率高，测量结果准确，该测量方法借助阻抗分析仪或网络分析仪可获取1MHz-1GHz频率范围内沿着岩芯纵向和横向的实相对介电系数κ′和有效电导率σ随频率f变化的曲线，即介电参数频谱。依据这些频谱，结合已有文献资料，能够间接获取岩芯的含水量、含气量、有机质含量、粘土矿物含量、孔隙度、渗透率、杨氏模量和泊松比等物理参数和力学参数。同时对比纵横向数值差异，分析岩芯杨氏模量、渗透率等力学参数的各向异性，进而通过现场测井资料，分析油气储层的上述物理参数和力学参数，为油气开采活动提供实时准确的储层信息。

附图说明

图1为按照本发明的岩芯纵向介电参数的测量装置及其测量方法的一优选实施例测量装置的结构示意图；

图2为按照本发明的岩芯横向介电参数的测量装置及其测量方法的一优选实施例测量装置的结构示意图；

图3为按照本发明的岩芯纵向介电参数的测量装置及其测量方法的图1所示实施例的开路校准示意图；

图4为按照本发明的岩芯纵向介电参数的测量装置及其测量方法的图1所示实施例的闭路标准示意图；

图5为按照本发明的岩芯纵向介电参数的测量装置及其测量方法的图1所示实施例的标准电阻测试阻抗示意图；

图6为按照本发明的岩芯纵向介电参数的测量装置及其测量方法的图1所示实施例的岩芯测试阻抗示意图；

图7为按照本发明的岩芯纵向介电参数的测量装置及其测量方法的图1所示实施例的简化岩芯为并联电容器和电阻器的示意图。

图中标注说明：1-岩芯，2-铜电极Ⅰ，3-夹持件Ⅰ，4-夹持件Ⅱ，5-凹槽Ⅰ，6-电极垫Ⅰ，7-电极槽Ⅰ，8-通孔Ⅰ，9-导线，10-螺杆Ⅰ，11-螺杆Ⅱ，12-螺母，13-铜电极Ⅱ，14-凹槽Ⅱ，15-岩芯垫，16-电极垫Ⅱ，17-电极槽Ⅱ，18-通孔Ⅱ。

具体实施方式

为了更进一步了解本发明的发明内容，下面将结合具体实施例详细阐述本发明。

实施例一：

如图1所示，按照本发明的岩芯纵向介电参数的测量装置的一实施例，其包括岩芯1和铜电极Ⅰ2，所述铜电极Ⅰ2为圆形，该测量装置还包括夹持件和紧固件，所述岩芯安装在所述夹持件与所述紧固件形成的空间内。

所述夹持件包括夹持件Ⅰ3和夹持件Ⅱ4，所述夹持件Ⅰ3的底面和所述夹持件Ⅱ4的顶面均设置凹槽Ⅰ5，所述凹槽Ⅰ5的直径与岩芯1的直径相同。上、下两个凹槽Ⅰ5内均设置电极垫Ⅰ6，所述电极垫Ⅰ6为圆形，其直径与岩芯的直径相同。上、下两个电极垫Ⅰ6上均设置电极槽Ⅰ7，所述电极槽Ⅰ7的直径与铜电极Ⅰ2的直径相同，其深度小于铜电极Ⅰ的厚度。上、下两个电极槽Ⅰ7内均粘贴铜电极Ⅰ2，上、下两个铜电极Ⅰ2之间安装岩芯1。所述夹持件Ⅰ3的顶面和夹持件Ⅱ4的底面分别设置通孔Ⅰ8，与上、下两个铜电极Ⅰ2连接的导线9分别从上、下两个通孔Ⅰ8中引出。上、下两条导线9的引出端连接阻抗分析仪或网络分析仪。所述紧固件包括螺杆Ⅰ10、螺杆Ⅱ11和螺母12，所述螺杆Ⅰ10和螺杆Ⅱ11分别穿过夹持件，并在螺杆Ⅰ10和螺杆Ⅱ11的两端通过螺母12紧固。夹持件、紧固件、电极垫Ⅰ均由有机玻璃制成。铜电极Ⅰ与电极垫Ⅰ之间通过聚乙烯树脂粘结在一起，铜电极Ⅰ的厚度比电极槽Ⅰ的深度大0.5-0.6mm。

按照本发明的岩芯纵向介电参数的测量方法，按照先后顺序包括以下步骤：

步骤一：将岩芯纵向介电参数的测量装置与分析仪连接，进行纵向测试电路的阻抗校准，同时通过测试标准液获取某一频率下对应的岩芯介电参数校正系数；

步骤二：将岩芯安装到岩芯纵向介电参数的测量装置上，上、下两个铜电极通过导线分别与分析仪连接；

步骤三：启动分析仪，测试该频率下岩芯的阻抗，进而得到岩芯的实际阻抗，通过公式转换得到岩芯纵向介电参数；

步骤四：将步骤三中得到的岩芯纵向介电参数除以步骤一中得到的岩芯介电参数校正系数，即可得到该频率下岩芯的真实纵向介电参数；步骤五：改变频率，重复步骤一至步骤四，得到不同频率下岩芯的真实纵向介电参数；

步骤六：绘制岩芯纵向介电参数随频率变化的曲线，获取岩芯纵向介电参数频谱，进而分析岩芯的物理信息和力学信息。

所述岩芯纵向介电参数的测量装置为本实施例的测量装置。所述岩芯介电参数包括实相对介电系数和有效电导率。

步骤一中，纵向测试电路的阻抗校准方法为，利用分析仪分别测试开路和闭路的阻抗，进而得到标准电阻测试阻抗与开路阻抗、闭路阻抗和标准电阻实际阻抗的关系。

步骤一中，某一频率下对应的岩芯介电参数校正系数的确定方法，按照先后顺序包括以下步骤：

步骤(1)：将岩芯从岩芯纵向介电参数的测量装置中取下，并用有机玻璃柱支撑测量装置的上、下两个夹持件，将测量装置的上、下两个铜电极分别与分析仪连接；

步骤(2)：准备一有机玻璃容器，倒入标准液，并将步骤(1)中的测量装置完全浸入标准液中；

步骤(3)：启动分析仪，得到该频率下对应的岩芯介电参数校正系数。

某一频率下，岩芯的真实纵向介电参数的确定过程如下：

1、对分析仪与岩芯纵向介电参数测量装置构成的电路进行阻抗校准。如图3和图4所示，分别测得开路和闭路的阻抗分别为Z_o和Z_s，如图5所示，进而得到标准电阻测试阻抗Z_sm与Z_o、Z_s和Z_std(标准电阻实际阻抗)具有如下关系式：

$\frac{1}{Z_{sm}-Z_s}=\frac{1}{Z_{std}}+\frac{1}{Z_o-Z_s}---\left(1\right)$

如图6所示，将标准电阻换为岩芯进行测试，得到岩芯测试阻抗Z_xm与Z_o、Z_s和Z_x(岩芯实际阻抗)具有如下关系式：

$\frac{1}{Z_{xm}-Z_s}=\frac{1}{Z_x}+\frac{1}{Z_o-Z_s}---\left(2\right)$

综合公式(1)与(2)，可得岩芯实际阻抗Z_x为：

$Z_x=Z_{std}\·\frac{(Z_o-Z_{sm})(Z_{xm}-Z_s)}{(Z_o-Z_{xm})(Z_{sm}-Z_s)}---\left(3\right)$

如图7所示，岩芯可简化为一个电容器和一个电阻器的并联线路，因此有以下关系：

$\frac{1}{Z_x}=\frac{1}{R}+\frac{1}{iX}---\left(4\right)$

设Z_x的实部和虚部分别为a和b，其与电阻R、电抗X的数值关系为：

R＝(a²+b²)/a (5)

X＝(a²+b²)/b (6)

根据所得电抗X可计算电容C，其表达式为：

$C=\frac{-1}{2\mathrm{\π}fX}---\left(7\right)$

由计算所得的电阻R与电容C，可计算所测岩芯的实相对介电系数κ′和有效电导率σ分别如下：

${\mathrm{\κ}}^{\′}=\frac{C}{{\mathrm{\ϵ}}_a(A/d)}---\left(8\right)$

$\mathrm{\σ}=\frac{1}{R(A/d)}---\left(9\right)$

其中，A为圆形铜电极的面积，d为两个相对电极间的平均距离。2、对岩芯介电参数进行校正。由公式(8)和(9)测得的岩芯纵向介电参数还受到外界诸多环境因素的影响，因此需要对特定环境条件下的测试结果进行校正。同时在1MHz-1GHz电磁波频率范围内，岩芯的介电参数随频率的变化而变化，因此针对设定的每一个测试频率，都必须对公式(8)和公式(9)的测试结果进行校正。

实相对介电系数校正采用的标准液为去离子水，其实相对介电系数κ'在25℃条件下为80；有效电导率校正采用的标准液为σ＝1413μS/cm(25℃)的氯化钾。液体的介电系数和有效电导率在1MHz-1GHz频率范围内不随频率的变化而改变，为固定值。最终得到某一频率下两种标准液的实测实相对介电系数κ_l′(无量纲)和有效电导率σ_l(μS/cm)，进而得到该频率下对应的实相对介电系数κ′和有效电导率σ的校正系数分别为α_f和β_f：

α_f＝κ_l'/80 (10)

β_f＝σ_l/1413 (11)

3、用公式(8)和(9)分别除以公式(10)和(11)，得到岩芯的真实纵向介电参数：

κ_s'＝κ'/α_f (12)

σ_s＝σ/β_f (13)

通过绘制κ_s′和σ_s随频率变化的曲线，可获取岩芯的纵向介电参数频谱，进而通过文献中已有资料分析其含水量、粘土含量、孔隙度、渗透率、各向异性等信息。

本实施例的岩芯纵向介电参数的测量装置，其结构简单，操作便捷，速度快，效率高，能够配合阻抗分析仪或网络分析仪测量岩芯的实相对介电系数和有效电导率。该测量装置具有如下显著优势：①无需对岩芯进行任何破坏或扰动；②测试过程简便且快速；③根据文献提供的对应关系数据库可获取全面的岩石物理信息和力学信息；④能够与现场电测井资料相结合。

本实施例的岩芯纵向介电参数的测量方法，工艺简单，测试效率高，测量结果准确，该测量方法借助阻抗分析仪或网络分析仪可获取1MHz-1GHz频率范围内沿着岩芯纵向的实相对介电系数κ′和有效电导率σ随频率f变化的曲线，即介电参数频谱。依据这些频谱，结合已有文献资料，能够间接获取岩芯的含水量、含气量、有机质含量、粘土矿物含量、孔隙度、渗透率、杨氏模量和泊松比等物理参数和力学参数。

实施例二：

如图2所示，按照本发明的岩芯横向介电参数的测量装置的一实施例，包括岩芯1和铜电极Ⅱ13，所述铜电极Ⅱ13为曲面形状；该测量装置还包括夹持件和紧固件，所述岩芯安装在所述夹持件与所述紧固件形成的空间内。

所述夹持件包括夹持件Ⅰ3和夹持件Ⅱ4，所述夹持件Ⅰ3的底面和所述夹持件Ⅱ4的顶面均设置凹槽Ⅱ14，所述凹槽Ⅱ14的直径与岩芯1的直径相同。上、下两个凹槽Ⅱ14内均设置岩芯垫15，所述岩芯垫15的直径与岩芯1的直径相同，其厚度小于凹槽Ⅱ的深度。所述岩芯1的两个对称外侧面均设置电极垫Ⅱ16，所述电极垫Ⅱ16为曲面形状，其内侧面的曲率半径与岩芯的半径相同。左、右两个电极垫Ⅱ16的内侧均设置电极槽Ⅱ17，所述电极槽Ⅱ的深度小于铜电极Ⅱ的厚度。左、右两个电极垫Ⅱ16的外侧均设置通孔Ⅱ18，与左、右两个铜电极Ⅱ13连接的导线9分别从左、右两个通孔18中引出。左、右两条导线9的引出端连接阻抗分析仪或网络分析仪。所述紧固件包括螺杆Ⅰ10、螺杆Ⅱ11和螺母12，所述螺杆Ⅰ10和螺杆Ⅱ11分别穿过夹持件，并在螺杆Ⅰ10和螺杆Ⅱ12的两端通过螺母12紧固。夹持件、紧固件、电极垫Ⅰ均由有机玻璃制成。铜电极Ⅱ与电极垫Ⅱ之间通过聚乙烯树脂粘结在一起，铜电极Ⅱ的厚度比电极槽Ⅱ的深度大0.5-0.6mm。利用橡皮筋等弹性材料绑扎在左、右两个电极垫Ⅱ的外侧，进而使岩芯与曲面形状的铜电极Ⅱ紧密接触。

按照本发明的岩芯横向介电参数的测量方法的一实施例，按照先后顺序包括以下步骤：

步骤一：将岩芯横向介电参数的测量装置与分析仪连接，进行横向测试电路的阻抗校准，同时通过测试标准液获取某一频率下对应的岩芯介电参数校正系数；

步骤二：将岩芯安装到岩芯横向介电参数的测量装置上，左、右两个铜电极通过导线分别与分析仪连接；

步骤三：启动分析仪，测试该频率下岩芯的阻抗，进而得到岩芯的实际阻抗，通过公式转换得到岩芯横向介电参数；

步骤四：将步骤三中得到的岩芯横向介电参数除以步骤一中得到的岩芯介电参数校正系数，即可得到该频率下岩芯的真实横向介电参数；步骤五：改变频率，重复步骤一至步骤四，得到不同频率下岩芯的真实横向介电参数；

步骤六：绘制岩芯横向介电参数随频率变化的曲线，获取岩芯横向介电参数频谱，进而分析岩芯的物理信息和力学信息。

所述岩芯横向介电参数的测量装置为本实施例的测量装置。所述岩芯介电参数包括实相对介电系数和有效电导率。

步骤一中，横向测试电路的阻抗校准方法为，利用分析仪分别测试开路和闭路的阻抗，进而得到标准电阻测试阻抗与开路阻抗、闭路阻抗和标准电阻实际阻抗的关系。

步骤一中，某一频率下对应的岩芯介电参数校正系数的确定方法，按照先后顺序包括以下步骤：

步骤(1)：将岩芯从岩芯横向介电参数的测量装置中取下，将测量装置的左、右两个铜电极分别与分析仪连接；

步骤(2)：准备一有机玻璃容器，倒入标准液，并将步骤(1)中的测量装置完全浸入标准液中；

步骤(3)：启动分析仪，得到该频率下对应的岩芯介电参数校正系数。

所述实相对介电系数校正采用的标准液为去离子水，所述有效电导率校正采用的标准液为氯化钾。

某一频率下，岩芯的真实横向介电参数的确定过程与纵向介电参数的确定过程基本相同。首先，对分析仪与岩芯横向介电参数测量装置构成的电路进行阻抗校准，经过测试、公式转换等步骤，得到岩芯的实相对介电系数和有效电导率；然后，使用标准液对岩芯介电参数进行校正，进而得到该频率下对应的实相对介电系数和有效电导率的校正系数；最后，用实相对介电系数和有效电导率分别除以实相对介电系数的校正系数和有效电导率的校正系数，得到岩芯的真实横向介电参数。本实施例的测量装置及其测量方法的有益效果均与实施例一相同。

本领域技术人员不难理解，本发明的岩芯纵横向介电参数的测量装置及其测量方法包括上述本发明说明书的发明内容和具体实施方式部分以及附图所示出的各部分的任意组合，限于篇幅并为使说明书简明而没有将这些组合构成的各方案一一描述。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种岩芯纵向介电参数的测量装置，包括岩芯和铜电极Ⅰ，所述铜电极Ⅰ为圆形，其特征在于：还包括夹持件和紧固件，所述岩芯安装在所述夹持件与所述紧固件形成的空间内。

2.如权利要求1所述的岩芯纵向介电参数的测量装置，其特征在于：所述夹持件包括夹持件Ⅰ和夹持件Ⅱ，所述夹持件Ⅰ的底面和所述夹持件Ⅱ的顶面均设置凹槽Ⅰ，所述凹槽Ⅰ的直径与岩芯的直径相同。

3.如权利要求2所述的岩芯纵向介电参数的测量装置，其特征在于：上、下两个凹槽Ⅰ内均设置电极垫Ⅰ，所述电极垫Ⅰ为圆形，其直径与岩芯的直径相同。

4.一种岩芯横向介电参数的测量装置，包括岩芯和铜电极Ⅱ，所述铜电极Ⅱ为曲面形状，其特征在于：还包括夹持件和紧固件，所述岩芯安装在所述夹持件与所述紧固件形成的空间内。

5.如权利要求4所述的岩芯横向介电参数的测量装置，其特征在于：所述夹持件包括夹持件Ⅰ和夹持件Ⅱ，所述夹持件Ⅰ的底面和所述夹持件Ⅱ的顶面均设置凹槽Ⅱ，所述凹槽Ⅱ的直径与岩芯的直径相同。

6.如权利要求5所述的岩芯横向介电参数的测量装置，其特征在于：上、下两个凹槽Ⅱ内均设置岩芯垫，所述岩芯垫的直径与岩芯的直径相同，其厚度小于凹槽Ⅱ的深度。

7.如权利要求4所述的岩芯横向介电参数的测量装置，其特征在于：所述岩芯的两个对称外侧面均设置电极垫Ⅱ，所述电极垫Ⅱ为曲面形状，其内侧面的曲率半径与岩芯的半径相同。

8.一种岩芯纵向介电参数的测量方法，按照先后顺序包括以下步骤：

步骤一：将岩芯纵向介电参数的测量装置与分析仪连接，进行纵向测试电路的阻抗校准，同时通过测试标准液获取某一频率下对应的岩芯介电参数校正系数；

步骤二：将岩芯安装到岩芯纵向介电参数的测量装置上，上、下两个铜电极通过导线分别与分析仪连接；

步骤三：启动分析仪，测试该频率下岩芯的阻抗，进而得到岩芯的实际阻抗，通过公式转换得到岩芯纵向介电参数；

步骤四：将步骤三中得到的岩芯纵向介电参数除以步骤一中得到的岩芯介电参数校正系数，即可得到该频率下岩芯的真实纵向介电参数；

步骤五：改变频率，重复步骤一至步骤四，得到不同频率下岩芯的真实纵向介电参数；

步骤六：绘制岩芯纵向介电参数随频率变化的曲线，获取岩芯纵向介电参数频谱，进而分析岩芯的物理信息和力学信息。

9.如权利要求8所述的岩芯纵向介电参数的测量方法，其特征在于：步骤一中，某一频率下对应的岩芯介电参数校正系数的确定方法，按照先后顺序包括以下步骤，

步骤（1）：将岩芯从岩芯纵向介电参数的测量装置中取下，并用有机玻璃柱支撑测量装置的上、下两个夹持件，将测量装置的上、下两个铜电极分别与分析仪连接；

步骤（2）：准备一有机玻璃容器，倒入标准液，并将步骤（1）中的测量装置完全浸入标准液中；

步骤（3）：启动分析仪，得到该频率下对应的岩芯介电参数校正系数。

10.一种岩芯横向介电参数的测量方法，按照先后顺序包括以下步骤：

步骤一：将岩芯横向介电参数的测量装置与分析仪连接，进行横向测试电路的阻抗校准，同时通过测试标准液获取某一频率下对应的岩芯介电参数校正系数；

步骤二：将岩芯安装到岩芯横向介电参数的测量装置上，左、右两个铜电极通过导线分别与分析仪连接；

步骤三：启动分析仪，测试该频率下岩芯的阻抗，进而得到岩芯的实际阻抗，通过公式转换得到岩芯横向介电参数；

步骤四：将步骤三中得到的岩芯横向介电参数除以步骤一中得到的岩芯介电参数校正系数，即可得到该频率下岩芯的真实横向介电参数；

步骤五：改变频率，重复步骤一至步骤四，得到不同频率下岩芯的真实横向介电参数；

步骤六：绘制岩芯横向介电参数随频率变化的曲线，获取岩芯横向介电参数频谱，进而分析岩芯的物理信息和力学信息。