【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种用于标准岩心复介电常数测量的方法及系统，属于地质样本介电测试。
技术介绍
1、复杂的含水条件对传统电阻率测井技术的解释构成了显著挑战。介电频散测井技术则依托地层水、油气、岩石骨架等不同组分间的复介电特性差异，通过多频点复介电常数的精确测量，实现了对储层孔隙度、流体饱和度及矿化度等关键参数的定量评估。在实验室环境中，对岩心样本复介电常数的精准测定，为介电频散测井技术的原位解释提供了坚实的数据支撑与理论依据。
2、当前，深地与致密储层的评价已成为测井技术研究的焦点，这些储层普遍具有低孔隙度、低含水量及矿化度未知等特性，这无疑增加了实验室内对岩心样本介电特性分析的难度。因此，开发一种快速、灵敏且非介入的介电检测方法显得尤为重要。
3、在地质样本介电测试方法的研究领域，已涌现出众多成果。平行板电容法作为一种经典的测试手段，采用两块平行板作为固定装置和电极，但其频率覆盖范围通常较低，低于100mhz，且要求岩石样本加工成薄的圆盘单元。cn105699787a所公开的基于阻抗分析仪的煤岩介电常数测量方法，便是利用阻抗分析仪与平行板电容相结合，实现了对掺有岩石的煤的介电常数测量，然而该方法在样品制备上存在一定的局限性，为了测量钻屑、岩心和粉末样等不同类型的样品，研究人员开发了不同规模的同轴传输线夹具单元，该方法能够提供从数百khz到ghz的相对较宽的频带范围，但岩石样品必须经过钻孔、抛光等特定的预处理过程，以确保精确匹配同轴单元并获得准确的测量结果。cn109444174a所公开的一种高频岩石介电常数
4、综上所述，现有地质样本介电测试方法在测量精度、适用范围及样品制备等方面均存在一定的局限性。因此，开发一种适用于标准柱塞样尺寸、具备高灵敏度和准确性的复介电测试装置，对于推动深地与致密储层的评价具有重要意义。
技术实现思路
1、本专利技术针对现有介电常数测量技术存在不足，为能满足介电频散测井解释需求，提出一种具备高灵敏度和准确性的岩心复介电常数的谐振微扰测量方法，以实现对1英寸标准柱塞样岩心的无损检测，为地质样本的介电特性分析提供更为可靠的技术支持。本专利技术同时提供实现该方法的测量系统。
2、本专利技术岩心复介电常数的谐振微扰测量方法，包括以下步骤：
3、（1）分别对已知介电常数的标准材料制成的标准样品在四个谐振腔进行响应测试，获得每个谐振腔频率偏移△f，建立△f与标准材料介电常数间的二次曲线关系；
4、（2）测试注入盐水的亚克力柱塞样品质因数倒数的相对变化量△1/q，建立△1/q与介电损耗之间的线性关系；
5、（3）测试岩心样品的频率偏移△f以及品质因数倒数的相对变化量△1/q，带入步骤（1）和（2）中建立的拟合曲线关系，反演出初始复介电常数；
6、（4）对不同高度的岩心样品进行体积补偿，得到最终准确的复介电常数。
7、本专利技术采用补偿校准是由于所测试柱塞样体积相对腔内空间较大，无法完全满足谐振腔微扰条件，依赖传统微扰公式来反演介电常数方法在本专利技术中存在局限性。
8、所述步骤（1）中标准材料为四种介电特性稳定的均匀致密物质，分别是介电常数为2的ptfe、介电常数为3.7的尼龙、介电常数为6.2的环氧树脂以及介电常数为9.2的氧化铝。
9、所述步骤（1）中标准材料制成的标准样品均为直径1英寸、高度30毫米的规则圆柱。
10、所述步骤（1）中的谐振腔包括外导体以及设置于外导体内部的内导体，外导体上设置顶盖，内导体与外导体之间形成空气腔，内导体的高度低于外导体，外导体底部设置两个n型接口，n型接口与内导体连接。外导体是一个壳体。
11、所述步骤（1）中谐振腔内的电磁场模式接近于横向电磁（tem）模式。
12、所述步骤（1）中四个谐振腔分别工作在100mhz、300mhz、500mhz和1ghz的频点。所述100mhz、300mhz和500mhz频点的谐振腔在内导体的顶面设置凸台，使谐振腔成为阶跃阻抗谐振腔，以实现谐振腔整体体积缩小。
13、所述步骤（1）中谐振腔采用等效电路法，顶盖、外导体、内导体上部的凸台以及空气腔共同作为集总电容cl，当参考平面上的总导纳为零时满足谐振条件，谐振频率fr的隐式表达式推导为，其中z0为等效阻抗，c为真空中光速，l为谐振腔外导体的长度。负载电容有效地减小腔的长度，而不改变谐振频率。
14、所述步骤（1）中谐振腔的截面尺寸参数满足(π/2(b1+a)) <λr的条件，b1为内导体的直径，a为外导体的直径，λr为固定频率谐振腔所对应的波长值。这样抑制了高阶的横向电模式或横向磁模式，使传感精度进一步提高。
15、所述步骤（2）中亚克力柱塞样中钻有轴向通孔，使其孔隙度为10%。具体地是亚克力柱塞样的直径为25毫米，高度为30毫米，均匀地钻有16个轴向通孔，每个通孔直径为2毫米（高度为30毫米）。
16、所述步骤（2）中亚克力柱塞样的介电常数和损耗，在已知孔隙水饱和度和矿化度的情况下，采用复折射率（crim）模型，即计算，其中ε*matrix、ε*water和ε*mix分别代表亚克力柱塞样骨架、孔隙水、注水亚克力柱塞样的复介电常数，ϕsaturated为含水孔隙度；其中水的复介电常数ε*water是通过cole-cole或者德拜（debye）模型给出，即或，其中εs、ε∞、ε0、τ、α、ω与j分别为零频介电常数、光频介电常数、真空介电常数、德拜弛豫时间、cole-cole因子、测试角频率和虚数符号，，f为测试频率，其中光频介电常数为4.9，真空介电常数为8.85×10-12，零频介电常数、德拜弛豫角频率分别建立与岩心温度t的线性关系，εs=本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种岩心复介电常数的谐振微扰测量方法，其特征是：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的岩心复介电常数的谐振微扰测量方法，其特征是：所述步骤（1）中标准材料为四种介电特性稳定的均匀致密物质，分别是介电常数为2的PTFE、介电常数为3.7的尼龙、介电常数为6.2的环氧树脂以及介电常数为9.2的氧化铝，标准材料制成的标准样品均为直径1英寸、高度30毫米的规则圆柱。
3.根据权利要求1所述的岩心复介电常数的谐振微扰测量方法，其特征是：所述步骤（1）中的谐振腔包括外导体以及设置于外导体内部的内导体，外导体上设置顶盖，内导体与外导体之间形成空气腔，内导体的高度低于外导体，外导体底部设置两个N型接口，N型接口与内导体连接。
4.根据权利要求1所述的岩心复介电常数的谐振微扰测量方法，其特征是：所述步骤（1）中四个谐振腔分别工作在100MHz、300MHz、500MHz和1GHz的频点；所述100MHz、300MHz和500MHz频点的谐振腔在内导体的顶面设置凸台。
5.根据权利要求1所述的岩心复介电常数的谐振微扰测量方法，其特征是：所述步骤（
6.根据权利要求1所述的岩心复介电常数的谐振微扰测量方法，其特征是：所述步骤（1）中谐振腔的截面尺寸参数满足(π/2(b1+a)) <λr的条件，b1为内导体的直径，a为外导体的直径，λr为固定频率谐振腔所对应的波长值。
7.根据权利要求1所述的岩心复介电常数的谐振微扰测量方法，其特征是：所述步骤（2）中亚克力柱塞样中钻有轴向通孔，使其孔隙度为10%。
8.根据权利要求1所述的岩心复介电常数的谐振微扰测量方法，其特征是：所述步骤（2）中亚克力柱塞样的介电常数和损耗，在已知孔隙水饱和度和矿化度的情况下，采用计算，其中ε*matrix、ε*water和ε*mix分别代表亚克力柱塞样骨架、孔隙水、注水亚克力柱塞样的复介电常数，ϕsaturated为含水孔隙度；其中水的复介电常数ε*water是通过或给出，其中εs、ε∞、ε0、τ、α、ω与j分别为零频介电常数、光频介电常数、真空介电常数、德拜弛豫时间、Cole-Cole因子、测试角频率和虚数符号，，f为测试频率，其中光频介电常数为4.9，真空介电常数为8.85×10-12，零频介电常数、德拜弛豫角频率分别建立与岩心温度T的线性关系，εs=A1+B1×T，τ=A2+B2×T，其中系数A1、A2、B1、B2通过参考已公开实验素材或实验室控制温度标定获得；
9.根据权利要求1所述的岩心复介电常数的谐振微扰测量方法，其特征是：所述步骤（4）中根据岩心样品原始测量的介电常数ε*raw与岩心样品和标准样品之间的体积差异的比反向调节介电常数，表示为ε*inversed，调整公式是：，Vsample是岩心样品的体积，Vstandard是标准样品的体积。
10.一种岩心复介电常数的谐振微扰测量系统，用于实现权利要求1-9任一项所述的岩心复介电常数的谐振微扰测量方法，其特征是：包括矢量网络分析仪、计算机以及包括工作在不同频点的四个谐振腔，矢量网络分析仪通过稳相电缆与谐振腔的两个N型接口连接，同时与计算机连接，计算机用于实现对矢量网络分析仪和谐振腔的自动控制，同时采集监测数据并对数据进行分析处理。
...【技术特征摘要】
1.一种岩心复介电常数的谐振微扰测量方法，其特征是：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的岩心复介电常数的谐振微扰测量方法，其特征是：所述步骤（1）中标准材料为四种介电特性稳定的均匀致密物质，分别是介电常数为2的ptfe、介电常数为3.7的尼龙、介电常数为6.2的环氧树脂以及介电常数为9.2的氧化铝，标准材料制成的标准样品均为直径1英寸、高度30毫米的规则圆柱。
3.根据权利要求1所述的岩心复介电常数的谐振微扰测量方法，其特征是：所述步骤（1）中的谐振腔包括外导体以及设置于外导体内部的内导体，外导体上设置顶盖，内导体与外导体之间形成空气腔，内导体的高度低于外导体，外导体底部设置两个n型接口，n型接口与内导体连接。
4.根据权利要求1所述的岩心复介电常数的谐振微扰测量方法，其特征是：所述步骤（1）中四个谐振腔分别工作在100mhz、300mhz、500mhz和1ghz的频点；所述100mhz、300mhz和500mhz频点的谐振腔在内导体的顶面设置凸台。
5.根据权利要求1所述的岩心复介电常数的谐振微扰测量方法，其特征是：所述步骤（1）中谐振腔采用等效电路法，顶盖、外导体、内导体上部凸台以及空气腔共同作为集总电容cl，当参考平面上的总导纳为零时满足谐振条件，谐振频率fr的隐式表达式推导为，其中z0为等效阻抗，c为真空中光速，l为谐振腔外导体的长度。
6.根据权利要求1所述的岩心复介电常数的谐振微扰测量方法，其特征是：所述步骤（1）中谐振腔的截面尺寸参数满足(π/2(b1+a)) <λr的条件，b1为内导体的直径，a为外导体的直径，λr为固定频率谐振腔所对应的波长值。
7.根据权利要求1所述的岩心复介电常数的谐振微扰...
【专利技术属性】
技术研发人员：王斌，杨心如，高睦志，李克敏，张淼，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：
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