[发明专利]岩心夹持器、采用该岩心夹持器的岩心zeta电势测量系统及测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及地球物理科学技术领域，具体涉及一种岩心夹持器、采用该岩心夹持器的岩心zeta电势测量系统及测量方法。

背景技术

动电现象产生于孔隙介质中固相和电解液边界层之间存在双电层条件下，孔道内流动的液流和电流之间的耦合作用，在化学、生物学、地球物理学等领域得到广泛应用。Pride根据液体和固体各自服从基本物理原理，提出了孔隙介质中弹性-电磁耦合效应理论，用于描述孔隙介质中的动电现象，并建立了宏观场量和微观参数之间的关系，岩心zeta电势（ ）是其中的关键参数，它是流体相对于固体流动时,离固相表面最近的可流动平面(剪切面)上的电势，岩心zeta电势对于分析孔隙介质内部微观特性，研究孔隙介质中的动电现象及其在地球物理科学、生物化学等领域的应用具有重要意义。

但由于岩心内部孔道非常窄，因此无法直接测量岩心孔道内的zeta电势，必需通过动电实验中的宏观场量计算得出，早期主要通过直流（DC）方式进行测量，但直流(DC)测试方法受很多因素的限制，如噪声、直流漂移、电极的稳定性及其极化作用等,特别地，动电信号一般都是很微弱的，对于岩心样品而言，信号为微伏级是很普遍的，因而小信号测量过程中的低信噪比问题(使测量结果不准确)更限制了直流(DC)测试方法的广泛应用，同时直流(DC)测试方法所使用的装置不能获得岩心样品在不同频率下的zeta电势，无法分析岩心样品zeta电势的频率响应特性。

发明内容

为了解决目前在zeta电势测量过程中仅通过直流测试方法以及采用直流测试方法测试频率单一的问题，本发明提供了一种岩心夹持器、采用该岩心夹持器的岩心zeta电势测量系统及测量方法。

本发明的岩心夹持器，它由两个电极、围压装置、两根形状相同的管、水槽、振动输入水槽和振动膜组成，所述围压装置为圆筒状结构，该围压装置的侧壁为两层结构，两层结构之间的间隙为气囊，该围压装置的中间有一个进气孔，两根管的一端分别从围压装置的两端插入，所述两根管和围压装置同轴，两根管位于围压装置内的一端的端面上有凹槽，所述凹槽内嵌入并固定有一个电极，每个电极的末端引出至管的外侧，两个电极、围压装置和两根管之间的空间为样品池；两根管中的一根管的另一端与水槽连通，在所述管的侧壁上开有一个与外部连通的差压接口，所述差压接口位于水槽和围压装置之间；另一根管的另一端与振动输入水槽连通，在所述振动输入水槽的侧壁上开有振动膜固定通孔，所述振动膜固定通孔的中心轴线与所述另一根管的中心线重合，所述振动模覆盖该振动膜固定通孔并固定在振动输入水槽的侧壁上，在所述另一根管的侧壁上，开有一个与外部连通的差压接口，所述差压接口位于振动输入水槽和围压装置之间；在水槽上有第一进水口，在振动输入水槽上有第二进水口；所述围压装置包括密封橡胶内管、硬质外管、两个端部固定套管和两个密封挡圈，所述硬质外管套在密封橡胶内管的外侧，两个端部固定套管分别套在两个硬质外管的两端，两个密封挡圈分别位于密封橡胶内管的两端和两个端部密封套管之间，所述密封橡胶内管、两个密封挡圈和硬质外管之间所形成的密闭空间为气囊，进气口位于硬质外管上，使气囊内部与外部连通。

本发明的采用上述岩心夹持器的岩心zeta电势测量系统，它包括信号源、功率放大器、激振器、岩心夹持器、压力传感器、第一锁相放大器和第二锁相放大器，激振器的激振杆的中心线与振动输入水槽的侧壁上的振动膜固定通孔的中心轴线重合，并且所述激振器的激振杆的末端与振动模相接触，用于驱动所述振动膜振动；压力传感器用于测量水槽的差压接口与振动输入水槽的差压接口之间的压力差；信号源的第一信号输出端连接功率放大器的信号输入端，所述功率放大器的信号输出端连接激振器的信号输入端，两个电极分别与第一锁相放大器的两个测量信号输入端连接，所述第一锁相放大器的参考信号输入端与信号源的另一个信号输出端连接，所述信号源的另一个信号输出端与第二锁相放大器的参考信号输入端连接，所述第二锁相环放大器的测量信号输入端连接压力传感器的信号输出端。

本发明的岩心zeta电势测量方法是基于上述岩心zeta电势测量系统实现的，它的具体过程为：

步骤一：将待测岩心样品置于样品池，使所述圆柱形的岩心样品的两个端面分别与两个电极紧密连接，并确保橡胶内管与样品池内待测岩心样品的外侧壁以及两根管的末端的外侧壁紧密接触，然后通过进气口向气囊中冲入高压气体，并维持所述气囊中的气压稳定，使岩心样品稳固，并且两根管腔之间相互密闭，再从第一进水口和第二进水口向岩心夹持器的水槽和振动输入水槽注满盐水；