Геофизические исследования

ГЕОФИЗИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ, 2018, том 19, № 3, с.73-88. https://doi.org/10.21455/gr2018.3-5

УДК 550.370

Аннотация  Литература  Полный текст

ЭЛЕКТРОКИНЕТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПЕСЧАНИКОВ ПО ДАННЫМ ЛАБОРАТОРНЫХ ЭКСПЕРИМЕНТОВ В РЕЖИМАХ ОДНОФАЗНОЙ И ДВУХФАЗНОЙ ФИЛЬТРАЦИИ

© 2018 г. В.Л. Барабанов

Институт проблем нефти и газа РАН,  г. Москва, Россия

Эксперименты по оценке электрокинетических параметров пористых проницаемых горных пород проводились на образцах песчаника в двух режимах стационарной фильтрации –однофазной фильтрации водного раствора электролита и двухфазной фильтрации смеси вода–керосин в соотношении 50:50. Получены оценки величин z-потенциала двойного электрического слоя, а также коэффициентов потенциала течения и электроосмоса, которые в целом согласуются с известными оценками, выполненными традиционными методами.

При экспериментах в режиме двухфазной фильтрации с ростом градиента давления на модели зафиксировано монотонное снижение значений электрокинетических параметров, сопровождаемое сменой знака. Этот эффект объясняется специфической адсорбцией потенциалобразующих ионов и, возможно, частичной гидрофобизацией поверхности минеральной фазы.

Ключевые слова: горные породы, электрокинетика, потенциал течения, одно- и двухфазная фильтрация, двойной электрический слой, z-потенциал, лабораторные эксперименты.

Литература

Агеева О.А., Светов Б.С., Шерман Г.Х., Шипулин С.В. Сейсмоэлектрический эффект второго рода в горных породах (по данным лабораторных экспериментов) // Геология и геофизика. 1990. Т. 40, № 8. С.1251–1257.

Алтунина Л.К., Кувшинов В.А. Увеличение нефтеотдачи пластов композициями ПАВ. М.: Наука, 1995. 198 с.

Багдоев А.Г., Шекоян А.В. Нелинейные акустоэлектрические волны в пористых средах, заполненных электропроводящей жидкостью // Нелинейный мир. 2008. Т. 6, № 5/6. С.314–323.

Блохин А.М., Семенко Р.Е. Гидродинамика водонефтяных слоистых систем в присутствии электрического тока // Проблемы механики: теория, эксперимент и новые технологии: 6 Всерос. конф. молодых ученых, Новосибирск, 6–8 февр. 2007 г. Новосибирск, 2007. С.50.

Богомолов Л.М., Сычев В.Н., Закупин А.С., Мубассарова В.А., Паровышный В.А. Электрофизические проявления процесса разрушения по данным лабораторных экспериментов и геофизических наблюдений // 10 Межд. школа-семинар “Физические основы прогнозирования разрушения горных пород”, Апатиты, 13–17 июня 2016 г. Апатиты, 2016. С.19.

Валова О.В. Математическая модель задачи тепло-массообмена в горных породах при электроосмотической фильтрации // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. 2006. № 1. С.70–77.

Геннадиник Б.И. Потенциалы фильтрации в гетерогенной среде // Физика Земли. 1990. № 7. С.102–106.

Долгов Д.В. Физические явления, протекающие в нефтяных пластах на микроуровне в зоне действия электрического поля // Теория и практика применения методов увеличения нефтеотдачи пластов: Материалы 2-го Межд. научн. симп. 15–16 сент. 2009 г. Т. 2. М.: ВНИИнефть, 2009. С.26–32.

Зейгарник В.А., Новиков В.А., Окунев В.И., Ключкин В.Н. Сейсмический триггерный потенциал электрического тока, протекающего через разлом // 10 Межд. школа-семинар “Физические основы прогнозирования разрушения горных пород”, Апатиты, 13–17 июня 2016 г. Апатиты, 2016. С.21–22.

Кузнецов О.Л., Симкин Э.М. Преобразование и взаимодействие геофизических полей в литосфере. М.: Недра, 1990. 260 с.

Мигунов Н.И. Влияние электрокинетических свойств горных пород на скорость распространения сейсмоэлектрических сигналов // Физика Земли. 1978. № 5. С.52–56.

Натяганов В.Л., Скибицкий А.Н. Гидроэлектромагнитные механизмы образования световых предвестников землетрясений // 4 Межд. школа молодых ученых “Волны и вихри в сложных средах”, Москва, 26–29 нояб. 2013 г. М., 2013. С.116–118.

Николаевский В.Н. Геомеханика и флюидодинамика. М.: Недра, 1996. 448 с.

Нюссик Я.М., Комов И.Л. Электрохимия в геологии. Л.: Наука, 1981. 240 с.

Пантелеев И.А., Гаврилов В.А. Численное моделирование эволюции электрокинетического тока при подготовке тектонического землетрясения на основе данных скважинных геоакустических измерений // XII Всерос. съезд по фундаментальным проблемам теоретической и прикладной механики, Казань, 20–24 авг. 2015 г. Казань, 2015. С.217.

Саяхов Ф.Л., Ковалева Л.А., Насыров Н.М. Тепломассоперенос в системе скважина-пласт при электромагнитном воздействии на массивные нефтяные залежи // Инженерно-физический журнал. 2002. Т. 75, № 1. С.95–99.

Светов Б.С., Губатенко В.П. Электромагнитное поле механо-электрического происхождения в пористых влагонасыщенных горных породах. I. Постановка задачи // Физика Земли. 1990. № 10. С.67–73.

Соболев Г.А., Демин В.М. Механоэлектрические явления в Земле. М.: Наука, 1980. 215 с.

Фатыхов М.А. Фильтрация высоковязкой нефти в электромагнитном поле // Инженерно-физический журнал. 2004. Т. 77, № 2. С.13–16.

Френкель Я.И. Кинетическая теория жидкостей. Л.: Наука, 1975. 592 с.

Хабибуллин И.Л. Особенности фильтрации вязких жидкостей в поле электромагнитного излучения // Вестник Башкирского университета 1999. № 2. С.15–16.

Черняк Г.Я. О физической природе сейсмоэлектрического эффекта горных пород // Физика Земли. 1976. № 2. С.108–112.

Шелухин В.В., Амира Ю.В. О течении электролитов в пористой среде // Прикладная механика и теоретическая физика. 2008. Т. 49, № 4. С.162–173.

Antraygues P., Aubert M. Self-potential generated by two-phase flow in a porous medium: experimental study and volcanological applications // J. Geophys. Res. 1993. V. 98. P.22273–22281.

Bo M.W., Choa V., Zeng X.Q. Laboratory investigation on electro-osmosis properties of singapore marine clay// Soils and Foundations. 2001. V. 41, N 5. Р.15–23.

Davis J., James R., Leckie J. Surface ionization and complexation at the oxide interface // J. Colloid. Interface Sci. 1978. V. 63. P.480–499.

Donner R.V., Potirakis S.M., Balasis G., Eftaxias K., Kurths J. Temporal correlation pattern in pre-seismic electromagnetic emissions reveal distinct complexity profiles prior to major earthquakes // Phys. and Chem. Earth. Pts A.B.C. 2015. V. 85/86. P.44–55.

Du Q., Li J., Li X., Zeng Z. Precursory abnormal characteristics of geoelectric field: a case study of seismostation in 625 Research Institute of aviation industry corporation of China // Earth Science – J. China Univ. Geosciences. 2014. V. 39, N 12. Р.1851–1852.

Enomoto Y. Coupled interaction of earthquake nucleation with deep Earth gases: a possible mechanism for seismo-electromagnetic phenomena // Geophys. J. Inter. 2012. V. 191. P.1210–1214.

Fujinawa Y., Noda Y. Characteristics of seismoelectric waves fields associated with natural microcracks // Pure Appl. Geophys. 2016. V. 173, N 1. Р.255–268.

Geindreal C., Auriault J.-L. Magnetohydrodynamic flow through porous media // C. R. Acad. Sci. Paris. 2001. V. 329, Serie IIb. P.445–450.

Glover P., Meredith P., Sammonds P., Murell S. Ionic surface conductivity in sandstone // J. Geophys. Res. 1994. V. 99. P.21635–21650.

Guan W., Hu H., Zheng X. Theoretical simulation of the multipole seismoelectric logging while drilling // Geophys. J. Inter. 2013. V. 195, N 2. Р.1239–1250.

Guan W., Yin C., Wang J., Cui, Hu H., Wang Z. Theoretical study on the amplitude ratio of the seismoelectric field to the Stoneley wave and the formation tortuosity estimation from seismoelectric logs // Geophys. J. Inter. 2015. V. 203, N 3. Р.2277–2286.

Jian Y., Yang L., Liu Q. Time periodic electro-osmotic flow through a microannulus// Physics of Fluids. 2010. V. 22, N 4. Р.042001-9.

Jiang Y., Shan F., Jin H., Zhou L., Sheng P. A method for measuring electrokinetic coefficients of porous media and its potential application in hydrocarbon exploration // Geophys. Res. Lett. 1998. V. 25, N 10. Р.1581–1584.

Jougnot D., Rubino J., Carbajal M., Linde N., Holliger K. Seismoelectric effects due to mesoscopic heterogeneities // Geophys. Res. Lett. 2013. V. 40, N 10. Р.2033–2037.

Kachakhidze M.K., Kachakhidze N.K., Kaladze T.D. A model of the generation of electromagnetic emissions detected prior to earthquakes // Phys. and Chem. Earth. Pts A.B.C. 2015. V. 85/86. P.78–81.

Khair A.S., Squires T.M. The influence of hydrodynamic slip on the electroforetic mobility of a spherical colloidal particle // Physics of Fluids. 2009. V. 21, N 4. Р.042001.

Kondrat V., Tvardovska S. The influence of external electric field on parameters of seismic frequency mechanical waves in porous saturated media // Фiзико-математичне моделюванния та iнформацiйнi технологii. 2009. Вып. 10. С.56–65.

Kushwan V., Tiwari R., Gaur M., Tiwari R.K. Initial results of bio-potential (seismic electric signal) related to seismic activities // Acta Geophys. 2013. V. 61, N 4. Р.935–949.

Long L., Rivers W. Field measurement of electroseismic response // Geophysics. 1975. V. 40, N 2. Р.233–245.

Lorne B., Frederic P., Avouac J.-Ph. Streaming potential measurements. 1. Properties of the electrical double layer from crushed rock samples // J. Geophys. Res. 1999. V. 104, N В8. Р.17857–17877.

Lorne B., Frederic P., Avouac J.-Ph. Streaming potential measurements. 2. Relationship between electric and hydraulic flow patterns from rock samples during deformation // J. Geophys. Res. 1999. V. 104, N В8. Р.17879–17896.

Matsushima M., Honkura Y., Kuriki M., Ogawa Y. Circular polarized electric fields associated with seismic waves generated by blasting // Geophys. J. Inter. 2013. V. 194. P.200–211.

Moyne C., Murad M.A. Electro-chemo-mechanical couplings in swelling clays derived from a micro/macro-homogenization procedure // Inter. J. Solids and Structures. 2002. V. 39. P.6159–6190.

Panakhov G.M., Mirzadjanov R.R. Electro-rheological features of flow of complicate systems // Proc. of IMM of Azerbaijan. 1999. V. X, N XVIII. P.249–256.

Ren H., Huang Q., Chen X. Existence of evanescent electromagnetic waves resulting from seismoelectric conversion at a solid-porous interface // Geophys. J. Inter. 2016. V. 204, N 1. Р.147–166.

Revil A., Darot M., Pezard P.A. From surface electrical properties to spontaneous potential on porous media // Surveys in Geophysics. 1996. V. 17. P.331–346.

Revil A., Pezard P.A., Glover E. Streaming potential in porous media. 1. Theory of the zeta potential // J. Geophys. Res. 1999. V. 104. P.20021–20031.

Roubinet D., Linde N., Jougnot D., Irving J. Streaming potential modeling in fractured rock: insights into the identification of hydraulically active fractures // Geophys. Res. Lett. 2016. V. 43, N 10. Р.4937–4944.

Sava P., Revil A. Virtual electrode current injection using seismic focusing and seismoelectric conversion // Geophys. J. Inter. 2012. V. 191. P.1205–1209.

Surkov V.V., Pilipenko V.A. Estimate of ULF electromagnetic noise caused by fluid flow during seismic or volcano activity // Ann. Geophys. 2015. V. 58, N 6. S0655. doi: 10.4401/ag-6767

Wang J., Guan W., Hu H.-S., Zhu Z. Electrokinetic experimental studies in borehole model: localized and radiated seismoelectric field // Chinese Journal of Geophysics. 2016. V. 59, N 1. Р.381–390.

Warden S., Garambois S., Jouniaux L., Brito D., Sailhac P., Bordes C. Seismoelectric wave propagation numerical modeling in partially saturated materials // Geophys. J. Inter. 2013. V. 194, N 3. Р.1498–1513.

Warden S., Garambois S., Sailhac P., Jouniaux L., Bano M. Curvelet-based seismoelectric data processing // Geophys. J. Inter. 2012. V. 190, N 3. Р.1533–1550.