岩石中离子导电与介电(II)

本书主要讲述微纳米空间，特别是页岩类多孔介质导电和介电机理以及流体在多场作用下的运移规律。主要内容包括孔隙流体中主要原子、分子的行为特征，微纳孔隙的分布规律、孔隙类型和结构特征，微纳孔隙中存在的毛管力、分子力、化学键力、Zeta电势、渗流压力和外加电磁场等各种力场的变化规律；深入介绍微纳孔隙中电磁场作用下微观粒子电容的形成机理，以及黄铁矿、石墨等骨架矿物的局域场在微观粒子电容形成中的作用；以微观粒子电容为核心，结合Navier鄄Stokes方程、Maxwell方程及Schr dinger方程，建立针对微纳孔隙中，包括各种分子力、Zeta电势、电磁场力以及孔隙压力等共同作用下的跨尺度多场力流体方程。

第1章 岩石微纳孔隙特征及表征方法 1
1.1 致密储层微纳空间特征 2
1.1.1 致密砂岩类孔隙空间特征 3
1.1.2 致密碳酸盐岩类孔隙空间特征 4
1.2 页岩微纳空间特征 5
1.2.1 页岩孔的类型 5
1.2.2 页岩孔的大小与形状 7
1.2.3 页岩有机孔形成与保存 7
1.2.4 页岩有机孔的非均质性 9
1.2.5 页岩孔的影响因素 10
1.3 孔隙结构特征表征方法 11
1.3.1 孔隙结构表征参数 11
1.3.2 孔隙结构表征方法 11
1.3.3 气体吸附理论 16
第2章 岩石孔隙中的流体粒子 19
2.1 微纳孔隙介质中的粒子 19
2.1.1 粒子类型及其理化性质 20
2.1.2 粒子的运移机制 21
2.2 氢元素 21
2.2.1 氢元素在地层中的存在形式 22
2.2.2 氢元素的物理化学特征 22
2.2.3 氢原子的光谱学特征 22
2.3 地层水 23
2.3.1 地层水的性质 23
2.3.2 地层中水的运移 30
2.4 甲烷 31
2.4.1 甲烷的结构和性质 31
2.4.2 甲烷在地层中的产生过程 32
2.4.3 甲烷在地层中的化学反应 34
2.4.4 甲烷与黏土的相互作用 35
第3章 微纳孔隙中的电磁场作用 37
3.1 泥页岩的电学特征 37
3.1.1 泥页岩矿物组成 37
3.1.2 泥页岩有机质的电性 37
3.1.3 黏土矿物的附加导电 38
3.1.4 泥页岩的低阻特征 42
3.1.5 数值模拟 45
3.2 黄铁矿及其对页岩电性的影响 46
3.2.1 黄铁矿的类型及其主要特征 47
3.2.2 黄铁矿的成因分析 48
3.2.3 黄铁矿对页岩气富集的影响 49
3.2.4 黄铁矿对页岩导电性的影响 49
3.3 石墨化及其对页岩电性的影响 50
3.3.1 页岩石墨化特征 51
3.3.2 页岩石墨化的影响因素 53
3.3.3 石墨化对页岩气的影响 54
3.3.4 石墨化对页岩导电性的影响 55
3.4 微纳孔介质导电性 57
3.4.1 孔隙流体离子导电 57
3.4.2 宏观导电模型 58
3.4.3 微观导电模型 58
3.4.4 电性的影响因素 58
3.5 微纳孔介质介电性 59
3.5.1 微纳米孔微观粒子电容模型 59
3.5.2 微观粒子电容的特征 62
3.6 微纳孔介质电性实验测试与电学模型分析 62
3.6.1 电学参数测试 62
3.6.2 实验数据分析 63
3.6.3 岩石介电模型 68
3.7 电泳和电渗析简析 70
3.7.1 电泳和电渗析 70
3.7.2 电泳和电渗析的数学描述 71
3.7.3 岩石中电泳和电渗析的数学描述 73
第4章 岩石孔隙中流体粒子力学分析 74
4.1 微纳孔中的分子力与运动 74
4.1.1 分子力 74
4.1.2 分子的运动 80
4.1.3 分子运动的光谱特征 83
4.2 微纳孔毛管力特征 85
4.2.1 毛管力对页岩流体运移的影响 85
4.2.2 页岩中微纳米孔隙中毛管力的变化规律 85
4.3 泥岩地层中Zeta电势 86
4.3.1 泥岩颗粒表面带电的原因 87
4.3.2 双电层形成条件 87
4.3.3 Zeta电势的形成 88
4.4 电磁波与分子相互作用分析 88
4.4.1 岩石孔隙中的分子运动 88
4.4.2 水分子的运动与光谱特征 92
4.4.3 C—H键的运动与光谱特征 94
4.4.4 C—C键的振动 96
4.4.5 NaCl分子的振动 96
4.4.6 电磁场对岩石孔隙流体分子的影响 97
第5章 微纳空间场粒子运动规律 98
5.1 微纳孔隙介质渗流研究概述 98
5.2 微纳孔隙气体吸附与渗流 99
5.2.1 微渗流理论 99
5.2.2 纳维-斯托克斯方程 102
5.2.3 哈根-泊肃叶方程 102
5.2.4 玻尔兹曼方程 103
5.2.5 不规则孔道渗流表征 106
5.3 微纳介质环境麦克斯韦场方程 106
5.3.1 微纳孔中的电磁场方程 106
5.3.2 场方程层界面上的边界条件 109
5.3.3 地层中稳恒电磁场 110
5.3.4 外加电磁场 111
5.4 薛定谔方程 112
5.4.1 薛定谔方程的建立 112
5.4.2 薛定谔方程的求解 114
5.4.3 本征值与本征态 115
5.4.4 波函数的性质 118
5.5 氢原子的薛定谔方程和求解 122
5.5.1 氢原子的薛定谔方程 122
5.5.2 氢原子的薛定谔方程求解 123
5.5.3 氢原子能量理论计算 124
5.6 微纳孔多场力作用下流体方程 125
5.6.1 场对孔隙介质的作用机理分析 126
5.6.2 微纳孔的渗流力 128
5.6.3 孔隙流体的连续性方程 129
第6章 全谱测井技术 133
6.1 电磁波谱及其特征 133
6.1.1 电磁波的分类及其特征 133
6.1.2 地球探测中常用的电磁波特性 135
6.2 页岩的光激电效应 138
6.3 光纤测井 139
6.3.1 瑞利散射 140
6.3.2 拉曼散射 140
6.3.3 布里渊散射 140
6.3.4 斯托克斯散射 141
6.4 全谱测井技术构想与展望 141
参考文献 144
附录I 常用物理量与物理常数 149
附录II 常用算符 150