ICS 75.020 E14 SY 备案号：10465—2002 中华人民共和国石油天然气行业标准 SY/T65282002 岩样介电常数测量方法 Test method of the rock dielectric constant 2002-08-01实施 2002-05-28发布 发布 国家经济贸易委员会 SY/T6528—2002 目 次 前言 1 范围 2 测量方法提要 低频段岩样介电常数测量方法 3.1 测量原理 3.2 测量系统 3.3岩样制备 3.4溶液配制 3.5 测量 3.6 岩样介电常数求取 射频段岩样介电常数测量方法 4 4.1 测量原理 4.2 测量系统 4.3 岩样制备 4.4 溶液配制 4.5测量 4.6 岩样介电常数求取 5超高频段岩样介电常数测量方法 5.1谐振腔法 5.2同轴线终端开路反射法 6测试记录格式与内容 10 附录A（资料性附录） 射频段岩样介电常数测量方法中岩样导纳y的求取 11 附录B（资料性附录） 谐振腔测量方法中场分布函数的求取· 13 附录C（资料性附录）测试记录格式与内容 15 SY/T6528—2002 前 言 本标准的附录A、附录B、附录C为资料性附录。 本标准由石油测井专业标准化委员会提出并归口。 本标准起草单位：大庆石油管理局测井公司。 本标准参加起草单位：石油大学（北京）。 本标准主要起草人：昌庆珍、谢然红、李艳丽、王伟男、张元中、朱小康、姜亦忠、刘福利、 王丽娟。 Ⅱ SY/T6528—2002 岩样介电常数测量方法 1范围 本标准规定了在低频段（1.0×103Hz~1.5×10Hz）、射频段（2.0×107Hz~2.7×10°Hz）和超 高频段（2.0×10°Hz～3.0×10°Hz）测量岩石样品（以下简称“岩样”）介电常数的方法及要求。 本标准适用于在实验室内测量岩样的介电常数。 2测量方法提要 在低频段内采用加保护电极的平行板电容法，通过测量岩样的电容值来求得岩样的介电常数；在 射频段内采用加屏蔽室的平行板电容法，通过测量岩样的导纳值来求得岩样的介电常数；在超高频段 内采用谐振腔法和同轴线终端开路反射法，通过测量岩样的谐振频率、品质因素、反射系数来求得岩 样的介电常数。 3低频段岩样介电常数测量方法 3.1测量原理 测量原理是将要测量的岩样放人介电常数测试器中，通过测量其电容的变化来求得介电常数。电 容器的两极板是由圆形的两金属板做成，为了减少平行板间边缘电场的畸变产生的影响，首先要求岩 样的厚度小于直径的1/10，其次添加了保护电极，这个电极使被保护电极的视面积增大，为了降低 由此引起的误差应除以一个有效面积常数，对于A电极（见图1），岩样厚度为3mm时，有效面积常 数为1.0104。 38mr 被保护电极 10.2m 56m 保护电极 测试件 测试件 非保护电极 40mm~56mm 图1电极A示意图 3.2测量系统 测量系统由低频阻抗分析仪、介电测试器、计算机、打印机组成（见图2），系统测量误差不大 1 SY/T6528—2002 于5%。 a）低频阻抗分析仪：频率范围为100Hz～4×107Hz，具有扫频测量功能，测量不确定度为±3% (≥1×10°Hz)，±6%(<1×10'Hz); b）介电常数测试器：频率范围为100Hz~4×107Hz。 显示器 介电测试器 低频阻抗分析仪 计算机 打印机 图2低频段岩样介电常数测量系统 3.3岩样制备 3.3.1岩样加工 将岩样加工成直径为40mm～56mm，厚度为3mm的圆片，两端面平行并与中心轴垂直，无破 损，且表面光滑。 3.3.2岩样编号 对岩样分别进行编号。 3.3.3岩样尺寸测量 用高精度游标卡尺测量岩样的直径与厚度，应精确到土0.02mm。 3.3.3.1测量岩样直径时，在岩样的圆周上，同时测量二个均匀分布的不同位置，取三个测量数据， 以算术平均值作为岩样的直径。 3.3.3.2测量岩样的厚度时，在岩样的两端面上，同时测量三个均匀分布的不同位置，取三个测量 数据，以算术平均值作为岩样的厚度。 3.3.4岩样洗油 在苯、甲苯、四氯化碳、酒精等溶剂中，根据实际情况选2～3种按一定比例混合，用洗油仪对 岩样进行洗油，一般岩样需洗油80h以上。 3.3.5岩样洗盐 将岩样放人蒸馏水中浸泡（一块岩样100mL蒸馏水），浸泡24h后，每隔1h用溶液电阻率计测 量浸泡液的电阻率。当相邻两次浸泡液电阻率变化率小于10%时，换蒸馏水继续浸泡。重复测量几 次，直到浸泡液电阻率大于100Q2·m时，认为岩样已洗净。 对泥岩含量较高的岩样，用甲醇浸泡的方法洗盐，以免岩样破损。 3.3.6岩样烘干 将洗净的岩样，用恒温干燥箱烘干。一般岩样温度控制在100℃，粘土、生石膏含量较高的岩样 温度控制在65℃～85℃，连续烘8h～24h。烘干8h后，每1h用高精度电子天平称重一次，当岩样质 量稳定不变时，认为岩样烘干。 将烘干的岩样放人盛有干燥剂的干燥血中，当温度降到与室温相同时，用高精度电子天平称取干 岩样的质量。 3.4溶液配制 2 SY/T6528—2002 3.4.1氯化钠水型溶液配制 3.4.1.1根据所需矿化度溶液的质量，确定氯化钠的质量及蒸馏水的质量。 3.4.1.2用恒温干燥箱烘干氯化钠，温度为105℃土2℃，恒温2h。 水，使盐充分溶解后，把蒸馏水加至刻度线处使溶液叫面的最低处与容量瓶刻度线重合。 3.4.2碳酸氢钠水型溶液配制 3.4.2.1根据所需矿化度溶液的质量，按碳酸氢钠：氯化钠：氯化钾：碳酸钠为12:5:4:4的比例确定 四种盐的质量及蒸馏留水的质量。 3.4.2.2用恒温干燥箱烘干碳酸氢钠、氯化钠、氯化钾、碳酸钠四种盐，温度为105℃±2℃，恒温 2h。 3.4.2.3用高精度电子天平按比例称取所需四种盐的质量，倒入用蒸馏水洗净的容量瓶中，加人少 量蒸馏水，使盐充分溶解后，把蒸馏水加至刻度线处使溶液凹面的最低处与容量瓶刻度线重合。 3.4.3其它水型溶液配制 3.4.3.1根据所需矿化度溶液的质量，确定所需盐的质量及蒸馏水的质量。 3.4.3.2用恒温干燥箱烘干所需盐，温度为105℃±2℃，恒温2h。 3.4.3.3用高精度电子天平称取所需盐的质量，倒人用蒸馏水洗净的容量瓶中，加入少量蒸馏水， 使盐充分溶解后，把蒸馏水加至刻度线处使溶液凹面的最低处与容量瓶刻度线重合。 3.4.4检查溶液矿化度 3.4.4.1用溶液电阻率计测量溶液电阻率。 3.4.4.2用温度计测量溶液温度。 3.4.4.3根据溶液电阻率与温度及矿化度关系标准图版，所测得的溶液电阻率值与标准图版中给出 的对应电阻率值误差应在±0.5%之内。 3.5测量 3.5.1仪器调试 3.5.1.1打开低频阻抗分析仪电源，预热30min，根据仪器操作步骤，设置起始、终止频率，并根 据提示依次进行开路、短路和502校正，确保仪器测量精度。 3.5.1.2测量岩样时，将岩样放在介电测试器的两极板中间，介电测试器应水平放置，螺旋测微钮 用以调整两极板间隔。 在测量中，应使两平行板平行。通过粗调和细调，使极板间隔为0.01mm。在不加岩样时，测得 的电容为700pF～1000pF，则认为调试符合要求。采用调试完后测有机玻璃标准块电容值的方法来确 定是否符合要求，测量的电容值见表1。 表1有机玻璃标准块的电容值 频率 电容 直 径 Hz pF mm 1000.00 11.27 45.40 30 374.70 10.26 29.70 305 333.39 9.86 25.30 3 143 955.78 9.55 19.82 15 000 000.00 9.55 23.85 3.5.2岩样测量 3 SY/T6528—2002 3.5.2.1岩样饱和 采用抽真空浸泡饱和法。将岩样及饱和溶液放入真空瓶中，对其进行抽真空饱和： 真空装置各部件连接应严密，真空度应达到-0.1MPa； 应连续抽空8h以上； -真空饱和后的岩样在其溶液中应静置10h以上。 3.5.2.2岩样含水饱和度确定 按式（1）用称重法计算岩样含水饱和度值。 Sw= (1) Vad 式中： Sw岩样的含水饱和度； 岩样的湿重（饱和后质量），g； m; 岩样的干重（饱和前质量），g； mo- V- 岩样的体积，cm²； —岩样的孔隙度； d——水的密度，g/cm。 3.5.2.3岩样电容值测量 从干样起，将不同饱和度岩样依次放人两平行板电极之间，系统自动进行扫频测量相应的电容 值，计算机控制整个测量过程，自动计算，将结果打印输出。 3.6岩样介电常数求取 在岩样的直径、厚度满足3.3时，平行板间电场分布为轴对称且径向近似均匀，其特性与静电场 相似，用静电场公式求解，以求得相对介电常数ε，和耗散因子D： taC, (2) ×(d)2.60* E'=EREO (3) e"=e'Xtang=e'·D (4) 式中： 相对介电常数； Er t。岩样厚度，cm; Cp——等效平行板电容，pF； 一有效面积常数； d——被保护电极直径，cm; -8.85×10-12,F/m; Eo e—介电常数实部； e"——介电常数虚部； D——耗散因子。 4射频段岩样介电常数测量方法 4.1 测量原理 岩样夹持器（见图3）是两个平行的、由黄铜制成的圆形金属板构成的平行板电容器，被测岩样 放置在两金属板之间，两金属板为上下电极。为防止内部电磁场辐射和外部电磁场干扰，平行板电容 器放在铜制的屏蔽室内。屏蔽室可视为径向扩大的同轴线，终端接平行板电容器，同轴线的内外导体 4