15. Изменение физических свойств. Естественная электрохимическая активность

Потенциалы естественной поляризации горных пород создаются за счет диффузии солей и адсорбции их поверхностью частиц, фильтрации вод и окислительно-восстановительных реакций в породе.

Свойство горных пород поляризоваться под воздействием тех или иных физико-химических факторов называется естественной электрохимической активностью горных пород. В зависимости от физико-химической природы процесса, в результате которого возникает поляризация, электрохимическая активность подразделяется на следующие виды:

1. диффузионно-адсорбционную, определяющую свойство горных пород изменять величину и знак потенциалов диффузии, возникающих при соприкосновении породы со средой (раствором или породой) иного физико-химического состава;

2. окислительно-восстановительную, характеризующую способность горных пород поляризоваться в случае, когда окислительно-восстановительный потенциал отличается от окислительно-восстанови-тельного потенциала окружающей среды;

3. фильтрационную, обусловливающую возникновение электрического поля в породе при течении вод сквозь ее поровое пространство.

Диффузионно-адсорбционная активность А_ДА горной породы существенно зависит от глинистости и химико-минерального состава породы ее и от температуры окружающей среды.

Физико-химические процессы, возникающие на поверхности раздела пласт ‑ скважина, скважина ‑ вмещающие породы, вмещающие породы – пласт в случае обводнения пласта водами, отличающимися по минерализации от пластовых, приводят к изменению потенциала собственной поляризации (ПС) горной породы, а следовательно, к аномальному поведению кривой потенциалов ПС по сравнению с необводнившимися пластами. Составляющие разности потенциалов ПС, приводящие к аномальному поведению кривой потенциалов собственной поляризации, могут быть четко показаны через электрохимические активности горных пород и соотношения концентраций насыщяющих их вод и фильтрата промывочной жидкости.

Рассмотрим формирование поля потенциалов собственной поляризации на контакте обводненного песчаного и глинистого пластов в зависимости от величины удельного сопротивления _см, представляющего сопротивление смеси первоначальной пластовой воды с нагнетаемой (пласты пересечены скважиной с удельным сопротивлением фильтрата промывочной жидкости _ф).

Вмещающие (глинистые) породы насыщены пластовыми водами удельного сопротивления _в. Оба пласта характеризуются диффузионно-адсорбционными активностями ‑ соответственно А_ДАП и А_{ДА ВМ}.

В этом случае составляющая разности потенциалов ПС, образующаяся на контакте вмещающие породы – скважина, остается по величине и направлению такой же, как и в случае отсутствия обводнения пласта. Составляющая же разности потенциалов ПС на контакте пласт-скважина существенно изменяется по сравнению с первоначальной (до обводнения) по величине и направлению в зависимости от удельного сопротивления смеси пластовой воды с нагнетаемой и принимает активное участие в изменении конфигурации кривой ПС против обводненных пластов. Кроме того, возникает новая составляющая разности потенциалов ПС на поверхности раздела пласт – вмещающие породы, что наиболее часто встречается при разработке залежи. Эта составляющая априорно принимается равной нулю при отсутствии обводнения пласта. Направление и величина этой составляющей зависят от соотношений диффузионно-адсорбционных активностей пласта и вмещающих пород, а также от сопротивлений насыщающих их вод. Эта составляющая разности потенциалов ПС вносит существенный вклад в формирование ЭДС естественного электрического поля и играет заметную роль в изменении поведения кривой ПС при обводнении пласта.

При решении поставленной задачи используется связь между измеряемыми разностями потенциалов собственной поляризации и электрохимической активностью горных пород для случая, когда изменение потенциалов ПС создано различной диффузионно-адсорбционной активностью изучаемого пласта и вмещающих литологически однородных пород.

При полном обводнении по всей мощности нагнетаемой водой одиночного однородного пласта:

1. В случае чистых коллекторов (А_ДАП = 0) отрицательная аномалия амплитуды Δ U_{пс об} с увеличением _см уменьшается, при _см = _ф становится равной нулю и при дальнейшем увеличении _см амплитуда Δ U_{пс об} возрастает, обращаясь в положительную аномалию по сравнению с условной нулевой линией против вмещающих глин.

2. При А_ДАП < 0,5 А_{ДАП гл} амплитуда Δ U_{пс об} меняет свой знак при все больших значениях р_см по мере возрастания А_ДАП.

3. Если А_ДАП = А_{ДАП гл} величина Δ U_{пс об} не зависит от степени обводнения пласта солеными или пресными водами и поэтому на диаграммах не фиксируется.

4. Если А_ДАП > 0,5 А_{ДАП гл}, обводняющихся минерализованными водами, отрицательная амплитуда Δ U_{пс об} уменьшается и может достигать положительного значения по мере уменьшения сопротивления _см. При обводнении пластов пресными водами отрицательная амплитуда Δ U_{пс об}, наоборот, возрастает с увеличением _см. Пласты, характеризующиеся значениями А_ДАП > 0,5 А_{ДАП гл}, относятся к породам с низкими коллекторскими свойствами и к неколлекторам, обводнение которых нагнетаемыми водами практически мало вероятно.

В случае обводнения однородного пласта в средней его части аномалии потенциалов ПС не наблюдается. При заводнении средней части однородного пласта форма кривой ПС остается неизменной независимо от минерализации насыщающей пласт воды. Если пласт оказался однородным в области пересечения его скважиной, то обводнение его средней части может быть вызвано только его неоднородностью вблизи стенки скважины.

При полном обводнении неоднородного пласта величина каждого последующего пропластка с постоянным значениям А_ДАП определяется относительно предыдущего. В силу физико-химических процессов над пластом-коллектором, обводненным нагнетаемыми водами, отличающимися минерализацией и химическим составом от пластовых, существует аномальное поведение кривой потенциалов собственной поляризации по сравнению с кривой ПС против необводнившихся пластов. В случае постоянства диффузионно-адсорбционных активностей вмещающих пород, минерализации пластовых вод и сопротивления промывочной жидкости при обводнении кровельной или подошвенной частей пласта на кривой ПС происходит смещение условных нулевых линий ПС против вышележащих глин относительно нижележащих. При обводнении же пласта по всей мощности наблюдается уменьшение или увеличение амплитуды ПС, степень изменения которой зависит от величин А_{ДА ВМ}, А_ДАП, _см и _в. В зависимости от соотношения этих же величин при обводнении неоднородного пласта-коллектора нагнетаемыми водами, отличающимися по минерализации от пластовых, какие-либо изменения в поведении кривой ПС могут и не фиксироваться.

Контрольные вопросы

1. От чего зависит электрохимическая активность горных пород?

2. Как меняется электрохимическая активность пласта при различном его обводнении?