7. Метод потенциалов собственной поляризации. Его назначение, задачи, решаемые с помощью этого метода. Интерпретация диаграмм метода сп.

34.Диффузионные и диффузионно-адсорбционные потенциалы в скважинах нефтяных и газовых месторождений.

Собственные потенциалы или потенциалы самопроизвольной поляризации (СП), регистрируемые при ис­следовании нефтяных и газовых скважин, обусловлены естест­венными электрическими полями, возникающими в результате электрохимических процессов, протекающих на границах между скважиной и породами, а также на границах между пластами различной литологии в разрезе скважины. Среди электрохими­ческих процессов, формирующих потенциалы СП в скважине, основную роль играют диффузия солей и течение жидкости, в результате которых возникают соответственно потенциалы диффузионного или фильтрационного происхождения. Главная роль принадлежит диффузионным потенциалам.

ЭДС диффузионного происхождения.

На границе водных растворов соли различной концентрации возникает диффузион­ная ЭДС, определяемая формулой Нернста:

где Ед— диффузионный потенциал, мВ; R = 8,314 Дж/ моль - универсальная газовав постоянная; F = 96500 Кл/моль —число Фарадея; Т — абсолютная температура (К); n_к n_а — число катионов и анионов, на которое диссоциирует молекула электро­лита (соли);z_к , z_а — валентности; и, v — подвижности катиона и аниона; с₁ , с₂ — концентрации растворов «1» и «2».

В общем случае

где ;

Соответственно числа переноса катионов и анионов, определяющие доли электричества, переносимые катионами и анионами при диффузии.

Для одновалентной соли

Наиболее распространены в растворе соли NaCl (Кд= -11,6), NaHCO₃ (Кд= -2,2), CaCl₂ (Кд= -19,7), MgCl₂ (Кд= -22,5), Na₂SO₄ (Кд= +2), KCl (Кд= +0,4)

Диффузионно-адсорбционная ЭДС

Еда возникает также между растворами соли или солей различной концентрации, по не при непосредственном их контакте, как в случае диффузион­ной ЭДС а при разделении их пористой перегородкой из диэлектрика, например, образцом горной породы.

Еда = КдаlgC₁/C₂

где Кда — коэффициент диффузионно-адсорбционной ЭДС

Для породы с крупными пора­ми — глинистый песчаник или известняк — значения Nк и Nа не отличаются от таковых для случая непосредственного контакта тех же растворов, поэтому для такой породы Ада= Кд и Еда=Ед.

При разделении растворов породой с ультратонкими порами («идеальная мембрана») — плотной, высокодисперсной глиной — радиус пор r породы соиз­мерим с толщиной  ДЭС на поверх­ности твердой фазы, а его внешняя обкладка, образованная обычно катионами, целиком заполняет объем пор. В этом случае Nк=1, Na = 0 и величина Еда достигает предель­ного значения

Кдапред = 2,3RT/zF

Для растворов одновалентных солей Кдапред = +58 мВ, двух­валентных—29 мВ.

Соответственно для растворов NaCl получаем 2 предельных случая:

Ед= - 11,6lg(C₁/C₂) и Едапред=+58lg(C₁/C₂).

Выражения lgC₁/C₂ можно заменить на lg₂/₁ тогда пределы изменения ЭДС примут вид

применимо к сважине ₂=_ф, а ₁=_в

Перенос ионов в широком и узком капилляре. 1 – адсорбированные ионы 2 – подвижные ионы диффузного слоя 3 – свободный раствор 4,5 – перегородки с крупными и ультратонкими порами 6 – направление диффузии

Фильтрационная ЭДС

Возникает при фильтрации жидкости через капилляр.

Уравнение Гельмгольца

где  - диэлектрическая проницаемость  - дзета-потенциал течения  - сопротивление воды  - вязкость  - число ПИ p - градиент давления. Дзета-потенциал определяется как разность потенциалов между подвижной и неподвижной частями ДЭС.

Емкость катионного обмена

Содержание в породе высокодисперсного материала часто характеризуется параметрами глинистости (Сгл, Кгл), но наиболее четко оно выражается параметром приведенной емкости обмена

, где Q₁₀₀ – адсорбционная способность 100 гр твердой фазы минерального скелета , ск – плотность минерального скелета, q_п – число мг-экв катионов ДЭС на поверхности твердой фазы в 1 см³ объема пор.

Кгл=Сгл(1 – Кп), гл=Кгл/(Кгл+Кп), поэтому для глин

Шифр кривых – емкость катионного обмена. Вехняя линия – чистые глины, нижняя – чистые песчаники.

Диффузионно-адсорбционная активность

- способность породы вызывать отличие Еда от Ед.

Ада=Кда – Кд

Статическая аномалия СП

это значение скачка потенциала, фиксируемое электродом М при пересечении им границы пласта во время движения его в скважине.

Es=Eда гл + Еда п , где Еда гл – ЭДС действующая на границе глина – скважина, Еда п – на границе песчаник – скважина.

Es= (Кда гл – Кда п) lgСв/Сф= (Кда гл – Кда п)lgф/в= Кспlgф/в, где Ксп – коэффициент статической аномалии СП.

Так для пласта, представленного чистым неглинистым песчаником с вмещающей породой – глиной,

Es = 70 lgф/в

C учетом пластовой температуры

Est = 70((t+273)/293)lgф/в

Т.о. статическая аномалия – аномалия ЭДС регистрируемая при движении электрода в скважине на границе 2-х пород с различной qп – емкостью катионного обмена в случае отсутствия влияния на нее вмещающих пород и пласта коллектора

Регистрируемое значение в скважине

Электрод N на поверхности заземлен, и имеет постоянное значение U_N, электрод в скважине M является точкой записи. Регистрируется разность потенциалов между M и N.

i(Rc+Rгл+Rп)=Ер-гл+Ер-пор+Егл-п, где р-гл – раствор-глина, р-пор – раствор-порода, гл-п – глина-порода.

Регистрируемое значение U=iRc=Es – i(Rгл + Rп).

Т.о. видно, что регистрируемое значение практически во всех случаях меньше статического (за исключением случая когда i(Rгл + Rп) << iRc), что видно на рисунке.

Статической аномалии также можно дать такое определение – это скачок разности потенциалов U против подошвы / кровли пласта при отсутствии тока в представленной цепи.

Интерпретация метода

1. Отбивка границ

Для мощных пластов – по середине аномалии (в этом случае среднее значение показаний дает U=Es)

Для тонких – или по точкам перегиба или по специальным палеткам (в этом случае Es>U)

2. Проведение линии глин.

Линия глин используется в качестве нулевой линии в методе, представляет собой линию, соединяющую максимальные показания СП в разрезе (чаще всего глины, однако иногда встречаются случаи, где _в>_ф , в этом случае максимальные пок-я будут за этими пластами)

3. Снятие показаний U

Показание U – разница между пок-ем на линии глин и действительным значением.

4. Вычисление Es

Производится путем введения поправки _сп по палетке.

Шифр палетки - _вм/_р, D/d_c, _зп/_р. Шифр кривых на палетке - _п/_р.

В этом случае Е=Uсп/_сп

При обработке кривых СП исправленное значение, которое будет отсчитываться тоже от линии глин будет равно

Е=(Uсп - Евм/_сп)+ Евм, Евм – просчитанная аномалия предыдущего пласта

5. Расчет сп

сп – относительная амплитуда СП, применяется ввиду того, что часто неправильно установлен масштаб регистрации. Применение отн. Амплитуды позволяет устранить погрешности mul масштаба записи.

сп=Е/Еопт, где Еопт – оптимальное значение по разрезу(опорный пласт). Часто Еопт=Еmax – соответствует пластам чистой глины.

Применение метода

6. Вычисление относительной глинистости _гл

Шифр кривых – различные районы , различные месторождения

Зная сп, выбираем наиболее кривую с наиболее близким районом и берем относительную глинистость.

7. Вычисление пористости

Существует зависимость между сп и Кп .

Н а рисунке Кпгр – граничное значение пористости между коллектором и неколлектором. Справа от Кпгр расположены коллектора

8. Оценка сопротивления пластовой воды или оценка ее минерализации

Ведется по формуле Est = 70((t+273)/293)lgф/в, берутся 2 пласта – пласт чистой глины и пласт чистого песчаника, считается Est - статическая аномалия СП, решается уравнение либо относительно в, либо если записано в минерализациях, относительно минерализации Св