39. Физические основы метода потенциалов собственной поляризации.

Основан на изучении естественного стационарного эл. поля в скв., образование которого связано с физ-хим процессами, протекающими на поверхностях раздела скв-порода и между пластами разной литологии.

При бурении скважины нарушается естественное залегание горных пород вследствие разрушения их буровым инструментом и воздействия промывочной жидкости, в качестве которой используют воду, глинистые и известково-глинистые растворы. При проведении ГИС скважина должна быть заполнена промывочной жидкостью, через которую обеспечивается контакт электроустановок электрического каротажа с горной породой. Промывочная жидкость оказывает существенное влияние на результаты ГИС. Обычно при бурении скважины гидростатическое давление промывочной жидкости превышает пластовое давление, вследствие чего происходит проникновение фильтрата бурового раствора в проницаемые горные породы. Одним из методов ГИС, позволяющим выделять проницаемые интервалы в разрезе скважины, является метод каротажа самопроизвольной (спонтанной) поляризации скважины (ПС).

Величина ПС может зависеть от нескольких взаимосвязанных физико-химических реакций:

1. Диффузионно-адсорбционные потенциалы – возникающие при пересечении скважиной песчанистых пластов коллекторов. В естественных условиях минерализация пластовых вод выше, чем минерализация промывочной жидкости. В буровом растворе молекулы NaCl диссоциируют на катион Na и анион Cl ,каждый из которых диффундирует с определенной скоростью, причем подвижность Cl в 1,5 раза выше подвижности иона Na+. Следовательно, на границе скважина-пласт-коллектор происходит перераспределение зарядов. Промывочная жидкость за счет ионов Cl- заряжается отрицательно, а пласт за счет Na+положительно. Таким образом, на контакте песчаного пласта со скважиной образуется двойной электрический слой, потенциал которого называется диффузионным.

2. Потенциалы фильтрации возникают при движении в порах горной породы, при этом происходит адсорбция анионов солей пластовых вод, а внутри капилляра образуется избыток катионов. При движении жидкости на входе капилляра возникает избыток положительных зарядов, а на выходе - избыток отрицательных. Образуется как бы гальванический элемент, посылающий ток на встречу движения жидкости.

3. Окислительно-восстановительные потенциалы.

Эти потенциалы возникают при химических реакциях между электропроводящими телами (сульфиды, графит, антрацит и др.), промывочной жидкостью скважины и пластовыми водами. Разность потенциалов между окисляющей средой и окислителем называется окислительно-восстановительным потенциалом.

Потенциалы Сп создаются в результате следующих физико-химических процессов

1. Диффузия ионов из пластовых вод в скв. и из скв. в пласт, а так же адсорбция ионов (солей) на поверхности минеральных частиц г.п. (Е д и Еда)

2. Фильтрация вод из сква в пласта и наоборот (Еф)

3. Окисл-восст процессы, происходящие в породах и на контакте их с промывочной жидкостью и с металлами.( Е ов)

Способность г.п. поляризоваться под действием вышеперечисленных процессов называется ест. электрохимической активность г.п.

ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ПС

1. Выделение в разрезе скважины проницаемых интервалов.

1. Литологическое расчленение разреза.

2. Определение границ пластов.

3. Определение фильтрационно-емкостных свойств пластов-коллекторов

40. Наблюденная, статическая и относительная амплитуды СП. Влияние геометрии и удельного электрического сопротивления на наблюдаемую амплитуду СП.

Потенциалы собственной поляризации

На границах скважина-глина,скважина- песчаник и глина-песчаник возникают двойные эл слои, обусловленные диффузией солей, растворенных в пластовых водах и буровом растворе. Системы двойных слоев вблизи кровли и подошвы пласта создают замкнутые эл контуры, по которым течет эл ток i_сп. Элементы контура: R_п (эквивалентные сопротивления пласта),

R_гл(глин), R_с. Т.о. суммарная ЭДС = E_{р гл}+Е_{р п}+Е_{п гл}=i_сп*( R_п+R_гл+R_с), E_{р гл}+Е_{р п}+Е_{п гл}=Е_сп

Алгебраическая сумма ЭДС в левой части уравнения составляет статическую амплитуду аномалии U_сп.

Статическая амплитуда м.б. зарегистрирована в скв. при движении электрода М как скачок разности потенциалов ΔU_сп против подошвы или кровли пласта песчаника при отсутствии тока в цепи.а

Есп=-Ксп*lg(ρ_ф/ρ_в)

Ксп-коэффициент статической аномалии ПС

0<Ксп<70 мВ, Ксп=0 – в глинах, Ксп=70 – в чистых песчаниках

Регистрируем ΔU_сп=i_спR_c. Наблюденная амплитуда – часть статической. ΔU_сп определяется падением напряжения, создаваемом при прохождении тока i_сп на участке цепи, представленной скважиной.

ΔU_сп=i_спR_c =Есп – i_сп (Rгл- Rп)

Статическая амплитуда Е_сп убывает по абсолютной величине в след случаях:

1. При увеличении глинистости песчаника, контактирующего с глиной.

2. При уменьшении адсорбционной способности глин.

3. При уменьшении различия в концентрации солей С_р и С_в.

В скв находятся электрод М, а N- на поверхности. Измеряется Δφ. ΔU_сп=U_M-U_N+U_MN-const. На диаграммах СП нет нулевой линии. Точкой записи является М. На диаграммах масштаб задается в виде отрезка длиной 2 см, на котором указана полярность и значение. В качестве нулевой линии используют линию глин (условный ноль) или линию чистых песчаников.

Е_сп может изменять знак при отсчете от линии глин в случае меняющейся минерализации пластовых вод. («-» в формуле – отсчет от линии глин)

Если ρ_ф>ρ_в, то Е_сп<0, ρ_ф<ρ_в, то Есп>0, ρ_ф=ρ_в, то Е_сп=0

ΔU_сп=i_спR_c=E_сп-Е_сп(R_п+R_гл). ΔU_сп≤E_cп R=ρl/S

Если h_пл ∞ h_гл ∞, то S – большая, и R_п и R_гл 0. Отсюда ΔU_сп=Е_сп

Если h_пл песчаника небольшая, и его сопротивление достаточно высокое, то ΔU_сп≤E_cп

Для расчета Е_сп по ΔU_сп вводится поправка ν_сп. Е_сп=ΔU_сп/ ν_сп. ν_сп=f(ρ_п/ρ_р, ρ_зп/ρ_р, ρ_вм/ρ_р, h/d_c, Д_зп/d_c).

Особенности кривой ΔU_сп.

1. Ветви кривой представляют плавный переход от мах к мин значениям против кровли и подошвы пласта песчаника.

2. Против границ пласта наблюдается мах плотность тока U_сп в скв., создающая мах градиент потенциала U_сп

3. Наблюдаемая амплитуда ΔU_спв пластах малой толщины высокого сопротивления всегда меньше статической амплитуды Е_сп.

При количественной интерпретации ГИС чаще всего пользуются параметром α_сп относительная амплитуда СП. α_сп=Е_сппл/Е_спмах=К_{сп пл}*lg(ρ_ф/ρ_в)/К_{сп оп}*lg(ρ_ф/ρ_в). α_сп изменяется от 0 до 1(чистые породы).

В мощных пластах низкого и среднего сопротивления показания снимаются по середине аномалий. ΔU_сп  E_cп= ΔU_сп/ ν_сп  α_сп= Е_{сп пл}/Е_{сп мах}

Влияние уд эл сопротивления.

Если уд сопротивления пласта и вмещающих пород велики по сравнению с сопр промывочной жидкости, токовые линии вытягиваются по скважине,стремясь захватить больший объем пород; величина U_сп вблизи границ изменяется постепенно.В результате кривая ПС против границ пласта выполаживается.

В том случае,когда уд сопр проницаемого пласта ρ_п больше уд сопр ПЖ ρ_с и вмещ пород ρ_вм, при ρ_с= ρ_вм плотность тока ПС значительно больше во вмещающих породах, чем в проницаемом пласте высокого сопротивления.