§ 6. Применение методов потенциалов собственной поляризации горных пород в нефтяных и газовых скважинах

Величина потенциалов собственной поляризации горных по­род может быть зарегистрирована в скважине несколькими ме­тодами: обычным методом потенциалов СП, методом градиента СП, методом селектированных зондов СП, методом квазнстати- ческих потенциалов СП и методом специальных зондов СП.

Обычный метод потенциалов СП

Простейший и наиболее распространенный метод замера ве­личины Ucn в скважине заключается в следующем.

Имеются два измерительных электрода — М и N. Электрод М помещается в скважину и перемещается вдоль ее оси, элект­род N располагается неподвижно на поверхности вблизи устья скважины. Электроды М и N в совокупности представляют со­бой простейший одноэлектродный зонд. Между электродами

.—

1'ie 7 ' m'mij ii.iMopciiMM потенциалов СП (а), градиента потенциала СП (б),

• (•и'нгнрпиннных нотенцнплоп СП (в) и кпазнстатнческнх потенциалов СП (г). Ml |к<| иорнпующиП прибор; KI1 — компенсатор поляризации; Б — батарея; П — по- I генератор переменного Т0К8.

Л1 и N включается измерительный прибор, например гальвано- могр (рис. 7, я). Регистрируется разность потенциалов А£/_сп, in мни кающая между электродами М и N: А£/_сп = £/_спм— ^сп лг» ¹ UСП м ч ^сп N—потенциалы естественного электрического ниш и ючкпх М н N. Поскольку потенциал Vqu ы практически не илмекистся во времени, когда электрод N помещен в ста- Ои-м.иую но физико-химическим свойствам среду, например и меринк с глинистым раствором, то разность потенциалов будет отличаться от значения U_cnM на постоянную вели- чипу, то. А[/_сп = U_{cn м} — C/_COtlst.

Гочкой записи кривой СП является электрод М. Разность моичщиалов записывается в милливольтах. Электрод М пере­мещается снизу вверх по стволу скважины. Кривая потенциа- лои СП записывается обычно так, чтобы увеличению Dcu со- «нигтетвовало ее отклонение вправо, что обеспечивается поляр­ностью подключения электродов М и N к измерительному прибору (см. рис. 5).

При погружении измерительных электродов М и N в вод­им (I раствор между ними возникает электродная разность по- м нциалов AU₃=U_9M—U_9N, которая не несет информации о породах разреза скважины. При мало изменяющихся физико­химических и температурных условиях среды, окружающей электроды М и N, при использовании неполяризующнхея элек­тродов¹ ДU₀ в процессе измерения потенциалов СП остается практически постоянной.

' Нсполярнзующнмнся являются такие электроды, металл которых на­копится и насыщенном растворе, содержащем избыток соли металла. В этом слупи* между металлом н раствором его соли наблюдается незначительная н устойчивая разность потенциалов.

Другой метод регистрации потенциа­лов собственной поляризации горных по­род состоит в измерении градиента по­тенциала СП, т. е. в фиксировании раз­ности потенциалов между двумя элект­родами— М и N, опущенными в скважину и расположенными на небольшом расстоянии один от другого (около 1 м) (см. рис. 7,6). В этом случае измеряется напряженность (э. д. с.) естественного поля £_Сп ——dU_cn/dL = —grad £/_сп, где L = MN.

Запись кривой градиента СП производится при детальном изучении разрезов скважин, а также в случае сильных блуж­дающих промышленных или теллурических токов, которые не позволяют зарегистрировать эту кривую обычным способом.

_ ³ г-@-^Ит=ь—

Рис. 8. Принципиаль­ная схема компенса­тора поляризации.

Э — токовый элемент: мЛ — миллиамперметр: /?/ — пе­ременное сопротивление для регулировки силы то­ка: П — переключатель полярности подаваемой на сопротивление: /¡2 — разно­сти потенциалов: ЛК — линия кабеля.

Перед началом измерения Дча­стично компенсируется разностью потен­циалов, противоположной по знаку электродной разности потенциалов. Уст­ройство для компенсации электродных потенциалов и смещения кривой и_Сп в процессе ее ¡регистрации носит назва­ние компенсатора поляризации (рис. 8). Компенсатор поляризации представляет собой элемент, замкнутый на сопротивление, с которого снимается разность потенциалов, противоположная по знаку электродной. Значение раз­ности потенциалов, подаваемой в изме­рительную цепь, и ее полярность изме­няются переменным резистором /?/ или декадными сопротивлениями /?2 и пере­ключателем Я.

Метод градиента потенциала СП

Метод селектированных зондов СП

В методе селектированных зондов СП искусственно созда­ются условия, уменьшающие влияние ограниченной мощности пласта и сопротивления вмещающих пород на величину £/_сп. Этот метод позволяет выделить в разрезах скважин проницае­мые и глинистые пласты, залегающие среди пород высокого сопротивления (карбонатов).

Зонд для измерения селективной СП состоит из основного измерительного электрода М, двух дополнительных электродов сравнения М, и М₂ и двух питающих электродов Л\ и А₂ (см. рис. 7, в).

При дальнейшей обработке данных обычного метода СП и метдн градиента потенциала СГ1 в Д£/_Сп, полученных против нластоп ограниченной мощности высокого удельного сопротив­лении, с помощью палеток вносят соответствующие поправки

• ' и 'I н я и иг мощности и удельного сопротивления пласта, удель-

1 «»проIпиления вмещающих пород и зоны проникновения,

днлмггров скважины и зоны проникновения. Исправленные шнче.иия ли_си называют к ваз истати чес к и м и.

Существует способ непосредственной регистрации квазнста- шчгеммо потенциала с помощью специального зонда и сква- линшом аппаратуры с автоматическим регулированием элект­рического поля (см. рис. 7, г). Условием экранировки при по­лучении квазистатнческой кривой СП является равенство нулю на нюс ш потенциалов между электродами М_х и N1 или М₂ и N2. Раиенство потенциалов электродов М, и N_ь М₂ и N2 означает пм угствие тока на участке скважины между электродами М\ (АЬ) и N¡(N2).

Меюд специальных зондов СП

и тех случаях, когда по тем или иным причинам невоз­можно записать кривую СП обычным способом из-за наличия осуждающих и теллурических токов, применяют специальные «»иды (стабильный зонд, трехэлектродный зонд Дахнова — Дьяконова, экранный зонд) и способ с контрольным замером потенциала СП (рис. 9), описание которых приведено в ра­боте [4].

Масштабы записи кривых потенциалов СП

Масштаб кривой потенциалов СП выражается числом мил­ливольт на 1 см и должен быть выбран таким, чтобы ампли­туды отклонений кривых находились в пределах 2—7 см. Если

Рис. 9. Схемы измерения потенциалов СП стабильными зондами (а, б), трех- ..юктроднымн зондами Дахнова—Дьяконова (а, г), экранным зондом (д) н способом с контрольным замером потенциала £/_Сп на постоянной базе М'М'

(с)

максимальные отклонения амплитуд СП не превышают 2 см, следует регистрировать кривую СП в более крупном масштабе. Чаше всего применяют масштабы 5, 10, 12,5 мВ/см, выбирая их одинаковыми для всего разреза и месторождения или груп­пы месторождений. Вертикальный масштаб глубин 1 :200 и

1. :500, в случае частого чередования пластов и при детальных исследованиях продуктивных толщ— 1 : 50.

Скорость записи кривых СП может достигать 3000— 4000 м/ч.

Кривые потенциалов СП

Как известно, кривые СП не имеют нулевой линии. На диа­граммах кривых СП могут быть нанесены условные «нулевые» линии—линия глин и линия песчаников. «Нулевая» линия глин проводится по максимальным значениям U_cn против мощ­ных однородных глинистых толщ. Эта условная линия зани­мает обычно крайнее правое положение. Линия песчаников устанавливается по максимальным отрицательным амплитудам кривой СП и занимает, как правило, крайнее левое положение. От уровня линии глин отсчитывается величина AU_Cn-

Если породы, подстилающие и покрывающие одиночный од­нородный пласт, характеризуются близкими значениями есте­ственной электрохимической активности, то аномалия кривой Ucn ^в таком пласте симметрична относительно его середины. При мощности пласта, превышающей три размера диаметра скважины (h>3d_c), границы пластов составляют половину максимального отклонения амплитуды Д£/_спот линии глин, при h<3d_c — больше половины максимального отклонения AU_Cn ^и> тем ближе смещаются границы пласта к максимуму кривой, чем меньше h (рис. 10). Влияние мощности пласта на величину Д(/_Сп сказывается практически при h<4d_c.

Кривые градиента потенциала СП отмечают границы плас­тов экстремальными значениями grad AL/_cn/grad E_s: подошва фиксируется минимумом, кровля — максимумом (рис. 11).

Отклонение кривой U_cn от линии глин против пластов

с

Рис. 10. Теоретические кривые потенци­ала СП в пластах различной мощно­сти.

меньшей диффузионно­адсорбционной актив­ностью, чем у глинистых пород, в сторону уменьше­ния потенциала U_cп (увели­чивается отрицательная ам­плитуда потенциалов СП) происходит в случае рф>р_в и в сторону увеличения Uсп — При рф<Срв*

К

Рвм^пл-Рр: ^£о.1^=£о.з ^ш,,Фр кривых

ак указывалось выше, величина потенциала соб­ственной поляризации оп­ределяется диффузионно-

Рис. 11. Кривая градиента потенциала СП

Р ис. 12. Кривые потенциала СП при различных соотноше­ниях удельных электрических сопротивлений фильтрата промывочной жидкости Рф и пластовой воды р_в.

1. — Рф>Р„; //—рф<Р_в- / — глина;

2—глина песчаная: 3 — песок;

4. — песок глинистый; 5 — песча­ник; 6 — мергель; 7 — известняк; 8 — известняк глинистый.

адсорбционной активностью горных пород, которая зависит прежде всего от степени дисперсности последних, т. е. от их глинистости. Чем ниже глинистость песчаного пласта, тем меньше Л_да и больше амплитуда Д£/_Сп относительно линии глин. Таким образом, амплитуда аномалии кривой СП есть мера глинистости или песчанистости породы.

Когда минерализация пластовых вод превышает минерали­зацию фильтрата промывочной жидкости (рф>р_в) и пластовое давление ниже гидростатического (рпл<рг), породы с низкой диффузионно адсорбционной активностью (чистые и слабогли­нистые песчаники и алевролиты, карбонатные и гидрохимиче­ские осадки) отмечаются на кривых СП глубокими отрица­тельными аномалиями Д£/сп> породы с высокой активностью (глины и сильно глинистые породы)—положительными ано­малиями Д£/_сп (рис. 12, 1).

Если минерализация пластовых вод меньше минерализации фильтрата промывочной жидкости (рф<р_в) и пластовое давле­ние на уровне пласта превышает гидростатическое (/?_Пл>Рг). то в соответствии с формулой (29) знак аномалии Д£/сп^в Р^ас* смотренных породах изменится на обратный (рис. 12, //).

Если рф>р_в и pn.i>Рг или рф<р_в и рпп<рг. то против пес- чаных и карбонатных проницаемых пород могут быть зафик-

2. З

   33

   аказ М 1056

3. сированы как отрицательные, так и положительные аномалии Д0_сп в зависимости от соотношения величин диффузионно-ад­сорбционных и фильтрационных потенциалов.

Искажение кривых потенциалов СП

Кривые потенциалов собственной поляризации пород иногда могут быть искажены постоянными электрическими полями, не несущими информации об изучаемом геологическом разрезе. Эти сигналы-помехи затрудняют, а норой исключают не только количественную, но н качественную интерпретацию диаграмм потенциалов СП. К наиболее часто встречающимся помехам относятся поляризация электродов, потенциалы движения (трнбоиоляризация), блуждающие и теллурические токи, галь­ванокоррозия, потенциалы оседания (седиментация), намагни­ченность лебедки, влияние металлов и др. Меры борьбы с ука­занными видами помех рассмотрены в работе [5].

Области применения методов потенциалов СП и решаемые ими геологические задачи

Обычный метод потенциалов СП является одним из основ­ных методом электрометрии для исследования разрезов нефтя­ных и газовых скважин. Он позволяет решать обширный круг геологических задач, связанных с изучением литологии раз­реза, установлением границ пластов, проведением корреляции разрезов, выделением в разрезах пород-коллекторов, определе­нием минерализации пластовых вод и фильтрата промывочной жидкости, выявлением в пластах мест прорыва пресных на­гнетаемых вод, определением коэффициентов глинистости, по­ристости, проницаемости и нефтегазонасыщения пород. Обыч­ный метод потенциалов СП входит в обязательный комплекс исследований гидрогеологических и инженерно-гидрогеологиче­ских скважин.

Метод градиента потенциала СП наибольшее распростра­нение получил при изучении разрезов скважин рудных и уголь­ных месторождений наряду с методами электродных потенциа­лов и гальванических пар.