2.1. Физическая модель горной породы

Для измерения удельного электрического сопротивления образцов пород и пластовых вод применяются установки с двух- и четырехэлектродными компенсационными измерительными схемами. Первые характеризуются высокой производительностью и относительной простотой измерения, преимущество вторых - в исключении переходных сопротивлений на токовых измерительных электродах. Четырехэлектродная компенсационная схема (рис. 1.2) является универсальной и может быть применена для измерения сопротивления полностью и частично водонасыщенных образцов. Преимуществом четырехэлектродной схемы является применение компенсационного способа измерений разности потенциалов на измерительных электродах. Двухэлектродная схема не может применяться для измерения частично водонасыщенных образцов из-за сложности учета контактных сопротивлений на границе образец - электрод.

Существует большое число двух- и четырехэлектродных установок компенсационного и некомпенсационного типа. Из четырехэлектродных установок некомпенсационного типа наиболее широкое распространение получила установка, приведенная на рис. 1.3, б).

Методика работы на четырехэлектродной установке состоит в следующем. Образец породы правильной геометрической формы помещают в кернодержатель. Включают питание. По падению напряжения на эталонном сопротивлении устанавливают ток через шунт и образец в пределах 0,1-10 мА. Затем измеряют падение наряжения на контактах МN образца. Зная ток, протекающий через образец, и падение напряжения, рассчитывают сопротивление участка MN образца.

а) б)

1 - звуковой генератор ГЗ-33; 2 - миллиамперметр; 3 - эталонное сопротивление; 4 - кернодержатель с образцом; 5 - цифровой вольтметр В7-16

1 - источник тока; 2 - преобразователь тока; 3 - магазин сопротивлений Р-33; 4 - кернодержатель с образцом; 5 - эталонное сопротивление; 6 - мост постоянного тока Р-37/1; 7 - гальванометр М-195/3

Рис. 1.2. Схема четырехэлектродной установки для измерения удельного электрического сопротивления некомпенсационным (а) и компенсационным (б) способом

Удельное электрическое сопротивление рассчитывают по формуле

=Rs / L,

где  - удельное электрическое сопротивление; s - площадь поперечного сечения образца; L - длина участка MN.

Для эффективного использования измерительных установок необходимо подбирать оптимальные условия измерений, частоту и питающий ток, способы надежного контакта электрода с образцом, материал электродов и т.д. Частота и плотность тока, протекающего через образец, определяются условиями, необходимыми для снижения до минимумов эффектов поляризации, электрического разложения электродов и породы, разогрева образца, электролиза на электродах.

Конструкция кернодержателя при измерении УЭС законсервированных образцов или образцов, отобранных при бурении на безводной основе, должна позволять перфорировать поверхностный слой породы на глубину 1-2 мм. Это требование обусловлено тем, что поверхностный слой образца оказывается пропитанным непроводящей промывочной жидкостью. В конструкциях кернодержателей для этих целей применяют, как правило, игольчатые электроды, позволяющие получить более надежный контакт с проводящей средой.

Подготовка образцов для измерений начинается с отбора представительной коллекции, которая должна включать наиболее типичные образцы изучаемого коллектора, а также вмещающих пород-неколлекторов (покрышек), охватывать весь диапазон пористости пород исследуемого геологического региона. Из образцов, отобранных для исследований, изготавливают цилиндры или кубы (для изучения анизотропии) с тщательно зафксированной длиной и площадью поперечного сечения. В процессе обработки образцов не должно возникать растрескивания, образования раковин и выбоин.

Перед измерением УЭС образцы экстрагируют от остаточной нефти, отмывают от солей и высушивают при 105⁰С до постоянной массы. Затем насыщают образец под вакуумом раствором заданной минерализации. До момента измерения образцы должны храниться в насыщенном растворе в плотно закрытой емкости для исключения процессов испарения и связанного с этим изменения минерализации раствора. Перед измерением образец извлекается из раствора, обтирается с боковой поверхности влажной фильтровальной бумагой до получения матовой поверхности (для исключения поверхностной проводимости) и помещается в кернодержатель.

Устанавливается необходимый ток (0,1-10 мА) и измеряется падение напряжения на измерительных электродах MN и шунте. Сопротивление образца рассчитывается из соотношения (при постоянном токе через шунт и образец)

U_эт/R_эт = U_обр/R_обр.

По приведенной ранее формуле рассчитывается удельное электрическое сопротивление.

Для дальнейших расчетов и обоснований геофизических параметров Р_п и Р_н необходимо также в данном эксперименте измерить удельное электрическое сопротивление насыщеющей жидкости. Его измеряют специальным прибором - резистивиметром.

Погрешности измерений связаны с особенностями измерительной ячейки и обычно составляют около 5-7 %.