3. Взаимосвязь уэс горной породы с другими ее характеристиками

На величину УЭС горных пород преобладающее влияние оказывают следующие факторы:

- пористость (структура породы);

- анизотропия (текстура породы);

- влагонасыщенность;

- удельное электрическое сопротивление пластовой воды, присутствующей в породе;

- глинистость;

- термобарические условия залегания породы.

2.2.1. Пористость

Пористость - совокупность пустот (пор), заключенных в горных породах. Количественно пористость горных пород выражается отношением объема всех порк общему объему горных пород, выражается в долях единицы или в процентах и называется коэффициентом пористости.

Поскольку проводником электрического тока в большинстве осадочных пород является пластовая вода, а породообразующие минералы не проводят электрического тока, удельное сопротивление зависит не только от минерализации пластовых вод, но и от их объема, или при 100 % насыщении пластовой водой - от величины коэффициента пористости пород.

Чем выше коэффициент пористости породы, тем больше в ней содержится проводящего ток флюида и тем ниже ее удельное сопротивление. При изучении зависимости удельного сопротивления от коэффициента пористости пород для исключения влияния минерализации пластовых вод обычно пользуются относительным сопротивлением, которое при 100 % насыщении породы пластовой водой называется параметром пористости,

Р_п = _вп/_в,

где Р_п - параметр пористости; _вп - удельное сопротивление породы при 100 % ее насыщении пластовой водой, Омм; _в - удельное сопротивление пластовой воды, Омм.

Исследования показывают, что для большинства осадочных горных пород связь сопротивления с величиной пористости выражается эмпирической формулой (Дахнова-Арчи)

Р_п = a_mk_п^-m,

где k_п - коэффициент пористости породы; a_mи m - постоянные для определенной группы пород коэффициенты, зависящие от конфигурации токопроводящих путей в породе (степени цементации породы).

По В.Н. Дахнову, коэффициенты a_mи m для осадочных пород могут иметь следующие значения: a_m= 10,8; m=1,32,3. С усложнением структуры порового пространства m растет, а наклон псевдопрямой Р_п=f(k_п), построенной в двойном логарифмическом масштабе, увеличивается по отношению к оси абсцисс (рис. 2.1).

В случае, когда отсутствуют экспериментальные зависимости, полученные при изучении образцов из исследуемых отложений, рекомендуется использовать кривые, приведенные на рис. 2.1, для оценки коэффициента пористости по данным сопротивления.

2.2.2. Давление и температура

Зависимости Р_п=f(k_п) чаще всего строят на основании экспериментального изучения образцов керна породы в атмосферных условиях. Горные породы в естественном залегании испытывают действие высоких давлений и температур.

Изменение физических свойств сцементированных осадочных горных пород, наблюдаемое без разрушения механических связей в скелете породы (например, при выносе керна из скважины на поверхность), обусловлено главным образом объемными деформациями порового пространства и породообразующих материалов. Величины этих объемных деформаций зависят от среднего нормального напряжения или всестороннего давления (аналог геостатического давления) , порового давления р и температуры t на глубине залегания породы.

Рис. 2.1. Зависимость параметра пористости от коэффициента пористости в зависимости от параметра m.

1 - пески; 2 - слабосцементированные песчаники; 3 - среднесцементированные песчаники; 4 - ракушечные и глинистые известняки; 5 - известняки и доломиты крупнокристаллические средней уплотненности; 6 - известняки и доломиты плотные и тонкокристаллические.

При деформации породы, насыщенной жидкостью, давление жидкости в порах р противодействует всестороннему давлению на скелет. Поэтому за деформацию породы главным образом отвечает разность между давлениями  и р, которая называется эффективным напряжением или эффективным давлением:

 - р = gh_i(_{п i}-_{в i}),

где g - ускорение свободного падения, h_i - мощность i-го литологически однородного интервала разреза, имеющего плотность _{п i};_{в i} - плотность жидкости (воды), насыщающей поры породы в этом же интервале.

Под действием эффективного давления коэффициент пористости уменьшается, а удельное электрическое сопротивление возрастает. Эти обстоятельства способствуют увеличению наклона кривых. на рис. 2.2 изображены экспериментальные кривые, иллюстрирующие влияние всестороннего сжатия на вид кривой Р_п=f(k_п).

Рис. 2.2. Зависимость параметра пористости от коэффициента пористости при различном эффективном напряжении в условиях p=const, t=const (для среднесцементированных кварцевых песчаников и алевролитов).

Шифр кривых - эффективное давление ( - р), МПа

Зависимость УЭС горной породы от температуры в первом приближении проста: повышение температуры ведет увеличению подвижности ионов электролита, содержащегося в порах и следовательно к уменьшению сопротивления.

Кроме того, экспериментально доказано, что в глинистых породах с увеличением температуры возникает дополнительная проводимость двойного электрического слоя, что также вносит вклад в снижение удельного электрического сопротивления.

Но сами частицы горной породы с увеличением температуры испытывают тепловое расширение, вследствие чего уменьшается ее пористость и объемное содержание жидкости, проводящей ток, что ведет, наоборот, к увеличению удельного электрического сопротивления породы.

Чтобы точно учесть влияние изменения температуры от поверхностных условий к пластовым, необходимо использовать разработанные на опытных данных палетки для введения поправок на все вышеназванные физические явления.

Неучет влияния пластовых условий при построении эталонной кривой Р_п=f(k_п) может привести к систематической погрешности при определении коэффициента пористости по геофизическим данным.