1. Поляризация электродов.

Если электродные потенциалы электродов M и N в процессе записи диаграммы ПС остаются постоянными, то это приводит к систематическому смещению диаграммы в сторону увеличения или уменьшения потенциалов U_пc.

Нестабильность электродного потенциала электродов чаще всего связана с изменением температуры и физико-химических свойств бурового раствора вдоль ствола скважины.

Наименьшая поляризация на контакте с раствором электролита наблюдается у свинцовых и цинковых электродов. Т.к. эти металлы в среда, содержащей кислород, окисляются и покрываются тонкой защитной пленкой окиси типа Ме0₂.

В случае искажения диаграммы ПС поляризацией электродов делают повторную запись.

2. Потенциалы движения

Эти потенциалы возникают при перемещении электрода М в промывочной жидкости и уменьшают общую величину потенциала U_пc. Потенциалы движения остаются, практически, постоянными в процессе записи и не искажает конфигурацию кривых ПС (при постоянной скорости каротажа), а лишь смещают в сторону отрицательных значений всю диаграмму U_nc.

Наличие потенциалов движения устанавливают в момент остановки скважинного прибора по увеличению потенциала U_пс. 3. Блуждающие и теллурические токи

Блуждающие токи в земной коре возникают при работе (утечки) энергетических установок постоянного тока большой мощности. Эти токи наблюдаются вблизи электрифицированных железных дорог, в пределах городов и других индустриальных объектов.

Теллурические токи образуются вследствие ионизации верхних слоев атмосферы Земли под воздействием солнечного и космического излучений и взаимодействия возникающего при этом электрического поля этих слоев с земным электрическим полем. Характерной особенностью теллурических токов является их изменчивость в пространстве и времени.

Чтобы избежать влияния блуждающих и теллурических токов на кривую ПС необходимо:

- регистрировать ПС, когда эти токи минимальны;

- регистрировать диаграмму градиента ПC с последующей перестройкой их в диаграммы ПС (при необходимости);

- применять специальные зонды ПС.

4. Гальванокоррозия

Потенциалы гальванокоррозии возникают при использовании грузов или снарядов, состоящих из металлов с различными электродными потенциалами. Контактируя между собой, эти металлы образуют через промывочную жидкость гальванический элемент, который создает потенциал стационарного электрического поля гальванокоррозии. Величина этого потенциала пропорциональна удельному электрическому сопротивлению окружающей среды.

При записи кривой ПС будет фиксироваться сумма потенциалов ПС и поля постоянного тока гальванических элементов груза или снаряда. С увеличением расстояний электрода М до контакта разнометаллических деталей груза влияние потенциалов гальванокоррозии на потенциалы ПС уменьшаются.

Меры борьбы:

- использование цельнометаллических грузов и снарядов, а также отнесение их от электрода М на расстояние не менее 3 м.

- покрытие грузов и снарядов изоляционным материалом.

5. Потенциалы оседания

При оседании твердых частиц (под действием силы тяжести) промывочной жидкости в скважинах возникают потенциалы оседания. Их величина прямо пропорциональна величине поверхностного заряда частиц, их радиусу, общему числу в единице объема, скорости оседания частиц и сложно зависит от электропроводности, плотности и вязкости промывочной жидкости.

Обычно, оседающие частицы заряжаются отрицательно, и в скважине наблюдается постепенное понижение электрического потенциала от устья к забою. При этом кривая U_пc плавно смещается в сторону отрицательных значений.

6. Намагниченность лебедки

В результате прохождения электрических сигналов достаточной мощности через кабель, стальные части лебедки намагничиваются. При вращении барабана такие части лебедки индуцируют в кабель, намотанный на барабан, переменную е.д.с. с периодом, равным одному обороту барабана. Эта е.д.с. накладывается на потенциалы U_пc и кривая ПС напоминает в этом случае сильно искаженную синусоиду.

В этом случае лебедку нужно размагнитить, для чего при вращении барабана через кабель пропустить ток частотой 0-1,0 Гц и силой 1-2А с постепенным снижением силы тока до нуля.

7. Влияние металла

На участке скважины, где находятся металлические предметы (бурильные трубы, обсадные трубы, инструмент, дробь и т.д.), возникают аномалии ПС (окислительно-восстановительного характера) положительного знака.

По ним можно установить местоположение в скважине металлических предметов.

Область применения и решаемые задачи методом ПС

Метод ПС является одним из основных методов электрометрии для исследования разрезов нефтяных и газовых скважин. Он позволяет решать следующие геологические задачи:

- изучения литологии пород;

- установления границ пластов;

- корреляция разрезов скважин;

- выделения в разрезе пород-коллекторов;

- определение минерализации пластовых вод и фильтрата промывочной жидкости;

- определение коэффициентов глинистости, пористости, проницаемости и нефтенасыщения пород.

Метод ПС входит в обязательный комплекс исследований гидрогеологических и инженерно-геологических скважин.

Метод градиента ПС наибольшее распространение получил при изучении результатов скважин рудных и угольных месторождений.

1.2. Каротаж электродных потенциалов

Происхождение электродных потенциалов

Электродные потенциалы возникают на границе металл электрода - раствор, в котором находится электрод и связаны с образованием двойных электрических слоев. Причем варианты образования этих

электрических слоев зависят как от конкретного металла электрода, так и от химического состава раствора (электролита).

Если энергия катионов металла выше, чем энергия катионов электролита, то в данном случае металл будет характеризоваться низким энергетическим барьером для выхода его катионов в раствор, т.е. будет происходить "растворение" металла электрода. Катионы металла, вышедшие в раствор, будут удерживаться на поверхности электрода силами электростатического поля (т.к. в металле создается избыток анионов) и таким образом будет сформирована положительная обкладка двойного электрического слоя. Избыток анионов (электродов) в металле приводит к формированию в нем отрицательной обкладки двойного электрического сдоя. Металл с низким энергетическим барьером выхода катионов в раствор называют "электроотрицательными" металлами. К таким металлам относятся, в частности, титан, свинец, железо, цинк и др. (рис.*,а).

Возможная ситуация, когда энергия, необходимая для растворе металла велика, т.е. металл характеризуется высоким энергетическим барьером для перехода его катионов в раствор. При этом энергия катионов электролита может быть больше, чем катионов металла. В этом случае катионы электролита будут осаждаться на поверхности электрода. частично внедряясь в его кристаллическую решетку и сообщая ему положительный заряд (рис. *,б). Параллельно с этим процессом в растворе будет образовываться избыток анионов, и формироваться отрицательная обкладка двойного слоя. Металлы с повышенным энергетическим барьером выхода катионов в раствор называют "электроположительными" металлами. К таким металлам относятся, в частности, медь, ртуть, серебро.

металл	Катион в растворе	Электродный потенциал, В
Литий	Li+	-3,01
Рубидий	Rb+	-2,98
Кальций	Са2+	-2.84
Магний	Mg2+	-2.38
Алюминий	Al3+	-1.66
Цинк	Zn2+	-0.76
Железо	Fe2+	-0.44
Никель	Ni2+	-0,23
Свинец	Рb2+	-0.14
Олово	Sn2+	-0.13
Водород	Н+	0.0
Медь	Сu2+	+0.34
Серебро	Ag+	+0.799
Ртуть	Hg+	+0.798
Золото	Au+	+1.7

По техническим соображениям среди отрицательных металлов интерес представляют металлы от Mg до Fe.

Из них полнее всего отвечает условиям измерения в МЭП цинк. Двойной электрический слой может образовываться и без перехода ионов из жидкой в твердую или из твердой в жидкую фазы. Так, например, на поверхности инертного металла (т.е. не вступающего в химические реакции с электролитом) могут адсорбироваться анионы, что приведет к появлению избыточного отрицательного заряда на поверхности электрода и положительного в близлежащем к нему слое раствора, двойной электрический слой в этом случае будет целиком находится в жидкой фазе. Пример инертного металла - платина (рис.*,в).

Практическая реализация метода электродных потенциалов

В разрезах скважин (рудных) могут быть встречены интервалы, обладающие электронной проводимостью (сульфидные руды графитизированные породы). На контакте этих образований с вмещающими породами и буровым раствором возникает разность потенциалов, получившая название электродной. Эта е.д.с. служит предметом изучения в методе электродных потенциалов. Скважинный прибор метода имеет два электрода, один из которых (М) изготовлен в виде щетки и соприкасается со стенкой скважины, а второй (N) только с буровым раствором. Это достигается центрированием зонда с помощью двух "фонарей". Чтобы на результаты измерения не влияла величина ПС, электрод сравнения n делается раздвоенным (n и N). Эта части накоротко соединены друг с другом и расположены симметрично относительно М. Поэтому U, измеряемые в метода, представляют собой разность электродных потенциалов контактного и бесконтактного электродов. При движении зонда по пустым породам это разность мала. При соприкосновении щеточного электрода с рудным телом он воспринимает электрический потенциал этого тела. Поскольку потенциал рудного тела значительно отличается от электродного потенциала электрода N, регистрируемая разность потенциалов повышается, достигая нескольких сот милливольт. Электроды изготовляют из одного и того же металла.

U мало в породах, т.к. они имеют ионную проводимость и не образуют двойных электрических слоев. Если же скользящий электрод будет касаться электроннопроводящих объектов (сульфидные руды, графит, антрацит), то электродом М становится весь объект. При этом по своим электрохимическим свойствам такие объекты близки к "благородным" металлам, т.е. "электроположительных". Отсюда следует, что электроды М, N и N1 надо изготавливать из наиболее электроотрицательного металла, для увеличения разности потенциалов между ними. Чаще всего электроды делают из цинка.