3.1.18 Измерение потенциалов пс в скважинах и помехи при записи каротажных диаграмм

Как отмечено выше, измерение естественных потенциалов сводится к замеру разности потенциалов между электродом М, перемещаемым по скважине, заполненной промывочной жидкостью (глинистым раствором, водой), и электродом N, находящимся на поверхности вблизи устья скважины (рис.3.15). Потенциал электрода N практически сохраняется постоянным, и разность потенциалов между электродами М и N ΔU_псMN =U_псM –U_{псN =}U_псM – const.

Регистрируемая кривая естественных потенциалов ΔU_пс (кривая ПС) показывает изменение величины потенциала электрического поля у электрода М с глубиной. Точка записи ΔU_пс относится к электроду М. Разность потенциалов ПС измеряется в милливольтах (в мВ). Обычно применяются масштабы 5, 10 и 12.5 мВ/см. Масштабы глубин устанавливаются в соответствии с масштабом, применяемым для кривой КС, и в зависимости от детальности регистрации равен 1:500; 1:200 и в редком случае 1:50.

Рисунок 3.15 – Принципиальная схема измерения ПС:

1–глина; 2–песчаник; 3–регистрирующий прибор

Простота электрической схемы ПС является, с одной стороны, достоинством метода, а с другой – недостатком. Недостаток проявляется в том, что вход регистратора в схеме ПС открыт для разнообразных помех. По физической природе выделяют следующие виды этих помех: поляризация электродов, потенциалы гальванокоррозии, потенциалы трибополяризации, потенциалы осаждения и потенциалы блуждающих токов.

Поляризация электродов создает помеху при записи ПС в случае, если электродный потенциал одного из электродов (или обоих) подвергается изменениям в процессе каротажа. Такие изменения бывают связаны с изменением состояния поверхности электрода в результате отложения на нем какой–либо соли или смены состава окислов. Чаще всего это случается при переходе электрода в раствор иного состава, чем тот, в котором он был ранее.

Изменение электродных потенциалов приводит к постепенному смещению кривой ПС в ту или другую сторону. (Во избежание помех электродной поляризации электроды для записи ПС изготавливают из Рb, т. к. в кислородосодержащей среде он покрывается пленкой укисла РbО и по сравнению с другими материалами дает наиболее устойчивый электродный потенциал. Если этой меры недостаточно, используют неполяризующиеся электроды. Такой электрод состоит из свинца, закрытого брезентовой оболочкой. Пространство между свинцовым электродом и оболочкой заполняют солью КС1. При помещении такого электрода в жидкость между электродом и оболочкой образуется насыщенный раствор КСl, а на поверхности свинца откладывается слой соли РЬС1₂, что обеспечивает постоянство электродного потенциала).

Потенциалы гальванокоррозии проявляются при использовании грузов, состоящих из разных металлов, (например, свинцового груза с железным креплением к зонду). В растворе такой груз представляет собой один или несколько гальванических элементов, цепь которых замыкается через буровой раствор. Кривые ПС, записанные с помехой гальванокоррозии, считаются браком. Для исключения этих помех можно увеличить расстояние от электрода М до груза (оно должно быть не менее 1,5 м) и применять грузы, изолированные от раствора с помощью полихлорвиниловой изоленты.

Потенциалы трибополяризации (потенциалы движения) возникают при движении электродов в буровом растворе. По мнению проф. В. Н. Дахнова, при движении нарушается двойной электрический слой на поверхности металлического электрода, в результате чего меняется и его электродный потенциал. При движении с постоянной скоростью изменение электродного потенциала достаточно стабильное, но могут наблюдаться и "броски" кривой, например, при неаккуратной укладке кабеля на лебедке и соскальзывании одного витка с другого. При остановке зонда потенциал электрода М мгновенно повышается что позволяет отчетливо фиксировать все остановки зонда и момент отрыва зонда от забоя.

Потенциалы осаждения (седиментационные) возникают при использовании некачественного бурового раствора, который не удерживает в себе мелкие частицы разрушенной породы, и они, осаждаясь на забой, избирательно сорбируют ионы одного знака (анионы). В результате от забоя к устью наблюдается повышение потенциала ПС.

Потенциалы блуждающих и теллурических токов. Блуждающие токи имеют промышленное происхождение, а теллурические токи –естественное происхождение (они являются следствием протекания различных физико – химических процессов в Земной коре).

При записи ПС теллурические и блуждающие токи создают помехи, амплитуда которых пропорциональна плотности этих токов в данный момент, среднему УЭС среды между электродами М и N и расстоянию между ними. Одна из основных мер по устранению помех блуждающих токов – это выбор времени, когда они имеют наименьшую интенсивность, например, в выходные дни или ночные часы. Кроме того, влияние этих помех можно исключить, записывая градиент потенциала ПС.

Измерение кривой ПС производится обычно одновременно с записью кривой КС стандартным градиент или потенциал–зондами, размеры которых устанавливаются в зависимости от геолого–геофизических условий района. Операция совместной регистрации таких кривых получила название стандартный электрический каротаж.