5.4 Параметр насыщения

Ниже уровня грунтовых вод частичное водонасьпцение коллектора означает, что часть его порового пространства занято нефтью или газом. Поскольку нефть и газ обладают высокими удельными электрическими сопротивлениями и в принятой нами модели коллектора не отличаются по  от твердой фазы кол­лектора, то эффект его частичного водонасыщения по сути аналогичен уменьшению пористости. Отсюда аналогичные (выше приведенным) теоретические зависимости удельного электрического сопротивления нефтенасыщенного (газонасыщенного) коллектора от коэффициента водонасыщенности (k_в=1‒k_н).

Отношение удельного электрического сопротивления частично водонасыщенной породы (_нп) к удельному электрическому сопротивлению той же породы (с той же пористостью) при ее полном водонасыщении _вп называется параметром насыщения Р_н:

.

(5.9)

Параметр насыщения еще иначе называют коэффициентом увеличения сопротивления, поскольку при замещении воды нефтью или газом удельное электрическое сопротивление коллектора возрастает.

Экспериментальная модель электропроводности коллектора имеет вид

,

(5.10)

где п для разных коллекторов имеет значение:

• межгранулярные коллекторы: глинистые (п=1,3‒1,6), слабо глинистые терригенные и карбонатные (п=1,8‒2,0);

• коллекторы со сложной геометрией пор: кавернозные (п=1,0‒1,3), трещинные (п>2);

• гидрофобные коллекторы (п>2).

Обратим внимание на то, что глинистость коллектора, уменьшая показатель насыщенности, уменьшает тем самым чувствительность электрических параметров к изменению нефтенасыщенности. В случае терригенных коллекторов, различия в показателе п уравнений типа (5.10) следует расценивать как различие, в первую очередь, в глинистости коллекторов.

6 Естественная поляризация горных пород

Естественная поляризация или потенциалы собственной поляризации возникают на границах между породой и глинистым раствором, применяемом при бурении скважин, а также между пластами в результате протекания следующих физико-химических процессов:

1) диффузия солей, растворенных в пластовых водах и глинистом растворе, и адсорбция их ионов на поверхности частиц, составляющих скелет горной породы;

2) фильтрация пластовых вод из пород в скважину и, наоборот, фильтрата глинистого раствора из скважины в породы;

3) окислительно-восстановительные реакции, происходящие в породах и в зоне их соприкосновения с глинистым раствором и металлами.

В результате горные породы поляризуются, т. е. создается электрическое поле, потенциал которого в зависимости от природы происходящих процессов определяется диффузионно-адсорбционными, фильтрационными и окислительно-восстановительными потенциалами. В скважинах нефтяных и газовых месторождений преобладают диффузионно-адсорбционные э. д. с.

6.1 Диффузионные потенциалы

При соприкосновении двух растворов различной концентрации (как правило, воды, содержащейся в порах горной породы, и фильтрата глинистого раствора) под действием осмотического давления ионов наблюдается процесс диффузии, перенос ионов из более концентрированного раствора в менее концентрированный.

В результате в менее концентрированном растворе образуется избыток ионов, обладающих большей скоростью и соответствующим знаком электрического заряда. В более концентрированном растворе будет наблюдаться избыток ионов, обладающих меньшей скоростью, и электрический заряд будет иметь противоположный знак.

Таким образом, в результате процессов диффузии солей на контакте растворов электролитов, пластовой воды концентрации С_в и фильтрата глинистого раствора концентрации С_ф возникает некоторая ЭДС, называемая диффузионным потенциалом Е_д.

Величина скачка диффузионного потенциала Е_д на контакте двух растворов зависит от их солевого состава и концентраций и оп­ределяется формулой Нернста:

,

(6.1)

где К_д – коэффициент диффузионного потенциала, зависящий от физико-химических свойств растворов;

С_в и С_ф – концентрации контактирующих электролитов.

При малых концентрациях водного раствора хлористого натрия – наиболее распространенного в природе электролита – отношение концентраций можно заменить, на отношение удельных электрических сопротивлений. Для этого случая формула Нернста запи­шется так:

,

(6.2)

Водный раствор NaCl при t=20° С имеет K_д=-11,6 мВ.