Методи потенціалів власної поляризації гірських порід. Їх застосування у нафтових і газових свердловинах.

Цей метод найпростіший і найбільш U_пс у поширений при вивченні розрізів свердловин. Замінюється величина свердловині з допомогою вимірювальних електродів М і N. Електрод М, з’єднаний кабелем з вимірювальною апаратурою, поміщається у свердловину і пересувається вздовж її осі, а електрод N закріплюється нерухомо поблизу устя свердловини. Між електродами М і N з допомогою гальванометра реєструється різниця потенціалів ∆U_пс, яка виникає між електродами М і N. ∆U_пс=U_пс,м-U_пс,N, де U_пс,м і U_пс,N-потенціали природного електричного поля в точках М і N.

Точкою запису кривої ПС є електрод М. Різниця потенціалів записується в мілівольтах. Утворення стаціонарного електричного поля в свердловинах пов’язано з фізико-хімічними процесами, що протікають на поверхні розділу свердловина-порода і між пластами різної літології. На поверхні розділу утворюються подвійні електричні шари, потенціали яких, що мають різну величину, створюють певні величини напруги електричного поля між гірськими породами і свердловиною.

Виникнення потенціалів власної (спонтанної) поляризації обумовлені такими фізико-хімічними процесами: 1) дифузією солей із пластових вод у промивну рідину (ПР) і навпаки, а також адсорбцією іонів на поверхні мінералів, що складають гірську породу; 2) фільтрацією вод із промивної рідини в породи і пластових вод у свердловину; 3) реакціями окислення і відновлення, що відбуваються у породах і на контакті їх з промивними рідинами, а також металами. В результаті цих процесів виникають дифузійно-адсорбційні U_да, фільтраційні U_ф і U_ов визначаються співвідношенням мінералізації пластових вод і фільтрата ПР, мінеральним складом і структурою гірських порід і іншими факторами. Таким чином, вимірювання потенціалів природного електричного поля дає можливість одержати інформацію про літологію розрізу свердловин і колекторські властивості порід, про наявність в них корисних копалин.

Дифузійно-адсорбційні потенціали

Дифузійно-адсорбційні потенціали виникають при наявності контактних розчинів електролітів пластової води концентрації C_в і фільтру промивної рідини концентрації С_ф. Величина дифузійної ЕДС визначається формулою Нерста

(6.1),

де коефіціент дифузійної ЕДС

* (6.2).

У цьому рівнянні l_к, l_а - рухливість катіона і аніона; n_к, n_а, z_к, z_а-число катіонів і аніонів на які дисоціює одна молекула електроліту і їх валентності відповідно; T - абсолютна температура; P - універсальна газова постійна, що дорівнює 8,3 Дж/⁰ СМ; F- число Фарадея, що дорівнює 96500 Кл.

При зростанні вмісту в породі глинистого матеріалу А_да зростає. У свердловині проти однорідних високодиспертних глинистих порід виникає найбільша додатня величина різниці потенціалів E_да. Найменшими значеннями А_да характеризуються чисті піщанисті і карбонатні породи з високою пористістю, де переважають потенціали дифузії.

Фільтраційні потенціали

Течія рідини через гірські породи при певних умовах спричиняється до виникнення потенціалів фільтрації. Такі потенціали ще мають назву потенціалів течії.

(6.3).

Потенціал фільтрації для гірських порід в умовах свердловини де А_ф - фільтраційна активність досліджуваної породи, m - показник степені, який залежить в оберненій пропорційності від ємності обміну q_n породи; n - емпіричний коефіцієнт, що змінюється від 0,5 до 1; величина ∆Р=Р_с-Р_пл – перепад тисків між свердловинних Р_с і пластових Р_пл.

Потенціали фільтрації виникають при значно прісних промивних рідинах (ρ_ф›10 Ом.м) і однорідній глинистій корці, досягаючи при цьому декількох десятків мілівольт.

При Ρ_п›Ρ_пл виникає від’ємна різниця потенціалів фільтрації і при ρ_ф›ρ_в приводить до збільшення від’ємної аномалії дифузійно-адсорбційного потенціалу ∆U_пс проти піщаного пласта.

Окисно-відновні потенціали

Окисно-відновні потенціали U_ов виникають у свердловинах при наявності хімічних реакцій, що відбуваються між тілами з електронною провідністю та електролітами промивної рідини і пластових вод. Такі потенціали виникають в сульфідах, кам’яному вугіллю, графіті і інших гірських породах. Під час оксидації речовини відбувається втрата електронів і тіло заряджується позитивно- так утворюються окисно-відновні потенціали. Наприклад, при наявності піриту в породі виникають позитивні аномалії, теж саме спостерігається напроти вугілля. У випадку реакції відновлення картина зворотня: тверда поверхня набуває додатній заряд, а водний розчин- від’ємний.

Для геологічної інтерпретації діаграм ПС використовують як абсолютні значення амплітуд ∆U_пс в окремих пластах, так і відносні значення де ∆U_пс,max-максимальне значення амплітуди ПС у розрізі, який вивчається.

За даними методу ПС вирішуються такі задачі:

1. Визначення ρ_в при температурі пласта і розрахунок мінералізації пластової води C_в, що відповідає величині.

2. Виділення колекторів у теригенному розрізі, визначення глинистості порід.

3. Оцінка пористості і проникливості заглинизованих пластів.

Для визначення ρ_в використовують аномалію ПС у пласті чистого пісковика або високопористого вапняка, який залягає серед щільних високодисперсних глин. Підставляючи в рівняння (6.5) відомі значення E_да=∆U_пс, K_да, ρ_ф, розв’язують його стосовно ρ_в. Використовуючи графіки ρ_в=f (Св) для різних значень температури Т визначають C_в.

При вирішенні задачі по виділенню колекторів на діаграмі ПС проводять лінію граничного значення α_{пс, гр}. До колекторів будуть віднесені пласти з α_пс›α_{пс, гр}. У пластах-колекторах і неколекторах з розсіяною глинистістю визначають значення відносної глинистості η_п, використовуючи еталонні графіки α_пс-η_гл. Комплексуючи метод ПС з одним із методів визначення пористості, можна у пластах з установленим значенням η_гл визначити K_гл і K_п (3). У пластах-колекторах з прошарковою глинистістю за даними α_пс визначають відносний за товщиною коле ктора вміст глинистих прошарків у пачці X_п.