Тема 3.3. Метод потенциалов вызванной поляризации
План
1. Сущность метода потенциалов вызванной поляризации
2. Принципы измерения
1. Сущность метода потенциалов вызванной поляризации
В методе потенциалов вызванной поляризации используют свойство горных пород поляризоваться при протекании через них постоянного поляризующего электрического тока. В горных породах после выключения поляризующего тока в течение некоторого времени наблюдается убывающее электрическое поле, известное под названием поля вызванных потенциалов.
Природа вызванных потенциалов хорошо не изучена. Однако большинство исследователей находят, что:
в горных породах, обладающих ионной проводимостью (практически все осадочные породы), вызванные потенциалы возникают за счет электрокинетических явлений, происходящих на границе электролит — непроводящая среда под воздействием электрического поля. Некоторые исследователи, считают, что возникновение поля связано с деформацией двойного электрического слоя на поверхности минеральных частиц под воздействием поляризующего тока, другие — с образованием микроскопических концентрационных элементов за счет изменения чисел переноса ионов в капиллярах разных сечений. Механизм этой поляризации довольно сложен, и обычно ее называют объемной поляризацией, поскольку поляризация захватывает объем породы, обработанный электрическим током; в горных породах, обладающих электронной проводимостью (железные руды, некоторые сорта каменных углей), вызванная поляризация возникает в основном за счет электродных процессов, протекающих на границе электролит — проводящая среда;
в горных породах со смешанной проводимостью возникают одновременно как объемная, так и электродная поляризации.
Рис. 4. Принципиальная схема измерения вызванных потенциалов
А и В — питающие электроды; М и N — измерительные электроды; R и r — реостаты; Г1 и Г 2 — приборы для измерения разности потенциалов; Ам — прибор для определения силы тока; П— пульсатор; Б — батарея
Для измерения вызванных потенциалов обычно используют четырех-электродный зонд (например, АО,04МО,04А5,ОВ). Раздвоенный электрод А и электрод В служат для пропускания электрического тока. Электрод М, покрытый слоем перфорированной резины для устранения помех за счет поляризации самого электрода, и обычный электрод N на поверхности служат для измерения разности потенциалов. Стандартную измерительную аппаратуру, предназначенную для работы на трехжильном кабеле (станция АКС-51, АЭКС-900 и ПКС-400), путем несложных переключений в пульсаторе легко приспособить для измерения вызванных потенциалов. Схема «станции перестраивается так, чтобы в скважину пропускался прерывистый электрический ток. В промежутках между импульсами тока пульсатор замыкает цепь MN, и совместно с потенциалами собственной поляризации (СП) прибор Г1 регистрирует вызванные потенциалы. Одновременно с этим второй прибор Г2 регистрирует омическую разность потенциалов, наблюдаемую между электродами М и N в момент протекания поляризующего тока (рис. 17).
В скважинных условиях против однородного поляризующегося пласта наблюдают симметричную аномалию вызванных потенциалов (ВП), амплитуда которой зависит от мощности пласта (рис. 18). Для пластов с h>12dc влиянием мощности можно пренебречь.
За
меру вызванной поляризации наиболее
часто принимают коэффициент вызванной
электрохимической активности (или
коэффициент поляризуемости) породы,
который в однородном электрическом
поле (лабораторные условия) определяется
(1)
Для
исключения влияния удельного сопротивления
(
)
насыщающей породу жидкости в рассмотрение
иногда вводят приведенный коэффициент
вызванной электрохимической активности:
(2)
где
— приведенный коэффициент вызванной
электрохимической активности.
Рис. 5. Теоретические кривые вызванных потенциалов ВП в однородных пластах различной мощности.
2. Принципы измерения
Опыт показывает, что в песчано-глинистом разрезе наибольшей вызванной активностью обладают глинистые песчаники и алевролиты. Незаглинизированные пески и песчаники имеют низкую активность (рис. 19, а). Чистые глины также имеют низкую вызванную активность, обусловленную наличием в них высокоминерализованной воды. Против известняков и доломитов наблюдаются обычно высокие потенциалы вызванной поляризации, обусловленные значительным удельным сопротивлением этих пород.
Кривые ВП, отражая содержание глинистого материала в породе, имеют хорошую расчленяющую способность и позволяют получить ряд дополнительных сведений о разрезе. Последнее особенно важно в условиях относительно пресных пластовых вод, где метод СП не дает четких результатов.
Рис. 6. Зависимость приведенного коэффициента вызванной электрохимической активности АВ1 от содержания глинистого и карбонатного цемента (Сгл + С) девонских песчаников и от коэффициента проницаемости девонских песчаных коллекторов Татарии.
В некоторых районах между вызванными потенциалами и проницаемостью песчаников Кар наблюдается коррелятивная связь (рис. 19, б), которую можно использовать для приближенного определения коэффициента проницаемости.
Метод потенциалов вызванной поляризации используют также для выделения углей при изучении разрезов угольных скважин. Имеется положительный опыт использования метода для выделения в разрезах скважин зон сульфидного оруденения.
Область применения метода: расчленение разрезов скважин; выделение коллекторов и определение их проницаемости; выделение в разрезе каменных углей и сульфидных руд.
Вопросы
В чем заключается сущность данного метода?
Какая область применения у метода вызванной поляризации?