Запитання за змістом лекції:

1. Геологічні задачі, які виконуються за результатами електричних методів.

2. Які типи провідності притаманні гірським породам?

3. На які класи діляться гірські породи по величині питомого опору?

4. Фізична суть, що лежить в основі інтерпретації даних електричних методів.

5. Від чого залежить форма кривих, отриманих в результаті електрометрії свердловин.

6. Які існують способи виділення пластів-колекторів?

7. Які пласти відносять до колекторів?

ЛЕКЦІЯ № 9

ІНТЕРПРЕТАЦІЯ ДІАГРАМ ЕЛЕКТРИЧНОГО ОПОРУ

ЕЛЕКТРОПРОВІДНОСТІ СТРУМУ. ВИЗНАЧЕННЯ

ПЕТРОФІЗИЧНИХ ПАРАМЕТРІВ ЗА ДАНИМИ

ЕЛЕКТРИЧНИХ МЕТОДІВ

Пошук та розвідка покладів вуглеводнів в нафтогазоносних регіонах України, в більшості випадків базується на результатах геофізичних досліджень у свердловинах. Електричні методи в комплексі геофізичних досліджень відіграють основну роль при вирішенні наступних геолого-геофізичних задач:

— виділенні високоомних та низькоомних пластів-колекторів;

— визначенні границь залягання пластів-колекторів;

— визначенні ефективних товщин порід-колекторів;

— вивченні електричних питомих опорів _п порід;

— визначенні питомого опору зони проникнення (_зп) фільтрату глинистого розчину (_ф);

— визначенні коефіцієнта пористості гірських порід.

Для реалізації цієї мети в практиці застосовують:

1. Потенціал-та градієнт-зонди прямого і взаємного живлення.

2. Мікропотенціал-та мікроградієнт-зонди.

3. Екрановані зонди (фокусовані) — три,-семи,-восьми-та дев’ятиелектродні.

4. Мікроекрановані зонди (дво,-чотири-та п’ятиелектродні).

5. Індукційні зонди з різним числом котушок.

У залежності від зондів, які застосовуються, видозмінюється і характер розповсюдження струму через гірську породу. У градієнт-та потенціал зондах — радіально-сферичний, радіально-плоский у екранованих зондах. У індукційних зондах — концентрований. Глибинність дослідження різними зондами обумовлена їх розмірами.

Основні електричні параметри та властивості гірських порід

Електричні поля, які вивчає геофізика можна розділити на два типи: природні та визвані (вторинні). Для характеристики цих полів є ряд електричних параметрів, які безпосередньо зв’язані із літологічною будовою породи, її мінералогічним складом та структурою порового простору, а саме:

— питомий електричний опір гірських порід (_п);

— електропровідність гірських порід (_п);

— параметр пористості (Рп);

— електрична звивистість.

За характером електропровідності мінералів, гірські породи діляться на провідники, напівпровідники та діелектики з електронною та іонною провідністю. Електронна провідність переважає у мінералів напівпровідників (сульфіди і їх аналоги, деякі окисли). Іонна електропровідність притаманна мінералам діелектрикам, її роль значно зростає у легко-гідролізуючих мінералах класу глин, де поряд з типовою іонною електропровідністю спостерігається і електронна . Іонну провідність мають водні розчини солей, які насичують поровий простір гірських порід, питомий опір яких розраховується:

, (9.1)

де Са, С_к — концентрація аніонів та катіонів у розчині; l_a i l_к — їх рухливість; f_са та f_ск — коефіцієнти електропровідності.

За величиною питомого електричного опору мінерали діляться:

— зверх низького електричного опору (10^-6 Ом*м) — самородні метали золото, платина, срібло і інші метали;

— дуже низького електричного опору (від 10^-6до 10^-2 Ом*м) — (дорніт, графіт, кобальтін, ковелін, нікелін, пірит, піротін, халькопірит, халькозін);

— низького опору (від 10^-2 до 10² Ом*м) — брауніт, магнетит, ільменіт, маркозит і др.

— середнього опору (від 10² до 10⁶ Ом*м) — боксит, галуазіт, гематит, залізна слюда, монтморелоніт, серпентин, хроміт і ін;

— високого опору (від 10⁶ до 10¹⁰ Ом*м) — ангідрит, кіновар, моноцит, шееліти і ін.

— дуже високого опору (від 10¹⁰ до 10¹⁴ Ом*м) — кальцій, кварц, польові шпати, сірка, флюоріти;

— дуже високі опори (10¹⁴ Ом*м) — галіт, сильвін, слюди, нафта.

Приведена класифікація не є сталою і може частково переходити із групи в групу, в залежності від вмісту та розподілу у групах породоутворюючих мінералів.

Окрім цього питомий електричний опір залежить від температури (t⁰C) середовища і частоти (f) струму, який використовується при вимірюванні електричного опору. При температурі t⁰C опір визначається:

_t=P_t₀, (9.2)

де ₀ — опір породи при нульовій температурі; P_t — параметр температури визначається характером електропровідності для електронних провідників:

Рt=1+(t-t₀)+b(t-t₀)², (9.3)

де a i b — сталі; t – температура нульова; t₀ – температура спостереження.

Залежність Pt від t⁰C близька до лінійної

, (9.4)

де — ширина ділянки між енергетичними рівнями, еВ; К — стала Больцмана =1.38*10^-23 Дж/С⁰; Т₀ — абсолютна температура нуля стоградусної шкали.

Залежність питомого опору від частоти струму, оцінюється параметром частоти P_f, який визначається , де і — відносно питомий опір мінералу (породи) при нульовій та заданій частоті струму.

Для гірських порід характерна змішана електропровідність з перевагою іонної провідності в осадових породах, тому більшість гірських порід по електричному опору можна поділити на дві двокомпонентні системи.

1) порода складається із мінералів високого питомого електричного опору і проводящих рудних включень;

2) порода складається із породоутворюючих мінералів високого питомого електричного опору та проводящих заповнювачів порового простору.

У першому випадку електричний опір породи:

, (9.5)

де — питомий опір породоутворюючих мінералів високого опору; П_м=f(К_м, _м) — параметр провідності обумовлений включеннями низького опору, де К_м — вміст проводящих мінералів у породі.

У другому випадку:

_п=Р_пР_нР_tП_п_в, (9.6)

де Р_п, Р_н — відповідно, параметр пористості та параметр насичення.

— для неглинистих порід (9.7)

m₀ — структурний показник, який змінюється в межах від 1.3 до 2.5, чим більше зцементована порода, тим вище значення m₀.

При заповненні частини порового простору глинистими частинками, що проводять струм, коефіцієнт Кп в формулі (9.7) може бути замінений на фіктивне його значення, яке розраховується:

, (9.8)

Для середнього значення пористості Кп залежність (9.7) приводиться до формули Арчі:

, (9.9)

де — коефіцієнт, що змінюється від 0.4 до 1.6. Значення 1.6 характерне для глинистих порід; m — середнє значення тангенса нахилу кривої .

Збільшення параметра пористості Р_п із збільшенням неоднорідності і ступеню цементації породи пояснюється збільшенням довжини струмопровідних шляхів, що кількісно оцінюються таким параметром, як електрична звивистість Т_е.

, (9.10)

— середня статистична довжина струмопровідних шляхів зразка породи; l — довжина зразка породи.

Згідно теорії електропровідності гірських порід:

, (9.11)

Структурний показник m₀ розраховується за формулою:

, (9.12)

Фізична суть цього показника полягає в тому, що при К_п30% величина його визначається величиною електричної звивистості Т_ел.

Показник змочуваності h₀(n) розраховується виходячи із параметру насичення:

, (9.13)

де — стала близька до одиниці; n — змінюється в межах від 1.8 до 3.5

Чим більш гідрофобний колектор, тим вище n₀.

Поверхнева провідність гірських порід (Пп) — зменшується із збільшенням відносної глинистості h/гл і відношення питомого опору води (_в) до питомого опору глин (_гл).

Характерною особливістю більшості гірських порід є електрична анізотропія, яка кількісно оцінюється коефіцієнтом анізотропії:

, (9.14)

де _п і _t — питомі опори породи виміряні перпендикулярно і вздовж напластування. Як правило, для порід терригенного розрізу коефіцієнт анізотропії буде менший ніж (2) в рідких випадках перевищує цю величину.

Для тонкошаруватих розрізів:

, (9.15)

де h_а і h_в — відповідно товщина прошарків та їх сумарна потужність; _а і _в — відповідно питомий опір прошарків та питомий середній опір сумарної пачки прошарків.