2.2 Каротаж збудженої поляризації

Фізичні основи методу. Каротаж збудженої поляризації (ЗП) заснований на вимірюванні різниці потенціалів, збуджених електричною поляризацією гірських порід. Здатність гірської породи поляризуватись під дією зовнішнього електричного поля, а після його зняття утворювати в оточуючому просторі вторинне електричне поле характеризується збудженою електрохімічною активністю або поляризацією порід. Її величина визначається безрозмірним параметром:

; (2.9)

де: U_ЗП – різниця потенціалів викликаної поляризації; U – різниця потенціалів зовнішнього поля.

Величина А_З завжди менша одиниці та для осадових порід з іонною провідністю складає соті долі одиниці, а для порід з електронною провідністю (неметалічні руди, графіт, вугілля) – до 0,05.

Існує декілька гіпотез, які пояснюють виникнення потенціалів збудженої поляризації в гірській породі з наступними фізико-хімічними процесами:

- електродною та об’ємною поляризацією гірської породи;

- концентраційною поляризацією різних електролітів;

- відмінністю числа переходу іонів у порових каналах із різним січенням.

Величина потенціалів ЗП порід з електронною провідністю, в основному, визначається електродною та концентраційною поляризацією.

Об’ємна поляризація спостерігається в породах з іонною провідністю та полягає в деформації зовнішньої обкладки подвійного електричного шару при пропусканні через породу електричного струму. Після зняття зовнішнього поля зміщені заряди подвійного електронного шару повертаються в початкове положення. В результаті цього переміщення іонів викликає струм потенціалів збудженої поляризації.

Інтенсивність вищеперерахованих фізико-хімічних процесів залежить від мінерального складу, літологічних і структурних особливостей порід, типу пластового флюїду, мінералізації пластових вод та інших факторів.

Після виключення поляризуючого струму спостерігається пониження потенціалів U_ЗП у часі за наступними законами:

а) для порід з електронною провідністю – за формулою В. Н. Дахнова:

; (2.10)

б) для порід з іонною провідністю – за формулою Є. І. Леонтьєва:

, (2.11)

де U_ЗП,0 – різниця потенціалів ЗП у початковий момент часу при t=0; t – час, який пройшов з моменту виключення поляризуючого струму; n – стала, що характеризує мінералогічний склад гірської породи; m – показник, що характеризує кривизну спаду для кривої (для пісковиків змінюється в межах 0,76-1,38); с – стала, яка дорівнює 1.

Методика проведення досліджень. Для вимірювання потенціалів ЗП використовують одно-, двох-, і чотирьохелектродні зонди. Найчастіше використовують чотирьохелектродний потенціал-зонд ЗП А₁0,04М0,04А₂5В (рис. 2.5), конструкція якого дозволяє розмістити вимірювальний електрод М поблизу роздвоєного живлячого електрода А з метою досягнення найбільшого ефекту при вимірюванні U_ЗП та виключити поляризаційний вплив електрода А на електрод М.

РП1 і РП2 – прилади реєстрації для запису кривих ЗП і УО; П – пульсатор; Г – джерело постійного струму; Д – дільник напруги; R₁=R₂=5000 Ом

Рисунок 2.5 – Схема вимірювання потенціалів ЗП

При записі кривої U_ЗП, сила струму живлення підтримується постійно та вибирається такою, щоб був найменший вплив потенціалів власної поляризації порід на величину потенціалу ЗП. Сила струму переважно складає 200-500 мА. Крива U_ЗП реєструється зі швидкістю 800-1000 м/год. Масштаб запису встановлюється рівним 12,5 мВ/см.

Форма кривих U_ЗП напроти одинарних пластів симетрична відносно них. Точка запису – електрод М. Границі пластів встановлюються посередині амплітуди U_ЗП. характерними значеннями аномалії ЗП є екстремальні величини U_ЗП: максимальні напроти пластів з високою викликаною електрохімічною активністю та мінімальні напроти пластів з низькою викликаною електрохімічною активністю.

Задачі, які вирішують за даними методу ЗП. Метод ЗП використовують для виділення пластів вугілля та вкраплених сульфідних руд у розрізах свердловин. Вугілля та руди відмічаються на кривих U_ВП підвищеними значеннями потенціалів ЗП.

В нафтових та газових свердловинах за даними ЗП виділяють проникні інтервали в теригенних колекторах, а також тріщинуваті зони в породах карбонатних розрізів.

Метод ЗП малоефективний в розрізах нафтових і газових свердловин, які заповнені промивною рідиною низького питомого опору (_р<0,5 Ом·м), так як величина U_ЗП, що фіксується, співвимірна із значеннями U_ЗП та перешкодами різного роду.

Методом ЗП виявляють інтервали прориву прісних законтурних вод у процесі розробки нафтових родовищ і виділяють водоносні пласти в гідрогеологічних і інженерно-геологічних свердловинах.