2. Электрические методы исследования скважин

2.1. Методы сопротивлений

ЭК - электрический каротаж основан на измерении электрического поля, самопроизвольно возникающего в скважине и ее окрестностях или создаваемого в скважине искусственно. На практике ЭК заключается в получении значений измеряемой величины в точках скважины в графической или цифровой форме.

Разновидности ЭК отличаются друг от друга измеряемой величиной и характером электрического поля (естественное или искусственное, электрическое или электромагнитное). Наибольшее практическое значение имеют следующие виды ЭК:

а) каротаж потенциалов самопроизвольной поляризации (ПС) или градиет самопроизвольной поляризации (ГПС);

б) каротаж сопротивления (КС), основанный на измерении кажущегося удельного сопротивления горных пород; он может проводиться градиент- и потенциал-зондами - боковое каротажное зондирование (БКЗ) несколькими зондами или стандартный каротаж одним зондом и ПС, зондами с фокусировкой тока - боковой каротаж (БК), микроустановками - микрокаротаж (МК) и боковой микрокаротаж (МБК);

в) индукционный каротаж (ИК), состоящий в измерении кажущейся удельной электропроводности горных пород.

г) диэлектрический каротаж (ДК), основанный на измерении кажущейся диэлектрической проницаемости.

электрокаротаж

электрическое поле электромагнитное поле

естественное поле искусственное поле искусственное поле

ПС ГПС БКЗ МК БК БМК ИК ДК

U_ПС

Рис.2.1. Классификация электрического каротажа:

изменяемые величины: U_ПС потенциал самопроизвольной поляризации; _к кажущееся удельное сопротивление; _ккажущаяся удельная проводимость;

кажущаясядиэлектрическая проницаемость

Электрический каротаж составляет основу комплекса геофизических исследований поисковых, разведочных и эксплуатационных скважин. В перспективных на нефть и газ интервалах скважин проводят детальные электрические исследования, включающие БКЗ, МК, БК, ИК, БМК. Задачами этих исследований являются: расчленение разреза на пласты с разными электрическими свойствами; изучение распределения удельного сопротивления в промытой зоне, зоне проникновения и в неизмененной части пласта; выделение пластов-коллекторов; в благоприятных условиях - определение подсчетных параметров продуктивных пластов.

Наиболее информативные результаты дает каротаж нефтяных и газовых скважин. Обычно по данным каротажа удается выделить пласты, которые могут содержать нефть и газ (продуктивные коллекторы) и наметить перспективные для опробования и эксплуатации объекты, а в ряде случаев определить величины, необходимые для подсчета запасов нефти и газа разведываемого месторождения.

2.1.1. Удельное электрическое сопротивление водных

растворов солей и горных пород

Свойство горных пород проводить электрический ток характеризуется их удельной электропроводностью или величиной, обратной ей, удельным электрическим сопротивлением

,(2.1)

где - полное электрическое сопротивление образца породы (в Ом);

и- площадь поперечного сечения (в м²) и длина (в м) образца.

Из формулы (2.1) следует, что величина измеряется в омметрах. Удельное электрическое сопротивление (УЭС) в 1 Омм равно полному сопротивлению в Ом 1 м³породы с основанием 1 м²и высотой 1м, измеренному перпендикулярно к плоскости куба. Удельное сопротивление горной породы определяется удельным сопротивлением твердой фазы, жидкостей и газов, насыщающих поровое пространство, их объемным соотношением, характером распределения в породе и температурой.

Электропроводность горных пород, наиболее часто встречающихся в природе, не зависит от их минерального состава, поскольку УЭС основных породообразующих минералов (кварц, полевые шпаты, кальцит, ангидрит, галит и др.) соответствует первоклассным изоляторам. Исключение составляют сульфиды и угли, их УЭС меняется от 10^-3до 10 омм.

Пластовые поровые воды представляют собой растворы солей (электролиты) и относятся к классу ионных проводников. Их удельное сопротивление зависит от химического состава растворенных солей, концентрации и температуры. С увеличением общей концентрации солей удельное сопротивление растворов уменьшается. При этом электропроводность раствора приблизительно равна сумме электропроводностей, обусловленных каждой из солей в отдельности. Зависимость удельного сопротивления растворов от химического состава растворенных солей и концентрации ионов выражается формулой

(2.2)

где С_ai,C_ki- концентрации (в молях) i-го аниона и i-го катиона в растворе;_i,u_i- электролитические подвижности анионов и катионов при бесконечном разбавлении (в Ом*cм/моль);f_ai,f_ki- коэффициенты электропроводности анионов и катионов (анионы - отрицательно заряженные частицы, катионы - положительно заряженные частицы). Зависимость сопротивления раствора от температуры выражается соотношением, где_t,₂₀ - удельное сопротивление раствора при t и 20^o,- температурный коэффициент, равный приближенно 0,023^oС.

Горные породы101010101010101010Омм

Ангидриты, каменная соль

Изверженные, метаморфические

Доломиты, известняки плотные

Глинистые сланцы

Песчаники плотные

Песчаники рыхлые

Пески

Глины

Антрациты

Сульфидные руды

Рис.2.2. Удельные электрические сопротивления некоторых горных пород

В пластовых водах обычно преобладает содержание хлористого натрия, которое достигает 70-95 %. Если содержание других солей не превышает 10%, то для практических целей удельное сопротивление пластовой воды оценивается по общей концентрации, приравненной к концентрации NaCl. Если же содержание других солей превышает 10 %, то определение удельного сопротивления воды необходимо проводить с учетом солевого состава.

Для практических расчетов используется график, позволяющий по результатам химических анализов пластовых вод находить суммарную концентрацию раствора, эквивалентную концентрации NaCl. Рассчитав эквивалентное содержание NaCl, с помощью множителей (коэффициентов перехода) по зависимости при заданной температуре определяется искомая величина .

Ион	Cl-	S-O4-	C-O3-	HCO3-	Na+K++	Ca++	Mg++
Коэф. перехода	1	0.5	1.25	0.3	1	1	2