Рис. 86. Кривые ∆Ucп/ξs при различных значениях угла β.
а — одна граница раздела; б — пласт А да,п ≠ А да,вм; 1— β = π/2, 2 — β = 60°; 3 — β = 45°, 4 — р = 15°, 5—β = 0°
ВЛИЯНИЕ УГЛА β ВСТРЕЧИ ПЛАСТА СО СКВАЖИНОЙ При пересечении скважиной наклонно залегающих пластов в тех случаях, когда β <
45°, на кривой Ucп близ границ пласта наблюдается ступень, увеличивающаяся с уменьшением β [21]. При малых углах β амплитуды аномалии Ucп в середине пласта уменьшается (рис. 86, б, кривая 4). Появление ступени близ границ пласта в некоторых случаях позволяет установить крутое падение пород. Однако аналогичные кривые Ucп могут наблюдаться и при β > 40°, когда отсутствует четкая литологическая граница (например, при переходе от глин к пескам через песчаные глины и глинистые пески). С помощью специальной номограммы кривые Ucп для β = π/2 могут быть перестроены в кривые для другого угла β [21].
§ 31. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ ГОРНЫХ ПОРОД
В наиболее часто встречающихся случаях, когда потенциалы собственной поляризации созданы различной диффузионно-адсорбционной активностью изучаемых и вмещающих пород, против изучаемого пласта наблюдается аномалия потенциалов собственной поляризации с амплитудой
(124)
Здесь ξр,вм, ξр,п, ξп,вм —диффузионно-адсорбционные разности (скачки) потенциала на поверхностях: раствор — вмещающие породы, раствор — пласт и пласт — вмещающие породы; Кд,р-вм, Кд,р-п, Кд,п-вм —коэффициенты диффузионной э. д. с. на тех же поверхностях раздела; Ада,п, Ада,вм — диффузионно-адсорбционная активность пласта и вмещающих пород;
115
bc,р-вм, bc,р-п, bc,п-вм —коэффициенты приведения связей между |
∆Uсп lg |
ρф |
и |
lg |
ρв |
к |
|||
ρ |
в |
ρ |
в,вм |
||||||
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|||
линейному виду, зависящие от концентрации солей в пластовых водах и в фильтрате глинистого раствора; ρв,вм — электрическое удельное сопротивление вод, насыщающих вмещающие породы.
При Кд,р-вм = Кд,р-п = Кд,п-вм (что часто наблюдается в условиях скважины -в формуле (124), как и в последующих формулах этого параграфа, Кд, Кда и Aда берутся для температуры изучаемой среды (скважины и окружающей ее породы).
(125)
и при
(126)
При предельно высокой диффузионно-адсорбционной активности Aда,вм вмещающих пород и при Aда,п = 0 (например, чистые неглинистые пески) коэффициент Ксп для различных растворов при температуре 20 °С имеет значения: NaCl — 69,4 мВ, СаС12 — 48,5 мВ, MgCl2
— 51,4 мВ, NaHCO3 — 60 мВ, NaOH — 93 мВ.
Формулу (126) используют для определения удельного сопротивления пластовых вод и оценки одного из значений Ада, если известно другое, например:
(127)
Задача определения диффузионно-адсорбционной активности наиболее точно решается при указанных выше условиях в тех случаях, когда известна диффузионноадсорбционная активность двух сред, из которых одной из них могут быть глины, а другой
—опорная порода с известным значением Ада.
Вэтих условиях для изучаемого пласта
(128)
для опорного пласта
(129)
bc lg ρф
Исключив из последующих соотношений ρс — и решив вновь полученное равенство относительно Ада,x, получим
(130)
116
В частном случае, когда опорный пласт представлен мощным чистым кварцевым песчаником удельного сопротивления ρп ≈ ρвм, при Ада,оп=0,νсп=1
(131)
Если для изучаемого мощного (νсп = 1) песчано-глинистого пласта известно αсп, а ρпп ≈ ρп, то, исходя из формулы (123) и условия Ада,x/Ада,гл=ηгл ≈ χгл, я/Л да, будем иметь
(132)
а при ρп≈ρгл
(133)
Определение диффузионно-адсорбционной активности горных пород облегчается при наличии диаграмм потенциалов собственной поляризации, зарегистрированных с двумя глинистыми растворами удельных сопротивлений ρ'р и ρ»р. Разность амплитуд аномалий ∆Ucп, измеренных с глинистыми растворами различной минерализации [2, 21],
(134)
не зависит от величины ξп,вм и удельных сопротивлений вод, насыщающих пласт и вмещающие породы, что повышает точность расчета.
Решив равенство (134) относительно Ада,п получим
(135)
Отсутствие линейности в зависимости ∆Uсп= f (lg ρф/рв), наблюдающееся при малых значениях ρв и больших разностях ρф — ρв,обусловливает уменьшение амплитуды аномалий ∆Uсп. Если это обстоятельство не учтено, то значения Aда, рассчитанные по формулам (134) и (135), будут больше действительных.
Формулы, приведенные в настоящем параграфе, выведены в предположении равенства нулю диффузионно-адсорбционной активности Aда,р глинистого раствора и отсутствия зоны внутренней глинизации коллектора с диффузионно-адсорбционной активностью Aда,в,гл. Если величина Aда,р практически не сказывается на значениях ∆Uсп и αсп, то внутренняя глинизация существенно их изменяет. В предельном случае, когда зона внутренней глинизации способствует прекращению проникновения фильтрата глинистого раствора и зона проникновения расформировывается (ρв,ф ≈ ρв), вместо величины ξs определяемой формулой (118), будем иметь условно-статический потенциал
(136)
величина ξs,усл может существенно отличаться от ξs, что приводит к резкому снижению амплитуд аномалий ∆Ucп= —νсп ξs,усл, обычно наблюдаемому при бурении глубоких скважин на тяжелых глинистых растворах, и к слабой зависимости αсп от литологии коллектора (В
этих условиях величина 
117
слабо зависит от Aда,п).
Определение диффузионно-адсорбционной активности пород при малом влиянии зоны внутренней глинизации облегчается при переходе от относительных измерений потенциалов собственной поляризации к условно абсолютным измерениям. Для этого необходимо на диаграмме Ucп установить положение «нулевой линии» потенциалов Ucп или «нулевой линии» активностей Aда. Приближенно это выполняется следующими способами: .
УСТАНОВЛЕНИЕ «НУЛЕВОЙ ЛИНИИ» ПОТЕНЦИАЛОВ Uсп
Для определения положения «нулевой линии» потенциалов Ucп в разрезе скважины выделяют опорные пласты, характеризующиеся:
1) достаточно большой мощностью, в условиях которой νcп = 1; 2) удельным сопротивлением, близким к удельным сопротивлениям глинистого раствора и вмещающих пород; 3) отсутствием иных потенциалов, кроме диффузионно-адсорбционных; 4) известным значением коэффициента Кда,оп диффузионно-адсорбционной э. д. с. опорного пласта.
Выделив опорные пласты, наносят на диаграмму Ucп «нулевую линию» (рис. 87, линия 1), проходящую (в масштабе записи кривой Ucп) на расстоянии
(137)
от значения Ucп,оп в опорном пласте (в опорных пластах).
В этом случае оптимальное отклонение кривой Ucп от «нулевой линии» против изучаемого объекта
(138)
где величина Кда относится к породе, залегающей на участке, для которого рассчитывается отклонение ∆Ucп,опт
По формуле (138) можно вычислить одну из величин, входящих в правую ее часть, если остальные известны.
Рис. 87. Кривые Ucп и Ада
а - ρф > ρв; б - ρф < ρв (масштабы Ucп и Ада даны для кривой а); 1 — глины, 2 — глины песчаные, 3 — пески, 4 — пески глинистые, 5 — песчаники, 6 — мергели, 7 — известняки, 8 — известняки глинистые
118
«НУЛЕВАЯ ЛИНИЯ» ДИФФУЗИОННО-АДСОРБЦИОННОЙ АКТИВНОСТИ
«Нулевую линию» диффузионно-адсорбционной активности (см. рис. 87) проводят на расстоянии
(139)
от значения ∆Ucп,оп в опорных пластах (см. рис. 8.7, линия II). От нулевой линии наносят на диаграмму Ucп масштаб диффузионно-адсорбционной активности (в мВ/см), рассчитанный по формуле
(140)
Этот масштаб распространяют на участок кривой Ucп, где ρв постоянно; он пригоден для определения Aда объектов, для которых νcп ≈ 1.
Вместо «нулевых линий» потенциалов собственной поляризации и диффузионноадсорбционной активности часто проводят «условные нулевые линии» по точкам, в которых значения Ucп максимальны (ρф > ρв) — «нулевая линия глин» или Ucп минимальны (ρф > ρв)
— «нулевая линия чистых песков» (в песчано-глинистом разрезе) и «нулевая линия чистых карбонатов» (в карбонатном разрезе) [2].
Отклонение кривой Uсп от «нулевой линии глин» при ρв = ρв,вм Рв, вм
(141)
здесь Кда,гл, Кда,п, Aда,гл, Aда,п —коэффициенты диффузионноадсорбционной активности и дифузионно-адсорбционная активность глин и пласта, для которого отклонение
кривой Uсп равно ∆Uсп,о-гл
Из формулы (141) получаем
(142)
ВНЕСЕНИЕ ПОПРАВОК В ∆Uсп ЗА ПОТЕНЦИАЛ ФИЛЬТРАЦИИ
При наличии потенциалов Uф фильтрации величину составляющей амплитуды аномалии ∆Uсп диффузионно-адсорбционного происхождения рассчитывают по формуле
где при нормальном пластовом давлении потенциал фильтрации
(143)
здесь ρр и ρпл — давление глинистого раствора и пластовое давление (в МПа) на глубине Hпл (в м) залегания коллектора; δр — плотность глинистого раствора (в кг/м3); g — ускорение силы тяжести (в м/с2); Аф,эф — эффективное значение фильтрационной активности, учитывающее зависимость потенциала (Uф от химического состава фильтрующихся вод, мощности h и сопротивления ρп коллектора, мощности hгк и сопротивления ρгк глинистой корки. Расчет составляющей Uф облегчается при наличии двух кривых Uсп, зарегистрированных при различных давлениях глинистого раствора на уровне залегания изучаемого объекта, например, при двух уровнях раствора, различающихся на ∆H. В этих условиях при наличии потенциалов фильтрации амплитуды аномалий ∆Ucп,1 и ∆Ucп,2 будут различаться на
119
(144)
Исключив из системы уравнений (143) и (144) Аф,эф и решив ее относительно Uф, получим
(145)
или в условиях нормальных пластовых давлений (ρпл = Нплδв,cрg)
где δв,ср — средняя плотность пластовых вод до глубины Нпл. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФИЛЬТРАЦИОННОЙ АКТИВНОСТИ
Формула (144) дает возможность рассчитать эффективное значение фильтрационной активности в единицах 
(146)
§ 32. ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ИНТЕРПРЕТАЦИЯ ДИАГРАММ ПОТЕНЦИАЛОВ СОБСТВЕННОЙ ПОЛЯРИЗАЦИИ
При геологической интерпретации диаграмм потенциалов собственной поляризации исходят из следующих основных положений.
Потенциалы Uсп собственной поляризации находятся в прямой зависимости от диффузионно-адсорбционной активности горных пород и, следовательно, от их относительной глинистости. Коэффициентом, связывающим разность диффузионно-
адсорбционных активностей с амплитудой аномалий ∆Uсп, является lg ρф .
ρв
Вследствие этого и также возможности существования фильтрационных и окислительно-восстановительных потенциалов для обоснованной геологической интерпретации диаграмм ∆Uсп необходимо знать соотношение между ρф и ρв и величину разности между гидростатическим давлением рр глинистого раствора на уровне исследуемого пласта и пластовым давлением рп, а также располагать сведениями о наличии окислительно-восстановительных потенциалов и нефильтрующих зон внутренней глинизации.
Если минерализация пластовых вод выше минерализации фильтрата глинистого раствора и пластовое давление ниже гидростатического давления раствора на уровне пласта, то в разрезе осадочных пород в большинстве случаев отрицательными аномалиями ∆Uсп отмечаются чистые песчаные, карбонатные и гидрохимические осадки: положительными аномалиями ∆Uсп — глины и сильно заглинизированные породы (см. рис. 87, а).
При минерализации пластовых вод меньшей минерализации фильтрата глинистого раствора и пластовом давлении, превышающем гидростатическое давление раствора на уровне пласта, знак аномалии ∆Uсп в указанных породах противоположен (см. рис. 87, б).
Если минерализация и гидростатическое давление глинистого раствора одновременно ниже или выше минерализации и давления пластовых вод, то против песчаных пород могут быть получены как отрицательные, так и положительные аномалии ∆Uсп в зависимости от преобладания интенсивности диффузионно-адсорбционных или фильтрационных процессов. Еще сложнее интерпретировать диаграммы Uсп в тех случаях, когда наряду с диффузионноадсорбционными потенциалами существуют окислительно-восстановительные потенциалы. При этом некоторые глины и сланцы среди ископаемых углей и глины среди других глин
120