![](/user_photo/2706_HbeT2.jpg)
- •Электрические свойства
- •Основы теории электропроводности вещества
- •Электропроводность минералов, жидких и газовых сред. Минералы
- •Жидкая фаза
- •Газовая фаза
- •Удельное электрическое сопротивление горных пород
- •Удельное сопротивление осадочных пород, Эл. Параметр пористости и пр.
- •Частичное водонасыщение
- •Методы измерения
Электропроводность минералов, жидких и газовых сред. Минералы
По величине и природе проводимости и диэлектрической проницаемости выделяют три группы минералов.
Самородные металлы и их природные образования, графит - вещества с электронной проводимостью; их удельное сопротивление ρ составляет 10-8 ÷ 10-5 Ом·м, значение диэлектрической проницаемости ε стремится к бесконечности.
Большая часть оксидов, сульфидов, арсенидов, селенидов - минералы с электронной и дырочной проводимостью, в основном полупроводники; ρ этой группы 10-6 ÷ 108 Ом·м, ε нередко больше 80, например у арсенопирита, галенита, молибденита, рутила, пирротина. Высокие значения ε обусловлены наличием в этих минералах высокополярных ионов атомов кислорода, серы, меди, железа, свинца и др. Однако в этой группе присутствуют также минералы с небольшими значениями ε и высоким ρ (сфалерит, киноварь, антимонит).
Большая часть минералов третьей группы - типичные диэлектрики с удельным сопротивлением от 5·10-7 до 3·1016 Ом·м (чаще всего ρ>1011 Ом·м) и диэлектрической проницаемостью ε = 4 ÷ 12, причем для большинства минералов характерны ε = 4 ÷ 8. Проводимость минералов третьей группы — ионная, для них характерны различные виды поляризации смещения. К этой группе относится большинство породообразующих минералов осадочных пород — кварц, полевые шпаты, кальцит, доломит, гипс, ангидрит, галит, сильвин. Отдельные минералы этой группы отличаются повышенными значениями ε: алмаз - 16, серицит (гидрослюда) – 19 - 25.
Влияние температуры Т на параметры ρ и ε различных минералов неодинаково. Удельное сопротивление проводников (минералы первой группы) с ростом Т растет благодаря возрастанию интенсивности колебаний ионов кристаллической решетки, препятствующих перемещению электронов; ρ полупроводников и диэлектриков напротив уменьшается с ростом Т благодаря: возрастанию концентрации свободных электронов вблизи дырок и росту числа дырок (полупроводники); увеличению числа подвижных ионов в решетке (диэлектрики). Величина ε минералов вначале с ростом Т не меняется или растет незначительно, а затем, начиная с некоторого значения Т, характерного для данного минерала, возрастает интенсивно до определенного значения ε.
Влияние давления р на параметры ρ и ε минералов незначительно.
Жидкая фаза
Рассмотрим электрические свойства водных растворов электролитов и углеводородных жидкостей.
Вода, насыщающая породу в условиях естественного залегания, является обычно водным раствором солей, среди которых наиболее распространены NaCl, КС1, MgCl2, СаСl2, NaHCO3, Na2SO4. Удельное сопротивление водного раствора сильного одновалентного бинарного электролита, полностью диссоциирующего в воде, при постоянной, например комнатной температуре t = 20 0С, определяется выражением
где u, v — подвижности катиона и аниона; Λ—эквивалентная электропроводность электролита при t = 20 0С, выраженная в Ом-1·см2; Св — концентрация электролита, г-экв/л.
В
еличины
u, v, Λ являются функциями
Св, что необходимо учитывать при расчете
ρB.
Для большинства электролитов, в
частности для типичных солей пластовых
вод, характерно уменьшение u,
v и Λ с ростом Св, что обусловливает
отклонение зависимости ρB
= f(CB)
от линейной в области высоких Св.
Уменьшение u, v, Λ с ростом
Св вызвано усилением взаимодействия
между ионами при движении их в растворе
с ростом концентрации раствора.
При температуре раствора T, отличной от 20°С, ρB определяется выражением
где αT - температурный коэффициент электропроводности, изменяющийся для рассматриваемых электролитов в пределах 0,021 - 0,023 [1/°С].
Величину ρB раствора со сложным составом электролитов рассчитывают по формуле
где Λi и Ci
- эквивалентные электропроводность и
концентрация i-гo электролита в
растворе, содержащем n
электролитов. Величину Λi
определяют для каждого электролита по
данным справочника или экспериментальным
кривым Λn = f(CB)
для заданной суммарной концентрации
с
учетом температуры раствора. Приближенную
оценку ρB
раствора сложного состава выполняют,
определяя ρB
по графикам ρB
= f(CB)
для растворов NaCl, используя в качестве
Св суммарную концентрацию раствора
сложного состава CBΣ
= ΣCi
в г-экв/л. Удельное сопротивление нефтей
составляет 1010 ÷ 1014 Ом·м.