3.2. Метод потенціалів самочинної поляризації гірських порід

Метод самочинної поляризації (ПО найбільш поширений при вивченні розрізів сверд­ловин. Замірюється значення у свердловині з допомогою вимірювальних електродів М і N. Електрод М, який з'єднаний з вимірювальною апаратурою, поміщається у свердловину і пересувається вздовж її осі, а електрод N закріплюється нерухомо поблизу гирла свердлови­ни. З допомогою гальванометрів реєструється різниця потенціалів, , яка виникає:

де — потенціали електричного поля на електродах М і N.

Виникнення потенціалів самочинної власної поляризації зумовлено дифузією солей із пластових вод у промивну рідину і навпаки, а також адсорбцією іонів на поверхні мінералів, що складають гірську породу; фільтрацією води із промивної рідини в породу, або пластової води у свердловину; реакціями окислення і відновлення, що відбуваються у породах та на контакті їх з промивними рідинами, а також металами. В результаті цих процесів виника­ють дифузійно-адсорбційні, фільтраційні й окисновідновні потенціали, значення і знак яких визначаються співвідношенням мінералізації пластових вод і фільтрата промивної рідини, мінеральним складом і структурою гірських порід та іншими факторами. Таким чи­ном, вимірювання потенціалів електричного поля гірських порід дає інформацію про літологію розрізу свердловини, колекторські властивості порід і наявність в них корисних копалин.

65

Дифузійно-адсорбційні потенціали виникають при наявності контактних розчинів електролітів пластової води з концентрацією і фільтрату промивної рідини з концент­рацією Дифузійна ЕРС визначається формулою Нернста:

(3.1)

де — коефіцієнт дифузійної ЕРС,

R = 8,31 Дж/°С - універсальна газова стала; Т - абсолютна температура розчинів, К; F=96494 К/моль - число Фарадея; — кількість катіонів і аніонів, на які дисоціює одна молекула електроліту, і їх валентності відповідно; - електролітичні рухомості катіона і аніона, ом^-1 • см².

Для реальних розчинів вираз (3.1) набуває вигляду

(3.2)

де — активності води і фільтрату; - коефіцієнти активності, які враховують вплив сил взаємодії між іонами в реальних розчинах. Для пластових вод і фільтрату спостерігається обернено пропорційний зв'язок активності електроліту і його питомого опору.

Тоді вираз (3.2) можна передати у вигляді

де і — питомий електричний опір розчинів з концентраціями С_а і С_в . Якщо на межі двох розчинів їх концентрації однакові, то Е_д = 0.

На контакті порід різного складу або розчину і породи виникає дифузійно-адсорбційна різниця потенціалів

_(3.3)

де = — коефіцієнт дифузійно-адсорбційної ЕРС;— дифузійно-ад-сорбційна активність породи, для різних гірських порід величина змінюється від — 10 до 70 мВ, при збільшенні у породі глинистого матеріалу вона зростає.

У свердловині в інтервалах однорідних високодисперсних глинистих порід виникає найбільше додатне значення різниці потенціалів Е_д.а. Найменшими значеннями величини характеризуються чисті піщанисті та карбонатні породи з високою пористістю і про­никністю, де переважають потенціали дифузії. На контакті чистого пісковику з чистою гли­ною ( =58 мВ, = -11,6 мВ) спостерігається максимальна статична амплітуда ПС.

= -[58-(-11,6)] =-69,6

В загальному випадку цю формулу можна записати у вигляді

де величина змінюється від 0 до 69,6 мВ залежно від глинистості піщаної породи і піщанистості глин.

У свердловинах реєструється не статична, а спостережувальна амплітуда ПС , яка є складовою частиною статичної амплітуди і дорівнює падінню напруги на ділянці кола, ут­вореного свердловиною:

(3.4)

66

де - — сила струму; — відповідно опори ділянок кола свердловини, пласта і вміщуючих глин.

У пластах великої товщини (понад їм) невисокого опору амплітуда = ΔF. Якщо , то <0 і піщаний пласт відзначається від'ємною аномалією ; при < ,-додатною. За умови, що = , величина = 0 і аномалія 0.

Статична і спостережувальна амплітуда ПС залежать від температури пласта. Темпе­ратурний параметр (t+273)/291. Таким чином, , де -статич­на амплітуда ПС при t - 18°С.

На практиці використовуються відносні амплітуди ПС = , де —амплітуда навпроти пласта, який вивчається, - амплітуда аномалії ПС у пласті великої товщини, для якого =і є найбільшою у розрізі порід.