Глава 7: Электрические свойства горных пород

7.1 Удельное электрическое сопротивление

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

(7.1),

где R — полное электрическое сопротивление образца породы (в Ом); S и L — площадь поперечного сечения (в м²) и длина (в м) образца.

Величина измеряется в [ом×метрах]. Удельное электрическое сопротивление в 1 Ом×м равно полному сопротивлению в Ом 1 м³ породы с основанием 1 м² и высотой 1 м, измеренному перпендикулярно к плоскости куба.

Удельное сопротивление горной породы определяется удельным сопротивлением твердой, жидкой и газовой фазами, их объемными соотношениями, характером распределения в породе и температурой.

Удельное сопротивление твердой фазы пород определяется электрическими свойствами составляющих её минералов. Минералы весьма разнообразны по своему удельному сопротивлению, которое изменяется в широких пределах (10^-6—10¹⁵ Ом×м). В природных условиях содержание в осадочных породах минералов повышенной электропроводности невелико и, как правило, не приводит к существенному изменению удельного сопротивления скелетной части. В связи с этим для большинства минералов слагающих скелетную часть ОГП (кварц, полевые шпаты, кальцит, слюды и др.) удельное сопротивление изменяется от 10¹⁰ до 10¹⁵ Ом×м. Поэтому для таких пород ее удельное сопротивление принято считать практически бесконечным.

Присутствие в скелетной части твердой фазы полупроводящих минералов (графит, пирит, магнетит и др.) снижает ее удельное сопротивление в зависимости от их количественного содержания и характера распределения.

Вода, заполняющая поровое пространство, представляет собой растворы солей (электролиты) и относятся к классу ионных проводников. В большинстве случаев пластовые воды представляют собой растворы хлористого натрия, содержание которых достигает 70—95 %.

Удельное сопротивление пластовой воды зависит от химического состава, концентрации и температуры растворенных солей. Электрическое удельное сопротивление ρВ пластовых (поровых) вод в зависимости от концентрации и химического состава растворенных солей, а также температуры существенно изменяется от сотых долей до единиц и реже десятков ом×м (пресные воды). С увеличением общей концентрации солей удельное сопротивление растворов уменьшается. При этом электропроводность раствора приблизительно равна сумме электропроводностей, обусловленных каждому из растворов солей в отдельности.

Зависимость удельного сопротивления раствора от температуры достаточно велика. С увеличением температуры удельное сопротивление водных растворов закономерно уменьшается.

Зависимость удельного сопротивления пород от температуры аналогична зависимости для водных растворов - с увеличением температуры удельное сопротивление пород уменьшается.

Удельное сопротивление природных нефтей и газов во много раз превосходит удельное сопротивление пластовых вод и соизмеримо с удельным сопротивлением скелетной части твердой фазы пород.

Практически электропроводность нефтей и газов принимается равной нулю, а удельное электрическое сопротивление считается бесконечным.