Дать описание геофизического метода( №6 электрокаротаж) изучения горных пород

Электрический каротаж. Электрокаротаж представляет собой непрерывную запись электрических свойств, вскрываемых скважиной: отложений и содержащихся в них флюидов (рис. 1). Измерения производятся в необсаженной трубами части ствола скважин, бычно при вращательном способе бурения, когда ствол заполнен буровым раствором. Они осуществляются с помощью скользящих электродов, помещенных в изолированную трубку, называемую зондом, которая опускается в скважину. Электроэнергия, вырабатываемая установленным на поверхности земли генератором, по одной из жил кабеля передается вниз к соответствующему электроду, который сообщает ее окружающим породам; в то же время соседние электроды, соединенные с другими жилами кабеля, принимают поступающий из пород заряд и направляют его к поверхности, где он фиксируется на ленте светочувствительной бумаги, которая движется синхронно с зондом, перемещающимся во стволу скважины. Расстояние между принимающими заряд электродами в зонде (разнос электродов) меняется в зависимости от геологических особенностей и стратиграфических условий [т.е. литологического состава отложений] района бурения.Впервые электрокаротаж был применен на небольших французских месторождениях нефти в Пешельбронне. В Венесуэле этот метод геофизических исследований скважин применяется с 1929 г., а вскоре он появился и в СССР, где быстро получил широкое распространение. В 1931 г. он был внедрен в Румынии, после чего стал использоваться во всех нефтедобывающих регионах земного шара. В настоящее время проводится электрокаротаж любой скважины, пробуренной вращательным способом. В зависимости от конкретных условий каротаж одних скважин производится на разных стадиях бурения, других ‑ только после его завершения.Электрокаротаж стал самым эффективным геологическим методом исследований. Промысловые геологи и инженеры настолько свободно владеют им, что при построении геологических профилей и схем корреляции для выяснения вопросов стратиграфии и структурных особенностей тех или иных отложений пользуются обычно исключительно данными электрокаротажа (рис. 2). Электрокаротажная диаграмма не может полностью заменить данные литологического и палеонтологического изучения разреза, но несет в себе дополнительную информацию относительно вскрываемых скважиной пород и заключенных в них флюидов. Каждый из описанных видов исследования скважин дополняет другие методы. Электрокаротаж применяется главным образом для корреляции отложений, пройденных различными скважинами, установления и измерения их пористости и выявления характера пластовых флюидов. За короткий период со времени внедрения этого метода в практику нефтепромысловых работ интерпретация данных электрокаротажа выросла из технической дисциплины в науку.С помощью электрокаротажа определяются два геофизических параметра пройденных толщ пород и сопутствующих им флюидов: электрический потенциал и удельное электрическое сопротивление.

Электрический потенциал. Диаграмму электрического потенциала вскрытых скважиной пород называют также кривой спонтанного потенциала, или кривой естественной поляризации, и обозначают индексом ПС (PS). Ее обычно помещают на левой стороне отпечатанной каротажной ленты. Значения ПС выражаются в милливольтах и отсчитываются от осевой линии, располагающейся близ центра электрокаротажной диаграммы. Породы с повышенным электрическим потенциалом отображаются отрезками кривой, отходящими на разные расстояния влево по шкале в милливольтах. Считается, что электродвижущая сила, вызывающая ток ПС, который измеряется при проведении соответствующего вида каротажа, возникает в результате развития двух физических процессов ‑ электрофильтрации и электроосмоса. Электрические потенциалы, возникающие как следствие этих процессов, в большинстве случаев суммируются, и потому наложение их увеличивает амплитуду кривой ПС (см. рис. 1).Электродвижущая сила, обусловленная процессами фильтрации, считается по своей природе электрокинетической. Она прямо пропорциональна давлению и электрическому сопротивлению фильтрующейся жидкости и обратно пропорциональна ее вязкости. Этой жидкостью является вода бурового раствора, который находится в стволе скважины; она представляет собой электролит, легко фильтрующийся через проницаемый твердый диэлектрик в пористые породы стенок скважины. Гидростатическое давление бурового раствора обычно превышает пластовое давление в проницаемых горизонтах, и поэтому часть воды бурового раствора фильтруется в окружающие породы через глинистую корку на стенках скважины. Проявление электродвижущих сил фиксируется прежде всего там, где разность давлений максимальна, т.е. на глубинах залегания проницаемых пород. Фильтрация воды из скважины в окружающие пласты создает отрицательный потенциал, а фильтрация в обратном направлении ‑ из пород в скважину ‑ приводит к возникновению положительного потенциала; чем выше скорость фильтрации, тем больше разность потенциалов. В тех случаях, когда давление жидкостей в пласте и скважине одинаково, никакого тока, обусловленного фильтрацией, не обнаруживается, и кривая ПС расположится у нулевой линии даже на уровне вскрытых пористых пород. На практике обычно происходит движение жидкости из скважины в окружающую среду, и потому электрический потенциал, как правило, отрицательный.

Рис. 1. Типовой электрокаротажный разрез, состоящий из кривой ПС (слева), литологической колонки (в центре) и кривой сопротивления (справа) (Stгattоn, Fогd, Electric Logging, in L.W. LeRoy (ed.), Subsurface GeoL Methods,Colo.Sch. Mines, p. 365, Fig. 152, 1951).

Вторая причина, определяющая возникновение самопроизвольной поляризации, а именно электроосмос, относится к явлениям электрохимическим. Когда два электролита контактируют между собой, возникает электродвижущая сила. В буровой скважине такими электролитами являются буровой раствор и минерализованная вода вскрываемых пород. В большинстве случаев пластовые воды на разных глубинах характеризуются различной минерализацией. При различии в минерализации бурового раствора и пластовых вод генерируется электродвижущая сила. Если концентрация солей, или минерализация воды, в пласте выше, чем в буровом растворе, электрический ток течет из скважины в окружающие породы, и против пористой зоны (по сравнению с горизонтом развития глинистых пород) будет отмечаться отрицательная аномалия. При каротаже скважин чаще всего наблюдается именно такая картина. Если же солености пластовых вод и глинистого раствора одинаковы, никакого электрического потенциала, связанного с явлением электроосмоса, не образуется. И, наконец, когда минерализация бурового раствора превышает соленость пластовых вод, что бывает после вскрытия скважиной пластов каменной соли, электрический ток движется к скважине, и против зоны развития пористых отложений (по сравнению с глинистыми породами) будет наблюдаться положительная аномалия самопроизвольной поляризации.

Рис. 2. Разрез, показывающий возможность использования электрокаротажных диаграмм для сопоставления вскрытых скважинами отложений (Stratton, Hamilton, in L.W. LeRoy (ed.), Subsurface Geol. Methods, Colo, Sch. Mines, p. 638, Fig. 336, 1951).

Второстепенной причиной возникновения электрического потенциала в проходимых скважиной породах может стать избирательная (полярная) адсорбция заряженных ионов некоторыми входящими в состав пород минералами, в особенности глинистыми.Таким образом, диаграмма самопроизвольной поляризации, получаемая при электрометрическом исследовании скважин, представляет собой результат совместного проявления процессов электрофильтрации, электроосмоса и адсорбции ионов.Обычно при бурении поддерживают более высокое гидростатическое давление промывочной жидкости в скважине, чем пластовое давление; поскольку же концентрация солеи в пластовых водах, как правило, превышает соленость воды бурового раствора, то действие обоих этих факторов суммируется, а их общий эффект выражается соответствующей алгебраической суммой. Лишь в исключительных случаях, например при вскрытии соленосных отложений, глинистый раствор может стать более минерализованным, чем пластовая вода. В таких условиях эффект самопроизвольной поляризации может стать положительным. Залегающим на небольшой глубине и насыщенным пресной водой песчаным породам могут соответствовать близкие к нулю или незначительные величины естественного потенциала. Бывает также, что залегающий на большой глубине песчаный пласт с высоким давлением и находящийся на грани фонтанирования характеризуется низкими начениями самопроизвольной поляризации, а иногда и отсутствием электрического потенциала; это объясняется частичным перетоком воды из песчаника в скважину и связанным с этим ослаблением эффекта электрофильтрации. В неглубоко залегающих песчаных породах, содержащих артезианскую воду, поступающую в скважину, эффект элекрофильтрации может стать обратным.

Удельное электрическое сопротивление. Породы сильно различаются но своей электропроводности и удельному электрическому сопротивлению. Эти различия обусловлены преимущественно насыщающими породы флюидами, такими, как вода, нефть и газ, которые содержатся в пористых и проницаемых разностях. Сухие породы являются диэлектриками. Флюидами, содержащимися в породах, являются: 1) адсорбированная или связанная вода, которая заключена в мельчайших порах сланцев и глин и неспособна к циркуляции из-за низкой проницаемости вмещающих пород; 2) пресная или соленая вода, свободно циркулирующая в проницаемых породах (плотные породы, такие, как граниты, кварциты, гнейсы, мрамор, гипс, ангидрит, каменная соль и уголь, имеют столь незначительную пористость и соответственно влагонасыщенность, что относятся к очень плохим проводникам электричества, обладающим высоким удельным электрическим сопротивлением); 3) нефть и газ, занимающие ту или иную часть порового пространства породы.Вода, содержащая одну или несколько растворимых солей, является электролитом и может проводить электричество. Нефть и газ не относятся к диэлектрикам и обладают высоким удельным сопротивлением. Удельное сопротивление пород, как установлено при проведении каротажа скважин, зависит от степени их насыщения газом, нефтью и водой, концентрации солей в воде и физических свойств самих пород, особенно их пористости. В прежние годы при электрокаротаже скважин отдельные диаграммы удельного сопротивления составлялись одновременно для нескольких вариантов разноса электродов в зондах. Комплект зондов включал малый потенциал-зонд с разносом электродов от 20 дюймов до 7 футов и градиент-зонд с разносом электродов от 15 до 20 футов. Увеличение разноса электродов способствовало более глубокому проникновению электрического тока в окружающие породы ‑ на расстояние, куда уже не проникал фильтрат бурового раствора. В последнее время стал применяться индукционный каротаж (см. ниже), который вытеснил из употребления электрокаротажные измерения с помощью большого потенциал-зонда и градиент-зонда. Современный комплекс стандартного электрокаротажа является по существу «индукционно-электрическим» и состоит из диаграмм: 1) удельной проводимости, а соответственно и удельного сопротивления, определенных индукционным способом; 2) удельного сопротивления, измеренного малым потенциал-зондом (с разносом электродов в 16 дюймов) и 3) электрического потенциала, или естественной поляризации (ПС).

Задание №23.