Определение удельного электрического сопротивления пластов

По результатам замеров КС одним зондом можно определить границы пластов и лишь приближенно судить о величине удельного электрического сопротивления горных пород. Для более точного определения УЭС пластов по кривым кажущегося сопротивления применяют специальную методику – боковое электрическое (каротажное) зондирование - БЭЗ (БКЗ).

Методика БКЗ заключается в измерении кажущегося сопротивления с помощью нескольких зондов, как правило – градиент-зондов, различной длины. Чем больше размер зонда, тем больше радиус исследования. Измерение КС зондами разных размеров позволяет при интерпретации учесть влияние бурового раствора на величину кажущегося сопротивления, найти истинное удельное электрическое сопротивление пласта, оценить удельное сопротивлении и глубину зоны проникновения фильтрата бурового раствора в пласт.

Размер зондов для БКЗ изменяется от 1-2 до 20-30 диаметров скважины. Тип зондов зависит от характера изучаемого разреза и выбирается опытным путем.

По результатам измерения кажущегося сопротивления зондами разной длины строят в каждом изучаемом пласте наблюденную кривую зондирования – зависимость КС от длины зонда (в двойном логарифмическом масштабе). При этом для отсчета кажущегося сопротивления используют средние, максимальные или оптимальные значения, найденные по определенным правилам в пределах изучаемой аномалии (рис. 3.3)

В пластах большой мощности и неоднородного строения используют средние значения, а в пластах малой мощности –максимальные. Построенные наблюденные кривые зондирования сопоставляют с модельными кривыми (палетками, рис. 3.4), для которых уже известны расчетное удельное электрическое сопротивление пласта и глубина проникновения фильтрата бурового раствора. Для этого сопоставления на бланке с наблюденной кривой зондирования наносят оси зондирования: горизонтальная ось должна соответствовать удельному сопротивлению бурового раствора; вертикальная ось – диаметру скважины.

Различают четыре основных типов кривых БКЗ (рис. 3.5):

1 тип – двухслойные кривые зондирования, наблюдаемые в пластах большой мощности при отсутствии проникновения бурового раствора;

2 и 3 типы – трехслойные кривые зондирования, наблюдаемые при проникновении фильтрата бурового раствора, понижающего (2 тип) или повышающего (3 тип) сопротивления пласта;

4 тип – наблюдается в тонких пластах высокого удельного сопротивления.

Используя типы кривых рис. 3.5 можно на качественном уровне оценить геоэлектрическую обстановку системы «пласт-скважина».

3.2. . Метод потенциалов собственной поляризации

Основы метода ПС.

Методом ПС изучают естественные электрические поля, возникающие в скважине и породах в результате физико-химических процессов диффузии солей в электролитах, фильтрации жидкости и окислительно-восстановительных реакций [6,10,13]. Главную роль в формировании естественных электрических полей в скважине, заполненной буровым раствором на водной основе, играют потенциалы диффузионного происхождения.

В методе ПС регистрируют диаграмму изменения по разрезу скважины разности потенциалов между электродом М, перемещающимся по стволу скважины, и электродом N, расположенным на земной поверхности вблизи устья скважины.

Диффузионная ЭДС.

При непосредственном контакте растворов электролита разной концентрации на границе растворов в результате диффузии ионов из раствора большей концентрации в раствор меньшей возникает двойной электрический слой (ДЭС) с разностью потенциалов Ед.

Для одновалентного электролита и температуре 20 ^оС величина потенциала (в мВ) определяется формулой

(3.2)

где: n₊, n_- - числа переноса катионов и анионов, характеризующие доли электричества, переносимого при диффузии катионами и анионами; С₁ и С₂ – концентрации растворов.

Из выражения (3.2) следует, что диффузионная разность потенциалов возникает при условии: С₁ ≠ С₂ и n₊≠ n_-.

В пластовых водах большинства месторождений (и в буровом растворе) преобладает хлорид натрия. Числа переноса катионов Na и анионов Cl равны соответственно 0,4 и 0,6.

(3.3)

Таким образом, для растворов NaCl при температуре 20 ^оС коэффициент диффузионной ЭДС Кд=-11,6 мВ, а более разбавленный раствор заряжается отрицательно.

Диффузионно-адсорбционная ЭДС.

Диффузионная ЭДС возникает в случае диффузии в свободном растворе, когда поверхность твердой фазы породы не оказывает влияние на диффузию ионов через поровую воду. В чистом виде диффузионная ЭДС возникает при диффузии через пористые пески и песчаники, трещиноватые карбонатные породы.

Иное дело глины – высокодисперсные мелкопористые образования. Основную часть порового пространства глин занимает двойной электрический слой, возникший на контакте твердой глины и электролита в результате процессов адсорбции. ДЭС сформирован положительными ионами, поскольку поверхность глин в результате катионного обмена с электролитом заряжена отрицательно.

Адсорбционные слои присутствуют в любом поровом пространстве, но влияние ДЭС на диффузионные процессы становится существенным, если размер пор (r) оказывается соизмеримым с толщиной ДЭС (d) и диффузия осуществляется преимущественно за счет ионов ДЭС, то есть катионов.

Если d/r→1, то n₊ →1, а n_- → 0, поэтому в пределе величина диффузионно-адсорбционной ЭДС (Еда) в соответствии с формулой (3.2) для раствора одновалентного электролита приобретает вид

(3.4)

где Кда – коэффициент диффузионно-адсорбционной ЭДС.

В этом случае разбавленный раствор имеет положительный заряд по отношению к более концентрированному. Значение Еда отличается от Ед и по величине и по знаку.

Электрохимическое поле диффузионного происхождения в скважине.

Естественное электрическое поле диффузионной природы в

пласте-песчанике приведено на рис. 2.1. На границах скважина-глина, скважина-песчаник и пласта песчаника с вмещающими глинами возникают ДЭС, обусловленные диффузией солей, растворенных в пластовых водах и буровом растворе. При измерении потенциала ПС по оси скважины против песчаников и песков будет наблюдаться отрицательная аномалия (Es) на фоне вмещающих глин.

Из-за отсутствия на диаграмме ПС линии нулевых значений потенциала ПС за условную нулевую линию принимают «линию глин» (рис. 3.6). Тогда величина амплитуды аномалии ПС (Еs) определяется соотношением

……..(3.5)

Для количественных расчетов часто удобнее использовать относительную амплитуду потенциала ПС

(3.6)

где: α_ПС– относительная амплитуда потенциала ПС; Es(max) – максимальная амплитуда потенциала ПС в исследуемом участке разреза, обычно соответствующая пластам чистых песков (песчаников).