Удельное электрическое сопротивление горных пород
Удельное электрическое сопротивление (УЭС)— есть сопротивление куба породы с ребром 1 м. Его рассчитывают по формуле: P=RS/L
де R — сопротивление, Ом; S — сечение проводника, м2; L —длина проводника, м. Соответственно единицей измерения УЭС является омметр (Ом • м).
Величину, обратную р удельную электрическую проводимость s— измеряют в сименсах на метр (См/м) применяют также миллисименс на метр (мСм/м)
Минералы, слагающие матрицу (скелет) горной породы могут быть проводниками, полупроводниками и диэлектриками. Минералы-проводники .объединены в группу самородных металлов: золото, серебро медь и др. Для них характерна электронная проводимость. Для полупроводников (соединений кремния, германия, серы, мышьяка, фосфора) характерна электронно-дырочная и у минералов-диэлектриков преобладает ионная проводимость.
Как известно, электрическая проводимость горных пород может иметь электронный и ионный характер (см. гл.4). Удельное электрическое сопротивление горных пород с ионной проводимостью зависит, главным образом, от количества содержащейся в них воды и степени ее минерализации, т.е. от коэффициента пористости породы kn и удельного сопротивления пластовой воды ρв которое приблизительно обратно пропорционально ее минерализации. Измерив удельное электрическое сопротивление водонасыщенной породы ρвп и зная сопротивление ρв можно определить kn, воспользовавшись эмпирической зависимостью:
где Pn — параметр пористости; αn , m — константы для конкретного типа пород,
определяемые, как правило, на основе исследования керна. Для глин и сильно глини-
стых пород формула , в принципе, не выполняется, так как ионы диффузного слоя
обеспечивают высокую удельную проводимость водонасыщенных глин и при малой
минерализации пластовых вод (удельное сопротивление глин не превосходит обычно
30 Ом м).
В нефтегазонасыщенных породах только часть порового пространства занята водой, поэтому их удельное сопротивление больше, чем у пород водонасыщенных. Это увеличение оценивают параметром насыщения: Pn = ρнп / ρвп ,
где ρнп—удельное электрическое сопротивление нефтенасыщенной породы. Зная
корреляционную зависимость между Pn и коэффициентом нефтегазонасыщенности knг
или водонасыщенности kв. (kв =1— knг) для данного района, можно, измерив ρвп и ρнп,
найти knг. Для ориентировочных расчетов Pn = 1 / kв2.
Полезные ископаемые с электронной проводимостью (руды, графит, антрацит)
идентифицируют по минимумам удельного сопротивления, а их содержание оценивают по соответствующим корреляционным зависимостям.
Пластовая вода находится в капиллярах. Схематический разрез капилляра приведен на
рис. 7.1. На границе твердой и жидкой фаз в капилляре образуется двойной электрический слой: положительные ионы адсорбируются твердой фазой и компенсируют отрицательный заряд, образующийся на поверхности твердого тела при его контакте с водой. Слой положительных ионов неоднороден. Та его часть, которая ближе к твердой фазе, неподвижна, удаленная же (диффузный слой) подвижна и адсорбированные в ней ионы также диффундируют в сторону меньшей концентрации, т.е. в сторону скважины. Центральную часть капилляра занимает электронейтральный канал, содержащий катионы и анионы. Следовательно, объемный заряд против содержащего капилляры пласта обусловлен разницей количества катионов, поступающих из диффузного слоя, и количества анионов, поступающих из электронейтрального канала. Таким образом, он обусловлен не только диффузионной, но и диффузионно-адсорбционной активностью.
Вопрос
Удельное электрическое сопротивление (УЭС)— есть сопротивление куба породы с ребром 1 м. Его рассчитывают по формуле: P=RS/L
де R — сопротивление, Ом; S — сечение проводника, м2; L —длина проводника, м. Соответственно единицей измерения УЭС является омметр (Ом • м).
Величину, обратную р удельную электрическую проводимость s— измеряют в сименсах на метр (См/м) применяют также миллисименс на метр (мСм/м)
Минералы, слагающие матрицу (скелет) горной породы могут быть проводниками, полупроводниками и диэлектриками. Минералы-проводники .объединены в группу самородных металлов: золото, серебро медь и др. Для них характерна электронная проводимость. Для полупроводников (соединений кремния, германия, серы, мышьяка, фосфора) характерна электронно-дырочная и у минералов-диэлектриков преобладает ионная проводимость.
Пластовая вода находится в капиллярах. Схематический разрез капилляра приведен на
рис. 7.1. На границе твердой и жидкой фаз в капилляре образуется двойной электрический слой: положительные ионы адсорбируются твердой фазой и компенсируют отрицательный заряд, образующийся на поверхности твердого тела при его контакте с водой. Слой положительных ионов неоднороден. Та его часть, которая ближе к твердой фазе, неподвижна, удаленная же (диффузный слой) подвижна и адсорбированные в ней ионы также диффундируют в сторону меньшей концентрации, т.е. в сторону скважины. Центральную часть капилляра занимает электронейтральный канал, содержащий катионы и анионы. Следовательно, объемный заряд против содержащего капилляры пласта обусловлен разницей количества катионов, поступающих из диффузного слоя, и
количества анионов, поступающих из электронейтрального канала. Таким образом, он обусловлен не только диффузионной, но и диффузионно-адсорбционной активностью.
Подвижные ионы дифуззионного слоя концентрация которых всегда выше чем в электронейтральной части раствора, обеспечивает дополнительную поверхностную проводимость. В глинах и глинистых породах диаметры капилляров которых соизмеримы с толщинами диффузных слоев. Поэтому УЭС глин не прквышает 30-40 Ом. Даже при пропитке пресной водой. Для учета влияния поверхностной проводимости на УЭС на рп введен параметр поверхностной проводимости П:
Вопрос
Диффузионно-адсорбционная ЭДС. Пластовые и скважинные воды являются
электролитами, поскольку в них присутствуют ионы растворенных солей. В подав-
ляющем большинстве случаев — это ионы натрия и хлора. Ионы диффундируют в различных направлениях, однако результирующий поток диффузии направлен в сторону раствора меньшей концентрации, каким обычно является вода, составляющая основу промывочной жидкости. Анионы — ионы хлора — движутся быстрее, чем катионы —ионы натрия. Поэтому в скважине против содержащего пластовую воду коллектора ионов хлора оказывается больше, чем ионов натрия. Возникший объемный отрицательный заряд обусловливает наличие ЭДС, которую из-за происхождения называют диффузионной. Ее величина ЕД может быть оценена по формуле:
ЕД = - 11,6 lg CВ / CФ
где СВ , СФ — концентрации NaCI в пластовой воде и фильтрате промывочной жидкости соответственно.
Пластовая вода находится в капиллярах. Схематический разрез капилляра приведен на
рис. 7.1. На границе твердой и жидкой фаз в капилляре образуется двойной электрический слой: положительные ионы адсорбируются твердой фазой и компенсируют отрицательный заряд, образующийся на поверхности твердого тела при его контакте с водой. Слой положительных ионов неоднороден. Та его часть, которая ближе к твердой фазе, неподвижна, удаленная же (диффузный слой) подвижна и адсорбированные в ней ионы также диффундируют в сторону меньшей концентрации, т.е. в сторону скважины. Центральную часть капилляра занимает электронейтральный канал, содержащий катионы и анионы. Следовательно, объемный заряд против содержащего капилляры пласта обусловлен разницей количества катионов, поступающих из диффузного слоя, и
количества анионов, поступающих из электронейтрального канала. Таким образом, он обусловлен не только диффузионной, но и диффузионно-адсорбционной активностью.
Результирующую диффузионноадсорбционную ЭДС оценивают по формуле:
где s — сечение капилляра; s1, s2 —сечения канала и диффузного слоя соответст-
венно; kД — коэффициент диффузионной активности; АДА — диффузионно-
адсорбционная активность породы; kПС — коэффициент аномалии ПС или электрохи-
мическая активность. Для раствора NaCI kД = - 11,6; АДА = 58. При уменьшении диа-
метра капилляра толщина диффузного слоя изменяется мало, диаметр же электроней-
трального канала уменьшается и в пористых непроницаемых породах, какими являются
глины, стремится к нулю. Соответственно отношение s1/ s также стремится к нулю, a
s2 / s → 1. Поэтому в чистых глинах:
В хороших коллекторах (например, чистых крупнозернистых песчаниках) s1/s →l,
a s2/ s → 0. В связи с этим:
Значения kПС и, соответственно, аномалии ПС характеризуют литологию пород и
их проницаемость. Например, изменение kПС от -11,6 до 58 соответствует переходу от
чистых, хорошо проницаемых песчаников к песчаникам глинистым, далее — к песча-
нистым глинам и, наконец, к чистым непроницаемым глинам.
Методы ПС, основанные на диффузионно-адсорбционной активности, можно
применять в нефтегазовых, гидрогеологических и инженерно-геологических скважинах
для выделения коллекторов, оценки их глинистости и связанной с этим проницаемости,
для выделения глин и глинистых разностей, образующих непроницаемые и плохо про-
ницаемые пласты, для корреляции разрезов по хорошо выдержанным толщам.
Кроме того, поскольку значение ЕДА пропорционально lg СВ / СФ, зная концен-
трацию солей в фильтрате промывочной жидкости СФ, можно оценить их концентра-
цию в пластовой жидкости СВ. Снижение СВ в нефтегазовых пластах, а также в интер-
валах прорыва пресных нагнетаемых вод приводит к снижению амплитуды ПС, что
также является диагностическим признаком.