Метод собственных потенциалов (СП)

Вариант 2.

1. Метод собственных  потенциалов (СП)

   По  методу СП (или ПС) изучают электрическое  поле, которое создается электродвижущими силами, возникающими в скважине под  действием различных физико-химических процессов. Главные из них: диффузионно-адсорбционные, фильтрационные и окислительно-восстановительные э. д. с. В скважинах нефтяных и газовых месторождений преобладают диффузионно-адсорбционные э. д. с.Поскольку в водных растворах молекулы солей распадаются на ионы, диффузия сводится к проникновению ионов из раствора большей концентрации в раствор меньшей концентрации. Однако подвижность различных ионов в водных растворах неодинакова. Это обстоятельство приводит к тому, что определенные ионы перемещаются в раствор пониженной концентрации быстрее и скапливаются в этом растворе, сообщая ему избыточный электрический заряд. Избыточное количество ионов противоположного знака в растворе повышенной концентрации сообщает ему избыточный заряд противоположного знака. Между двумя растворами возникает электрическое поле.

   Это электрическое поле, в свою очередь, действует на ионы, замедляя более  подвижные и ускоряя менее  подвижные. В результате устанавливается  динамическое равновесие, характеризующееся  для данных растворов и данной породы определенным диффузионно-адсорбционным потенциалом, или диффузионно-адсорбционной э. д. с.

Иногда коэффициент Кда называют коэффициентом мембранного потенциала (Км), или литологическим коэффициентом (Кл), поскольку его величина связана с литологическим составом породы. Величина диффузионно-адсорбционной э.д.с. существенно зависит от содержания тонкодисперсного глинистого материала в горной породе. На рис. 3 представлена схематическая зависимость между коэффициентом Кда и содержанием глинистого материала (Сгл) в песчано-глинистых породах. Пористые горные породы, не содержащие глинистого материала (песчаники, известняки), имеют К_ДА, весьма близкое к значению Кд при свободном соприкосновении растворов без горной породы. Другими словами, пористые породы без примеси глинистого материала не оказывают существенного влияния на характер диффузии солей. Величина глинистых пород (глинистые пески, алевролиты) и тем более чистых глин существенно отличается от значения не только по величине но и по знаку. Изменение величины и знака диффузионной э. д. с. в тонкодисперсных средах с тонкими капиллярами, например в глинах, объясняется изменением подвижности ионов в этих породах. В весьма тонких капиллярах значительный объем пор заполнен адсорбированными породой ионам. Электрическое поле этих малоподвижных адсорбированных ионов изменяет соотношение подвижностей диффундирующих через такие перегородки ионов. Это приводит к тому, что при соприкосновении через глинистую перегородку растворов NaCl подвижность ионов С1 уменьшается настолько, что менее концентрированный раствор заряжается положительно, а более концентрированный — отрицательно. Плотные неглинистые известняки и доломиты имеют значение близкое к значению . 

Рис. 3. Схематическая  зависимость между  коэффициентом Кда и содержанием глинистого материала С_ГЛ в песчано-глинистых породах 

Фильтрационные  э. д.с. возникают в скважине при  перемещении (фильтрации) жидкости в  пласте-коллекторе под действием  разности пластового давления и гидростатического  давления столба бурового раствора.Возникновение  фильтрационных э. д. с. связывают с наличием двойного адсорбционного слоя ионов в порах коллектора. Под действием перепада давлении внешняя обкладка адсорбционного слоя, имеющая обычно положительный потенциал, смещается в направлении падения давления, что приводит к нарушению электрического равновесия и к возникновению э. д. с. Наличие глинистой корки на стенке скважины значительно уменьшает фильтрацию жидкости, а следовательно, и величину фильтрационных э д с . Поэтому в обычных условиях фильтрационные э. д. с. не имеют существенного значения при измерениях СП.

   Окислительно-восстановительные  э. д. с. возникают в скважинах  главным образом при вскрытии руд, каменных углей и антрацитов. При окислении горной породы кислородом, находящимся в буровом растворе, она теряет электроны и заряжается положительно; при восстановительных реакциях -отрицательно. На нефтяных и газовых месторождениях в обычных условиях этот вид э. д. с. не имеет существенного значения при измерениях СП. В скважинах при регистрации кривой СП измеряют разность потенциалов собственной поляризации пород между электродом М, перемещающимся вдоль ствола, и неподвижным электродом N, установленным на поверхности и имеющим постоянный потенциал. Значение потенциала электрода N неизвестно. Поэтому в отличие от большинства геофизических методов кривая СП не имеет нулевой линии. Условно за нулевую линию обычно принимают значение СП для наиболее чистых глин, проводя вертикальную прямую через участки кривой с максимальным значением СП (линия глин). За аномалию СП какого-либо пласта принимают максимальное отклонение кривой СП в средней части пласта от линии глин. Величину аномалии определяют в милливольтах (мв). В практике регистрацию кривой СП часто производят одновременно с кривой КС стандартного зонда (за исключением работы на одножильной каротажной станции ОКС). Кривые КС и СП изображают на одной диаграмме известной под названием диаграммы стандартной электрометрии. Эта диаграмма служит одним из основных документов при расчленении и корреляции разрезов скважин.

   Область применения метода: выделение в разрезах коллекторов; расчленение разрезов скважин; выделение реперов; определение  минерализации пластовых вод; определение  пористости песчаных коллекторов. 

2. Микрозондирование

  В последнее время широкое применение нашли зонды особой конструкции — микрозонды. С помощью микрозондов также измеряется кажущееся сопротивление горных пород. Однако в отличие от измерений с обычными зондами измерение кажущегося сопротивления производят зондами весьма небольших (до 5 см) размеров. Зонды с помощью пружин (рессор) плотно прижимают к стенке скважины. Электроды устанавливают на изолирующей пластине (башмаке), которая отделяет зонд от бурового раствора, тем самым, уменьшая влияние последнего (рис. 16а). Благодаря этим особенностям конструкции микрозонд позволяет детально изучать разрезы, сложенные пластами как большой, так и малой мощности, выделять в разрезе коллекторы, детально изучать их строение и оценивать пористость.

    В связи с небольшими размерами  зондов метод микрозондов имеет малую глубину исследования. Например, при изучении пород-коллекторов практически определяют удельное сопротивление части пласта, видоизмененной проникновением фильтрата бурового раствора. Поэтому по данным микрозондов нельзя получить представление об удельном сопротивлении коллекторов за зоной проникновения, а следовательно, и о характере насыщенности пласта (нефть, газ, вода).

   С микрозондом обычно записывают две  кривые кажущегося сопротивления —  кривые микропотенциал- и микроградиент-зондов. Наличие двух кривых позволяет учесть влияние глинистой корочки на величину кажущегося сопротивления и более четко выявить коллекторы. Обязательными условиями использования кривых микрозондов для количественной интерпретации, например, для определения пористости пород, являются необходимость одновременной регистрации обеих кривых микрозонда с помощью специального трехколлекторного пульсатора, а также тщательное экспериментальное определение величины коэффициентов микрозондов.

   К недостаткам метода кажущихся сопротивлений следует отнести невозможность получения надежных результатов при исследовании скважин, заполненных очень соленым буровым раствором (за исключением микрозондирования), а также невозможность использования метода при изучении скважин, заполненных нефтью или раствором на нефтяной основе. Область применения метода: расчленение разрезов скважин по величинам удельного и кажущегося сопротивлений пород; выделение реперов для корреляции разрезов; изучение литологического состава пород разреза; выделение полезных ископаемых в разрезах скважин; определение коэффициентов водонасыщенности, нефтенасыщенности, пористости и проницаемости по данным удельных сопротивлений; в модификации микрозондов — детальное расчленение разрезов скважин, изучение коллекторов и определение их пористости.