Метод потенціалів самочинної поляризації гірських порід

 

Метод самочинної поляризації (ПО найбільш поширений при вивченні розрізів сверд­ловин. Замірюється значення у свердловині з допомогою вимірювальних електродів М і N. Електрод М, який з'єднаний з вимірювальною апаратурою, поміщається у свердловину і пересувається вздовж її осі, а електрод N закріплюється нерухомо поблизу гирла свердлови­ни. З допомогою гальванометрів реєструється різниця потенціалів, , яка виникає:

де — потенціали електричного поля на електродах М і N.

Виникнення потенціалів самочинної власної поляризації зумовлено дифузією солей із пластових вод у промивну рідину і навпаки, а також адсорбцією іонів на поверхні мінералів, що складають гірську породу; фільтрацією води із промивної рідини в породу, або пластової води у свердловину; реакціями окислення і відновлення, що відбуваються у породах та на контакті їх з промивними рідинами, а також металами. В результаті цих процесів виника­ють дифузійно-адсорбційні, фільтраційні й окисновідновні потенціали, значення і знак яких визначаються співвідношенням мінералізації пластових вод і фільтрата промивної рідини, мінеральним складом і структурою гірських порід та іншими факторами. Таким чи­ном, вимірювання потенціалів електричного поля гірських порід дає інформацію про літологію розрізу свердловини, колекторські властивості порід і наявність в них корисних копалин.

 

Дифузійно-адсорбційні потенціали виникають при наявності контактних розчинів електролітів пластової води з концентрацією і фільтрату промивної рідини з концент­рацією Дифузійна ЕРС визначається формулою Нернста:

(3.1)

де — коефіцієнт дифузійної ЕРС,

R = 8,31 Дж/°С - універсальна газова стала; Т - абсолютна температура розчинів, К; F= 96494 К/моль - число Фарадея; — кількість катіонів і аніонів, на які дисоціює одна молекула електроліту, і їх валентності відповідно; - електролітичні рухомості катіона і аніона, ом^-1 • см².

Для реальних розчинів вираз (3.1) набуває вигляду

 

(3.2)

де — активності води і фільтрату; - коефіцієнти активності, які враховують вплив сил взаємодії між іонами в реальних розчинах. Для пластових вод і фільтрату спостерігається обернено пропорційний зв'язок активності електроліту і його питомого опору.

Тоді вираз (3.2) можна передати у вигляді

 

де і — питомий електричний опір розчинів з концентраціями С_а і С_в. Якщо на межі двох розчинів їх концентрації однакові, то Е_д = 0.

На контакті порід різного складу або розчину і породи виникає дифузійно-адсорбційна різниця потенціалів

(3.3)

 

де = — коефіцієнт дифузійно-адсорбційної ЕРС;— дифузійно-ад-сорбційна активність породи, для різних гірських порід величина змінюється від — 10 до 70 мВ, при збільшенні у породі глинистого матеріалу вона зростає.

У свердловині в інтервалах однорідних високодисперсних глинистих порід виникає найбільше додатне значення різниці потенціалів Е _д.а. Найменшими значеннями величини характеризуються чисті піщанисті та карбонатні породи з високою пористістю і про­никністю, де переважають потенціали дифузії. На контакті чистого пісковику з чистою гли­ною ( =58 мВ, = -11,6 мВ) спостерігається максимальна статична амплітуда ПС.

 

= -[58-(-11,6)] =-69,6

 

В загальному випадку цю формулу можна записати у вигляді

де величина змінюється від 0 до 69,6 мВ залежно від глинистості піщаної породи і піщанистості глин.

У свердловинах реєструється не статична, а спостережувальна амплітуда ПС , яка є складовою частиною статичної амплітуди і дорівнює падінню напруги на ділянці кола, ут­вореного свердловиною:

 

(3.4)

де - — сила струму; — відповідно опори ділянок кола свердловини, пласта і вміщуючих глин.

У пластах великої товщини (понад їм) невисокого опору амплітуда = ΔF. Якщо , то <0 і піщаний пласт відзначається від'ємною аномалією ; при < ,-додатною. За умови, що = , величина = 0 і аномалія 0.

Статична і спостережувальна амплітуда ПС залежать від температури пласта. Темпе­ратурний параметр (t+273)/291. Таким чином, , де -статич­на амплітуда ПС при t - 18°С.

На практиці використовуються відносні амплітуди ПС = , де —амплітуда навпроти пласта, який вивчається, - амплітуда аномалії ПС у пласті великої товщини, для якого =і є найбільшою у розрізі порід.

Радіоактивні методи

 

Радіоактивні методи поділяються на методи реєстрації природних випромінювань гірських порід і методи реєстрації вторинних випромінювань, пов'язаних з опроміненням гірських порід з допомогою спеціальних джерел, розміщених у свердловинному приладі. Серед останніх виділяють дві підгрупи методів, які базуються на опроміненні гірських порід гама-квантами і нейтронами. В обох підгрупах виділяють стаціонарні та імпульсні методи. Важливою перевагою більшості ядерних методів є можливість їх застосування як в не-закріплених, так і закріплених свердловинах.

Методи природної гама-активності гірських порід. Застосування цих методів для вив­чення геологічних розрізів свердловин базується на диференціації гірських порід за їх при­родною гама-активністю. Для досліджень свердловин використовуються гама-метод і спек­тральний гама-метод.

У свердловині реєструються інтегральна і диференціальна інтенсивності гама-вип-ромінювання, яке виникає при спонтанному розпаді радіоактивних елементів у гірських породах.

У комплексі з матеріалами інших геофізичних методів дані досліджень свердловин гама-мето-дом використовуються для літологічного розчленування розрізів свердловин, їх кореляції, виділення порід-колекторів, оцінки глинистості порід, а при сприятливих умовах пористості, залишкової водо-насиченості та проникності порід-колекторів.

За допомогою спектрального гама-методу проводиться вивчення геохімічної циклічності, вияснення фаціальних характеристик та інтенсивності тектонічного руху структур, виділення в карбонатних розрізах вторинних доломітів, визначення глинистості та нерозчинного осаду пластів-колекторів, виявлення мінерального складу глинистих порід.

Методи розсіяного гама-випромінювання базуються на вимірюванні інтенсивності штучного гама-випромінювання, розсіяного породотворними елементами в процесі їх оп­ромінення потоком гама-квантів.

Існують дві модифікації гама-гама-методу: гама-гама-метод за щільністю та гама-гама-метод за м'якою компонентою.

За допомогою першого методу проводиться розчленування геологічних розрізів, виділення різних корисних копалин, визначення щільності та пористості порід, відбивка це­ментного каменя і муфт на обсадних колонах, контроль якісності колон і рівня рідини в свердловинах.

Результати дослідження гама-гама-методом за м'якою компонентою є додатковими для більш точного розв'язання задач нафтової геології з допомогою гама-гама-методу за щільністю. Наприклад, задачі розділення в розрізах нафтогазових свердловин вапняків, до­ломітів, пісковиків за вмістом в них кальцію.

Суть гама-нейтронного методу полягає у вимірюванні теплових нейтронів, які виника­ють при ядерному фотоефекті взаємодії жорсткого гама-випромінювання з ядрами еле­ментів. За допомогою гама-нейтронного методу в нафтових свердловинах можна відбивати водонафтові контакти незалежно від мінералізації пластових вод.

В нейтронних методах гірська порода опромінюється швидкими нейтронами, які вип­ромінюються стаціонарним або імпульсним джерелом нейтронів. У різних методах можуть реєструватися або нейтрони, розсіяні ядрами атомів гірської породи, гама-випромінювання радіаційного захвату нейтронів, або гама-випромінювання штучних радіоактивних ізотопів, що утворюються при поглинанні нейтронів ядрами.

До стаціонарних нейтронних методів дослідження свердловин відносять: метод щільності надтеплових нейтронів, метод щільності теплових нейтронів, нейтронний гама-метод, спектрометричний нейтроний гама-метод, метод наведеної активності, метод індикації елементами з аномальними нейтронними властивостями.

Стаціонарні нейтронні методи застосовують для літологічного розчленування розрізів, виділення колекторів, оцінки пористості порід, визначення водонафтового, газоводяного і газонафтового контактів, визначення характеру насичення пластів, ступеня їх обводнення і швидкості руху пластових вод в родовищі, вивчення технічного стану свердловин, контролю гідравлічного розриву пластів, уточнення глибини перфорації колон.

Основними модифікаціями імпульсних нейтронних методів є імпульсний нейтрон-ней-тронний та імпульсний нейтронний гама-методи. За допомогою цих методів розв'язують такі ж задачі, як і стаціонарними нейтронними методами. Загальна інформативність імпульсних нейтронних методів вища порівняно зі стаціонарними. При високій мінералізації пластових вод імпульсний нейтрон-нейтронний метод дає змогу визначити коефіцієнт нафтонасичення колекторів і стежити за поточним нафтонасиченням розроблю­ваних родовищ.