Принцип вимірювання питомого електричного опору.

Електрична розвідка

1. Питомий електричний опір гірських порід

2. Умовний (позірний) опір гірських порід.

3. Принцип вимірювання питомого електричного опору.

Типи зондів, які застосовуються

4. Вибір оптимальних зондів

 

1.Питомий електричний опір гірських порід.

Відповідно до закону Ома опір однорідного провідника постійного поперечного перерізу площею і довжиною дорівнює:

, (4.1)

де – коефіцієнт, який має назву питомий електричний опір речовини провідника.

При електричному каротажі за методом опору вивчають питомий опір гірських порід.

За величину питомого опору гірської породи приймають опір об’єму породи, який має форму куба з поперечним перерізом 1 м² і висотою 1 м. Коли визначити опір провідника в омах, довжину – в метрах, а переріз у квадратних метрах, маємо питомий опір:

ом м (4.2)

Питомий опір гірських порід змінюється у діапазоні від часток до десятків і сотень омметрів. Така велика різниця гірських порід за питомим опором є зручною для вивчення властивостей порід за даними електричного каротажу. Кам’яна сіль має = 5х10¹⁴ ом м; кам’яне вугілля = 10 ⁴ ом м; графіт = 10 ^–4 ом м.

Гірські породи в природному заляганні крім мінеральних частинок мають у порах водні розчини солей. Тому електрична провідність (зворотна опору) буває двох видів електронна (металічна) і іонна (електролітична).

При електронній провідності струмом є потік електронів (негативно заряджених частинок). При іонній провідності у розчині іони пересуваються до відповідних електродів – катоду і аноду.

Іонна провідність для більшості гірських порід і особливо для порід осадового комплексу є переважною. Це тому, що більшість мінералів, з яких складаються гірські породи, є діелектрики і проводять струм завдяки наявності у порах мінералізованої води (електроліту).

На електропровідність води значний вплив має кількість розчинених у неї солей. Дистильована вода має питомий опір 2х10⁴ ом м, при мінералізації води у 1 г/л – 5,54 ом м, при 250 г/л – 0,049 ом м. Окрім мінералізації на електропровідність мають вплив хімічний склад солей Na, K, Ca, Mg (за цим рядом опір знижується) і температура розчину.

У пластових водах нафтових і газових родовищ від 70 до 95% загальної кількості розчинених солей складає хлористий натрій (NaCl). Тому, при визначеннях опору пластових вод для приблизних розрахунків приймають, що у розчині присутній тільки хлористий натрій.

Опір водних розчинів знижується при збільшенні температури. Це пояснюється збільшенням рухомості іонів при зменшенні в’язкості розчину.

При невеликому діапазоні зміни температури користуються спрощеною формулою:

, (4.3)

де – середнє значення температурного коефіцієнту електропровідності при зміні температури на 1⁰С, для електроліту NaCl дорівнює 0,0236;

r і r₁ – питомі опори розчину при температурах t i t₁ ом м.

Вище було сказано, що питомий опір гірських порід знаходиться в залежності від мінералізації порової води. Так піски, насичені мінералізованою водою, мають опір лише кілька десятих омметрів, а насичені прісною водою – десятки і навіть сотні омметрів.

Опір гірських порід також залежить від температури, з її підвищенням на 1 ⁰С опір зменшується на 2...3%. Тобто, зі збільшенням глибини при усіх рівних умовах опір порід зменшується.

У шаруватих гірських породах опір у напрямку нашарування r_ІІ менший ніж у перпендикулярному напрямку r_^. Такі породи звуть анізотропними.

Розміри частинок, які складають гірську породу, також впливають на величину питомого опору. У тонкодисперсних породах (глинах, алевритах) спостерігається порушення пропорційності між опорами породи і пластової води. Питомий опір глин насичених мінералізованою водою буде більшим ніж пісків такої ж пористості насичених водою такої ж мінералізації.

На питомий опір гірських порід r_г має вплив пористість породи і форма порового простору.

Відносний опір залежить від кількості води в одиниці об’єму породи і розподілу її у породі. Так як кількість води у породі визначається коефіцієнтом пористості, а розподіл по породі – структурою порового простору, то можна стверджувати, що відносний опір залежить від пористості породи і форми порового простору.

Впливом структури порового простору слід вважати той факт, що відносний опір міцних (зцементованих) порід значно вищий ніж пухких (піщаних, глинистих, пухких пісковиків тощо) при однаковому значенні пористості. У зцементованих породах якась частина порового простору ізольована від загальної об’єму.

Відомо, що нафта і газ не є провідниками електричного струму. Отож, аби нафтогазоносні породи не містили води, яка обволочує мінеральні частинки, то вони не проводили б електричний струм, тобто їх опір був би надто великим.

Нафта і газ приблизно однаково впливають на опір породи, тому по питомому електричному опору неможливо визначити які це пласти – нафтові чи газові. Далі їх слід називати нафтогазовими. Питомий опір нафтогазоносного пласту залежить від процентного вмісту у порах нафти чи газу (коефіцієнту нафтогазонасичення), води, мінералізації пластових вод, пористості породи, структури пористого простору тощо. Тобто опір продуктивного пласту не свідчить про ступінь його насиченісті нафтою чи газом.

2. Умовний (позірний) опір гірських порід.

Методи позірного опору (ПО) базуються на вивченні розподілу штучного стаціонарного і квазістаціонарного електричних полів у гірських породах. Зазвичай питомий опір середовища, що оточує свердловинний прилад (зонд), визначається за спостереженими значеннями потенціалу , різниці потенціалів , або напруженості електричного поля , створеного джерелом струму силою .

Щоб встановити зв’язок між питомим електричним опором досліджуваного середовища з вимірюваною характеристикою електричного поля (, і ), силою струму І та геометричними розмірами свердловинного зонда, необхідно визначити величину потенціалу в середовищі, де розташоване точкове джерело струму.

Питомий опір буде відповідати істинному питомому електричному опору лише у випадку однорідного ізотропного середовища. Але середовище, що оточує вимірювальний прилад в свердловині, не являється однорідним та ізотропним. Питомий опір середовища змінюється як у вертикальному, так і в горизонтальному напрямках. Тому питомий електричний опір реального неоднорідного середовища, розрахований за формулами для однорідного ізотропного середовища, буде являти собою не істинний, а позірний опір (ПО).

Позірний питомий електричний опір – це істинний питомий опір такого фіктивного однорідного ізотропного середовища, в якому при постійних відстанях між електродами зонда і постійній силі струму виникає така сама різниця потенціалів, як і в досліджуваному неоднорідному середовищі.

Виміри позірного опору в свердловині проводяться за допомогою так званих звичайних зондів ПО – приладів, що складаються з чотирьох електродів. Зазвичай три електроди знаходяться безпосередньо в свердловині, а четвертий заземлюється на поверхні (див. рис. 4.2). Два електроди A і B слугують для створення електричного поля і називаються струмовими або живильними, електроди M і N призначені для вимірів потенціалів наведеного електричного поля та називаються вимірювальними або приймальними. Однотипні електроди (A, B та, відповідно, M, N) називаються парними. Відстань між електродами вимірюється в метрах.

Принцип вимірювання питомого електричного опору.