Показатели электрохимических свойств БР и способы их определения.

Водородный показатель характеризует концентрацию в промывочной жидкости ионов водорода [Н⁺] и является наиболее широко используемым показателем их электрохимических свойств.

Водородный показатель (рН) – это отрицательный десятичный логарифм концентрации ионов водорода, выраженной в моль/л, т.е. рН = – lg [Н⁺].

Таким образом, для нейтральной среды рН = – lg (10^-7) = 7; для кислой среды 1 £ рН < 7; для щелочной среды 7 < рН £ 14.

Для измерения величины рН применяют колориметрический и электрометрический способы.

Колориметрический способ основан на способности некоторых красителей менять свой цвет в зависимости от концентрации ионов водорода и заключается в определении величины рН с помощью индикаторной или лакмусовой бумаги и эталонных цветных шкал. Этот способ отличается экспрессностью, но имеет невысокую точность (±0,5 ед. рН) и ограниченную область применения. Так, его нельзя использовать для измерения величины рН окрашенных жидкостей и жидкостей с высокой концентрацией солей, так как в том и другом случаях цвет, приобретаемый индикаторной бумагой, может быть неадекватным действительной величине рН.

Электрометрический способ, в отличие от колориметрического, универсален и более точен (±0,01 ед. рН). В основе его лежит способность некоторых веществ менять электрический потенциал в зависимости от концентрации [Н⁺]. В частности, разность электрических потенциалов может быть получена, усилена и измерена при разделении двух растворов с различной концентрацией ионов водорода тонкой мембраной из стекла. Перечисленные операции реализуются в специальных приборах, называемых рН-метрами.

Удельное электрическое сопротивление – величина, определяемая сопротивлением промывочной жидкости проходящему через нее электрическому току, отнесенным к единице поперечного сечения и длины пробы промывочной жидкости, заключенной в ячейке определенной конфигурации.

Из закона Ома известно, что электрическое сопротивление проводника (R, Ом) прямо пропорционально его длине (l, м) и обратно пропорционально площади поперечного сечения (S, м²), а также зависит от рода вещества, из которого изготовлен проводник

R = УЭС (l / S), (4.57)

где УЭС – удельное электрическое сопротивление проводника.

Отсюда УЭС = (R S) / l = (Ом×м²) / м = Ом×м.

Удельное электрическое сопротивление конкретного вещества, в том числе промывочной жидкости, при определенной температуре является постоянной величиной.

При проведении геофизических исследований в скважинах (ГИС), в частности, электрокаротажа, измерение удельного электрического сопротивления промывочных жидкостей, их фильтрата и фильтрационных корок – стандартная и обязательная процедура. Для обеспечения возможности правильной интерпретации результатов электрокаротажа, например, результатов метода потенциалов собственной поляризации (ПС), одной из задач которого является определение степени минерализации пластовых вод, удельное электрическое сопротивление промывочной жидкости при температуре, имеющей место в скважине, должно быть не менее 0,2 Ом×м.

Снижение значения удельного электрического сопротивления ниже регламентируемой величины возможно при значительном содержании в промывочной жидкости солей, в частности, KCl, CaCl₂, NaCl и др. В этой связи при разработке и эксплуатации промывочных жидкостей, ингибированных различными солями, регламентирование и контроль величины УЭС является обязательным. Контроль УЭС позволяет установить и притоки в скважину минерализованных подземных вод, а также наличие водорастворимых солей в воде, используемой в качестве основы промывочной жидкости. Предпринимались попытки оценки по величине УЭС и ингибирующей способности промывочных жидкостей.

Для прогноза значений удельного электрического сопротивления при температуре в скважине (УЭС_t) по результатам измерений его на поверхности (УЭС₂₀) можно воспользоваться следующей формулой

УЭС_t = УЭС₂₀ / (1 + а_t), (4.58)

где а_t – коэффициент, учитывающий влияние на УЭС промывочной жидкости температуры.

Удельное электрическое сопротивление изменяется с ростом температуры нелинейно, в связи с чем коэффициент а_t также является функцией температуры. Поскольку в статических условиях температура промывочной жидкости в скважине принимает температуру окружающих пород, то значения а_t можно рассчитать по приведенной ниже формуле

а_t = – 202×10^-6 t² + 41,9×10^-3 t – 0,788, (4.59)

где t – температура в скважине, °С.

В буровой практике для измерения величины удельного электрического сопротивления используется полевой резистивиметр РП-1.