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.