Промысловая геофизика (стр. 3 )

Характерными размерами семиэлектродного зонда являются его длина L = О1O2 — расстояние между серединами интервалов M1N1 и M2N2 и общий размер Lоб = A1A2. Для трехэлектродного зонда характерными размерами являются его длина L, равная расстоянию между серединами изолирующих промежутков, и его общая длина Lоб.

Точкой записи кривых в зондах экранированного заземления является середина центрального электрода. Соотношение дли­ны L и общего размера Lоб семиэлектродного зонда определяет параметр фокусировки зонда q = (Lоб - L) / L. С увеличением па­раметра фокусировки q уменьшается влияние ближней зоны (скважины и зоны проникновения фильтрата бурового раствора), но возрастает влияние мощности пласта на кажущееся со­противление. Можно привести два примера для семиэлектродных зондов, применяемых на практике: зонд с большим радиу­сом исследования A1l, lN10,2M10,2A0О, 2M20,2N21,1A2, имеющий q = 4, и зонд с меньшим радиусом исследования A10,5N10,2M10,ЗА0О, 3M20,2N20,5A2, имеющий q = 1,5.

Рис. 20. Кривые кажущегося сопротивления против пластов высокого сопротивления ограниченной мощности, полученные на моделях пластов.

При измерениях: а - с семиэлектродным зондом; б - с трехэлектрод­ным зондом: 1 - пласт; кривые: 2 — ρк/ρр, 3 — ρп/ρр.

На рис. 20 показаны типичные кривые ρк, полученные по ме­тоду экранированного заземления на модели одиночных пластов высокого удельного сопротивления.

Для определения границ пластов по кривым семиэлектродно­го зонда находят точки максимального градиента ρк (точки пе­региба кривой), которые приурочены примерно к половине вы­соты аномалий. От этих точек в масштабе глубин откладывают вниз и вверх расстояние, равное половине длины зонда. Параллельные прямые-линии,

проведенные на этих глубинах, укажут положение кровли и подошвы пласта (рис. 20, а).

Границы пласта по кривым трехэлектродного зонда опреде­ляют по началу наиболее крутого подъема и окончанию спада кривой ρк, т. е. на уровне основания аномалии (рис. 20, б).

Кривые на рис. 20 показывают влияние мощности пластов на величину аномалии ρк. При измерениях с семиэлектродными зон­дами влияние мощности необходимо учитывать в пластах с h < 2Lo6 (h<1,2÷6 м при Lo6 = 0,6÷3 м). При измерениях с трехэлектродным зондом влияние мощности существенно мень­ше и начинает ощущаться в пластах с h < 4dc (h < 0,8÷1,2 м при dc = 0,2÷0,3 м).

Рис. 21. Кривые зависимости ρк/ρр от ρп/ρр для семиэлектродного зонда (по ). Lоб = 2,5 м; L = l,67 м; q = 2,5; dc = 0,25 м; ρзп/ρр = 20. Шифр кривых — D/dc

На рис. 21 изображены кривые зависимости между кажущимся и истинным сопро­тивлениями пласта для семиэлектродного зонда. Из рас­смотрения этих кривых следует, что при отсутствии проник­новения фильтрата бурового раствора в пласт (D/dc = l) кажущееся сопротивление про­порционально истинному со­противлению пласта в широ­ком диапазоне изменения по­следних. Сравнительно мало влияет на кажущееся сопро­тивление наличие небольшой (D/dc<4) зоны понижающего проникновения раствора (ρзп<ρп). Это также благо­приятные условия для определения истинного сопротивления пласта. Повышающее проникновение раствора (ρзn>ρп) оказы­вает большое влияние на кажущееся сопротивление, а при глу­боких проникновениях ρк практически не зависит от удельного сопротивления пласта. Таким образом, в общем случае при на­личии зоны проникновения раствора по одной кривой экраниро­ванного заземления нельзя точно определить удельное сопро­тивление пласта. В этом случае необходимо для интерпретации привлекать данные измерений с другими зондами, отличающи­мися меньшим и большим радиусами исследований. Таким об­разом, метод экранированного заземления наиболее целесооб­разно применять при исследовании скважин, заполненных соле­ным раствором (ρр<0,1 Ом·м), а также для изучения разрезов, сложенных плотными горными породами с высоким удельным сопротивлением. В этих условиях метод позволяет более деталь­но, чем обычный метод КС, произвести расчленение разреза, точнее определить удельное сопротивление пластов.

§ 5. ИНДУКЦИОННЫЙ МЕТОД

Изучение разрезов скважин индукционным методом основа­ло на различии в электропроводности горных пород - величине, обратной удельному электрическому сопротивлению. Первоначально метод разрабатывался для исследования скважин, заполненных не проводящим электрический ток буровым раствором (на нефтяной основе), в котором обычно метод КС или метод экранированного заземления, имеющие систему токопроводящих и измерительных электродов, применены быть не могут. Однако в последующем были обнаружены существен­ные преимущества индукционного метода при изучении геологи­ческих разрезов низкого сопротивления в скважинах, заполнен­ных обычным токопроводящим буровым раствором.

Принципиальная схема индукционного метода включает скважинный снаряд (зонд) и регистрирующий прибор. Скважинный снаряд имеет систему излучающих и приемных катушек, обладающих большой индуктивностью, а также генератор переменного электрического тока и выпрямитель.

Система катушек, помимо излучёния и измерения электро­магнитного ноля, обеспечивает его фокусирование для повыше­ния глубинности метода, компенсацию прямых электромагнит­ных наводок в приемных катушках, измерение одновременно двумя зондами разной длины. Для уяснения принципа работы рассмотрим упрощенную схему зонда с двумя главными индук­ционными катушками: излучающей и приемной (рис. 22). Рас­стояние между центрами излучающей и приемной катушек на­зывают размером зонда Lн; точка записи кривой — середи­на этого расстояния.

При пропускании через излучающую катушку переменного тока с частотой 20—50 кГц (в зависимости от типа аппаратуры), вырабатываемого генератором 4, вокруг катушки в окружающей среде создаются переменные токи i. Величина ЭДС этих круго­вых токов тем больше, чем выше электропроводность среды. В свою очередь, эти переменные круговые токи индуцируют в приемной катушке зонда электродвижущую силу. Таким обра­зом, в приемной катушке зонда индуцируется ЭДС первичного электромагнитного поля излучающей катушки и ЭДС вторично­го электромагнитного поля круговых токов. ЭДС первичного электромагнитного поля зонда в реальных зондах компенсиру­ется :встречной, противоположной по фазе ЭДС, создаваемой до­полнительными катушками или специальными электронными устройствами.

В средах с низкой электропроводностью, которой обычно ха­рактеризуются горные породы, при относительно небольших частотах электромагнитного поля, используемых в индукционных зондах, влиянием электрических полей вихревых токов друг на друга (скин-эффект) можно пренебречь и с достаточной точ­ностью принять, что ЭДС активной составляющей, генерируемой

Пропущена страница

Наличие повышающего проникновения фильтрата бурового раствора при глубине проникновения D<4dc относительно мало сказывается на величине σк в пластах высокой электропроводно­сти. Наличие глубокой зоны понижающего проникновения фильтрата бурового раствора существенно затрудняет определе­ние истинной электропроводности пласта, заставляет прибегать к комплексному истолкованию кривых индукционного метода и кривых обычного метода КС или метода экранированного за­земления.

Таким образом, индукционный метод наиболее эффективно применяется для исследования разрезов, сложенных породами низкого (до 50 Ом·м) удельного сопротивления. Метод может быть использован в скважинах, заполненных не проводящей электрический ток жидкостью. Эффективность использования индукционного метода снижается при исследовании скважин, заполненных соленым раствором (ρр<1 Ом·м), и при наличии зоны проникновения фильтрата бурового раствора, понижающей сопротивление пласта.

Обычный низкочастотный индукционный метод позволяет детально изучить разрезы, сложенные породами низкого удельного сопротивления, выделить нефтеносные и водоносные породы, изучить строение переходной водонефтяной зоны и положение контактов нефть — вода и газ — вода.

При определении истинного удельного сопротивления пород эффективно применять индукционный метод в комплексе с обыч­ным методом КС или методом экранированного заземления.

§ 6. МЕТОД МИКРОЗОНДОВ

При микрозондировавии в скважине измеряют кажущееся сопротивление, но в отличие от методов, описанных выше, это из­мерение проводится зондами весьма небольших размеров (обыч­но до 5 см). Благодаря этой особенности микрозонды обладают малой глубиной исследования и позволяют детально исследо­вать изменение удельного электрического сопротивления горный пород, непосредственно прилегающих к стенке скважины. Для уменьшения влияния бурового раствора на результаты измере­ния электроды зонда устанавливают на наружной стороне изо­лирующей пластины (башмака), которая специальной пружиной (рессорой) плотно прижимается к стенке скважины (рис. 24).

При исследовании пород-коллекторов на показания микро­зондов оказывает влияние удельное сопротивление части пласта, измененной проникновением фильтрата бурового раствора, а также удельное сопротивление и толщина глинистой корки. Поэтому по данным микрозондов трудно получить представле­ние о характере насыщения коллектора (нефтью, газом или во­дой).

Обычно применяют микрозонды двух размеров: градиент-микрозонд A0,025M10,025M2 и потенциал-микрозонд А0,05М2.

Радиус исследования потенциал-микрозондом существенно боль­ше радиуса исследования градиент-микрозондом. Более полная информация получается в том случае, если исследования в скважине проводятся одновременно двумя микрозондами. Сов­ременная аппаратура на многожильном кабе­ле позволяет выполнить это условие (рис. 25).

По данным микрозондов хорошо выделя­ются породы-коллекторы, имеющие на своей поверхности глинистую корку. Однако глини­стая корка одновременно с этим отрицатель­но сказывается на результатах количествен­ных определений удельного сопротивления полностью промытой части коллектора. Для преодоления этой трудности применяют фоку­сированный микрозонд или, как его называ­ют, зонд бокового микрокаротажа.

Электроды этого зонда также смонтирова­ны на прижимном измерительном башмаке микрозонда и представлены центральным то­ковым А0 и кольцевым или рамочными экран­ными Аэ и управляющими М, N электродами (рис. 26). По принципу работы эти зонды очень похожи на семиэлектродный и трехэлектродный зонды в методе экраниро­ванного заземления (бокового каротажа). В отечественных приборах чаще используется принцип двухэлектродного зонда (рис. 26, б).

Рис. 25. Принципиальные схемы измерения кажущегося сопротивления по­род микрозондами.

Измерение: а - градиент-микрозондом; б - потенциал-микрозондом; в - одновремен­ная регистрация градиент-микрозонда и потенциал-микрозонда; г - то же, с компенса­цией индукционных наводок в линии потенциал-микрозонда; ФЧВ - фазочувствительный выпрямитель; Г - генератор тока; R - реостат; mА - миллиамперметр; РП - регистрирующий прибор; Б — батарея.

Фокусированный пучок тока, вытекающий из центрального электрода А0 зонда бокового микрокаротажа, пересекает глини­стую корку по кратчайшему пути и тем самым уменьшает ее влияние. Удельное электрическое сопротивление промытой фильтратом раствора зоны коллектора удается измерить точнее.

§ 7. МЕТОД ПОТЕНЦИАЛОВ СОБСТВЕННОЙ ПОЛЯРИЗАЦИИ

При исследованиях скважин методом потенциалов собствен­ной поляризации (СП) изуча­ют естественные электрические поля, возникающие в скважи­не и породах в результате фи­зико-химических процессов — диффузии солей в растворах электролитов, фильтрации жидкости, окислительно-вос­становительных реакций. Эти процессы порождают потенциа­лы диффузионные, течения, окислительно - восстановитель­ные. Главную роль в формировании естественных электричес­ких полей в скважине, заполненной буровым раствором на вод­ной основе, играют потенциалы диффузионного происхождения. Исследования методом СП проводят, регистрируя диаграм­му изменения по разрезу скважины разности потенциалов меж­ду электродом М, перемещающимся по стволу скважины, и электродом N, расположенным на земной поверхности близ устья скважины.

Рис. 26. Схема расположения элек­тродов на измерительных башмаках бокового микрозонда. Зонд: а - четырехэлектродный; б - двух-электродный; 1 - изоляция; 2 - металл

Диффузионная ЭДС

При непосредственном контакте растворов электролита различ­ной концентрации на границе растворов в результате диффузии ионов, на которые диссоциирует электролит, из раствора боль­шей концентрации в раствор меньшей, возникает двойной элек­трический слой с разностью потенциалов Ед:

(1.26)

где Ед - диффузионная ЭДС; R - универсальная газовая по­стоянная; Т - абсолютная температура растворов, K; n - ва­лентность электролита; F - число Фарадея; u и —подвижно­сти катиона и аниона; C1, С2 - концентрация растворов.

При данной последовательности индексов при С под знаком логарифма величина Ед, рассчитываемая по формуле (1.26), определяет потенциал раствора «2» по отношению к раство­ру «1». Если подставить в формулу (1.26) значения констант R, F, величину Т = 293К, соответствующую комнатной темпера­туре t = 20 °C, и перейти от натурального логарифма к десятич­ному, то для растворов одновалентного электролита n = 1 по­лучим

(1.27)

где Ед – выражается в миливольтах

Выражение (1.27) можно записать и так

(1.28)

где nк и nа — числа переноса катионов и анионов, характери­зующие доли электричества, переносимого при диффузии катио­нами и анионами.

Обозначив множитель перед логарифмом в формуле (1.28) символом Кд, получим

(1.29)

где Кд - коэффициент диффузионной ЭДС.

В пластовых водах нефтяных и газовых месторождений и в буровом растворе наиболее распространенной является поварен­ная соль NaCl, диссоциирующая в водном растворе на катио­ны Na+ и анионы С1-. Подставив в формулу (1.27) средние значения подвижностей u = 40, = 60 для Na+ и С1-, будем иметь

(1.30)

Таким образом, для растворов NaCl при t = 20°С Kд = -11,6 мВ. При контакте растворов NaCl разбавленный рас­твор С2 заряжается, отрицательно по отношению к более кон­центрированному раствору С1.

Из выражений (1.27), (1.30) следует, что диффузионная раз­ность потенциалов возникает при различии концентраций C1, С2 и подвижностей u, . Величина и знак диффузионной ЭДС зависят при постоянной температуре от химического состава электролитов в растворах и соотношения концентраций гра­ничащих растворов.

Диффузионно-адсорбционная ЭДС

Если растворы «1» и «2» разделены пористой перегородкой, то величина и знак возникающей диффузионной ЭДС зависят (кроме указанных причин) также от размеров пор перегородки. Это происходит потому, что в диффузию катионов и анионов из раствора большей в раствор меньшей концентрации при прохождении их через поровые каналы перегородки вовлекаются подвижные катионы внешней обкладки двойного слоя, располо­женного на поверхности твердой фазы скелета перегородки (рис. 27). Если перегородка крупнопористая, толщина δ двой­ного слоя на поверхности поры пренебрежимо мала по сравне­нию с радиусом r канала (δ r), практически δ/r ≈ 0, доля объема канала, занимаемого внешней обкладкой двойного слоя, ничтожна, и числа переноса катионов пк и анионов па сохраня­ются теми же, что и при непосредственном контакте растворов.

Рис. 27. Схема переноса ионов в широком (а) и узком (б) капил­лярах.

1 - адсорбированные ионы; 2 - подвижные ионы диффузного слоя; 3 – свободный раствор; перегородки: 4 - с широкими капиллярами; 5 - с уз­кими капиллярами; 6 - направление диффузии

Диффузионно-адсорбционная ЭДС Еда, возникающая между растворами, не отличается от диффузионной ЭДС Ед. С умень­шением размера пор величины δ и r становятся сравнимыми, и доля подвижных катионов внешней обкладки двойного слоя на поверхности пор в объеме поровых каналов становится все заметнее, поэтому значения nк и nа с уменьшением r начинают отличаться от соответствующих значений в формуле (1.28) для диффузионной ЭДС. С уменьшением r значение δ/r→1, nк→1, nа→0, поэтому в пределе для перегородки с ультратонкими порами nк = 1, nа = 0 выражение (1.28) для растворов однова­лентного электролита приобретает вид

(1.31)

В этом случае разбавленный раствор имеет положительный заряд по отношению к более концентрированному. Значение Eда становится отличным по величине и знаку от Ед при прочих равных условиях.

Диффузионно-адсорбционная ЭДС Eда, возникающая между растворами электролита, разделенными пористой перегородкой, описывается выражением

(1.32)

где Кда - коэффициент диффузионно-адсорбционной ЭДС; для растворов NaCl величина Кда при t = 20°C заключена в преде­лах -11,6 мВ<Kда<58 мВ.

Для измерения величин Eд и Eда в лаборатории применяют электрохимическую ячейку (рис. 28), содержащую отделения с растворами различной концентрации и перегородку. В прак­тике петрофизических лабораторий объектом изучения являют­ся образцы горной породы, поэтому в качестве перегородки при измерении используют образец породы. При исследовании кол­лекции образцов терригенных пород роль крупнопористой пере­городки играет чистый неглинистый песчаник с размерами пор в единицы и десятки микрометров, а роль «идеальной мембра­ны» - плотная тонкодисперсная глина. Этим породам для рас­творов NaCl соответствуют значения Кд = -11,6 мВ и Кда = 58 мВ. Промежуточные значения Кда соответствуют песчано-глинистым породам с различным содержанием высокодисперс­ного глинистого материала; чем больше глинистость породы, тем ближе величина Кда к предельному значению 58 мВ.

Изменяя значение С2 при C1=const, можно для каждого образца получить зависимость Семейство таких зависимостей отражает возможный диапазон изменения вели­чины Eда при различном отношении концентраций C1/C2 для всей совокупности терригенных пород (рис. 29). Шифром се­мейства кривых на рис. 29 является один из параметров, харак­теризующих содержание в породе высокодисперсного глинисто­го материала, например, приведенная емкость обмена qп или относительная глинистость ηгл (см. также гл. VI).

Параметр qп определяется выражением

, (1.33)

где σ - количество активных центров на 1 см2 поверхности твердой фазы минерального скелета породы; S - удельная по­верхность адсорбции, см-1; kп - коэффициент пористости поро­ды; величина qп характеризует концентрацию поглощенных по­верхностью породы катионов в 1 см3 объема пор. Параметр

, (1.34)

характеризует степень заполнения глинистым материалом ске­лета породы, образованного песчаными и алевритовыми зерна­ми (здесь kгл - объемная глинистость).

Площадь между предельными линиями Еда = f(lg C2) для чистых песчаников и плотных высокодисперсных глин можно разделить на области, соответствующие коллекторам и неколлекторам; разделяющей эти области границей является график Еда = f(lg C2) с значением qп или ηгл, отвечающим границе коллектор — неколлектор. Величины qп или ηгл в терригенном разрезе хорошо коррелируются с коэффициентом проницаемости knp.

Изложенное показывает, что семейство графиков Еда = f(lg C2) (см. рис. 29) является предпосылкой для литологического расчленения терригенного разреза, выделения в нём коллекторов и литологических экранов, разделения коллектора на классы по величине kпр по диаграмме Uсп. Для карбонатных пород получены зависимости, аналогичные приведенным на рис. 29, однако из-за отсутствия тесной корреляции параметров qп, ηгл с kпр для карбонатных пород в карбонатном разрезе диаграммы СП используют только для литологического расчле­нения.

В формулах (1.31), (1.32) отношение С1 к С2 можно заме­нить обратным отношением удельных сопротивлений растворов. Тогда формула (1.32) примет вид

(1.35)

Рис. 29. Зависимости Еда = f(lg C2) при C1=const и Еда = f(lg ρ2) при ρ1=const для терригенных пород с различным значением параметра qп (шифр кривых).

I - Еда = f(lg C2); II - Еда = f(lg C2) для породы с ультратонкими порами; III - Еда = f(lg ρ2); IV - Еда = f(lg ρ2) для породы с ультратонкими порами

Зависимости Еда = f(lg ρ2) образуют семейство как бы зер­кально отраженных кривых по отношению к семейству Еда = f(lg C2) (см. рис. 29). Семейство Еда = f(lg С2) для различных значений qп=const или ηгл=const является петрофизической ос­новой интерпретации диаграмм UСП, поскольку в практике ГИС предпочитают использовать не концентрации С, а удельные со­противления ρ растворов.

Электрохимические поля диффузионного

происхождения в скважине

Естественное электрическое поле диффузионного происхожде­ния в скважине рассмотрим на примере пласта песчаника, за­легающего в глинах (рис. 30). На границах скважина — глина, скважина — песчаник и пласта песчаника с вмещающими его глинами возникают двойные слои, обусловленные диффузией солей, растворенных в пластовых водах и буровом растворе. Системы двойных слоев I—III или III—V создают близ кровли и подошвы пласта замкнутые электрические контуры, по кото­рым циркулирует электрический ток i. Элементами этой цепи являются последовательно включенные эквивалентные сопротив­ления глин Rгл, пласта Rn и части скважины Rс. Для этого кон­тура справедливо соотношение

(1.36)

или

(1.37)

Алгебраическая сумма ЭДС в левой части уравнения (1.37) составляет статическую амплитуду аномалии UСП, которая бы­ла бы зарегистрирована при перемещении электрода М в сква­жине как скачок разности потенциалов ΔUСП против подошвы или кровли пласта песчаника при отсутствии тока в цепи (отсю­да название статическая):

. (1.38)

Эта величина, как будет показано ниже, отражает различие в литологии пласта песчаника и вмещающих пород, а также соотношение концентрации Св/Сф пластовых вод и фильтрата бурового раствора. Однако в скважине против границ пласта регистрируется скачок потенциала

(1.39)

который определяется падением напряжения, создаваемым при прохождении тока i на участке цепи, представленной скважиной, или разностью статической амплитуды Es и падением на­пряжения при прохождении тока i по породам.

Рис. 30. Естественное электрическое поле диффузионного про­исхождения в пласте песчаника, залегающего в глинах.

1 - вмещающие породы (глины); 2 - пласт песчаника; 3 - двойные электрические слои на границах скважина — глина, глина — песчаник, песчаник — скважина; 4 - замкнутый электрический контур — эквива­лентная электрическая схема поля СП в скважине; 5 - график Es; 6 — график UСП.

Таким образом, регистрируемая аномалия ΔUСП обычно меньше статической Es или равна ей в пластах большой мощности небольшого сопро­тивления, когда величина Rгл= Rп пренебрежимо мала по срав­нению с Rс.

При одинаковых скачках Егл п в кровле и подошве пласта аномалия ΔUСП в пласте симметрична, максимальное отклоне­ние от линии глин соответствует середине пласта, а границам пласта отвечают точки перегиба кривой (рис. 31).

Диаграмма UСП в отличие от диаграммы сопротивлений и диаграмм других методов ГИС не имеет нулевой линии, по­скольку при исследовании методом СП регистрируется разность потенциалов ΔUMN

, (1.40)

включающая, кроме разности потенциалов ΔUСП, отражающей естественное электрическое поле, значения электродных потен­циалов электродов М и N, которые обычно неизвестны (рис.31, а). При регистрации ΔUMN соблюдают условие постоянства значе­ний UM и UN, что обеспечивает тождество формы кривых ΔUMN и ΔUСП по разрезу скважины. Ввиду отсутствия на диаграмме линии нулевых значений потенциала ΔUСП в качестве условной нулевой линии используют «линию глин», проводя ее по значе­ниям ΔUс в глинистых породах, а вместо масштабной шкалы на диаграмме вверху помещают отре­зок длиной 2 см, указывая, сколько милливольт содержится в этом отрез­ке (рис. 31, б).

Соотношение между регистрируе­мой величиной ΔUСП и ее статическим (или приведенным) Es значением за­висит от мощности пласта и электри­ческой неоднородности среды. В об­щем случае чем меньше относительная мощность пласта h/dc, выраженная в диаметрах скважины dc, и чем боль­ше удельное сопротивление пласта ρп отличается от удельного сопротивления вмещающих пород ρвм и бурового раствора ρр, тем больше степень снижения At/c по сравнению с Es, характеризуемая отношением

Для геологической интерпретации диаграммы ΔUСП в каж­дом изучаемом пласте используют приведенное значение Es (свободное от влияния факторов, не характеризующих породу), вычисленное по формуле

(1.41)

При этом величину ΔUСП определяют по диаграмме, а значе­ние vСП находят по специальным палеткам для заданных значе­ний h/dc, ρп/ρр, ρп/ρвм (рис. 32). В пластах с h>2÷3 м значе­ние ΔUСП практически равно Es. Сущность величины Es стано­вится понятной, если рассмотреть электрохимическую аналогию электрической цепи, образованной замкнутым контуром на од­ной из границ пласта (рис. 33). Нетрудно показать, что алге­браическая сумма Ер гл, Егл и, Еп р равна алгебраической сумме диффузионно-адсорбционных ЭДС, измеренных на последова­тельно включенных электоохимических ячейках с образцом глины, разделяющим пластовую воду и фильтрат бурового раство­ра, и с образцом песчаника, разделяющим фильтрат бурового раствора и пластовую воду:

. (1.42)

В соответствии с выражениями (1.35), (1.42) можно записать

(1.43)

где КСП - коэффициент аномалии ΔUСП; ρв, ρФ - удельные со­противления пластовой воды и фильтрата бурового раствора.

Графически величину Es для заданных параметров пласта и вмещающих пород можно определить как расстояние по вертикали между зависимостями Едa = f(lg ρ2) (см. рис. 29) для пород с соответствующими параметрами qп при фиксированном значении, если ρ1=ρв. Значение Es соответствует для за данных величин ρ2 и ρФ расстоянию между зависимостями с параметрами qп = 0 и qп ≠ 0 на рис. 29.

Рис. 32, Пример палетки для опреде­ления vСП по заданным значениям

h/dc, ρп/ρвм, ρп/ρг.

ρвм/ρр= 5; D = dс. Шифр кривых — ρп/ρр

Анализ выражения (1.43) показывает следующее.

Величина статической аномалии Es тем больше, чем значительнёе контраст в литологии между пластом и вмещающими породами и чем больше различаются минерализации или удельные сопротивления пластовых вод и фильтрата бурового раствора.

Если различие в литологии между пластом и вмещающими породами отсутствует (Кд ап = Кда гл) или минерализации и удельные сопротивления пластовой воды и фильтрата; бурового раствора равны (Св = Сф и ρв=ρф), отклонения кривой ΔUСП от «линии глин» не происходит и Еs = 0 (аномалия отсутствует).

Знак аномалии зависит от соотношения ρв/ρф. Если ρв<ρф и Св>Сф, что соответствует наиболее типичной ситуации для скважин нефтяных и газовых месторождений, пласты песчаника, залегающие в глинах, отмечаются отрицательными аномалиями Uсп (кривая отклоняется влево от «линии глин»). При ρв>ρф и Св<Сф, что встречается сравнительно редко, аномалия UСП в пласте песчаника будет положительной (так назы

Пропущена страница

в своем продолжении отсекает на оси ординат значение αСП гр, соответствующее промышленно рентабельному значению ηпр.

При однородном составе глинистого цемента и постоянной минерализации пластовых вод в изучаемых продуктивных отло­жениях получают корреляционные связи αСП гр с коэффициентами пористости kп, глинистости kгл и проницаемости kпр, которые используют для оценки по диаграммам UСП указанных пара­метров в породах-коллекторах.

Область применения метода СП ограничена необсаженными скважинами, пробуренными на РВО (раствор на водной основе) с пресным фильтратом бурового раствора (ρф>ρв). В скважи­нах с РВО, минерализация фильтрата которого близка к мине­рализации пластовых вод, диаграмма UСП, как это ясно из ска­занного выше, неинформативна. В скважинах, пробуренных с РНО (раствор на нефтяной основе), кривую UСП получить не­возможно.

§ 8. МЕТОД ПОТЕНЦИАЛОВ ВЫЗВАННОЙ ПОЛЯРИЗАЦИИ

В методе потенциалов вызванной поляризации (ВП) использу­ют свойства горных пород поляризоваться при протекании че­рез них постоянного поляризующего электрического тока. В горных породах после выключения поляризующего тока в течение некоторого времени наблюдается убывающее электрическое по­ле, известное под названием поля вызванных потен­циалов.

Природа вызванных потенциалов недостаточно изучена. Од­нако большинство исследователей находят, что в горных поро­дах, обладающих ионной проводимостью (практически все оса­дочные породы), вызванные потенциалы возникают за счет электрокинетических явлений, происходящих на границе элект­ролит — непроводящая среда под воздействием электрического поля. Некоторые исследователи считают, что возникновение по­ля связано с деформацией двойного электрического слоя на по­верхности минеральных частиц под воздействием поляризующе­го тока, другие — с образованием микроскопических концентра­ционных элементов за счет изменения чисел переноса ионов в капиллярах разных сечений. Механизм этой поляризации до­вольно сложен, и обычно ее называют объемной поляри­зацией, поскольку поляризация захватывает объем породы, обработанной электрическим током.

В горных породах, обладающих электронной проводимостью (железные руды, некоторые сорта каменных углей), вызванная поляризация возникает в основном за счет электродных процес­сов, протекающих на границе электролит — проводящая среда.

В горных породах со смешанной проводимостью возникают Одновременно как объемная, так и электродная поляризации.

Для измерения вызванных потенциалов обычно используют четырехэлектродный зонд (например, В5, ОАО, О4МО, О4А). Раздвоенный электрод А и электрод В служат для пропускания электрического тока. Электрод М, покрытый слоем перфориро­ванной резины для устранения помех за счет поляризации са­мого электрода, и обычный электрод N на поверхности служат для измерения разности потенциалов. Схема измерений устрое­на так, чтобы в скважину пропускался прерывистый электричес­кий ток. В промежутках между импульсами тока преобразова­тель замыкает цепь MN, и совместно с потенциалами собственной поляризации прибор Г1 регистрирует вызванные потенциа­лы. Одновременно с этим второй прибор Г2 регистрирует раз­ность потенциалов, наблюдаемую между электродами М и N в момент протекания поляризующего тока (рис. 35).