Спосіб реєстрації потенціалів ПС та форми кривих ПС

Реєстрація потенціалів ПС полягає в наступному. В наявності є два вимірювальні електроди М і N. Електрод М розміщується в свердловині та рухається вздовж її осі, електрод N розміщується нерухомо на поверхні поблизу устя свердловини. Електроди М і N у сукупності представляють собою найпростіший одноелектродний зонд. Між електродами М і N включається вимірювальний прилад, наприклад, гальванометр (Рис. 2.3). Реєструється різниця потенціалів D U _ПС, яка виникає між електродами М і N:

∆U _ПС= U _{ПС M}- U _{ПС N}, (2.8)

 

де U _{ПС M} і U _{ПС N} – потенціали природного електричного поля в точках М і N.

РП – пристрій реєстрації; КП – компенсатор поляризації; Б – батарея; П – потенціометр

Рисунок 2.3 – Схема вимірювання потенціалів ПС

 

Так як потенціал U _{ПС N} практично в часі не змінюється, якщо електрод N розміщений у стабільному за фізико-хімічним складом середовищі, то різниця потенціалів D U _ПС буде відрізнятись на сталу величину від значення U _{ПС N}, тобто D U _ПС= U _{ПС M}- U _const; таким чином, U _ПС – крива відносного вимірювання потенціалу електрода М в свердловині і тому не має нульової лінії.

Точкою запису кривої ПС є електрод М. Різниця потенціалів записується в мілівольтах (мВ або mV).

Криві ПС не мають нульової лінії. На діаграмах кривих ПС можуть бути нанесені умовні “нульові” лінії – лінія глин та пісковиків. “Нульова” лінія глин проводиться за максимальними значеннями потенціалу U _ПС навпроти потужних однорідних глинистих товщ. Дана умовна лінія займає переважно крайнє праве положення. Лінія пісковиків встановлюється за максимальними від’ємними амплітудами кривої ПС і займає, як правило, крайнє ліве розміщення. Від рівня лінії глин знімається амплітуда D U _ПС.

Якщо вміщуючі породи характеризуються близькими величинами природної електрохімічної активності, то аномалія кривої U _ПС в такому пласті симетрична відносно його середини. При потужності пласта h, яка перевищує три розміри діаметра свердловини d _c, границі пластів складають половину максимального відхилення амплітуди D U _ПС від лінії глин, при h <3 d _c – більше половини максимального відхилення аномалії D U _ПС, і тим ближче зміщуються границі пласта до максимуму, чим менше h (Рис.2.4).

 

r _вм= r _п= r _р; E ₀₁= E ₀₃. шифр кривих – h / d _с

Рисунок 2.4 – Теоретичні криві потенціалу ПС в пластах різної товщини

Масштаб кривої ПС виражається числом мілівольт на 1 сантиметр і повинен бути вибраний таким, щоб амплітуди відхилення кривих знаходились у межах 2-7 см. Якщо максимальні відхилення амплітуд ПС не перевищують 2см, слід реєструвати криву ПС у меншому масштабі. Переважно використовуються масштаби 5, 10 і 12.5 мВ/см.

Вертикальний масштаб глибин – 1:200 і 1:500; у випадку тонкошаруватого розрізу – 1:50.Швидкість запису кривих ПС може досягати 3000-4000 м/год.

Задачі, які вирішуються за допомогою методу ПС

Метод ПС є одним із основних методів електрометрії для дослідження розрізів нафтових і газових свердловин. Він дозволяє розв'язувати ряд геологічних задач, які пов’язані з вивченням літології порід, встановленням границь пластів, проведення кореляції розрізів, виділення порід-колекторів, визначення мінералізації пластових вод і фільтрату промивної рідини, виявлення в пластах місць прориву прісних нагнітальних вод, визначення коефіцієнта глинистості, пористості, проникності та нафтонасиченості порід.

 

Методи викликаних потенціалів

Фізичні основи методу

Метод викликаної поляризації (ВП) базується на вивченні штучних вторинних стаціонарних електричних полів, проходження яких пов’язано з фізико-хімічними процесами, що відбуваються в породі у результаті дії електричного струму на поверхні розподілу рідкої та твердої фаз. Здатність гірської породи поляризуватись під дією зовнішнього електричного поля, а після його зняття утворювати в оточуючому просторі вторинне електричне поле характеризується викликаною електрохімічною активністю або поляризацією порід. Її величина визначається безрозмірним параметром:

 

; (2.9)

 

де: D U _ВП – різниця потенціалів викликаної поляризації; D U – різниця потенціалів зовнішнього поля.

Величина А завжди менша одиниці та для осадових порід з іонною провідністю складає соті долі одиниці, а для порід з електронною провідністю (неметалічні руди, графіт, вугілля) – до 0.05.

Існує декілька гіпотез, які пояснюють виникнення потенціалів викликаної поляризації в гірській породі з наступними фізико-хімічними процесами:

- електродною та об’ємною поляризацією гірської породи;

- концентраційною поляризацією різних електролітів;

- відмінністю числа переходу іонів у порових каналах із різним січенням.

Величина потенціалів ВП порід з електронною провідністю, в основному, визначається електродною та концентраційною поляризацією.

Об’ємна поляризація спостерігається в породах з іонною провідністю та полягає в деформації зовнішньої обкладки подвійного електричного шару при пропусканні через породу електричного струму. Після зняття зовнішнього поля, що поляризує, зміщені заряди подвійного електронного шару повертаються в початкове положення. В результаті цього переміщення іонів викликає струм потенціалів викликаної поляризації.

Інтенсивність вищеперерахованих фізико-хімічних процесів залежить від мінерального складу, літологічних і структурних особливостей порід, типу флюїду, що насичує, мінералізації пластових вод та інших факторів.

Після виключення поляризуючого струму спостерігається пониження потенціалів D U _ВП у часі за наступними законами:

а) для порід з електронною провідністю – за формулою В.Н. Дахнова:

 

; (2.10)

 

б) для порід з іонною провідністю – за формулою Є.І. Леонтьєва:

 

, (2.11)

 

де D U _ВП,0 – різниця потенціалів ВП у початковий момент часу при t =0; t – час, який пройшов з моменту виключення поляризуючого струму; n – стала, що характеризує мінералогічний склад гірської породи; m – показник, що характеризує кривизну спаду для кривої (для пісковиків змінюється в межах 0,76-1,38); с – стала, яка дорівнює 1.