Диэлектрическая проницаемость

 

Диэлектрическая проницаемость (ε) характеризует способность вещества изменять напряженность первичного электрического поля вследствие явления поляризации, т.е. упорядоченной ориентировки связанных электрических зарядов. При этом величина ε показывает, во сколько раз в данной среде сила взаимодействия (напряженность электрического поля - Е) между электрическими зарядами уменьшается по сравнению с вакуумом. Это взаимодействие можно выразить через реакцию на электрическое поле:

D= ε_aE,

где D – электрическая индукция, ε_a – абсолютная диэлектрическая проницаемость (Ф/м).

Если диэлектрическую проницаемость вакуума обозначить через ε_о = = 8,854 ×10^-12 Ф/м, то относительная диэлектрическая проницаемость среды определит одну из электрических характеристик горных пород.

Величина диэлектрической проницаемости горной породы определяется объемом воды в порах. Это связано с тем, что для воды ε^*» 80 отн. ед. и на порядок превышает относительную диэлектрическую проницаемость для скелета породы и нефти (ε^*= 3÷10).

Возрастание минерализации воды от 1 до 300 г/л приводит к увеличению диэлектрической проницаемости породы на 30-40%.

Вообще применение диэлектрического каротажа целесообразно для разрезов, в которых удельное электрическое сопротивление горных пород превышает 5 Ом∙м при заполнении ствола промывочной жидкостью с удельным электрическим сопротивлением выше 1 Ом∙м.

В процессе обводнения коллекторов нагнетательными водами на величину диэлектрической проницаемости коллекторов влияют в основном те же факторы, что и на сопротивление (r)

· соотношение воды и нефти;

· минерализация смеси остаточной воды с нагнетаемой;

· образование граничных водных слоев с аномальными диэлектрическими свойствами;

· температура пород.

Относительная диэлектрическая проницаемость нефтеносных терригенных коллекторов определяется соотношением:

,

где В и С коэффициенты, зависящие от диэлектрических проницаемостей твердой части скелета породы и нефти; А, m, n, p, q – коэффициенты, зависящие от минерализации насыщающнго раствора.

С увеличением минерализации насыщающего раствора величина ε_НП растет, так же как для дистиллированной воды. Это объясняется следующими факторами:

1. У поверхности твердых минеральных гидрофильных частиц за счет ориентации полярных молекул под влиянием сильного электрического поля формируются граничные слои связанной воды с аномальной диэлектрической проницаемостью значительно меньшей, чем у воды связанной. Так, ε свободной воды при t= 20°С равна 80,3 ед, а интегральное значение пленки связанной воды (ε_{пл. ср}) толщиной 0,07 мкм, заключенной между двумя кристаллами слюды, составляет 4,5 отн. ед.

2. Объем связанной воды в порах различен при насыщении пресной и минерализованной водой. Толщина пленки связанной воды, ассоциирующая с двойным электрическим слоем, возрастает с уменьшением минерализации раствора электролита. Замена пресного раствора на минерализованный приводит к уменьшению пленки связанной воды и, следовательно, к уменьшению суммарного объема этой воды с резко заниженным значением ε, что и является причиной роста ε с увеличением минерализации раствора, насыщающего их поровое пространство.

На рис. 8 показана зависимость для Усть-Балыкского месторождения с учетом экспериментальных данных для случаев вытеснения нефти пластовой водой и пресной.

 

Рис. 8. Зависимости от К_ВТ.

Вытеснение нефти водой: 1- пластовой (С_В=15 г/л), 2- пресной (С_В→0)

 

При выработке нефти из пласта ε может увеличиваться в 2 раза при нагнетании минерализованной водой и в 1,6 раза при нагнетании пресной.

Таким образом, по величине диэлектрической проницаемости можно выделять пласты, обводняющиеся нагнетаемыми пресными и минерализованными водами.

Если определены ε_{п обв}, ε_нп и К_п , то можно определить коэффициент текущей нефтенасыщенности (К_НТ).

 

Контрольные вопросы

1. Какие физические характеристики пластов влияют на изменение диэлектрической проницаемости?

2. Можно ли по данным измерения диэлектрической проницаемости выделять обводненные пласты?