Ав,эф наблюдаются: 1) в песчано-глинистых породах — в тонкозернистых песках, песчаниках и алевролитах (см. рис. 91, а); 2) в разрезах, содержащих каменные угли, — в высококарбонизированных углях (см. рис. 91, б); 3) в карбонатных породах — в плотных, особенно пиритизированных разностях известняков и доломитов (см. рис. 91, в);

4) в магматических породах, обогащенных минералами с электронной проводимостью (сульфидами, графитом и некоторыми окислами) (см. рис. 91, г).

Наименьшие значения Uвп и Ав,эф отмечаются в глинах, чистых высокопористых песках и песчаниках и в кавернозных закарстованных известняках и доломитах.

Линейные зависимости вызванной электрохимической активности от силы поляризующего тока, как было сказано выше, типичны для пород, не содержащих минералы с электронной проводимостью металлов. Для сульфидов, некоторых окислов высококарбонизированных ископаемых углей, графита и сильно пиритизированных пород интенсивность зависимости Ав,эф = f (I) убывает с ростом поляризующего тока I.

§ 41. ИСКАЖЕНИЯ ДИАГРАММ ПОТЕНЦИАЛОВ ВЫЗВАННОЙ ПОЛЯРИЗАЦИИ

Искажения диаграмм потенциалов вызванной поляризации могут быть обусловлены поляризацией электродов, индукцией, нестабильностью Uсп и утечками поляризующего тока.

Поляризация измерительного электрода М наблюдается при прохождении поляризующего тока через этот электрод. Для исключения поляризации потенциалы Uвп следует регистрировать трехэлектродными зондами АМА с утопленным измерительным электродом М компенсационным способом измерений.

Индукция приводит к плавному изменению потенциалов Uвп с глубиной и к искажению зависимостей Uвп = f (I). Если влияние индукции не исключено, на диаграмме Uвп проводят условную нулевую линию через точки минимальных значений (Uвп в породах, например, глинах, практически не создающих потенциалы вызванной поляризации. Превышение (Uвп над величиной потенциалов, соответствующих этой линии, в дальнейшем используют для определения Ав.

Нестабильность потенциалов собственной поляризации (а также комплекс причин, искажающих этот параметр, см. § 33), приводит к искажению кривых (Uвп в тех случаях, когда потенциалы Uспи Uвп соизмеримы между собой.

Глава V.ИНТЕРПРЕТАЦИЯ ДИАГРАММ МЕТОДА ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОНИЦАЕМОСТИ

§ 42. ДИЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПРОНИЦАЕМОСТЬ ГОРНЫХ ПОРОД

При изучении скважин диэлектрическим методом горные породы дифференцируются по величине относительной диэлектрической проницаемости

где εа — абсолютная диэлектрическая проницаемость, Ф/м; ε0 — электрическая постоянная, равная 8,85416·10-12 Ф/м.

Для большинства минералов (и особенно главнейших породообразующих) величина ε изменяется в относительно небольших пределах — от 4 (рварц) до 8 (доломит). Резко отличную диэлектрическую проницаемость имеют вода (80 при 20 °С) и некоторые сопутствующие и рудные минералы, например рутил (ε = 100), галенит (ε= 18) и другие. Минералы, составляющие твердую фазу с высокой диэлектрической проницаемостью, обычно присутствуют в породах в исчезающе малых количествах. Поэтому диэлектрическая проницаемость горных пород и особенно пород осадочного комплекса в основном определяется их влажностью. Диэлектрическая проницаемость водонасыщенных пород пропорциональна пористости и находится в прямой зависимости от их глинистости.

Относительная диэлектрическая проницаемость газа (~1) и нефти (2-3) намного ниже

128

проницаемости породообразующих минералов. Как следствие этого, насыщение пород газом и нефтью обусловливает снижение ε.

Диэлектрическая проницаемость εс двухкомпонентной смеси достаточно хорошо апроксимируется уравнением Оделевского

(159)

здесь

где k1 и k2 — объемные содержания компонент с проницаемостями ε1 и ε2.

Для пород заданного минерального состава диэлектрическая проницаемость незначительно понижается с повышением частоты поляризующего поля и зависит от температуры. Последняя зависимость наиболее существенна для воды, для которой в пределах температур от нуля до 100 °С средний градиент изменения ε составляет 0,33 °С-1. С повышением концентрации солей, растворенных в поровых водах, незначительно повышается ε.

Резкое различие по диэлектрической проницаемости воды, газа и нефти и малая зависимость ее от состава и концентрации солей, растворенных в поровых водах, предопределяют возможность использования диэлектрической проницаемости при исследовании разрезов нефтяных скважин с целью разделения коллекторов, насыщенных пресными водами и нефтью.

§ 43. КРИВЫЕ ВОЛНОВОГО ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОГО МЕТОДА

Диэлектрическую проницаемость горных пород в скважинах определяют по данным волнового диэлектрического метода [19]. Согласно теории этого метода, разность фаз ∆φ поля, измеренного в двух точках, расположенных на расстояниях z1 и z2 от генераторной катушки, питаемой током частоты 40—60 МГц, связана с кажущимся значением εк относительной диэлектрической проницаемости соотношением

(160)

где ∆l = z1—z2 — расстояние между центрами измерительных катушек зонда; ω — угловая частота тока, питающего генераторную катушку; с — скорость света. Под кажущимся значением εк понимается относительная диэлектрическая проницаемость однородного непроводящего пространства, в котором показания приборов одинаковы с показаниями приборов в изучаемом пространстве, неоднородном по диэлектрическим свойства.

129

Рис.93. Кривые ∆φ/∆φп∞ для зонда И20,2И1O,8Г волнового диэлектрического метода.

f = 60 МГв, εп= 20; ρп= 20 Ом · м; ξвм= 5; ρвм= 50 Ом · м.

Шифр кривых — мощность пласта, м. Пунктирной линией изображен график изменения ε

На рис. 93 приведены кривые отношения величины ∆φ к ее значению ∆φ∞ (в среде неограниченной мощности) для случая пересечения зондом И20,2И1O,8Г пластов ограниченной мощности, диэлектрическая проницаемость которых εп выше диэлектрической проницаемости εвм вмещающей среды. Для пластов мощностью h < 0,3 м оптимальное значение этого отношения приурочено к подошве пласта. По мере увеличения h точка максимума отношения ∆φ/∆φ∞ смещается к кровле и в пластах мощности, большей размера Lд зонда (см. рис. 93), располагается ниже кровли на расстоянии ∆l/2.

В современной аппаратуре волнового диэлектрического метода регистрируют величину, пропорциональную sin ∆2ϕ .Кривые

параметра sin ∆2ϕ близки по конфигурации к кривым ∆φ: характерные точки (точки максимума и минимума) этих кривых совпадают. В том случае, когда проводимостью

130

изучаемых пород можно пренебречь, кривые параметра D = sin ∆2ϕ могут быть приведены к

кривым εк путем пересчета линейного масштаба параметра D в нелинейный масштаб εк по формуле

Если проводимость изучаемой среды достаточно велика, оптимальные значения параметра D пересчитывают в εп (εк) по кривым, приведенным на рис. 94.

Рис. 94. Палетки для определения ε по данным sin φ/2 (зонд И20,2И10,8Г). Шифр кривых — ρп, Ом · м

§ 44. ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ИНТЕРПРЕТАЦИЯ КРИВЫХ ВОЛНОВОГО ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОГО МЕТОДА И ИХ ИСКАЖЕНИЯ

На кривых волнового диэлектрического метода увеличенными

	значениями εк (sin	∆ϕ	) выделяются породы повышенной влажности —
		2

водонасыщенные коллекторы высокой пористости и породы, содержащие в существенных количествах глинистые минералы, галенит, гематит, рутил и некоторые другие. Пониженные значения εк характерны для плотных пород и коллекторов, насыщенных газом и нефтью, в условиях, когда проникновение фильтрата глинистого раствора не превышает 10—15 см. При большей глубине проникновения фильтрата в связи с ограниченностью глубины исследования волновым диэлектрическим методом (0,3—0,4 м) в условиях изменяющейся влажности горных пород выделение газоносных и нефтеносных коллекторов по данным этого метода неэффективно.

Основные погрешности в определении εп вызываются недостаточным учетом влияния электропроводности горных пород, с увеличением которой возрастает величина ∆ϕ(sin ∆2ϕ) .

При используемых частотах тока, питающего генераторную катушку, этот учет возможен при ρп (ρпп) > 5 Ом · м. Влияние скважины на показания наблюдается в тех случаях, когда dc/Lд превышает 1/3 и особенно при растворах с сопротивлением ρр < < 0,8 Ом · м.

131