Другой способ определения ρп и ρзп (ρпп) по данным измерений с зондами различных типов и размеров сводится к использованию палеток, аналогичных приведенной на рис. 74 [11,14]. Методика решения задачи сводится к определению модулей кривых ρп/ρр (ρзп/ρр) = const или ρпп/ρр (ρзп/ρп) = const и Dзп (Dзп/dc) = const в поле координат, которыми являются отношения ρк (ρэф) сопротивлений, измеренных с зондами различного типа и размера. Могут быть использованы также отношения этих сопротивлений к удельным сопротивлениям ρр глинистого раствора, ρзп зоны проникновения его фильтрата в породы и ρпп зоны, полностью промытой фильтратом глинистого раствора, т. е. в поле координат

где ρк(эф)х(у, ...) —кажущиеся (эффективные) сопротивления, измеренные зондами типа и размера х, у, и т. д.).

Получение близких значений ρпп/ρр, ρп/ρр (ρпп/ρп) и D/dc по данным измерений ρк и ρэф выполненных различными зондами, указывает на точность решения задачи с помощью

используемой палетки.

Рис. 74. Палетка для интерпретации данных зондов: ближней зоны ρбз, малого экранированного ρмэ, среднего индукционного ρси и большого индукционного ρби.

Пласт большой мощности, скин-эффект отсутствует; dс = 200 мм. Шифр кривых – Dзп,см, (ρмз/ρси); [ρпп/ρп]

Глава III.ИНТЕРПРЕТАЦИЯ ДИАГРАММ ПОТЕНЦИАЛОВ СОБСТВЕННОЙ ПОЛЯРИЗАЦИИ ГОРНЫХ ПОРОД, ПОТЕНЦИАЛОВ ЭЛЕКТРОДНЫХИ ГАЛЬВАНИЧЕСКИХ ПАР

Потенциалы Ucп собственной поляризации горных пород создаются диффузией солей и адсорбцией их ионов поверхностью частиц, составляющих породу, фильтрацией вод и окислительно-восстановительными реакциями, протекающими на поверхностях соприкосновения горных пород с окружающей ик средой.

В зависимости от того, какой из перечисленных процессов вызывает поляризацию породы, потенциалы собственной поляризации подразделяются на диффузионноадсорбционные, течения (фильтрации) и окислительно-восстановительные.

§ 29. ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ ГОРНЫХ ПOPOД

Свойство горных пород поляризоваться под действием физико-химических процессов, указанных выше, называется естественной электрохимической активностью. В зависимости от физико-химической природы поляризующего процесса электрохимическая активность разделяется на следующие виды.

101

1.Диффузионно-адсорбционную, определяющую свойства горных пород изменять величину и знак диффузионных потенциалов.

2.Окислительно-восстановительную, характеризующую способность горных пород создавать электрические поля в случае, когда их окислительно-восстановительный потенциал отличается от потенциала окружающей среды.

3.Фильтрационную, определяющую возникновение электрического поля в породе при течении водных растворов в ее поровом пространстве. ДИФФУЗИОННО-АДСОРБЦИОННАЯ АКТИВНОСТЬ

На поверхности соприкосновения литологически различных горных пород или пород

ирастворов возникает диффузионно-адсорбционная разность потенциалов Uда. В случае пластовых вод и растворов одинакового химического состава диффузионно-адсорбционная разность потенциалов

(104)

где ав и аф — активности соприкасающихся растворов; Кда и Кд — коэффициенты диффузионно-адсорбционной э. д. с. и э. д. с. диффузии; Ада —диффузионно-адсорбционная активность горных пород; Uда — потенциал среды, заполненной раствором концентрации «ф» по отношению к среде, содержащей раствор «в».

Так как разность потенциалов диффузии Uд = Кдlgав/аф,то диффузионноадсорбционная активность Aда численно равна разности превышений диффузионноадсорбционных потенциалов Uда над диффузионными потенциалами, измеренными при двух активных концентрациях растворов а и а», отнесенной к логарифму отношений этих концентраций.

На некотором достаточно большом диапазоне низких концентраций электрические удельные сопротивления электролитов обратно пропорциональным концентрациям. В пределах этого диапазона

(105)

В более общем случае

(106)

где bс — коэффициент приведения зависимости Uда от lg ρф/ ρв к линейному виду, зависящий от концентрации и химического состава электролитов.

Диффузионно-адсорбционная активность горных пород и разность диффузионноадсорбционных потенциалов определяются [2,7,23]: 1) минеральным (химическим) составом пород (рис. 75);

2)степенью дисперсности породы; при прочих равных условиях возрастание дисперсности вызывает увеличение Ада (рис. 76);

3)плотностью укладки частиц, повышающей диффузионно-адсорбционную активность; 4) степенью насыщения породы раствором, понижающей ее активность; 5) химическим составом вод, насыщающих горную породу.

Таким образом, диффузионно-адсорбционная активность горной породы при одинаковой адсорбционной активности породоразрушающих минералов возрастает с увеличением поверхности твердых частиц, приходящихся на единицу объема раствора, насыщающего породу.

102

Рис. 75. Диффузионно-адсорбционные потенциалы в растворах хлористого калия в различных горных породах.

1 — глинистый сланец (Урал); 2 — глина ПК промысла им. Орджоникидзе; 3 — глина кил (Крым); 4 — известняк; 5 — песчаник; 6 — антрацит; 7 — мергель; 8 — боксит; 9 — песок кварцевый; 10 — доломит; 11 — подмосковный ожелезненный песок; 12 — каолин

Как следствие этого, наблюдаются четкие коррелятивные связи между диффузионноадсорбционной активностью Ада и удельной поверхностью Sω (рис. 76, а, кривая 1), между Ада и приведенной емкостью qп поглощения (рис. 76, а, кривая 2), между Апа и параметром пористости Рп (рис. 76, б, кривая 3), между Aда и поверхностной проводимостью Пп (рис. 76, б, кривая 4).

103

Рис. 76. Зависимости диффузионно-адсорбционной активности Ада терригенных пород от удельной поверхности, Sω приведенной емкости поглощения qп, параметра Рп пористости и поверхностной проводимости Пп.

а - Ада = f (Sω) [1] и Ада = f (qп) [2]; б-Ада= f (рп) [3] и Aда = f (Пп) [4]

Для песчано-глинистых пород

(107)

где Ада,гл—диффузионно-адсорбционная активность поверхностно-активных глинистых минералов; ηгл — относительная глинистость при естественном состоянии глинистых частиц,

Диффузионно-адсорбционная активность Ада и коэффициенты Кда и Кд линейно связаны с температурой t:

где Aда,20,Кда,20, Кд,20 и Aда,t, Kдa,t, Kд,t — значения Ада, Кда	и	Кд при 20 °С и
аt =1	+	t − 20
		293,13
температуре t изучаемой среды; аt —температурный коэффициент,

Номограммы для определения аt при заданной температуре t и расчета Кда,t, Кд,t, Ада,t и Ксп при температуре t и 20 °С приведены на рис. 77. Пунктиром показано решение задачи для Ада,20 = 60 мВ, t = 110°С. Ответ: Ада,t = 79 мВ.

Диффузионно-адсорбционная активность горных пород при t = 20 °С изменяется от —10 до

70 мВ.

104

Рис. 77. Номограмма для определения Aда,Кда, Кд, Ксп, (∆Ucп) при температурах t и 20 ◦С.

Окислительно-восстановительная активность Окислительно-восстановительные потенциалы наблюдаются: а) в сульфидных рудах;

б) в породах, содержащих окислы металлов, находящихся в высшей или низшей степени окисления по отношению к окислам металлов в окружающих горных породах;

в) в ископаемых углях.

Окислительно-восстановительная активность пород Аов количественно оценивается разностью превышения окислительно-восстановительных потенциалов ξов [возникающих между раствором хлористого калия за данной постоянной концентрации (0,01 или 0,1 моль) и содержащим окислитель (при двух концентрациях а'о и а»о последнего ] над диффузионноадсорбционным потенциалом ξда того же раствора при отсутствии окислителя, отнесенной к логарифму отношения концентраций окислителя [2].

Из горных пород наиболее высокую окислительно-восстановительную активность имеют сульфиды, из осадочных формаций — ископаемые угли. Количественно этот параметр не изучен.

ФИЛЬТРАЦИОННАЯ АКТИВНОСТЬ Фильтрационная активность Аф горных пород определяется разностью потенциалов,

возникающей при фильтрации эталонной жидкости (например, раствора хлористого натрия удельного сопротивления в 1 Ом · м) через породу под давлением в 1 МПа (СИ).

Приближенно принимается

(108)

здесь ξH,Na,Сl и ξHx —значения потенциалов Гельмгольца для раствора NaCl указанной концентрации и раствора х, фильтрующегося в породу, при перепаде давления 1 МПа; ρ — удельное сопротивление раствора NaCl; p —давление, под которым происходит фильтрация.

Фильтрационная активность зависит от химического состава и коллекторских свойств пород и хорошо не изучена.

105