2. Практическая часть

Задание: Определить водоудерживающую способность образцов методом центрифугирования (моделирование остаточной водонасыщенности.

Контрольные вопросы.

5. Назовите виды воды, насыщающей поровое пространство горной породы?

6. Какую воду относят к остаточной воде?

7. Какими факторами обусловлена неподвижность воды в поровом пространстве горной породы?

8. В чем заключается сущность метода центрифугирования?

Лабораторная работа 8

Определение удельного электрического сопротивления при полном насыщении образцов горных пород (электрической проводимости полностью водонасыщенных пород) . Построение зависимости параметра пористости от коэффициента пористости.

1. Теоретические основы

Удельное электрическое сопротивление (УЭС) – величина, характеризующая противодействие единицы объема вещества (1х1х1 м) прохождению электрического тока. Различают горные породы с электронной, полупроводниковой, ионной и смешанной проводимостью.

В общем случае УЭС горных пород определяется их минеральным составом, структурой токопроводящего пространства, температурой, давлением и изменяется в пределах 10^--3 – 10¹⁴ Ом∙м (от самородных металлов с электронной проводимостью до изоляторов - магматических и метаморфических пород).

Электропроводность - величина (G) обратная электрическому сопротивлению (R): G = 1/ R, (напомним, что 1 См = 1/1 Ом и 1 мСм = 0,001 Ом). Осадочные терригенные (песчано-глинистые породы) обладают ионной проводимостью. Проводимость остальных минеральных составляющих: твердой фазы, нефти и газа практически нулевая (n*10^–8 - n*10^–14 1/Омм). Основным проводящим компонентом в них является поровая вода с растворенными в ней солями.

Зависимость между УЭС ионопроводящих пород (ρ_п) и основными свойствами их имеет следующий вид:

ρ_п =а* ρ_в /Wⁿ , (7.1)

где а и n – эмпирические постоянные, определяемые структурой токопроводящего пространства; ρ_в - УЭС поровой воды, W = Vв/V = Кп*Кв – объемная влажность (водонасыщенность), Vв –объем воды в породе, V – объем породы (предполагается отсутствие закрытых пор).

Отсюда при Кв=1, для УЭС полностью водонасыщенной породы, имеем:

ρ_вп =а₀*ρ_в /Кп^m , (7.2)

где а₀ и m – эмпирические постоянные, определяемые структурой токопроводящего пространства полностью водонасыщенной породы.

Определение УЭС образцов горных пород основано на измерении электрического сопротивления (R), характеризуемого законом Ома: R = U/J, где U – падение напряжения (в вольтах) на образце при пропускании через него тока J (в амперах).

Удельное электрическое сопротивление образца породы правильной геометрической формы определяется как:

ρ_п = R_п * S/L, (7.3.)

где S - площадь сечения образца в направлении перпендикулярном пропусканию тока, L – длина образца по направлению прохождения тока.

Особенностью измерения электрического сопротивления (R) ионопроводящих пород является возникновение поляризации на границе меду электродами (металл) и образцом (поровой водой). Это приводит к возникновению дополнительного – контактного - сопротивления (R_к) в указанной области. Величина его зависит от частоты и силы питающего тока, от условий контакта металлического электрода с поверхностью образца (поровой водой).

Лабораторные исследования УЭС образцов горных пород выполняют с целью изучения характера зависимости УЭС пород от пористости, водонасыщенности, минерального состава, структуры и объема порового пространства пород, характера распределения воды в порах, от частоты и напряженности электрического поля и других свойств.

В осадочных горных породах проводящим компонентом, как правило, является вода с растворенными в ней солями, находящаяся в поровом пространстве.

Лабораторные определения УЭС образцов горных пород выполняются для решения следующих задач:

1) уточнение пределов измерения УЭС отдельных литотипов и групп пород; 2) выявление наиболее вероятных и средних значений этого свойства для литотипов пород отдельных стратиграфических подразделений, разрезов, площадей, фаций и геологических регионов; 3) установление характера зависимости УЭС пород от минерального состава, структуры и объема порового пространства, соотношения и распределения порозаполняющих флюидов, частоты и напряженности электрического поля; 4) выявления характера изменения УЭС при эпигенетическом преобразовании и метаморфизме пород.

Удельное электрическое сопротивление полностью водонасыщенной ρ_вп и частично водонасыщенной ρ_нп породы можно записать в следующем виде: ρ_вп = Р_п ρ_в (1) ρ_нп = Р_пР_нρ_в (2)

Здесь Рп - параметр пористости, характеризующий во сколько раз увеличится удельное электрическое сопротивление некоторого объема, занятого водой, при заполнении его зернами непроводящей электрический ток твердой фазы. Величина Рн - называется параметром насыщения. Она показывает во сколько раз увеличится сопротивление полностью водонасыщенной породы при замещении части воды порового пространства не проводящим ток флюидом.

Величина параметра пористости определяется объемом и геометрией порового пространства и обычно выражается эмпирической формулой

P_n = ak_n^-m, (3)

где а и m - константы, зависящие от структурных особенностей порового пространства. Величина параметра насыщения эмпирически выражается следующим образом: Р_н = ak_B^-n, (4)

где а и n - константы, характеризующие определенный класс продуктивного коллектора, к_в - текущая водонасыщенность породы (1<k_B<k_B0).