Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агенство по образованию

государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Самарский государственный технический университет»

Нефтетехнологический факультет

Кафедра «Геология и геофизика»

Работа по промысловой геофизике (собственное изложение темы курса)

«Электрические методы исследования скважин. Метод потенциалов самопроизвольной поляризации»

Выполнила: студентка IV – НТ – 7

Ткаченко И.Н.

Преподаватель: Курдина Т.С.

Самара

2013г.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………………………………………3

1 УДЕЛЬНОЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ ГОРНЫХ ПОРОД………………..4

2 МЕТОД ПОТЕНЦИАЛОВ САМОПРОИЗВОЛЬНОЙ ПОЛЯРИЗАЦИИ………………...10

3 ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ ПОЛЯ ДИФФУЗИОННОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ В СКВАЖИНЕ…………………………………………………………………………………….12

4 ЗАДАЧИ РЕШАЕМЫЕ ПО ДАННЫМ МЕТОДА СП…………………………………….16

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ……………………………………………………………………...17

ВВЕДЕНИЕ

Геофизические методы, используемые для изучения геологических разрезов скважин, в зависимости от физических свойств пород, на которых они основываются, делятся на электрические, радиоактивные, термические, акустические, геохимические, механические, магнитные и др.

Сущность любого геофизического метода состоит в измерении вдоль ствола скважины некоторой величины, характеризующейся одним или совокупностью физических свойств горных пород, пересеченных скважиной. Физические свойства пород связаны с их геологической характеристикой, и это позволяет по результатам геофизических исследований судить о пройденных скважиной породах. Геофизические исследования в скважинах выполняют с помощью специальных установок, называемых промыслово – геофизическими (каротажными) станциями.

Рассмотрим подробнее электрические методы исследования скважин.

Электрические методы исследования скважин основаны на регистрации следующих параметров – удельного электрического сопротивления (УЭС), проводимости пород, разности фаз переменного электромагнитного поля, наведенного в двух смежных измерительных катушках, разности потенциалов самопроизвольной или вызванной поляризации горных пород.

В зависимости от регистрируемого информационного параметра электрические методы подразделяются на метод кажущегося сопротивления, метод сопротивления экранированного заземления (боковой каротаж), индукционный метод, метод микрозондов, метод потенциалов самопроизвольной поляризации и метод потенциалов вызванной поляризации.

1 Удельное электрическое сопротивление горных пород

Свойство горных пород проводить электрический ток характеризуется их удельной электропроводностью или обратной ей величиной – удельным электрическим сопротивлением:

(1)

где R – полное электрическое сопротивление образца породы (в Ом), S и L, соответственно, площадь поперечного сечения (в м) и длина (в м) образца.

Размерность величины ρ - Ом•м, т.е. удельное электрическое сопротивление (или просто сопротивление) породы измеряется в омметрах.

Удельное электрическое сопротивление горной породы определяется величиной сопротивления ее твердой фазы, объемом порового пространства, текстурными особенностями породы, сопротивлением насыщающих поровое пространство флюидов, минерализацией пластовой воды и температурой.

Удельное сопротивление твердой фазы породы зависит от ее минералогического состава. Основные минералы, входящие в состав осадочных горных пород на нефтяных и газовых месторождениях, а также на месторождениях твердых полезных ископаемых, имеют очень большие значения сопротивления и фактически являются диэлектриками. Исключение составляют минералы угольных и рудных месторождений (табл. 1).

Большое влияние на величину удельного сопротивления осадочных пород оказывает наличие в них пластовой воды, содержащей растворенные соли. Концентрация солей в пластовой воде в свою очередь зависит от состава растворенных солей и температуры пласта. При равных содержаниях растворенных солей значения удельного сопротивления водных растворов в пластовых условиях могут иметь близкие значения. Наиболее высокую концентрацию в пластовых водах имеют ионы натрия, калия, хлора, кальция, магния. В меньших количествах в пластовой воде содержатся ионы йода, брома и некоторых других солей. Содержание солей в воде изменяется от 0,12 до 300 г/л, причем на 70 – 95% это NaCl. Поэтому при определении удельного электрического сопротивления пластовых вод по известной минерализации влиянием различия в ионном составе растворенных в воде солей пренебрегают, полагая, что в воде растворена только соль NaCl. Если содержание других солей в растворе превышает 10%, то определение удельного сопротивления необходимо проводить с учетом его солевого состава.

Таблица 1.

Удельное электрическое сопротивление горных пород, породообразующих и рудных минералов

С ростом температуры растворимость солей в воде закономерно увеличивается, а электрическое сопротивление уменьшается в соответствии с выражением

(2)

где ρ ₂₀ и ρ _t - удельное сопротивление раствора соответственно при t=20⁰ C и текущем значении температуры; a_t и b_t – температурные коэффициенты, равные для раствора NaCl, соответственно, 216•10^-4 и 8•10^-6.

На рис. 1 приведено семейство зависимостей удельного сопротивления ρ_в водных растворов NaCl от концентрации солей и температуры. В зависимости от искомого параметра приведенная на рис. 1 палетка может использоваться либо для определения величины удельного электрического сопротивления пластовой воды, либо для определения объемного содержания растворенной в ней соли NaCl.

Рис. 1. Зависимость удельного сопротивления ρ_в раствора NaCl от температуры и концентрации С_NfCl.

Поскольку одним из лучших проводником электрического тока в осадочных горных породах является вода, а породообразующие минералы не проводят электрический ток и фактически являются диэлектриками, удельное сопротивление горной породы зависит не только от минерализации пластовой воды и температуры, но и от содержания воды в породе. В случае насыщения пустотного пространства породы только водой значение удельного сопротивления будет зависеть только от значения коэффициента пористости. Чем больше значение коэффициента пористости породы, тем больше в ней содержится воды и тем меньше значение удельного сопротивления, и наоборот – высокие значения удельного сопротивления соответствуют более низким значениям коэффициента пористости.

На величину удельного сопротивления глинистых песчаников влияют не только минерализация пластовой воды и термобарические условия, но и поверхностная проводимость тонкодисперсной глинистой фракции породы, обладающей повышенной адсорбционной способностью. Влияние этого фактора особенно сильно проявляется при насыщении породы слабоминерализованной или пресной водой. В этом случае значение параметра пористости изменяется в зависимости от минерализации пластовой воды.

Для оценки влияния поверхностной проводимости на величину удельного сопротивления породы используют коэффициент поверхностной проводимости П:

(3)

где Р_п – параметр пористости породы, насыщенной низкоминерализованной водой; Р_{п нас} – параметр пористости породы, содержащей высокоминерализованную воду (насыщенный раствор). Коэффициент поверхностной проводимости П зависит отудельного сопротивления поровых вод и глинистости породы (рис. 2).

Рис. 2. Зависимость коэффициента поверхностной проводимости П от удельного сопротивления ρ_в поровых вод и глинистости пород С_гл.

Удельное сопротивление водонасыщенной породы можно представить следующим образом:

(4)

Удельное сопротивление нефтенасыщенных и газонасыщенных пород выше по сравнению с сопротивлением пород, поровое пространство которых полностью заполнено пластовой водой. Проводником электрического тока в таких случаях является минерализованная пластовая вода. Количество воды и характер ее распределения в поровом пространстве определяют удельное сопротивление породы.

При изучении влияния нефтегазонасыщения удобно вместо удельного сопротивления породы рассматривать отношение удельного сопротивления ρ_н нефтенасыщенного или газонасыщенного ρ_г пласта к удельному сопротивлению ρ_вп того же пласта, поры которого полностью заполнены пластовой водой. Указанное отношение называется параметром насыщения порового пространства или коэффициентом увеличения сопротивления и обозначается следующим образом:

(4а)

Для нефте- и газонасыщенного пласта это отношение показывает, во сколько раз насыщение породы нефтью и газом увеличивает её удельное сопротивление по сравнению с сопротивлением полностью водонасыщенного пласта. Экспериментальными исследования установлена зависимость между коэффициентом водонасыщенности k_в породы и параметрами Р_н и Р_г насыщения породы углеводородами:

(5)

где k_н =1-k_в или k_г=1-k_н, соответственно, коэффициенты нефтенасыщенности и газонасыщенности; а_n и n – коэффициенты, постоянные для данного типа отложений.

На рис.3 представлены зависимости Р_н=f(k_в) для гидрофильных и гидрофобных песчано-глинистых и карбонатных пород. В гидрофобных нефтенасыщенных коллекторах значение коэффициента n может быть равным 10. В чистых неглинистых коллекторах этот коэффициент равен 2, а в случае коллекторов с большим содержанием глинистого материала его значение уменьшается до 1,5-1,6.

Рис. 3. Зависимость параметра насыщения Р_н от коэффициента нефтенасыщенности k_н и водонасыщенности k_г пород:

а – для песчано-глинистых и карбонатных пород: 1 – песчано-глинистых гидрофильных, 2 – слабогидрофобных, 3 – гидрофобных, 4 – карбонатных; б – для песчаных коллекторов с различной глинистостью: I – нефть (газ), II – нефть (газ), III – вода.

Анализ кривых на рис. 3 показывает, что удельное сопротивление нефтенасыщенных пород существенно отличается от сопротивления тех же пород, насыщенных водой в области высоких значений коэффициента нефте(газо)насыщенности – k_н(г) ≥40%.