Лабораторная работа 8 определение удельного электрического сопротивления ионопроводящих горных пород

Тема: Определение удельного электрического сопротивления при полном насыщении образцов горных пород. Построение зависимости параметра пористости от коэффициента пористости.

Цель: Изучить способ получения зависимости параметра пористости от коэффициента пористости по керну.

Задачи:

1. Составить представление о факторах, влияющих на электрическое сопротивление горных пород, и целях исследования УЭС по керну.

2. Описать технологию измерения УЭС горных пород в лаборатории (смотреть Практикум стр.94-98, + СТП ПЦ «Тюменьпромгеофизика»).

3. По данным экспериментального определения УЭС образцов керна и их пористости построить зависимость параметра пористости от коэффициента пористости.

Теоретическая часть:

Удельное электрическое сопротивление (УЭС) - величина, характеризующая противодействие единицы объема вещества прохождению электрического тока. УЭС горных пород определяется их вещественным составом, структурой порового пространства, температурой, давлением и изменяется в пределах 10^-3– 10⁸Ом·м.

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_впи частично водонасыщенной ρ_нппороды можно записать в следующем виде: ρ_вп= Р_пρ_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 полностьюводонасыщенной 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).

Практическая часть.

Определение удельного электрического сопротивлении при полном насыщении образцов горных порол.

Удельное электрическое сопротивление является одним из важных свойств пород-коллекторов нефти и газа. Его изучение и установление связи с коллекторскими свойствами пород позволяет по данным каротажа выделять в разрезе скважин нефтегазонасышснные пласты и определять их основные параметры, необходимые для подсчета запасов нефти и газа. Данный метод распространяется только на твердые горные породы, характер проводимости в которых не ионный.

Отбор и методы подготовки образцов горных пород.

Отбор образцов горных пород осуществляется по ГОСТ 26450.0-85 со следующим дополнением: для изучения керна с естественным нефтеводонасыщением длина образцов должна составлять в сумме не менее 25% от длины исходной пробы (куска керна) и возрастать в зависимости от степени неоднородности пород, обеспечивая представительство каждой литологической разновидности.

Используют образцы цилиндрической формы диаметром 15-25 мм, высотой 20-50 мм и образцы кубической формы с длиной ребра 20-45 мм. Оптимальные размеры образцов: высота и диаметр 30 мм, длина ребра 30 - 40 мм. При изготовлении образцов ось цилиндров должна быть ориентирована параллельно плоскости напластования. После изготовления необходимо очистить поверхность образцов от механических загрязнений при помощи щетки. Маркировку образцов и их дальнейшую подготовку (экстракцию, отмывку, сушку и насыщение пластовой водой или ее моделью) производят в соответствии с ГОСТ 26450.0-85.

Образцы насыщают моделью пластовой воды или раствором соли хлористого натрия, эквивалентным по удельному электрическому сопротивлению пластовой воды. Подготовленные и насыщенные образцы выдерживают в эксикаторе с раствором, в котором проводилось насыщение, до проведения измерений. Перед измерениями обеспечивают равенство температур образцов и насыщающего раствора с температурой в лаборатории.

Аппаратура и материалы:

Аппаратура для насыщения образцов жидкостью состоит из;

1) вакуум-насоса Комовского

2 )какого-либо сосуда (например, вакуумного эксикатора), н который помещают кювету с образцом, 3) емкости для жидкости (что позволяет вакуумировать жидкость и образец раздельно);

4) устройства для перепуска жидкости в кювету с образцами:

Рабочая жидкость не должна: вызывать набухания породы, отслаивания частиц, деформации образна, вступать с веществом породы в химическое взаимодействие, быть токсичной.

Для экстрагирования образца:

5) аппарат Сокслега.

Для измерения удельного электрического сопротивления применяются:

6) мосты цифровые типа Р-5058 или им подобные;

7) керновый зажим, обеспечивающий задаваемое усилие прижима электродов к образцу (см. рис.);

8) электроды из листовой нержавеющей стали;

9) манометр типа МТ или подобный:

10) электродные блоки (см. рис.);

11) целлофановая пленка;

12) фильтровальная бумага;

13) монтажный провод типа МГВ сечением 0,35-0,5 мм²;

14) термометр марки ТЛ-19 с пределами измерений от 10 до 35°С;

15) поверхностный резистивиметр типа ПР-1 с измерительными ячейками;

16) штангенциркуль любого типа;

17) спирт этиловый ректификованный технический.

Для взвешивания образцов:

18) аналитические весы типа ВЛР-200 или аналогичные им:

19) стаканчик с рабочей жидкостью (керосин, дистиллированная вода или модель пластовой воды);

20) подставка-мостик для стакана;

21) металлическая или капроновая нить (леска) для подвешивания образца.

Последовательность выполнения работы.

1. Насыщают в лабораторном стаканчике фильтровальную бумагу и целлофановую пленку тем же раствором, в котором находятся образцы.

2. Протирают спиртом отполированные электроды из нержавеющей стали и накрывают их диумя-тремя слоями фильтровальной бумаги и слоем предварительно обезжиренной спиртом целлофановой пленки.

3. Для более плотного прилегания к поверхности электродов прокладок из фильтровальной бумаги и удаления излишков поды с поверхности целлофановой пленки устанавливают электродные блоки в керновом зажиме и прижимают их друг к другу с усилием 0.4 МПа.

4. Керновый зажим с подготовленными электродными блоками подсоединяют к измерительным клеммам прибора и измеряют величину контактного сопротивлении (R_к), она не должна превышать 5-8 Ом.

5. Для каждого образца определяют гидростатическим взвешиванием его массу (m₂) при погружении в равновесный насыщающий раствор.

6. Перемешивают насыщающий раствор в эксикаторе с образцами, отбирают пробу и измеряют его удельное электрическое сопротивление (ρ_в) и температуру (t).

7. Определяют массу образцов (m₁) при полном их водонасыщонии в воздухе.

8. Сразу же после взвешивания образец помещают в керновый зажим между измерительными электродными блоками и зажимают с усилием 0,4 МПа, после чего измеряют суммарное сопротивление образна (параллельно напластованию) и электродов с прокладками (R_u1).

9. Через каждые 10-15 измерений проводят контрольные замеры электрического сопротивления электродов с прокладками R_к, обеспечивая периодическим увлажнением прокладок из фильтровальной бумаги условие R_к< 5-8 Ом.

10. Определяют геометрические размеры образцов с помощью штангенциркуля (средние значения) с точностью до 0,1 мм: 1 - высота, d - диаметр.

11. Вычисляют удельное электрическое сопротивление раствора по формуле: ρ_в = К *R,

где К - коэффициент измерительной ячейки, м; R - показания прибора. Ом; р_в - удельное электрическое сопротивление раствора, Ом·м.

12. Удельное электрическое сопротивление полностью насыщенных образцов вычисляют но формуле:

Ρ_вп=K(R_u–R_k)

где R_u - электрическое сопротивление образцов при полном насыщении;R_k- величина контактного сопротивления электродов с прокладками; К - величина геометрического коэффициента н метрах, для образцов цилиндрической формы она равна:

K = πd² / 4t

t - температура в лаборатории во время проведения измерений.

Высота образца, м	Диаметр образца, м	Коэффициент измерительной ячейки, м	Величина контактного сопротивления электродов с проводниками, Ом	Электрическое сопротивление образца при полном насыщении, Ом	Удельное электрическое сопротивление раствора, Ом·м	Удельное электрическое сопротивление насыщенного образца, Ом·м

Контрольные вопросы:

1. Как подготовить образцы для определения их удельного электрического сопротивления?

2. Дать описание используемой аппаратуры.

3. В какой последовательности производится работа?

4. Какие меры безопасности должны выполняться при проведении работы?

5. Дайте определение удельного электрического сопротивления пород и назовите факторы, его определяющие.

6. От чего зависит удельное электрическое сопротивления плостовой воды?

7. С какой целью определяется параметры пористости и насыщения? Дайте их определения.

8. Чем определяются величины констант в эмперических формул связей параметра пористости и пористости, параметра насыщения и коэффициента насыщения?