38. Физические основы метода потенциалов собственной поляризации.

Основан на изучении естественного стационарного эл. поля в скв., образование которого связано с физ-хим процессами, протекающими на поверхностях раздела скв-порода и между пластами разной литологии.

Потенциалы СП создаются благодаря процессам:

1. Диффузия ионов из пластовых вод в скв. и из скв. в пласт, а так же адсорбция ионов (солей) на поверхности минеральных частиц г.п.

2. Фильтрация вод – промывочные жидкости в породы и пластовых вод в скв.

3. Окисл-восст процессы, происходящие в породах и на контакте их с промывочной жидкостью и с металлами.

Способность г.п. поляризоваться под действием вышеперечисленных процессов называется ест. электрохимической активность г.п.

Потенциалы, образующиеся в результате поляризации, называются: диффузионные Е_д, диф-адсорбционные Е_да, фильтрационные Е_ф и окисл-восст Е_ов. Главные – первые 3.

Измеряя потенциалы эл. поля в скв. можно получить информацию о литологии и кол свойствах пород, а так же о наличии в г.п. ПИ.

Метод СП обязателен, входит в стандартный каротаж (КС+СП).

ЭДС диффузионного происхождения (Е_д).

Возникает на контакте двух растворов, имеющих разную минерализацию. С₁>С₂

- формула Нернста, где R- универсальная газовая постоянная, Т – температура в К, F- число Фарадея, n – валентность электролита, u и v – подвижности соответствующих катионов (u) и анионов (v), С – минерализация.

Если перейти к lg и подставить константы, то Е_д=К_дlg(C₁/C₂) (для NaCl Е_д=58(u-v)/(u+v)*lg(C₁/C₂)

На контакте 2 растворов образуется двойной электрический слой «+» и «-». Величина и знак Е_д зависят от хим состава растворов и соотношения концентраций граничащих растворов. (NaCl -11.6, NaHCO₃ +2.2, CaCl₂ –19.7, MgCl₂ –22.5, Na₂SO₄ +5).

39. Наблюденная, статическая и относительная амплитуды сп. Влияние геометрии и удельного электрического сопротивления на наблюдаемую амплитуду сп. Потенциалы собственной поляризации

На контакте глина-раствор, песчаник-раствор и глина-песчаник возникают двойные эл слои, обусловленные диффузией солей, растворенных в пластовых водах. Системы двойных слоев вблизи кровли и подошвы пласта создают замкнутые эл контуры, по которым течет эл ток i_сп. Элементы контура: R_п, R_гл, R_с. Т.о. суммарная ЭДС = E_{р гл}+Е_{р п}+Е_{п гл}=i_сп*( R_п+R_гл+R_с), E_{р гл}+Е_{р п}+Е_{п гл}=Е_сп

Алгебраическая сумма ЭДС в левой части называется статической амплитудой потенциала СП.

Статическая амплитуда м.б. зарегистрирована в скв. при движении электрода М как скачок Δφ против подошвы и кровли пласта при отсутствии тока в цепи.

Есп=Ксп*lg(ρ_ф/ρ_в)

Ксп-литологический коэф, зависит от адсорбционных свойств

0<Ксп<70 мВ, Ксп=0 – в глинах, Ксп=70 – в чистых песчаниках

Регистрируем ΔU_сп=i_спR_c. Наблюденная амплитуда – часть статической. ΔU_сп определяется падением напряжения, создаваемом при прохождении тока i_сп на участке, представленном скв.

ΔU_сп=i_спR_c =Есп – i_сп (Rп +Rгл)

Е_сп^{t пл}=К_сп²⁰lg(ρ_ф/ρ_в) К_сп^t=(t+273)/293

Статическая амплитуда Е_сп убывает по абсолютной величине в след случаях:

1. При увеличении глинистости песчаника, контактирующего с глиной.

2. При уменьшении адсорб способности глин.

3. При уменьшении различия в концентрации солей С_р и С_в.

В скв находятся электрод М, а N- на поверхности. Измеряется Δφ. ΔU_сп=U_M-U_N=U_M-const. На диаграммах СП нет нулевой линии. Точкой записи является М. На диаграммах масштаб задается в виде отрезка длиной 2 см, на котором указана полярность и значение. В качестве нулевой линии используют линию глин (условный ноль) или линию чистых песчаников.

Е_сп может изменять знак при отсчете от линии глин в случае меняющейся минерализации пластовых вод. («-» в формуле – отсчет от линии глин)

Если ρ_ф>ρ_в, то Е_сп<0, ρ_ф<ρ_в, то Есп>0, ρ_ф=ρ_в, то Е_сп=0

ΔU_сп=i_спR_c=E_сп-Е_сп(R_п+R_гл). ΔU_сп≤E_cп R=ρl/S

Если h_пл ∞ h_гл ∞, то S – большая, и R_п и R_гл 0. Отсюда ΔU_сп=Е_сп

Если h_пл песчаника небольшая, и его сопротивление достаточно высокое, то ΔU_сп≤E_cп

Для расчета Е_сп по ΔU_сп вводится поправка ν_сп. Е_сп=ΔU_сп/ ν_сп. ν_сп=f(ρ_п/ρ_р, ρ_зп/ρ_р, ρ_вм/ρ_р, h/d_c, Д_зп/d_c).

Особенности кривой ΔU_сп.

1. Ветви кривой представляют плавный переход от мах к мин значениям против кровли и подошвы пласта песчаника.

2. Против границ пласта наблюдается мах плотность тока U_сп в скв., создающая мах градиент потенциала U_сп

3. Наблюдаемая амплитуда ΔU_спв пластах малой толщины высокого сопротивления всегда меньше статической амплитуды Е_сп.

При количественной интерпретации ГИС чаще всего пользуются параметром α_сп относительная амплитуда потен СП. α_сп=Е_сппл/Е_спмах=К_{сп пл}*lg(ρ_ф/ρ_в)/К_{сп оп}*lg(ρ_ф/ρ_в)

В мощных пластах низкого и среднего сопротивления показания снимаются по середине аномалий. ΔU_сп  E_cп= ΔU_сп/ ν_сп  α_сп= Е_{сп пл}/Е_{сп мах}

Кривая СП в пачке пластов

Пачка, представленная чередованием пластов с различной эл-хим активностью (песчаник-глина), при одинаковом значении Е_сп отличается изрезанным участком кривой СП на фоне общего отклонения от линии глин, соответствующего пачке в целом. Для пачки: α_сп= ΔU_{сп пачки} /Е_сп. α_сп линейно зависит от κ глин (доли глин в пачке, κ = h_гл/H_общ)

Кривая СП в высокоомном разрезе

В высокоомном разрезе кривая СП сильно сглажена, и пласты с эл-хим активностью, аномальной по отношению к вмещающим породам (глинам) отличаются не четко. Это связано с влиянием сопротивления.

40- 42. Задачи, решаемые методом СП.

Показания метода СП зависят от относительной глинистости (степень заполнения глиной порового пр-ва) (сравнить: в ГМ – количество глины в породе)

1. Определение литологии пород в разрезах скв. Мах показания – чистые глины, глин сланцы, алевролиты, агриллиты, сильно глинистые песчаники. Повышенные показания – карб породы с невысокой глинистостью. Мин показания – чистые песчаники, гидрохимические осади, карб породы.

2. Определение глинистости пород. Показания СП тесно связаны с относительной глинистостью. α_сп=1-А_{да песч}/А_{да вм}=1-(А_дагл*η_гл)/(А_дагл*η_{гл вм})=1-η_гл т.к. η_{гл вм}=1

3. Определение коллекторских свойств, К_п, К_пр. η_гл=К_гл/(К_гл+К_п), α_сп=1-η_гл=К_п/(К_гл+К_п) Выделение кол-ов через граничные значения: α_сп >α_{сп гранич}

η_гл< η_{гл гранич}

4. Определение ρ_в. Е_сп =-К_спlg(ρ_ф/ρ_в) желательно пласт чистого песчаника, для которого заведомо знаем вел-ну Ксп = 69,6

5. Определение ФЕС (Кп, Кпр)