Метод потенциалов собственной поляризации (или собственных потенциалов)

Метод потенциалов собственной поляризации (или собственных потенциалов) – СП

Метод СП заключается в изучении собственных электрических полей в скважине. Естественные электрические поля в скважине возникают вследствие  электро-химических процессов на границах между пластами и между породой и буровым раствором.

    Диффузионно – адсорбционные потенциалы.   В породах при наличиискважины образуются контакты растворов. При этом возникает диффузионная ЭДС. При диффузии ионов из раствора с большей (- пластовая вода) в раствор меньшей  (- фильтрат бурового раствора) концентрации более подвижные ионы опережают  менее подвижные. В результате на границе растворов образуется двойной электрический слой, обкладка которого ,расположенная  в менее концентрированном растворе, чаще в буровом растворе, имеет знак более подвижного иона ( - в б.р.,  + в песчанике)  .На границе пес. со скв.

Диффузионная ЭДС определяется формулой  Н е р н с т а:

  , где  при t = 18 C, подвижностях ионов   и        и  

Если радиус порового канала близок к толщине двойного слоя (рис.     , в глине  r< 10^-1мк), анионы,  , скрепленные с твердой фазой, обладают нулевой подвижностью(V=0).Перемещаться способны только катионы  внешней обкладки двойного слоя .На границе глины со скважиной образуется скачок потенциала, называемый диффузионно – адсорбционным:

При этом менее концентрированный раствор  заряжается положительным знаком  (рис.           минус  - в  буровом растворе).

Коэффициент диффузионно – адсорбционной ЭДС от песков до глин изменяется в диапазоне        .    

   определяется  адсорбционной способностью пород. Характеристикой адсорбционной  способности  породы  является  приведенная  емкость обмена  :

, где   - плотность скелета, Q – количество мг-экв. катионов, поглощенных  1г  вещества, - коэффициент пор. Cледовательно,   характеризует  концентрацию  катионов  двойного  слоя  в  объеме  пор.

На рис.     показаны  экспериментальные зависимости    от    для песчано-глинистых  пород при изменении    от  0  до  2.

Адсорбционная способность пород возрастает с уменьшением величины зерен и пор (с увеличением удельной поверхности), а также обратно пропорциональна влажности пород.

В качестве меры диффузионно – адсорбционной активности пород берется величина:              и           

Для  большинства  осадочных пород  ,  соответствует  чистым пескам,  - высокодисперсной глине. Наиболее тесно величина    связана  с  параметром        (рис.        ).

Коэффициенты  ,  определяются  на  лабораторных  установках  и  по  данным  электрических  методов  исследования  скважин.

Для практики важно, что  ,   связаны  с  относительной  глинистостью породы – коллектора    , характеризующей степень заполнения глинистым  материалом  порового пространства .

               Связь       с     и     показана на рис.           

Статическая и наблюденная амплитуда СП.

   За  счет  диффузионно – адсорбционных  процессов  на  границах  скважина – пласт  и  между  пластами  возникают  скачки  потенциалов,  образующие   с т а т и ч е с к у ю амплитуду  СП. Для границы чистых глин и песчаника, когда диффузия идет из пластов в скважину ( рис.   )  статическая амплитуда       сложится  из  2-х  скачков  потенциалов    и  . В качестве условной нулевой линии используется линия глин  О’О’. Тогда статическая амплитуда  СП представляет собой разность   скачков  потенциалов  и  

  - коэффициент  аномалии  СП.

В частном случае контакта чистых песчаника и глины будет наблюдаться максимальная статическая амплитуда  СП:

В общем случае для “нечистых” песчаника(1) и глины(2 )с   и  :

при   этом                 

В качестве условной нулевой линии используется для отсчета амплитуд  СП линия чистых песчаников с нулевой адсорбционной способностью. В этом случае статическая амплитуда  СП выражается равенством:

, где

  - диффузионно – адсорбционная активность пород

Статическая амплитуда  СП убывает по абсолютной величине:

а)  при  большой  глинистости  коллектора, контактирующего  с  глиной,

б) при малой адсорбционной способности глин, по которым проводится нулевая линия,

в)  при малом различии в концентрации солей в фильтрате бурового раствора и пластовой воде.    зависит  также от температуры. При температуре пласта  t, отличающейся от 18  С,  статическая амплитуда  СП вычисляется по формуле

При переменной минерализации пластовых вод и бурового раствора:

при     при     при  .

При наблюдениях в скважине поля потенциалов собственной поляризации регистрируют не статическую, а    н а б л ю д е н н у ю    амплитуду -   .

Эта амплитуда представляет собой падение потенциала на оси скважины, создаваемое  током      ,текущим  в   проводящей среде   от   ЭДС,   которые возникают на границах скважина – пласт и между пластами(  и др.)

Если статическая амплитуда   в пласте  образована  скачками потенциалов  и    (глина и песчаник),  вблизи концов этих слоев в скважине и пластах  потечет ток          (рис.      ). Для лучшего физического понимания получаемой картины границу пласта можно изобразить эквивалентной электротехнической схемой. Полная ЭДС в цепи:  .

Наблюденная амплитуда  СП составляет часть статической и равна падению напряжения на участке цепи, образованном скважиной: