Метод потенциалов собственной поляризации. Виды потенциалов

Введение

Основным этапом разведки и разработки большинства месторождений полезных ископаемых является бурение скважин. С помощью скважин происходит эксплуатация месторождений нефти, газа, воды, каменной соли.
При бурении каждой скважины необходимо изучить ее геологический разрез: определить последовательность залегания и литолого-петрографическую характеристику вскрытых горных пород, выявить в них наличие полезных ископаемых и оценить их содержание. Для этого в процессе бурения отбирают образцы горных пород (керн) и выносимые промывочной жидкостью (ПЖ) на устье скважины обломки пород (шлам). В нефтяных, газовых и гидрологических скважинах также проводят пробные испытания пластов. Однако получаемая при этом информация не дает полного представления о геологическом разрезе скважины.
Трудности, связанные с получением керна, привели к созданию геофизических методов исследования скважин (каротаж), которые позволяют оперативно и достаточно полно решать вышеперечисленные задачи. Одни из них является метод потенциалов собственной поляризации.
Метод потенциалов собственной поляризации (ПС) - основан на изучении естественного стационарного электрического поля в скважинах. Измерение естественных потенциалов сводится к замеру разности потенциалов между электродом, перемещаемым по скважине, заполненной промывочной жидкостью и электродом, находящимся на поверхности вблизи устья скважины.
Актуальность темы реферата заключается в том, что данный метод потенциалов собственной поляризации оказывает существенную помощь в оценке характера пройденных скважиной пород и последовательности их залегания, позволяют обнаруживать полезные ископаемые. Метод потенциалов собственной поляризации нефтяных и газовых скважин дает наиболее благоприятные результаты. В большинстве случаев по его данным удается выделить пласты, в которых могут быть встречены нефть или газ (коллекторы), получить предварительную оценку их возможной нефтегазоносности и наметить перспективные объекты для опробования и эксплуатации. Каротаж нефтяных и газовых скважин позволяет во многих случаях обходиться без отбора керна в процессе бурения.
Цель работы – более полное изучение метода потенциалов собственной поляризации и виды потенциалов.
Для достижения поставленной цели необходимо решить несколько задач: рассмотреть общие сведения об электрических методах исследования скважин, их классификацию, метод потенциалов собственной поляризации, диффузионный и диффузионно-адсорбционный потенциалы, диффузионно-адсорбционные потенциалы в пластах, пересеченных скважиной, фильтрационный потенциал, а также окислительно-восстановительные потенциалы и другие моменты.
Структура реферата включает в себя несколько частей: введение, основную часть (две главы), заключение и библиографический список, состоящий из пяти источников литературы.
1. Электрические методы исследования скважин
1.1 Общие сведения
Электрический каротаж составляет основу комплекса геофизических исследований при изучении разрезов скважин, бурящихся на нефть и газ. Во всех скважинах, выходящих из бурения, по всему стволу выполняют стандартный электрический каротаж для литологического и стратиграфического расчленения и взаимной корреляции разрезов скважин. В интервалах, перспективных на нефть и газ, проводят детальные электрические исследования, включающие боковое каротажное зондирование (БКЗ), боковой каротаж (БК), индукционный каротаж (ИК), высокочастотное индукционное каротажное изопараметрическое зондирование (ВИКИЗ), микрокаротаж обычными зондами и боковой микрокаротаж (БМК).1
Задачами этих исследований являются: расчленение разреза на пласты с разными электрическими свойствами; изучение распределения удельного сопротивления в промытой зоне, зоне проникновения и в неизмененной части пласта; выделение пластов-коллекторов; определение подсчетных параметров продуктивных пластов.
Для интерпретации результатов электрического и других видов каротажа необходимо иметь данные об удельном сопротивлении промывочной жидкости, заполняющей ствол скважины

. Измерения удельного сопротивления жидкости по стволу скважины проводятся также при контроле технического состояния скважин и гидрогеологических исследованиях. Для определения удельного сопротивления ПЖ используются скважинные и поверхностные резистивиметры. Скважинные резистивиметры бывают контактные и индукционные. И тот и другой тип представляют собой каротажные зонды (КС и ИК) малых размеров, конструкции которых позволяют учитывать только вклад сигнала из скважины и исключить сигнал из пласта
1.2 Классификация электрических методов
Классификация электрических методов исследования скважин составлена по характеру происхождения изучаемого поля и его изменению во времени – частоте. По характеру происхождения изучаемого поля методы электрометрии скважин делятся на две большие группы – естественного и искусственного поля, а по частоте поля – на методы постоянного и переменного поля. Среди методов переменного поля следует различать низкочастотные и высокочастотные.
Стационарные естественные электрические поля исследуются методом потенциалов собственной поляризации горных пород. На измерении характеристик искусственно созданного стационарного электрического поля основаны методы каротажа сопротивления обычными зондами (КС) и методы с фокусировкой тока – боковой каротаж (БК). Токовые электроды в этих методах питаются стабилизированным переменным током частотой 300 – 500 Гц.
Изучение искусственных переменных электромагнитных полей осуществляется индукционными методами: низкочастотными (частота питающего тока 20 – 250 кГц) и высокочастотными (0,8 – 14 МГц).
1.3 Метод потенциалов собственной поляризации
Большинство методов электрометрии изучают вызванные электрические поля, и только один метод потенциалов собственной поляризации основан на изучении естественного электрического поля. Электродвижущая сила естественного поля ПС в скважинах обусловлена диффузией, которая возникает в результате разности концентраций солей в пластовой воде и промывочной жидкости. Обычно минерализация пластовой воды значительно больше минерализации промывочной жидкости.
В методе СП регистрируется диаграмма изменения по разрезу скважины разности потенциалов между электродом, перемещающимся по стволу скважины и электродом, расположенным на земной поверхности вблизи устья скважины.
В скважинах, бурящихся на нефть и газ, потенциалы СП возникают благодаря диффузии солей, на контакте двух сред, содержащих растворы различной концентрации.
2. Виды потенциалов
2.1 Диффузионный потенциал
На контакте растворов солей с разной минерализацией всегда возникает процесс диффузии (Рисунок 2.1). Ионы из более концентрированного раствора переходят в менее концентрированный. Так как ионы разного знака передвигаются с разной скоростью, то в одном из контактирующих растворов окажется избыток анионов, а в другом - избыток катионов. Это приводит к образованию ЭДС, называемой диффузионным потенциалом.2
Рисунок 2.1 – Схема возникновения диффузионного потенциала
Для растворов одинакового химического состава диффузионная ЭДС (Ед) определяется формулой Нернста:
= (2.1)
где: R - универсальная газовая постоянная; Т - температура раствора; n - валентность ионов; F - число Фарадея; U и V - подвижности катионов и анионов; С1 и С2 - концентрация растворов; k, - коэффициент диффузионного потенциала.
Поскольку в пластовых водах и буровом растворе преобладает соль NaCl, для которой подвижности катиона UNa = 40, аниона VCl = 60, а концентрации ионов обратно пропорциональны удельным сопротивлениям, то для скважины при t = 18оC имеем Ед = -11,6·lg (ρф/ρв), а знак потенциала соответствует заряду менее концентрированного раствора (раствора в скважине).
2.2 Диффузионно-адсорбционный потенциал
На контакте горных пород с буровым раствором диффузия происходит в порах, размеры которых значительно изменяются