В. В. Климов, А. В. Шостак геофизические исследования скважин
 Скачать 7.18 Mb.
|
|
Рис. 3.14 Образование диффузионно-адсорбционного потенциала на контакте песчаного I и глинистого II пластов (б) и его эквивалентная электрическая схема в тождественных условиях (а): 1 – направление диффузии солей; 2 – токовые линии; 3 – график статических по- тенциалов ПС; 4 – график фактических потенциалов ПС ( ρ в < ρ с ) В данном случае диффузионно-адсорбционный потенциал Е да = К да lg (ρ с /ρ в ), а диффузионный Е д = К д lg (ρ с /ρ в ), где К да и К д – коэффициенты диф- фузионно-адсорбционного и диффузионного потенциалов. Следовательно, суммарные потенциалы в скважине: Е пс = Е д – Е да =(К д – К да ) lg(ρ с /ρ в ) = – К пс К д lg(ρ с /ρ в ), (3.2) где, К пс = К да – К д – коэффициент статистической аномалии ПС или об- щий коэффициент диффузионно-адсорбционный ЭДС ПС. Знак ми- нус перед величиной диффузионно-адсорбционного потенциала Е да связан с тем, что в контуре токовой линии ПС он включен в об- ратном направлении по отношению к диффузионному потенциалу Е д непосредственного контакта. 55 Если допустить, что в контуре ток отсутствует, то вдоль каждой из сред должно наблюдаться постоянство потенциала. Величина Е пс , отра- жающая амплитуду изменения потенциала естественного поля, является в этом случае статической амплитудой диффузионно-адсорбционного по- тенциала для чистого песчаного пласта (рис. 3.14, кривая 3). Изменение петенциала естественного поля по стволу скважины на границах пластов происходит не скачками, а плавно. Разность потенциалов определяется произведением силы тока на сопротивление участка цепи, поэтому потен- циалы, полученные против песчаного пласта и на границе его с глиной, будут различны (рис. 3.14, кривая 4). Согласно формуле (3.2) аномалия ес- тественных потенциалов ПС против песчаного пласта имеет отрицатель- ный знак, если глинистый раствор менее минерализован, чем пластовая во- да (ρ ф > ρ в ) (прямые ПС), и положительный знак, если глинистый раствор более минерализован, чем пластовая вода (ρ ф < ρ в ) (обратные ПС). На рис.3.14 дана эквивалентная схема электрического поля ПС в скважине. Согласно этой схеме пласт песчаника, залегающий среди глин и пересеченный скважиной, рассматривается как электрохимическая ячей- ка. Линейные сопротивления R вм , R п и R с соответственно эквивалентны со- противлениям вмещающих пород (глин) пласта (песчаника) и столба про- мывочной жидкости в скважине. Электродвижущая сила естественного по- тенциала в скважине: Е пс = I·(R вм + R п + R с ) (3.3) На участке скважины с сопротивлением R с разность потенциалов ∆U пс = IR с соответствует полному изменению потенциала в скважине и яв- ляется фактической амплитудой аномалии ∆U пс в пласте: ∆U пс = Е пс – I·(R п + R вм ) (3.4) Наибольшее значение фактической амплитуды ∆U пс , приближаю- щееся к Е пс , наблюдается против мощного чистого (неглинистого) пласта. При наличии в пласте глинистого материала коэффициент диффузионного потенциала принято обозначать через К i да (К i да > К д ). Если К да = К i да , то на основании выражений (3.3) можно записать Е пс =(К i да – К да ) lg (p ф / p в ) = (А i да – А да ) lg(p ф / p в ) (3.5) где, К да , К i да и А да , А i да – коэффициенты соответственно диффузионно- адсорбционного потенциала и активности вмещающей среды и пласта. 56 3.1.17 Фильтрационные и окислительно-восстановительные потенциалы ПС Фильтрационные потенциалы или потенциалы течения наблюдаются при фильтрации бурового раствора из скважины в пласт или, наоборот, пластовых вод из пласта в скважину (в зависимости от соотношения дав- лений в пласте и скважине). Потенциалы течения возникают в связи с ад- сорбцией ионов поверхностью частиц, слагающих горную породу. Вслед- ствие преобладающей адсорбции ионов одного знака в направлении дви- жения жидкости образуется недостаток этих ионов, и на концах канала (капилляра) возникает разность потенциалов. Фильтрационные потенциа- лы в скважинах невелики и составляют обычно 4–5, реже 10 мВ. При фильтрации промывочной жидкости через глинистую корку возникает электродвижущая сила, которая зависит от ряда параметров, из которых основными являются: перепад давления по обе стороны глинистой корки и сопротивление продавливаемой жидкости. Глина также обладает некото- рой проницаемостью, что вызывает возникновение ЭДС фильтрации и в них. В результате эффективная фильтрация ЭДС Е ф.эф представляет собой разность между электродвижущими силами, возникающими против глини- стой корки проницаемых пластов Е ф.п и контактирующих глин Е ф.гл : Е ф.эф = Е ф.п – Е ф.гл (3.6) Заметное влияние на суммарное значение ПС ЭДС фильтрации Е ф.эф могут оказать лишь при слабоминерализованной промывочной жидкости, ко- гда p ф превышает 1 Ом . м при значительном перепаде давления. При этом против проницаемых пластов в большинстве случаев наблюдается увеличение отклонения отрицательной аномалии на кривой ПС. Значение Е ф.эф не зависит от диаметра пор и их длины и, следовательно, от проницаемости породы. Окислительно-восстановительные потенциалы обусловлены раз- личными химическими и электрохимическими реакциями, протекающими в скважине, они возникают в результате окислительно-восстановительных процессов, происходящих на контакте пород, имеющих электронную про- водимость, с электролитами промывочной жидкости и пластовых вод. Такими породами являются пирит и другие сульфиды, магнетит, гра- фит, антрацит и различные сильнометаморфизованные угли. Окислительно- восстановительные процессы связаны с потерей электронов (окисление) или приобретением их (восстановление). Окисляющаяся среда, отдавая электро- ны, приобретает положительный заряд, а восстанавливающая, присоединяя 57 электроны – отрицательный. Окислительно-восстановительные поля рас- пространяются на десятки метров от рудных тел или угольных пластов. В общем случае аномалии ПС в скважинах могут быть обязаны дейст- вию не одной, а сразу нескольких причин. Например, на песчано-глинистых разрезах проявляются и диффузионно-адсорбционные, и фильтрационные процессы, а на бурых углях – и диффузионно-адсорбционные, и фильтраци- онные, и окислительно-восстановительные. Е ов над рудными подсечениями в скважинах может достигать 300–400 мВ. Такая большая величина объясня- ется не только интенсивностью окислительно-восстановительных процессов, но и низким сопротивлением рудных тел электрическому току. В разрезах нефтяных скважин окислительно-восстановительные ЭДС не имеют заметного распространения и для изучения таких разрезов мало- перспективны. 3.1.18 Измерение потенциалов ПС в скважинах и помехи при записи каротажных диаграмм Как отмечено выше, измерение естественных потенциалов сводится к замеру разности потенциалов между электродом М, перемещаемым по скважине, заполненной промывочной жидкостью (глинистым раство- ром, водой), и электродом N, находящимся на поверхности вблизи устья скважины (рис. 3.15). Потенциал электрода N практически сохраняется по- стоянным, и разность потенциалов между электродами М и N ∆U псMN = U псM – U псN = U псM Регистрируемая кривая естественных потенциалов ∆U пс (кривая ПС) показывает изменение величины потенциала электрического поля у элек- трода М с глубиной. Точка записи ∆U пс относится к электроду М. Разность потенциалов ПС измеряется в милливольтах (в мВ). Обычно применяются масштабы 5, 10 и 12,5 мВ/см. Масштабы глубин устанавливаются в соот- ветствии с масштабом, применяемым для кривой КС, и в зависимости от детальности регистрации равен 1:500; 1:200 и в редком случае 1:50. Простота электрической схемы ПС является, с одной стороны, дос- тоинством метода, а с другой – недостатком. Недостаток проявляется в том, что вход регистратора в схеме ПС открыт для разнообразных помех. По физической природе выделяют следующие виды этих помех: по- ляризация электродов, потенциалы гальванокоррозии, потенциалы трибо- поляризации, потенциалы осаждения и потенциалы блуждающих токов. 58 Рис. 3.15 Принципиальная схема измерения ПС: 1 – глина; 2 – песчаник; 3 – регистрирующий прибор Поляризация электродов создает помеху при записи ПС в случае, если электродный потенциал одного из электродов (или обоих) подвергается из- менениям в процессе каротажа. Такие изменения бывают связаны с измене- нием состояния поверхности электрода в результате отложения на нем какой- либо соли или смены состава окислов. Чаще всего это случается при перехо- де электрода в раствор иного состава, чем тот, в котором он был ранее. Изменение электродных потенциалов приводит к постепенному смещению кривой ПС в ту или другую сторону. (Во избежание помех электродной поляризации электроды для записи ПС изготавливают из Рb, т.к. в кислородосодержащей среде он покрывается пленкой окисла РbО и по сравнению с другими материалами дает наиболее устойчивый элек- тродный потенциал. Если этой меры недостаточно, используют неполяри- зующиеся электроды. Такой электрод состоит из свинца, закрытого бре- зентовой оболочкой. Пространство между свинцовым электродом и обо- лочкой заполняют солью КС1. При помещении такого электрода в жид- 59 кость между электродом и оболочкой образуется насыщенный раствор КСl, а на поверхности свинца откладывается слой соли РЬС1 2 , что обеспе- чивает постоянство электродного потенциала). Потенциалы гальванокоррозии проявляются при использовании гру- зов, состоящих из разных металлов, (например, свинцового груза с железным креплением к зонду). В растворе такой груз представляет собой один или не- сколько гальванических элементов, цепь которых замыкается через буровой раствор. Кривые ПС, записанные с помехой гальванокоррозии, считаются браком. Для исключения этих помех можно увеличить расстояние от элек- трода М до груза (оно должно быть не менее 1,5 м) и применять грузы, изо- лированные от раствора с помощью полихлорвиниловой изоленты. Потенциалы трибополяризации (потенциалы движения) возникают при движении электродов в буровом растворе. По мнению проф. В.Н. Дах- нова, при движении нарушается двойной электрический слой на поверхно- сти металлического электрода, в результате чего меняется и его электрод- ный потенциал. При движении с постоянной скоростью изменение элек- тродного потенциала достаточно стабильное, но могут наблюдаться и «броски» кривой, например, при неаккуратной укладке кабеля на лебедке и соскальзывании одного витка с другого. При остановке зонда потенциал электрода М мгновенно повышается что позволяет отчетливо фиксировать все остановки зонда и момент отрыва зонда от забоя. Потенциалы осаждения (седиментационные) возникают при ис- пользовании некачественного бурового раствора, который не удерживает в себе мелкие частицы разрушенной породы, и они, осаждаясь на забой, избирательно сорбируют ионы одного знака (анионы). В результате от за- боя к устью наблюдается повышение потенциала ПС. Потенциалы блуждающих и теллурических токов. Блуждающие токи имеют промышленное происхождение, а теллурические токи – естественное происхождение (они являются следствием протекания различных физико- химических процессов в Земной коре). При записи ПС теллурические и блуждающие токи создают помехи, амплитуда которых пропорциональна плотности этих токов в данный мо- мент, среднему УЭС среды между электродами М и N и расстоянию между ними. Одна из основных мер по устранению помех блуждающих токов – это выбор времени, когда они имеют наименьшую интенсивность, напри- мер, в выходные дни или ночные часы. Кроме того, влияние этих помех можно исключить, записывая градиент потенциала ПС. 60 Измерение кривой ПС производится обычно одновременно с запи- сью кривой КС стандартным градиент или потенциал-зондами, размеры которых устанавливаются в зависимости от геолого-геофизических усло- вий района. Операция совместной регистрации таких кривых получила на- звание стандартный электрический каротаж. 3.1.19 Обработка и интерпретация диаграмм ПС Диаграмма ПС не имеет нулевой линии. Горизонтальный масштаб зарегистрированной кривой ПС показывают числом милливольт, прихо- дящимся на отрезок 2 см. Знаками «–» и «+» по краям этого отрезка указы- вают полярность кривой ПС. Обычно отклонение кривой влево означает уменьшение потенциала, вправо – его увеличение. Ввиду отсутствия на диаграмме ПС нулевой линии в качестве условной нулевой линии, от которой отсчитывают отклонение кривой ПС, используют линию глин. (При прямом поле глины характеризуются положительными, а песчаники – отрицательными аномалиями ПС). Постепенное отклонение линии глин вправо на значительных интервалах разреза связано с влиянием геотерми- ческого градиента и уплотнением глин с глубиной. При интерпретации диаграмм ПС решают следующие задачи: 1. Определение ρ в при температуре пласта и расчет минерализации пластовой воды С в , соответствующей ρ в ; 2. Выделение коллекторов в терригенном разрезе, определение гли- нистости пород. Качественная интерпретация диаграмм ПС заключается в литологи- ческом расчленении разрезов скважин. Наилучшие результаты дает метод ПС на песчано-глинистых разрезах, породы которых обладают различной адсорбционной активностью. Количественная интерпретация заключается в решении целого ряда вопросов, таких как определение мощности пластов, минерализации пла- стовых вод, глинистости и пористости коллекторов и некоторых др. Определение глинистости коллекторов по ПС основано на зависимо- сти адсорбционной активности, а, следовательно, и глубины аномалии ПС над коллекторами от содержания в них глинистого материала. Для опреде- ления используют эмпирические зависимости относительной амплитуды аномалии α пс от глинистости. Определение пористости по ПС также осно- вано на использовании статистической связи между коэффициентом по- ристости КП и амплитудой аномалии ПС, установленной путем сопостав- ления диаграмм ПС с результатами лабораторных исследований керна. 61 Для исключения неоднозначности интерпретации диаграммы ПС нужно рассматривать в комплексе с диаграммами других методов ГИС: КС, МЗ, ГК, НГК, АК и пр. 3.1.20 Метод потенциалов вызванной поляризации Методом потенциалов вызванной поляризации (ВП) основан на спо- собности горных пород поляризоваться при протекании через них посто- янного электрического тока. Цель интерпретации диаграмм ВП – расчле- нение разреза скважин по вызванной электрохимической активности гор- ных пород и времени распада поля ВП. Вызванная электрохимическая ак- тивность и время распада могут быть использованы для дифференциации песчано-глинистых пород по глинистости и определения их проницаемо- сти для выделения в разрезе каменных углей и сульфидных руд. Природа вызванных потенциалов хорошо не изучена. Однако боль- шинство исследователей находят, что: – в горных породах, обладающих ионной проводимостью (практи- чески все осадочные породы), вызванные потенциалы возникают за счет электрокинетических явлений, происходящих на границе электролит – не- проводящая среда под воздействием электрического поля; – в горных породах, обладающих электронной проводимостью (же- лезные руды, некоторые сорта каменных углей), вызванная поляризация воз- никает в основном за счет электродных процессов, протекающих на границе электролит – проводящая среда. Для измерения вызванных потенциалов обычно используют четы- рехэлектродный зонд (например, АО,04МО,04N5,ОВ). Опыт показывает, что в песчано-глинистом разрезе наибольшей вы- званной активностью обладают глинистые песчаники и алевролиты. Неза- глинизированные пески и песчаники имеют низкую активность.Чистые гли- ны также имеют низкую вызванную активность, обусловленную наличием в них высокоминерализованной воды. Против известняков и доломитов на- блюдаются обычно высокие потенциалы вызванной поляризации, обуслов- ленные значительным удельным сопротивлением этих пород. Кривые ВП, отражая содержание глинистого материала в породе, имеют хорошую рас- членяющую способность и позволяют получить ряд дополнительных сведе- ний о разрезе. Последнее особенно важно в условиях относительно пресных пластовых вод, где метод СП не дает четких результатов. |