На головну

лекція 3

  1. Базова лекція
  2. Базова лекція
  3. Базова лекція
  4. Базова лекція
  5. Базова лекція
  6. Базова лекція
  7. Базова лекція

3. ПИТОМИЙ ЕЛЕКТРИЧНИЙ ОПІР (УЕС).

Промислово - геофізичні дослідження проводяться в свердловинах заповнених буровим розчином, в якості якого застосовується глинистий розчин або вода, зазвичай забруднена частинками руйнується породи. В окремих випадках буріння свердловин ведеться із застосуванням бурового розчину, приготованого на нафтовій основі або в сухих свердловинах - з продувкою повітрям.

На результати вимірювань в свердловині впливають гірські породи, що оточують стовбур свердловини і буровий розчин, що заповнює свердловину, фізичні властивості яких різні.

Через впливу на стінки свердловини бурового розчину в ряді випадків спостерігається відхилення фактичного діаметру свердловини від номінального (діаметра долота).

При бурінні свердловини гідростатичний тиск промивної рідини зазвичай перевищує пластовий тиск, що викликає проникнення розчину в проникні пласти. При цьому глинисті частинки, осідаючи на стінках свердловини утворюють глинистий кірку, а рідка фаза (фільтрат бурового розчину) проникає в пласт. Фільтрат бурового розчину, проникаючи в глиб пласта, заміщає повністю або частково рідина або газ, що насичують пори пласта. В результаті фізичні властивості проницаемого пласта, в тому числі його питомий опір поблизу стінок свердловини можуть істотно відрізнятися від властивостей незмінного пласта.

При електричному каротажі виникає необхідність в контакті електричного кола з землею і чи гірською породою. Такий контакт отримуємо за допомогою електрода -Металевий провідника (стержня), зануреного в заповнює свердловину буровий розчин або встромлений у вологу землю (в породу).

Буровий розчин - це вода з розташованими в ній в підвішеному стані глинистими частинками. У воді знаходяться в розчиненому вигляді солі (в основному хлористий натрій).

Електропровідність водного розчину солі обумовлена ??тим, що молекула солі в розчині розпадається на дві частини, тобто на два іона. Один іон (катіон) несе заряд позитивний, а інший іон (аніон) несе заряд негативного електрики.

Так у водному розчині хлористого натрію молекула його дисоціює на позитивно заряджений іон натрію і негативно заряджений іон хлору:

?aС? > ?a + С??

В основу методу КС покладено можливість вивчення і розчленування порід по їх питомому електричному опору.

Питомий електричний опір гірських порід ? характеризує їх здатність пропускати електричний струм. За величину питомої елект-рического опору породи приймають опір об'єму породи, що має форму куба з поперечним перерізом 1м?і висотою 1м. висловлюючи опір провідника в Омах, довжину в метрах і перетин в м?, отримаємо питомий опір:

R S

? = -------- (4.1)

?

Для вираження здатності породи проводити електричний струм Користуються також величиною зворотної питомому опору - питомої ний електричну провідність:

? = ------- (4.2)

?

Провідність вимірюється в См / / м або в тисячних частках цієї одиниці мСм / м.

Питомий електричний опір гірських порід залежить від їх мінерального (хімічного) складу, структури, пористості, проніцаемос-ти, нафто-, газо-, водонасиченому, фізичних факторів (таких як темпі-ратура, тиск і ін.), Що впливають на гірські породи, і змінюється від тисячних часток до багатьох десятків, сотень тисяч омметром.

Гірські породи в своєму природному заляганні складаються з мінеральні-ного скелета і рідини, що заповнює пори породи. Більшість мінера-лов, що становлять гірські породи, практично є непроводниками електричного струму. Отже, питомий опір порід прямо пропорційно питомій опору рідини (водних розчинів солей), що міститься в порах породи.

Розглянемо електричне поле для точкового заряду в однорідному середовищі. З електростатики відомо, що два точкових електричних заряду q1 і q2. взаємодіятимуть по прямій лінії з силою F, Прямо пропорційною величиною цих зарядів і обернено пропорційною квадрату відстані між ними r. Ця залежність носить назву закону Кулона і має вигляд:

F = q1q2 / r2, (1)

де q1 - Перший точковий заряд;

q2 - Другий точковий заряд;

r - відстань, між точковими зарядами.

Електричне поле характеризується напруженістю, що має в кожній його точці різні значення. Напруженість поля є величиною векторною (рис. 1).

Згідно із законом Кулона напруженість електричного поля в точці, що знаходиться на відстані r від заряду q:

Е = q / r2 (2)

Якщо електричне поле утворено декількома зарядами, то загальна напруженість поля дорівнює геометричній сумі напруженостей полів всіх зарядів. Лінії, що вказують напрямок напруженості поля, називаються силовими лініями. Елементарний позитивний заряд в електричному полі рухається уздовж силових ліній.

Для переміщення електричного заряду з однієї точки поля в іншу з різними значеннями напруженості треба виконати певну роботу, витрачаючи енергію для подолання сили взаємодії цих зарядів. Робота, яку необхідно здійснювати для переміщення одиничного позитивного заряду з нескінченності в дану точку електричного поля, носить назву потенціалу (1) цієї точки. Потенціал U кожної точки електричного поля має цілком певне значення. Потенціал деякої точки А електричного поля прямо пропорційна величині заряду і обернено пропорційний відстані до заряду:

UA = Q / r, (3)

або, використовуючи (2), UA = Er.

Геометричне місце точок з однаковими потенціалами електричного одиночного заряду утворює еквіпотенціальною поверхнею (2), яка в однорідному середовищі має форму кулі, якщо поле викликано декількома зарядами, то потенціал точки дорівнює сумі алгебри потенціалів полів, утворених окремими зарядами. Як видно з формули 3, потенціал і напруженість електричного поля взаємозалежні. У дуже малому інтервалі напруженість, взята з протилежним знаком, характеризує зміну потенціалу і носить назву градієнта потенціалу DU.

Малюнок 1 - Електричне поле одиночного заряду (а) і точкового джерела струму

в провідній однорідному середовищі (б)

Установка (зонд) для вимірювання питомого опору порід складається з двох струмових (А і В) і двох вимірювальних (М і N) електродів.

Якщо електричне поле, створене струмом I, Що випливають з точки А (точка В видалена в нескінченність), знаходиться в умовах однорідної провідного середовища (рис. 1), то струмові лінії будуть мати вигляд силових ліній. Точки М і N (звані вимірювальними електродами), що знаходяться на різних відстанях від точки А, будуть лежати на різних еквіпотенційних поверхнях електричного поля. Таким чином, проходячи через кульові еквіпотенціальні поверхні точок М і N, ток I створює між ними різниця потенціалів DU:

DU = UM - UN, (4)

де UM - Потенціал вимірювального електрода М;

UN - Потенціал вимірювального електрода N.

але

DU = I R, а  (5)

тоді

 (6)

де I - Сила струму, що випливає з точки A;

R- Електричний опір між кульовими поверхнями точок М і N;

l = R - відстань між поверхнями точок М і N (l = AN - AM);

rп - Питомий електричний опір середовища;

S - Перетин провідника, площа еквіпотенційної поверхні (S = 4pr2).

З огляду на, що розглядаються еквіпотенціальні поверхні точок М і N розташовані близько один до одного і відстань MN значно менше AM або AN, для спрощення можна вважати:

S = 4pAМ . AN, (S = 4pr2), (7)

Підставивши це рівняння в (6), отримаємо:

 (8)

У разі видалення точки N в нескінченність, нехтуючи значенням 1 / AN, отримаємо вираз, що визначає потенціал точки М:

 (9)

Підставивши вираз (9) в (3), отримаємо величину заряду в точці М:

q = Irп/ 4p (10)

В електричному каротажі при вимірюванні DU відстані між електродами зберігаються постійними і характеризують коефіцієнт зонда К:

 (11)

або

 (12)

Для оцінки питомої електричного опору однорідного середовища необхідно знати коефіцієнт зонда, величину протікає в ланцюзі АВ струму і величину різниці потенціалів між електродами М і N.

При постійних значеннях I и К реєструється зміна значення DU, яке і буде пропорційно питомій опору середовища:

 , (13)

де, К - Коефіцієнт зонда;

I - Струм протікає в ланцюзі струмових електродів АВ;

DU - Різниця потенціалів між вимірювальними електродами М і N.

Насправді при каротажі методом опорів зустрічаються з неоднорідною за питомою опору середовищем. В результаті спотворює впливу таких факторів, як промивна рідина, зона проникнення фільтрату глинистого розчину в пласт, не зачеплені проникненням частина пласта, переслаивание пластів з різними електричними характеристиками і інші, визначається не справжнє питомий опір, а наближене, яке носить назву уявного питомого опору рк.

Для виміру рк користуються формулою (13), справедливою для однорідного середовища. Результати вимірювань удаваного питомого опору представляють у вигляді кривої зміни рк по стовбуру свердловини з глибиною - крива удаваного опору (КС).

Гірські породи складаються з породоутворюючих мінералів, які мають дуже високі значення електричного опору. Однак присутність в породах мінералізованої води в значній мірі знижує їх опір, так як насичені мінералізованою водою гірські породи мають іонною провідністю (3). Вміст води в породі в загальному випадку залежить від значення коефіцієнта пористості гірської породи (Кп), Який виражається в%, тобто показує обсяг пустот в породі. Нафта і газ, якими можуть бути насичені пласти колектора, також мають дуже високий електричний опір, але при реєстрації електрокаротаж пласти, насичені нафтою або газом не мають Нескінченно високого опору, оскільки нафта заповнює тільки центральну частину часу, а самі зерна мінералів, якими складний пласт, завжди містять на своїй поверхні фізично зв'язану воду.

Основними факторами, що визначають УЕС водних розчинів - концентрація солей в розчині, хімічний склад і температура.

У пластових водах нафтових і газових родовищ 70 - 95% NaCl. Температура знижує опір розчинів т. К. Збільшується рухливість іонів і зменшується в'язкість.

Для вимірювання питомого опору гірських порід розкритих свердловиною застосовують кілька електричних зондових пристроїв. Приклад найпростішого зондового пристрою для вимірювання питомого опору гірських порід в свердловині показаний на рис. 2.

Питомий опір гірських порід найтісніше пов'язані з їх литологической характеристикою, характером насичення (вода, газ, нафта), пористістю і проникністю, т. Е. З параметрами, які оцінюють колекторські властивості пласта. У зв'язку з цим метод питомої опору в даний час є основним методом дослідження геологічного розрізу свердловин.

Залежно від мінералізації пластової води, що заповнює пори і тріщини гірських порід, їх питомий опір змінюється в широких межах - від часток Ом-метра до декількох тисяч Ом-метрів. Підвищення мінералізації водних розчинів веде до зменшення їх питомої опору за рахунок збільшення загального числа іонів.

Малюнок 2 - Зондовое пристрій для вимірювання питомого опору гірських порід

в свердловині

С підвищенням температури питомий опір розчинів і гірських порід знижується. Значення питомих опорів найбільш поширених осадових гірських порід наведені в таблиці 1.

Таблиця 1 - Значення питомих опорів гірських порід

 Гірська порода  Питомий електричний опір, Ом м  Гірська порода  Питомий електричний опір, Ом м
 Глина, що містить мінералізовану воду  0,5 - 15  Пісок, піщаник, насичений мінералізованою водою  0,5 - 5
 вапняк  40 - 100 000  Пісок, піщаник, насичений мінералізованою водою  10 - 10 000

Оскільки питомий опір більшості породоутворюючих мінералів осадових порід на 5-10 порядків вище питомої опору пластової води, то питомий опір породи залежить в основному від питомого опору пластової води, що насичує породу, об'ємної вологості і геометрії простору, займаного в породі водою.

4. ВНЕСЕННЯ ЗМІН ДО каротажі ОПОРУ.



Попередня   3   4   5   6   7   8   9   10   11   12   13   14   15   16   17   18   Наступна

лекція 1 | загальні дослідження | прівязочние дослідження | лекція 2 | Принцип дії свердловини апаратури | Методика проведення досліджень | Криві потенціалів ПС | Крива ПС проти порід різної літології | потенціал -зонд | Градієнт - зонди |

© um.co.ua - учбові матеріали та реферати