Метод СП и его место в комплексе ГИС

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«КУБАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

(ФГБОУ  ВПО «КубГУ»)

Геологический факультет

Кафедра геофизических методов поисков и разведки

 

КУРСОВАЯ РАБОТА

По дисциплине «ГИС»

 

МЕТОД СП И ЕГО МЕСТО В КОМПЛЕКСЕ ГИС

 

 

Работу выполнил  ___________________________________ И. К. Окороков

                               (Подпись, дата)

Факультет                 геологический                   курс             III                                

 

Направление подготовки             020700.62 Геофизика                                                        

 

Научный руководитель _______________________________ C.И. Дембицкий

канд. геол-минерал. наук, доц.         (Подпись, дата)

 

Нормоконтролер______________________________________О.Л.Донцова

канд. геогр. наук                                (Подпись, дата)

 

 

 

Краснодар 2015

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«КУБАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

(ФГБОУ  ВПО «КубГУ»)

Геологический факультет

Кафедра геофизических методов поисков и разведки

 

ЗАДАНИЕ

на выполнение курсовой работы по дисциплине

“ГИС ”

 

Студент _______Окороков Илья Константинович, 35 группа_______________

(Ф.И.О., группа)

Тема курсовой работы _____«Метод СП и его место в комплексе ГИС»_____

__________________________________________________________________

Утверждена на заседании кафедры от ___________ протокол № ___________

Срок защиты работы ________________________________________________

Краткая аннотация задания:

__________________________________________________________________

__________________________________________________________________

 

Научный руководитель

канд. геол-мин.наук, доц.         _______________ С.И. Дембицкий

Заведующий кафедрой,

профессор, доцент                                _________________ В.И. Гуленко

Задание принял к исполнению      _______________ И.К. Окороков 

 

Дата ____________

СОДЕРЖАНИЕ

 

 

 

 

Введение

 

Настоящая курсовая работа посвящена геофизическому методу собственной поляризации (СП). Основные цели данной работы - это освоение метода собственной поляризации, поскольку при поисках и разведке рудных месторождений, осуществляемых комплексом геологических, геохимических и геофизических методов, метод СП занимает видное место. Понимание теории и методики этого метода позволит легче освоить и другие методы, определить перспективные направления и сложности, с которыми сталкивается метод СП при обработке и интерпретации полученных данных, а также сложности, связанные с аппаратурой и оборудованием.

Прежде чем приступить к изучению метода СП, необходимо понимать, что собой представляет дисциплина ГИС.

ГИС (Геофизические методы исследования скважин) - комплекс физических методов, используемых для изучения горных пород в околоскважинном и межскважинном пространствах, а также для контроля технического состояния скважин.  Геофизические исследования скважин делятся на две весьма обширные группы методов - методы каротажа и методы скважинной геофизики. Каротаж, также известный как промысловая или буровая геофизика, предназначен для изучения пород непосредственно примыкающих к стволу скважины (радиус исследования 1-2 м). Часто термины каротаж и ГИС отождествляются, однако ГИС включает также методы, служащие для изучения межскважинного пространства, которые называют скважинной геофизикой.

Классификация методов ГИС может быть выполнена по виду изучаемых физических полей:

• Электрические (основаны на дифференциации горных пород по УЭС);
• Ядерные (основаны на изучении естественного гамма-излучения и взаимодействия вещества горной породы с наведенным ионизирующим излучением);
• Термические (основаны на изучении естественных и искусственных тепловых полей);
• Сейсмоакустические (методы изучения свойств горных пород по измерениям в скважине характеристик упругих волн ультразвуковой (выше 20 кГц) и звуковой частоты);
• Магнитные (основаны на изучении магнитных неоднородностей).

Метод собственной поляризации (СП) входит в состав электрических методов. Рассмотрим метод СП более детально.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Общие сведения. Физические основы метода собственной поляризации (СП)

 

При исследованиях скважин методом потенциалов собственной поляризации (СП) изучают естественные электрические поля, возникающие в скважине и породах в результате физико-химических процессов диффузии солей в растворах электролитов, фильтрации жидкости, окислительно-восстановительных реакций. Эти процессы порождают потенциалы диффузионные, течения, окислительно-восстановительные. Главную роль в формировании естественных электрических полей в скважине, заполненной буровым раствором на водной основе, играют потенциалы диффузионного происхождения. Исследования методом СП проводят, регистрируя диаграмму изменения по разрезу скважины разности потенциалов между электродом М, перемещающимся по стволу скважины, и электродом N, расположенным на земной поверхности близ устья скважины. В эту группу методов входят обычный метод потенциалов СП, метод градиента СП, метод селектированных зондов СП, метод квазистатических потенциалов СП, метод специальных зондов СП, метод электродных потенциалов (МЭП) и метод гальванических пар (МГП). Методы потенциалов собственной поляризации горных пород основаны на изучении естественного стационарного электрического поля в скважинах, образование которого связано с физико-химическими процессами, протекающими на поверхностях раздела скважина — породы и между пластами различной литологии. На поверхностях раздела образуются двойные электрические слои, различные потенциалы которых создают определенные величины напряженности электрического поля между горными породами и скважиной.

Рис. 1. Естественное электрическое поле диффузионного происхождения в пласте песчаники, залегающего в глинах.

1 — вмещающие породы (глины); 2 — пласт песчаника; 3 — двойные электрические слои на границах скважина — глина, глина — песчаник, песчаник — скважина; 4 — замкнутый электрический контур — эквивалентная электрическая схема поля СП в скважине; 5 — график Еs; 6 — график Ucn

 

Потенциалы собственной поляризации пород обусловлены следующими физико-химическими процессами: 1) диффузией солей из пластовых вод в промывочную жидкость и наоборот, а также адсорбцией ионов на поверхности минеральных частиц горной породы; 2) фильтрацией вод из промывочной жидкости в породы и пластовых вод в скважину; 3) окислительно-восстановительными реакциями, происходящими в породах и на контакте их с промывочной жидкостью и металлами. Способность горных пород поляризоваться под действием указанных физико-химических процессов называется естественной электрохимической активностью. В результате этих процессов возникают диффузионно-адсорбционные UДА, фильтрационные, UФ и окислительно-восстановительные UОВ потенциалы. Величина и знак потенциалов UДА, UФ и UОВ определяются соотношениями минерализации пластовых вод и фильтрата промывочной жидкости, минеральным составом и структурой горных пород и другими факторами. Измерение потенциалов естественного электрического поля дает возможность получать информацию о литологии разреза скважин и коллекторских свойствах пород, о наличии в них полезных ископаемых.

Рис. 2. Схема каротажа ПС способом потенциала с полуавтоматической регистрацией: а –схема установки: 1 – блок-баланс, 2 – лебедка с коллектором, 3 – милливольтметр, 4 – регистратор, 5 – лентопротяжный механизм, соединенный гибким валиком (6) с роликом блок-баланса, 7 – диаграммная бумага, 8 – карандаш; б – диаграмма естественных потенциалов по стволу скважины: I (почва) и III (известняки) – пласты со слабой электрохимической активностью, II (суглинки) и V (глины) – пласты с положительными аномалиями ПС, IV – пласт с отрицательной аномалией ПС, характерной для проницаемых слоев.

Диффузионно-адсорбционные потенциалы

 

Естественная электрохимическая активность в скважинах определяется в первую очередь процессами диффузии электролитов. На контакте растворов электролитов пластовой воды концентрации CB и фильтрата промывочной жидкости концентрации СФ, неодинаковой минерализации и различного химического состава возникает диффузионная э.д.с., определяющаяся формулой Нериста:

EД=KДln(СB/СФ)   (1)

где коэффициент диффузионной э.д.с. равен

KД=RT/F=(lk*nk - la*na)/ (lk*nk*zk - la*na*za)   (2)

Здесь lk и la подвижности катиона и аниона; nk, na, zk, za — число катионов и анионов, на которые диссоциирует одна молекула электролита, и их валентности соответственно; Т—абсолютная температура; R — универсальная газовая постоянная, ранная 8,3Дж/°С*М; F — число Фарадея, равное 96500 Кл. Уравнение Нериста (1) справедливо для идеальных растворов весьма низкой концентрации. Принимается, что в таких растворах отсутствует взаимодействие между ионами. В случае реальных электролитов необходимо в это выражении (1) вместо концентраций Cn и Cф. использовать значения активностей an=f1Cn и aф=f2Cф где f1 и f2 — коэффициенты активности, учитывающие влияние сил взаимодействия между ионами в реальных растворах Коэффициент активности, следовательно, «исправляет» концентрацию так, что уравнения, полученные для идеальных электролитов, становятся справедливыми и для реальных растворов. Только в сильно разбавленных растворах активность равна концентрации раствора, т. е. коэффициент активности равен единице. Таким образом, активность есть некоторая функция концентрации. Для реальных растворов выражение (1) примет вид:

EД=KДln(aB/aФ)   (3)

В случае одно-одновалентного раствора (nk=na=1, zk=za=1) с учетом числовых значений констант при температуре t=18 °С и замены натурального логарифма десятичным на основании выражений (1) — (3) получим

EД=58*(lk - la)/(lk + la)*lg(aB/aФ)   (4)

Для пластовых вод и фильтрата промывочной жидкости простого состава (преобладание анионов и катионов одного типа) наблюдается обратно пропорциональная связь активности электролита и его удельного сопротивления, поэтому выражение (4) можно представить в виде:

EД=KДlg(pф/pв)   (5)

где рф и рв — удельные электрические сопротивления растворов концентраций Сф и Св;

КД=58*(lk - la)/(lk + la)   (6)

Величина КД зависит от химического состава контактирующих электролитов. Например, если в пластовой воде и фильтрате промывочной жидкости преобладают ионы натрия и хлора, характеризующиеся при t=18 °С подвижностями lк=45 и lа =67, то (lk - la)/(lk + la)=-0,2, а Kд на основании (6) будет равно —11,6 мВ.

Итак, для растворов NaCl при t=18 °С:

EД=-11,6lg(pф/pв)   (7)

Из формул (1) — (7) следует, что на границе двух растворов с одинаковой концентрацией диффузионная э.д.с. отсутствует. Более общие выражения для диффузионной э.д.с. в смешанных растворах выведены Гендерсоном и Планком. При контакте пород разного состава или раствора и породы возникает диффузионно-адсорбционная разность потенциалов

   (8)

где KДА=КД+АДА — коэффициент диффузионно-адсорбционной

э.д.с.; АДА — диффузионно-адсорбционная активность породы.

Образование диффузионно-адсорбционных э.д.с. в горных породах обусловлено прежде всего наличием двойных электрических слоев на поверхности раздела твердых минеральных высокодисперсных частиц и раствора. Величина АДА и, следовательно, значение ЕДА зависят от химического состава и концентрации контактирующих растворов, вещественного и гранулометрического состава породы, плотности упаковки частиц и степени водонасыщения (нефтегазонасы щения) коллектора, температуры и давления в скважине. Диффузионно-адсорбционная активность рассчитывается по формуле:

АДА= KДА-КД=(EДА-ЕД)/lg(pф/pв)   (9)

Физический смысл диффузионно-адсорбционной активности состоит в том, что ее величина определяется разностью коэффициентов диффузионно-адсорбционной э.д.с. горной породы и диффузионной э.д.с. данной нары растворов удельных сопротивлений pф и pв. Для различных горных пород Ада изменяется от - 10 до + 70 мВ. С повышением содержании глинистого материала в породе Ада возрастает, и в скважине против однородных высокодисперсных глинистых пород создается наибольшая положительная величина разности потенциалов Еда. Наименьшими значениями Ада характеризуются чистые песчаные и карбонатные породы с высокими пористостью и проницаемостью, в которых преобладают потенциалы диффузии, а роль двойных электрических слоев в создании диффузионно-адсорбционных э.д.с. ничтожна. Для идеально-адсорбирующей породы, внутренняя неподвижная часть двойного электрического слоя которой сформирована анионами (la=0), на основании (4):

ЕДАmax =58lg(pф/pв)   (10)

Величина ЕДАmax в горных породах с отрицательным потенциалом зависит от изменения концентрации растворов и находится в области, ограниченной предельными выражениями (7) и (10).