Техника безопасности при спуско-подъемных операциях

       Величина  диффузионного потенциала в случае свободного контакта фильтрата ПЖ с ПВ будут соответствовать значению ее для растворов NaCl. 

       Свободный диффузионный потенциал (в мВ) непосредственного  контакта растворов Na Cl

       ε_д = -11,61lg

       Можно считать , что концентрации С1 и С2 растворов Na Cl обратно пропорциональны их удельным сопротивлениям           

       Тогда

       ε_д=-11,61lg ,                                                                             

                  -удельные сопротивления фильтрата ПЖ и ПВ.

       Таким образом, для растворов одной  и той же соли свободный диффузионный потенциал Ес тем больше, чем больше разница концентраций (удельных сопротивлений) этих растворов.

       Диффузионно- адсорбционный потенциал самопроизвольной поляризации.

       Контакт фильтрата ПЖ и ПВ не является свободным, а происходит через перегородку, состоящую из горной породы.

       В случае контакта двух растворов разной минерализации, разделенных перегородкой из горнойпороды, возникает потенциал, называемый диффузионно-адсорбционным потенциалом самопроизвольной поляризации Еда.

       Для растворов одной и той же соли диффузионно-адсорбционный потенциал, так же как и свободный потенциал  Ес непосредственного  контакта этих растворов, пропорционален логарифму отношения их концентраций (или их удельных сопротивлений)

       ε_да= К_даlg = К_даlg = (К_д+А_да)lg ,                                                (1.5)

       К -коэффициент диффузионно-адсорбционного потенциала контакта растворов через перегородку.

       На  коэффициент диффузионно-адсорбционного потециала   существенное влияние  оказывают литология горных пород, из которых состоит перегородка.

       Пески, песчаники и карбонатные породы, не содержащие глинистого материала (такие породы называют чистыми), не влияют на образование диффузионного потенциала Ед в скважине, который при наличии перегородки из этих пород практически равен диффузионному потенциалу Ес свободного контакта растворов. Для растворов NaCl в этих условиях величины          близки к нулю.

       Перегородка из глинистой породы (глины, аргиллиты), разделяющая контактирующие растворы, резко изменяетвеличину и знак диффузионного  потенциала. Причиной этого является изменение механизма диффузии ионов, заключающийся в следующем:

       Между твердыми частицами, слагающими горную породу и раствором, заполняющим  поровое пространство, существует разность потенциалов, под действием которой  на поверхности частиц адсорбируются анионы соли, растворенные в ПВ. Избыточные катионы находятся в слое раствора, примыкающем к поверхности частиц, причем концентрация их быстро падает по мере удаления от поверхности частицы.

         Анионы, адсорбированные поверхностью  частицы и окружающий ее слой раствора, насыщенный избыточными катионами, образуют так называемый двойной электрический слой.

         Адсорбированные анионы двойного  слоя практически неподвижны, в  то время как подвижность катионов  меняется мало.

         Таким образом, если при свободном  контакте растворов NaCl анионы Cl подвижнее катионов Na ,то при наличии в разделяющей их породе двойных слоев будет иметь место обратное соотношение: скорость адсорбированных анионов Cl  будет в среднем ниже, чем скорость катионов Na. Это является причиной изменения знака и величины диффузионно- адсорбционного потенциала Еда по сравнению со знаком и величиной свободного потенциала Ес.

       На  практике К_да   для глинистых пород=35-50 мВ. По уменьшению диффузионно-адсорбционного потенциала горные породы располагаются в следующем порядке: глинистые сланцы, известняки, песчаники, мергели, доломиты, пески.

       Для возникновения  диффузионного потенциала самопроизвольной поляризации в  скажине нужны определенные условия. Опыт изучения практических кривых ГИС  и теоретических исследований показывают, что необходимыми предпосылками образования Епс являются

1. разница в минерализации (концентрации или химический состав) ПВ и ПЖ.
2. наличие в геологическом разрезе контакта горных пород, отличающихся по глинистости.

       Рассмотрим механизм образования диффузионного потенциала Ед на контакте песчаных и глинистых пластов, пересеченных скважиной. Предположим, что ПЖ, заполняющая скважину и ПВ песчаного пласта являются растворами NaCl  разной концентрации и ,следовательно, разного удельного сопротивлений. Возьмем наиболее типичный для практики случай, когда сопротивление пластовой воды,что

       Сначала рассмотрим поверхность раздела  песчаные породы и ПЖ по стенке скважины. Как уже говорилось, чистые песчаные породы не оказывают влияния на процесс диффузии ионов, поэтому эту границу раздела можно считать свободным контактом двух растворов. Ионы Cl перемещаются из пласта в скажину, в результате чего последняя заряжается отрицательно, а пласт-положительно. На поверхности раздела песчаные породы-ПЖ возникает диффузионный потенциал свободного контакта Ес.

       Две другие поверхности раздела (горизонтальную поверхность между песчаными  и глинистыми пластами  и поверхность  между ПЖ и глиной по стенке скважины) заменим контактом ПВ с фильтратом ПЖ через перегородку, состоящую из глин. На этом контакте возникает диффузионно-адсорбционный потенциал Еда, причем знак его противоположен знаку диффузионного потенциала свободного контакта: скважина заряжается положительно , а пласт отрицательно.

       Таким образом, в контуре токовой линии поля ПС, замыкающемся около места пересечения скважиной контакта глинистых и песчаных пластов действуют две ЭДС (Ес и Еда), которые образуют вместе общий диффузионный потенциал  ПС в скважине и около нее.

       Образование фильтрационных потенциалов

       В случае течения жидкости через горные породы при определенных условиях возникают  потенциалы фильтрации. Механизм возникновения фильтрационных потенциалов (или

       течения) в горных породах можно представить  следующим образом.

        Рисунок 1. 

       На  поверхности раздела капилляра, моделирующего единичную пору породы, с раствором электролита формируется двойной электрический слой. Внешняя часть его образована диффузным слоем ионов, толщина которого тем больше, чем меньше концентрация раствора. Если между концами капилляра создать разность давлений ⌂р, то при течении через капилляр жидкость увлекает часть ионов диффузного слоя, в результате чего сам капилляр заряжается положительно, а на его конце с высоким давлением возникает отрицательный потенциал.

       При течении жидкости из скважины в пласт возникает отрицательная разность потенциалов фильтрации, которая, накладываясь на отрицательную разность потенциалов диффузионно-адсорбционного происхождения (при рф>рв), приводит к увеличению отрицательной аномалии Uсп против песчаного пласта.

       Образование окислительно-восстановительных потенциалов

       Окислительно-восстановительные  потенциалы возникают в скважинах  в результате химических реакций, происходящих между телами с электронной проводимостью  и электролитами промывочной  жидкости и пластовых вод. Окислительно-восстановительные э. д. с. могут возникнуть в сульфидах, каменных углях, графите и других горных породах. При окислении вещества происходит потеря электронов, и оно заряжается положительно—так образуются окислительно-восстановительные потенциалы. Примером окислительной реакции является взаимодействие пирита с пластовыми водами или промывочной жидкостью и растворенным в них кислородом:

       2FtS2+7O2+2H2O=2FeSO4+2H2SO4. 

       При этом пирит заряжается положительно благодаря адсорбции ионов железа Fe2+, а окисляющие его воды—отрицательно ионами SO42-. На кривой потенциалов СП рудное тело выделится среди вмещающих пород, например песчано-глинистых, четкой положительной аномалией ⌂Uсп.

       В результате окисления угля в водной среде поверхность его заряжается отрицательно, а контактирующий раствор— положительно. В случае восстановительной реакции картина обратная: твердая поверхность приобретает положительный заряд, а водный раствор—отрицательный.  

       Физические  основы каротажа сопротивлений 

       Каротаж сопротивлений – это методы, в которых исследуется удельное электрическое сопротивление горных пород.

       Электрическое сопротивление горных пород измеряют при помощи опускаемого в скважину зонда, представляющего собой систему  электродов, установленных на каротажном кабеле. Размеры электродов обычных каротажных зондов достаточно малы по сравнению с расстояниями между ними и с диаметром скважины, поэтому их можно считать точечными.

       Зонд – это совокупность  четырех электродов , один из которых (электрод В) заземляется на поверхности. Через электрод А пропускают ток I от источника тока на поверхности. Этот ток создает между электродами M и N зонда разность потенциалов ΔU, которая передается по жилам каротажного кабеля на поверхность, где измеряется и записывается регистратором, установленным в специальной автомашине каротажной станции.

       Чтобы установить связь удельного электрического сопротивления изучаемой среды  с измеряемой характеристикой электрического поля     (U,⌂U и Е), силой тока и геометрическими размерами зонда, необходимо определить значение потенциала в однородной изотропной среде, где расположен точечный источник тока.

       Удельное  сопротивление среды, окружающей зонд, определяется по формуле

       ρ=К ,(1.)

       где К–коэффициент зонда, зависящий от взаимного расположения электродов зонда и расстояния между ними.

       Коэффициент зонда вычисляется из равенства 

                           К=4π ,(2)

       где AM, AN и MN–расстояния между соответствующими электродами зонда в м.

       Разность потенциалов ΔU  сила тока I измеряются соответственно в милливольтах и миллиамперметрах; при этих условиях величина удельного сопротивления будет получена в Ом-метрах. Разности потенциалов изменяются непрерывно в процессе перемещения зонда по стволу скважины.

       Сила  тока в электроде А при изменении  поддерживается постоянной, при этом измеряемые разности потенциалов отражают характер окружающей среды. Величину тока подбирают такой, чтобы в определенном масштабе кривая КС была четко дифференцирована.

       Кажущееся удельное сопротивление

       Среда, в которой проводят измерения, неоднородна. Зонд находится в скважине, заполненной  буровым раствором, удельное сопротивление  которого отличается от удельного сопротивления  пласта ρ_п, подлежащего определению. В результате образования зоны проникновения удельное сопротивление прилегающей к скважине части пласта может отличаться от удельного сопротивления его неизменной части. Выше и ниже пласта находятся породы с другим удельным сопротивлением. Однако и в этом случае пользуются формулой (1), полученной для однородной среды, и, измерив I и ΔU, определяют

       ρ_к=К ,(1)

       Полученное  таким образом значение ρ_к называют кажущимся удельным сопротивлением или сокращенно КС. Обычно ΔU  измеряется в милливольтах, сила тока I в миллиамперметрах; К берут в метрах, а кажущееся удельное сопротивление получается в ом-метрах. Кажущимся удельным сопротивлением (КС) называют величину, подсчитанную по результатам измерений многоэлектродным зондом по формуле, полученной для однородной среды. В однородной среде кажущееся удельное сопротивление равно удельному. Фактически, поскольку среда неоднородна, кажущееся удельное сопротивление отличается от удельного тем больше, чем больше неоднородность среды.