Метод потенциалов самопроизвольной поляризации (ПС)

В скважине, заполненной глинистым раствором или водой, и вокруг нее самопроизвольно возникают электрические поля, на- званные самопроизвольной или собственной поляризацией (есте- ственные потенциалы).

Происхождение таких потенциалов в скважине обусловлено главным образом диффузионно-адсорбционными, фильтрационны- ми и окислительно-восстановительными процессами, возникающи- ми на границах пластов, различающихся по своим литологическим свойствам (в основном глинистости пород), и на контакте промы- вочной жидкости в скважине и пластов, поры которых заполнены водой той или иной степени минерализации.

Измерение естественных потенциалов сводится к замеру раз- ности потенциалов между электродом М, перемещаемым по сква- жине, заполненной промывочной жидкостью (глинистым раство- ром, водой), и электродом N, находящимся на поверхности вблизи устья скважины (рис. 29).

Потенциал электрода N практически сохраняется постоянным, и разность потенциалов между электродами М и N ∆ U_MN = U_M – U_N =

= U_M – const.

Разность потенциалов между перемещаемым электродом М и неподвижным N указывает на изменение электрического потенциа- ла вдоль скважины. Причиной этого является наличие в скважине и около нее самопроизвольно возникающего электрического поля.

Регистрируемая кривая естественных потенциалов (кривая ПС) показывает изменение величины потенциала электрического поля у электрода М с глубиной. Точка записи ∆ U относится к электроду М. Разность потенциалов ПС измеряется в милливоль-

тах (в мВ). Масштаб записи выражается числом милливольт на 1 см и выбирается с таким расчетом, чтобы амплитуды отклонений аномалий ПС находились в пределах 3–7,5 см.

 

 

Рис. 29. Схема измерения ПС:

1 – глина; 2 – песчаник; 3 – регистрирующий прибор

Обычно применяют масштабы 5, 10 и 12,5 мВ/cм. Масштабы глубин устанавливаются в соответствии с масштабом, применяе- мым для кривой КС, и в зависимости от детальности регистрации равны 1:500; 1:200, и в редком случае – 1:50.

Следует отметить, что кроме естественной разности потен- циалов ПС, между электродами М и N в скважине возникает раз- ность потенциалов, обусловленная токами помех различного про- исхождения: поляризацией электродов, наличием блуждающих и переменных земных (теллурических) токов, помех, связанных с намагниченностью лебедки, гальванокоррозией грузов и др.

Измерение кривой ПС производится обычно одновременно с записью кривой КС стандартным градиент- или потенциал- зондом. Операция совместной регистрации кривых получила на- звание стандартный электрический каротаж.

Форма и амплитуда отклонения кривой ПС зависят от раз- личных факторов, влияющих на распределение силовых линий тока и падение потенциала в изучаемой среде – мощность пласта, диаметр скважины, сопротивления пласта, вмещающих пород, промывочной жидкости и пластовой воды, проникновения фильт- рата глинистого раствора в пласт и др.

Величину амплитуды аномалий ПС ∆ U _пс отсчитывают от линии глин, называемой условно нулевой линией. Эта линия, которая обыч- но является прямой, проводится против мощных пластов глин, в ко- торых амплитуда кривой ПС близка к величине ЭДС Е _пс, в тонких пластах – меньше Е _пс; чем меньше мощность пласта, тем больше раз- личие между этими величинами. Границы мощного пласта (h / d _с > 4) отмечаются в точках, соответствующих половине амплитуды откло- нения кривой ПС; границы тонких пластов смещены относительно половинной амплитуды отклонения кривой ПС к максимальному от- клонению, и выделение границ тонких пластов по кривой ПС затруд- нено (рис. 30).

Песчано-глинистый разрез наиболее благоприятен для изучения его по кривой ПС. Пески, песчаники, алевриты и алевролиты легко отличаются по кривой ПС от глин. Песчано-алевритовые пласты отмечаются минимумами потенциала. С увеличением в песчаном пласте количества глинистого материала возрастает коэффициент диффузионно-адсорбционного потенциала, а следовательно, умень- шается отклонение кривой ПС против него. Наибольшей адсорбци- онной активностью (наибольшей дисперсностью) обладает гли- нистый и лимонитовый цемент породы, значительно меньшей – карбонатный, и наименьшей – силикатный.

Против нефтегазоносных чистых песчано-алевритовых пластов отрицательная аномалия ПС обычно такая же, как и против водонос- ных. Против глинистых коллекторов она несколько уменьшается.

 

Рис. 30. Кривые ПС при различных соотношениях удельных электрических сопротивлений фильтрата промывочной жидкости ρ_ф и пластовой воды ρ_в:

I – ρ_ф > ρ_в; II – ρ_ф< ρ_в; 1 – глина; 2 – глина песчаная; 3 – песок;  4 – песок глинистый; 5 – песчаник; 6 – мергель; 7 – известняк;

8 – известняк глинистый

В карбонатном разрезе отрицательными аномалиями на кри- вой ПС чаще всего отмечаются чистые (неглинистые) карбонатные пласты (известняки, доломиты), как крупно- и среднезернистые, так и мелкозернистые, в том числе малопористые и плотные.

Карбонатные пласты (мергели, глинистые известняки и доло- миты), содержащие глинистый материал, сосредоточенный в порах или в рассеяном виде, по всей толще породы отмечаются малыми

отклонениями кривой ПС от линии глин. Расчленение разреза и вы- деление границ пластов по кривой ПС в высокоомном разрезе затруднительно.

Метод ПС, до недавнего времени один из важнейших в ком- плексе ГИС, широко применяется для установления границ пластов и их корреляции, расчленения разреза и выделения коллекторов.

 

3.12. Прочие электрометоды и комлексирование методов определения удельного сопротивления

Помимо вышеперечисленных электрометодов в практике ка- ротажа скважин используется иногда метод вызванных потенциа- лов, диэлектрический каротаж и прочие модификации методов сопротивления.

Метод вызванных потенциалов (ВП) предназначен для оценки свойств горных пород и основан на способности пород поляризо- ваться при прохождении через них электрического тока. Чаще все- го метод ВП находит применение для выделения угольных и рудных пластов.

Диэлектрический каротаж (ДК) – электромагнитный каротаж, основанный на измерении кажущейся диэлектрической проницае- мости горных пород ε_к, которая численно равна диэлектрической проницаемости такой однородной непроводящей среды, показания которой равны показаниям в данной неоднородной среде с конеч- ным сопротивлением.

Для сокращения времени производства геофизических работ применяют комплексирование электрометодов, когда одновремен- но за один спуск-подъем измерения осуществляются несколькими различными зондами или методами.