1.2 Фізичні основи електричних методів

1.2.1 Питомий електричний опір гірських порід

Відомо, що електричний опір R провідника завдовжки l, що складається з однорідного матеріалу і має постійний поперечний перетин s, можна визначити по формулі

(1.1)

Коефіцієнт в рівнянні (1.1) називається питомим електричним опором і вимірюється в прикладній геофізиці в ом.метрах (Ом-м). Питомий електричний опір обернено пропорційний до питомої електричної провідності (електропровідності) гірських порід.

Осадкові гірські породи, що складають розрізи нафтових, газових, вугільних і багатьох рудних родовищ, складаються з породоутворюючих мінералів і пусто (пор), заповнених водою, нафтою, газом або сумішшю цих флюїдів. Більшість породоутворюючих мінералів мають дуже великий опір і практично не проводять електричного струму. Питомий електричний опір (в Ом-м) породоутворюючих і рудних мінералів:

Таблиця 1.1 Питомий опір порід, Омм

Ангідрит | 107-1010 | Кам’яне вугілля | 10-1016

Кальцит | 107-1012 | Антрацит | 10-3-1

Кварц | 1012-1014 | Пірит | 10-4-10-1

Польовий шпат | 1011-1012 | Графит | 10-6-10-4

Слюда | 1014-1015 | Магнетит | 10-4-10-2

Нафта | 109-1016

Домішок в осадковій породі високопровідних рудних мінералів (піриту, магнетиту і ін.) при вмісті, меншому 5%, робить невеликий вплив на питомий опір породи. Осадкові породи, що складають розрізи нафтових і газових родовищ, як правило, містять менше 5% розсіяних зерен рудних мінералів. Проте, не дивлячись на вельми високий опір основних породоутворюючих мінералів, питомий опір різних осадкових порід в природному заляганні змінюється в широкому діапазоні —від десятих доль ом.метра до сотень тисяч Ом.метрів. Роль провідника при проходженні електричного струму через осадкові породи грає пластова вода, що містить розчинені солі. Величина питомого опору породи в кожному окремо взятому випадку залежить від питомого опору тих, що насищають пори породи пластових вод; процентного вмісту водних розчинів і вуглеводнів в порах породи; текстурованих особливостей породи.

Питомий опір пластових вод, у свою чергу, залежить від концентрації, складу розчинених солей і температури. При рівних концентраціях (мінералізаціях) значення питомого опору водних, розчинів солей сильних кислот близькі. Найбільш високу концентрацію в пластових водах мають іони Cl-, SO42- , Na+, Ca2+ і Mg2+. У меншій колількості містяться іони І-, Вг- і ін. Сіль NаCI переважає. Тому звичайно при визначенні питомого опору пластових вод нафтових і газових родовищ по відомій мінералізації впливом складу розчинених в пластовій воді солей нехтують і умовно вважають, що в розчині є тільки одна сіль NаCI.

Загальну мінералізацію пластових вод прирівнюють до мінералізації розчину NаCI і питомий опір з урахуванням температури визначають по графіку, зображеному на Рис. 1.1

рис 1.1 Залежність питомого опору розчину хлористого натрію від його концентрації С, температури t і густини Ве

Як видно, із збільшенням температури на 1 °С питомий опір розчинів знижується в середньому на 2%. У невеликому діапазоні температур (наприклад, від нуля до 50 °С) для приведення питомого опору розчину до заданої температури можна використовувати також формулу

(1.2)

де — питомий опір розчину при t=20°C, Ом.м; - температура °С; — температурний коефіцієнт, рівний приблизно 0,0230 С-1.

Оскільки провідником електричного струму в більшості осадкових порід є пластова вода, а породоутворюючі мінерали не проводять електричного струму, питомий опір залежить не тільки від мінералізації пластових вод, але і від їх об'єму, або при 100%-вому насиченні пластовою водою — від величини коефіцієнта пористості порід. Чим вищий коефіцієнт пористості породи, тим більше в ній містяться провідного струм флюїду і тим нижче її питомий опір. При вивченні залежності питомого опору від коефіцієнта пористості порід для виключення впливу мінералізації пластових вод звичайно користуються відносним опором, який при 100%-вому насиченні пір породи пластовою водою називається параметром пористості

(1.3)

де —параметр пористості; — питомий опір породи при 100%-вому насиченні її пластовою водою, Ом.м; — питомий опір пластової води, Ом.м.

Дослідження показують, що для більшості осадових гірських порід зв'язок опору з величиною пористості виражається емпіричною формулою

(1.4)

де — коефіцієнт пористості породи; і m — постійні для певної групи порід коефіцієнти, залежні від конфігурації струмопровідних шляхів в породі (ступеню цементації породи). Коефіцієнти і m для осадкових порід можуть мати наступні значення: =1-0,8; m=1,3-2,3.

Рис 1.2 Залежність параметра пористості Рп від коефіцієнта пористості порід Кп для теригенних і карбонатних порід атмосферних умовах.

На рис 1.2 приведені узагальнені криві залежності параметра від коефіцієнта пористості породи. Ці криві рекомендується використовувати для оцінки коефіцієнта пористості за даними опору у тому випадку, коли відсутні експериментальні залежності, одержані при вивченні зразків з досліджуваних відкладень.

Залежності частіше за все будують на підставі експериментального вивчення зразків кернів породи в атмосферних умовах. Гірські породи в природному заляганні випробовують дію високого тиску і температури, в результаті чого коефіцієнт пористості зменшується, а питомий опір зростає. Ці обставини сприяють збільшенню нахилу кривих.

На мал. 4 зображені експериментальні криві, що ілюструють вплив всестороннього стиснення на вигляд . Збільшення температури веде до зростання параметра пористості для чистих або малоглинистих порід і його зниженню для глинистих порід. Спосіб введення поправок за вплив пластових умов викладений в роботах.

На питомий опір глинистих пісковиків, крім мінералізації пластової води, температури і тиску, впливає поверхнева провідність, обумовлена адсорбційною здатністю тонкодисперсної глинистої фракції. Ця додаткова провідність знижує питомий опір глинистих