2 Метод потенциалов самопроизвольной поляризации
Метод потенциалов самопроизвольной поляризации (ПС) основан на изучении электрического поля, образующегося в скважине при разбуривании горной породы. Потенциалы самопроизвольной поляризации формируются на контактах пород различной литологии и растворов различной минерализации в результате диффузионной, диффузионно-адсорбционной, фильтрационной и окислительно-восстановительной активности.
Применительно к исследованию нефтяных и газовых скважин потенциалы ПС получили названия, связанные с природой их образования.
Диффузионный потенциал Ед самопроизвольной поляризации в скважине представляет собой э.д.с., образующуюся на контакте растворов различной минерализации. В качестве таких растворов выступают пластовая вода и фильтрат промывочной жидкости на водной основе. При непосредственном контакте водных растворов солей формируется свободный диффузионный потенциал, величина которого зависит от химического состава солей и их содержания (концентрации) в контактирующих растворах.
Применительно к нефтяным и газовым скважинам контакт фильтрата промывочной жидкости (ПЖ) и пластовой воды не является свободным, а осуществляется через перегородку, роль которой выполняет горная порода.
Таким образом, возникает понятие так называемого диффузионно-адсорбционного потенциала самопроизвольной поляризации Еда. Величина Еда зависит не только от различия в концентрациях контактирующих растворов (фильтрата ПЖ и пластовой воды), но также от размера поровых каналов породы. Это связано с тем, что в процессе диффузии ионов обоих знаков из раствора с большей минерализацией в раствор с более низкой минерализацией диффузионный поток захватывает ионы с внешней поверхности двойного электрического слоя (рис. 4), расположенного на поверхности порового канала.
Рис. 4. Схема переноса в широком (а) и узком (б) капиллярах:
1 – адсорбционные ионы; 2 – подвижные ионы диффузионного слоя; 3 – свободные ионы; 4 – перегородка с широкими каппилярами; 5 – перегородка с узкими капиллярами; 6 – направление диффузии.
При этом важную роль играет соотношение толщины подвижной части двойного электрического слоя и радиуса порового канала. В случае высокопористого коллектора радиус порового канала существенно превышает толщину внешней части двойного электрического слоя, и ее влияние пренебрежимо мало, и механизм диффузии анионов и катионов не отличается от переноса ионов в случае непосредственного контакта двух водных растворов одноименной соли с различной концентрацией. Поэтому величина диффузионно-адсорбционного потенциала в этом случае будет практически равна диффузионному потенциалу.
При величине радиуса порового канала, сравнимой с толщиной подвижной части двойного электрического слоя, вклад его катионов в фильтрующейся по микропоровому каналу поток становится значительным. В результате этого процесса величина формирующегося на низкопористой перегородке диффузионно-адсорбционного потенциала (э.д.с.) будет значительно отличаться от величины диффузионного потенциала в случае псевдосвободно контактирующих растворов (порода с большим радиусом порового канала).