Зависимость электрических свойств осадочных пород от всестороннего давления, порового давления и температуры

Зависимость электрических свойств осадочных пород от всестороннего давления, порового давления и температуры

Изменения электрических параметров осадочных пород от давления и температуры происходят главным образом из-за нарушения их структуры. Цементирующим материа­лом осадочных пород могут быть как пластичные глинистые частицы, так и вещества с высокой упругостью (опаловый, кварцевый цемент), то изменение электрического сопротивления осадочных пород под действием давления будет зависеть от со­става цемента.

Электрохимическая активность твердой фазы способствует возникновению двойного электрического слоя на контакте ее с жидкостью. Изменение диаметров поровых каналов породы под действием давления или изменение проводимости двойного слоя под действием температуры вызывает изменение суммар­ного сопротивления системы электролит – двойной электриче­ский слой. Следовательно, минеральный состав породы также оказывает влияние на характер зависимости электрических па­раметров породы от давления и температуры вследствие элек­трохимической активности твердой фазы.

Всесторонне давление. На рис. дано изменение электрического сопротивления терригенных и карбонатных пород от всестороннего давления. Породы насыщенны раствором NaCl при разных давлениях. Как видно, для глинистых песчаников значения изменяются в довольно широких пределах – от 5 – 10 % до 200 – 300 %. Наибольшее изменение сопротивления наблюдается для песчаников с пониженным значением коэффициента пористости (7,3 %) и наименьшее для пористых пород (29,6 %).

Сравнение графиков зависимости от давления с гра­фиками относительного изменения объема порового простран­ства показывает, что породы с низкой пористостью характеризуются значительным изменением объема порового простран­ства. Для слабо пористых пород упругое изменение объема пор с давлением выражается значениями 4 – 20%, а увеличение сопротивления достигает сотен процентов. Необходимо было привести изменением объема порового простран­ства в абсолютных единицах.

Рис. 9.10 13. Изменение удельного электрического сопротивления (в относительных единицах, где – сопротивление при нулевом давлении) и объема порового простран­ства пород (относительное изменение) от всестороннего давления по данным [Авчан]: а – глинистые песчаники и алевролиты; б – карбонатные породы. Шифр кри­вых – пористость пород в %. Давление 400 кг/см² = 40 МПа

Для карбонатных пород значения изменяются также в довольно широких пределах – от 5 – 10 % () до 200 – 300 % () (см. рис. 9.13,б). Наибольшее изменение сопротивления наблюдается для карбонатных пород с пониженным значением коэффициента пористости и наименьшее для пористых пород.

Влияние пористости. Минимальные изменения удельного электрического сопротивления пород от всестороннего давления получены для образцов с пористостью > 20 %. Для образцов с более низкой пористостью изменение удельного сопротивления пород под действием давления увеличивается. Максимальные изменения его наблюдаются в образцах с пористостью 6 – 8 % (рис. 9.13). Таким образом, степень увеличения удельного электриче­ского сопротивления от давления зависит от пористости пород. Чем меньше пористость пород, тем значительнее повышается удельное сопротивление под действием 'нагрузки. Однако в об­щем случае между величиной изменения удельного сопротивле­ния и пористостью однозначная связь отсутствует. В качестве примера можно привести данные рис. 9.14. Исследования зависимости электросопротивления от коэффициента пористости при давлении 75 МПа и 40 МПа обнаруживают разброс экспериментальных точек, который не позволяет установить вид зависимости.

Рис. 9.11 14. Зависимость удельного электрического сопротивления песчано-глинистых пород от коэффициента пористости: 1 – для давления р =75 МПа; 2 – для давления р = 40 МПа

Влияние цемента. На величину изменения удельного элек­трического сопротивления пород существенное влияние оказы­вает состав цементирующего вещества. Тем не менее, экспериментальные данные [Авчан] показывают, что прямой связи между увеличением сопротивления от давления и относительной глинистостью от­сутствует.

Зависимость удельного электрического сопротивления осадочных пород от порового давления. О характере относительного изменения удельного сопротивления породы под действием всестороннего и порового давления можно судить из данных, которые приведены на рис. 9.15. Как видим, поровое давление уменьшает электрическое сопротивление.

Рис. 9.12 15. Зависимость удельного сопротивления от всестороннего и порового

давления: а, 6 – песчаники с глинистым цементом; в – известняк; 1 – значения в кгс/см²; 2 – в кгс/см² (0,1 МПа)

Влияние температуры. Из литературных данных следует, что изменение под влиянием температуры зависит не только от литолого-петрографических особенностей пород, концентрации насыщающих породу пласто­вых вод, но и от давления. Кроме того, проводимость пород, со­держащих глинистую фракцию, в значительной степени опреде­ляется возникающим на контакте твердая фаза – жидкость двойным электрическим слоем.

При увеличении температуры удельное электрическое со­противление водонасыщенных горных пород уменьшается. Гра­фики зависимости удельного электрического сопротивления песчано-глинистых пород, насыщенных 20 г/л раствором NaCl, от температуры приведены на рис. 5.. Максимальные изменения наблюдаются при температуре от комнатной до 50 – 60 °С. В этом диапазоне температур удельное сопротивление пород понижается примерно в два раза. При дальнейшем увеличении температуры градиент изменения уменьшается.

Ри Рис. 48. Зависимость удельного электрического сопротивления пес-чано-глинистых пород от темпера­туры. Цифр кривых — значения пористости в %

с. 48. Зависимость удельного электрического сопротивления пес-чано-глинистых пород от темпера­туры. Цифр кривых — значения пористости в %

Рис. 48. Зависимость удельного электрического сопротивления пес-чано-глинистых пород от темпера­туры. Цифр кривых — значения пористости в %

ис. 48. Зависимость удельного электрического сопротивления пес-чано-глинистых пород от темпера­туры. Цифр кривых — значения пористости в %

с. 48. Зависимость удельного электрического сопротивления пес-чано-глинистых пород от темпера­туры. Цифр кривых — значения пористости в %

Резюме. Точность определения коэффициента пористости. Точность определения коэффициента методом сопротивле­ний при скважных измерениях зависит от следующих факторов:

1. Точности определения величин электрических удельных сопротивлений , и (в зависимости от того, по какому из перечисленных, параметров пласта проводится расчет ).

2. Точности определения удельного сопротивления вод , и , заполняющих поровое пространство соответственно в трех рас­смотренных выше случаях.

3. Правильного учета влияния повышенной проводимости гли­нистой составляющей твердой фазы.

4. Учета влияния проводящих минералов (пирит, графит и др.) в случае их значительного количества.

5. Правильного учета влияния структуры, и в частности степе­ни консолидации коллектора, и характера залегания глинистой составляющей (рассеянное или слоистое).

6. Учета влияния нефтегазонасыщенности порового простран­ства.

7. Правильного учета влияния термобарических условий.

Однако учет влияния любого из перечисленных факторов мо­жет оказаться недостаточным, поэтому по методу сопротивлений наиболее точно величину устанавливают в следующих случаях:

1. В чистых неглинистых водоносных коллекторах известной структуры, в которых присутствие проводящих минералов изме­няет величины , и не более чем на 10 %.

2. В чистых неглинистых коллекторах с частичным нефтегазо-насыщением при известном его коэффициенте .

3. В глинистых коллекторах с известным содержанием на­бухающих минералов, их удельным сопротивлением и характе­ром залегания в коллекторе (рассеянное или слоистое).