Тема 3.2. Удельное сопротивление пород

План

1.Свойства пород, оказывающие влияние на УС

2. Удельное электрическое сопротивление пород

Пористость

Пористость (пустотность) – наличие в горной породе пустотного пространства.

Структура порового пространства пород обусловлена гранулометрическим составом частиц, их формой, химическим составом пород, соотношением количества больших и малых пор.

Виды пористости

Общая (абсолютная, физическая, полная) пористость характеризует суммарный объём всех пор (V_пор), открытых и закрытых, независимо.

Открытая ппористость - объём сообщающихся (V_сообщ_.) между собой пор и она измеряется в м³, см³.

На практике величину пористости породы характеризуют коэффициентом пористости (m), выраженным в долях единицы или в процентах к объёму образца.

В субкапиллярных порах пластовые флюиды удерживаются капиллярными силами, силами притяжения стенок каналов. Вследствие малого расстояния между стенками каналов жидкость в них находится в сфере действия межмолекулярных сил материала породы. Для перемещения жидкости по субкапиллярным порам требуется чрезмерно высокий перепад давления, отсутствующий в пластовых условиях. Практически никакого движения пластовых флюидов по субкапиллярным порам не происходит. Породы, содержащие только субкапиллярные поры, практически непроницаемы для жидкостей и газов и выполняют функции покрышек.

По капиллярным порам (каналам) и трещинам движение нефти, воды, газа происходит при значительном участии капиллярных сил, как между частицами флюидов, так и между последними и стенками пор.

Капиллярность— физическое явление, заключающееся в способности жидкостей изменять уровень в пористых телах. Поднятие жидкости происходит в случаях смачивания каналов жидкостями в породе. Понижение жидкости происходит в породах и каналах, не смачиваемых жидкостью.

По сверхкапиллярным порам (каналам) и трещинам движение флюидов происходит свободно под действием сил тяжести.

Проницаемость

Проницаемость — способность горных пород пропускать жидкость или газ.

Абсолютно непроницаемых тел в природе нет. Однако при существующих в нефтяных пластах сравнительно небольших перепадах давлений многие породы из-за малых размеров пор в них оказываются практически мало или совсем непроницаемыми для жидкостей и газов (глины, сланцы и др.).

Абсолютная проницаемость – это проницаемость пористой среды при движении в ней флюидов.

Относительной проницаемостью пористой среды называется отношение эффективной проницаемости этой среды для данной фазы к абсолютной.

Хорошо проницаемыми породами являются: песок, песчаники, доломиты, доломитизированные известняки, алевролиты.

К плохо проницаемым породам относятся: глины, с упорядоченной пакетной упаковкой, глинистые сланцы, мергели, песчаники, с обильной глинистой цементацией, соли (особенно сульфаты за счет способности поглощать воду и увеличивать свой объём), некоторые эвапориты, плотные доломиты и известняки.

Водонасыщенность

Коэффициентом водо-, нефте-, газонасыщенностиколлектора, называется отношение объема воды, нефти или газа, содержащихся в открытом пустотном пространстве, к объему открытых пустот.

Содержание воды в горных породах называется их влажностью, а способность пород удерживать в себе то или иное количество воды в определенных условиях — влагоемкостью.

В естественных условиях поровое пространство пород-коллекторов может быть заполнено водой полностью или частично. В последнем случае оставшаяся его часть может быть заполнена нефтью или газом.

Количественное содержание воды (нефти, газа) и ее состояние в породах существенно влияет на формирование ряда физических свойств.

Вода, содержащаяся в породах, в зависимости от характера ее взаимодействия с твердыми частицами имеет различное состояние и подразделяется на две основные категории: связанную и свободную.

Содержание связанной воды в породах обусловлено химическими и физико-химическими (адсорбционными) процессами. В связи с этим различают химически связанную и адсорбционно связанную воду.

Адсорбция-это физико-химический процесс поглощения веществ из раствора или газа твёрдыми телами или жидкостями.

К химически связанной относится вода кристаллизационная и конституционная..

В осадочных породах конституционная вода преимущественно образуется за счет минералов глин, особенно таких, как аллофан, каолинит и монтмориллонит, Синтез гидроксильной воды и ее удаление из различных минералов обычно происходят при температурах от 110 до 1300 °С. Химически связанная вода (кристаллизационная и конституционная) практически не оказывает влияния на физические свойства пород, за исключением нейтронных.

Слои воды, находящиеся на разном расстоянии от поверхности твердых частиц или поровых каналов, отличаются по своему физическому состоянию и химическому составу.

Гидрофильные породы – породы, твердая фаза которых смачивается водой.

Гидрофобные - если твердая фаза не смачивается водой.

Нефтегазонасыщенность

Коэффициентом нефтенасыщенности (газонасыщенности) называется отношение объема нефти (газа), содержащейся в открытом пустотном пространстве, к суммарному объему пустотного пространства.

Начальное распределение нефти, газа и остаточной воды в пустотном пространстве коллектора влияет на процессы движения нефти через коллектор и вытеснения ее водой.

Необходимость различать гидрофильные и гидрофобные коллекторы.

В гидрофильных процесс вытеснения нефти из пустотного пространства протекает значительно легче, чем в гидрофобных. В гидрофильном коллекторе нефть как бы скользит по пленке воды, в гидрофобных она соприкасается с поверхностью пустотного пространства, образуя пленку, которая не участвует в процесс фильтрации, вследствие чего увеличиваются потери нефти в пласте.

Определение количества остаточной воды в первую очередь необходимо при подсчете запасов нефти н газа.

В поровом пространстве пород-коллекторов наряду с водой может содержаться нефть или газ. При этом количественное соотношение и характер распределения воды, нефти и газа в поровом пространстве могут быть различными. Распределение нефти (газа) и воды в порах зависит от того, гидрофильна или гидрофобна порода. Твердая фаза осадочных пород сложена в основном гидрофильными минералами, что обусловливает распространение в природе преимущественно гидрофильных коллекторов нефти и газа.

Нефть или газ, находящиеся в поровом пространстве породы, извлекаются лишь частично. В связи с этим различают коэффициенты извлекаемого и остаточного нефтенасыщения (газонасыщения).

2. Удельное электрическое сопротивление пород

Известно, что электрическое сопротивление R проводника, длиной L, состоящего из однородного материала и имеющего постоянное поперечное сечение S, можно определить по формуле:

R=L/S

Коэффициент называется удельным электрическим сопротивлением и измеряется в технике в ом•м. Удельное электрическое сопротивление обратно пропорционально удельной электрической проводимости (электропроводности), которая характеризует способность данной среды проводить электрический ток. За удельное электрическое сопротивление горной породы принимается величина электрического сопротивления 1 м³ породы с поперечным сечением 1м² и длиной 1 м. Большинство породообразующих минералов имеет очень большое удельное сопротивление и практически не проводят электрический ток (табл. 1).

Примесь в осадочной породе высокопроводящих рудных минералов (пирита, магнетита и др.) при содержании, меньшем 5%, практически не бывает влияния на удельное электрическое сопротивление породы.

Таблица 1

Удельное электрическое сопротивление породообразующих и рудных минералов и пород

Минерал	Удельное сопротивление, ом-м	Минерал	Удельное сопротивление, ом. • м
Ангидрит	10⁷-10¹⁰	Нефть	10⁹-10¹⁶
Кальцит	10⁷-10¹²	Каменный уголь	10²-10⁶
Кварц	10¹²-10¹⁴	Антрацит	10^-4-10^-2
Полевые шпаты	10¹¹-10¹²	Пирит	10^-4-10^-1
Слюды	10¹⁴-10¹⁵	Графит	10^-6-10^-4
		Магнетит	10^-4-10^-2

Удельное сопротивление осадочных горных пород, не содержащих большого количества примесей рудных минералов, изменяется в широко диапазоне (рис. 3) и зависит от:

1) удельного сопротивления насыщающих породу водных растворов (пластовые воды); 2) процентного содержания водных растворов и углеводородов в породе; 3) текстурных особенностей породы.

Рис. 3. Зависимость удельного сопротивления водных растворов от их концентрация (С).

Удельное электрическое сопротивление пластовых вод зависит от концентрации, состава растворенных солеи и температуры.

Пластовые или поровые воды, определяющие проводимость большинства горных пород, представляют собой сложные растворы электролитов, состоящие из трех и более компонентов. Наиболее распространенными солями являются хлориды натрия, кальция и магния. Реже встречаются сульфатно-натриевые воды и еще реже – гидрокарбонатно-натриевые.

Концентрация солей в природных водах весьма разнообразна и изменяется от единиц до 300 г/л. Удельное электрическое сопротивление в таких растворов тем ниже,чем выше концентрация солей с и температура t.

Буровые растворы, заполняющие скважину как в процессе бурения, так и в момент проведения геофизических исследований, представляют собой водную суспензию. Различают удельное сопротивление бурового раствора _р и его фильтрата – той воды, в которой взвешены минеральные частички. Величина _р зависит от концентрации солей в фильтрате, температуры и плотности бурового раствора.

Нефть и газ не являются проводниками электрического тока. Заполняя поры горной породы, они увеличивают ее удельное сопротивление по сравнению с сопротивлением породы, полностью насыщенной водой. В нефтегазоносной породе проводником электрического тока служит минерализованная вода, находящаяся в порах вместе с нефтью или газом. Количеством этой воды и характером ее распределения в порах определяется величина удельного сопротивления нефтегазоносной породы.

Вопросы

1. Являются ли нефть и газ проводниками электрического тока?

2. От чего зависит удельное сопротивление пластовых вод?