Разрезы скважин по изменению естественных электрических потенциалов

Способы измерения. Электрические разрезы скважин представляют собой результат регистрации двух электрических свойств пород: естественных электрических потенциалов [самопроизвольной поляризации — [ПС] и сопротивления пород. Исключительно простое устройство для составления разрезов по методу самопроизвольной поляризации показано на рис. 19-2. Потенциальный электрод в скважине обозначен буквой А. и показания относятся к той глубине в скважине, где находится А, Другой электрод С на поверхности положен на землю возле скважины, а потенциометр В измеряет разность потенциалов между точками А и С. Разность потенциалов записывается на левой стороне разреза; так как эта величина отрицательна, то увеличение ее фиксируется отклонением кривой влево.

В действительности нет абсолютных измерений потенциалов, а есть только измерения разности потенциалов между двумя точками; результаты изображаются как отрицательные, потому что какая-либо точка с относительно повышенным потенциалом рассматривается как нулевая. Обычно за нуль принято считать наибольшие потенциалы, наблюдающиеся против глинистых пород.

Свойства кривой самопроизвольной поляризации. Кривая самопроизвольной поляризации [ПС] имеет определенные свойства, которые оказывают большую пользу при их интерпретации. Отрицательные значения естественных потенциалов против чистых пористых песчаников обычно колеблются от 75 до 150 мв. Иногда величина их может достигать 200 мв, а потенциалы выше 200 мв очень редки. Чем выше содержание в песчаных породах глинистого материала, тем ниже отрицательный естественный потенциал, и глинистые пески могут иметь настолько небольшую величину потенциала, что они не заметны на кривой самопроизвольной поляризации. Естественные потенциалы глинистых пород в сравнении с песчаными являются низкими и обычно приближаются к нулю. Пористые и проницаемые известняки и доломиты проявляют тенденцию давать высокий естественный потенциал, а слабопористые и малопроницаемые — низкий. Однако в породах с высоким сопротивлением, таких, как известняк, доломит и ангидрит, зона высокого потенциала может распространиться и на малопроницаемые части разреза. В таких случаях по кривой ПС невозможно определить пористые и проницаемые части разреза известняков и доломитов. В других случаях против проницаемых зон кривая ПС дает неясные, идущие влево выступы.

Величина естественного потенциала уменьшается по мере снижения солености вод в песчаных и глинистых породах. Пески с опресненными водами, находящиеся возле поверхности во многих нефтеносных районах, часто характеризуются небольшими значениями естественных потенциалов, которые могут быть выше или ниже потенциалов соседних глинистых пород.

Песчаные породы, содержащие солоноватую воду, занимают по величине естественных потенциалов промежуточное положение между песками с пресной и песками с соленой водой. Естественный потенциал нефте- и газоносных песчаных пород равен или немного меньше потенциала этих же пород при наличии в них соленой воды. Он уменьшается под влиянием обводнения проницаемых пластов пресной водой, попадающей из глинистого раствора. Однако величина этого снижения очень незначительна. Необходимо помнить, что некоторые специальные виды глинистого раствора, например силикатный раствор, изменяют знак потенциалов, вследствие чего песчаные породы могут характеризоваться большими значениями естественных потенциалов, чем смежные глинистые разности. С глубиной наблюдается медленное увеличение естественных потенциалов, вероятно, из-за возрастания давлений. На разрезах величины потенциалов тонких пластов несколько меньше их действительного значения. Это снижение становится заметным по мере того, как мощность пластов падает ниже 10 футов (3 м) и приближается к диаметру скважины. Естественные потенциалы пластов, мощностью всего лишь в 1 фут (0,3 м), очевидно, не отражаются на кривых ПС, хотя при значительной мощности эти же самые породы могут характеризоваться высокими значениями естественного потенциала. По данным М.П. Тиксьера, естественный потенциал в песчаных породах пропорционален электрическому сопротивлению бурового раствора, деленному на электрическое сопротивление пластов воды.

Происхождение естественного потенциала. Вопрос о происхождении естественных потенциалов, обнаруживаемых при электрокароттаже, рассматривается в работах П. А. Дикки, У.Д. Маунса и В.М. Раста, Г. Гуйо, Л.Л. Неттлтона, Д.Д. Джекоский, Г. Долла и в работах исследовательской группы Геологического общества в Хаустоне. Возможны трипричины, вызывающие возникновение естественных потенциалов, наблюдающихся при электрокароттаже: электрофильтрация, электроосмос и электрохимический процесс. Когда раствор, ставший проводящим под влиянием растворенных ионизированных солей проталкивается через мельчайшие поры, в полупроницаемых перегородках развивается естественный потенциал, который пропорционален разности давлений в порах и который стремится заставить электрический ток идти в том же направлении, в каком течет жидкость. Это явление называется электрофильтрацией, электрокинезисом или потенциалом течения.

В течение первых лет существования электрокароттажа думали, что электрофильтрация порождает естественные потенциалы и что последние являются мерой пористости. Однако наблюдения Г. Гуйо и Г. Долла над условиями в скважинах, буримых вращательным методом, и опыты П.А. Дикки, У.Д. Маунса и В.М. Раста показали, что значение электрофильтрации в данном случае очень невелико. Очевидно, за счет электрофильтрации образуется всего лишь несколько процентов измеряемого естественного потенциала. Несмотря на то, что между пористостью и проницаемостью, с одной стороны, и естественным потенциалом, с другой — существует некоторая связь, ясно, что в количественном отношении величина этого потенциала не является надежным показателем пористости или проницаемости. В первые годы применения электрокароттажа кривые самопроизвольной поляризации назывались «кривыми пористости». Когда же выяснилось, что кривая ПС не совсем точно отражает значения пористости, термин этот был отвергнут.

Давление глинистого раствора в скважинах почти всегда превышает пластовое. Поэтому вода, находящаяся в глинистом растворе, проталкивается через глинистую или фильтрующую корку (filter cake), которая покрывает поверхность проницаемых пластов, и этот пресноводный фильтрат обводняет проницаемые горизонты на расстоянии от 1 фута (0,3 м) до нескольких метров от стенок скважины. Проницаемость этой корки составляет от 1/100 до 1/10 000 проницаемости нефтеносных песков. Следовательно, скорость проникновения фильтрата почти полностью контролируется проницаемостью глинистой корки. Если проницаемость песчаных пород превышает несколько долей миллидарси, то изменения в проницаемости этих пород не повлияют на потенциал течения, регистрируемый на разрезе. Г. Гуйо указывает, что когда давление глинистого раствора в скважинах ниже, чем давление флюидов в пласте, естественный потенциал не будет положительным. Te немногие случаи, когда на нефтяных месторождениях естественные потенциалы песчаных пород по сравнению с потенциалами смежных глинистых разностей являются положительными, объясняются по-разному. С повышением давления естественные потенциалы увеличиваются, однако степень этого увеличения не является такой, какую можно было бы ожидать, если бы потенциалы являлись следствием электрофильтрации.

Там, где контактируют растворы различных концентраций, в разбавленном растворе развивается отрицательный потенциал. Было высказано предположение, что этот процесс, известный как электроосмос, является причиной возникновения естественных потенциалов. Однако распределение потенциалов в действительности оказалось обратным тому, которое следовало бы ожидать, если бы они вызывались процессами электроосмоса.

Ясно, что потенциалы вызываются главным образом электрохимическими процессами. Это те же процессы, которые порождают потенциал в электрической батарее; они требуют определенного химического изменения, освобождающего внутреннюю энергию. По-видимому, энергия, развивающая естественные потенциалы, обнаруживаемые при электрокароттаже скважины, возникает в результате происходящих в глинистых породах физических или химических реакций, природа которых неизвестна. Часть кривой ПС, отражающая песчано-глинистый участок разреза, указывает, главным образом, на процентное содержание глинистых компонентов в песчаных породах, а не на пористость и проницаем ость. Если бы все другие условия были одинаковы, то естественные потенциалы были бы выше там, где песок чище и содержит меньше глинистого материала. Разумеется, там, где песок чист и свободен от глинистых частиц, его проницаемость выше и, следовательно, между проницаемостью и естественным потенциалом существует некоторая связь. Интересно отметить, что на некоторых песчано-глинистых участках разрезов кривые ПС и радиоактивности почти идентичны. Поскольку кривые радиоактивности, как известно, фиксируют песчаные и глинистые разности, описанное совпадение кривых является еще одним подтверждением того, что кривая ПС также отражает соотношения песчаных и глинистых пород там, где в разрезе имеются только эти два вида пород. Несмотря на значительные успехи в изучении самопроизвольных потенциалов, многое остается еще неясным.