Диффузионно-адсорбционная ЭДС

Если растворы «1» и «2» разделены пористой перегородкой, то величина и знак возникающей диффузионной ЭДС зависят (кроме указанных причин) также от размеров пор перегородки. Это происходит потому, что в диффузию катионов и анионов из раствора большей в раствор меньшей концентрации при прохождении их через поровые каналы перегородки вовлекаются подвижные катионы внешней обкладки двойного слоя, располо­женного на поверхности твердой фазы скелета перегородки (рис. 27). Если перегородка крупнопористая, толщина δ двой­ного слоя на поверхности поры пренебрежимо мала по сравне­нию с радиусом r канала (δ r), практически δ/r ≈ 0, доля объема канала, занимаемого внешней обкладкой двойного слоя, ничтожна, и числа переноса катионов п_к и анионов п_а сохраня­ются теми же, что и при непосредственном контакте растворов.

Рис. 27. Схема переноса ионов в широком (а) и узком (б) капил­лярах.

1 - адсорбированные ионы; 2 - подвижные ионы диффузного слоя; 3 – свободный раствор; перегородки: 4 - с широкими капиллярами; 5 - с уз­кими капиллярами; 6 - направление диффузии

Диффузионно-адсорбционная ЭДС Е_да, возникающая между растворами, не отличается от диффузионной ЭДС Е_д. С умень­шением размера пор величины δ и r становятся сравнимыми, и доля подвижных катионов внешней обкладки двойного слоя на поверхности пор в объеме поровых каналов становится все заметнее, поэтому значения n_к и n_а с уменьшением r начинают отличаться от соответствующих значений в формуле (1.28) для диффузионной ЭДС. С уменьшением r значение δ/r→1, n_к→1, n_а→0, поэтому в пределе для перегородки с ультратонкими порами n_к = 1, n_а = 0 выражение (1.28) для растворов однова­лентного электролита приобретает вид

(1.31)

В этом случае разбавленный раствор имеет положительный заряд по отношению к более концентрированному. Значение E_да становится отличным по величине и знаку от Е_д при прочих равных условиях.

Диффузионно-адсорбционная ЭДС E_да, возникающая между растворами электролита, разделенными пористой перегородкой, описывается выражением

(1.32)

где К_да - коэффициент диффузионно-адсорбционной ЭДС; для растворов NaCl величина К_да при t = 20°C заключена в преде­лах -11,6 мВ<K_да<58 мВ.

Для измерения величин E_д и E_да в лаборатории применяют электрохимическую ячейку (рис. 28), содержащую отделения с растворами различной концентрации и перегородку. В прак­тике петрофизических лабораторий объектом изучения являют­ся образцы горной породы, поэтому в качестве перегородки при измерении используют образец породы. При исследовании кол­лекции образцов терригенных пород роль крупнопористой пере­городки играет чистый неглинистый песчаник с размерами пор в единицы и десятки микрометров, а роль «идеальной мембра­ны» - плотная тонкодисперсная глина. Этим породам для рас­творов NaCl соответствуют значения К_д = -11,6 мВ и К_да = 58 мВ. Промежуточные значения К_да соответствуют песчано-глинистым породам с различным содержанием высокодисперс­ного глинистого материала; чем больше глинистость породы, тем ближе величина К_да к предельному значению 58 мВ.

Изменяя значение С₂ при C₁=const, можно для каждого образца получить зависимость Семейство таких зависимостей отражает возможный диапазон изменения вели­чины E_да при различном отношении концентраций C₁/C₂ для всей совокупности терригенных пород (рис. 29). Шифром се­мейства кривых на рис. 29 является один из параметров, харак­теризующих содержание в породе высокодисперсного глинисто­го материала, например, приведенная емкость обмена q_п или относительная глинистость η_гл (см. также гл. VI).

Параметр q_п определяется выражением

, (1.33)

где σ - количество активных центров на 1 см² поверхности твердой фазы минерального скелета породы; S - удельная по­верхность адсорбции, см^-1; k_п - коэффициент пористости поро­ды; величина q_п характеризует концентрацию поглощенных по­верхностью породы катионов в 1 см³ объема пор. Параметр

, (1.34)

характеризует степень заполнения глинистым материалом ске­лета породы, образованного песчаными и алевритовыми зерна­ми (здесь k_гл - объемная глинистость).

Площадь между предельными линиями Е_да = f(lg C₂) для чистых песчаников и плотных высокодисперсных глин можно разделить на области, соответствующие коллекторам и неколлекторам; разделяющей эти области границей является график Е_да = f(lg C₂) с значением q_п или η_гл, отвечающим границе коллектор — неколлектор. Величины q_п или η_гл в терригенном разрезе хорошо коррелируются с коэффициентом проницаемости k_np.

Изложенное показывает, что семейство графиков Е_да = f(lg C₂) (см. рис. 29) является предпосылкой для литологического расчленения терригенного разреза, выделения в нём коллекторов и литологических экранов, разделения коллектора на классы по величине k_пр по диаграмме U_сп. Для карбонатных пород получены зависимости, аналогичные приведенным на рис. 29, однако из-за отсутствия тесной корреляции параметров q_п, η_гл с k_пр для карбонатных пород в карбонатном разрезе диаграммы СП используют только для литологического расчле­нения.

В формулах (1.31), (1.32) отношение С₁ к С₂ можно заме­нить обратным отношением удельных сопротивлений растворов. Тогда формула (1.32) примет вид

(1.35)

Рис. 29. Зависимости Е_да = f(lg C₂) при C₁=const и Е_да = f(lg ρ₂) при ρ₁=const для терригенных пород с различным значением параметра q_п (шифр кривых).

I - Е_да = f(lg C₂); II - Е_да = f(lg C₂) для породы с ультратонкими порами; III - Е_да = f(lg ρ₂); IV - Е_да = f(lg ρ₂) для породы с ультратонкими порами

Зависимости Е_да = f(lg ρ₂) образуют семейство как бы зер­кально отраженных кривых по отношению к семейству Е_да = f(lg C₂) (см. рис. 29). Семейство Е_да = f(lg С₂) для различных значений q_п=const или η_гл=const является петрофизической ос­новой интерпретации диаграмм U_СП, поскольку в практике ГИС предпочитают использовать не концентрации С, а удельные со­противления ρ растворов.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: