Связь УЭС пород с плотностными свойствами. Параметр пористости.

Ионный обмен в дисперсных средах. Влияние глинистости, структуры порового пространства и вещественного состава породообразующих обломков. Понятие о двойном электрическом слое.

При полной и других видах влагоемкости (способности удерживать разный максимально возможный объем воды на определенный объем сухой породы) на границах фаз пород протекают электро-химические реакции. Подвижные противоионы ДЭС на поверхности адсорбента способны обмениваться на эквивалентное кол-во ионов того же знака, находящихся в растворе. По обе стороны создается двойной электрический слой ДЭС. Это особое распределение зарядов в приграничных областях соприкасающихся фаз пород за счет электростатических сил. Возникает благодаря тому, что твердая фаза имеет отрицательный заряд.

Наибольшая емкость обмена обычна для природных адсорбентов: глин, трепелов, диатомитов, опок, пепловых туфов (приведенная ёмкость изменяется от 2-140*10⁶мг-экв/м³). Различие емкости обмена определяется минеральным составом, структурой глинистых и других минералов пород, степенью ее совершенства, степенью дисперсности. Емкость обмена песчано-алевролитово-глинистых пород возрастает с их К_гл , зависит от мин.состава и диаметра зерен.

Двойной электрический слой (ДЭС). Его происхождение, строение, свойства, роль в электрической проводимости пород, связь с глинистостью, температурой и химическим составом породы.

ДЭС – особое распределение зарядов в приграничных областях соприкасающихся фаз пород за счет электростатических сил. Возникает благодаря тому, что твердая фаза имеет отрицательный заряд.

Рис.а: 1 слой - прочносвязанная вода.

2 слой – слабосвязанная вода.

3 слой – несвязанная вода.

На границе 1 и 2 слоя происходит скачок электрического потенциала.

В слое пленочной воды (слой 1 и 2) формируется ДЭС с определенными характеристиками, это аномальный по физ св-вам слой. Слой ДЭС имеет разную толщину (расстояние между центрами тяжести потенциалопределяющего слоя зарядов до межфазной границы), неодинаковые падения потенциалов по этой толщине. Чем больше концентрация электролита породы, тем меньше толщина ДЭС. Падение потенциала названо потенциалом ξ Нернста. Измерить его нельзя, складывается из скачков потенциала твердой в фазе ζ_т и на плотной и диффузной частях слоя противоионов в жидкой фазе ζ_жо и ζ_жд : ξ= ζ_т+ ζ_жо + ζ_жд.

Прочносвязанная вода плотнее свободной, обладает большей вязкостью, прочность на сдвиг, упругостью и меньшей электропроводностью, чем дистиллированная вода. Связанная вода замерзает в разных породах при разной температуре: в каолините при t = -20°C, в М при t = -193°С. Температура замерзания определяется удельной поверхностью и размером пор. Зависимость К_{ост.водонасыщения} от К_гл прямая.

Наибольшая емкость обмена в присутствии обменивающихся ионов: Ca⁺² , Mg⁺², Н⁺, Na⁺, K⁺, PO₄^-3, SO₄^-2, Cl^-, NO₃^-.

Удельное электрическое сопротивление водонасыщенных пород, связь с температурой и коллекторскими свойствами, глинистостью и минерализацией пластовых вод.

Удельное электрическое сопротивление полностью водонасыщенных пород при пластовых условиях и атмосферных различно. Величина удельного сопротивления_. при пластовых условиях ρ_п (ρ_, ρ_пл, T), горном давлении ρ_, пластовом давлении ρ_пл. и температуре отличается от удельного сопротивления той же породы при атмосферных условиях ρ_п.(0). При насыщении породы водой с минерализацией, соответствующей пластовым водам от 5 до 400 г/м³, величина ρ_п. при пластовых условиях выше чем при атмосферном. Для оценки ρ_п. пользуются уравнением:

В правой части три множителя, которые характеризуют:

Изменение ρ_п с ростом ρ_эф при ρ_пл=соnst, Т=const;

Изменение ρ_п с ростом ρ_пл при ρ=соnst, Т=const;

Изменение ρ_п с ростом Т при ρ=соnst, ρ_пл=соnst.

Основным фактором , изменяющим ρ_п в пластовых условиях по сравнению с ρ_п(0) является эффективное давление ρ_эф= ρ - ρ_пл. С ростом ρ_эф величина ρ_п(ρ_эф) возрастает благодаря уменьшению параметра К_п и и росту электрической извилистости Т_эл ескостных каналов породы. Влияние ρ_пл значительно меньше, его оценивают коэффициентов К₂ : К₂=1- К_тв ρ_пл, где К_тв - коэф , учивывающий влияние деформации твердой фазы на удельное сопротивление породы.

Изменение ρ_п с ростом Т рассчитывают по формуле: ρ_вт= P_т ρ_{в 20,} где P_{т –}температурный коэффициент электропроводности растворов.

P_т= [1+α(T-20°C)+β(T-20°C)²]^-1

Где α для различных электролитов меняется от 10·10^-3 до 26·10^-3, β от 10^-6 до 10^-5, обычно полагают β=0, для растворов HCl α=21,6·10^-3. Влиянием теплового расширения зерен скелета обычно пренебрегают.

Связь УЭС пород с плотностными свойствами. Параметр пористости.

Удельное электрическое сопротивление горных пород и минералов изменяется в очень широких пределах от 10-8 до 1012 Ом·м. Численные значения удельного электрического сопротивления горных пород определяются объемными соотношениями различных фаз, составляющих породу и обладающих различной электропроводностью.

Основные факторы, оказывающие влияние на УЭС:

· водонасыщенность породы (влажность);

· минерализация поровой влаги (степень засоленности);

· пористость, структура порового пространства;

· водопроницаемость;

· литологический состав пород, глинистость;

· температура;

· давление.

Изверженные и метаморфические породы характеризуются высокими сопротивлениями (от 500 до 10000 Омм). Среди осадочных пород высокие сопротивления (100 - 1000 Омм) у каменной соли, гипcов, известняков, песчаников и некoторых других. Обломочные осадочные породы, как правило, имеют тем большее сопротивление, чем больше размер зерен, составляющих породу, т.е. зависят прежде всего от глинистости.

Удельное электрическое сопротивление это сопротивление, которое оказывает кубический метр горной породы электрическому току:

,

где R- сопротивление вещества, Ом; l – длина тела, м; s – поперечное сечение его м2. Оно меняется в горных породах и рудах в очень широких пределах: от 10^-3 до 10¹⁵ Омм.

Способность горных пород пропускать электрический ток определяется их электропроводностью:

Удельное сопротивление большинства породообразующих минералов осадочных пород на 5-10 порядков выше удельного сопротивления пластовой воды и зависит от плотности вещества, насыщающей породу, объемной влажности и геометрии пространства, насыщающегося водой. Удельное сопротивление породы полностью насыщенной водой ρ_в.п. с простейшей геометрией пор: ρ_в.п. =

Для пород со сложной геометрией пор: ρ_в.п. =

К_п – коэффициент пористости.

T _эл – электрическая извилистость капилляров, T _эл≥1.

Электрический параметр пористости P_п= _. Эту зависимость удобнее выражать эмпирическими формулами Дахнова-Арчи: P_п=а K_п ^-m , P_п=а K_в ^–m

Величина m – показатель цементизации пор.

При отсутствии влияния глинистости характерны следйющие значения m:

Для хорошо отсортированных песков и слабо сцементированных песчаников: m=1,3 ÷1,4;

Для теригенных и карбонатных пород с межзерновой пористостью хорошо счементированных m=1,8 ÷2, для пород с каверново-межзерновой пористостью m>2. Величина m тем больше, чем чем выше кавернозная составляющая К_п и чем больше размеры зерен. При отсутствии трещин m→1.

УЭС неглинистых осадочных пород, его связь с параметром пористости и насыщения. Способы моделирования связи в лабораторных условиях. Петрофизическая информативность этих связей и применение при интерпретации данных ГИС,

Чистые (неглинистые) породы.

Если направление, в котором измеряют удельное сопротивление, и направление капилляров не совпадают ρ_п=ρ_вT²/К_п где Тэл — отношение длины капилляра к кратчайшему расстоянию между соответствующими гранями куба породы. Величину Тэл называют электрической извилистостью капилляров в отличие от извилистости гидродинамической, рассматриваемой при течении жидкости и газа. Всегда Тэл≥1. Для породы с простейшей геометрией пор Тэл=1; с усложнением геометрии пор Тэл растет, при этом ρв.п при неизменной пористости возрастает пропорционально Т²эл.

Для пород с размером пор больше 0,1 мкм, когда можно пренебречь влиянием ДЭС на поверхности твердой фазы на электропроводность поровых каналов, параметр пористости Рп является константой данной породы, которая не зависит от минерализации Св и удельного сопротивления ρв воды, насыщающей породу.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: