Файл: В. Н. Косков геофизические исследования.pdf

15 ственному изменению удельного сопротивления скелетной части. В связи с этим ее удельное сопротивление

принято считать практически беско- нечным.
Пластовые поровые воды представляют собой растворы солей (элек- тролиты) и относятся к классу ионных проводников. Их удельное сопро- тивление зависит от химического состава растворенных солей, концентра- ции и температуры. С увеличением общей концентрации солей удельное сопротивление растворов уменьшается. При этом электропроводность рас- твора приблизительно равна сумме электропроводностей, обусловленных каждой из солей в отдельности. В пластовых водах обычно преобладает содержание хлористого натрия (70–95 %). Если содержание других солей не превышает 10 %, то на практике удельное сопротивление пластовой во- ды оценивается по общей концентрации, приравненной к концентрации
NaCl. С увеличением температуры удельное сопротивление водных рас- творов закономерно уменьшается.
Для определения

в обычно используется номограмма зависимости удельного сопротивления растворов NaCl от концентрации и температуры
(рис. 2). Удельное сопротивление природных нефтей и газов во много раз
Рис. 2. Удельное сопротивление раствора NaCl при различной температуре
С
–
20 0 г/л
150 130 100 80 60 50 40 30 25 20 17 14 12 10 9
8 7
6 5
4 3
2
,5 2
,0 1
,7 1
,4 1
,2 1
,0 0
,9 0
,8 0,003 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,08 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,2 1 2 3 4 5 9 10 0,01 0,1 1,0 10

в
, Ом

м
T, °С
10 20 50 80 100 130 150 175 200

16 превосходит удельное сопротивление пластовых вод и соизмеримо с

ске- летной части твердой фазы пород. Практически электропроводность нефтей и газов принимается равной нулю.
Удельное сопротивление неглинистых пород.Горные породы прово- дят электрический ток в основном за счет наличия в их поровом простран- стве водных растворов солей. В связи с этим удельное сопротивление неглинистой породы

вп гранулярного строения, поры которой полностью насыщены водой, зависит Р
в
, ее количества и характера распределения в породе, определяемых соответственно коэффициентом пористости K
п и структурой порового пространства.
Для исключения влияния удельного сопротивления пластовой воды для водонасыщенных пород принято рассматривать величину
Р
п
=

в.п
/

в
, называемую относительным сопротивлением. Для чистых (неглинистых) пород Р
п не зависит от удельного сопротивления насыщающих вод, а свя- зано с величиной пористости и структурой порового пространства. В связи с этим его называют также и параметром пористости.
В нефтегазонасыщенной породе нефть или газ, частично замещая в поровом пространстве воду, повышают ее удельное сопротивление. В этих условиях

нг зависит от содержания в ее порах нефти, газа и воды, харак- тера их распространения в поровом пространстве, минерализации пласто- вой воды, пористости и структуры порового пространства и т.п. Для пол- ного или частичного исключения этих факторов, влияющих на величину

нг рассматривают отношение
Р
н
=

нг
/

вп

1, где

нг
– уд. сопротивление породы, поры которой заполнены нефтью (га- зом) и остаточной водой;

в.п
– уд. сопротивление той же породы при условии 100 %-ного заполнения ее пор водой.
Величина Р
н показывает, во сколько раз увеличивается удельное со- противление породы, насыщенной нефтью или газом при частичном за- полнении ее пор водой, и называется коэффициентом увеличения сопро- тивления.
Для неглинистых пород Р
н зависит не только от степени их насыще- ния водой, но и от характера распределения в поровом пространстве воды, нефти и газа. В связи с этим величина Р
н часто называется параметром насыщения. Между Р
н и K
в существует обратная степенная зависимость.
Так как K
в
= 1 –
K
нг
(где K
нг
– коэффициент нефтегазонасыщенности), то Р
н
= = 1/(1 –
K
нг
)
n

17
Удельное сопротивление глинистых пород.Для глинистой водонасы- щенной породы пропорциональность между ее удельным сопротивлением

вп.гл и удельным сопротивлением насыщающей воды

в нарушается. Это связано с тем, что электропроводность такой породы определяется не только проводимостью воды, но и поверхностной проводимостью глини- стых частиц, точнее, гидратационной пленки, покрывающей их поверх- ность. Поверхностная проводимость проявляется тем значительнее, чем выше глинистость породы и меньше минерализация насыщающей воды.
Вследствие этого относительное сопротивление глинистых пород в отли- чие от неглинистых зависит не только от их пористости и структуры пор, но и от их глинистости и минерализации насыщающих вод. Относительное сопротивление глинистой породы, соответствующее насыщению высоко- минерализованной водой, при которой поверхностная проводимость ми- нимальна, называют предельным (Р
п
).
Удельное сопротивление пород с трещинной и каверновой пористо-
стью.Породы с трещинной и каверновой пористостью весьма разнообраз- ны по составу и строению. Наряду с межзерновой (первичной) пористо- стью K
п.м значительную роль в определении общей пористости играют по- ры вторичного происхождения K
п.вт
– трещины, каверны и другие пустоты выщелачивания. Каверны (изолированные и полуизолированные пустоты) заметного влияния на удельное сопротивление пород не оказывают. Нали- чие трещин, заполненных электролитом, вызывает существенное снижение сопротивления по сравнению со снижением сопротивления, обусловлен- ным межзерновой пористостью такого же объема.
Электрохимическая активность. Электрохимические процессы, протекающие в горных породах, вызывают их поляризацию. К таким про- цессам относятся диффузионно-адсорбционные, фильтрационные, окисли- тельно-восстановительные и процессы, связанные с действием внешнего электрического поля. В зависимости от фактора, вызывающего поляриза- цию, различают диффузионно-адсорбционную, фильтрационную, окисли- тельно-восстановительную поляризацию, и вызванную электрохимической активностью пород.
Радиоактивность горных пород. Под радиоактивностью понимают самопроизвольное превращение неустойчивых изотопов химических эле- ментов в другие, более устойчивые. Этот процесс сопровождается выделе- нием энергии с испусканием

,

и

-лучей. Различают естественную и ис- кусственно вызванную радиоактивности горных пород, широко использу- емые для изучения геологических разрезов скважин методами радиоактив- ного каротажа. Самопроизвольное превращение одного изотопа в другой называется радиоактивным распадом [12, 23].

18
Естественная радиоактивность. В естественных радиоактивных превращениях основными видам распада являются

- и

-распады, захват ядром электрона одной из оболочек атома, самопроизвольное деление не- которых тяжелых ядер и др.
При распаде радиоактивных ядер и их переходах из более возбужден- ного энергетического состояния в менее возбужденное или основное воз- никает

-излучение.
Все виды радиоактивных (

-,

-,

-) излучений, попадая в материаль- ную среду, испытывают в той или иной мере поглощение. Наибольшему поглощению подвержены

-лучи. Поток

-лучей почти полностью погло- щается даже листом бумаги или слоем пород толщиной в несколько мик- ронов. Поток

-лучей обладает большей проникающей способностью и полностью поглощается слоем алюминия толщиной до 8 мм или слоем по- роды в несколько миллиметров. Гамма-излучение представляет собой вы- сокочастотное коротковолновое электромагнитное излучение, граничащее с жестким рентгеновским. Оно возникает в результате ядерных процессов и рассматривается как поток дискретных частиц

-квантов:

-лучи не от- клоняются ни в электрическом, ни в магнитном полях. Благодаря своей высокой проникающей способности

-излучение имеет практическое зна- чение при исследовании разрезов скважин.
Для количественной оценки радиоактивности пользуются соответ- ствующими единицами измерений. Чаще всего на практике за такую еди- ницу принимают весовую или объемную единицу эквивалентной концен- трации радия по

-излучению – г-эквивалент радия на 1 г породы
(г-экв Ra/г). Такая единица соответствует концентрации радиоактивных элементов в горной породе, при которой возникает

-излучение такой же интенсивности, как при распаде 1 г Ra.
Радиоактивность пород в основном связана с содержанием в них та- ких радиоактивных элементов, как уран, торий, актиноуран, продуктов распада и изотопа калия K
40 19
. Источниками радиоактивных излучений, со- ставляющих меньшую долю, чем вышеназванные, являются также изотопы рубидия, циркония, индия, лантана, самария, лютеция, рения, висмута и др.
В литосфере присутствует более 200 минералов, в состав которых входит уран, торий, радий и калий. Радиоактивность горных пород зависит от радиоактивностей их твердой, жидкой и газообразной фаз. В большин- стве случаев пластовые воды и нефти характеризуются незначительной ра- диоактивностью, а у природных углеводородных газов она практически равна нулю. Радиоактивность твердой фазы обусловлена наличием в ее со- ставе собственно радиоактивных минералов и минералов, содержащих ад- сорбированные радиоактивные элементы. Обычно глинистая составляю- щая твердой фазы, особенно в кварцевых песчаниках и карбонатных поро-

19 дах, обладает значительно большей удельной радиоактивностью, чем ее собственно твердая фаза (скелетная часть). Поэтому для конкретных типов пород характерно наличие однозначной связи между их радиоактивностью и глинистостью, что широко используется при интерпретации результатов

-каротажа.
Искусственная радиоактивность.Нейтронные свойства горных по- род (искусственная радиоактивность) связана с радиоактивным распадом искусственных радиоактивных изотопов химических элементов, образую- щихся при облучении их элементарными частицами (электронами, прото- нами, нейтронами,

-частицами и др.) в результате изменений в ядре, про- исходящих вследствие проникновения в него заряженной частицы или нейтрона.
Нейтроны, получаемые в результате воздействия нейтронных источ- ников, рассеиваются в окружающей среде и взаимодействуют с ядрами ее химических элементов. При этом наиболее существенными процессами являются рассеяние и поглощение (захват).
Рассеяние нейтронов может быть упругим и неупругим. Сущность этого процесса состоит в изменении направления движения и уменьшении кинетической энергии нейтронов при их столкновении с ядрами элементов окружающей среды. При упругом рассеянии происходит перераспределе- ние энергии между налетевшим нейтроном и неподвижным ядром в соот- ветствии с их массами и углом рассеяния по принципу соударения упругих шаров. При неупругом рассеянии нейтрон сначала захватывается, а затем выбрасывается ядром, но уже с меньшей энергией и под некоторым углом к направлению начального движения. Ядро же, захватившее и потерявшее нейтрон, остается на некоторое время в возбужденном состоянии и затем возвращается в основное, испуская

-квант.
Быстрые нейтроны, распространяясь в окружающей среде, в процессе неупругого и упругого рассеяний сравнительно быстро теряют свою энер- гию и скорость и превращаются в тепловые. Последние поглощаются яд- рами вследствие реакции радиационного захвата с образованием на первой стадии составных ядер, которые затем переходят в основное состояние с испусканием

-квантов. Распределение нейтронов в среде (породах), т.е. плотность нейтронов на различном расстоянии от источника, зависит от нейтронных свойств этих пород, в основном связанных с их химическим составом последних. Для большинства горных пород поглощающие и за- медляющие свойства определяются водородосодержанием: чем оно выше, тем быстрее убывает плотность нейтронов с удалением от источника.
Вероятность той или иной реакции взаимодействия нейтронов с веще- ством количественно характеризуется нейтронным эффективным сечени- ем, численное значение которого выражается в метрах. Отсюда интенсив-

20 ность поглощения тепловых нейтронов зависит от содержания в породах элементов с высоким эффективным сечением захвата, основным из кото- рых в осадочных породах является хлор. Замедляющая и поглощающая способности горных пород определяют пространственное распределение нейтронов на различных стадиях их взаимодействия с породами, на изуче- нии которого основаны нейтронные методы исследования скважин.