Электропроводность и удельное электрическое сопротивление

Электропроводность горных пород не зависит от их мине- рального состава, т. к. удельное электрическое сопротивление ос- новных породообразующих минералов (кварц, полевой шпат, ан- гидрит, галит) изменяется от 10⁸ до 10¹⁵ Ом·м, что соответствует первоклассным изоляторам.

Проводимость основной группы осадочных горных пород (пес- ки, песчаники, известняки, глины), минеральный скелет которых имеет практически бесконечное сопротивление, определяется лишь присутствием природной воды в порах породы (рис. 9). Удельное электрическое сопротивление воды на много порядков меньше со- противления минерального скелета и изменяется от 10^–2 до 10¹ Ом·м.

Проводящая фаза – поровая вода распределяется в породах по-разному. В большинстве случаев она заполняет целиком все поровое пространство, независимо от того, мала или велика общая пористость породы. Такие породы являются полностью водона- сыщенными (K _в = 100 %). На глубине также встречаются породы, поры которых лишь частично заполнены водой. Это нефтеносные и газоносные пласты. Такие породы по удельному сопротивлению

ρ_вп в значительной мере отличаются от водонасыщенных (ρ_вп), по- скольку нефть и газ, как и скелет породы, являются изоляторами (удельное сопротивление их достигает 10¹⁶ Ом·м).

Рис. 9. Удельные электрические сопротивления некоторых горных пород

Пластовые, или поровые, воды представляют собой сложные растворы электролитов. Концентрация солей в природных водах весьма разнообразна и изменяется от единиц до 300 г/л. Удельное электрическое сопротивление таких растворов тем ниже, чем выше концентрация солей с и температуры t. Для определения ρ_в поль- зуются экспериментальными графиками ρ_в = f (c, t), полученными для растворов NaCl (см. рис. 3).

Буровые растворы, в свою очередь, представляют собой вод- ную суспензию. Различают удельное сопротивление бурового рас- твора ρ_с и его фильтрата ρ_ф – той воды, в которой взвешены мине- ральные частички. Значение ρ_ф находится по удельному сопротив- лению бурового раствора, зависящему от глинистых или других частиц, взвешенных в растворе.

Т. к. главные породообразующие минералы не являются про- водниками электрического тока, проводимость горных пород обес- печивается только присутствующей в порах пластовой водой. Если

все поровое пространство насыщено водой, удельное электрическое сопротивление породы ρ_вп будет пропорционально удельному со- противлению проводящей компоненты ρ_в; в то же время оно будет зависеть от объема этой воды, т. е. коэффициента пористости:

ρвп = Р п ρв,

где Р _п – параметр пористости породы, зависящий от пористости K _п и типа порового пространства – извилистости поровых каналов или степени цементации породы. Экспериментально выведенная формула связи параметра пористости Р _п с коэффициентом порис- тости K _п имеет вид Р _п = а / K _п ^m (рис. 10).

Рис. 10. Зависимость Р_п = f (К_п)

Удельное электрическое сопротивление породы, поровое про- странство которой частично заполнено нефтью либо газом (ρ_нп), отличается от сопротивления этой же породы, насыщенной пла- стовой водой (ρ_вп), в Р _н раз; величина Р _н называется параметром насыщения: Р _н = ρ_нп / ρ_вп = ρ_нп / Р _п ρ_в.

Параметр насыщения Р _н зависит от коэффициента водонасы- щенности K _в (рис. 11).

 

 

Рис. 11. Зависимость Р_н = f (К_н)