устройство для лабораторного измерения потенциала спонтанной поляризации (пс) образцов горных пород

Формула изобретения

Устройство для лабораторного измерения потенциала спонтанной поляризации (ПС) образцов горных пород, содержащее электролитическую ванну, разделенную на три части двумя диэлектрическими перегородками с вмонтированным в каждую из них образцом керна, две крайние части ванны заполнены промывочной жидкостью одинаковой концентрации и состава, средняя часть - пластовым флюидом, измерительные электроды через проницаемые фильтры соединены с крайними отсеками ванны, неполяризующиеся электроды, милливольтметр, подключенный выходом к входу компьютера, отличающееся тем, что в него дополнительно введены два горизонтальных столика, установленных перпендикулярно с внешней стороны к стенкам электролитической ванны, первые две металлические пластины, жестко установленные сверху горизонтальных столиков, вторые две металлические пластины, жестко прикрепленные снизу к соответствующим боксам установки электролитических ключей и неполяризующихся электродов, подключенных к соответствующим вторым металлическим пластинам, неполяризующиеся электроды подсоединены через электролитические ключи с отсеками промывочной жидкости, а входные клеммы милливольтметра подключены к первым металлическим пластинам, на которые установлены боксы электролитических ключей и неполяризующихся электродов.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение относится к каротажу скважин методом спонтанной поляризации (ПС). Область преимущественного использования - построение эталонных корреляционных зависимостей между параметрами ПС, пористостью и проницаемостью образцов керна из нефтегазовых скважин с целью определения пористости и проницаемости пластов по данным каротажа ПС.

Измерения диффузионно-адсорбционных потенциалов дисперсных систем, аналогичные лабораторным измерениям спонтанной поляризации образцов горных пород, известны в физической химии [1]. Механизм возникновения потенциалов Доннана на границе между набухшим полимером (студнем) и раствором низкомолекулярного электролита, имеющим общий с полимером катион, и механизм возникновения спонтанной поляризации горных пород, обладающих большой удельной поверхностью, сходны. Для измерения потенциалов используют, например, каломельные электроды, соединенные солевыми мостиками с исследуемой системой.

Как отмечено в [1], диффузия электролита из ключа в полимер приводит к возникновению потенциала доннановского типа, но в неравновесных и нестационарных условиях. При этом возникает неустранимая добавка к измеряемому доннановскому потенциалу, которая является малой, но не пренебрежимо малой. Подобная проблема существует и при измерениях ПС в лабораторных условиях, являясь одним из основных источников погрешности.

Известными также являются способ и устройство [2], в которых образец керна из скважины, насыщенный электролитом, помещают в диэлектрическую перегородку, разделяющую два объема с различными концентрациями электролита. Неполяризующиеся электроды устанавливают в этих объемах. Измеряемая разность потенциалов равна сумме разности потенциалов U_ПС и неустранимой диффузионной разности потенциалов U_ДИФ, возникающей на границе неполяризующихся электродов и электролита. Величина U_ДИФ тем больше, чем больше отношение концентраций электролитов и, следовательно, тем выше погрешность определения U_ПС. В качестве интерпретационного параметра используют коэффициент, определяемый из выражения:

,

где ₁ и ₂ - удельные сопротивления электролитов.

Хотя известное техническое решение имеет существенный недостаток, заключающийся в возникновении неустранимой диффузионной разности потенциалов U_ДИФ, оно широко применяется в течение более полувека из-за отсутствия лучшего варианта технического решения.

Наиболее близким техническим решением является способ, реализованный в устройстве [3], взятый нами за прототип. Устройство [3] заметно отличается от устройств, применявшихся в предыдущих исследованиях другими авторами. Это устройство содержит электролитическую ванну, разделенную не на две части, как обычно, а на три части. Соответственно в каждом измерении участвуют два различных образца из разных интервалов скважины: один из образцов взят из покрышки месторождения углеводородов, которая обычно представлена однородной толщей аргиллитов с высоким содержанием монтмориллонита, а другой - из продуктивного пласта-коллектора нефти и газа. Оба образца предварительно насыщают раствором электролита, который по составу и концентрации солей идентичен фильтрату пластового флюида (ПФ) на данном месторождении. Такой же раствор наливают в среднюю часть электролитической ванны. В крайние части наливают раствор, аналогичный промывочной жидкости (ПЖ).

Таким образом, крайние измерительные электроды, являющиеся основными, оказываются в контакте с одним и тем же электролитом. Следовательно, собственные потенциалы U₁ и U₂ измерительных электродов относительно ПЖ примерно одинаковы. Разность потенциалов на выходе измерительных электродов определяется следующим выражением: U_ПС+U1-U2. Основное достоинство известного способа заключается в повышении точности при следующих условиях: | U_ПС|>>|U1-U2|. Когда разность потенциалов U1-U2 становится соизмеримой по абсолютной величине с U_ПС, то возрастает погрешность измерений U_ПС из-за неодинакового уровня жидкости в частях электролитической ванны и каломельных электродах.

Цель предлагаемого технического решения - повышение точности измерений спонтанной поляризации U_ПС для изменении U_ПС в широком динамическом диапазоне.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для лабораторного измерения, потенциала спонтанной поляризации (ПС) образцов горных пород, содержащем электролитическую ванну, разделенную на три части двумя диэлектрическими перегородками с вмонтированными в каждую из них образцом керна, две крайние части ванны заполнены промывочной жидкостью одинаковой концентрации и состава, средняя часть - пластовым флюидом, измерительные электроды через проницаемые фильтры соединены с крайними отсеками ванны, неполяризующиеся электроды, милливольтметр, что в нем дополнительно введены два горизонтальных столика, установленных перпендикулярно с внешней стороны к стенкам электролитической ванны, первые две металлические пластины, жестко установленные сверху горизонтальных столиков, вторые две металлические пластины, жестко прикрепленные снизу к соответствующим боксам установки электролитических ключей и неполяризующихся электродов, подключенных к соответствующим вторым металлическим пластинам, неполяризующиеся электроды подключены через электролитические ключи к отсекам промывочной жидкости, а входные клеммы милливольтметра подключены к первым пластинам, на которые устанавливаются боксы электролитических ключей и неполяризующихся электродов.

Предлагаемое устройство (фиг.1) включает в себя: 1, 2, 3 - секции (отсеки) электролитической ванны; 4 - образец керна из глинистой покрышки; 5 - образец керна из пласта-коллектора; 6 - диэлектрическая перегородка между секциями 1-2; 7 - диэлектрическая перегородка между секциями 2-3; отсеки (секции) 1 и 3 заполнены промывочной жидкостью, а отсек 2 - пластовым флюидом; 8-1 и 8-2 - горизонтальные столики, установленные перпендикулярно с внешней стороны к стенкам электролитической ванны, к горизонтальным столикам 8-1 и 8-2 сверху которых закреплены соответственно первые горизонтальные металлические пластины 9-1 и 9-2; 11-1 и 11-2 - боксы неполяризующихся электродов 12-1 и 12-2 и электролитических ключей 13-1 и 13-2; к боксам 11-1 и 11-2 снизу жестко прикреплены соответственно вторые горизонтальные металлические пластины 10-1 и 10-2, подключенные соответственно к неполяризующимся электродам 12-1 и 12-2; милливольтметр 14 подключен выходом ко входу компьютера 15, а входами - через элементы 8-1 - 13-1 и 8-2 - 13-2 к промывочной жидкости отсеков 1 и 3.

Предлагаемое устройство работает следующим образом. В предлагаемом устройстве, как и в устройстве-прототипе, берут два образца: один из образцов взят из покрышки месторождения углеводородов, которая обычно представлена однородной толщей аргиллитов с высоким содержанием монтмориллонита, а другой - из продуктивного пласта-коллектора нефти и газа.

Оба образца предварительно насыщают раствором электролита, который по составу и концентрации солей идентичен пластовому флюиду на данном месторождении. Такой же раствор наливают в средний отсек 2 электролитической ванны. В крайние отсеки 1 и 3 наливают раствор, аналогичный промывочной жидкости. Боксы измерительных электродов 11-1 и 11-2 устанавливают на первые металлические пластины 9-1 и 9-2, лежащие соответственно на горизонтальных столиках 8-1 и 8-2 (фиг.1). Таким образом, измерительные электроды (фиг.1) оказываются в контакте с одним и тем же электролитом и подключены через контакты пластин 9-1 с 10-1 и 9-2 с 10-2.

Первое измерение осуществляют при этих положениях боксов 11-1 и 11-2. В установившемся режиме цифровой код N1 на выходе милливольтметра 14, без учета погрешности преобразования, определяется следующим выражением: N1= U_ПС+U₁-U₂, где U₁ и U₂ - собственные потенциалы первого и второго измерительных электродов.

В следующей операции меняют положения боксов 11-1 и 11-2, т.е. бокс 11-1 устанавливают на второй столик 8-2, а бокс 11-2 - на столик 8-1. Тогда цифровой код: N2 на выходе милливольтметра 14, при тех же условиях, следующим выражением: N2= U_ПС+U₂-U₁ (обозначения те же).

Цифровые коды N1 и N2 поступают вход компьютера 15, в котором определяют величину U_ПС из выражения: U_ПС=(N1+N2)/2, как среднее значение двух измерений. В результате применения предлагаемого технического решения повышена точность измерений спонтанной поляризации U_ПС при его изменении в широком динамическом диапазоне.

Таким образом, предлагаемый способ имеет существенные преимущества по сравнению с известными способами.

Источники информации

1. Фридрихсберг Д.А. Курс коллоидной химии. Л.: Химия, 1974. С.322-330.

2. Итенберг С.С. Интерпретация результатов геофизических исследований скважин, М.: Недра, 2-е изд. 1987. С.17.

3. Кормильцев В.В., Ратушняк А.Н. Теоретические и экспериментальные основы спонтанной поляризации горных пород в нефтегазовых скважинах. Екатеринбург: УрО РАН, 2007. С.26-28.