Удельное объемное электрическое сопротивление природного газа

Газовая фаза

Проводимость газов имеет ионную природу и определяется уравнением того же типа, что и проводимость растворов элект­ролита. Удельное сопротивление ρ смеси газообразных углево­дородов, так же как и воздуха у поверхности Земли, составля­ет 10 14 Ом·м. Величина ε воздуха при t = 0 – 20 0 C и давлении p = 1 – 2 МПа равна 1 ÷ 1,01. Величина ε углеводородных газов с ростом давления увеличивается, изменяясь от 1 до 2 в связи с увеличением плотности газа. Удельное сопротивление газов с ростом температуры незначительно уменьшается, величина ε газов практически не зависит от температуры при T ≤500 0 C.

Удельное электрическое сопротивление горных пород

Поскольку горные породы представляют собой, за небольшим исключением, совокупность трех фаз — твердого вещества, жидкос­ти и газа, механизм электропроводности их является суммарным, включающим электронную, ионную и смешанную проводимости. Вместе с этим у каждой конкретной горной породы обычно доми­нирует какой-то один тип электропроводности, чаще ионный.

Величина и тип электропроводности горных пород определя­ются рядом факторов, решающими среди которых являются: фазо­вый и минеральный составы породы, ее текстурно-структурное стро­ение, температура, а также давление, которое испытывает порода.

В лияние фазового и минерального составов на удельное элект­рическое сопротивление горных пород весьма существенно. По­родообразующие минералы, из которых состоит скелет породы, являются диэлектриками; газовая фаза также представляет собой изолятор электрического тока. Поэтому любая порода, лишенная влаги и не содержащая в значительных количествах углистого ве­щества, рудных и акцессорных минералов-проводников или полупроводников, обладает высоким удельным электрическим сопротивлением, близким по величине к удельному сопротивлению породообразующих минералов. Однако породы с такой ничтожно малой электропроводностью в естественном залегании встречают­ся весьма редко. Это связано с тем, что в породе, как правило, содержится в той или иной мере жидкая фаза, удельное сопротивление которой на несколько порядков меньше породооб­разующих минералов.

Жидкая фаза представляет собой чаще всего минерализо­ванную воду Она содержится в породе в виде прочно связанной, рыхлосвязанной и свободной воды. Кроме того, в некоторых ми­нералах может содержаться химически связанная вода. При тех напряжениях электрического поля, которые имеют место в элек­троразведке, электропроводность пород определяется главным образом свободной и рыхлосвязанной водой. Последняя образует тонкие пленки на поверхности кристаллов и удерживается в поро­де силами поверхностного натяжения. В этой воде (гигроскопичес­кая вода) концентрация ионов повышена и электропроводность ее в несколько десятков раз больше, чем у свободной воды. Ясно, что фактор водонасыщенности играет главнейшую роль в формирова­нии удельного электрического сопротивления горной породы.

Н а рисунке показаны результаты экспериментальных работ с малопористыми интрузивными и эффузивными породами, из­вестняками и доломитами. Пористость их варьирует от 0,7 до 4 %, влагонасыщенность пор (Кв) изменяется от 0 до 100 %.

И з приве­денного материала видно, во-первых, что с увеличением водонас­ыщенности сопротивление всех пород существенно снижается и, во-вторых, что на величину сопротивления, характер его измене­ния с наполнением пор водой значительное влияние оказывает ко­эффициент пористости. Это отчетливо видно на следующем рисунке.

Характерным в приведенной зависимости является то, что при малых значениях коэффициента пористости незначительные изменения его приводят к резкому изменению сопротивления по­роды, когда коэффициент пористости больше 2 %, градиент со­противления заметно снижается, а при более высокой пористости пород (свыше 5—10 %) он становится в первом приближении пос­тоянным.

Источник

6.5. Электрические свойства залежи нефти и газа

Удельное электрическое сопротивление нефтей достигает 10 16 Ом.м. Диэлектрическая постоянная равна 2. Электрическое сопротивление залежей нефти и газа ннефтегазоносных пластов может превосходить сопротивление водоносных пластов в 100 раз и более. Наиболее вероятная величина считается равной 10.

Месторождения нефти и газа характеризуются повышенной поляризуемостью пород, как в области залежи, так и выше нее. Это связано с наличием пирита, образовавшегося благодаря сложным взаимодействиям залежей нефти и газа с вмещающими породами. Поляризуемость пород в контуре залежи может увеличиваться по сравнению с законтурной залежью до5-7 раз. Отмечено, что для нефтяных месторождений поляризуемость выше чем у газовых.

6.6. Методы определения электрических свойств горных пород

Из электрических свойств наибольшее значение для электроразведки имеет удельное электрическое сопротивление ρ и вызванная поляризация η. Изучение диэлектрической проницаемости и естественной поляризации проводят в меньших масштабах.

В лабораторных условиях удельное электрическое сопротивление определяют методами сопротивлений четырехэлектродные и двухэлектродные установки, потенциалов и индукционным методом.

В естественной залегании удельное электрическое сопротивление измеряется при помощи бокового каротажного зондирования (БКЗ), микрозондов (МКЗ), кажущегося сопротивления (КС). Используется также интерпретации кривых зондирования у скважин или измерение электрического сопротивления на обнажения пород.

Контрольные вопросы к главе 6.

1. Назовите основные факторы, оказывающие влияние на удельное сопротивление минералов и горных пород.
2. Как влияет на величину удельного сопротивления карбонатных пород наличие глинистого материала?
3. Почему залежи нефти характеризуются повышенными значениями поляризуемости пород?

Глава 7. Ядерно-физические (радиоактивные) свойства минералов и горных пород

7.1. Естественная радиоактивность

Самопроизвольный распад неустойчивых атомных ядер, спонтанно превращающихся в ядра других элементов и сопровождающийся испусканием альфа-, бета-частиц, гамма-квантов и другими процессами, называется естественной радиоактивностью.

Известно более 230 радиоактивных изотопов различных элементов, называемых радиоактивными нуклидами (радионуклидами). Радиоактивность тяжелых металлов с порядковым номером в таблице Менделеева, большим 82, сводится к последовательным превращениям одних элементов в другие и заканчивается образованием устойчивых нерадиоактивных изотопов.

Основными радиоактивными рядами или семействами тяжелых элементов являются ряды урана-238, урана-235, тория-232. Перечисленные элементы (их называют материнскими радионуклидами) являются родоначальниками семейств и относятся к долгоживущим: у них период полураспада, т.е. время, необходимое для того, чтобы число атомов уменьшилось вдвое, составляет 4,5*10 9 ; 7,13*10 8 ; 1,39*10 10 лет соответственно.

В состав семейств урана входят такие дочерние радионуклиды, как радий (T_1/2= 1620 лет) и самый долгоживущий радиоактивный газ — радон (T_1/2= 3,82 cут). Конечным продуктом превращений урана является нерадиоактивный радиогенный свинец.

Каждое радиоактивное ядро распадается независимо от других ядер. Количество ядер dN, распавшихся за бесконечно малый промежуток времени dt, пропорционально числу еще не распавшихся атомов N к моменту времени t:

где λ— постоянная распада – коэффициент, характеризующий вероятность распада ядра в единицу времени. Размерность λ время -1 (с -1 , год -1 и т. д). Знак минус указывает на то, что с течением времени число ядер уменьшается. Количество нераспавшихся атомов в начальный момент времени t=0 обозначается как N₀, тогда:

Произведение λN характеризует скорость радиоактивного распада, называемую радиоактивностью или активность А:

Единицей в системе СИ выступает беккерель (Бк), в честь Александра Эдмонда Беккереля впервые обнаружившего радиоактивность в 1896 году при исследовании солей урана.

Кроме радиоактивных семейств, имеются одиночные радионуклиды, в которых радиоактивный распад ограничивается одним актом превращений. Среди них наиболее распространен калий-40 (T_1/2= 1,4*10 9 лет). В целом в земной коре повышены концентрации следующих трех радиоактивных элементов: урана (2,5*10 -4 %), тория (1,3*10 -3 %) и калия-40 (2,5 %). Поэтому в радиометрии изучают только эти элементы. Они находятся в горных породах в рассеянном состоянии в виде изоморфных примесей и самостоятельных минералов.

Источник

Глава 7: Электрические свойства горных пород

где R — полное электрическое сопротивление образца породы (в Ом); S и L — площадь поперечного сечения (в м 2 ) и длина (в м) образца.

Величина измеряется в [ом×метрах]. Удельное электрическое сопротивление в 1 Ом×м равно полному сопротивлению в Ом 1 м 3 породы с основанием 1 м 2 и высотой 1 м, измеренному перпендикулярно к плоскости куба.

Удельное сопротивление горной породы определяется удельным сопротивлением твердой, жидкой и газовой фазами, их объемными соотношениями, характером распределения в породе и температурой.

Удельное сопротивление твердой фазы пород определяется электрическими свойствами составляющих её минералов. Минералы весьма разнообразны по своему удельному сопротивлению, которое изменяется в широких пределах (10 -6 —10 15 Ом×м). В природных условиях содержание в осадочных породах минералов повышенной электропроводности невелико и, как правило, не приводит к существенному изменению удельного сопротивления скелетной части. В связи с этим для большинства минералов слагающих скелетную часть ОГП (кварц, полевые шпаты, кальцит, слюды и др.) удельное сопротивление изменяется от 10 10 до 10 15 Ом×м. Поэтому для таких пород ее удельное сопротивление принято считать практически бесконечным.

Присутствие в скелетной части твердой фазы полупроводящих минералов (графит, пирит, магнетит и др.) снижает ее удельное сопротивление в зависимости от их количественного содержания и характера распределения.

Вода, заполняющая поровое пространство, представляет собой растворы солей (электролиты) и относятся к классу ионных проводников. В большинстве случаев пластовые воды представляют собой растворы хлористого натрия, содержание которых достигает 70—95 %.

Удельное сопротивление пластовой воды зависит от химического состава, концентрации и температуры растворенных солей. Электрическое удельное сопротивление ρВ пластовых (поровых) вод в зависимости от концентрации и химического состава растворенных солей, а также температуры существенно изменяется от сотых долей до единиц и реже десятков ом×м (пресные воды). С увеличением общей концентрации солей удельное сопротивление растворов уменьшается. При этом электропроводность раствора приблизительно равна сумме электропроводностей, обусловленных каждому из растворов солей в отдельности.

Зависимость удельного сопротивления раствора от температуры достаточно велика. С увеличением температуры удельное сопротивление водных растворов закономерно уменьшается.

Зависимость удельного сопротивления пород от температуры аналогична зависимости для водных растворов — с увеличением температуры удельное сопротивление пород уменьшается.

Удельное сопротивление природных нефтей и газов во много раз превосходит удельное сопротивление пластовых вод и соизмеримо с удельным сопротивлением скелетной части твердой фазы пород.

Практически электропроводность нефтей и газов принимается равной нулю, а удельное электрическое сопротивление считается бесконечным.

Источник