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



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

 


Владельцы патента RU 2448351:

Учреждение Российской академии наук Институт геофизики Уральского отделения РАН (RU)

Предлагаемое изобретение относится к петрофизике и может быть использовано при построении эталонных корреляционных зависимостей между потенциалом ПС и пористостью образцов керна из нефтегазовых скважин. Заявлено устройство для лабораторного измерения потенциала спонтанной поляризации (ПС) образцов горных пород, содержащее электролитическую ванну, разделенную на три части двумя диэлектрическими перегородками с вмонтированными в каждую из них образцом керна. Устройство включает два горизонтальных столика, 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. Последние подключены 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. Технический результат: повышение точности измерений спонтанной поляризации ΔUПС при его изменении в широком динамическом диапазоне. 1 ил.

 

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 ΔUПС и неустранимой диффузионной разности потенциалов ΔUДИФ, возникающей на границе неполяризующихся электродов и электролита. Величина ΔUДИФ тем больше, чем больше отношение концентраций электролитов и, следовательно, тем выше погрешность определения ΔUПС. В качестве интерпретационного параметра используют коэффициент, определяемый из выражения:

,

где ρ1 и ρ2 - удельные сопротивления электролитов.

Хотя известное техническое решение имеет существенный недостаток, заключающийся в возникновении неустранимой диффузионной разности потенциалов ΔUДИФ, 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: ΔUПС+U1-U2. Основное достоинство известного способа заключается в повышении точности при следующих условиях: |ΔUПС|>>|U1-U2|. Когда разность потенциалов U1-U2 становится соизмеримой по абсолютной величине с ΔUПС, то возрастает погрешность измерений ΔUПС из-за неодинакового уровня жидкости в частях электролитической ванны и каломельных электродах.

Цель предлагаемого технического решения - повышение точности измерений спонтанной поляризации ΔUПС для изменении ΔUПС 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=ΔUПС+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=ΔUПС+U2-U1 (обозначения те же).

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

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.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к геофизике и может быть использовано для обнаружения подземных магнитных аномалий магнитометром при его работе в автономном режиме благодаря расположению феррозондового датчика и электронного преобразователя в общем корпусе.

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано для обнаружения взрывных устройств с часовыми замедлителями, людей, попавших под завал, при условии наличия электронного часового устройства.

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано при скважинных исследованиях распределения удельного сопротивления пласта. .

Изобретение относится к геофизике, в частности к устройствам геоэлектроразведки с использованием электромагнитных волн высокой частоты, и может быть использовано при разведке полезных ископаемых, а также для поиска инженерных коммуникаций и других скрытых неоднородностей в подповерхностном слое земной поверхности.

Изобретение относится к способам геофизической разведки на нефть и газ. .

Изобретение относится к способам регулирования нефтяных и газовых промысловых скважин. .

Изобретение относится к мониторингу природных сред и предназначено для определения состояния ионосферы. .

Изобретение относится к радиотехническим комплексам сверхнизких и крайне низких частот и может быть использовано для передачи сигналов на глубокопогруженные и удаленные объекты.

Изобретение относится к способу и устройству для интегрирования измерений удельного сопротивления в электромагнитный ("ЭМ") телеметрический инструмент

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано для морской электромагнитной разведки углеводородных коллекторов

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники, а именно к устройствам, предназначенным для обнаружения инородных образований в почве, а конкретно мин, в частности противопехотных

Изобретение относится к радиолокационным методам и средствам обнаружения подповерхностных объектов, позволящим осуществлять поиск траектории прокладки трасс подземных трубопроводящих коммуникаций, определять их поперечный размер и глубину залегания трасс в грунте, а также обнаруживать местоположение утечек нефти и газа из магистральных подземных трубопроводов

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано при электрокаротаже подземных формаций

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано для оперативного прогнозирования эпицентра ожидаемого землетрясения

Изобретение относится к геофизике и предназначено для поисков залежей углеводородов как на шельфе Мирового океана, так и на суше

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано при определении проницаемости пласта на различных глубинах
Наверх