МЕТОД ПОТЕНЦИАЛОВ СОБСТВЕННОЙ ПОЛЯРИЗАЦИИ

При исследованиях скважин методом потенциалов собствен­ной поляризации (СП) изуча­ют естественные электрические поля, возникающие в скважи­не и породах в результате фи­зико-химических процессов — диффузии солей в растворах электролитов, фильтрации жидкости, окислительно-вос­становительных реакций. Эти процессы порождают потенциа­лы диффузионные, течения, окислительно - восстановитель­ные. Главную роль в формировании естественных электричес­ких полей в скважине, заполненной буровым раствором на вод­ной основе, играют потенциалы диффузионного происхождения. Исследования методом СП проводят, регистрируя диаграм­му изменения по разрезу скважины разности потенциалов меж­ду электродом М, перемещающимся по стволу скважины, и электродом N, расположенным на земной поверхности близ устья скважины.

Диффузионная ЭДС

При непосредственном контакте растворов электролита различ­ной концентрации на границе растворов в результате диффузии ионов, на которые диссоциирует электролит, из раствора боль­шей концентрации в раствор меньшей, возникает двойной элек­трический слой с разностью потенциалов Е_д:

                                                       (1.26)

где Е_д - диффузионная ЭДС; R - универсальная газовая по­стоянная; Т - абсолютная температура растворов, K; n - ва­лентность электролита; F - число Фарадея; u и  —подвижно­сти катиона и аниона; C₁, С₂ - концентрация растворов.

При данной последовательности индексов при С под знаком логарифма величина Е_д, рассчитываемая по формуле (1.26), определяет потенциал раствора «2» по отношению к раство­ру «1». Если подставить в формулу (1.26) значения констант R, F, величину Т = 293К, соответствующую комнатной темпера­туре t = 20 °C, и перейти от натурального логарифма к десятич­ному, то для растворов одновалентного электролита n = 1 по­лучим

                                                          (1.27)

где Е_д – выражается в миливольтах

Выражение (1.27) можно записать и так

                                                     (1.28)

где n_к и n_а — числа переноса катионов и анионов, характери­зующие доли электричества, переносимого при диффузии катио­нами и анионами.

Обозначив множитель перед логарифмом в формуле (1.28) символом К_д, получим

                                                                    (1.29)

где К_д  - коэффициент диффузионной ЭДС.

В пластовых водах нефтяных и газовых месторождений и в буровом растворе наиболее распространенной является поварен­ная соль NaCl, диссоциирующая в водном растворе на катио­ны Na⁺ и анионы С1^-. Подставив в формулу (1.27) средние значения подвижностей u = 40,  = 60 для Na⁺ и С1^-, будем иметь

                                                              (1.30)

Таким образом, для растворов NaCl при t = 20°С K_д = -11,6 мВ. При контакте растворов NaCl разбавленный рас­твор С₂ заряжается, отрицательно по отношению к более кон­центрированному раствору С₁.

Из выражений (1.27), (1.30) следует, что диффузионная раз­ность потенциалов возникает при различии концентраций C₁, С₂ и подвижностей u, . Величина и знак диффузионной ЭДС зависят при постоянной температуре от химического состава электролитов в растворах и соотношения концентраций гра­ничащих растворов.