CC BY
53DOI 10.29222/ipng.2078-5712.2019-27.art7
УДК 550.8
Экспериментальное изучение влияния минерализации раствора NaCl и других солей на удельное электрическое сопротивление раствора
О.М. Пономаренко1'2*' К.А. Истомина1, Л.Д. Макашева1, М.Н. Большаков2
1 - РГУ нефти и газа (НИУ) им. И.М. Губкина, г. Москва;
2 - Институт проблем нефти и газа РАН, г. Москва E-mail: *ponomarenko.o@gubkin.ru
Аннотация. В работе исследуется изменение удельного электрического сопротивления моделей пластовых вод в зависимости от минерализации растворов NaCl при различных температурах. Рассматриваются как низко- и среднеминерализованные растворы, так и растворы высокой и сверхвысокой минерализации. Основная цель исследования - уточнение известных зависимостей рв = f(CB, t) в областях высоких и сверхвысоких минерализаций. В результате нескольких опытов получены зависимости, которые хорошо коррелируются с теоретическими значениями в областях низких и средних минерализаций растворов и несколько расходятся с последними в области высоких минерализаций.
Ключевые слова: модели пластовых вод, минерализация раствора, удельное электрическое сопротивление, экспериментальная зависимость.
Для цитирования: Пономаренко О.М., Истомина К.А., Макашева Л.Д., Большаков М.Н. Экспериментальное изучение влияния минерализации раствора NaCl и других солей на удельное электрическое сопротивление раствора // Актуальные проблемы нефти и газа. 2019. Вып. 4(27). https://doi.org/10.29222/ipng.2078-5712.2019-27.art7
Осадочные горные породы можно представить в виде твердого скелета, состоящего из зерен породообразующих минералов и флюида, заполняющего пустотное пространство породы. Поскольку главные породообразующие минералы практически не проводят электрический ток, а сопротивления нефти и газа также велики, то удельное электрическое сопротивление (УЭС) пород определяется наличием в пустотах породы пластовой воды и пропорционально сопротивлению рв этой воды [1, 2].
Пластовые воды являются растворами электролитов, например, растворами солей NaCl, CaCl2 и MgCh. Сопротивление растворов электролитов напрямую зависит от минерализации и температуры. Данные параметры влияют на подвижность катионов и анионов солей и эквивалентную электропроводность раствора.
Существует семейство экспериментальных связей рв = f(CB), характеризующих изменение сопротивления рв воды в зависимости от концентрации Св раствора NaCl и его температуры t; однако, в области минерализаций выше 200 г/л указанные зависимости плохо изучены, а в области значений выше 300 г/л - и вовсе отсутствуют [3, 4] (рис. 1).
© 2019. О.М. Пономаренко, К.А. Истомина, Л.Д. Макашева, М.Н. Большаков
1
4= 50 75 100 115 150 200 250 300 ЗБО 400
°С 10 20 30 4 0 50 60 70 80 90 1 00 120 140 1 ВО 180 2В0
I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_ III_I_I
Температуря
Рис. 1. Экспериментальные кривые рв = ^Св, характеризующие изменение сопротивления рв воды в зависимости от концентрации Св раствора №С! и его температуры t [4]
В Восточной Сибири, а также других регионах существуют месторождения, минерализация пластовых вод которых достигает значения 400 г/л. Экспериментальных палеток для исследования таких растворов пока не существует, поэтому проведенное в работе авторов уточнение известных данных в области низкой и средней минерализации, а также исследование сопротивления моделей пластовых вод в области сверхвысоких минерализаций являются актуальными.
В ходе исследований были измерены сопротивления моделей пластовых вод в области различных минерализаций (1-360 г/л). В лабораторных условиях, в измерительной ячейке длиной 50 см (расстояние между электродами), с помощью находящегося в ней раствора и двух медных электродов была создана среда, благоприятная для протекания электрического тока. Раствор электролита предварительно был нагрет до высоких температур (~9 °С), и в процессе остывания раствора, при помощи измерителя иммитанса, были произведены замеры сопротивлений высокой точности. Данные о значениях сопротивлений передавались непосредственно на персональный компьютер. Все измерения были проведены для солей №0, М^СЬ и CaCl2.
Измерения в приборе «Измеритель иммитанса Е7-23» реализованы по схеме подключения трехзажимного объекта (рис. 2). Прибором измеряются комплексное сопротивление Zx, шунтирующие комплексные сопротивления 2ш1 и Zш2, точки 1 и 2 подключались к зажимам измерительной ячейки с раствором, точка 3 - к корпусному выводу. Так как измерительная ячейка изготовлена из непроводящего электрический ток материала, утечкой по материалу конструкции можно пренебречь.
Рис.2. Схема подключения трехзажимного объекта
Теоретическая зависимость удельного электрического сопротивления растворов NaCl от концентрации и температуры представляет собой прямую линию в двойном логарифмическом масштабе [5] (рис. 3).
Рис. 3. Теоретическая зависимость удельного электрического сопротивления растворов NaCl
от концентрации и температуры
В ходе исследований, при увеличении минерализации растворов, наблюдалось уменьшение значений сопротивлений для различных температур, что согласуется с
приведенной выше теоретической зависимостью. При остывании раствора значение сопротивления увеличивалось, что также совпадает с теоретическими данными.
Однако свыше 280 г/л эмпирические и теоретические данные начинают различаться и зависимость УЭС от температуры и минерализации показывает иную картину, нежели в теории: ее вид в диапазоне минерализации от 280 г/л до 340 г/л имеет не прямую линию в двойном логарифмическом масштабе, а изогнутую кривую для всех температур (рис. 4, 5).
—•—1=80 —•—1=75
• 1=70
• 1-65 —*—!=«> —*—1=55 —•—1=50
Ш 1=45
• 1-40 —•—(-55 —1= 10 —•—1=25 —Ф—1=20
Рис. 4. Экспериментальная зависимость удельного электрического сопротивления растворов NaCl
от концентрации и температуры
Рис. 5. Экспериментальная зависимость удельного электрического сопротивления растворов NaCl
от концентрации и температуры при Св>100 г/л
Одной из основных причин такого отклонения экспериментальных кривых от теоретических предположительно можно считать материал электродов и чрезвычайно быстрое окисление электродов в высокоминерализованных растворах (краевые эффекты). Было замечено, что при использовании оцинкованных пластин и раствора с повышенной концентрацией соли, эта соль обильно выпадает на пластинах и вызывает скоротечные процессы коррозии. Буквально в ходе одного эксперимента пластины приходили в негодность. При использовании медных электродов данные процессы были менее интенсивны, но, как показано на графиках, солеотложения все равно приводили к завышению сопротивления. Аналогичные процессы происходят в скважинных условиях, когда из-за пресыщенности пластовых вод и снижения давления, соли в большом количестве отлагаются на стенках скважины и измерительных приборах. Полученные данные позволят внести коррективы в интерпретацию материалов ГИС с использованием палетки рв = ДСв).
Аналогичный эксперимент был проведен для солей СаСЬ (рис. 6) и М^СЬ (рис. 7).
Рис. 6. Экспериментальная зависимость удельного электрического сопротивления растворов СаСЬ
от концентрации и температуры
Как видно из графиков, при минерализации более 200 г/л кривые для растворов этих солей также выполаживаются, то есть процессы солеотложения происходят и в этих растворах.
Также были проведены сравнительные измерения УЭС для различных солей и их смесей с ростом температуры (рис. 8).
Рис. 7. Экспериментальная зависимость удельного электрического сопротивления растворов
MgCl2 от концентрации и температуры
0.01
О 10 20 30 40 50 (0 70 йо 00
I, "С
Рис. 8. Удельное электрическое сопротивление растворов различных солей и их смесей при
минерализации раствора C=200 г/л
Из рис. 8 видно, что наименьшим сопротивлением обладают растворы №0, наибольшим - MgCh, при этом в ходе нагрева наиболее сильно изменяется сопротивление растворов именно этих солей (диапазон температуры от 22 до 80 °С) - более чем в 6 раз. Сопротивление растворов CaCl2, NaCl+CaCl2, NaCl+MgCl2 в том же диапазоне температур уменьшается примерно в 3 раза.
Выводы
В результате проведения экспериментальных работ получены зависимости рв = f(CB) для растворов солей NaCl, CaCh, и MgCh, которые хорошо совпадают с теоретическими данными в областях низких и средних минерализаций растворов и расходятся с последними в области высоких минерализаций. Полученные экспериментальные зависимости можно использовать для более точной интерпретации электрометрических методов ГИС в случаях высокоминерализованных пластовых вод.
Получена сравнительная характеристика изменения УЭС с ростом температуры для различных солей и их смесей.
В дальнейшем необходимо изучение влияния различных солей и их смесей в различных соотношениях и концентрациях, особенно в области высокой минерализации, на УЭС, не только при атмосферных, но и при пластовых условиях в целях корректной количественной интерпретации электрометрии ГИС.
Статья написана в рамках выполнения государственного задания (тема: «Прогноз состояния ресурсной базы нефтегазового комплекса России на основе системных исследований перспектив нефтегазоносности природных резервуаров в карбонатных, терригенных и сланцевых формациях», № АААА-А19-119030690047-6).
Литература
1. Добрынин В.М., Вендельштейн Б.Ю., Кожевников Д.А. Петрофизика: Учеб. для вузов. М.: Недра, 1991. 368 с.
2. Латышова М.Г., Мартынов В.Г., Соколова Т.Ф. Практическое руководство по интерпретации данных ГИС. М.: ООО «Недра-Бизнесцентр», 2007. 327 с.
3. Стрельченко В.В. Геофизические исследования скважин. М.: ООО «Недра-Бизнесцентр», 2008. 551 с.
4. Shlumberger log interpretation charts. 2009. http://www.slb.com, 2009. (Дата обращения 20.09.2019).
5. АнтроповЛ.И. Теоретическая электрохимия. М.: Высш. школа, 1984. 519 с.
DOI 10.29222/ipng.2078-5712.2019-27.art7 UDC 550.8
Experimental exploration of the effect of NaCl and other salts solution mineralization on the electrical resistivity of the solution
O.M. Ponomarenko1,2*, K.A. Istomina1, L.D. Makasheva1, M.N. Bolshakov2
1 - Gubkin Russian State University of Oil and Gas (National Research University), Moscow;
2 - Oil and Gas Research Institute, Russian Academy of Sciences, Moscow E-mail: *ponomarenko.o@gubkin.ru
Abstract. In this research, we delve into changing electrical resistivity of formation water models depending on mineralization of NaCl solutions at different temperatures. We look at low- to medium-mineralized solutions as well as the ones with high and ultra-high mineralization. The main goal of this research is the elaboration of known relations Pw = f(CW, t) in areas of high and ultra-high mineralization. As a result of several experiments, some relations were yielded, the ones that have a strong correlation with theoretical values in areas of low and medium solution mineralization, and a few more that differ from the last ones in the area of high mineralization.
Keywords: formation water models, solution mineralization, changing electrical resistivity, experimental dependence.
Citation: Ponomarenko O.M., Istomina K.A., Makasheva L.D., Bolshakov M.N. Experimental exploration of the effect of NaCl and other salts solution mineralization on the electrical resistivity of the solution // Actual Problems of Oil and Gas. 2019. Iss. 4(27). https://doi.org/10.29222/ipng.2078-5712.2019-27.art7 (In Russ.).
References
1. Dobrynin V.M., Vendelshtein B.Y., Kozhevnikov D.A. Petrophysics: Textbook for universities. Moscow: Nedra, 1991. 368 p. (In Russ.).
2. Latyshova M.G., Martynov V.G., Sokolova T.F. Log data interpretation: Practical guide. Moscow: Nedra-Biznestsentr, 2007. 327 p. (In Russ.).
3. Strelchenko V.V. Well logging investigations. Moscow: Nedra-Biznestsentr, 2008. 551 p. (In Russ.).
4. Shlumberger log interpretation charts. 2009. https://www.slb.com (Accessed on 20.11.2019).
5. Antropov L.I. Theoretical electrochemistry. Moscow: Vysshaya Shkola, 1984. 519 p. (In Russ.).
© 2019. O.M. Ponomarenko, K.A. Istomina, L.D. Makasheva, M.N. Bolshakov
8
