Удельное сопротивление чистых неглинистых пород гранулярного строения
Удельное сопротивление чистой породы гранулярного строения ρвп, поры которой полностью насыщены водой, зависит от удельного сопротивления воды ρв, насыщающей поры, количества ее, определяемого пористостью породы kп, и закономерностью распределения пор в породе (ее текстурными и структурными свойствами), характеризуемой структурным коэффициентом F:
Структурный коэффициент характеризует сложность строения порового пространства породы и показывает, во сколько раз сопротивление данной породы превышает сопротивление идеальной породы, сложенной зернами шаровидной формы той же пористости и при том же насыщающем породу растворе. Структурный коэффициент сцементированных песчаных коллекторов с пористостью 12—30 % изменяется от 4 до 1,7, карбонатных пород такой же пористости — от 50 до 2, достигая иногда 100.
Удельное сопротивление пород зависит от температуры и варьирует в тех же пределах, что и сопротивление водных растворов. Говоря об удельном сопротивлении горных породу необходимо так же, как и для водных растворов, указывать значение температуры. С увеличением глубины в связи с возрастанием температуры сопротивление породы при прочих равных условиях снижается.
Породы, поры которых полностью заполнены водой, могут быть охарактеризованы относительным сопротивлением Р, представляющим собой отношение ρвп к ρв:
Величина Р зависит от количества воды в единице объема породы и равномерности распределения ее по породе. Так как количество воды в породе определяется коэффициентом пористости, а распределение ее по породе — формой (структурой) порового пространства, можно сказать, что относительное сопротивление зависит от пористости породы и структуры порового пространства. Например, относительное сопротивление плотных карбонатных и песчанистых пород с пористостью 10—20 % колеблется в пределах 40—200, в то время как для песков и рыхлых песчаников с такой же пористостью оно в среднем равно 10—20.
Повышение относительного сопротивления плотных (крепких) и плохо отсортированных пород обусловлено неравномерным распределением в них пор. Поровые ячейки связаны между собой отдельными каналами различного сечения, часто встречаются перемычки, тупики и разрывы (рис. 21, ж и з).
Расчеты и экспериментальные исследования показывают, что относительное сопротивление чистых гранулярных пород (рис. 21, а) может быть выражено через пористость kп:
где а — некоторая постоянная, m — показатель степени пористости, зависящие от характера пород.
Чаще всего используется выражение
где показатель степени m изменяется от 1,3 (для песков) до 2,3 (для сцементированных пород, рис. 21, б). Если нет фактических данных, принимают m = 2, тогда
На практике по результатам экспериментальных исследований образцов пород получают зависимости относительного сопротивления от пористости для пластов, характеризующихся общностью текстурного строения (отсортированностью зерен, формой поровых каналов). Располагая зависимостью Р = f(kп) или аналитическими выражениями (1.30) и (1.31), по величине относительного сопротивления можно оценивать пористость породы или по данным пористости определить Р. Например, для девонских песчаников Туймазинского и Шкаповского месторождений Р = 0,68/kп2.05. При этом допускают, что относительное сопротивление (параметр пористости) не зависит от минерализации воды, насыщающей поры породы. Такое допущение справедливо для широкого диапазона изменения минерализации воды, насыщающей чистые (неглинистые)
песчаные и карбонатные пласты. Однако при низкой минерализации воды пропорциональность между удельным сопротивлением породы ρвп и сопротивлением пластовой воды ρв нарушается вследствие влияния эффекта поверхностной проводимости.
Для слабоглинистых песков заметное снижение относительного сопротивления наблюдается при уменьшении минерализации пластовой воды до 0,1 г/л (ρв>6 Ом·м).
В слоистых горных породах удельное сопротивление в направлении напластования рιι меньше, чем в направлении, перпендикулярном к напластованию, р⊥. Такие породы называются анизотропными. Явление анизотропии наиболее ярко выражено в сланцевых глинах, глинистых сланцах, каменных углях, мергелях и тонкочередующихся песчано-глинистых породах. Для анизотропных пород характерно закономерное расположение частиц, слагающих породу, относительно плоскостей напластования. Для оценки степени анизотропии используется коэффициент анизотропии
Для количественной характеристики удельного сопротивления анизотропных пород пользуются средним удельным сопротивлением анизотропной породы ρср=√рιιр⊥ .