XII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2020

Предмет - поляризация вещества воздействием электрических полей в нефтяных пластах месторождений ХМАО-Югры.

Объект - различные виды поляризации веществ в пластах.

Цель - определение усредненных: поляризации всего коллектора в целом, жидких и газовых флюидов содержащихся в этих коллекторах.

Задачи:

Раскрыть связь между поляризацией, диэлектрической проницаемостью и удельным сопротивлением.

Показать пути определения плотности токов для жидких флюидов при электромагнитных методах разработки.

Актуальность данной работы заключается в необходимости количественной оценки петрофизических параметров, о которых идет речь, для построения любых моделей определения КИН, основанных на ГИС.

Описание поляризации коллекторов региональных месторождений.

Виды поляризации:

1.Поляризация смещения состоит в упругом смещении зарядов под действием внешнего поля. К данной группе относят электронную, ионную и атомную поляризацию.

1.1. Электронная поляризация заключается в смещении электронов атома относительно его ядра, характеризуется временем смещения и релаксации порядка с, не зависит от частоты поля вплоть до оптических частот, наблюдается в твердых, жидких и газообразных веществах.

1.2.Ионнаяполяризация происходит в твердых телах с ионной кристаллической решеткой, выражается в упругом смещение ионов относительно углов решетки, характеризуется с.

1.3.Атомнаяполяризация наблюдается в веществах с валентными кристаллами, у которых атомы соединены в молекулы благодаря обменному взаимодействию валентных электронов. Времена смещения и релаксации с.

2. Ориентационная (релаксационная, дипольная) поляризация обусловлена наличием в диэлектрике полярных молекул, которые располагаются вдоль силовых линий поляризующего поля, характерна для жидкости с полярными молекулами прежде всего для воды. Время составляет с.

3.Структурная поляризация наблюдается в неоднородных средах с межфазными границами, характеризуется значениями с. В зависимости от состава граничащих фаз различают миграционную ( , концентрационно-диффузионную ( , электрическую ( -единицы, десятки секунд и более) поляризацию.

Особое внимание мы решили уделить поляризации в горных породах, возникающей под взаимодействием внешнего электрического тока.

1.Поляризация отклонения зарядов (электронная, ионная, атомная). Возникает в газах и твердых диэлектриках;

2. Ориентационная поляризация. Происходит в воде и некоторых газах;

3. Структурная поляризация. Находится в неоднородных ионопро-водящих породах;

4. Электролитическая поляризация. Возникает в породах, включающие в себя электропроводящие минералы.

Далее мы рассмотрели следующие параметры: удельное сопротивление, электропроводность и диэлектрическую проницаемость минералов и пластовых флюидов.

Минералы

По величине и происхождению проводимости и диэлектрической проницаемости существуют три группы минералов.

1.Самородные металлы и их природные образования, графит-вещества с электронной проводимостью; их удельное сопротивление Р составляет Ом*м, а диэлектрическая проницаемость стремится к бесконечности.

2.Большая часть оксидов, сульфитов, арсенидов, селенидов-минералы с электронной и дырочной проводимостью, в основном полупроводники; удельное сопротивление этой группы Ом*м, диэлектрическая проницаемость больше 80.

3.Типичные диэлектрики с удельным сопротивлением от 5* до 3* Ом.м и диэлектрической проницаемостью: 4 12, для большинства минералов характерны значения: 4 .

Межпластовые флюиды (жидкая фаза).

электрические свойства водных растворов электролитов и углеводородных жидкостей. Вода, снабжаемая породу в условиях естественного залегания, является обычно водным раствором солей, среди которых наиболее распространены NaCl, KCl, MgCl2, CaCl2, NaHCO3, Na2SO4. Удельное сопротивление водного раствора сильного одновалентного бинарного электролита, полностью дислоцирующего в воде, при комнатной температуре 20

(1)

гдеUи – подвижности катиона и аниона; ;

Температурная зависимость удельного сопротивление находится по формуле:

(2)

где –

Удельное сопротивление для сложных составом электролитов рассчитывают по формуле:

(3)

Удельное сопротивление нефти составляет Ом.м.

Диэлектрическая проницаемость дистиллированной воды при составляет 80.

Рис 1. Зависимость эквивалентной электрической проводимости

растворов солей, от их эквивалентной

концентрации

Газы

Проводимость газов имеет ионный характер и определяется уравнением того же типа, что и проводимость растворов электролита. Удельное сопротивление смеси газообразных углеводородов составляет 10⁴ Ом*м. Число углеводородных газов с увеличением давления возрастает, изменяясь от 1 до 2 в связи с ростом плотности газа.

Связь поляризации с диэлектрической проницаемостью и удельным сопротивлением.

П

роисхождение частотной дисперсии удельной электропроводности и диэлектрической проницаемости соедененно с проявление различных видов поляризации в различном диапозоне частоты и влиянием поляризации на число удельной электропродности и диэлектрической проницаемости.

Рис 2. Схематизированная зависимость диэлектрической проницаемости от чистоты поля при проявлении различных видов поляризации: электронной, атомной, дипольной, структурной.

Величина диэлектрической проницаемости схожа с электрической постоянной (при частоте = 0) и устанавливается поляризацией ориентационно-дипольной и частично поляризацией смещения. У горных пород такие виды поляризации характерны для воды в поровом пространсве (дипольная поляризация ) и минераллов, состоявляющих скелет породы (поляризации смещения). С ростом частоты от 1 до 1000 МГц ощущается уменьшение в веществах с дипольной поляризации (вода) и в сложных системах, содержащих эти вещества (влажные породы). Дальнейший рост не приводит к заметному изменению и до тех пор, пока значение не достигнут области, соответсвующей различной поляризации видом смещения (рис.2).

По Максвелу плотность электрического тока в среде выражается:

_, (4)

где _пр , _см – плотности тока проводимости и смещения.

В соответсвии с законом Ома в дифференциальной форме

, (5)

где - удельная проводимость среды; – напряженность электрического поля.

Величина тока смещения по Максвелу определяется выражением:

(6)

При частоте поля в единицы и десятки МГц величина диэлектрической проницаемостизависит от минерализации воды в соответствии с уравнением:

. (7)

Для того, чтобы разъяснить возникновение привходящего тока, сдвинутого по фазе на 90⁰ по отношению к току смещения, и совпадающего с током проводимости, величину представляют в виде:

(8)

И получают:

(9)

Практическая часть

Для определения плотности тока и усредненной поляризации, воспользуемся вышенаписанными формулами и числовыми данными интернет ресурса.

Чтобы определить плотность тока мы используем диапазон концентрации от минимальной до максимальной и получаем следующие данные: концетрация нефти меняется от 0,2 до 0,15, воды от 0,5 до 0,8, газа от 0,3 до 0,05.

Удельное сопротивление нефти мы берем за , воды и газа

(10)

Где -концентрация, р-удельное сопротивление, удельная проводимость.

Для начала рассчитаем сумму электропроводности данных веществ

(11)

Т.к. удельная проводимость нефти и газа величина очень маленькая, мы ей пренебрегаем.

Для определения усредненной проводимости растворов солей, мы используем данные максимальные значения концентраций и удельного сопротивления флюидов солей, входящих в состав нефти таблица 1.

Таблица 1.

Данные максимальные значения концентраций и удельного сопротивления флюидов солей

Растворы солей	Концентрация,	Электропроводность,
KCl	0,003
	0,0017
NaCl	0.0026
NaOH	0.0026
Ba	0.0028

Рассчитанные по данным таблицы значения для ратворов солей:

(12)

Соответственно

(13)

Используя данные значения напряженности электрического поля Е=380 В/м, расчитываем плотность тока для жидкого флюида:

(14)

Вывод
В данной работе было исследовано влияние электромагнитных полей на различные вещества пластов. Были показаны пути колличественных оценок таких параметров как: поляризации, удельные сопротивления, удельные проводимости и токи возникающие в жидких флюидах пластов. Колличественная оценка выше указанных параметров в свою очередь позволяет определять добавочные давления в межпластовых жидких флюидах. Полученные результаты могут быть использованы в моделях по повышению нефтедобычи при разработке с использованием электромагнитных полей.

Библиографический список

1. Добрынин В.М. ПЕТРОФИЗИКА (физика горных пород)./В.М. Добрынин, Б.Ю. Вендельштейн, Д.А. Кожевников.–М.: Нефть и газ, 2004. – 367с.

2. Петрофизика: справочник. В трех книгах. Книга первая. П 29 Горные породы и полезные ископаемые. /Под ред. Н.Б. Дортман. –М.:Недра,1992.–391с.

3. Трофимова Т.И. Курс физики: учеб. для вузов./Т. И. Трофимова. –М.: Академи,2006. ¬–560с.

4. Яворский Б.М. Справочник по физике:2-е изд.,перераб./ Б.М.Яворский, А.А.Детлаф. –М.:Наука, 1985.–512с.

Код для цитирования: Скопировать