9-маъруза. Хусусий қутбланиш потенциаллари усули, ларнинг физик моҳияти ва ечадиган вазифалари.

Бундан олдинги барча дарсларимизда қудуқларни ўрганиш учун ўтказилаётган электр усулларда қудуқларда сунъий равишда электр майдонини яратиб, сўнгра ҳосил бўлган сунъий майдонни ўргандик. Бугунги ўтадиган дарсимизда эса, қудуқлардаги мавжуд майдонларни ўрганадиган электр усули-хусусий қутбланиш потенциаллари усули -ПС усулини кўриб чиқамиз.

Бу усулни ўтказиш учун (расм 9.1) қудуққа М электродини туширамиз, иккинчи ўлчовчи электрод Nни ер юзасига ўрнатиб, ушбу электродлар орасидаги потенциаллар айирмасини Г-қайд қилувчи асбоб орқали ўлчаймиз.

 Расм 9.1

Ушбу ўлчанаётган потенциаллар қудуқларда қандай пайдо бўлган ва уларнрнг катталиги нималарга боғлиқ?

Хусусий қутбланиш потенциалларини ҳосил қилишда қудуқ ва унинг теварак-атрофидаги тоғ жинсларида ўтаётган айрим физик ва кимёвий жараёнларнинг роли каттадир. Бу қандай жароёнлар?

1. Диффузион ва диффузион-адсорбцион жараёнлар.

2. Оксидланиш ва қайтарилиш жароёнлари 

3. Филтрацион жароёнлар.

Нефт ва  газ конлари қудуқларида ПС потенциаллари асосан диффузион ва диффузион-адсорбцион жароёнлар туфайли ҳосил бўлади.

Диффузион ва диффузион- адсорбцион потенциаллар.

Диффузион потенциаллар икки эритманинг бир-бири билан эркин туташганда ҳосил бўлади (расм 9.2). Масалан расм (9.2) да кўрсатилгандек икки ҳар хил концентрациядаги NaCl эритмасининг эркин туташи (контакти) пайтида диффузион жароён кузатилиши мумкин. NaCl-ош тузи эритувчида Na⁺ мусбат ва Cl^- манфий ионларига диссоциация қилади.

Расм 9.2

Электролитларнинг концентрацияси турли бўлганлиги учун, бизнинг мисолимизда С₁ , С₂ га нисбатан катта концентрацияга эга, катта концентрацияга эга бўлган электролитдан, яъни С₁ дан, кичкина концентрацияга эга бўлган С₂ га ионларнинг диффузияси осмотик босим сабабли кузатилади. Лекин ионларнинг ҳаракатчанлиги ҳархил. Cl^- иони Na⁺ ионига нисбатан 1.5 марта ҳаракатчан. Шунинг учун кам концентрацияга эга бўлган С₂ эритмасида манфий зарядга эга Сl ионларининг еғилиши туфайли бу эритма манфий зарядланади, концентрацияси юқори бўлган С₁ эритмаси эса Na⁺ ионларининг еғилиши туфайли мусбат зарядланади.

Икки эритмага туширилган электродлар булар орасида потенциаллар айирмаси пайдо бўлганини П - асбоби орқали ўлчашлари мумкин (расм 9.2).

Бу ҳосил бўлган Э.Ю.К. диффузион э.ю.к. деб аталиб, Е_д деб белгиланади ва унинг қиймати В. Нернст тенгламаси орқали аниқланади:

Е_д=(RT/F)•(n_ku–n_av)/(n_kz_kқn_az_av)•ln(C₁/C₂)                    (9.1)

Формулада: R-универсал газ доимийлиги, қиймати 8.314 Дж/(мол·Кл); F- Фарадей сони, тахминан 96500 Кл/ мол; Т-абсолют температура, Т=tқ273°, t-эритманинг Целций бўйича температураси; n_к, n_а -бир молекула электролитнинг диссоциясида ҳосил бўлган катион ва анионларнинг сони; z_к, z_а-катион ва анионларнинг валентлиги; u, v-катион ва апнионларнинг электролитик ҳаракатчанглиги; С₁, С₂- икки эритмаларнинг электрнолитик концентрациялари; E_д-диффузион э.ю.к..

Бир валентлик электролитлар учун n_к =n_а=1 ва z_к=z_а=1 (9.1) формуласи куйидаги кўринишга келади:

E_д=(RT¤ F)·(u–v) /(u+v)·ln(C₁/C₂)                           (9.2)

Агарда F, R, T =291 К (t=18° C), натурал логарифмни, ўнли логарифмга айлантирсак (9.2) формуласи қуйидаги кўринишга келади:

E_д=58(u–v) /(u+v)·lg(C₁/C₂)=К_д·lg(C₁/C₂)                     (9.3)

Бу ерда К_д-диффузион э.ю.к. коэффициенти ва К_д=58(u–v) /(uқv)- температура ва ионларнинг ҳаракатчанглигига боғлиқ катталикдир.

Электролитлар концентрациясини уларнинг солиштирма қаршиликлари билан олмаштирсак: С₁=1¤r₁ ва С₂=1¤r₂

E_д=К_дlg(r₁¤r₂)                                                      (9.4)

NaCl эритмаси учун К_д температура 18°С  бўлганида -11.5mv га тенг бўлади. Агарда эритмаларнинг концентрацияси С₁¤ С₂ 10 га тенг бўлса расм 9.2 кўрсатилган ўлчовчи асбоб Г иккинчи С₂ эритма ва биринчи С₁ эритма ўртасида -11.6 mv потенциаллар айирмасини ўлчайди.

Ҳар хил туз эритмалари учун К_д нинг қийматлари турлича бўлиб: MgCl₂ учун-22.5 mv, CaCl₂ учун -19.7 mv, KCl учун -0.7 mv.

Диффузион потенциаллар эритмаларнинг эркин контакти (туташи) да кузатилади, Лекин қудуқ шароитида эритмалар, бурғи қоришмаси ўз таркибида кўплаб гил заррачаларини ва қатлам ичидаги сувлар эса тоғ жинси зарралари билан контактда бўладилар. Шунинг учун бу шароитда ўтадиган диффузион жараёнлар эритмаларнинг эркин туташида ўтадиган жараёндан фарқ қилади ва бу шароитда ҳосил  бўлган потенциалларни диффузион-адсорбцион потенциаллар деб аталади.

Расм 9.3 иккита ҳархил концентрацияга эга бўлган эритмалар бир-бири билан юпқа-ғовакли тўсиқ (мембрана) билан ажратилган. Расм 9.3 кўрсатилишича кичкина концентрацияга эга бўлган С₂ эритмаси мусбат зарядланади (диффузион жараёнларнинг ўзи бўлганда расм 9.2 кўрсатилгандек манфий зарядга эга бўлган бўларди). Демак диффузион потенциаллар ва диффузион - адсорбцион потенциаллар потенциалларнинг белгиси ва нафақат белгиси балким, қиймати билан ҳам фарқланади.

E_да+K_да lg (r₂ ¤ r₁)                                               (9.5)

Бунда Е_да- диффузион-адсобцион э.ю.к.; К_да-диффузион-адсобцион э.ю.к. коэффициенти ва у:

К_да+K_д+А_да                                                             (9.6)

Расм 9.3

(9.6) формуласида  А_да- тоғ жинсларининг диффузион-адсорбцион активлиги, mv да ўлчанилади ва -5 дан +70 mv гача ўзгаради.

қуйида келтириладиган жадвал 9.1 да айрим чўкинди тоғ жинсларининг диффузион-адсорбцион активлиги А_да келтирилган. 

жадвал 9.1

Қумлар ва яхши сараланган, ўта бўш цементланган қумтошлар	-5дан+5 гача
Ўртача цементланган қумтошлар	2дан 10 гача
Ўта мустаҳкам цементланган қумтошлар	7дан 20 гача
Яхши сараланган алевролитлар	0 дан10 гача
Гилли алевролитлар	5 дан 20 гача
Гиллар	20 дан 70 гача
Тоза оҳактошлар	-5 дан +5 гача
Мергел	20 дан 70 гача
Гилли оҳактош	10 дан 70 гача

Жадвалдан кўриниб туриптики А_да гиллилик билан жуда узвий боғлик экан. Шунинг учун бу потенциалларни қудуқларда ўргансак тоғ жинларининг гиллилигини аниқлаш имконига эга бўламиз

Оксидланиш ва қайтарилиш потенциаллари.

Оксидланиш ва қайтарилиш потенциаллари одатда, сулфид, тош кўмир, графит каби тоғ жинслари атрофида пайдо бўлади. Бунда оксидланувчи муҳит ўзидан электрон йўқотиб, мусбат зарядланади қайтарилувчи муҳит ушбу электронни қабул қилиб манфий зарядга эга бўлади. Масалан, пирит қатлам сувлари, ёки, бурғи қоришмаси сувлари, ҳамда уларда эриган кислород билан қуйидаги оксидланиш реакциясига киради:

2FeS₂+7O₂+2H₂O=2FeSO₄+2H₂SO₄                            (9.7)

Пирит мусбат зарядга эга Fe⁺⁺ катионларини танлаб адсорбция қилади ва мусбат зарядланади, сувлар (бурғи қоришмаси) SO₄^--анионлари туфайли манфий зарядланади. Руда конлари гил-қумтошлар орасида юқори потенциалга эга бўлади. Нефт газ конларида оксидланиш-қайтарилиш реакцияси туфайли ҳосил бўладиган потенциалларнинг аҳамияти жуда кичкинадир.

Филтрацион потенциаллар.

Филтрацион потенциаллар қатлам ичида суюқликнинг ҳаракати туфайли ҳосил бўлади. Агарда бурғи қоришмаларининг босими қатлам ичидаги сувларнинг босимидан катта бўлса, бурғи қоришмасининг суюқ қисми-филтрати қудуқдан қатлам ичига сингийди. Агарда қатлам ичи сувларининг босими катта бўлса, қатлам сувлари қудуқ томон ҳаракатланади. Тоғ жинси заррачалар сирти ҳаракатланаётган суюқликлардан ионларни адсорбция қилади ва ҳаракатланаётган суюқлик адсорбция қилинган ионларнинг зарядига тескари ионлар билан зарядланади. Одатда тоғ жинси заррачалари анион (манфий зарядланган ионлар) ларни адсорбций қилганлиги туфайли ҳаракатланувчи суюқлик мусбат зарядга эга бўлади.

Ҳосил бўлган потенциаллар филтрацион потенциал деб аталиб, қуйида келтириган Гелмголц формуласи билан аниқланади:

Е_ф=(e_ar_жz)¤ (4ph)Dр                                                (9.8)

Формулада: r_ж- суюқликнинг солиштирма қаршилиги; e_a-суюқликнинг диэлектрик доимийлиги; h -суюқликнинг қовушқоқлиги; Dр- қатлам ва қудуқ босимлари фарқи; z-электрокинетик потенциал.

Бу Е_ф потенциалининг  умумий ўлчанаётган потенциалга таъсири бурғи қоришмасининг қаршилиги 1 омм ва ундан юқори ва  Dр нинг қиймати катта бўлганда кузатилади.

Шундай қилиб нефт ва газ конларида ўлчанаётган ПС потенциаллари асосан диффузион, диффузион адсорбцион жараёнлар туфайли ҳосил бўлишади.

ПС усули терриген қудуқ кесимларида тоғ жинсларини бир-биридан бўлаклаш, коллекторларни ажратиш, гиллилик коэффициентини аниқлаш ва қатлам ичи сувларининг минерализацияни аниқлаш имконини беради. Карбонат жинслардан тузилган кесимларда ПС нинг имкони чегараланган, чунки тоғ жинсларининг солиштирма қаршиликларининг ПС диаграммаларига таъсири катта.

ПС нефт ва газ конларида қазилган барча қудуқларда, бутун оралиқ бўйича 1:500 масштабида ва маҳсулдор горизонтлар учрайдиган оралиқларда муфассал ўрганиш мақсадида 1:200 масштабида ўтказилади.

катта ўқитувчи Абдулла Набихоновнинг "Қудуқларни геофизик усулларда ўрганиш" қўлланмасидан