Электропроводность и диэлетрическая проницаемость минералов и пластовых флюидов. Вызванная и естественная электрохимическая активность - Курсовая работа

Достаточно вспомнить мраморные “щиты-изоляторы.” Магнитные и электрические свойства минералов тесно связаны друг с другом. Пьезоэлектрический эффект, обнаруженный братьями Пьером и Жаком Кюри (физиком и минералогом) в 1880 году, характерен для целого ряда минералов: турмалина, нефелина, сфалерита, но необычайно важно, что он великолепно проявлен у кварца. Если на пластинку, определенным образом вырезанную из кристалла горного хрусталя, оказывать давление, то на разных ее сторонах появляются противоположные электрические заряды. Благодаря кварцу - пьезоэлектрику геофизиками решена и задача поисков рудных тел, основу которых составляют агрегаты кварцевых зерен: взрывная волна заставляет подобное тело - “ответить” колебаниями пьезоэлектрического эха. Также электрические свойства минералов широко используются для сепарации (разделения) минералов при минералогическом анализе, и в процессах промышленного обогащения руд и особенно рудных концентратов.Электропроводностью называют способность минералов проводить электрический ток, обусловленная наличием в них подвижных заряженных частиц (носителей заряда) - электронов, ионов и многих других. В зависимости от величины электропроводности и типа электронного строения все минералы подразделяются на: проводники: W = 10-6 - 102 Ом полупроводники: W = 103 - 1010 Ом диэлектрики: W = 1010 - 1017 Ом К минералам - проводникам относятся главным образом самородные металлы с металлическим типом химической связи, так как валентная зона у проводников занята электронами наполовину и частично перекрывается зоной проводимости, в которых атомы имеют свободные энергетические уровни. К минералам - полупроводникам относятся сульфиды и оксиды. Минералы, обладающие средней (низкой) электропроводностью - большая часть оксидов, сульфидов, арсенидов, селенидов (пирит, галенит, ильменит, псиломелан, магнетит, борнит, халькопирит, арсенопирит, теннантит), минералов с электронной и дырочной проводимостью, в основном полупроводники. ? этой группы 10-6 ?10-8 Ом · м, ? - нередко больше 80, например у арсенопирита, галенита, молибденита, рутила, пирротина.Диэлектрическая проницаемость характеризует способность вещества изменять напряженность первичного электрического поля вследствие явления поляризации, то есть упорядоченной ориентировки связанных электрических зарядов. К диэлектрикам принадлежит большинство минералов (полевой шпат, алмаз и т.д.). Наименьшее значение величины er (около 3 - 4) имеют минералы, обладающие в основном электронной поляризацией (например кварц, ортоклаз, гипс, сера). Минералы, у которых к электронной добавляется еще ионная поляризация, обычно обладают большей диэлектрическай проницаемостью. Диэлектрические потери в диэлектриках характеризуют тангенсом угла потерь tg?, связанную с ??? соотношением: ??? = ? tg?Вызванная электрохимическая активность - свойство минералов и горных пород поляризоваться при прохождении электрического тока и создавать в окружающем пространстве электрическое поле. Является следствием физико-химических процессов, возникающих в минералах и горных породах под действием электрического тока. Величина вызванной электрохимической активности Ав горных пород зависит от многих факторов, главными из которых являются химико-минералогический состав, удельная поверхность твердой фазы, содержание минералов с электронной проводимостью, минерализация вод, насыщающих поровое пространство. Метод вызванной поляризации используется: для выделения углей различного состава и определения их зольности; выделения и изучения полиметаллических вкрапленных руд; выделения и исследования зон сульфидного оруденения, а в некоторых случаях для изучения проницаемости терригенных пород, выделения трещинных зон в карбонатных породах и выделения зон обводнения нефтяных коллекторов пресной водой .В настоящее время метод ВП в нефтяной и газовой геологии в промышленном масштабе не используется. Под естественной электрохимической активностью понимают способность минералов и горных пород создавать естественные постоянные электрические поля (поля собственной или самопроизвольной поляризации). в результате возникновения в породе различных электрохимических процессов, приуроченных, как правило, к границам пластов и более сложных геологических тел, а также к границе скважина - порода при вскрытии геологического разреза скважиной и изучении его методами ГИС.В процессе изучения зависимости электропроводности и диэлектрической проницаемости нефтей от частоты при различных температурах выяснилось, что диэлектрическая проницаемость нефти с ростом частоты уменьшается. Экспериментальные данные измерения электропроводности и диэлектрической проницаемости различных нефтей при температуре 20 °С представлены на Рисунке 1 и Рисунке 2. ( - диэлектрическая проницаемость нефти, - активная удельная электропроводность , - общий тангенс угла диэлектрических потерь для плохо проводящих жидкостей [2]; - проводимость, обусловленная движением в электрическом поле «свободных» ионов). Из графиков (Рисунке 1 и 2) видно,

Содержание

Введение

1. Электропроводность и диэлектрическая проницаемость минералов

1.1 Электропроводность минералов

1.2 Диэлектрическая проницаемость минералов

1.3 Вызванная и естественная электрохимическая активность

2. Электропроводность и диэлектрическая проницаемость пластовых флюидов

2.1 Водные растворы и углеводороды

2.2 Газы

Заключение

Список используемых источников

Электрические свойства минералов уже давно известны людям. Хорошо описана способность янтаря, наэлектризовываться при трении. Минералы проводники или полупроводники: графит, пирит, никелит, а также самородные металлы, например, медь и серебро - превосходные проводники электричества. А такие минералы, как кальцит, полевой шпат или слюда - не менее превосходные диэлектрики. Достаточно вспомнить мраморные “щиты-изоляторы.” Магнитные и электрические свойства минералов тесно связаны друг с другом. Пьезоэлектрический эффект, обнаруженный братьями Пьером и Жаком Кюри (физиком и минералогом) в 1880 году, характерен для целого ряда минералов: турмалина, нефелина, сфалерита, но необычайно важно, что он великолепно проявлен у кварца. Если на пластинку, определенным образом вырезанную из кристалла горного хрусталя, оказывать давление, то на разных ее сторонах появляются противоположные электрические заряды. А если, напротив, прилагать к пластинке переменные заряды, то она начнет сжиматься и разжиматься, вибрировать, излучая электромагнитные колебания. Благодаря кварцу - пьезоэлектрику геофизиками решена и задача поисков рудных тел, основу которых составляют агрегаты кварцевых зерен: взрывная волна заставляет подобное тело - “ответить” колебаниями пьезоэлектрического эха.

Также электрические свойства минералов широко используются для сепарации (разделения) минералов при минералогическом анализе, и в процессах промышленного обогащения руд и особенно рудных концентратов. Все минералы с металлической связью обладают электропроводностью. Электропроводность минералов может сильно меняться в зависимости от направления в кристалле (например, вдоль и поперек их удлинения).

Другой важнейшей величиной, определяющей электрические свойства минералов, служит диэлектрическая проницаемость, характеризующая их поляризацию под действием электрического поля.

Диэлектрическая проницаемость минералов подвержена сильному влиянию различных примесей, она плохо поддается расчету, и ее каждый раз приходится измерять эмпирически, по мере возможности аппаратуре, позволяющей стандартизировать условия измерения. На различии этих электрических свойств (электропроводность и диэлектрическая проницаемость) минералов горных пород - основано применение электрических методов для изучения геологического строения земной коры , поисков и разведки месторождений полезных ископаемых , разрушения горных пород , определения устойчивости целиков и напряженного состояния массива, закрепления и осушения горных пород.