Спонтанный потенциал
Спонтанные потенциалы часто измеряются в скважинах для оценки пластов в нефтегазовой промышленности, а также их можно измерять вдоль поверхности Земли для разведки полезных ископаемых или подземных вод исследования . Это явление и его применение в геологии были впервые признаны Конрадом Шлюмберже , Марселем Шлюмберже и Э.Г. Леонардоном в 1931 году, а первые опубликованные примеры были получены на нефтяных месторождениях Румынии.
Физика
[ редактировать ]Спонтанные потенциалы (СП) обычно вызываются разделением зарядов в глине или других минералах из-за наличия полупроницаемой границы раздела, препятствующей диффузии ионов через поровое пространство горных пород, или естественным потоком проводящей жидкости через горные породы.
Происхождение СП в пласте можно объяснить двумя процессами, связанными с движением ионов:
- Потоковый потенциал ( E k )
- Электрохимический потенциал ( E c )
Потоковый потенциал возникает в результате течения электролита (воды) по естественно заряженным твердым телам (т. е. поверхностям, которые приобрели электрокинетический или дзета- потенциал). Потенциал потока появляется, когда фильтрат бурового раствора вытесняется в пласт под действием перепада давления между столбом бурового раствора и пластом. Потенциал потоков создается, когда поток протекает через глиняную корку перед проницаемыми пластами, через проникающие проницаемые пласты и через пласты сланцев. Принято считать, что потенциал фильтрации через глину компенсируется потенциалом фильтрации через сланец. Таким образом, в большинстве случаев измеренный спонтанный потенциал связан только с электрохимическим потенциалом.
потенциал ( EC ( ) представляет собой сумму потенциала жидкостного соединения или диффузии ( EJ Электрохимический ) и мембранного потенциала EM ) .
Потенциал жидкостного соединения устанавливается при непосредственном контакте фильтрата бурового раствора и пластовой воды на границе внедренного пласта. Ионы Na + и Cl − диффундируют из одного раствора в другой, но с разной скоростью из-за разной подвижности. На + имеет тенденцию быть менее подвижным из-за своего сродства к молекулам воды.
- E J = K 1 log 10 (a w /a mf )
где:
- K 1 = 11,6 мВ при 25 °C
- a w = ионная активность пластовой воды
- a mf = ионная активность фильтрата бурового раствора
Мембранный потенциал возникает, когда два электролита с разной ионной концентрацией, такие как буровой раствор и пластовая вода, разделяются сланцем. Глинистые минералы в сланцах обычно состоят из атомов Al, Si и O.O. 2− ионы занимают внешний слой и вызывают суммарный отрицательный заряд. На + ионы из раствора притягиваются и проходят через сланец, а Cl − ионы отталкиваются. На + ионы будут мигрировать между двумя растворами с чистым притоком от более соленого к менее соленому.
- E M знак равно K 2 журнал 10 ( а ш / м ж )
где:
- К 2 = 2,3 РТ / Ф , где:
- R = постоянная идеального газа
- T = абсолютная температура в Кельвинах
- F = постоянная Фарадея
- a w = ионная активность пластовой воды
- a mf = ионная активность фильтрата бурового раствора
общий электрохимический потенциал суммируется как EC Таким образом , = E M + E J = K log 10 ( a w / a mf )
Поскольку спонтанный потенциал является мерой электрохимического потенциала, а ионная активность раствора обратно пропорциональна его удельному сопротивлению, приведенное выше уравнение можно упростить как SP = = EC K log 10 ( R mfe / R we ) , где R mfe и R мы – эквивалентное сопротивление фильтрата бурового раствора и эквивалентное сопротивление пластовой воды соответственно.
Идеальный спонтанный потенциал в чистом слое известен как Статический SP (SSP) и определяется следующим образом:
- SSP знак равно - K журнал 10 ( р mfe / р мы )
Применение в скважинах
[ редактировать ]Наиболее полезной составляющей ПП является электрохимический потенциал, поскольку он может вызвать значительное отклонение в сторону проницаемых пластов. Величина отклонения зависит главным образом от контраста солености между скважиной и пластовым флюидом, а также содержания глины в проницаемом пласте. Таким образом, каротаж SP полезен для обнаружения проницаемых пластов и оценки минерализации пластовой воды и содержания глины в пласте. Из-за природы электрического тока SP можно зарегистрировать только в проводящей грязи.
Определение R w
[ редактировать ]Как установлено ранее, статический SP определяется следующим образом:
- SSP = - K журнал ( р mfe / р мы )
Статическое SP (SSP) можно получить непосредственно из кривой SP, если пласт чистый, толстый, пористый, проницаемый и лишь умеренно инвазированный. При несоблюдении этих условий записанную СП необходимо будет исправить. Для этой цели доступны различные корректирующие диаграммы.
Для преобразования измеренного удельного сопротивления фильтрата бурового раствора R mf в эквивалентное сопротивление фильтрата бурового раствора R mfe используются следующие правила:
- Если R mf при 75 °F больше 0,1 Ом · м , используйте R mf = 0,85 R mf при температуре пласта.
- Если R mf при 75 °F меньше 0,1 Ом·м, выведите R mfe из R mf, используя таблицу Шлюмберже SP-2 или ее эквивалент.
Затем можно использовать диаграмму Шлюмберже SP-2 для Rwe преобразования получения Rw и .
Аппликации на поверхности
[ редактировать ]Электроды могут быть размещены на поверхности земли для картирования относительных изменений значения SP (в милливольтах или мВ), обычно с целью определения пути потока грунтовых вод в недрах или просачивания из земляной плотины . Вольтметр . измеряет напряжение между неподвижным электродом жидкостного перехода и подвижным электродом (вездеходом), который перемещается вдоль забоя плотины или над областью исследования для сбора нескольких показаний Наблюдаемые аномалии могут указывать на движение или просачивание грунтовых вод. [1]
Интерпретация
[ редактировать ]На SP может влиять несколько факторов, что усложняет интерпретацию. Помимо нефтехимической составляющей, на ПП также влияют электрокинетический потенциал и биметаллизм. Кроме того, на СП также влияют следующие факторы:
- Толщина слоя ( h ); Поскольку SP является измерением электрического потенциала, создаваемого током в буровом растворе, его амплитуда приближается к значению SSP только тогда, когда сопротивление току, обусловленное пластом и прилегающими пластами, незначительно по сравнению с сопротивлением бурового раствора. Это условие выполняется только в толстом пласте. В тонких пластах СП пропорционально снижается.
- Истинное удельное сопротивление ( R t ) проницаемого пласта; По мере увеличения R t / R m прогиб ПП уменьшается, и границы пласта становятся менее резкими. Присутствие углеводородов также ослабляет СП.
- Удельное сопротивление зоны проникновения ( Rxo ) и сопротивление бурового раствора ( ) Rm ; SP увеличивается с увеличением R xo / R m.
- Диаметр инвазии ( d i ); SP уменьшается по мере углубления вторжения
- Отношение фильтрата бурового раствора к минерализации пластовой воды: R mf / R w
- Удельное сопротивление соседних сланцев ( R s ); SP увеличивается с увеличением R с / R м.
- Диаметр отверстия ( d h ); С увеличением размера отверстия значение SP уменьшается.
Методика измерения
[ редактировать ]Спонтанный потенциал можно измерить, поместив один зонд вольтметра на поверхность Земли (называемый поверхностным электродом), а другой зонд - в скважину (называемый скважинным электродом), где необходимо измерить SP. Фактически, инструменты журналирования используют именно этот метод. Поскольку это измерение относительно простое, обычно скважинный электрод SP встроен в другие каротажные приборы.
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Корвин, Р.Ф., 1990, Метод самопотенциала для экологических и инженерных приложений, в Уорде, С.Х., редактор, Геотехническая и экологическая геофизика, Том I: Обзор и учебное пособие, Общество геологоразведочных геофизиков, Талса, Оклахома.
- М. Гондуэн, член парламента Тиксье, GLSimard, Журнал нефтяных технологий ; Февраль 1957 г., «Экспериментальное исследование влияния химического состава электролитов на кривую SP».
- Гайо, Х., Oil Weekly ; 1944, "Электрические потенциалы в скважинах".
- Пирсон, С.Дж., Журнал «Нефть и газ» ; 1947, «Исследование кривой SP».