Спонтанные потенциалы часто измеряются в скважинах для оценки формации в нефтегазовой промышленности, а также могут быть измерены вдоль поверхности Земли для разведки полезных ископаемых или исследования подземных вод . Это явление и его применение в геологии были впервые обнаружены Конрадом Шлюмберже , Марселем Шлюмберже и Э. Г. Леонардоном в 1931 году, а первые опубликованные примеры были получены на румынских нефтяных месторождениях.
Физика
Самопроизвольные потенциалы (SP) обычно вызываются разделением зарядов в глине или других минералах, из-за наличия полупроницаемой границы раздела, препятствующей диффузии ионов через поровое пространство горных пород, или из-за естественного потока проводящей жидкости через породы.
Происхождение SP через пласт можно объяснить двумя процессами, связанными с движением ионов:
- Потоковый потенциал ( E k )
- Электрохимический потенциал ( E c )
Потенциал потока возникает из-за потока электролита (воды) над естественно заряженными твердыми телами (т. Е. Поверхностями, которые приобрели электрокинетический или дзета- потенциал). Потенциал потока появляется, когда фильтрат бурового раствора нагнетается в пласт под действием перепада давления между столбом бурового раствора и пластом. Потенциал потока возникает, когда поток проходит через глинистую корку перед проницаемыми пластами, через проницаемые пласты, в которые проникают, и через пласты сланцев. Принято считать, что потенциал потока через глинистую корку компенсируется потенциалом потока через глинистый сланец. Таким образом, в большинстве случаев измеренный спонтанный потенциал связан только с электрохимическим потенциалом.
Электрохимический потенциал ( E C ) - это сумма жидкостного перехода или диффузионного потенциала ( E J ) и мембранного потенциала ( E M ).
Потенциал жидкостного перехода устанавливается при непосредственном контакте фильтрата бурового раствора и пластовой воды на краю проникшего пласта. Ионы Na + и Cl - диффундируют из одного раствора в другой, но с разной скоростью из-за разной подвижности. Na + имеет тенденцию быть менее подвижным из-за его сродства к молекулам воды.
- E J = K 1 журнал 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 грязь и пластовая вода, разделены сланцем. Глинистые минералы в сланцах обычно состоят из атомов Al, Si и O. Ионы O 2 - занимают внешний слой и вызывают общий отрицательный заряд. Ионы Na + из раствора притягиваются и проходят через сланец, а ионы Cl - отталкиваются. Ионы Na + будут мигрировать между двумя растворами с чистым притоком от более соленого к менее соленому.
- E M = K 2 журнал 10 ( a w / a mf )
где:
- K 2 = 2,3 RT / F , 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
Таким образом, общий электрохимический потенциал выражается как E C = 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 = E C = K log 10 ( R mfe / R we ), где R mfe и R we - эквивалентное удельное сопротивление фильтрата бурового раствора и эквивалентное удельное сопротивление пластовой воды соответственно.
Идеальный спонтанный потенциал в чистом слое известен как статический SP (SSP) и определяется следующим образом:
- SSP = - K log 10 ( R mfe / R we )
Применения в скважинах
Наиболее полезным компонентом SP является электрохимический потенциал, так как он может вызывать значительное отклонение в направлении от проницаемых пластов. Величина отклонения в основном зависит от контраста солености между скважиной и пластовым флюидом, а также от содержания глины в проницаемом пласте. Поэтому каротаж SP полезен для обнаружения проницаемых пластов и оценки солености пластовой воды и содержания глины. Из-за характера электрического тока SP может быть зарегистрирован только в проводящем буровом растворе.
Определение R w
Как было установлено ранее, статический SP определяется следующим образом:
- SSP = - K log ( R mfe / R we )
Статическое SP (SSP) может быть получено непосредственно из кривой SP, если слой чистый, толстый, пористый, проницаемый и имеет лишь умеренное проникновение. Если эти условия не выполняются, записанный SP необходимо исправить. Для этого доступны различные графики коррекции.
Чтобы преобразовать измеренное удельное сопротивление фильтрата бурового раствора R mf в эквивалентное удельное сопротивление фильтрата бурового раствора R mfe , используются следующие правила:
- Если R mf при 75 ° F больше 0,1 Ом · м , используйте R mfe = 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 Schlumberger SP-2 или аналог.
Затем можно использовать диаграмму Шлюмберже SP-2 для преобразования R we для получения R w .
Аппликации на поверхности
Электроды могут быть размещены на поверхности земли для отображения относительных изменений значения SP (в милливольтах или мВ), обычно с целью определения пути потока грунтовых вод в недрах или просачивания через земляную плотину . A вольтметр измеряет напряжение между неподвижным электродом жидкостного соединения и мобильным (ровер один), который перемещается вдоль плотины лица или над областью исследования для сбора множества показаний. Наблюдаемые аномалии могут указывать на движение или просачивание грунтовых вод. [1]
Интерпретация
SP может зависеть от нескольких факторов, что усложняет интерпретацию. Помимо нефтехимической составляющей, на SP также влияют электрокинетический потенциал и биметаллизм. Кроме того, на SP также влияют следующие факторы:
- Толщина слоя ( h ); Поскольку SP представляет собой измерение электрического потенциала, создаваемого током в буровом растворе, его амплитуда приближается к значению SSP только тогда, когда сопротивление току из-за пласта и соседних пластов незначительно по сравнению с сопротивлением бурового раствора. Это условие выполняется только в толстой постели. В тонких слоях СП пропорционально снижается.
- Истинное удельное сопротивление ( R t ) проницаемого пласта; По мере увеличения R t / R m прогиб SP уменьшается, и границы пласта становятся менее резко очерченными. Присутствие углеводородов также снижает SP.
- Удельное сопротивление зоны проникновения ( R xo ) и удельное сопротивление грязи ( R m ); SP увеличивается с увеличением R xo / R m
- Диаметр вторжения ( d i ); SP уменьшается по мере углубления вторжения
- Отношение фильтрата бурового раствора к солености пластовой воды: R mf / R w
- Сопротивление соседних сланцев ( R s ); SP увеличивается с увеличением R s / R m
- Диаметр отверстия ( d h ); С увеличением размера отверстия значение SP уменьшается.
Методика измерения
Самопроизвольный потенциал можно измерить, поместив один зонд вольтметра на поверхность Земли (называемый поверхностным электродом), а другой зонд в скважину (так называемый скважинный электрод), где должно быть измерено SP. Фактически, инструменты регистрации используют именно этот метод. Поскольку это измерение относительно простое, обычно скважинный электрод SP встраивается в другие каротажные инструменты.
Смотрите также
Внешние ссылки
Рекомендации
- ^ Корвин, РФ, 1990, Метод самопотенцирования для экологических и инженерных приложений, в Уорд, SH, редактор, Geotechnical and Environmental Geophysics, Volume I: Review and Tutorial, Society of Exploration Geophysicists, Tulsa, OK
- М.Гондуэн, MPTixier, GLSimard, Journal of Petroleum Technology, февраль 1957 г., «Экспериментальное исследование влияния химического состава электролитов на кривую SP»
- Гайод, Х., Oil Weekly, 1944, "Электрические потенциалы в скважинах"
- Пирсон, SJ, The Oil and Gas Journal, 1947, "Исследование кривой SP"