Спонтанный потенциал - Spontaneous potential

Спонтанный потенциал (SP), также называемый собственный потенциал, является естественным разность электрических потенциалов в Земле, измеряемой электродом относительно неподвижного электрода сравнения. Спонтанные потенциалы часто измеренные скважины за оценка пласта в нефтяной и газовой промышленности, а также их можно измерить вдоль поверхности Земли для разведка полезных ископаемых или же грунтовые воды изучение. Явление и его применение к геология был впервые признан Конрад Шлюмберже, Марсель Шлюмберже и Э. Леонардона в 1931 году, и первые опубликованные образцы были с румынских нефтяных месторождений.

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:

1. Потоковый потенциал (E_k)
2. Электрохимический потенциал (E_c)

Потоковый потенциал возникает из-за потока электролита (воды) над естественно заряженными твердыми телами (то есть поверхностями, которые приобрели электрокинетический или же Зета потенциал). Потенциал потоковой передачи 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 сланца. 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) представляет собой сумму жидкостного перехода или диффузионного потенциала (E_J) и мембранного потенциала (E_M)

Рис.1: Электрохимический потенциал: жидкий переход и мембранный потенциал

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 мобильным из-за его сродства к молекулам воды.

E_J = K₁ бревно₁₀(а_ш/ а_мф)

куда:

K₁ = 11,6 мВ при 25 ° C

а_ш = ионная активность пластовой воды

а_мф = 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.²⁻ ионы занимают внешний слой и вызывают чистый отрицательный заряд. Na⁺ ионы из раствора притягиваются и проходят через сланец, в то время как Cl⁻ ионы отталкиваются. Na⁺ ионы будут мигрировать между двумя растворами с чистым притоком от более соленого к менее насыщенному.

E_M = K₂ бревно₁₀(а_ш/а_мф)

куда:

K₂ = 2.3 RT/F, куда:

р = идеальная газовая постоянная

Т = абсолютная температура в кельвинах

F = Постоянная Фарадея

а_ш = ионная активность пластовой воды

а_мф = ионная активность фильтрата бурового раствора

Таким образом, полный электрохимический потенциал можно представить как E_C = E_M + E_J = K бревно₁₀(а_ш/а_мф)

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 бревно₁₀ (р_mfe/р_мы), куда р_mfe и р_мы - 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 бревно₁₀ (р_mfe/р_мы)

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. Таким образом, каротаж SP полезен для обнаружения проницаемых пластов и для оценки минерализации пластовой воды и содержания глины. Из-за характера электрический ток, SP может быть записан только в токопроводящем буровом растворе.

Определение р_ш

Как было установлено ранее, статический SP определяется следующим образом:

SSP = -K бревно (р_mfe/р_мы)

Статическая SP (SSP) может быть получена 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.

Для преобразования измеренного удельного сопротивления фильтрата бурового раствора р_мф в эквивалентное удельное сопротивление фильтрата бурового раствора р_mfe, применяются следующие правила:

• Если р_мф при 75 ° F больше 0,1 Ω ·м, использовать р_mfe = 0.85 р_мф при пластовой температуре.
• Если р_мф при 75 ° F менее 0,1 Ом · м, рассчитать р_mfe из р_мф используя Schlumberger Chart SP-2 или аналогичный.

После этого можно использовать диаграмму Schlumberger SP-2 для преобразования р_мы чтобы получить р_ш.

Аппликации на поверхности

Электроды могут быть размещены на поверхности земли для отображения относительных изменений значения SP (в милливольт, или мВ), как правило, с целью определения пути грунтовые воды поток в недрах, или просачивание из земли плотина. А вольтметр измеряет напряжение между фиксированным электродом с жидкостным переходом и подвижным электродом (вездеходом), который перемещается вдоль поверхности плотины или над районом исследования для сбора нескольких 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 СП также влияют следующие факторы:

• Толщина слоя (час); 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 (р_т) проницаемого слоя; В качестве р_т/р_м увеличивается, прогиб СП уменьшается, а границы пласта становятся менее резкими. Присутствие углеводородов также снижает SP.
• Удельное сопротивление зоны проникновения (р_хо) и удельное сопротивление грязи (р_м); SP увеличивается с увеличением р_хо/р_м
• Диаметр вторжения (d_я); SP уменьшается по мере углубления вторжения
• Отношение фильтрата бурового раствора к солености пластовой воды: р_мф/р_ш
• Сопротивление соседних сланцев (р_s); SP увеличивается с увеличением р_s/р_м
• Диаметр отверстия (d_час); С увеличением размера отверстия значение SP уменьшается.

Методика измерения

Спонтанный потенциал можно измерить, поместив один зонд вольтметр на поверхности Земли (называемый поверхностным электродом) и другим зондом в скважине (называемым скважинным электродом), где должно быть измерено SP. Фактически, инструменты регистрации используют именно этот метод. Поскольку это измерение относительно просто, обычно скважинный электрод SP встраивается в другие каротажные инструменты.

Смотрите также

• Самопроизвольная потенциальная регистрация

внешняя ссылка

• Таблицы поправок Schlumberger для SP

Рекомендации

1. Корвин, Р. Ф., 1990, Метод самопотенцирования для экологических и инженерных приложений, в Уорд, С. Х., редактор, Geotechnical and Environmental Geophysics, Volume I: Review and Tutorial, Society of Exploration Geophysicists, Tulsa, OK.

• М.Гондуэн, М.П. Тиксье, Г.Л. Симар, Журнал нефтяных технологий, февраль 1957 г., "Экспериментальное исследование влияния химического состава электролитов на кривую SP"
• Гайод, Х., Oil Weekly, 1944, "Электрические потенциалы в буровых скважинах"
• Пирсон, С.Дж., The Oil and Gas Journal, 1947, "Исследование кривой SP"