Войти
Спонтанный потенциал (SP), также называемый самопотенциалом, является естественным разность электрических потенциалов в Земле, измеренная электродом относительно неподвижного электрода сравнения. Самопроизвольные потенциалы часто измеряются в скважинах для оценки пласта в нефтегазовой отрасли, и они также могут быть измерены вдоль поверхности Земли для разведки полезных ископаемых или подземные воды разведка. Это явление и его применение в геологии впервые было обнаружено Конрадом Шлюмберже, Марселем Шлюмберже и Э. Леонардона в 1931 году, и первые опубликованные образцы были с румынских нефтяных месторождений.
Спонтанные потенциалы (SP) обычно вызываются разделением зарядов в глине или других минералах из-за наличия полупроницаемой поверхности раздела, препятствующей диффузии ионов через поровое пространство горных пород или естественным потоком проводящей жидкости через горные породы.
Происхождение SP через пласт можно отнести к двум процессам, связанным с движением ионов:
Потенциал потока возникает из потока электролита ( вода) над естественно заряженными твердыми телами (то есть поверхностями, которые приобрели электрокинетический или дзета-потенциал). Потенциал потока появляется, когда его нагнетают 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 сланец. Таким образом, в большинстве случаев измеренный спонтанный потенциал связан только с электрохимическим потенциалом.
Электрохимический потенциал (EC) - это сумма жидкостного перехода или диффузионного потенциала (E J) и мембранного потенциала (E M)
Рис.1: Электрохимический потенциал: жидкостный переход и мембранный потенциал Потенциал жидкостного перехода устанавливается при непосредственном контакте фильтрата бурового раствора и пластовой воды на краю внедренного пласта. Ионы Na и Cl диффундируют из одного раствора в другой, но с разной скоростью из-за различной подвижности. Na, как правило, меньше подвижен из-за его сродства к молекулам воды.
где:
Мембранный потенциал развивается, когда два электролита с различной ионной концентрацией, такие как грязь и пластовая вода, разделены сланцем. Глинистые минералы в сланцах обычно состоят из атомов Al, Si и O. Ионы O занимают внешний слой и вызывают чистый отрицательный заряд. Ионы Na из раствора притягиваются и позволяют проходить через шлейф e, а ионы Cl отталкиваются. Ионы Na будут мигрировать между двумя растворами с чистым притоком от более соленого к менее насыщенному.
где:
Таким образом, общий электрохимический потенциал выражается как E C = E M + E J = K log 10(aw/amf)
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(Rmfe /Rwe), где R mfe и R we - эквивалентное удельное сопротивление фильтрата бурового раствора и эквивалентная пластовая вода удельное сопротивление соответственно.
Идеальный самопроизвольный потенциал в чистом слое известен как статический SP (SSP) и определяется следующим образом:
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 оценки солености пластовой воды и содержания глины. Из-за природы электрического тока SP может быть зарегистрирован только в проводящем буровом растворе.
Как установлено ранее, статический SP определяется следующим образом:
Статический SP (SSP) может быть получен непосредственно из кривую SP, если пласт чистый, толстый, пористый, проницаемый и имеет лишь умеренное проникновение. Если эти условия не выполняются, зарегистрированное SP необходимо будет скорректировать. Для этого доступны различные таблицы коррекции.
Чтобы преобразовать измеренное удельное сопротивление фильтрата бурового раствора R mf в эквивалентное удельное сопротивление фильтрата бурового раствора R mfe, используются следующие правила:
Затем можно использовать диаграмму Шлюмберже SP-2 для преобразования R мы для получения R w.
Электроды могут быть размещены на поверхности земли для отображения относительных изменений значения SP (в милливольт или мВ), как правило, с целью определения пути потока подземных вод в недрах или просачивания из земляной плотины. Вольтметр измеряет напряжение между неподвижным электродом с жидкостным переходом и подвижным электродом (вездеходом), который перемещается вдоль забоя плотины или над исследуемой областью для сбора нескольких показаний. Наблюдаемые аномалии могут указывать на движение или просачивание грунтовых вод.
SP может зависеть от нескольких факторов, которые усложняют интерпретацию. Помимо нефтехимической составляющей, на SP также влияют электрокинетический потенциал и биметаллизм. Кроме того, на SP также влияют следующие факторы:
Спонтанный потенциал можно измерить, поместив один зонд вольтметра на поверхность Земли (называемый поверхностным электродом) и другой зонд в стволе скважины (называемый скважинным электродом), на котором необходимо измерить SP. Фактически, инструменты регистрации используют именно этот метод. Поскольку это измерение относительно простое, обычно скважинный электрод SP встроен в другие каротажные инструменты.
