Geofizica- Cap 4

7/29/2019 Geofizica- Cap 4

1/25

4

POTENIALUL SPONTAN

4.1. Fundamentarea fizico-chimic

a potenialului spontan

Potenialul spontan sau potenialul natural ia natere ca urmare aunor procese de activitate electrochimic ce se desfoar la limitele: noroide foraj - formaiuni geologice, zon de invazie - zon necontaminat icolector - roci adiacente. Aceste procese fizico-chimice creeaz cmpurielectrice de autopolarizare care pot fi cuantificate de mrimea scalar -potenial electric V. Diferena de potenial ce se msoar ntre un electrodlansat n sond i un alt electrod plasat la suprafaa solului (fig.4.1) estecunoscut n geofizica de sond sub denumirea de potenial spontan,

prescurtat PS.n uniti SI diferena de potenial se msoar n joule/coulomb(J/C). Unitatea practic de msur a diferenei de potenial este voltul (V);legtura dintre cele dou uniti de msur este: 1 volt = 1 joule/1 coulomb

ntruct potenialele care apar n urma proceselor fizico-chimicesunt mici, se utilizeaz un submultiplu al voltului, milivoltul (mV).

Procesele fizico-chimice care dau natere potenialului spontansunt: procesul de difuzie, procesul de adsorbie, procesul de electrofiltraiei procesul de oxido-reducere.

4.1.1. Procesul de difuzie i potenialul de difuzie

Difuzia reprezint transportul substanelor chimice ntr-o fazmaterial alctuit din doi sau mai muli componeni dintr-o zon n careconcentraia lor este mai ridicat, ntr-o zon n care concentraia lor estemai sczut. Fora motoare a difuziei este diferena de potenial chimic asubstanelor ce difuzeaz, care are acelai semn cu diferena ntre concen-traiile n sare la temperatur uniformi constant n tot sistemul.


2/25

POTENTIALUL SPONTAN

59

M

G

N

300

350

400

450

Linianisipurilor

Liniamarnelor

EPS

EPS- +

Adncimea

Fig.4.1. Schema principial de msur

a potenialului spontan [ 54 ].

Pentru a descrie transportul de sarcin i crearea potenialului dedifuzie se consider dou soluii electrolitice de concentraii diferite fnc i

aic

, reprezentnd filtratul de noroi i, respectiv, apa de zcmnt ( aifncc Cfnivalori electropozitive n dreptul rocilor impermeabile (argile i/sau marne)

(fig.4.10).Formaiunile carbonatice prezint urmtoarele condiii specifice, ngeneral o porozitate mai mic i rezistivitatea mare a rocilor n special arocilor compacte (calcare compacte) care sunt practic izolatori. Acesteproprieti ale rocilor carbonatice modific distribuia curenilor PSI itotodat forma i amplitudinea curbei de PS

Din distribuia curenilor PSI prezentat n figura 4.11 se poateobserva c liniile de curent sunt paralele i concentrate de-a lungul guriide sond n zona calcarului compact, avnd o densitate constant. Dac


17/25

POTENTIALUL SPONTAN

74

diametrul sondei este constant, atunci cderea de potenial n noroiul deforaj pe unitatea de lungime este constant i n faa calcarului compactpotenialul spontan va prezenta o variaie liniar.

Fig.4.10. Exemplu de diagram de PS n formaiuni nisipoase

n alternan cu marne i argil.


18/25

POTENTIALUL SPONTAN

75

Calcarcompact

Calcarporos - permerabil

Marn

IPS +

+++

++

+ +

Fig.4.11. Reprezentarea schematic a distribuiei curenilor PSI n formaiuni calcaroase cu intercalaii argiloase [5].

Liniile de curent ptrund n noroiul de foraj n dreptul stratelor deargili se ntorc prin zonele poros-permeabile. Fa de aceast distribuiea curenilor PSI stratele poros-permeabile prezint pe curba de potenialspontan convexiti ctre sensul negativ al curbei, iar stratele de argilconcaviti.

n figura 4.12 este reprezentat o diagram de potenial spontan ntr-

o succesiune de roci carbonatice compacte i poros-permeabile cuintercalaii de argil.

Cv

Cv

Cx

EPS

Calcarcompact

Calcarporos - permerabil

Marn

Fig.4.12. Reprezentarea curbei de PS n formaiuni

calcaroase cu intercalaii argiloase [5].


19/25

POTENTIALUL SPONTAN

76

Pe curba de potenial spontan se pot trasa dou linii importante:

a) Linia marnelor

Aa cum s-a artat mai sus valorile nregistrate ale curbei de PS ndreptul argilelor sau mamelor sunt electropozitive i relativ constante. Prinaceste valori se poate trasa o dreapt care se numete linia marnelor ireprezint o linie mediat a valorilor electropozitive ale curbei de PS(fig.4.10). Aceast linie este aleas n mod convenional linia de zero a PS

Valorile potenialului spontan nregistrat PSE sunt msurate, nmilivoli, de la aceast linie de zero i pn n punctul de maxim al

amplitudinii curbei de PSLinia de zero a PS se traseaz pentru o formaiune geologic sau un

interval din cadrul unei formaiuni geologice i nu pentru fiecare strat.Deplasarea liniei de zero a PS. Deplasarea liniei de zero (lina

marnelor) a PS este determinat urmtoarelor cauze principale:cauze geologice:

- schimbarea compoziiei chimico-mineralogice a argilelor saumarnelor;- prezena unor strate poroase-permeabile cu ap de zcmnt

cu saliniti diferite care nu sunt separate de o membrancationic perfect;- nclinarea stratelor de argil;

cauze tehnologice:

- schimbarea mineralizrii fluidului de foraj;- polarizarea electrozilor.

O deplasare important cu implicaii n interpretarea curbelor de PSo reprezint prezena unei membrane cationice imperfecte (o intercalaie deargil) care separ dou strate poros-permeabile ce conin ap de zcmnt

cu saliniti diferite. n figura 4.13 este ilustrat un asemenea caz simplificat.Sunt prezentate o serie de nisipuri B, D, F, H separate de intercalaiileargiloase C, E, G. Curba de PS prezint n dreptul nisipului B oamplitudine de -42 mV. Argila C nu este o membran cationic perfecticurba de PS nu atinge n dreptul acestei argile linia de zero din dreptulargilei A. n dreptul nisipului D curba de PS, prezint o valoare apropiatde cea a liniei de zero corespunztoare argilei A, ceea ce poate fi interpretatca o marn nisipoasi nu un nisip. De fapt nisipul D prezint o valoareelectropozitiv de 44 mV, din cauza mineralizaiei sczute a apei dezcmnt avnd drept linie de zero linia corespunztoare argilelor E si G.


20/25

POTENTIALUL SPONTAN

77

Nisipurile F, H prezint o valoare a potenialului spontan nregistratde -23 mV. n realitate se pot ntlni cazuri mult mai complicate dect celprezentat n figura 4.13.

b) Linia nisipurilor

Prin valorile electronegative maxime ale PS, se poate trasa o a doualinie care poart denumirea de linia nisipurilor, deoarece valorileelectronegative maxime prezint nisipurile i gresiile curate (fr coninutde argil) saturate cu ap de zcmnt mineralizat (fig.4.10).

n mod frecvent se va sesiza faptul c linia nisipurilor nu atinge

toate amplitudinile curbei de PS, cauza principal o constituie prezenamaterialului argilos n colectoare.

Marn A

Nisip D

Marn C

Nisip F

Nisip B

Nisip H

Mar En

Mar Gn

PS(mV)

-42

+44

-23

= 0,2 m la 80 Cfn

0

Fig.4.13. Exemplu de deplasare a liniei de zero PS.

( Schlumberger Doc. ) [49] )


21/25

POTENTIALUL SPONTAN

78

4.4. Interpretarea calitativi cantitativ a PS

Carotajul potenialului spontan alturi de carotajul de rezistivitateface parte integrant din toate programele de investigare geofizic, datoritinformaiilor pe care aceast metod le d asupra formaiunilor geologicetraversate de sonde. Aceste informaii sunt att de ordin calitativ, ct icantitativ. Principalele aplicaii ale carotajului PS sunt:

a) corelarea geologic a profilelor de sond;b) separarea rocilor poros-permeabile;c) determinarea limitelor i grosimii stratelor poros-permeabile;d) determinarea rezistivitii apei de zcmnt;e) determinarea volumului de argil din colector.

a) Corelarea geologic a profilelor de sond

Diagrafia de potenial spontan se utilizeaz n mod frecvent lacorelarea formaiunilor traversate de mai multe sonde spate n cadrulaceleiai structuri sau zone de explorare sau exploatare att pentruhidrocarburi, ct i pentru alte substane minerale utile. Aceast corelare se

efectueaz pe baza unor repere geologo-geofizice identificate nformaiunile geologice i constante pe o structur sau o zon.

b) Separarea rocilor poros-permeabile

Curba de potenial este utilizat cu foarte bune rezultate la separareacalitativ a zonelor poros-permeabile n formaiuni grezos-nisipoase nalternan cu marne i/sau argile.

n aceste formaiuni stratele poros-permeabil respectiv rocile colec-toare sunt evideniate prin valori electronegative n raport cu rocileimpermeabile, marne i argile, care sunt evideniate pe curbele de potenial

spontan prin valori electropozitive, dnd posibilitatea unei determinriprecise a rocilor colectoare (fig.4.22).

n formaiuni carbonatate, stratele poros-permeabile sunt eviden-iate prin convexiti ctre semnul minus, stratele impermeabile (marne iargile) prin concaviti iar rocile compacte prin variaii liniare.

Din cauza valorii mari a raportului rezistivitii rocii / rezistivitateanoroiului de foraj, curba este estompat i n multe cazuri evideniereastratelor poros-permeabile nu se face cu exactitate (fig.4.23).


22/25

POTENTIALUL SPONTAN

79

c)Determinarea limitelori grosimii stratelor poros-permeabileDeterminarea limitelor i grosimii stratelor poros-permeabile dup

curba de P.S. este utilizat n mod curent n antier. Procedeele practice dedeterminare au rezultat din distribuia cmpurilor electrice naturale createca urmare a fenomenelor electrochimice. Se deosebesc dou metode ianume:

- metoda jumtii amplitudinii sau metoda PSE2

1pentru stratele de

grosime mare n care dh 4> ;

- metoda grosimii fictive hf i metoda PSE3

2, pentru strate de grosime

mic n care h < 4 d.

d) Determinarea rezistivitii i concentraiei n sare a apei de

zcmnt

Pentru determinarea rezistivitii apelor de zcmnt de pe curba depotenial spontan se pleac de la expresia potenialului spontan static(relaia 4.22) care este:

ai

fn

DAPSS KE

= lg .

Pentru a utiliza aceast relaie sunt necesare unele corecii, ntructecuaia a fost obinut n ipoteza c att filtratul de noroi ct i apa dezcmnt au proprietile unei soluii de NaCl n care ntreaga cantitate desare este disociat. S-a presupus de asemenea c rezistivitatea fluidului esteinvers proporional cu activitatea lor chimic. Prima ipotez este cel puinvalabil pentru soluii foarte diluate de sare, iar a doua ipotez devine

progresiv nevalabil pe msur ce concentraia n NaCl crete. Laconcentraii mari de NaCl interaciunile ionice joac un rol important nprocesul de conducie i rezistivitatea soluiei nu mai este inversproporional cu activitatea.

Pentru a corecta aceste ipoteze s-a introdus conceptul de rezistivitateechivalent ( )

eai care este definit astfel nct s fie invers proporional

eu activitatea n orice condiii. Mai precis ea este definit ca ( )ai

eaia

A= ,

undeA este o variabil determinat astfel nct ( )eaiai

= n soluii diluate.


23/25

POTENTIALUL SPONTAN

80

Ad.(m)Ad.(m)

1500

1550

1600

Ad.(m)Ad.(m)

1600

1650

1700

Fig.4.22. Diagrama de potenial Fig.4.23. Diagrama de potenial

spontan n formaiuni nisipoase spontan ntr-o formaiune

n alternan cu marne sau argile. calcaroas.

Dac conceptul de echivalen este aplicat att filtratului de noroi,ct i apei de zcmnt ecuaia (4.22) devine:

( )eai

efnDAKPSSE

= lg (4.35)

ntruct concentraia n sare a filtratului de noroi, n cazulnoroaielor nemineralizate este mic, rezistivitatea filtratului de noroi esteaproximativ egal cu rezistivitatea echivalent (valabil la rezistiviti maimari de 0,3 m, pentru soluii de NaCl), atunci relaia (4.35) devine:

( )eai

fnDAKPSSE

= lg . (4.36)


24/25

POTENTIALUL SPONTAN

81

n cazul soluiilor diluate de NaCl dependena ( ) ( )aie

ai f =

reprezint o dreapt, n baza relaiei ( )ai

eaia

A= . Totui experimentele

efectuate pe probe de ap de zcmnt au artat o abatere de la dreaptacorespunztoare soluiilor diluate de NaCl, datorit prezenei n apa dezcmnt a ionilor bivaleni de calciu i magneziu.

Pe structurile n care predomini alte sruri dect NaCl se poatestabili concentraia echivalent n NaCl conform celor artate larezistivitatea apei de zcmnt.

Relaiile de dependen dintre rezistivitatea apei de zcmnt i afiltratului de noroi i rezistivitiile echivalente sunt redate grafic n figura4.24.

Pornind de la relaia (4.35) se poate determina ( )eai

i apoi ai dac se cunosc fn i PSSE . Rezistivitatea filtratului de noroi se determin

Fig.4.24. Dependena dintre rezistivitatea apei de zcmnt

i a filtratului de noroi i rezistivitile echivalente

( Schlumberger Doc. ) [ 52 ].


25/25

POTENTIALUL SPONTAN

82

n mod obinuit din rezistivitatea noroiului cu relaia nfn = , sauprin msurtori directe. Potenialul spontan static PSSE se obine dinvaloarea potenialului spontan nregistrat corectat cu grosimea stratului ia raportului ni .

e) Determinarea volumului de argil

La factori care influeneaz amplitudinea curbei de PS s-a artat cargila coninut de colector acioneaz n sensul micorrii amplitudiniicurbei.

n nisipurile acvifere, de rezistivitate mic sau medie, cu argila sub

form de lamine, Poupon i Gaymard stabilesc urmtoarea relaie pentrudeterminarea volumului de argil

PSS

PSarg

E

EV

1 (4.37)

unde PSSE este potenialul static n nisipuri acvifere curate; PSE -potenialul spontan n dreptul unui strat cu coninut de argil.

O alt relaie de calcul a volumului de argil de pe curba de PS este:

minPSmaxPS

minPSPSarg

EEEEV

= (4.38)

Mrimile din expresia (4.38) sunt:PSE - valoarea PS n dreptul stratului analizat;

minPSE - valoarea PS n dreptul unui strat curat acvifer din seciunea

analizat;

maxPSE - valoarea PS n dreptul unui strat de argil.

Geofizica- Cap 4

Documents

Transcript of Geofizica- Cap 4