Geofizica de sonda - Ion Malureanu

i

Ion MLUREANU

GEOFIZIC DE SOND

Vol. I

Editura Universitii Petrol-Gaze din Ploieti 2007

iii

CUPRINS

Introducere

1. Noiuni introductive

1.1. Investigaia geofizic a sondelor

1.2. Metodele geofizice de investigaie a sondelor clasificare

1.3. Tehnologia efecturii operaiunilor geofizice la sond

2. Proprietile petrofizice ale rocilor colectoare i ale rocilor protectoare

2.1. Roci colectoare i roci protectoare

2.2. Minerale argiloase i roci argiloase

2.2.1. Minerale argiloase

2.2.2. Roci argiloase

2.2.3. Capacitatea de schimb cationic

2.2.4. Relaiile ap argil

2.2.5. Stratul dublu electric

2.2.6. Modele de existen a argilei n nisipuri i gresii

2.3. Proprietile petrofizice ale rocilor

2.3.1. Porozitatea

2.3.2. Saturaia

2.3.3. Permeabilitatea

2.3.4. Dependena permeabilitate relativ saturaia

2.3.5. Presiunea

2.4. Rezistivitatea sistemului roc fluid

iv

2.4.1. Definiii

2.4.2. Rezistivitatea mineralelor i a rocilor

2.4.3. Rezistivitatea apei de zcmnt i a hidrocarburilor

2.5. Factorul de rezistivitate al formaiei

2.5.1. Relaia de definiie, dependena factor de rezistivitate a formaiei porozitate

2.5.2. Relaia de dependen factor de formaie saturaie

2.5.3. Influena anizotropiei asupra rezistivitii rocilor

2.5.4. Influena coninutului de argil asupra rezistivitii rocilor

2.5.5. Influena presiunii asupra rezistivitii rocilor

2.5.6. Conductivitatea argilelor

3. Condiii de msurare n sondele netubate

3.1. Fenomenul de invazie

3.2. Distribuia fluidelor

3.3. Distribuia rezistivitilor

4. Potenialul spontan

4.1. Fundamentarea fizico chimic a potenialului spontan

4.1.1. Procesul de difuziune i potenialul de difuziune

4.1.2. Procesul de adsorbie i potenialul de adsorbie

4.1.3. Potenialul de difuziune adsorbie

4.1.4. Procesul de electrofiltraie i potenialul de electrofiltraie

4.1.5. Procesul de oxidare reducere i potenialul de oxidare reducere

4.2. Potenialul spontan total, potenialul spontan nregistrat i potenialul spontan static

v

4.2.1. Potenialul spontan total

4.2.2. Potenialul spontan static

4.2.3. Potenialul spontan nregistrat

4.3. Forma de reprezentare a diagrafiei PS

4.4. Factorii care influeneaz forma i amplitudinea curbei de PS

4.5. Interpretarea calitativ i cantitativ a PS

5. Determinarea rezistivitii rocilor (fundamentare fizico-matematic)

5.1. Determinarea rezistivitii n mediu omogen i izotrop

5.1.1. Distribuia cmpului electric al unei surse punctiforme de curent n mediu omogen i izotrop

5.2. Dispozitivele de rezistivitate

5.2.1. Dispozitivele reale de rezistivitate

5.3. Caracteristicile dispozitivelor de rezistivitate

5.4. Determinarea rezistivitii n mediu omogen anizotrop

5.5. Determinarea rezistivitii n medii cu limite plan-paralele

5.5.1. Cazul unei limite de separaie

5.5.2. Cazul a dou limite de separaie

5.5.3. Rspunsul dispozitivelor poteniale i gradiente n medii neomogene cu limite de separaie plan-paralele traversate de sond

5.6. Determinarea rezistivitii n medii cilindrice infinit lungi, coaxiale, cu sursa de curent pe axa lor

5.6.1. Distribuia discontinu a rezistivitii

5.6.2. Distribuia continu a rezistivitii

6. Metode electrice cu dispozitive nefocalizate

vi

6.1. Carotajul electric standard

6.1.1. Caracteristicele dispozitivelor carotajului electric standard

6.1.2. nregistrarea diagrafiei electrice standard

6.1.3. Forma de reprezentare a diagrafiei electrice standard

6.2. Alte procedee de carotaj electric standard

6.2.1. Carotajul electric standard cu dispozitive pentru sare

6.2.2. Carotajul electric special

6.3. Aplicaiile diagrafiei electrice standard

6.4. Carotajul electric lateral

6.4.1. Metoda BKZ

6.4.2. Metoda DRR

6.5. Microcarotajul standard

6.5.1. Principiul i caracteristicile dispozitivelor de microcarotaj standard

6.5.2. Rspunsul microcarotajului standard i forma de reprezentare a diagrafiei

6.5.3. Interpretarea diagrafiei de microcarotaj standard

7. Carotajul electric focalizat de tip laterolog

7.1. Domeniile de aplicabilitate ale carotajului electric focalizat de tip laterolog

7.2. Macrodispozitive focalizate de tip laterolog

7.2.1. Dispozitivul Laterolog-7

7.2.2. Dispozitivul Laterolog-3

7.2.3. Dispozitivul focalizat Dual Laterolog

7.2.4. Carotajul electric cu focalizare sferic

vii

7.3. Rspunsul dispozitivelor focalizate de tip laterolog i forma de prezentare a diagrafiei

7.3.1. Medii neomogene cu limite de separaie cilindrice infinit lungi

7.3.2. Forma de prezentare a diagrafiei electrice focalizate

7.4. Interpretarea i aplicaiile diagrafiei focalizate de tip laterolog

7.4.1. Interpretarea calitativ i cantitativ

7.4.2. Aplicaiile diagrafiei electrice focalizate Laterolog i Dual-Laterolog

7.5. Microcarotajul focalizat

7.5.1. Microlaterologul

7.5.2. Microcarotajul proximity-log

7.5.3. Microcarotajul cu focalizare sferic MSFL

7.5.4. Rspunsul dispozitivelor de microcarotaj focalizat i forma de reprezentare a diagrafiei

7.5.5. Interpretarea diagrafiei de microcarotaj focalizat

7.5.6. Aplicaiile diagrafiei electrice cu microdispozitive

8. Carotajul inductiv

8.1. Scurt istoric

8.2. Fundamentarea teoretic pe baza induciei electromagnetice

8.2.1. Caracteristicile de investigare radial i vertical

8.2.2. Dispozitive de carotaj inductiv

8.3. Fundamentarea teoretic pe baza propagrii cmpului electromagnetic

8.4. Rspunsul dispozitivului inductiv n mediu cu stratificaie plan-paralel

8.5. Rspunsul dispozitivului inductiv n mediu cu limite de separaie cilindrice infinit lungi

viii

8.6. Variante de carotaj inductiv i forma de prezentare a diagrafiei

8.6.1. Carotajul electric inducie (CEI)

8.6.2. Carotajul dual inducie laterolog (DIL)

8.7. Interpretarea diagrafiei inductive

8.7.1. Interpretarea calitativ

8.7.2. Interpretarea cantitativ

8.8. Aplicaiile carotajului inductiv

9. Carotajul electromagnetic

9.1. Fundamentarea teoretic

9.2. Dispozitive de carotaj electromagnetic (cu cablu)

9.2.1. Dispozitivul EPT

9.2.2. Carotajul electromagnetic cu investigaie adnc DPT (Deep Propagation Tool)

9.3. Metode de interpretare

9.3.1. Metoda tpo modificat

9.3.2. Metoda tpo modificat pentru ap dulce

9.3.3. Metoda saturaiei duale

10. Carotajul electric n timp real

10.1. Carotajul electric cu dispozitivul potenial de 16in

10.2. Carotajul electric focalizat de tip laterolog

10.3. Carotajul dual de rezistivitate

10.4. Carotajul de rezistivitate curent i carotajul de rezistivitate cu electrozi punctiformi (Resistivity At Bit tool)

10.4.1. Rezistivitatea curent i rezistivitatea radial

ix

10.4.2. Rezistivitatea msurat cu electrozi punctiformi

10.5. Carotajul electromagnetic

10.5.1. Factorii care influeneaz msurtorile de rezistivitate

10.5.2. Prezentarea diagrafiei

10.6. Carotajul electromagnetic dual CDR (Compensated Dual Resistivity)

10.6.1. Principiul metodei

10.6.2. Rspunsul carotajului CDR

10.6.3. Aplicaiile CDR

10.6.4. Factorii care influeneaz forma curbelor de rezistivitate

10.7. Dispozitivul compensat matricial de rezistivitate ARC-5 (Array Resistivity Compensated tool)

Bibliografie

3

1

NOIUNI INTRODUCTIVE

1.1. Investigaia geofizic a sondelor

Geofizica, n sensul cel mai general, este tiina care se ocup cu studiul proprietilor fizice ale globului terestru i ale prilor lui constitutive precum i cu studiul fenomenelor fizice ce se desfoar n interiorul, la suprafaa i n exteriorul lui (dup Liviu Constantinescu ).

n Gefizic se aplic principiile matematicii i legile fizicii la studiul problemelor i proceselor privind Pmntul n ansamblul lui sau poriuni mari ale acestuia.

O dat cu dezvoltarea geofizicii ca tiin i n condiionare reciproc cu ea a aprut geofizica aplicat. Geofizica aplicat cuprinde ansamblul procedeelor geofizice de cercetare a structurii scoarei terestre n scopul descoperirii i conturrii zcmintelor de minerale utile sau a condiiilor de care sunt legate n general apariia lor. Alte domenii n care geofizica aplicat i aduce un aport important sunt: geologia inginereasc, hidro-geologia i arheologia. Din geofizica aplicat fac parte: prospeciunile geofizice i geofizica industrial. Geofizica industrial cuprinde: geofizica inginereasc i geofizica de sond.

Geofizica de sond conine ansamblul metodelor de investigaie geofizic a formaiunilor geologice traversate de sonde, n scopul determinrii proprietilor fizice ale rocilor i a coninutului n substane minerale utile.

Prin efectuarea unui complex de msurtori geofizice n sonde i prin prelucrarea i interpretarea corespunztoare a datelor obinute se asigur rezolvarea unor probleme legate de explorarea i exploatarea zcmintelor de substane minerale utile.

AdministratorText Box

NOIUNI INTRODUCTIVE

2

Sonda este o construcie minier realizat n scoara terestr printr-un complex de lucrri de foraj ( dislocarea rocii i evacuarea detritusului la suprafa ) urmate la anumite intervale de adncime de consolidare prin operaii de tubare i cimentare.

Prima sond pentru exploatarea petrolului s-a spat la Baku n 1848, iar n Romnia, n 1861, lng Tg.Ocna, la o adncime de 150 m. Cea mai mare adncime, la noi n ar, 7030 m, a fost atins de o sonda forat n localitatea Tufeni, judeul Prahova n anul 1983. Primele msurtori geofizice ale unui parametru fizic n sonde au fost cele de temperatur. Aceste msurtori au fost efectuate n anul 1852 n regiunea Pechelbronn (Frana) de ctre Daubree, precum i n anul 1869 de lordul Kelvin. n ara noastr, primele msurtori de temperatur n sonde au fost efectuate n anul 1906 de profesorul Bungeeanu la Filaret i n anul 1911 de profesorul Ion Tnsescu n antierele petrolifere de la Butenari, Moreni, Moineti i altele. Din perioada 1920 1926 dateaz i primele msurtori de deviaie, iar n anul 1927 este realizat i primul perforator de coloan cu glon, de ctre inginerul Grigore Zmieureanu. Un parametru important msurat n sonde este rezistivitatea rocilor. Prima msurtoare a fost efectuat pe data de 5 septembrie 1927 de fraii Conrad i Marcel Schlumberger, tot n regiunea Pechelbronn, iar n anul 1929 este msurat potenialul natural sau potenialul spontan.

Astfel, s-au pus bazele carotajului electric, aplicat prima dat n Venezuela n anul 1931. Carotajul electric a devenit n scurt timp cea mai important metod de investigaie geofizic a sondelor, cunoscnd o dezvoltare spectaculoas n toate rile productoare de petrol, printre care i Romnia, unde a fost aplicat pe scar industrial nc din anul 1931.

Investigaia geofizic a sondelor se efectueaz cu ajutorul unor utilaje i instalaii care constituie echipamentul de investigaie geofizic, montate de obicei pe unul sau pe dou autovehicule (fig.1.1.).

Investigaia geofizic se efectueaz att n sonde netubate ct i n sonde tubate. n sondele netubate, aceste operaii se pot efectua n cadrul fiecrei etape al procesului de foraj stabilite prin comanda geologo-tehnic, sau n timp real, n timpul forajului

Investigaiile n timp real ( Logging While Drilling LWD) sunt efectuate cu aparatur adecvat i msoar aceleai proprieti fizice ale rocilor, ca i n investigaia geofizic efectuat dup terminarea forajului.

NOIUNI INTRODUCTIVE

3

Unele msurtori geofizice se efectueaz dup tubarea i cimentarea coloanei sau a coloanelor, nainte i dup operaia de perforare, sau n timpul procesului de exploatare (carotaje de producie).

Aparatura necesar efecturii operaiunilor geofizice se mparte n dou module: aparatura de suprafa i aparatura de sond sau dispozitivul de investigaie. Legtura ntre cele dou module se realizeaz cu cablul geofizic sau prin teletransmisie n cazul carotajelor n timp real.

n cotinuare este descris pe scurt aparatura efecturii operaiilor de investigaie geofizic cu cablu. Autolaboratorul sau staia de carotaj 1, care conine aparatura de suprafa i panourile pentru comand, msur i nregistrare i troliul (granicul) 2, cu cablul geofizic 3 necesar introducerii dispozitivelor de investigaie n sond i a extragerii acestora. Elementul care se introduce n sond se numete dispozitiv de investigaie 7 i este lansat prin intermediul cablului geofizic pn la limita inferioar a intervalului de investigat, care este de obicei talpa sondei. Dispozitivul de investigaie are urmtoarele funcii: - creeaz cmpul fizic artificial care este aplicat n metoda de investigaie utilizat: cmpul electric, cmpul radioactiv provocat, cmpul undelor elastice etc.

- sesizeaz cu ajutorul traductorilor, mrimea fizic (sub form de semnale), pe baza cmpului fizic aplicat sau a cmpului fizic natural. Aceste semnale sunt determinate de proprietile fizice ale rocilor: potenial natural, rezistivitate electric, radioactivitate natural sau provocat, viteza undelor elastice etc. Aceste mrimi sunt convertite n semnale (diferene de potenial, pulsuri electrice; - transmite la aparatura de suprafa, prin cablul geofizic, semnalele electrice, care poart informaia privind proprietile fizice ale rocilor, pentru a fi nregistrat i prelucrat.

Parametrii msurai se nregistreaz, n general, n timpul extragerii cablului cu dispozitivul de investigaie doar unele nregistrri sunt efectuate in timpul introducerii diapozitivului, cum este termometria de sond.

Semnalele ajunse la suprafa sunt calibrate pentru a fi convertite n uniti de msur corespunztoare proprietilor fizice ale rocilor.

Utilajul de investigaie mai este completat cu o serie de dispozitive auxiliare, cum sunt: - rolele de geamblac, care au rolul de ghidaj al cablului (rola de ghidaj - 4) i de preluare a micrii liniare a cablului i transformarea ei n micare de rotaie;

NOIUNI INTRODUCTIVE

4

- traductorul (indicatorul) de greutate 5, folosit pentru msurarea tensiunii mecanice n cablu, n timpul lansrii i extragerii dispozitivului de investigare; n timpul lansrii, tensiunea mecanic n cablu (greutatea), trebuie s creasc proporional cu adncimea; apariia unei stagnri sau a unei micorri a acesteia, indic oprirea dispozitivului de investigaie din cauza unui obstacol, fiind necesare o serie de manevre pentru a se trece de obstacolul respectiv; n timpul extragerii, tensiunea mecanic (greutatea) trebuie s scad; apariia unei stagnri sau creteri indic prinderea ntr-o poriune a gurii de sond a dispozitivului de investigaie sau a cablului, fiind de asemenea necesare manevre de degajare; dac acestea nu dau rezultat se trece la operaii de instrumentaie;

Fig.1.1. Utilajul pentru investigarea geofizic a sondelor [5]: 1 - staia de carotaj, 2 - troliul sau granicul, 3 - cablul geofizic, 4 - rola de gidaj,

5 - traductorul de greutate, 6 - dispozitivul de msur a adncimilor, 7 dispozitivul de investigaie. - dispozitivul de msurare a adncimii const dintr-un sistem cu dou role de msur avnd pe axe montate cte un encoder electronic (dispozitiv electronic de codificare a valorilor de adncime). Cablul geofizic antrenea-z rolele de msur i encoderul asigur msurarea cablului. De asemenea sunt efectuate corecii pentru alungirea elastic a cablului geofizic la diferite adncimi.

NOIUNI INTRODUCTIVE

5

Fig.1.2. Cablul geofizic de carotaj [5]:

1 - conductori electrici, izolai cu cauciuc, policlorur de vinil sau teflon, 2 - tres pnzat sau cauciucat, 3 - armtur metalic

compus din dou straturi de srm de oel nfurate n sensuri opuse.

Cablul geofizic, numit i cablul de carotaj, utilizat pentru lansarea i extragerea dispozitivului de investigare, figura 1.2., este alctuit din unul, trei sau apte conductori electrici 1, izolai cu cauciuc, policlorur de vinil sau teflon, nvelii ntr-o tres pnzat sau cauciucat 2 i avnd la exterior o armtur metalic 3 compus din dou straturi de srm de oel, nfurate n sensuri opuse, pentru a asigura rezistena mecanic la ntindere n timpul operaiilor n sonde.

Conductorii electrici servesc la transmiterea curentului electric necesar alimentrii dispozitivului de sond i a semnalelor electrice de msur de la dispozitivul de investigaie la echipamentul de suprafa. Investigaia geofizic a sondelor n timp real [Logging While Drilling - LWD] cuprinde o serie de metode de investigaie care sunt efectuate simultan cu un sistem de msurtori (apsarea pe sap, direcia i nclinarea, fora de torsiune i altele) cunoscute sub denumirea de MWD [Measurements While Drilling]. Unii autori nu difereniaz LWD de MWD i includ toate msurtorile n MWD. ntregul sistem LWD i MWD este format din aparatura de sond, i aparatura de suprafa. Aparatur de sond este montat ntr-o prjin grea amagnetic. Legtura dintre aparatura de suprafa i aparatura de sond este realizat de colona de noroi, care reprezint canalul de transmisie al datelor. O schi de principiu a sistemului este prezentat n figura 1.3. Informaiile sunt transmise la suprafa prin teletransmisie: pulsuri pozitive, pulsuri negative i unde de presiune.

NOIUNI INTRODUCTIVE

6

PRELUCRAREA DATELOR I

Fig. 1.3. Schema de principiu a sistemului LWD i MWD cu modificri [43]

D&I- direcia i nclinarea; WOB- apsarea pe sap; TOR- fora de torsiune; FLOW- debitul fluidului de foraj la turbin; CR- carotajul de rezistivitate; SN- curba de rezistivitate de 16 (Short Normal); GR- carotajul radiaiei gama (total i spectral);CND- carotajul neutronic densitate;TF- dispozitivul de

orientare a ansamblului fa de nordul magnetic;TEM- temperatura

- pulsul de presiune pozitiv este realizat prin creterea intermitent a presiunii fluidului de foraj n prjini, cretere datorat reducerii seciunii de curgere, cu ajutorul unui sistem prezentat n figura 1.4 a.

PREZENTAREA DIAGRAFIEI

DECODIFICAREA SEMNALULUI

CANAL DE TRANSMISIE A DATELOR

(coloana de noroi)

BLOC ELECTRIC pentru colectarea datelor

D&I WOB TOR FLOW TF MWD

Aparatura de suprafa

LWD CR GR SN TEM CND

Apa

ratu

ra d

e so

nd

CONVERTOR (conversia datelor n cod binar)

MODULATOR

NOIUNI INTRODUCTIVE

7

- puls de presiune negativ realizat prin scderea intermitent a presiunii fluidului de foraj n prjini cu ajutorul unei derivaii ce permite noroiului de foraj s ptrund n spaiul inelar dintre peretele sondei i prjina de foraj figura 1.4.b. - unde de presiune, sistemul SIREN. In principiu o valv de presiune, numit modulator, creaz unde de presiune n coloana de noroi,prin variaia seciunii de curgere a acestuia, figura 1.4.c.

Fig. 1.4. Sistemul de transmitere a datelor la suprafa [43] Informaia analogic, provenit de la diferii senzori, figura 1.5, este convertit n blocul convertor - analogic - digital n sistem binar. Datele convertite i sincronizate sunt codificate i transmise unui bloc de control pentru modulator. Aceste sisteme sunt construite pentru transmiterea date-

NOIUNI INTRODUCTIVE

8

lor n dou frecvene, 12 i 24 Hz. Prin noroiul de foraj informaia ajunge la suprafa unde este decodificat i prelucrat cu ajutorul unui calculator de sistem i prezentat sub forma unei diagrame de variaie a parametrului nregistrat n funcie de adncime.

Fig. 1.5. Schi de ansamblu privind transmiterea datelor n sistemul SIRENE [17]

Sistemul LWD efectueaz msurtori n puncte la intervale de timp regulate. Rezult de aici o densitate de date (numr de msurtori pe metru forat). Aceast densitate este funcie de viteza de avansare a sapei, iar la variaia vitezei rezult c msurtorile sunt efectuate la intervale de adncime neregulate.

NOIUNI INTRODUCTIVE

9

densitatea de date pe 0.3 metri (1 ft) forai.

Fig. 1.6. Dependena dintre densitatea de date i viteza de msurare [43]

Aceast dependen corespunde att sistemelor de transmitere a datelor prin

1.2. Metodele geofizice de investigaie a sondelor clasificare

cmpu

vitii electrice a rocilo

arent cu macrodispozitive:

de tip laterolog;

Calitatea diagramei este funcie de densitatea de date i de rezoluia senzorilor. n figura 1.6 este prezentat dependea dintre viteza de avansare i

unde de presiune (sistemul SIREN), ct i pentru celorlalte sisteme.

Clasificarea metodelor geofizicii de sond este fcut n funcie de l fizic pe care-l studiaz fiecare din aceste metode. Fr a acoperi

absolut toate metodele de investigaie cunoscute, se prezint mai jos clasificarea principalelor metode ale geofizicii de sond.

A) Carotajul electric, bazat pe msurarea rezistir i a potenialelor spontane care iau natere n gaura de sond (PS),

este utilizat n urmtoarele variante: -carotajul de rezistivitate ap

- carotajul electric standard; - carotajul electric lateral; - carotajul electric focalizat

NOIUNI INTRODUCTIVE

10

gnetic; - carot icrodispozitive:

laterolog cu variantele:

u focalizare sferic; - carotajul

B) area radiaiilor (gama, de neu-troni )

ral al radiaiei gama naturale;

(disper-

- carotajul ensitate;

a selectiv. - carotaju

n-gama; cu neutroni termici:

t. -carotajul neutron-neutron cu neutroni epitermici;

ic; ctivi;

-carotajC) tudiul proprietilor de propagare a

undelo

ate; n sonde

a acustic a sondei.

- carotajul inductiv; - carotajul electromaajul de rezistivitate aparent cu m-microcarotajul convenional; -microcarotajul focalizat de tip

-microlaterolog; -proximty log; -microcarotajul cpotenialelor naturale sau spontane;

- carotajul potenialelor provocate. Carotajul radioactiv const n msur

naturale sau provocate i se utilizeaz n urmtoarele variante: - carotajul gama natural; - carotajul gama spectral:

-carotajul spect-carotajul spectral al radiaiei gama provocatesate, de captur, de activare, de ciocnire neelastic); radiaiei gama dispersate: -carotajul gama-gama de d-carotajul litologic; -carotajul gama-gaml neutronic:

-carotajul neutro-carotajul neutron-neutron

-carotajul neutronic obinuit; -carotajul neutronic compensa

-carotajul neutronic n impulsuri; -carotajul de activare; -carotajul foto-neutron-carotajul izotopilor radioa-carotajul C/O i Ca/Si. ul de flourescen X.

Carotajul acustic, bazat pe sr acustice n roci, este cunoscut n urmtoarele variante:

- carotajul acustic de vitez (obinuit, compensat); - carotajul acustic de atenuare (n sonde netubtubate); - imagine

NOIUNI INTRODUCTIVE

11

D) etria de sond studiaz distribuia cmpu

diul proprietilor magnetice are ca var

rotajul magnetismului natural; e a rocilor;

F) ernometria de sond

cu brae expandabile,

H) continu cu pandajmetre cu trei brae;

e (de mare

I) Metodele geochimice se bazeaz pe studierea gazelor din noroiul de for

gazcarotajul cu variantele: gazcarotajul cu analiz global; gaz -

luminiscent i msurtorile n cabina

De surtori geofizice propriuzise n geofizica de sond sunt tr

1.3. T hnologia efecturii operaiunilor geofizice la sond

condi

pentru material tubula

Carotajul termic i termomrilor termice naturale i artificiale. E) Carotajul magnetic, bazat pe stuiante:

- ca- carotajul susceptibilitii magnetic- carotajul magnetic nuclear. Carotajul gravimetric;

G) Cavernocarotajul i cav- cavernometria obinuit cu cavernometre (tip patin, tip lame elastoce); - cavernometria sonic; Pandajmetria: - pandajmetria - pandajmetria continu cu pandajmetre cu patru brarezoluie).

aj i bitumenele din probele de sit, probe laterale i carote mecanice, respectiv:

- carotajul cu cromatografie; - carotajul de bitumene sau geologic. i nu sunt m

atate de unii autori i metodele de contol al sondelor (msurtori de deviaie orintat a sondelor, msurtori pentru dirijarea sondelor, msurtori pentru localizarea mufelor, msurtori de presiune, msurtori de debite etc.) precum i lucrrile de deschidere i probare a formaiunilor (perforare, torpilare, probe laterale etc.)

e

Instalarea corect la sond a echipamentului geofizic reprezint o ie esenial pentru efectuarea operaiei de investigaie, de probare sau

de deschidere a stratelor n condiii optime i de deplin securitate, att pentru utilaj, ct i pentru personalul implicat, figura 1.3.

Staia de carotaj 1 se instaleaz n faa platformeir al sondei 14, la o distan de 25-75 m.

NOIUNI INTRODUCTIVE

12

Fig 1.3. Instalarea echipamentului de investigare geofizic de sond [5]: 1 - staia de carotaj, 2 - suportul de susinere, 3 - indicator de greutate, 4 - ansamblu de legtur, 5 - dispozitivul de investigare, 6 - cablu de oel, 7 - capac de protecie, 8 - masa rotativ, 9 - podul

sondei, 10 - instalaia de prevenire a erupiilor, 11 - travers metalic, 12 troliul, 13 - pene, 14 - material tubular al sondei, 15 - cablul geofizic, 16 - rolele de geamblac, 17 - cablul scripetelui

auxiliar, 18 - enconderul, 19 - rola superioar, 20 elevator, 21 chiolbai, 22 crlig, 23 - macara, 24 - beciul sondei.

Pentru asigurarea lansrii diapozitivului de investigaie se instaleaz rolele de geamblac 16i 19 care ghideaz micarea cablului geofizic 15. Rola superioar 19 este pentru transmiterea micrii cablului; traductorul indicator de greutate 3 i suportul de susinere 2 - numit i "ciuperc" se monteaz n elevator 20, fixate cu ajutorul chiolbailor 21 de crligul 22 al macaralei 23 i asigurate cu un bol cu sigurana. Rola de ghidaj (inferioar - 16) se leag cu ajutorul unui lan sau cablu de oel 6 de o travers metalic 11 dispus sub podul sondei 9 sau de instalaia de prevenire a erupiilor 10 aflat n beciul sondei 24. n acelai timp, rola conductoare este suspendat de cablul scripetelui auxiliar 17 numit i " mosor".

Dispozitivul de investigaie 5 este cuplat la cablul geofizic 15 cu ajutorul unui ansamblu de legtur 4 i se suspend deasupra gurii puului, n centrul fiind meninut cu ajutorul troliulul 12 unde se gsete i

NOIUNI INTRODUCTIVE

13

enconderul pentru micarea cablului 18. n timpul operaiilor pregtitoare, gura puului este asigurat cu un capac de protecie 7, pentru a evita cderea unor scule n sond. Ansamblul de legtur care asigur cuplajul dintre dispozitivul de investigaie i cablul geofizic este prezentat n figura 1.4.

Fig.1.4. Ansamblu de legtur la cablu al dispozitivului de investigare [5]:

1 - capul electric multifilar, 2 - cablu cu zece conductori, 3 electrozi metalici, 4 - piesa de legtur (rope socket), 5 reducie pentru instrumentaie, 6 - cablul geofizic, 7 - carcasa de protecie, 8 - dispozitivului de sond.

Dispozitivul de investigaie este cuplat la cablul geofizic 6 cu aju-

torul ansamblului de legtur, care este constituit din capul electric multifilar 1, un cablu cu zece conductoare 2, pe care sunt montai doi electrozi metalici 3 ( E1, E2 ), pentru nregistrarea curbelor de rezistivitate i potenial spontan i piesa de legtur la cablul geofizic 4. Capul electric conine o reducie 5 pentru a se asigura instrumentaia n caz de prindere a dispozitivului n sond. Piesa de legtur (rope socket) 4 asigur cuplajul

NOIUNI INTRODUCTIVE

14

mecanic i electric ntre cablul cu zece conductoare al ansamblului de legtur i cablul geofizic cu 7 conductoare 6.

Capul electric asigur etanarea aparaturii dispozitivului de sond 8 introdus ntr-o carcasa 7 de protecie fa de presiunea hidrostatic a fluidului de foraj din sond, precum i cuplajul electric ntre circuitele aparatului de sond i cablul cu zece conductoare. Etanarea la presiune se realizeaz cu ajutorul unor garnituri inelare de cauciuc (o-ring). Lansarea se face cu atenie, urmrind indicatorul de greutate, pentru a preveni depunerea dispozitivului pe o serie de obstacole din sond i pentru a putea efectua imediat manevrele necesare continurii lansrii.

Dup ce dispozitivul de sond a ajuns la adncimea final (talpa sondei) se ncepe extragerea cu o vitez constant, pentru efectuarea nre-gistrrii parametrilor geofizici. n timpul extragerii, operatorul de la autotroliu trebuie s urmreasc cu atenie indicatorul de greutate pentru a preveni prinderea aparaturii sau a cablului n sond i pentru a se putea lua msurile pentru degajarea acestora.

Aparatura de suprafa preia semnalul provenit de la dispozitivul de investigaie prin intermediul canalului de transmisie (cablul geofizic, noroiul de foraj).

Acest semnal este prelucrat de ctre blocurile electronice corespun-ztoare panourilor de operaiuni i n conformitate cu calibrrile specifice fiecrei metode de investigaie.

Semnalul prelucrat este redat n uniti de msur corespunztoare mrimii msurate n sistem analogic i/sau digital.

O schem de principiu a sistemului analogic i digital este prezentat n figura 1.5.

nregistrrile digitale prezint o serie de avantaje fa de nregis-trrile analogice. n sistemul digital scrile de nregistrare att a adncimilor ct i a proprietilor fizice msurate pot fi modificate n funcie de gradul de detaliere a intervalului necesar a fi interpretat. Interpretarea poate fi efectuat direct cu ajutorul softurilor specializate. Datele pot fi transmise cu ajutorul internetului n centrele de interpretare i la beneficiar, n timp real sau cnd este efectuat investigaia.

nregistrrile analogice efectuate pe film sau hrtie fotosensibil sunt nregistrate ntr-o scar fix, prestabilit. Prelucrarea automat necesit digitizare acestora.

NOIUNI INTRODUCTIVE

15

Fig 1.5. Schema de principiu a sistemului de nregistrare analogic i digital ( dup Moseley,1976, cu modificri ) [27].

Se obine n final o diagrafie geofizic (o diagram) n care se red variaia unuia sau a mai multor parametri msurai, n funcie de adncime, figura 1.6. Preciza cu care aceste curbe redau variaia unuei mrimi fizice cu adncimea depinde de mai muli factori dintre care enumerm: sensibilitatea dispozitivului de investigare, condiiile de msur, calibrarea apraturii etc. Avnd n vedere condiiile de investigaie, valorile valorile msurate nu sunt valorile reale, aceste valori sunt valori aparente din care printr-o prelucrare adecvat se obine valoarea real.

NOIUNI INTRODUCTIVE

16

Fig 1.6. Forma de prezentare a diagrafilor geofizice TRASA 1: SP curba de potenial spontan, SGR curba de variaie a radiaiei gama natural,

CALI curba de variaie a diametrului sondei, TRASA 2: adncimea, TRASA 3: LLD rezistivitatea nregistrat cu dispozitiv focalizat cu raz de investigaie adnc, LLS rezistivitatea nregistrat cu

dispozitiv focalizat cu raz de investigaie superficial, MSFLC - rezistivitatea nregistrat cu microdis- pozitiv cu focalizare sferic, TRASA 4: RHOB curba de densitate, TNPH curba de porozitate

neutronic, DTLN timpul unitar de parcurs

19

2

PROPRIETILE PETROFIZICE ALE ROCILOR COLECTOARE I ALE ROCILOR PROTECTOARE

2.1. Roci colectoare i roci protectoare Roca colectoare, denumit i rezervor natural sau roc magazin, reprezint o formaiune geologic care constituie un "recipient natural" i care se caracterizeaz prin capacitatea de acumulare a hidrocarburilor i posibilitatea de a le ceda n parte (dup C. Beca). Principalele roci rezervor sunt: nisipurile, gresiile, calcarele i dolomitele fisurate i cavernoase, microconglomeratele, conglomeratele, pietriurile i, mai rar, rocile metamorfice i rocile eruptive fisurate. Pentru a putea constitui rezervoare, acestea trebuie s posede dou proprieti importante: porozitate i permeabilitate. Porozitatea este proprietatea care permite rocilor s acumuleze fluide n spaiul poros, respectiv n spaiul liber dintre granulele minerale din care este alctuit roca, iar permeabilitatea reprezint proprietatea rocilor care permite curgerea fluidelor prin spaiile poroase; deci o roc rezervor (magazin) trebuie s fie o roc poros-permeabil. Prin colector se nelege partea cea mai ridicat structural a rezervorului n care sunt cantonate hidrocarburile. n sens mai larg, roca colectoare constituie chiar roca rezervor, fiind o roc poros-permeabil, care poate colecta fluide, att hidrocarburi, ct i ap de zcmnt i permite curgerea acestor fluide. Roci colectoare "curate" O roc colectoare "curat" este o roc fr coninut de argil constituit dintr-un schelet mineral sau "matrice", compus din granule, de diverse dimensiuni, din mineralele componente ale rocii. De exemplu, pentru un nisip sau o gresie "curat, scheletul mineral este constituit preponderent din silice (SiO2), iar pentru rocile carbonatate din calcit (CaCO2) i/sau dolomit (CaMg(CO3)2).

AdministratorText Box


18

Granulele de roc sunt dispuse aleatoriu, fiind cimentate sau necimentate, astfel nct n spaiile dintre ele, numit spaiu poros, pot fi acumulate fluide: ap interstiial i hidrocarburi sau numai ap de zcmnt.

Roca protectoare, se caracterizeaz printr-o permeabilitate foarte redus, practic egala cu zero. Aceast proprietate permite acestor roci s-i ndeplineasc funcia de protecie a acumulrilor de hidrocarburi din rocile colectoare. De asemenea aceste roci trebuie sa fie suficient de groase pentru a rezista diferenelor de presiune. Exemple de roci protectoare: argilele, sarea, gipsul, precum i gresiile, calcarele i dolomitele compacte.

2.2. Minerale argiloase i roci argiloase

2.2.1. Minerale argiloase

Sub numele de minerale argiloase sunt cunoscui hidrosilicaii de Al (uneori Na, Ca sau/i K) cristalizai n sistemul monoclinic i caracteri-zai prin structuri reticulare plane. Reelele cristaline de tip stratificat caracteristice majoritii acestor minerale sunt constituite din dou uniti structurale distincte. O prim unitate structural este format dintr-un strat al tetraedrilor silicici (Te), care formeaz o reea hexagonal repetat la infinit cu formula structural Si4O6(OH)4, n care se recunosc complexele anionice (Si2O5)-2 sau [ Si4O10]-4. Fiecare tetraedru conine patru atomi de oxigen sau grupri hidro-xilice n vrfurile tetraedrului i un atom de siliciu n centru (figura 2.1). Cea de a doua unitate este alctuit dintr-un strat de cationi n coordinare octaedric (Oc) Al+3 i/sau Mg+2(Fe+2) care sunt echidistani fa de ase ioni de oxigen sau grupri hidroxilice (figura 2.2.). Clasificarea mineralelor argiloase se realizeaz n funcie de stratele tetraedrice i octaedrice, deosebindu-se astfel:

- minerale bistratificate, cu dou nivele cationice (1Te, 1Oc): canditele. Legtura dintre cele dou straturi se face prin oxigeni aplicali ai stratului tetraedric.


19

Fig.2.1. Reprezentarea schematic a unei uniti tetraedrice (a) i a stratului tetraedric (b) din structura unitilor argiloase [30].

Fig.2.2. Reprezentarea schematic a unei uniti octaedrice (a)

i a stratului octaedric (b) din structura mineralelor argiloase [30].

- minerale tristratificate, cu trei nivele cationice (2Te; 1Oc): hidromice, smectite, vermiculite. Stratele tetraedrice au oxigenii aplicali plasai unii spre alii i un strat octaedric intercalat ntre ele.

- minerale dublu stratificate, cu patru nivele cationice (2Te; 2Oc): cloritele. La modelul de tip 2:1 se mai adaug un strat octaedric care este plasat ntre bazele cu oxigeni ale stratelor tetraedrice.

- minerale fibroase, tristratificate: attapulgit, sepiolit. Structura planar a mineralelor argiloase determin principalele lor proprieti: capacitatea de adsorbie a apei i compuilor organici, capa-citatea de schimb cationic, capacitatea de deshidratare etc.


20

Distana ntre dou plane reticulare nvecinate, care variaz ntre 7 i 15,6 determin proprietile specifice ficrui mineral. n tabelul 2.1. sunt redai principalii filosilicai din constituia rocilor argiloase.

O

A

Cele mai frecvente minerale argiloase prezente n sedimente sunt: caolinitul, illitul i montmorillonitul. Caolinitul prezint structura cea mai stabil dintre mineralele acestei grupe. Slaba substituie izomorf n reeaua caolinitului ca i gradul de hidratare sczut al acestuia controleaz variaiile densitii, ale crei valori observate (2,60 2,68 g/cm3) sunt cele mai apropiate fa de valorile teoretice (2,609 g/cm3).

Structura echilibrat a caolinitului, n care sarcinile electrice libere apar doar n mod accidental la marginea unitilor celulare, i confer acestuia o capacitate de schimb cationic mic. De altfel, acest schimb cationic se manifest doar la caolinitele cu un grad de cristalizare sczut. n roci, caolinitul apare sub form de acumulri monominerale masive i ca diseminaii n argile polimictice n care caolinitul, din punct de vedere cantitativ, descrete cu ct depozitele respective sunt mai vechi. Illitul prezint o structur reticular de tip 2:1 i const dintr-un strat central octaedric ntre dou strate de tetraedric (Si, Al)O4 unite prin intermediul oxigenilor bazali. Vrfurile gruprilor tetraedrice sunt orientate ctre stratul octaedric central, bazele tetraedrilor fiind coplanare. Densitatea illitului variaz n funcie de gradul de hidratare cu valori cuprinse ntre 2,642 g/cm3 pentru minerale n stare uscat i 1,48 g/cm3 pentru cel cu umiditate de 76%.

Mineralele din grupa illitului, apar n general, sub forma unor agre-gate interstratificate de mic cu vermiculit, montmorillonit, sepiolit sau clorit. n rocile argiloase, illitul este mai abundent n depozitele vechi, n baza seriilor cu grosime mare. Montmorillonitului i este caracteristic o reea tristratificat de tip 2:1 asemntoare celei a illitului. n ceea ce privete dispunerea stratelor tetraedrice i octaedrice, diferenele constau n natura cationilor i modul n care acetia ocup poziiile structurale ducnd la diferenierea lor ca grup, la diferenieri ntre speciile minerale i la caracterizarea lor prin proprieti fizice i chimice specifice. Cele dou strate de tetraedri de SiO4, cuprind ntre ele un strat octaedric central, n care apar cationi de Al, Mg, Fe, Zn sau Cr

Principalii filosilicai din constituia rocilor argiloase ( dup D. Rdulescu, 1979 ) [39]


21

Tabelul 2.1. Grupa Subgrupa Mineralul RX Formula chimic

Caolinit 7 oA Al4Si4O10(OH)8

Dickit 7 oA Al4Si4O10(OH)8

Nacrit 7 oA Al4Si4O10(OH)8

Candite 1Te:1Oc

Halloysit 10oA Al4Si4O10(OH)84H2O

Illit 10oA Al2Si4-x Alx O10 (OH)KxIllite

2Te:1Oc Glauconit 10

oA

(K, Na, Ca)2 (Fe+3, Al, Fe+2,Mg)4(Si, Al)8 O20(OH)4nH2O

Montmorillonit 15

oA

(Al, Mg, Fe)2(Si, Al)4O10(OH)2(Ca, Na)x4H2O

Beidelit 15oA Al4(Si4-xAlx)O10(OH)2(Ca, Na)x

Smectite 2Te:1Oc

Nontronit

15,6

oA (Fe+3, Al)2(Si4-xAlx)O10(OH)2(Ca, Na)x

Minerale argiloase

Vermiculite 2Te:1Oc Vermiculit

14,4

oA (Ry+3 R3-y+2)(Si4-xAlx)O10(OH)2Mgx-y

Ortoclorite Penin 14oA (Mg, Fe, Al)12(Si, Al)8O20OH16

Clinoclor

Chamosit (Fe, Mg)3(Al, Fe)3(Si, Al)8O20OH16

Grupa cloritelor

Leptoclorite

Thuringit (Fe2+, Fe3+)12(Si, Al)8O20OH16

Attapulgit 10oA Mg5Si8O20 (OH)2 (OH2)44H2O

Grupa Attapulgit

Sepiolit

Sepiolit

12oA (Si12) (Mg8) O30 (OH)4 (OH2)48H2O


22

Prin unirea tetraedrilor se obine o reea pseudohexagonal. Toi tetraedrii sunt orien-tai cu vrfurile spre stratul octaedric central, astfel nct bazele lor sunt coplanare. n funcie de vechimea argilelor, exist tendina ca montmorillonitul s fie nlocuit cu illitul. De Wit i Arens arat dependena densitii de gradul de hidratare a montmorillonitului indicnd densitstea de 2,348 g/cm3 (deshidratat) i 1,772 g/cm3 pentru acelai mineral cu un coninut de ap de 46,0%.

2.2.2. Roci argiloase Argilele sunt roci poliminerale formate preponderent (peste 60%) din particule de dimensiuni cuprinse ntre 0,01 mm i dimensiuni coloidale, n alctuirea crora intr n principal minerale argiloase. O prim clasificare a rocilor argiloase se bazeaz pe compoziia lor mineralogic avnd n vedere ponderea pe care o au principalele minerale argiloase n alctuirea rocilor. Se pot separa urmtoarele grupe iniiale: a) argile caolinitice; b) argile montmorillonitice; c) argile illitice. Dup domeniul i mediul de formare argilele se clasific n: a) argile terestre; b) argile fluviatile; c) argile limnice; d) argile marine. O clasificare care s in seama att de compoziia mineralogic, ct i de unele caractere genetice duce la separarea urmtoarelor grupe de roci (dup D. Rdulescu). Argile reziduale

- polimictice; - oligomictice monominerale; - caolinitice; - montmorillonitice; - illitice.

Argile sedimentare - polimictice; - oligomictice monominerale.

Argilite n tabelul 2.2. este prezentat nomenclatura rocilor argiloase cu precizarea corespondenelor n limba englez.

Nomenclatura rocilor argiloase ( dup D. Rdulescu, 1979 ) [39] Tabelul 2.2.


23

Structur Material

Structur omogen

Structur laminar Deformat

Claystone Mudstone

Shale Slate ist Argilos

Argil Argilit

Argilo-carbonatic

Marl Marn

Calc-ist

Argilo-silicios Argil nisipoas

ist arenaceu

2.2.3. Capacitatea de schimb cationic Schimbul de cationi n mineralele argiloase este rezultatul urmtoa-relor cauze:

- nesatisfacerea valenelor produs de ruperile de legturi la su-prafaa particulelor argiloase;

- nesatisfacerea sarcinilor cauzat de substituiile izomorfe ale ca-tionilor, de exemplu Si+4 replasat de Al+3;

- desfacerea structural a radicalului H+ din gruparea OH-, care poa-te fi schimbat cu cationi metalici;

- nlocuirea cationilor structurali care pot deveni schimbabili n anumite condiii (de exemplu, la pH mic ionii Al+3 se pot deplasa din uni-tile octaedrice spre poziiile schimbabile). Noll (1931) a prezentat urmtoarea ordine descresctoare a capa-citii de substituie a cationilor (referindu-se la toate mineralele argiloase):

Li+ > Na+ K+ Rb+ Cs+; Ba+2 > Sr+2 Ca+2 Mg+2Hanser (1941) d urmtoarele ordine de substituie:

Li+ < Na+ K+ Mg+2 Ca+2 Sn+2 Ba+2 Al+3 H+ Factorii care influeneaz schimbul de cationi sunt:

- dimensiunea particulei de mineral argilos; cu ct gradul de dispersare este mai mare, cu att capacitatea de schimb este mai mare.

- temperatura: la temperaturi mici, schimbul de cationi este n general limitat; n funcie de cationul schimbat i prezent n soluia de schimb, temperatura influeneaz diferit;


24

- concentraia soluiei de contact n ionul impus spre schimb: cu ct concentraia este mai mare, capacitatea este mai mare.

- gradul de ncrcare al reelei cu cationul schimbabil; - valena cationului: cu ct aceasta este mai mare cu att el este mai

greu schimbabil; - hidratarea cationului: ioni de aceeai valen, anterior hidratai

avnd energie de fixare mai mare, sunt greu de nlocuit. Seria de schimb relativ nu este ns valabil pentru toate

mineralele argiloase, deoarece caracterele chimico-structural ale acestora determin existena unei serii caracteristice fiecrui mineral n parte.

2.2.4. Relaiile ap - argil

Molecula de ap, datorit legturii de hidrogen, nu se comport ne-utru din punct de vedere electric, cu toate c sarcinile electrice ale ionilor de hidrogen i oxigen sunt egale; ea se comport ca un dipol. Legtura de hidrogen apare ca o valen secundar a atomului de hidrogen care se ma-nifest n raport cu atomii puternic negativi, atunci cnd valena principal l leag. Energia legturii de hidrogen este de regul 8 16 kJ/mol. n apa existent n porii i fisurile rocilor argiloase exist ioni provenii din dizolvarea diferitelor sruri solubile. Acetia fiind ncrcai electric atrag moleculele dipolare de ap influenndu-i i mai mult structura. Frank i Wen arat c n vecintatea unui ion se formeaz trei zone distincte prezentate n figura 2.3. Raza zonei de hidratare este dependent de natura ionilor i de va-len (tabelul 2.3.).

Raza unor ioni hidratai ( dup L. Matei ) [30] Tabelul 2.3.

Ionul Raza(A0)

Li+7,3 10

Na+5,6 7,9

K+3,8 5,9

NH+5,4

Rb+3,6 5,1

Ca+3,6 5,0

Mg2+10,8

Ca2+9,6

Ba2+8,8

Asupra mecanismului adsorbiei apei la suprafaa argilei, neidentificat complet pn acum, Low (1961) d urmtoarele explicaii:

- existena unei legturi de hidrogen cu oxigenul sau cu OH - ul existent ntr-un strat pe suprafaa argilei. Legturile orienteaz un strat de ap permind unui al doilea s se lege de primul ntr-o structur tetra-edric;


25

- atragerea ionilor hidratai mpreun cu nveliul lor de ap; - concentraia mai mare de cationi n apropierea particulei face ca

moleculele de ap s difuzeze spre suprafaa acesteia pentru a egaliza prin osmoz concentraia n soluie;

Fig.2.3. Modelul de hidratare a ionilor Frank-Wen cu trei zone ( dup L. Matei, 1986 ) [30]:

-zona A n care orientarea puternic imobilizeaz practic moleculele de ap; -zona B n care structura este complet distrus;

-zona C n care influena ionului nu se mai simte.

- structura de condensator a particulelor de argil care creeaz un cmp electric n interspaiul dintre ele. Dipolii de ap se vor orienta potrivit acestui cmp, iar zona central va fi ocupat de contraioni.

- forele Van der Waals - London create de fluctuaiile norilor electronici n cristal, care produc sarcini ce atrag dipolii apei. Studiile efectuate au artat c apa legat de argil are vscozitatea i densitatea mult mai mari dect ale apei libere.

2.2.5. Stratul dublu electric

Imaginea stratului dublu electric este prezentat n figura 2.4. i se bazeaz pe modelul propus de Grahame i Sterm. El se compune din urmtoarele pri principale:

- o faz solid, - un strat intern la interfaa strat-soluie cu o grosime de numai

cteva diametre moleculare, - un strat difuz care este o zon spaial ce se extinde pn n

masa soluiei.


26

Fig.2.4. Structura stratului dublu electric [30] Faza solid poart sarcina electric M pe suprafaa ei, datorit ex-cesului sau deficitului de sarcini electrice, se exprim n micro-coulombi/cm2. M < 0 arat un exces de electroni, M > 0 arat deficit de electroni, iar potenialul electrostatic al fazei solide este M . n figura 2.4. stratul intern (denumit i strat compact, strat Helmholtz sau strat rigid) este partea de soluie imediat adiacent suprafeei fazei solide. Ea este constituit din molecule de solvent neutre adsorbite i ioni adsorbii specific. Planul care trece prin centrul ionilor adsorbii specific se numete plan Helmholtz intern (PHI). Sarcina repartizat pe acest plan se noteaz cu iar potenialul electric la PHI se noteaz cu

, unde este distana de la suprafaa fazei solide la PHI, care este egal cu raza ionului nesolvatat adsorbit specific. Ionii adsorbii specific se menin la PHI att prin fore chimice specifice, ct i prin fore electro-statice.

11X 1X

Dac interacia dintre ion i suprafaa lamelei de argil nu este su-ficient de puternic pentru a produce desolvatarea sa, ionul nu va putea s se apropie de particula de argil pn la PHI. Astfel, cei mai apropiai ioni vor fi aezai pe un plan a crui distan de suprafaa lamelei de argil va fi mai mare dect . Acest plan imaginar se numete plan Helmholtz extern (PHE) sau planul Gony. n acest caz interaciile dintre ion i

2X

1X


27

suprafaa particulei (lamelei) de argil se manifest la distan mare, implicit prin fore de natur columbian. Aceste interacii nu implic natura ionului, astfel c acetia se consider ca fiind adsorbii nespecific. Spre deosebire de adsorbia specific la PHI, adsorbia nespecific de la PHE face ca ionii s nu fie localizai ntr-un strat bidimensional, ci s fie coninui ntr-o zon spaial care se extinde de la PHE pn n interiorul soluiei i care poart numele de strat difuz. Sarcina de exces n strat se noteaz cu . d Aa cum se observ n figura 2.6., la PHE potenialul electric este

iar n volumul soluiei este 2X . Diferena de potenial total existent la stratul difuz este: = 2,2 XX . Grosimea stratului difuz nu se ntinde pe o distan prea mare n soluie, ea depinde de concentraie i de sarcina ionic i variaz pentru electrolii z-z valeni cu concentraii cuprinse ntre 10-6 10-1 molgl-1 de la 10-4 la 10-7 cm pentru sarcina ionic z de 1, 2, 3. Calculul distribuiei sarcinilor sub aciunea forelor termice i a celor electrostatice i a gradientului potenialului a fost efectuat de ctre Gony pe baza unui model matematic de tip Guy-Chapman-Bolt-Van Olphen. Densitatea sarcinii n exces x la distana x pentru un ion de tip i este egal cu:

=KTWnx

xis

i

i

ix expe0 , (2.1)

n care: x distana; e0 sarcina electronului; zi valena; nis concentraia ionilor n soluie; Wix energia potenial; K constanta lui Boltzman; T temperatura absolut. Valoarea gradientului de potenial n soluie n stratul dublu difuz, la distana x este:

( )T

zlTnx

sx

sx

s

x

x

K2sh

K32 0

2/1

=

, (2.2)


28

unde: - este potenialul la distana x; x - este potenialul electric al ionilor n soluie; s - este permitivitatea mediului. Celelalte mrimi avnd semnificaia de mai sus.

2.2.6. Modele de existen a argilei n nisipuri i gresii Analitii de diagrafie geofizic disting n mod obinuit trei moduri de distribuire a argilei (fig. 2.5.). Fiecare mod are un efect diferit asupra rezistivitii, potenialului spontan, radioactivitii i vitezei sonice, afec-tnd permeabilitatea i saturaia rezervorului ntr-un grad diferit. a) Argila sub form de lamine (laminar shale) se prezint sub forma unor strate subiri sau fii care se afl depozitate ntre stratele poros-permeabile. Asemenea argile nu modific porozitatea Pe, saturaia S, perme-abilitatea K fiecrui colector intermediar, cu condiia ca ele s nu formeze bariere laterale de permeabilitate. Ele, ns, formeaz bariere care modific substanial permeabilitatea vertical ntre colectoare. Proprietile acestor argile pot fi considerate c sunt aceleai cu stratele adiacente de natur argiloas, ntruct au fost supuse acelorai condiii de evoluie. Din punct de vedere electric, aceste argile produc un sistem de circuite conductive n paralel cu strate poroase mai mult sau mai puin conductive. b) Argila diseminat sau dispersat (dispersed shale) ader la gra-nulele de roc, fie c le mbrac sau umple parial spaiile dintre pori. Ea are proprieti diferite de argila sub form de lamine fiind supu-se la diferite constrngeri. Permeabilitatea este redus considerabil pe de o parte din cauza faptului c spaiul disponibil pentru micarea fluidului (pori, canale) este restrns, iar pe de alt parte din cauza hidrofiliei argilei. Consecinele constau ntr-o cretere a saturaiei n ap i o reducere a mobilitii fluidului. Din punct de vedere electric, o formaiune argiloas dispersat acioneaz ca un ansamblu de conductori constnd din fluidul din pori i argilele dispersate.


29

Cuar

m

Nisip curat

Cuar

m

Argil laminar

Cuar

m

Cuar

m

Argil dispersatArgil structural

Lam

inar

Stru

ctur

al

Dispers

a b c d

Fig.2.5. Modul de distribuie a argilei n roci, [45]. a roc curat, b roc cu argil laminar, c - roc cu argil structural,

d roc cu argil dispersat i reprezentarea schematic a scheletului mineral, a porozitii i a argilei

c) Argila structural (structural shale). Aceasta este reprezentat de granule sau nodule argiloase. Se consider c ea are multe caracteristici n comun cu argilele n form de lamine deoarece a fost supus la con-strngeri similare. Totui efectele lor asupra permeabilitii i rezistivitii seamn mai mult cu cele ale argilelor dispersate. Argilele structurale i sub form de lamine sunt n mod esenial de origine depoziional, n timp ce argilele dispersate apar prin alterarea in situ a altor minerale (ex: feldspai) sau din precipitaie.

Toate trei tipurile de argil prezentate pot fi ntlnite n cadrul aceleiai formaiuni argiloase.

2.3. Proprietile petrofizice ale rocilor

2.3.1. Porozitatea

Porozitatea, P, este definit ca raportul dintre volumul spaiului poros, i volumul total al rocii, pV tV

t

pVV

P = (2.3)


30

exprimat n fraciuni zecimale, sau exprimat n procente:

[ ]%,100 =t

pVV

P (2.4)

Porozitatea P exprimat de relaiile (2.3) i (2.4) reprezint

porozitatea total sau absolut i caracterizeaz capacitatea mediului poros de nmagazinare a fluidelor. Volumul spaiului poros al unei roci granulare (format din granule de roc - fig.2.6.) depinde de dimensiunile particulelor care constituie scheletul mineral al rocii, de modul de aranjare i de mpachetare al acestora, precum i de gradul de cimentare. Se poate observa c n anumite condiii nu toate golurile comunic ntre ele (fig. 2.6.a).

Dac se ia n considerare numai volumul porilor care comunic ntre ei, se poate defini porozitatea efectiv, ea fiind raportul dintre volumul porilor comunicani i volumul total, :

efP

efV tV

t

efef V

VP = sau [ ]%,100=

t

pcef V

VP (2.5)

Atunci cnd se ia n considerare numai volumul porilor care permit circulaia fluidelor, se definete porozitatea dinamic, ea fiind raportul dintre volumul porilor care permit curgerea i volumul total, :

dP

dV tV

t

dd V

VP = sau [ ]%,100=t

dd V

VP (2.6)

innd seama de timpul de formare a spaiului poros, porozitatea

poate fi clasificat n:


31

Fig.2.6. Seciune ntr-o gresie cu distribuia granulelor(a) i a spaiului poros (b) [3]:

Q cuar; F feldspat; C calcit; Pc pori comunicani; Pnc pori necomunicani; Vpc volumul porilor comunicani; Vpnc volumul porilor necomunicani.

- porozitate primar (intergranular) care s-a format n timpul

depunerii sedimentelor, ca rezultat al modului de aranjare, a dimensiunilor i distribuiei granulelor sedimentare;

- porozitate secundar (fisural) care a luat natere dup depunerea sedimentului, n urma proceselor de fisurare, precum i de dizolvare a unor substane solubile de ctre apele subterane, sau n urma proceselor de dolomitizare etc.

Porozitatea argilelor Rocile argiloase prezint trei tipuri principale de discontinuiti:

spaii ntre particulele de argil n interiorul unui domeniu, numite micro-pori; spaii ntre unitile structurale pori; discontinuiti bidimensionale provocate de eforturile la care acestea sunt supuse fisuri.

Din punctul de vedere al mrimii spaiilor poroase, rocile argiloase prezint: porozitate capilar, corespunztoare canalelor cu un diametru cuprins ntre 0,5080 i 0,0002 mm i porozitate subcapilar, constnd din pori mai mici de 0,0002 mm.


32

Pornind de la relaia de definiie a porozitii (relaia 2.3):

t

p

VV

P = , n cazul rocilor argiloase se face precizarea c studiile efectuate asupra relaiilor ap - argil au pus n eviden existena apei legate i a apei libere conform modelului Frank-Wen.

Dac faza lichid (apa) umple n ntregime porii dintre particulele solide atunci porozitatea poate fi exprimat sub forma:

arg

arg VVV

Pap

apT += , (2.7)

unde: este volumul de argil; argV - volumul de ap. apV

Relaia (2.7) este discutabil deoarece volumul Vap nu este sufi-cient definit, ntruct n formulele chimice ale mineralelor argiloase (vezi tabelul 2.1) intr i o anumit cantitate de ap, considerat de unii autori ca fcnd parte din structura mineralelor argiloase. n stare anhidr argilele conin un echivalent n volum de 5% pn la 14% ap de constituie cristalin. n acest sens porozitatea argilelor devine:

arg

arg )( VVVV

Pleglib

lib

apap

ap

++= , (2.8) unde: este volumul de ap liber; libapV - volumul de ap legat.

legapV

Sub aciunea unor fore exterioare (presiune litostatic etc.) argilele i modific volumul i implicit porozitatea. n figura 2.7 este redat relaia dintre porozitatea principalelor tipuri de argil i presiunea de compacti-zare, dup Chilingar.


33

0,1 1 10 100 10000

20

40

60

80

P ,%arg

p, MPa

Fig.2.7. Porozitatea argilelor n funcie de presiunea de compactizare [16]

n funcie de volumul de argil Varg i de indicele de porozitate al argilelor, , se poate defini porozitatea efectiv pentru rocii argiloase, . argP efP

Porozitatea determinat din diferitele metode de investigare geo-fizic rspund la volumul total al spaiului poros ntre granulele de roc inclusiv argile.

Porozitatea efectiv va fi egal cu:

argargVPPPef = (2.9) unde P este porozitatea total, n fraciuni zecimale.


34

Fig.2.8. Efectul tasrii naturale a rocilor asupra porozitii [14].

Adncimea de zcmnt a rocii - presiunea litostatic exercitat de

coloana de sedimente depuse deasupra colectorului conduce la micorarea porozitii ca urmare a procesului de tasare (compactare), variaia porozi-tii ca urmare a acestui efect este reprezentat n figura 2.8.

2.3.2. Saturaia Saturaia n ap a unei roci este dat de raportul dintre volumul de ap, Va, din spaiul poros i volumul spaiului poros:

p

aa V

VS = sau [ ]%,100=

p

aa V

VS (2.10)

Dac se consider volumul unitar total al unui eantion de roc cu

volumul Vt = 1m3 , rezult din ecuaia (2.4) c , iar relaia (2.10) devine:

PVp =


35

P

VS aa = (2.11)

atunci, se poate scrie pentru volumul de ap relaia: PSV aa = (2.12) Saturaia n hidrocarburi a unei roci este dat de raportul dintre volumul de hidrocarburi din spaiul poros i volumul spaiului poros: hV

p

hh V

VS = sau [ ]%,100 =

p

hh V

VS (2.13)

n mod analog dac se consider volumul unitar al unui eantion de

roc Vt = 1m3, rezult:

P

VS hh = (2.14)

aadar, se poate scrie pentru volumul de hidrocarburi: PSV hh = (2.15) Dac o roc conine i ap i hidrocarburi, atunci volumul spaiului poros saturat cu ambele fluide: pha VVV =+ (2.16) i, prin mprirea n ambii membri prin se obine: pV

1=+p

h

p

a

VV

VV sau 1=+ ha SS . (2.17)

Cnd spaiul poros este saturat numai cu ap de zcmnt atunci

( ) - roc acvifer. 1=aS %100=aS Dac n colector sunt gaze i iei, volumul de hidrocarburi este: ieigazeh VVV += (2.18) i mprind la volumul spaiului poros - Vp se obine saturaia n hidrocarburi:


36

ieigazeh SSS += , (2.19)

p

gazegaz V

VS = sau

p

ieiiei V

VS = . (2.20)

2.3.3. Permeabilitatea Permeabilitatea caracterizeaz mediul poros din punct de vedere al proprietii acestuia de a permite circulaia fluidelor prin el, sub influena unui gradient de presiune.

Cantitativ, permeabilitatea rezult din formula lui Darcy, pentru un mediu de curgere cilindric orizontal (tub de curent - figura 2.9),

l

pAkQ = (2.21)

unde Q este debitul fluidului; A - suprafaa ariei transversale; - cderea de presiune ntre cele dou fee transversale ale mediului de curgere (eantion de roc),

21 ppp =

- viscozitatea fluidului, l - lungimea mediului iar k permeabilitatea:

Rezult pentru permeabilitate relaia de definiie:

l

pAQk = (2.22)

Unitatea de msur pentru permeabilitate este m2. Se folosete, de obicei, o unitate tolerat Darcy (D) i mai ales submultiplul ei miliDarcy (mD): 1 Darcy (D)=1,0210-8 cm2 = 1,0210-12 m2. Relaia (2.22) este valabil pentru curgerea staionar, cnd roca este saturat 100 % cu fluidul care curge, iar viscozitatea fluidului este constant. n realitate, rocile colectoare de hidrocarburi conin pe lng hidrocarburi (prezente sub forma a dou faze: lichid-iei i gazoas) i ap de zcmnt.


37

l

pp

V V

A

1 2

Fig. 2.9. Tub de curent cilindric. De aceea este necesar ca n locul permeabilitii absolute s se ia n considerare permeabilitatea efectiv diferit de la o faz la alta pentru aceeai roc.

Permeabilitatea efectiv pentru un anumit fluid este proprietatea rocii de a permite curgerea acelui fluid n prezena altor fluide. n cazul rocilor colectoare de hidrocarburi se disting urmtoarele permeabiliti efective: kg - permeabilitatea efectiv pentru gaze, kp - pentru petrol i ka - pentru ap. Permeabilitatea relativ pentru un anumit fluid reprezint raportul dintre permeabilitatea efectiv pentru acel fluid i permeabilitatea absolut,

respectiv k

kk grg = - permeabilitatea relativ a rocii pentru gaze, k

kk prp = -

permeabilitatea relativ pentru petrol i kk

k ara = - pentru ap. Permeabilitatea relativ este adimensional i poate lua valori n domeniul (valoarea maxim teoretic). 10

2.3.4. Dependena permeabilitate relativ - saturaie Se consider un mediu (roc) poros-permeabil care conine dou faze: ap de zcmnt i hidrocarburi (petrol sau gaze). Ambele faze au posibilitatea s curg prin mediul poros-permeabil. Din reprezentarea grafic a dependenei permeabilitii relative a fazei respective n funcie de saturaia acesteia (figura 2.10.) se constat o cretere a permeabilitii relative a fazei respective, cu creterea saturaiei. Astfel, fcnd supoziia c faza ap nu umezete granulele de roc se observ c dependena kra = f(Sa) - curba 1, are valori nule la saturaii n ap 0-20 %, dup care ncepe s creasc, avnd valoarea aproape de cea maxim (kra = 1) ncepnd cu saturaii Sa75 %, atingnd valoarea maxim kra= 1 la Sa = 100 %.


38

Pentru faza hidrocarburi, dependena permeabilitii relative krh = f(sh) - curba 2, prezint valori mari, aproape de valoarea maxim krh = 1, de la valori ale saturaiei n hidrocarburi ntre 100-80%, respectiv Sa= 0-20 %, dup care ncep s scad astfel nct la Sh =25%, krh = 0, respectiv la Sa =75%. Aceast dependen permeabilitate relativ-saturaie arat c n rocile care conin dou faze (ap de zcmnt i hidrocarburi) permeabilitatea fiecrei faze depinde direct de valoarea saturaiei n faza respectiv. Astfel, pentru faza hidrocarburi, permeabilitatea relativ devine mai mare cnd saturaia n hidrocarburi crete, devenind mai mare dect cea n ap i devine foarte mic cnd saturaia n hidrocarburi scade n mod evident n raport cu cea n ap, astfel nct la o saturaie n jurul valorii de 25 % s scad la zero, cnd faza hidrocarburi nu mai poate curge de loc, rmnnd n loc sub forma unei saturaii reziduale n hidrocarburi . rhS

Pentru faza ap, permeabilitatea relativ este mai mare dect cea pentru hidrocarburi la saturaii mari de ap i scade foarte mult cnd saturaia n ap scade. La saturaii n ap sub 20 %, kra = 0 astfel nct apa de zcmnt nu curge. Aceast ap constituie aa numita saturaie n ap ireductibil ( )ir,aS . Punctul c n care se ntlnesc cele dou caracteristici kra = f(Sa) i krh = f(Sh) definete pe scara saturaiilor punctul de saturaie critic Sc = 50 %, fa de care ne putem atepta ca prin roc s curg i hidrocarburi i ap. Astfel:

- dac 50 %, respectiv ca SS = ch SS = 50 %, prin roc va curge hidrocarburi, deoarece ; rarh kk >

- dac 50 %, respectiv ca SS > = ch SS < = 50 %, prin roc va curge ap, deoarece . rarh kk < n general, cu excepia valorilor limit i SiraS , rh prin roc curge un amestec de dou faze (hidrocarburi i ap), cantitile fiecrei faze depinznd de raportul saturaiilor, respectiv al permeabilitilor relative.


39

Fig.2.10. Dependena permeabilitate relativ-saturaie ( dup Manolescu ) [41].

n cazul rocilor acvifere ntreg spaiul poros este saturat cu ap de zcmnt, ntr-un colector cu hidrocarburi i ap de zcmnt distribuia celor dou faze este diferit i depinde de anumii factori. Principalii factori sunt gradul de umectablitate i cantitatea de fluid (saturaia n faza respectiv) din spaiul poros. Gradul de umectabilitate a unei roci este determinat de compoziia lichidelor i de natura mineralogic a granulelor cu care lichidele se afl n contact.

Cazurile extreme privind udarea rocilor din zcmintele petrolifere sunt:

- roci hidrofile, roci udate complet de ap i - roci hidrofobe, roci udata complet de petrol. Distribuia fazei umectante poat fi funicular, pendular sau

insular, dup cum aceasta este continu, acoperind complet granulele minerale sau discontinu. n figura 2.11. sunt reprezentate strile posibile de distribuie a fazelor umectante i neumectant n mediul poros.

Pentru rocile hidrofile, la care apa umezete granulele de roc, caracteristic kra = f(Sra) ia forma curbei 1, astfel nct punctul c se deplaseaz spre dreapta, iar saturaia critic poate crete la 60 % - 70 %.


40

LegendApPetrolGranul de cuar

Roc hidrofil Roc hidrofob

Distibu e

pendularie funicular

a apeiDistribu a petrolului

Distribu a ambelor faze

ie funicular

Distibu e petrolului apei

pendularie funicular

a Distribu a

Distribu a ambelor faze

ie funicular

Fig.2.11. Stri posibile de distribuie a fazelor umectant i neumectant n mediul poros, [38].

2.3.5. Presiunea Presiunea are o semnificaie complex n cadrul fenomenelor ce au loc n scoar i prezint o influen deosebit asupra proprietilor fizice ale rocilor.

Presiunea n roc este definit ca fora care face echilibrul solicitrilor interne ale rocii pe unitatea de suprafa a unei seciuni. Aceste presiuni sunt determinate de greutatea unei coloane de roc cu seciune unitar n cazul presiunii litostatice sau greutatea unei coloane de ap cu seciune unitar n cazul presiunii hidrostratice.

Presiunea litostatic Aceast presiune i are originea n greutatea formaiunilor geologice situate deasupra stratului considerat. Avnd n vedere natura presiunii litostatice, rezult c valoarea ei este:

(2.23) i1

ghpn

iilit ==


41

unde: este grosimea stratului i, ih g - acceleraia gravitaional, i - densitatea rocilor care alctuiesc stratul i, saturate cu fluidele respective. Din relaia (2.23) se poate constata c presiunea crete cu numrul i grosimea stratelor ce se gsesc deasupra stratului analizat, adic crete odat cu adncimea. Se poate defini gradientul de presiune litostatic egal cu:

HpG lit

litp= (2.24)

unde H este adncimea la care se gsete stratul. Dac se consider n cele ce urmeaz c g 10 m/s2 i c masa specific medie a rocilor este de 2,3 daN/dm3 , atunci:

mcm

daN0,23 2=litpG . (2.25)

Presiunea hidrostatic n condiii normale de depozitare ntr-un bazin sedimentar, n care sub efectul stratelor adugate o parte a apei din mediul poros a fost eliminat, datorit compactizrii, presiunea fluidelor din pori rmne la valoarea presiunii hidrostatice. Presiunea hidrostatic este presiunea creat de greutatea coloanei de ap cu masa specific OH2 i de nlime H egal cu adncimea la care s-a depus (sedimentul) stratul respectiv. n acest context presiunea hidrostatica va fi egal cu: . (2.26) Hp OHh g2= Practic H se ia egal cu adncimea la care se gsete stratul respectiv. Aceast adncime nu este ntotdeauna egal cu adncimea la care a fost depus stratul respectiv. Cum apele din scoar sunt ape mineralizate, densitatea acestora variaz ntre circa 1000...1150 kg/m3 (aproximativ 1180 kg/m3 pentru apa saturat cu NaCl n condiii atmosferice).


42

Pentru un calcul aproximativ se poate aprecia greutatea specific medie a apei de 1007 kg/m3, ceea ce ar corespunde unui gradient normal de presiune de 0,107 m

cmdaN

2.

Trebuie menionat c pstrarea presiunii hidrostatice n cazul formaiunilor care conin fluide este condiionat de o matrice (schelet mineral) practic incompresibil care s preia presiunea litostatic creat de sedimentele depuse ulterior. Dac matricea este compresibil (marne, argile) fluidele coninute de acestea, dac nu au posibilitatea s migreze, vor prelua o parte din presiunea litostatic, crend strate cu presiune anormal de mare. Printre cauzele care conduc la presiuni mai mari dect presiunile hidrostatice normale n afar de cele expuse mai sus snt i presiunile create de procesele diagenetice, compactizare, dizolvare, cimentare etc.

2.4. Rezistivitatea sistemului roc - fluid

2.4.1. Definiii Propagarea curentului electric printr-un mediu oarecare este condiionat de rezistivitatea electric a acestuia, adic de capacitatea pe care o are mediul respectiv de a lsa s treac un curent electric prin el. Legea lui Ohm stabilit experimental pentru conductoare filiforme este: R I V VU BA == (2.27) unde: U este diferena de potenial la capetele conductorului, I - intensitatea total a curentului.

PROPRIETILE PETROFIZICE ALE ROCILOR COLECTOAREI ALE ROCILOR PROTECTOARE

43

Constanta de proporionalitate R din relaia (2.27) este numit rezisten electric a conductorului ntre punctele A i B. Pentru aceeai poriune de conductor A-B meninut la aceeai temperatur, rezistena R nu depinde de intensitatea curentului ce trece prin el. Rezistena depinde, n mod evident, de lungimea i seciunea conductorului, fiind proporional cu lungimea l i invers proporional cu aria seciunii transversale S. Ea depinde de asemenea, de materialul din care este confecionat conductorul i poate fi exprimat sub forma:

Sl R = . (2.28)

Factorul se numete rezisten electric specific sau rezistivitatea substanei. Unitatea de msur corespunztoare rezistivitii este ohmm [m]. Legea lui Ohm poate fi scris sub o form tensorial utilizabil n distribuiile de curent tridimensionale (conductoare masive):

JE rr = sau E J rr = (2.29)

unde: E

r este intensitatea cmpului electric,

este este densitatea de curent; se numete densitate de curent ntr-un punct dat un vector avnd direcia i sensul curentului n acel punct i o mrime egal cu intensitatea care trece pe unitatea de suprafa, aezat perpendicular pe direcia curentului; - se numete conductivitate electric i reprezint inversul rezistivitii:

Jr

1= . (2.30) Unitatea de msur pentru conductivitate este (m)-1 sau S/m (S = -1 - Siemens). n marea lor majoritate rocile se prezint din punct de vedere electric ca nite medii eterogene cu un comportament difereniat. Rocile sedimentare, n care sunt cantonate marea majoritate a zcmintelor de hidrocarburi, sunt sisteme complexe poliminerale (cu sau fr porozitate) i prezint o plaj


44

foarte larg de valori de rezistivitate de la aproximativ 1 m i pn la valori de peste 1014 m. n cazul rocilor cu porozitate, rezistivitatea acestora depinde att de rezistivitatea scheletului mineral ct i de rezistivitatea fluidului sau fluidelor coninute n spaiul poros. Rezistivitatea scheletului mineral ca de altfel i a rocilor fr porozitate depinde att de rezistivitatea mineralelor componente ct i de rezistivitatea cimentului. Rezistivitatea fluidelor este specific fiecrui fluid coninut n spaiul poros ap de zcmnt sau ap de zcmnt i hidrocarburi. O analiz a rezistivitii rocilor necesit o analiz a fiecrui component dar i a sistemului roc fluid n ansamblu. Conductibilitatea rocilor, respectiv capacitatea acestora de a conduce curentul electric, poate fi de dou tipuri: - conductibilitatea electronic, caracteristic pentru metale, care se realizeaz prin deplasarea purttorilor de sarcin constituii din electronii liberi, sub aciunea unui cmp electric; - conductibilitatea ionic sau electrolitic, caracteristic pentru electrolii, care se realizeaz prin deplasarea n soluie a ionilor formai n urma disocierii srurilor, sub aciunea cmpului electric. Majoritatea rocilor sedimentare, posed o conductibilitate electrolitic, conducia se face n mod preponderent prin soluiile coninute de roci. n cele ce urmeaz se va prezenta rezistivitatea mineralelor, a apelor de zcmnt i a sistemului roc - fluid.

2.4.2. - Rezistivitatea mineralelor i a rocilor n marea lor majoritate mineralele se caracterizeaz printr-o rezis-tivitate foarte mare. Dahnov clasific rezistivitatea mineralelor astfel: - minerale cu rezistivitate extrem de mic, cu rezistivitatea mai mic dect 10-6 m, din care fac parte metalele native (aur, platin, argint etc.) i soluiile solide naturale ale metalelor; - minerale cu rezistivitate foarte mic , cu rezistivitatea cuprins ntre 10-6 m i 10-2 m, de exemplu: bornit, cobaltin, covelin, nichelin etc.; - minerale cu rezistivitate mic, avnd rezistivitatea cuprins ntre 10-2 m i 102 m: braunit, ilmenit, marcasit etc.; - minerale cu rezistivitate medie, cu rezistivitatea cuprins ntre 102 m 106 m: bauxit, hematit, galaxit etc.;


45

- minerale cu rezistivitate mare, de la 106 m la 1010 m, unde sunt incluse: anhidrit, cinabru, goelit etc.; - minerale cu rezistivitate foarte mare, de la 1010 m la 1014 m: calcit, cuarit, feldspat, sulf; - minerale cu rezistivitate extrem de mare (peste 1014 m): sare gem, silvin, mic etc.

Rezistivitatea mineralelor prezint ns un domeniu larg de variaie legat de impuritile chimice, structura cristalin, defecte structurale etc. n tabelul 2.4. sunt date valorile de rezistivitate ale principalelor minerale componente ale rocilor.

Rocile eruptive, metamorfice i sedimentare se caracterizeaz printr-o gam foarte larg de variaie a rezistivitii, care poate lua valori ntr-un domeniu [ 10-3, 1016] m (tabelul 2.4.). Rocile tipice zcmintelor de hidrocarburi sunt rocile sedimentare, mineralele preponderente ale acestor roci sunt cuarul, calcitul, dolomitul, care prezint valori de rezistivitate mai mari de 107 m. Din aceast cauz, n general, conductibilitatea electric a scheletului mineral este neglijabil, aceste minerale fcnd parte din clasa izolatorilor. n general, n rocile sedimentare pirita, magnetit i alte minerale cu conducie electronic apar sub form dispersat n masa rocii, n granule izolate ntre ele, astfel nct influena lor asupra rezistivitii rocii n ansamblu este mic. Rezistivitatea rocilor depinde de rezistivitatea i cantitatea mineralelor componente. Dac o roc conine minerale ca conducie electronic, rezistivitatea acesteia depinde de cantitatea i de distribuia n roc a acestor minerale. Cnd aceste minerale se afl n contact, constituind un sistem de canale conductoare, rezistivitatea rocii poate fi exprimat prin relaia empiric: 1MMM F = (2.31) unde :

- este rezistivitatea rocii condiionat de compoziia mineralogic; M- - rezistivitatea mineralelor conductoare; 1M- - factor mineralogic, a crui valoare este o funcie de cantitatea de minerale conductoare din roc K

MFM.


46

Rezistivitatea rocilor i mineralelor ( dup Dahnov, Negu, Meier .a.), [34] Tabelul 2.4.

Roci, minerale (m) Roci, minerale (m)

Roci eruptive Conglomerate 10 - 103Granite 5102 - 105 Calcare friabile, cochilifere 2 - 200 Granodiorite i diorite cuarifere 103 -2105 Calcare compacte 510 -

5103Porfire cuarifere 3102 - 2104 Dolomite, calcare dolomitizate 102 - 2105Bazalte 5102 - 105 isturi argiloase 210 - 103Diabaze 5102 - 105 isturi crbunoase-argiloase 1 - 2103Gabbro 5102 - 105 isturi grezoase-argiloase 102 - 103Piroxenite, peridotite 103 -4105 Petrol 109 1016Dunite, olivinite, norite 103 -6104 4. Depozite de precipitaie chimic 2. Roci metamorfice Sare gem 104 1015Gnaise 103 - 105 Silvin 1013 1015Cuarite 103 -2104 Anhidrit. Gips 104 106Skarn 102 103 5. Crbuni isturi cuarito-clorito-sericitoase 2102 - 5103 Antracite 10-3 - 1 isturi grafitoase 10-11,5103 Crbuni slabi 10-5 - 51023. Roci sedimentare Crbuni grai 102 104Argile 810-1 - 210 Crbuni bruni 10 - 2102Aleurite 5 - 510 6. Minereuri Marne 2 - 5102 Minereuri magnetitice i titano-

magnetitice 10-1 - 2103

Nisipuri 210-1 - 103 Minereuri de oxizi i carbonai de mangan

1 - 103

Nisipuri i gresii petrolifere i gazeifere

2 - 103 Minereuri de pirite i calcopirite cuprifere

10-1 102

Gresii slab cimentate 510-1 - 510 Minereuri de sulfuri polimetalice masive

10-1 - 10

Gresii compacte 10 - 2103 Minereuri de sulfuri diseminate 1 104 Dac se ine seama i de mineralele de mare rezistivitate coninute n roc, se poate scrie o relaie analog:

(2.32) 2M'MM F =

unde: este parametrul conductivitii create de incluziunile de minerale de rezistivitate mic din roc;

'MF

- rezistivitatea mineralelor neconductoare. 2M


47

KM

Fig.2.12. Dependena parametrului FM

de coninutul n minerale conductoare ( dup A. Negu ), [31].

Dac cantitatea de minerale din roc KM 0, rezistivitatea rocii tinde ctre rezistivitatea mineralelor neconductoare, iar dac KM 1, rezistivitatea rocii tinde ctre rezistivitatea mineralelor conductoare. n figura 2.12. este reprezentat dependena parametrului conductivitii FM n funcie de coninutul de minerale conductoare. n rocile sedimentare, se poate gsi n multe cazuri glauconitul, format dintr-o varietate de illit bogat n fier cu adaosuri montmorillonitice, a crui prezen, chiar n cantiti mici, confer rocii o conductibilitate suplimentar. n geofizica de sond prin schelet mineral sau matrice se nelege att granulele minerale componente ct i cimentul de legtur. n cazul n care acest ciment este de natur silicioas, el nu conduce la micorarea rezistivitii. Dac cimentul este argilos, rezistivitatea rocii scade datorit conductivitii date de argila coninut, fie sub form de ciment, fie c se gsete sub o alt form n roc.


48

2.4.3. Rezistivitatea apei de zcmnt i a hidrocarburilor Apa de zcmnt reprezint soluie electrolitic de sruri, predominnd n general NaCl. Prezena lor n apele de zcmnt este rezultatul aciunii de dizolvare pe care apa o realizeaz n circuitul su prin natur. Apele de zcmnt conin o mare cantitate de anioni i cationi rezultai n urma proceselor de disociere a srurilor. Dintre acetia enumerm: Cl -, SO4- -, HCO3-, CO2- -, NO3- -, Br -, I -, Na+, K+, Ca++, Mg++, Ba++, Li+, Te++. Cei mai comuni ioni prezeni n apele de zcmnt sunt urmtorii anioni i cationi: Cl -, SO4- -, HCO3-, CO2- - , Na+, K+, Ca++, Mg++. Aceste sruri disociate total sau parial n ioni pozitivi (cationi) i negativi (anioni), transport sarcinile electrice ntre electrodul de la intrare i cel de la ieire a curentului din electrolit. Curentul electric se datoreaz micrii purttorilor de sarcin. Intensitatea curentului electric dintr-un conductor msoar sarcina ce trece printr-o seciune oarecare a conductorului n unitatea de timp. n cazul cel mai general, curentul sau transportul de sarcin este l

Geofizica de sonda - Ion Malureanu

Documents

Transcript of Geofizica de sonda - Ion Malureanu