자연발생전위

Spontaneous potential

자발적 잠재력은 석유 및 가스 산업에서 형성 평가를 위해 보어홀로 측정되는 경우가 많으며, 광물 탐사나 지하수 조사를 위해 지표면을 따라 측정할 수도 있다. 이 현상과 지질학에 대한 적용은 1931년 콘라트 슐럼버거, 마르셀 슐럼버거, 그리고 E.G. 레오나르돈에 의해 처음으로 인정받았으며, 처음 발표된 예는 루마니아 유전에서 온 것이었다.

물리학

자발적 전위(SP)는 보통 점토나 다른 광물에서의 전하 분리에 의해 발생하며, 반투과성 인터페이스가 존재하여 암석의 모공 공간을 통한 이온의 확산을 방해하거나, 암석을 통한 전도액의 자연적인 흐름에 의해 발생한다.

SP의 원점은 이온의 이동을 수반하는 두 가지 공정에 기인할 수 있다.

  1. 스트리밍 잠재력(Ek)
  2. 전기화학전위(Ec)

스트리밍 전위는 자연적으로 충전된 고형분(즉, 전기키네틱 또는 제타 전위를 획득한 표면) 위에 전해질(물)의 흐름에서 발생한다. 스트리밍 전위는 진흙 기둥과 형성 사이의 차압으로 진흙 여과물이 형성으로 강제될 때 나타난다. 스트리밍 잠재력은 흐름이 투과성 형성 앞에 있는 머드 케이크를 가로질러, 투과성 형성을 가로지르고, 침투를 받는 셰일 베드를 가로질러 발생할 때 생성된다. 진흙 케이크를 가로지르는 스트리밍 잠재력은 셰일 전체에서 그것으로부터 보상된다는 것이 일반적으로 받아들여진다. 이와 같이 대부분의 경우 측정된 자발적 전위는 전기화학 전위와만 관련이 있다.

전기화학 전위(EC)는 액체 접합 또는 확산 전위(EJ)와 막 전위(EM)의 합이다.

그림1: 전기화학 전위: 액체 접합 및 멤브레인 전위

액체 접합 전위는 침공된 형성의 가장자리에 있는 진흙 여과물과 형성수의 직접 접촉 시 확립된다. 이온 Na와+ Cl은− 양쪽 용액에서 다른 용액으로 분산되지만, 다른 이동성으로 인해 속도가 다르다. 나+ 교수는 물 분자에 대한 친화력 때문에 이동성이 떨어지는 경향이 있다.

EJ = K1 log10(aw/amf)

여기서:

K1 = 25°C에서 11.6mV
aw = 형성수 이온 활동
amf = 진흙 여과 이온 활동

멤브레인 전위는 진흙과 형성수 등 이온농도가 다른 전해액 2개가 셰일로 분리될 때 발생한다. 셰일 속의 점토 광물은 보통 원자 알, 시, 오로 이루어져 있다. O2− 이온은 외층을 차지하고 순 음전하를 일으킨다. 용액에서 나오는 나+ 이온을 끌어들여 셰일을 통과하게 하고, Cl− 이온을 밀어낸다. Na+ 이온은 두 용액 사이에서 이동하며, 더 많은 식염수에서 더 적은 용액으로 순유입될 것이다.

EM = K2 log10(aw/amf)

여기서:

K2 = 2.3 RT/F, 여기서:
R = 이상적인 가스 상수
T = 켈빈 단위의 절대 온도
F = 패러데이 상수
aw = 형성수 이온 활동
amf = 진흙 여과 이온 활동

따라서 총 전기화학적 전위는C E = EM + EJ = K 로그10(aw/amf)로 요약된다.

자발적 전위는 전기화학적 전위의 측정이며 용액의 이온 활성도는 그 저항성에 반비례하므로 위의 방정식은 SP = EC = K 로그10(Rmfe/Rwe)로 단순화할 수 있으며, 여기서mfe R과we R은 각각 동등한 진흙 여과물 저항성과 등가 형성수 저항성이다.

클린 베드에 걸친 이상적인 자연 발생 전위는 정적 SP(SSP)로 알려져 있으며, 다음과 같이 정의된다.

SSP = -K 로그10(Rmfe/Rwe)

보어홀의 응용 프로그램

가장 유용한 SP 성분은 전기 화학적 전위인데, 이는 투과성 침대의 반대편에서 상당한 편향을 일으킬 수 있기 때문이다. 편향의 크기는 주로 보어홀과 형성액 사이의 염도 대비와 투과성 침대의 점토 함량에 따라 달라진다. 따라서 SP 로그는 투과성 침대를 검출하고 형성 수 염도와 형성 점토 함량을 추정하는 데 유용하다. 전류의 특성상 SP는 전도성 진흙에서만 기록할 수 있다.

R의w 결정

앞에서 정한 바와 같이 정적 SP는 다음과 같이 정의된다.

SSP = -K 로그(Rmfe/Rwe)

정적 SP(SSP)는 침대가 깨끗하고, 두껍고, 다공성이며, 투과성이 있으며, 적당히 침습된 경우에만 SP 곡선에서 직접 얻을 수 있다. 이러한 조건이 충족되지 않으면 기록된 SP를 교정할 필요가 있다. 이를 위해 다양한 보정 차트를 이용할 수 있다.

측정된 진흙 여과물 저항도 R을mf 동등한 진흙 여과물 저항도 R로mfe 변환하기 위해 다음과 같은 규칙을 사용한다.

  • 75 °F에서mf R이 0.1 Ω·m보다 크면 형성mfe 온도에서 R = 0.85 R을mf 사용한다.
  • 75°F에서 R이mf 0.1Ω·m 미만일 경우 Schlumberger 차트 SP-2 또는 동등한 값을 사용하여 R에서mf R을mfe 도출한다.

Schlumberger 차트 SP-2를 사용하여wew R을 획득할 수 있다.

표면의 응용 프로그램

일반적으로 지표면 지하수 흐름의 경로나 토성댐의 침수를 확인하기 위한 목적으로 SP 값(밀리볼트 또는 mV 단위)의 상대적 변화를 지도하기 위해 지면에 전극을 배치할 수 있다. 전압계는 고정된 액체 접합 전극과 이동식 전극(로버) 사이의 전압을 측정하며, 이 전극은 댐 면면을 따라 이동하거나 여러 판독치를 수집하기 위해 조사 영역 위로 이동한다. 관찰된 이상 징후는 지하수의 이동이나 배출을 나타낼 수 있다.[1]

해석

SP는 해석을 복잡하게 만드는 몇 가지 요인에 의해 영향을 받을 수 있다. 석유화학 부품 외에도 SP는 전기유전성과 바이메탈리즘의 영향을 받는다. 게다가 SP는 다음과 같은 요인에 의해서도 영향을 받는다.

  • 침대 두께(h); SP는 진흙에서 전류에 의해 생성되는 전위를 측정하는 것이므로, SP의 진폭은 진흙에 비해 형성과 인접 침대로 인한 전류에 대한 저항이 무시할 수 있는 경우에만 SSP 값에 접근한다. 이 상태는 두꺼운 침대에서만 충족된다. 얇은 침대에서는 SP가 비례적으로 감소한다.
  • 투과성 침대의 참 저항성(Rt); Rt/R이m 증가하면 SP 편향은 감소하고 침대 경계는 덜 뚜렷하게 정의된다. 탄화수소가 있으면 SP도 감쇠된다.
  • 침공 구역(Rxo) 및 진흙 저항성(Rm)의 저항성, SP는xo R/R의m 증가에 따라 증가한다.
  • 침입 직경(di); 침입이 깊어질수록 SP 감소
  • 형성수염에 대한 진흙 여과물의 비율: R/Rmfw
  • 인접 셰일 저항성(Rs); R/Rm 증가에s 따라 SP 증가
  • 홀 직경(dh); 홀 크기가 증가하면 SP 값이 감소한다.

측정기법

자발적 전위는 한 개의 전압계 프로브(표면 전극이라 함)를 지구 표면에 놓고 다른 프로브를 SP를 측정할 보어홀(아래쪽 전극이라 함)에 배치하여 측정할 수 있다. 사실, 로깅 도구는 정확히 이 방법을 사용한다. 이 측정은 비교적 간단하기 때문에 보통 SP 다운홀 전극은 다른 로깅 도구에 내장된다.

참고 항목

외부 링크

참조

  1. ^ Corwin, R. F., 1990, 환경 및 공학적 응용을 위한 자기 잠재력 방법, Ward, S. H., 편집자, 지질공학과 환경 지구물리학, 제1권: 검토 및 자습서, 탐사 지구물리학자 협회, 툴사, OK.
  • M. 곤두인, M.P.Tixier, G.L.Simard, Official Technology 저널 1957년 2월 "SP 곡선에 미치는 전해질 화학적 성분의 영향에 관한 실험적 연구"
  • Guyod, H, Oil Weekly, 1944, "Bore Holes의 전기 전위"
  • Pirson, S.J., The Oil and Gas Journal, 1947, "SP 곡선의 연구"