Giáo trình ĐỊA VẬT LÝ GIẾNG KHOAN - Chương 4 doc

94 Chơng 4 Các phơng pháp thế tự phân cực và phân cực kích thích Thế điện tự phân cực hay còn gọi là thế tự nhiên và thế phân cực kích thích là hai trờng điện quan trọng có nguồn gốc khác nhau. Thế điện tự phân cực là kết quả của các qúa trình hoá lý xảy ra khi dung dịch khoan tiếp xúc với đất đá và chất lu bo hoà trong vỉa nghiên cứu và các lớp đá vây quanh. Thế điện phân cực kích thích lại là kết quả của các quá trình hoá lý xảy ra trên bề mặt ngăn cách giữa thành phần có đặc tính dẫn điện ion và thành phần dẫn điện điện tử trong môi trờng nghiên cứu mỗi khi bị kích thích bởi dòng điện ngoài. Trên cơ sở của hai trờng phân cực nêu trên, trong Địa vật lý giếng khoan ngời ta xây dựng cơ sở lý thuyết và công nghệ của hai nhóm phơng pháp tơng ứng: Thế điện tự phân cực (Self - Potential, Spontaneous Potential) và Thế điện phân cực kích thích (Provocative Potential). 4.1. Phơng pháp thế điện tự phân cực - SP Lần đầu tiên, năm 1928, lúc chuẩn bị sơ đồ để đo điện trở suất trong giếng khoan, Schlumberger phát hiện thấy có sự tồn tại một hiệu điện thế giữa điện cực M trong giếng khoan và điện cực N đặt trên mặt đất khi không có dòng điện phát. Điện thế đó thay đổi rừ lớp đất đá này sang lớp đất đá khác, với giá trị từ một vài đến hàng trăm millivolt. Điện thế đó có tên gọi là điện thế tự phân cực. Phơng pháp đo thế điện này gọi là phơng pháp thế điện tự phân cực - SP. Trờng điện tự phân cực trong giếng khoan đ đợc rất nhiều nhà nghiên cứu phân tích chi tiết: Doll (1949), Willie (1949), Daxnov (1950), Gondouin (1958), Hill và Anderson (1959), v.v Theo sự phân tích của các tác giả khác nhau, thế điện tự phân cực trong giếng khoan có hai thành phần chính do hai quá trình vận động của các ion: a) Thế điện động lực (điện thấm lọc, dòng chảy) E K phát sinh khi có dung dịch điện phân thấm vào môi trờng lỗ rỗng không kim loại. b) Thế điện hoá E C xuất hiện khi hai chất lu không có cùng độ khoáng hoá tiếp xúc trực tiếp với nhau hay qua màng bán thấm (ví dụ sét) và quá trình oxy hoá khử trong môi trờng có quặng hoá kim loại. 95 4.1.1. Các quá trình điện hoá và điện động lực trong môi trờng quanh giếng khoan: a) Quá trình khuyếch tán: Các phân tử muối khoáng khi hoà tan trong nớc sẽ phân ly thành các ion. Trên bề mặt tiếp xúc giữa hai dung dịch điện phân có nồng độ C 1 và C 2 (C 1 > C 2 ) đợc ngăn cách bởi một màng bán thấm (Hình 4.1), các ion ở phía có nồng độ khoáng hoá cao sẽ dịch chuyển sang phía có nồng độ thấp hơn. Vì hoạt tính của các ion không giống nhau, phía môi trờng có nồng độ thấp sẽ nhận các ion có điện tích và hoạt tính cao. Nếu muối hoà tan là NaCl thì phía bên có nồng độ thấp C 2 sẽ có thế âm vì Cl - là ion có hoạt tính mạnh hơn Na + . Thế điện khuyếch tán E D sinh ra trên mặt tiếp xúc giữa hai dung dịch cùng loại muối NaCl, chỉ khác nhau về nồng độ đợc tính theo biểu thức Nerst: )1.4(ln* 2 1 C C ll ll F RT E aK aK D + = Trong đó: R: Hằng số khí (8,313 joule/K.mol) T : Nhiệt độ tuyệt đối. F : Số Faraday (96500 coulombi) l K , l a : Hoạt độ của cation và anion (cm 2 /V.s) C 1 , C 2 : Nồng độ khoáng hoá trên mặt ranh giới (g/l). Hoạt độ hay độ linh động của các ion tỷ lệ với tốc độ khuyếch tán của chúng trong dung dịch. Vì vậy, ta có thể tính gần đúng công thức (4.1) theo tốc độ U và V của cation và của anion trong trờng điện có gradien 1 vol/cm. )2.4(logln* 2 1 2 1 C C K C C vu vu F RT E DD = + = Trong đó: vu vu * F RT *3,2 D K + = gọi là hệ số khuyếch tán. Mặt khác, độ linh động của các ion trong dung dịch tỷ lệ với nồng độ. Do đó, ở nồng độ không quá cao có thể thay thế nồng độ C 1 và C 2 bằng hoạt tính hoá học a 1 và a 2 : Màn g sét NaCl loãn g NaCl đậm đặc H ình 4.1. Sơ đồ hình thành thế khuyếch tán 96 )3.4(log 2 1 a a KE DD = Trong thực tế, với một khoảng thay đổi nồng độ khoáng hoá rất rộng, hoạt tính hoá học của dung dịch có thể thay bằng độ dẫn điện của nó: 1 1 1 R a và 2 2 1 R a Cuối cùng, thế khuyếch tán đợc tính: )4.4(log 1 2 R R KE DD = Hệ số khuyếch tán K D là hàm số phụ thuộc vào nhiệt độ, thành phần hoá học, hoá trị và nồng độ dung dịch. Nếu các điều kiện sau cùng đ xác định, khi đó K D chỉ còn phụ thuộc vào nhiệt độ môi trờng. Đối với dung dịch NaCl, ở nhiệt độ 18 0 C độ linh động của các ion là: Na + l K = 43,5.10 -5 cm 2 /V.s Cl - l a = 65,5.10 -5 cm 2 /V.s Tính đợc: )5.4(6,11 5,635,43 5,655,43 **3,2 mV F RT K D = + = Vì vậy: Đối với trờng hợp C 1 = 10C 2 thì: )6.4(mV6,11 2 C 1 C log6,11 D E == Nếu hai dung dịch trên mặt tiếp xúc có nồng độ không quá khác biệt nhau thì: )7.4(log6,11 1 2 R R E D = Trong các trờng hợp dung dịch hoà tan nhiều loại muối có nồng độ khác nhau thì loại muối nào có u thế hơn sẽ có vai trò lớn hơn theo tỷ lệ phần đóng góp vào giá trị của thế khuyếch tán. b) Quá trình hấp phụ: Trong rất nhiều trờng hợp những dung dịch khác nhau về nồng độ khoáng hoá phân cách nhau qua màng mỏng có độ lỗ rỗng nhỏ, ví dụ lớp sét mỏng. Khi đó, sự 97 khuyếch tán các ion theo các lỗ rỗng, một số ion linh động có thể bị hấp phụ. Sét thờng giữ lại các ion âm và đẩy các ion dơng đi qua. Nói cách khác, sét là màng thấm các cation mà không thấm đối với các anion. Nếu dung dịch ở hai bên màng thấm đều là NaCl thì sẽ có hiện tợng dịch chuyển các cation Na + ở phía nồng độ cao sang phía bên có nồng độ thấp hơn. Trong khi đó các anion Cl - thì bị hấp phụ trên thành kênh dẫn. Kết quả là ở hai bên của màng bán thấm xuất hiện một điện thế. Thế điện sinh ra do hiện tợng vừa nêu ở hai phía bên của màng ngăn cách có tên gọi là thế điện hấp phụ do sét gây ra (E A ). Cũng có tác giả gọi E A là thế màng lọc (Membrane). Các quan sát thực tế cho thấy E A thay đổi theo hình thái cấu trúc mà không phụ thuộc vào chiều dày của màng thấm. Nếu giả sử một dung dịch lỡng phân có hai ion cùng hoá trị ( K = a = ) nh dung dịch NaCl, khi đó biểu thức tính thế điện hấp phụ có thể lấy giống nh ở (4.1). Trong đó, độ linh động l a của anion sẽ gần bằng không, vì bị hấp phụ bởi hạt khoáng vật trên thành ống dẫn. Do đó: )8.4(ln 2 1 C C F RT E A = Đối với muối NaCl, = 1 nên biểu thức (4.8) trở thành: )9.4(log3,2 2 1 C C F RT E A = Tơng tự nh (4.2) và (4.4) ta viết: )10.4(logloglog 1 2 2 1 2 1 R R K a a K C C KE AAAA === Trong đó: K A = 2,3RT/F là hệ số hấp phụ. Tham số này cũng phụ thuộc vào nhiệt độ của môi trờng. ở nhiệt độ 18 0 C, cho trờng hợp dung dịch NaCl hệ số K A = +57,65 (mV). Do đó: )11.4(log65,57 1 2 R R E A += Thế điện hấp phụ E A phụ thuộc vào bề mặt riêng (còn gọi là bề mặt hấp phụ) hay độ hạt của đá. Độ hạt càng mịn, diện tích bề mặt riêng của đá càng cao. Hiện tợng hấp phụ các anion, nếu muối hoà tan là NaCl thì phía bên trong màng thấm có nồng độ thấp hơn sẽ có thế dơng vì Na + dễ dịch chuyển hơn Cl - (Hình 4.2). 98 c) Thế khuyếch tán hấp phụ: Hai quá trình điện hoá khuyếch tán và hấp phụ sinh ra các điện thế tơng ứng E D và E A . Các thế điện này đều do sự khác biệt nồng độ khoáng hoá ở hai phần dung dịch C 1 và C 2 . ở điều kiện giếng khoan ta luôn gặp các ranh giới tiếp xúc nh thế: thành giếng khoan, ranh giới giữa các lớp đất đá, giữa đới ngấm với đới nguyên. Các ranh giới đó đều là mặt ngăn cách giữa các phần đất đá bo hoà chất lỏng có độ khoáng hoá khác nhau. Trong trờng hợp dung dịch khoan là dung dịch sét cơ sở nớc ngọt thì độ khoáng hoá C f của filtrat dung dịch thờng nhỏ hơn nồng độ khoáng hoá C w của nớc vỉa (C w > C f ). Khi độ khoáng hoá tự nhiên của nớc vỉa C w và của filtrat C f đ đợc quy đổi về nồng độ khoáng hoá NaCl tơng đơng thì thế điện khuyếch tán ở phần đất đá có lỗ rỗng và độ thấm cao. Theo (4.7) ta có: )12.4(log6,11 w f D R R E = Ngợc lại, ở đoạn giếng đi qua các đá có độ rỗng hiệu dụng và độ thấm kém nh các lớp sét thì quá trình hấp phụ lại mạnh, làm ngăn cản quá trình khuyếch tán. Trên bề mặt các lớp sét, quá trình hấp phụ chỉ tiếp nhận các anion và đẩy trả các cation. Hai quá trình điện hoá mạnh yếu khác nhau và có tính trái ngợc nhau ở các vỉa thấm và không thấm cho nên trên thành giếng khoan, ngang các vỉa cát (độ rỗng và độ thấm cao) sẽ có lớp ion âm. Còn ở ngang các lớp sét (thấm kém) sẽ có lớp ion dơng. Sự hình thành các mặt tích điện trái dấu nh vậy sẽ sinh ra dòng điện dịch có chiều theo mũi tên (Hình 4.3). Tơng tự nh đối với thế khuyếch tán, thế hấp phụ E A trong giếng khoan đợc tính theo (4.10). Ta có: )13.4(log65,57 w f A R R E += Hai quá trình điện hoá khuyếch tán và hấp phụ xảy ra trên mặt tiếp xúc giữa hai dung dịch không có cùng nồng độ khoáng hoá (filtrat dung dịch và nớc vỉa). Quá trình thứ nhất mạnh mẽ ở các đá có độ rỗng và độ thấm cao. Quá trình thứ hai chủ yếu ở các đá sét có độthấm kém. Quá trình này cho các ion linh động đi qua dễ dàng, quá trình kia thì hấp phụ các ion đó. Về mặt hình thức, hai quá trình khuyếch tán hấp phụ nh hai mặt đối lập của sự thống nhất: Quá trình điện hoá. Hai mặt đối lập của một quá trình thống nhất luôn luôn đi kèm với nhau. Nếu không có hấp phụ thì quá trình khuyếch tán sẽ kết thúc nhanh và ngợc lại, nếu chỉ có + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - + + + + + + + + + + + + + + + + Sét Cát Sét H ình 4.3: Sự hình thành thế E D và E A v v Đ ới rửa E A E D 99 quá trình hấp phụ thì bản thân nó cũng nhanh chóng trung hoà điện tích. Khi đó, kết quả là ranh giới giữa các lớp đá cát và sét không thể hiện rõ quá trình điện hoá. Các quá trình điện hoá làm xuất hiện thế khuyếch tán và thế hấp phụ nh hai thành phần của thế điện hoá khuyếch tán hấp phụ E DA . Trên ranh giới các lớp cát/sét thế điện hoá sẽ là tổng đại số của các thành phần E D và E A (Hình 4.4). )14.4(loglog)( w f DA w f ADADDA R R K R R KKEEE =+=+= và gọi K DA = (K D +K A ) là hệ số khuyếch tán - hấp phụ. ở nhiệt độ 18 0 C, hệ số này có giá trị bằng -69,25 mV, đôi khi nó đợc làm tròn:-70 mV. )15.4(][log70 mV R R E w f DA = Chú ý: Ngang vỉa sét không có đới ngấm mặt ranh giới giữa R f hay R m với R w chính là thành giếng khoan. Trong vỉa cát, mặt ranh giới giữa R f và R w chính là ranh giới ngoài cùng của đới ngấm D i . Đờng kính đới ngấm tăng theo thời gian cho đến khi quá trình thấm dung dịch ngừng hẳn. Khi đờng kính đới ngấm còn thay đổi thì thành phần E D thay đổi làm cho E DA cũng vì thế mà thay đổi theo. Điều này giải thích tại sao đo thế điện SP trong giếng khoan ở các thời điểm khác nhau ta có thể gặp trờng hợp giá trị biên độ E DA thay đổi vì đờng kính đới ngấm còn đang thay đổi. d) Quá trình thấm lọc Dòng thấm của chất lỏng trong môi trờng lỗ rỗng nh đất đá là kết quả của mức chênh áp suất trong môi trờng đó. ở điều kiện giếng khoan filtrat dung dịch thấm vào đất đá ở thành giếng khi áp suất thuỷ tĩnh của cột dung dịch lớn hơn áp suất vỉa, nếu ngợc lại thì nớc vỉa sẽ chảy vào giếng khoan. Các quá trình thấm đó làm xuất hiện ở giếng khoan một thế điện mang dấu âm nếu filtrat thấm vào đất đá ở thành giếng; sẽ là dấu dơng nếu nớc vỉa chảy vào giếng khoan. Thế điện có nguồn gốc do dòng thấm lọc có tên gọi là thế điện thấm lọc hay thế điện động lực. Thế điện thấm lọc E f là hàm phụ thuộc vào mức chênh áp P giữa điểm đầu và điểm cuối của dòng thấm, điện trở suất R w và độ nhớt , hằng số điện môi của chất H ình 4.4: Dị thờng E DA ở ranh giới các lớp cát/sét E DA Sé t Cát E A E D w f D R R E log6,11= w f A R R E log65,57= 100 lu và điện thế zeta (hiệu điện thế giữa các lớp điện kép linh động và không linh động ở thành ống mao quản): )16.4( 4 wf R P E = Trong đó: P = P 2 P 1 (P 1 là áp suất cột dung dịch; P 2 là áp suất vỉa). Dấu của E f phụ thuộc vào dấu của P. Trong thực tế khi khoan bằng dung dịch sét thờng giữ ở điều kiện áp suất P 1 P 2 . Filtrat thấm vào vỉa để lại trên thành giếng một lớp vỏ sét đủ dày để ngăn không cho filtrat tiếp tục thấm vào vỉa. Đến thời điểm đó, quá trình thấm thực chất là bị dừng hẳn. Vì vậy, thế điện thấm lọc E f ở vỉa cát và vỉa sét lúc đó là nh nhau, nói cách khác thế điện này trở nên rất nhỏ ở các giếng khoan dùng dung dịch sét. Trong các giếng khoan thuỷ văn dùng dung dịch nớc l có độ khoáng hoá thấp thì trờng điện thấm lọc trở nên có tầm quan trọng, vì thành phần này có liên quan hàm số với hệ số thấm cơ học f của các lớp chứa nớc: )17.4( 21 f è R PP fE = e) Quá trình Oxy hoá khử Phản ứng oxy hoá khử là phản ứng hoá học trao đổi điện tử. Trong phản ứng oxy hoá khử, chất nào mất một hoặc nhiều điện tử thì chất đó là chất oxy hoá và kết quả xuất hiện một ion dơng (Cu Cu ++ + 2e - ; Fe ++ Fe +++ + e - ;), chất nào thu một hay nhiều điện tử thì nó là chất khử. Khi đó nguyên tố hoá học mang điện tích âm hoặc trở về trung tính (2H + + 2e - H 2 ). Kết quả của quá trình oxy hoá khử sẽ làm tách phần môi trờng có điện tích dơng và âm dẫn đến sự phân cực và hình thành một thế điện. Điện thế này có thể đợc tính bằng công thức: )18.4()ln( " ' K C C F RT E OX = Trong đó: E XO là thế điện oxy hóa khử. C , C là hàm lợng các chất oxy hoá ở mức độ nhiều hơn hoặc ít hơn. K là hằng số cân bằng phản ứng oxy hoá khử. là hoá trị của chất bị oxy hoá hoặc khử. 101 Thế điện oxy hoá khử thờng gặp trong các trờng hợp giếng khoan đi qua đới khoáng hoá hay các vỉa quặng đa kim, vỉa than biến chất cao Các khoáng vật nh pyrit, pyrotin, chancopyrit, calcozin, covelin, thờng dễ bị oxy hoá trong môi trờng axít nên có nhiều khả năng tham gia trong các quá trình oxy hoá khử. Các đới khoáng hoá nhiệt dịch sulfua ở gần mặt đất thờng biểu hiện qua thế điện oxy hoá khử cao. Trong giếng khoan, ở chiều sâu lớn gặp môi trờng có tính khử mạnh thì một số khoáng vật nhóm sulfua nh: pyrit, calcozin, không bị oxy hoá nhng khi gặp dung dịch khoan giàu oxy thì các phản ứng oxy hoá khử xảy ra mạnh mẽ và do đó cũng xuất hiện thế oxy hoá khử mà ta có thể đo đợc. 4.1.2. Thế điện tự phân cực toàn phần - SP Các quá trình khuyếch tán - hấp phụ, thấm lọc và oxy hoá khử làm xuất hiện các thế điện lần lợt tơng ứng là: E DA , E f và E OX . Các thành phần này xảy ra đồng thời và hợp thành thế điện tự phân cực E SP trong giếng khoan. )19.4( OXfDASP EEEE + + = Trong các giếng khoan thăm dò dầu khí, ở phần lát cắt đá trầm tích, hai thành phần đầu tiên, nhất là thành phần khuyếch tán - hấp phụ E DA là mạnh mẽ nhất. Thành phần thứ ba oxy hoá khử E OX thờng không xuất hiện hoặc rất yếu, có thể bỏ qua. Ngợc lại, trong các giếng khoan thăm dò quặng hoặc than đôi khi có trờng hợp thành phần E OX là mạnh hơn các thành phần khác. Thế điện tĩnh E SSP tỷ lệ với một dòng I SP trong môi trờng nghiên cứu theo định luật Ohm: )20.4(M SPSSP RIE = Trong đó: R là trở kháng của phần môi trờng mà dòng I SP đi qua (Hình 4.5). Trong giếng khoan là R m . Trong vỉa nghiên cứu là R XO . Trong vỉa vây quanh là R S . Vì vậy có thể tính: ( ) ' SPSXOmSSP ).(IRRRE 204++= Trong giếng khoan, dòng I SP đi qua R m nên giá trị đo đợc U SP sẽ là: )21.4( SPmSP IRU = Thay (4.20) vào (4.21) ta sẽ nhận đợc: Đ ồ thị thế tĩnh Dung dịch Màng cách điện Vỏ sét Sét Cát Sét Đ ới ngấm Đ ồ thị thế tĩnh Đ ờng cong SP Sét Cát Sét Đ ồ thị thế tĩnh SPP Đ ồ thị đo SP H ình 4.5. Sơ đồ biểu diễn phân bố thế điện, đờng dòng SP và đờng cong quanh vỉa thấm 102 )22.4( SSP SXOm m SP E RRR R U ++ = Từ (4.22) ta thấy thế điện U SP đo đợc trong giếng khoan có giá trị tuyệt đối luôn luôn nhỏ hơn thế điện tĩnh tính theo lý thuyết E SSP . Trên hình 4.5a đờng biểu diễn thế điện tĩnh E SSP là đờng không liền nét có giá trị không ở vỉa sét và bằng const ở vỉa cát. Hình 4.5b biểu diễn giá trị thế điện tự phân cực U SP đo đợc trong giếng khoan bằng đờng đồ thị liền nét. Dị thờng U SP có dạng đối xứng và có giá trị cực tiểu ở điểm giữa vỉa cát và tiến tới không ở các vỉa sét vây quanh (U SP < E SSP ). Nếu vỉa nghiên cứu có chiều dày lớn, ảnh hởng của điện trở R S từ các lớp vây quanh không còn. Tiết diện ngang của giếng khoan nhỏ hơn tiết diện ngang của đới ngấm nên trở kháng R XO nhỏ hơn trở kháng của giếng khoan (R XO << R m ). Khi đó (4.22) có thể đợc viết: )23.4( SSPSP EU 4.1.3. Sơ đồ đo thế điện tự phân cực - SP a) Sơ đồ đo: Các điện cực M và N làm bằng chất liệu kim loại ít bị phân cực điện cực trong môi trờng dung dịch khoan và có độ khoáng hoá khác nhau. Thờng ngời ta dùng chì (Pb) để chế tạo các điện cực thu M, N. Bộ bù phân cực (BPC) sẽ tạo ra một thế điện để khử thế điện phân cực điện cực nếu có. Điện thế kế V sẽ ghi giá trị độ chênh thế điện giữa điện cực M so với điện cực N. BPC V N M a BP C N M b V H ình 4.6: Sơ đồ nguyên tắc đo SP trong giếng khoan a. Sơ đồ đo gradien b. Sơ đồ đo thế SP BPC - Bộ bù phân cực V - Điện thế kế 103 N SP M SP MN SP UUU = Nếu cả hai điện cực M và N cùng dịch chuyển trong giếng khoan (Hình 4.6a) thì phép đo có giá trị là gradien SP. Khi N đặt cố định trên mặt đất, M là điện cực chạy trong giếng khoan thì phép đo có giá trị đo là thế SP tại điểm M. SP M SP N SP M SPSP UconstUUUU === Trong sản xuất phổ biến dùng sơ đồ đo thế SP. Chỉ dùng sơ đồ đo gradien SP khi có nhiễu mạnh. Về nguyên tắc từ số đo đo gradien SP có thể tính chuyển thành thế U SP . b) Đồ thị hay biểu đồ đo SP trong giếng khoan: Trong giếng khoan,đồ thị hay biểu đồ đo SP là đờng liên tục biểu diễn sự thay đổi thế điện tự phân cực SP theo chiều sâu. Các lớp đá khác nhau trong lát cắt thể hiện khác nhau theo hình dáng, biên độ và dấu của dị thờng U SP . Tỷ lệ ngang và dấu của biểu đồ SP đợc ấn định trên dấu ký hiệu - + ở đầu băng ghi (Hình 4.7). Các dấu - và + chỉ chiều giảm và tăng của giá trị U SP . Chiều dài của mũi tên hai đầu là giá trị thay đổi của giá trị đo tơng ứng trên băng ghi tính bằng mV. Trên hình 4.7, dấu hiệu đó biểu thị thay đổi của giá trị đo 20mV trên chiều dài tơng ứng. c) Đờng không (zero) của biểu đồ SP: Đờng cong đo U SP gần nh không đổi trên đờng thẳng ở các đoạn chiều sâu giếng khoan đi qua các lớp sét hay đá macnơ có chiều dày đủ lớn (Hình 4.8). Ngời ta chọn đờng nối các giá trị SP đi qua các lớp sét để dựng một đờng thẳng kéo dài theo chiều sâu giếng khoan. Đờng đó đợc gọi là đờng cơ sở hay đờng không (zero) của biểu đồ đo SP. Đờng này vì vậy cũng có tên gọi khác là đờng sét. Đ ờn g 0 Đ ờn g 0 Khoảng dịch đờng 0 Mặt bất chỉnh h ợp Mặt bất chỉnh h ợp H ình 4.7. Biểu đồ đo SP trong giếng khoan [...]... loạt các yếu tố khác nhau: - Độ lớn của trờng điện tự phân cực ESP - Chiều dày h và điện trở Rt của đới nguyên - Điện trở Ri và đờng kính Di của đới ngấm - Điện trở suất RS của các lớp vây quanh - Hàm lợng sét trong vỉa nghiên cứu 1 04 Giá trị USP mà ta đo đợc trong giếng khoan là hàm số phụ thuộc vào các yếu tố nói trên h R R D U SP = f E SP , , t , i , i d Rm Rm d Hình 4. 9 thể hiện ảnh hởng chiều... do một số nguyên nhân khác nhau: - Thay đổi độ khoáng hoá của dung dịch khoan - Thay đổi thành phần hoá học khoáng vật của vỉa sét - Trong lát cắt, ở một chiều sâu nào đó, có một lớp sét không kín hoàn toàn để ngăn cách phân chia các lớp cát có độ khoáng hoá khác nhau - Có sự phân cực ở các điện cực thu ở giữa lát cắt có tồn tại một bất chỉnh hợp địa tầng Trên hình 4. 8, chèn giữa các lớp cát B và D... hàm mũ 4. 2.1 Quá trình hình thành thế điện phân cực kích thích Đ có nhiều giả thiết về hiện tợng phân cực kích thích Các kết quả phân tích lý thuyết và thực nghiệm đều cho thấy có hai nhóm quá trình làm hình thành điện thế phân cực kích thích trong môi trờng nghiên cứu: - Các quá trình xảy ra trên bề mặt tiếp xúc giữa phần môi trờng dẫn điện điện tử và phần môi trờng dẫn điện ion - Các quá trình xảy... kết đồng danh các lớp trong lát cắt giữa các giếng khoan trên tuyến liên kết - Xác định điện trở suất của nớc vỉa, Rw - Trong điều kiện thuận lợi, khi đ xác định đợc độ sét Vsh của đá chứa thì kết quả đo SP có thể đợc sử dụng để đánh giá độ lỗ rỗng của đá 4. 2 Phơng pháp thế điện phân cực kích thích PP Khi tiến hành các phơng pháp điện trở suất trong các giếng khoan than và quặng ta hay gặp hiện tợng sau:... điều kiện đó, hiệu ứng toàn phần sẽ là tổng của các thế điện hình thành từ các hiện tợng vừa nêu trên 4. 2.2 Đo thế điện phân cực kích thích trong giếng khoan 1 Sơ đồ nguyên tắc Hình vẽ 4. 13 là sơ đồ nguyên tắc đo thế điện phân cực kích thích UPP trong giếng khoan Ra UPP E mA P Cm Cc Rh CP N B A1 M A2 Hình 4. 13 Sơ đồ đo UPP Trong sơ đồ đo UPP sử dụng một hệ điện cực A1MA2 Các điện cực phát A1 và A2 nối... xung quanh giếng khoan Vì thế, nó thuận tiện hơn thế phân cực kích thích khi nghiên cứu lát cắt giếng khoan thăm dò các đới quặng hoá Khi gặp các đới quặng hoá, trên đờng cong PP có dị thờng lớn hơn đờng cong UPP rất nhiều vì ở đó, giá trị URa rất nhỏ 4 Phạm vi ứng dụng của phơng pháp phân cực kích thích Phơng pháp thế điện phân cực kích thích là một trong các phơng pháp nghiên cứu các giếng khoan tìm... Hình 4. 9 ảnh hởng của h, R lên kết quả đo USP (theo Doll, 1 948 ) Hình 4. 10 là các bản chuẩn hiệu chỉnh đa giá trị USp, (ESP) trong trờng hợp vỉa có chiều dày h hữu hạn về trờng hợp tơng đơng vỉa có chiều dày lớn vô hạn Không thấm có thấm Hình 4. 10 Bản chuẩn hiệu chỉnh giá trị đo SP 105 4. 1.5 Phạm vi ứng dụng của phơng pháp SP Phơng pháp thế điện tự phân cực đợc ứng dụng rộng ri trong nghiên cứu các giếng. .. đi ra sẽ làm phân ly chất điện phân Đối với dung dịch NaCl, sự phân ly làm xuất hiện các ion Na+ và Cl- Các bọt khí bám trên bề mặt điện cực hình thành một pin gavanic có các điện cực khí (Hình 4. 11) Khối chất dẫn điện điện tử + + + + + + + + + H+ - e + + + + - - ClDung dịch điện phân Hình 4. 11: Khối chất dẫn điện điện tử trong dung dịch điện phân Khi xung dòng kích thích kết thúc, pin gavanic... giếng khoan nhằm mục đích khác nhau, đặc biệt trong thăm dò dầu khí và than Trong thực tế sản xuất, phơng pháp này đợc sử dụng để giải quyết các nhiệm vụ khác nhau: - Phân chia các lớp đất đá trong lát cắt giếng khoan theo thành phần thạch học Nhận biết các lớp đá có thấm và không thấm (tầng chứa và tầng chắn) - Xác định ranh giới và chiều dày các vỉa cát sét dựa vào khả năng thấm của chúng - Liên... vỉa h, điện trở (4. 24) Rt , E SP , lên dáng điệu Rm và biên độ đờng cong đo ghi USP Giá trị đo SP sẽ bị giảm dần khi đờng kính giếng tăng Tất cả các yếu tố khác của nó không thay đổi, giá trị SP giảm khi đới ngấm sâu Thế điện USP là giá trị đo trờng điện giữa một điện cực M chạy trong giếng khoan so với điện cực N đặt trên mặt đất Nó đợc hình thành do dòng điện đi trong dung dịch khoan Biên độ USP . + + + + - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - + + + + + + + + + + + + + + + + Sét Cát Sét H ình 4. 3: Sự hình. dạng, môi trờng bị phân cực - - - - + + + + + + + + + + + + - - - - - - - - e + Khối chất dẫn điện điện tử Dun g dịch điện phân H + Cl - H ình 4. 11: Khối chất dẫn điện điện. l K = 43 ,5.10 -5 cm 2 /V.s Cl - l a = 65,5.10 -5 cm 2 /V.s Tính đợc: )5 .4( 6,11 5,635 ,43 5,655 ,43 **3,2 mV F RT K D = + = Vì vậy: Đối với trờng hợp C 1 = 10C 2 thì: )6 .4( mV6,11 2 C 1 C log6,11 D E