Phương pháp thế điện tự phân cực là một trong các phương pháp điện chủ đạo để nghiên cứu lát cắt lỗ khoan.
Vào 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 dịch chuyển dọc trong giếng khoan và điện cực N đặt trên mặt đất khi không có dòng điện phát, điện thế đó thay đổi từ lớp đá này sang lớp đá khác, với giá trị từ một vài đến hàng trăm millivolt. Điện thế đó có tên gọi là điện thế tự phân cực. Phương pháp đo thế điện này gọi là phương pháp thế điện tự phân cực – SP.
Thế điện tự phân cực trong giếng khoan có hai thành phần chính do hai quá trình vận động của các ion:
Thế điện động lực (điện thấm lọc, dòng chảy) Ek: trong điều kiện giếng khoan là dòng filtrat thấm qua lớp vỏ sét ở đoạn vỉa thấm tốt. Khi lớp vỏ sét đủ dày thành màng chống thấm thì quá trình thấm dừng lại và thành phần Ek cũng sẽ triệt tiêu.
Thế điện hoá Ec: thành phần chính của trường điện SP, là kết quả của sự khác biệt về nồng độ của nước trong thành hệ và chất thấm (filtrat).
45
Thế hấp thụ EA do sự dịch chuyển các ion đi qua các lớp sét vây quanh.
Thế khuếch tán ED do sự dịch chuyển có hướng của các ion trên mặt tiếp xúc giữa đới thấm và đới nguyên, ranh giới giữa các lớp đất đá, thành giếng khoan.
Đối với môi trường trong lỗ khoan, quá trình khuếch tán hấp phụ là quá trình chính tạo nên trường điện tự nhiên (Hình 2.9), sau đó là quá trình ngấm lọc.
Hình 2.9. Sự khuếch tán muối từ nước vỉa ra dung dịch khoan và từ dung dịch khoan vào vỉa.
46
Hình 2.10. Sự hình thành các thế trong lỗ khoan.EA thế hấp thụ. ED thế khuyếch tán Nếu thành hệ thấm không phải là phiến sét, thế điện hoá là:
Ec = -K log (aw/af) (2.14) Trong đó:
aw, af : là độ hoạt hóa của nước vỉa và filtrate
K là hệ số tỷ lệ theo nhiệt độ tuyệt đối của thành hệ (K= 71 ở 25oC)
Độ hoạt hoá của dung dịch liên quan đến nồng độ muối và do đó liên quan đến điện trở. SP do tính hoạt hoá điện có thể được viết như sau:
SP = - K log (Rmf/Rw) (2.15) Trong đó:
Rmf: điện trở dung dịch Rw: điện trở nước vỉa
Việc đo thế của trường điện tự nhiên được tiến hành nhờ hai phương pháp đo thế và đo gradient. Thông thường người ta tiến hành phương pháp đo thế, nghĩa là đặt một cực thu trên miệng giếng khoan, còn điện cực thu thứ hai được dịch chuyển trong
47
giếng khoan. Trong một số trường hợp khi có nhiễu lớn, có thể dùng phương pháp đo gradient, khi đó cả hai điện cực thu đều được dịch chuyển trong giếng khoan và khoảng cách giữa chúng là không đổi (khoảng 1 – 2m). Kết quả thu được là các đồ thị biểu diễn sự thay đổi thế điện tự nhiên theo chiều sâu dọc giếng khoan.
Sau đây là sơ đồ nguyên tắc đo trong giếng khoan: