ELEKTRIČNA VODLJIVOST LEŽIŠNIH STIJENA

petrofizika – električna vodljivost, faktor formacije

1

ELEKTRIČNA VODLJIVOST LEŽIŠNIH STIJENA

Važna skupina geofizičkih metoda ispitivanja u bušotinama,

tzv. elektrokarotažne metode,

uključuju mjerenja električne otpornosti stijena u nezacijevljenim bušotinama u svrhu određivanja njihove poroznosti odnosno zasićenja fluidima.


2

Ležišne stijene sastoje se od nakupina

minerala koji - osim nekih minerala glina - u

suhom stanju ne vode električnu struju.

Od ležišnih fluida, smjese ugljikovodika (plin,

kondenzat, nafta) također su izolatori

Čak je i kemijski čista voda vrlo slabi vodič

električne struje.


3

Međutim, ležišne vode uvijek sadrže otopljene

soli, te je disocirani ioni čine vodljivom.

Intersticijalna slana voda u porama

stijene je elektrolit, čiji kationi,

napr. , , ,

i anioni, napr. , , , itd.,

u polju električnog potencijala prenose

struju kroz vodenu otopinu, te i

porozna stijena postaje provodljiva.

Na Ca Mg

Cl 3HCO4SO nafta

voda

stijena


4

Električna vodljivost poroznog medija raste sElektrična vodljivost poroznog medija raste s

Koncentracijom elektrolita, tj. topivih anorganski

soli (uglavnom NaCl) u vodi;

Poroznošću kao i s relativnom količinom slane vode

u pornom prostoru, tj. zasićenjem vodom,

te manje ovisi i o:

Morfologiji pornog prostora (dimenzije i oblik

kapilara; propusnost),

Mineralogiji, tj. kemijskom sastavu porozne

stijene, posebno sadržaju glina u stijeni.


5

U praksi se za kvalitativni i kvantitativni opis električne vodljivosti stijena rabi njena recipročna vrijednost, tj. električnelektričnaa otpornost otpornost poroznog medija. (Što je vodljivost veća, otpornost je manja i obratno).

E

I

(ohm)Vili

A

Er

I

2V m= Ω m ili ohm-m

A m

A E AR r

L I L

Otpor :

Osnovne Osnovne definicijedefinicije Napon; elektromotorna sila, [ V ]

Jakost struje, [ A ]

Otpornost :


6

Određivanje otpornosti slane vode (engl. brine) i stijene, zasićene tom slanom vodom

E

oR

LA

oI+ _

wR

LA

wI E+

_

ohm-mw ww

A E AR r

L I L ohm-mo o

o

A E AR r

L I L


7

o w

w o

R I

R I

iliRF FF

Faktor formacije

w ww

A E AR r

L I L o o

o

A E AR r

L I L

o

w

R

R

Iz i proizlazi da je

Za omjer ARCHIE je predložio naziv

Faktor otpornosti formacije

(Formation Resistivity Factor)

o

w

RF

R katkada i


8

Faktor formacijeFaktor formacije

Budući da za konstantni E, Iw uvijek je veća od Io,

te će Ro biti uvijek veći od Rw , dakle

Faktor Formacije uvijek je veći od 1

1o

w

RF

R

Određivanje Rw

Izravno mjerenje (lab),

Određivanje iz kemijske analize vode,

Različite empirijske metode

Određivanje Ro

Izravno mjerenje (lab),


9

Korelacija faktora formacije i poroznosti

Uz konstantni salinitet, tj. koncentraciju iona u ležišnoj vodi, Rw =konst.;

otpornost stijene, Ro raste sa smanjenjem poroznosti stijene (manja

poroznost, manje elektrolita u stijeni, manja vodljivost!)

Faktor Formacije obratno je proporcionalan poroznosti - empirijski izraz glasi:

om

w

R CF

R

C = faktor zavojitosti pora

m = faktor cementacije

1F


10

Električna vodljivost / otpornost glinovitih stijena (pješčenjaka) ovisi još i o sadržaju glina.

Električki dvosloj iona, adsorbiranih na površini gline, koja je u kontaktu sa slanom vodom (hidratizirana glina) predstavlja dodatni vodič el. struje.

Zato je mjereni faktor formacije (Fa) glinovitih pješčenjaka općenito manji nego F čistih pješčenjaka i uključuje vodljivost elektrolita i glina:

Korelacija F i poroznosti – komplikacije!Korelacija F i poroznosti – komplikacije!

oaa

w

RF

R

1 1 1

oa c wR R F R

wRoaR otpornost glinovitog pješčenjaka, potpuno zasićenog vodom otpornosti

cR otpornost glina

pravi F formacije

wF R otpornost slane vodeF


11

Korelacija faktora formacije i poroznostiKorelacija faktora formacije i poroznosti

Neki empirijski izrazi za F (na temelju eksperimentalnih podataka)

m

CF

C = faktor zavojitosti pora

(vrijednosti od 0.6 do 1.42)

m = faktor cementacije – funkcija je raspodjele veličine i oblika pora u stijeni; ovisi o stupnju vezanosti zrna (vrijednosti od 0.8 do 2.5 )

HUMBLE formula (pijesci, pješčenjaci)

2.15

0.62F

(dosta dobro vrijedi

za karbonate)2

1F

m

aF

ARCHIE formula

(različite litologije)2

0.81F

(pješčenjaci)


12

Korelacija otpornosti i zasićenja vodom

Indeks otpornosti, I je omjer otpornosti djelomično (Rt) i potpuno (Ro) slanom vodom zasićene stijene:

Kada porni prostor stijene nije sasvim ispunjen eletrolitom nego je prisutan i fluid koji ne vodi struju, npr. plin ili nafta, ukupna otpornost stijene će biti veća nego kod potpunog zasićenja elektrolitom (slana voda).

t

o

RI

R

tR tR

t tR R

Indeks otpornosti funkcija je zasićenja vodom; što više raste Sw smanjuje se I:

1nw

IS

Dakle mjerenjem se otpora u bušotini može odrediti i raspodjela zasićenja fluidima.

n = eksponent zasićenja,

(“saturation

exponent”)


13

Očito je da ne postoji univerzalna formula za računanje poroznosti jer su točni a i m karakteristični za svako ležište:

ARCHIE

(različite litologije)

m

aF

m = vrijednosti od 0.8 do 2.5


14

Rasponi vrijednosti parametara izraza za F (Core Laboratories, Inc.)


15

Rasponi vrijednosti parametara izraza za I (Core Laboratories, Inc.)


16

Točne korelacije F-Φ i I-Sw

Očito je da ne postoji univerzalna formula za računanje poroznosti jer su točni C i m karakteristični za svako ležište. Isto vrijedi i za n.

Zato se najtočniji podaci o poroznosti iz karotažnih dijagrama dobivaju primjenom C i m i n, određenih u laboratoriju za konkretne ležišne stijene.

Eksperimentalni pristup određivanju parametara jednadžbi za F i I:

Izbor statistički relevantnog broja (10, bolje 20-tak) uzoraka stijene različitih poroznosti iz ležišta;

Zasićivanje uzoraka slanom vodom, saliniteta identičnog onom ležišne vode;

Mjerenje Ro uzoraka; također izmjeriti Rw

Tijekom određivanja Pc-krivulja desaturacijom, odabranom broju uzoraka različite poroznosti mjeriti Rt pri nekoliko različitih stanja zasićenosti vodom (Sw)


17

Određivanje parametara jednadžbi za F iz eksperimentalnih podataka:

Mjereni F-Φ podaci stave se u log-log dijagram

1

10

100

1000

0.0100 0.1000 1.0000

Poroznost

Fa

kto

r fo

rma

cije

OB tlak = 1 bar

OB tlak = 140 bar

Series2

Series4

m

aF

1.833

1.382m

CF

log log log lF a m

U logaritmiranom obliku jednadžbe, m=nagib pravca, a loga = odsječak

2.114

1.382m

CF

Rješenje za sobne OB uvjete:

Rješenje za OB=140 bar uvjete:


18

Određivanje parametara jednadžbi za I iz eksperimentalnih podataka:

Mjereni I-Sw podaci stave se u log-log dijagram1nw

IS

1.594

1 1nw w

IS S

log log wI n S

U logaritmiranom obliku jednadžbe, n = nagib pravca

Rješenje:

1

10

100

1000

0.010 0.100 1.000

Sw, zasićenje vodom

I, in

deks

zas

ićen

ja


19

Brzina širenja kompresijskog zvučnog vala u nekom mediju ovisi o gustoći i elastičnim svojstvima tog medija.

Vrijeme potrebno da kompresijski zvučni val prevali jediničnu udaljenost, proporcionalno je gustoći, a obrnuto proporcionalno modulu elastičnosti medija:

ODREĐIVANJA POROZNOSTI STIJENA

AKUSTIČKOM KAROTAŽOM

(Kalibracija podataka karotaže zvukom lab. mjerenjima)

(s/m)b

TM g


20

Litologiji stijene sastav gustoća + meh. svojstva (elastičnost);

Stupnju kompakcije stijene;

Fluidima u pornom prostoru stijene;

Tlaku i temperaturi

pa se zato na mjerenju brzine zvuka u stijeni pribušotinske zone temelji jedna od geofizičkih metoda kontinuiranog određivanja poroznosti tj. karotaža zvukom

(“sonic” ili “acoustic logging”).

Kod poroznih stijena brzina širenja zvuka ovisi o:


21

Recipročna vrijednost brzine zvuka, 1

t

= vrijeme širenja zvuka, (“interval time”)

Medij v (m/s) t

(ms/m)Pješčenjak (nevezani) 5180 193Pješčenjak (konsolidirani) 5790 173Vapnenac 6400 156Dolomit 7010 143Kalcit 6700 149Anhidrit 6100 164Gips 5790 173Kvarc 5490 182

Voda (destilirana) 1400 715Voda (+ 20 % Na Cl) 1645 620Nafta 1280 781Metan 488 2054Zrak 335 2986


22

Mjereni Dt u karotažnom dijagramu sadrži efekte same stijene (matriks) i fluida u stijeni. Ova ukupna brzina zvuka ovisi i o poroznosti. Relacije među ovim veličinama (Willie, et. al):

1 (1 )

f mav v v

ma

f ma

t t

t t

ili izraženo s t, koje se zapravo mjeri:

mjerena brzina zvuka,

fv v

mav brzina zvuka u matrici stijene

brzina zvuka u fluidu,


23

tf je za prisutne fluide poznato i konstantno. Problem

predstavlja tma jer ovisi o litologiji, koja može dosta varirati, pa

ovisno o adekvatnosti odabranog tma ovisi kvaliteta odn. točnost poroznosti, izračunane iz karotažnog dijagrama.

Zato je za određeno

ležište OPET najbolje

verificirati tma

eksperimentalnim

određivanjem korelacije

t- sistematskim

mjerenjima t na

velikom broju jezgara

različite

110

120

130

140

150

160

170

180

190

200

210

220

230

240

250

260

270

280

290

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25

poroznost

Inte

rval

no v

rijem

e, m s

/m

149.5mat

ELEKTRIČNA VODLJIVOST LEŽIŠNIH STIJENA

Documents

Transcript of ELEKTRIČNA VODLJIVOST LEŽIŠNIH STIJENA