Giáo trình ĐỊA VẬT LÝ GIẾNG KHOAN - Chương 4

Ch-ơng 4 Các ph-ơng 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 tr-ờng 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 l-u bão 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...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Giáo trình ĐỊA VẬT LÝ GIẾNG KHOAN - Chương 4 Ch−¬ng 4 C¸c ph−¬ng ph¸p thÕ tù ph©n cùc vµ ph©n cùc kÝch thÝch ThÕ ®iÖn tù ph©n cùc hay cßn gäi lµ thÕ tù nhiªn vµ thÕ ph©n cùc kÝch thÝch lµ hai tr−êng ®iÖn quan träng cã nguån gèc kh¸c nhau. ThÕ ®iÖn tù ph©n cùc lµ kÕt qu¶ cña c¸c qóa tr×nh ho¸ lý x¶y ra khi dung dÞch khoan tiÕp xóc víi ®Êt ®¸ vµ chÊt l−u b∙o hoµ trong vØa nghiªn cøu vµ c¸c líp ®¸ v©y quanh. ThÕ ®iÖn ph©n cùc kÝch thÝch l¹i lµ kÕt qu¶ cña c¸c qu¸ tr×nh ho¸ lý x¶y ra trªn bÒ mÆt ng¨n c¸ch gi÷a thµnh phÇn cã ®Æc tÝnh dÉn ®iÖn ion vµ thµnh phÇn dÉn ®iÖn ®iÖn tö trong m«i tr−êng nghiªn cøu mçi khi bÞ kÝch thÝch bëi dßng ®iÖn ngoµi. Trªn c¬ së cña hai tr−êng ph©n cùc nªu trªn, trong §Þa vËt lý giÕng khoan ng−êi ta x©y dùng c¬ së lý thuyÕt vµ c«ng nghÖ cña hai nhãm ph−¬ng ph¸p t−¬ng øng: ThÕ ®iÖn tù ph©n cùc (Self - Potential, Spontaneous Potential) vµ ThÕ ®iÖn ph©n cùc kÝch thÝch (Provocative Potential). 4.1. Ph−¬ng ph¸p thÕ ®iÖn tù ph©n cùc - SP LÇn ®Çu tiªn, n¨m 1928, lóc chuÈn bÞ s¬ ®å ®Ó ®o ®iÖn trë suÊt trong giÕng khoan, Schlumberger ph¸t hiÖn thÊy cã sù tån t¹i mét hiÖu ®iÖn thÕ gi÷a ®iÖn cùc M trong giÕng khoan vµ ®iÖn cùc N ®Æt trªn mÆt ®Êt khi kh«ng cã dßng ®iÖn ph¸t. §iÖn thÕ ®ã thay ®æi rõ líp ®Êt ®¸ nµy sang líp ®Êt ®¸ kh¸c, víi gi¸ trÞ tõ mét vµi ®Õn hµng tr¨m millivolt. §iÖn thÕ ®ã cã tªn gäi lµ ®iÖn thÕ tù ph©n cùc. Ph−¬ng ph¸p ®o thÕ ®iÖn nµy gäi lµ ph−¬ng ph¸p thÕ ®iÖn tù ph©n cùc - SP. Tr−êng ®iÖn tù ph©n cùc trong giÕng khoan ®∙ ®−îc rÊt nhiÒu nhµ nghiªn cøu ph©n tÝch chi tiÕt: Doll (1949), Willie (1949), Daxnov (1950), Gondouin (1958), Hill vµ Anderson (1959), v.v Theo sù ph©n tÝch cña c¸c t¸c gi¶ kh¸c nhau, thÕ ®iÖn tù ph©n cùc trong giÕng khoan cã hai thµnh phÇn chÝnh do hai qu¸ tr×nh vËn ®éng cña c¸c ion: a) ThÕ ®iÖn ®éng lùc (®iÖn thÊm läc, dßng ch¶y) EK ph¸t sinh khi cã dung dÞch ®iÖn ph©n thÊm vµo m«i tr−êng lç rçng kh«ng kim lo¹i. b) ThÕ ®iÖn ho¸ EC xuÊt hiÖn khi hai chÊt l−u kh«ng cã cïng ®é kho¸ng ho¸ tiÕp xóc trùc tiÕp víi nhau hay qua mµng b¸n thÊm (vÝ dô sÐt) vµ qu¸ tr×nh oxy ho¸ khö trong m«i tr−êng cã quÆng ho¸ kim lo¹i. 94 4.1.1. C¸c qu¸ tr×nh ®iÖn ho¸ vµ ®iÖn ®éng lùc trong m«i tr−êng quanh giÕng khoan: a) Qu¸ tr×nh khuyÕch t¸n: C¸c ph©n tö muèi kho¸ng khi hoµ tan trong n−íc sÏ ph©n ly thµnh c¸c ion. Trªn bÒ mÆt tiÕp xóc gi÷a hai dung dÞch ®iÖn ph©n cã nång ®é C1 vµ C2 (C1 > C2) ®−îc ng¨n c¸ch bëi mét mµng b¸n thÊm (H×nh 4.1), c¸c ion ë phÝa cã nång ®é kho¸ng ho¸ cao sÏ dÞch chuyÓn sang phÝa cã nång ®é thÊp h¬n. V× ho¹t tÝnh cña c¸c ion kh«ng gièng nhau, phÝa m«i tr−êng cã nång ®é thÊp sÏ nhËn c¸c ion cã ®iÖn tÝch vµ ho¹t tÝnh cao. NÕu muèi hoµ tan lµ NaCl th× phÝa bªn cã nång ®é thÊp C2 sÏ cã thÕ ©m v× Cl- lµ ion cã ho¹t tÝnh m¹nh h¬n Na+. ThÕ ®iÖn khuyÕch t¸n ED sinh ra trªn mÆt tiÕp xóc gi÷a hai dung dÞch cïng lo¹i muèi NaCl, chØ kh¸c nhau vÒ nång ®é ®−îc tÝnh theo biÓu thøc Nerst: RT l K − l a C1 ED = * ln (4.1) F lK + la C2 Trong ®ã: R: H»ng sè khÝ (8,313 joule/K.mol) T : NhiÖt ®é tuyÖt ®èi. F : Sè Faraday (96500 coulombi) lK, la: Ho¹t ®é cña cation vµ anion (cm2/V.s) C1, C2: Nång ®é kho¸ng ho¸ trªn mÆt ranh giíi (g/l). Ho¹t ®é hay ®é linh ®éng cña c¸c ion tû lÖ víi tèc ®é khuyÕch t¸n cña chóng trong dung dÞch. V× vËy, ta cã thÓ tÝnh gÇn ®óng c«ng thøc (4.1) theo tèc ®é U vµ V cña cation vµ cña anion trong tr−êng ®iÖn cã gradien 1 vol/cm. RT u − v C1 C ED = = K D log 1 * ln (4.2) NaCl ®Ëm ®Æc NaCl lo·ng F u + v C2 C2 Trong ®ã: Mµng sÐt RT u − v K D = 2,3 * * gäi lµ F u+v H×nh 4.1. S¬ ®å h×nh thµnh thÕ khuyÕch t¸n hÖ sè khuyÕch t¸n. MÆt kh¸c, ®é linh ®éng cña c¸c ion trong dung dÞch tû lÖ víi nån ...