petrofizika elektrina vodljivost faktor formacije ELEKTRINA VODLJIVOST LEINIH

petrofizika – električna vodljivost, faktor formacije 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. 1

petrofizika – električna vodljivost, faktor formacije 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. 2

petrofizika – električna vodljivost, faktor formacije 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. , stijena voda , , , , itd. , nafta u polju električnog potencijala prenose struju kroz vodenu otopinu, te i porozna stijena postaje provodljiva. 3

petrofizika – električna vodljivost, faktor formacije Električna vodljivost poroznog medija raste s q Koncentracijom elektrolita, tj. topivih anorganski soli (uglavnom Na. Cl) u vodi; q Poroznošću kao i s relativnom količinom slane vode u pornom prostoru, tj. zasićenjem vodom, te manje ovisi i o: q Morfologiji pornog prostora (dimenzije i oblik kapilara; propusnost), q Mineralogiji, tj. kemijskom sastavu porozne stijene, posebno sadržaju glina u stijeni. 4

petrofizika – električna vodljivost, faktor formacije U praksi se za kvalitativni i kvantitativni opis električne vodljivosti stijena rabi njena recipročna vrijednost, tj. električna otpornost poroznog medija. (Što je vodljivost veća, otpornost je manja i obratno). Osnovne definicije Napon; elektromotorna sila, [ V ] Jakost struje, [A] Otpor : Otpornost : 5

petrofizika – električna vodljivost, faktor formacije Određivanje otpornosti slane vode (engl. brine) i stijene, zasićene tom slanom vodom 6

petrofizika – električna vodljivost, faktor formacije Faktor formacije Iz Za omjer i proizlazi da je ARCHIE je predložio naziv Faktor otpornosti formacije (Formation Resistivity Factor) katkada i 7

petrofizika – električna vodljivost, faktor formacije Faktor 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 Određivanje Rw § Izravno mjerenje (lab), Određivanje Ro § Izravno mjerenje (lab), § Određivanje iz kemijske analize vode, § Različite empirijske metode 8

petrofizika – električna vodljivost, faktor formacije 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: C = faktor zavojitosti pora m = faktor cementacije 9

petrofizika – električna vodljivost, faktor formacije Korelacija F i poroznosti – komplikacije! 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: otpornost glinovitog pješčenjaka, potpuno zasićenog vodom otpornosti otpornost glina pravi F formacije otpornost slane vode 10

petrofizika – električna vodljivost, faktor formacije Korelacija faktora formacije i poroznosti 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 ) Neki empirijski izrazi za F (na temelju eksperimentalnih podataka) HUMBLE formula (pijesci, pješčenjaci) (dosta dobro vrijedi za karbonate) ARCHIE formula (različite litologije) 11

petrofizika – električna vodljivost, faktor formacije Korelacija otpornosti i zasićenja vodom 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). Indeks otpornosti, I je omjer otpornosti djelomično (Rt) i potpuno (Ro) slanom vodom zasićene stijene: Indeks otpornosti funkcija je zasićenja vodom; što više raste Sw smanjuje se I: Dakle mjerenjem se n = eksponent zasićenja, otpora u bušotini može odrediti i raspodjela (“saturation exponent”) zasićenja fluidima. 12

petrofizika – električna vodljivost, faktor formacije Očito je da ne postoji univerzalna formula za računanje poroznosti jer su točni a i m karakteristični za svako ležište: ARCHIE (različite litologije) m = vrijednosti od 0. 8 do 2. 5 13

petrofizika – električna vodljivost, faktor formacije Rasponi vrijednosti parametara izraza za F (Core Laboratories, Inc. ) 14

petrofizika – električna vodljivost, faktor formacije Rasponi vrijednosti parametara izraza za I (Core Laboratories, Inc. ) 15

petrofizika – električna vodljivost, faktor formacije 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: l Izbor statistički relevantnog broja (10, bolje 20 -tak) uzoraka stijene različitih poroznosti iz ležišta; l Zasićivanje uzoraka slanom vodom, saliniteta identičnog onom ležišne vode; l Mjerenje Ro uzoraka; također izmjeriti Rw l Tijekom određivanja Pc-krivulja desaturacijom, odabranom broju uzoraka različite poroznosti mjeriti Rt pri nekoliko različitih stanja zasićenosti vodom (Sw) 16

petrofizika – električna vodljivost, faktor formacije Određivanje parametara jednadžbi za F iz eksperimentalnih podataka: Mjereni F-Φ podaci stave se u log-log dijagram U logaritmiranom obliku jednadžbe, m=nagib pravca, a loga = odsječak Rješenje za sobne OB uvjete: Rješenje za OB=140 bar uvjete: 17

petrofizika – električna vodljivost, faktor formacije Određivanje parametara jednadžbi za I iz eksperimentalnih podataka: Mjereni I-Sw podaci stave se u log-log dijagram U logaritmiranom obliku jednadžbe, n = nagib pravca Rješenje: 18

petrofizika – električna vodljivost, faktor formacije ODREĐIVANJA POROZNOSTI STIJENA AKUSTIČKOM KAROTAŽOM (Kalibracija podataka karotaže zvukom lab. mjerenjima) 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: 19

petrofizika – električna vodljivost, faktor formacije Kod poroznih stijena brzina širenja zvuka ovisi o: l Litologiji stijene sastav gustoća + meh. svojstva (elastičnost); l Stupnju kompakcije stijene; l Fluidima u pornom prostoru stijene; l 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”). 20

petrofizika – električna vodljivost, faktor formacije Recipročna vrijednost brzine zvuka, = vrijeme širenja zvuka, (“interval time”) Medij v (m/s) Dt (ms/m) Pješčenjak (nevezani) Pješčenjak (konsolidirani) Vapnenac Dolomit Kalcit Anhidrit Gips Kvarc 5180 5790 6400 7010 6700 6100 5790 5490 193 173 156 143 149 164 173 182 Voda (destilirana) Voda (+ 20 % Na Cl) Nafta Metan Zrak 1400 1645 1280 488 335 715 620 781 2054 2986 21

petrofizika – električna vodljivost, faktor formacije 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): mjerena brzina zvuka, brzina zvuka u fluidu, brzina zvuka u matrici stijene ili izraženo s Dt, koje se zapravo mjeri: 22

petrofizika – električna vodljivost, faktor formacije Dtf je za prisutne fluide poznato i konstantno. Problem predstavlja Dtma jer ovisi o litologiji, koja može dosta varirati, pa ovisno o adekvatnosti odabranog Dtma ovisi kvaliteta odn. točnost poroznosti, izračunane iz karotažnog dijagrama. Zato je za određeno ležište OPET najbolje verificirati Dtma eksperimentalnim određivanjem korelacije Dt-f sistematskim mjerenjima Dt na velikom broju jezgara različite f 23