الخواص الكهربائية للصخور
تشكل كل من الحبوب الصلبة والمساحات الفارغة صخورًا مسامية. وباستثناء بعض المعادن الطينية، فإن المواد الصلبة غير موصلة. ويحدد شكل الفراغات والسائل المستخدم لملئها الخصائص الكهربائية للصخر. النفط والغاز والماء هي السوائل ذات الأهمية في احتياطيات النفط. تشمل المواد غير الموصلة الغاز والنفط.
حيث r هي المقاومة، [Ω]، A هي مساحة المقطع العرضي، [m2]، L هو الطول، [m]
ويتم التعبير عن المقاومة بالأوم متر (Ω.m). ومع ذلك، بالنسبة للمواد المعقدة مثل الصخور التي تحتوي على الماء والنفط، فإن مقاومة الصخر تعتمد على:
- ملوحة الماء
- درجة حرارة
- المسامية
- هندسة المسام
- إجهاد التكوين
- تكوين الصخور.
إن مقاومة التيار الكهربائي في الصخور المسامية ترجع في المقام الأول إلى حركة الأيونات الذائبة في المحلول الملحي الذي يملأ مسام الصخور. وتختلف المقاومة باختلاف درجة الحرارة بسبب زيادة نشاط الأيونات في المحلول مع زيادة درجة الحرارة.
نظرًا للخصائص التوصيلية لمياه تكوين المكمن، تعد تقنية تسجيل الآبار الكهربائية أداة مهمة في تحديد تشبع الماء مقابل العمق، وبالتالي فهي مصدر موثوق لتقييم الهيدروكربون في الموقع.
المسامية وعامل التكوين:
أثبت الباحث البتروفيزيائي، جوس آرتشي، أن عامل التكوين (يمكن أن يكون مرتبطًا رياضيًا بالمسامية عن طريق دمج ثابتين في معادلة - "أ"، عامل التعرج، والذي غالبًا ما يُجبر على الحصول على قيمة 1 لتقليل العدد من المتغيرات في المعادلات، و"m" الذي يسمى عامل التماسك، وترتبط هذه الثوابت بنوع الصخر وهندسة المسام ووجود موصلات صلبة في المواد الطينية، وعندما تزيد المسامية فإن عامل التكوين يتناقص بشكل كبير .
عامل التكوين:
إن المفهوم الأساسي الذي يأخذ في الاعتبار الخواص الكهربائية للصخور هو عامل التكوين، كما حدده آرتشي:
حيث Ro هي مقاومة الصخر عند تشبعه بنسبة 100% بالماء، [Ω.m]، Rw هي مقاومة الماء، [Ω.m].
يوضح عامل التكوين وجود علاقة بين موصلية الصخور المشبعة بالماء وموصلية الماء السائبة. من الواضح أن العامل يعتمد على بنية مسام الصخر.
مؤشر المقاومة:
الفكرة الأساسية الثانية للخواص الكهربائية للصخور المسامية التي تحتوي على الماء والهيدروكربونات هي مؤشر المقاومة I.
حيث Rt هي مقاومة الصخرة عند تشبعها جزئيًا بالماء، [Ω.m]، وRo هي مقاومة نفس الصخرة عند تشبعها بنسبة 100% ماء، [Ω.m].
التعرج:
طور ويلي العلاقة بين عامل التكوين وخصائص الصخور الأخرى، مثل المسامية f والتعرج t. يمكن تعريف التعرج بأنه (La/L)2،
حيث L هو طول اللب وLa يمثل طول المسار الفعال عبر المسام. وبالاعتماد على النماذج المسامية البسيطة يمكن استخلاص العلاقة التالية:
معادلة آرشي المعممة:
حيث m و a ثوابت تميز الصخر، F هو عامل التكوين τ هو تعرج الصخر، ∅ هو مسامية الصخر. تتراوح قيم a بين 0.62 و3.7 ويعتمد ذلك على نوع الصخر.
عامل الأسمنت:
اقترح آرتشي علاقة مختلفة قليلاً بين عامل التكوين والمسامية من خلال إدخال عامل التماسك:
حيث ∅ مسامية الصخر، m هو عامل التماسك لآرتشي.
وأفاد آرتشي أن عامل التماسك ربما تراوح من 1.8 إلى 2.0 للأحجار الرملية المجمعة وللرمال النظيفة غير المجمعة حوالي 1.3.
أس التشبع:
معادلة آرتشي الشهيرة تعطي علاقة مؤشر المقاومة بالتشبع المائي للصخور:
حيث Sw هو تشبع الماء، n هو أس التشبع، ويتراوح من 1.4 إلى 2.2 (n = 2.0 إذا لم يتم تقديم بيانات).
في هذه المعادلة، يمكن الحصول على Rt وRo من بيانات تسجيل الآبار، ويتم تحديد أس التشبع n تجريبيًا في المختبر. ونتيجة لذلك، يمكن استخدام معادلة آرتشي لحساب تشبع الماء في الموقع. بناءً على معادلة توازن المادة للتكوين، Sw+So+Sg =1.0، يمكن حساب احتياطي الهيدروكربون الموجود.