انتقال التيار الكهربائي خلال الصخور
الصخور المكمنية تكون بصورة عامة رسوبية تتألف من حبيبات (grains)، مادة صخرية او حشو (matrix) والاسمنت (cement). هذه المكونات تعتبر غير ناقلة للتيار الكهربائي (non-conductive) لأنها تتكون من معادن الكوارتز (quartz)، السلیکات (silicates) والاكاسيد (oxides)، والكاربونات (carbonates) ومعادن أخرى. لكن التيار الكهربائي ينتقل خلال هذه الصخور بسبب وجود مسامات تحتوي على سوائل ناقلة للتيار الكهربائي مثل ماء التكوين (formation-water) الذي يكون اما من نوع (connate-water) اي ماء حبيس متزامن أو من نوع المياه الجوفية (ground-water) أو يكون مزيج من هذه الأنواع.
الهيدروكاربونات تعتبر مواد عازلة للكهربائية، هناك بعض المعادن تكون جيدة التوصيل للتيار مثل معدن البایرایت (pyrite) والمكنتایت (magnetite). ولكن تكون هذه المعادن بكميات قليلة داخل الصخور إن وجدت، معدن الكلوکونایت (glauconite) أن وجد بكميات غير قليلة فإنه يساعد على نقل التيار وهذه الحالة تعتبر شاذة.
ابتدأ (كونارد شلمبرجر) في عام ۱۹۱۲ اولى تجاربه التي ادت في النهاية الى نشوء المجسات التي تتعامل بها في أيامنا هذه. ولقد تم اجراء اول عملية جس كهربائية في الخامس من ايلول ۱۹۲۷ من قبل (ه. ج . دول) في مقاطعة (الالزاس لورين) في فرنسا. وفي عام 1941 قدم (جي.اي اركي) من شركة (شل) النفطية بحثا في اجتماع (AIME) في مدينة (دالاس) بولاية تكساس وضع فيه الأسس التي اعتبرت حجر الأساس الذي يستند علیه تفسیر مجسات الكم الحدیث (1942 ,Archie). ولقد اظهرت تجارب ( اركي) بأن المقاومة النوعية للتكوين المشبع بالماء (Ro) مملوء بماء ذي مقاومة نوعية مقدارها (Rw) يمكن التعبير عنهم بوساطة معامل التكوين ( المعامل الحجمي للتكوین).
ان كل طرق التفاسير الحالية التي تعتمد على منحنيات المقاومة النوعية تعتمد بالاساس على معادلة اركي.
المقاومة النوعية
المقاومة هي الصفة الصخرية التي بني عليها علم المجسات. أن المقاومة (Resistance) صفة موروثة في كل المواد بغض النظر عن حجمها او شكلها، في أن تقاوم سريان التيار الكهربائي. وللمواد المختلفة مقاومات مختلفة لسريان الكهربائية.والمقاومة حسب قانون اوم (Ohm's law) تعرف كما يلي: تتناسب سرعة التيار الكهربائي (I) في جسم موصل مع فرق الجهد (AE) المسبب لانتقال التيار.
اما المقاومة النوعية فهي مقياس للمقاومة، ومكون المقاومة النوعية هي التوصيلية Conductivity.
المقاومة النوعية (resistivity) للموائع الهيدروكاربونية (نفط ، غاز) تكون بحدود الملايين (اوم - م) أي تعتبر مواد عازلة.
المقاومة النوعية للمياه تعتمد على مقدار تركيز الأملاح فيها (salinity).
الماء المقطر له مقاومة نوعية اكثر من مليون (اوم م). أما الماء المشبع بالملح (saturated salt water) فله مقاومة نوعية اقل من (0.1) (اوم -م).
ملح (NaCl) موجود بصورة رئيسية في المياه الحقلية. ملوحة مياه الحقول تمثل بوحدات (ppm) اي (جزء/مليون جزء) من ملح (NaCl) . المقاومة النوعية للتكوينات المختلفة اقل من (1.0) (اوم - م) في الطبقات الطفلية اللينة (soft shales) والطبقات الرملية المشبعة بالماء الى عشرات من (اوم - م) في الطبقات الرملية الحاوية على الهيدروكاربونات والى مقاومة نوعية ما لا نهاية (∞) في التكوينات المدمجة (compact formation) مثل الطبقات الكلسية الكثيفة (dense Limestone).
إن قابلية محلول الالكترولیت (electrolyte) لنقل التيار الكهربائي تعتمد على عدد الايونات / وحدة حجم أو التركيز (concentration)، سرعة الايونات المختلفة في المحلول (mobility) تحت تدرج وحدة جهد (unit potential gradient) ودرجة حرارة محلول الالكترولیت.
مثال: ماء البحر له تركيز يتراوح (ppm 30,000-35000) من (NaCl) و محلول من الماء المشبع بملح (NaCl) له تركيز يساوي (ppm 250,000)، في درجة حرارة الغرفة ماء البحر له مقاومة نوعية تساوي (0.20m) والمحلول المشبع بالملح
له مقاومة نوعية تساوي (0.045m). أي أن المقاومة النوعية حلول الالكترولیت او نماذج المياه الحقلية تتناسب عكسيا مع التركيز والمقاومة النوعية للمحلول تتناسب ايضا مع ارتفاع درجة الحرارة.
نموذج من ماء التكوين له تركيز من ملح (NaCl) يساوي (ppm 10,000) المقاومة النوعية لهذا النموذج في درجات الحرارة المختلفة:
| درجة الحرارة | المقاومة النوعية (اوم - م) |
|---|---|
| 60°F | 0.68 |
| 122°F | 0.35 |
| 212°F | 0.2 |
ممكن ايجاد المقاومة النوعية لماء التكوين (formation-water) الموجود داخل
الطبقات بواسطة المخطط البياني شكل (2) اذا كان تركيز الأملاح (NaCl) ودرجة
الحرارة معلومة .
|
| شكل(1) مخطط بياني للملوحة والمقاومة النوعية والحرارة للمحاليل (NaCl) (لشركة شلمبرجر). |
مياه الحقول تحتوي على أملاح اخرى بجانب ملح (NaCl) مثل
مركبات(Na2SO4)،(MgSO4)،(CaCl2)،(KCI)،(NaSO4)،(CaSO4) وغيرها بكميات مختلفة .
لذلك عند استعمال المخطط البياني شكل (1) يجب تحويل هذه الاملاح الي ما يعادلها
من ملح (NaCl) . المخطط البياني التالي شكل (2) يستعمل لتحويل تركيز الأملاح
المختلفة الي ملح (NaCl).
|
| شكل(2) مخطط بياني لتركيز الايونات والعوامل المحلولة (لشركة شلمبرجر). |
خلال عملية مسح الابار لتسجيل الخواص الفيزيائية للصخور ، تسجل درجة الحرارة
القصوى في اسفل البئر (bottom-hole temperature) او (BHT) بواسطة محرار خاص من
المقاومة ، لايجاد درجة الحرارة في أي عمق داخل البئر تستعمل المعادلة
التالية:
حيث
Tf = درجة حرارة التكوين في أي عمق .
To = درجة الحرارة السطحية المعدلة
GG = معامل تدرج الحرارة الجوفية (geothermal gradient) ويمثل بدرجات فهرنهایت
/ 100 قدم (100/F°).
العمق المطلوب حساب درجة حرارته .
في المعادلة يفترض تغيير الحرارة مع العمق خطي (linear) وهذا صحيح ان لم توجد
شواذ (anomalies) تؤثر على تغيير الحرارة . تختلف درجة الحرارة السطحية المعدلة
(To) مع خط العرض على سطح الكرة الأرضية ، تستعمل في المناطق الشمالية (°60F)
كمعدل الحرارة السطحية خلال السنة . تستعمل في المناطق الاستوائية (°80F) او
اكثر . ارتفاع الحرارة مع عمق الدفن ناتج عن انتقال الطاقة الحرارية من مركز
الكرة الأرضية نحو السطح .
يلاحظ في الآبار البترولية قيم مختلفة لتدرج الحرارة الجوفية المقاسة بوحدات
(C°Km-¹) او (F/100ft°). معدل تدرج الحرارة الجوفية المقاسة في العالم يساوي
(25C° Km-¹) أي ما يعادل (2.5C°/100m) يستعمل المخطط البياني التالي شكل (3)
لحساب درجة الحرارة داخل الابار او درجة حرارة التكوين (formation-temperature)
في أي عمق داخل البئر اذا كانت درجة الحرارة معلومة عند عمق معين.
|
| شكل(3) مخطط بياني لحساب درجة حرارة التكوين(التدرج الحراري مع العمق يفترض خطي) (لشركة شلمبرجر). |
طرق حساب المقاومة النوعية لماء التكوين (Rw)
حساب المقاومة النوعية لماء التكوين مهم في دراسات تسجيل الآبار حيث انها تدخل
في معادلات اساسية لحساب درجات التشبع بالماء في المكامن وغيرها ، وهناك
طرق عديدة لحساب المقاومة النوعية الماء التكوين منها :
- طريقة القياس المباشر لنموذج مثالي لماء التكوين.
- التحليل الكيمياوي لماء التكوين واستعمال الرسوم البيانية الخاصة شكل(1).
- استعمال معادلة تسجيل الجهد التلقائي (SP).
- استعمال معادلة (Archie) في الطبقات المشبعة بالماء.
- استعمال طريقة التسقيط البياني (cross-plot).
- طريقة (Ra) أي طريقة المقاومة النوعية الظاهرية لماء التكوين.
المصادر
- أنطوان مهران. 1988. تحليلات تسجيلات الآبار. تم الإسترجاع 2020-5-25. نسخة مطبوعة pdf.