أجزاء ومكونات برج الحفر

مجس الجهد التلقائي (SP)

مجس الجهد التلقائي وهو أحد المعدات المستخدمة في عمليات جس الآبار لمعرفة وتحديد الطبقات النفاذة في البئر.

تسجيل مجس الجهد التلقائي او مجس الجهد الذاتي (SP) يمثل فرق الجهد الطبيعي بين قطب متحرك داخل البئر وقطب ثابت على سطح الارض.

ينحرف منحني مجس SP الى اليمين نحو خط الاساس السجيلي او الطفلي (Shale baseline) في حالة تواجد طبقات للسجيل (الطفل) ويعطي قيمه موجبة. بينما ينحرف منحني مجس SP الى اليسار نحو خط الاساس الرملي (Sand baseline) في حالة تواجد طبقات رملية ذات نفاذية عالية وتعطي قيمة سالبة.

قد يكون الانحراف إما إلى اليسار (سلبي) أو إلى اليمين (موجب)، اعتمادًا على الملوحة النسبية لماء التكوين ومرشح الطين. إذا كانت ملوحة مياه التكوين أكبر من ملوحة راشح الطين (الحالة الأكثر شيوعًا)، يكون الانحراف إلى اليسار. ومقدار انحراف SP يسجل بوحدات ملي فولت (mv).

يستعمل مقياس معين عند تسجيل SP من قبل مهندس التسجيل مثل 10 أو 20 أو 5، ويستعمل عادة مقياس كبير إذا كانت انحرافات SP قليلة أمام الطبقات النفاذة، وبصورة عامة يستعل مقياس كبير في الأعماق الضحلة ومقياس صغير في الأعماق الكبيرة وذلك لتأثير الحرارة على انحراف SP.

من غير ممكن تسجيل SP في الآبار المملوءة بطين أو سائل حفر غير موصل (non-conductive)، وايضا يكون SP بدون فائدة في الآبار التي درجة توصيل سائل حفرها عالية.

إستخدامات مجس SP

1. تحديد الطبقات النفاذة.
2. في عملية الترابط بين الابار (correlation).
3. ایجاد مقدار المقاومة النوعية للماء التكوين (Rw).
4. ایجاد نسبة السجيل "الطفل" (Shaliness) في الطبقات.
5. الكشف عن المصائد النفطية.

اصل الجهد التلقائي (SP)

التيارات الكهربائية الطبيعية داخل البئر والتكوينات المختلفة ناتجة عن القوة الدافعة الكهربائية التي تكون من اصل كهروكيمياوي (electrochemical) وكهروحركي (electrokinetic). الدراسات حول منشأ SP بدأت منذ سنة (1930) حيث وجد عند استعمال اقطاب لقياس المقاومة داخل البئر، وجود اختلاف في الجهد امام الطبقات المختلفة مع عدم وجود مصدر خارجي للتيار.

وكان يعتقد في البداية أن مصدر الجهد يعود الى ظاهرة الترشيح الكهربائي أو المنشأ الكهروحركي بسبب نفاذ راشح الطين داخل الطبقات النفاذة وإن الجهد الطبيعي المتولد يتناسب مع المقاومة النوعية للطين وفرق الضغط بين سائل الحفر وضغط الطبقات. لكن اكتشف بعد ذلك بأن تأثير الظاهرة على توليد SP كان قليلا وإن ظاهرة الكهروكيماوية كانت المسبب الرئيسية لتوليد SP.

شكل (1) تمثيل تخطيطي للتوزيع المحتمل للجهد داخل وحول الطبقات النفاذة.

الجهد الكهروكيميائي

الجهد الحاجزي

ان هيكل المعادن الطينية في السجيل وتركيز الشحنات الكهربائية السالبة على أسطح جسيمات الطين يعطي السجيل نفاذية انتقائية للأيونات المشحونة كهربائيًا. يعمل معظم السجيل كحواجز أيونية موجبة الشحنه (Cationic Membranes "أغشية كاتيونية") حيث تسمح بمرور الايونات الموجبة (Cations) ولا تسمح بمرور الأيونات السالبة (Anions).

يُظهر الجزء العلوي من الشكل (1) ماء التكوين الملحي في تكوين الحجر الرملي والطين في تجويف البئر تكون مفصولة بواسطة السجيل. ينفصل ملح كلوريد الصوديوم، الموجود عادة في كل من ماء التكوين وطين الحفر، إلى أيونات مشحونة (⁺Na و ^–Cl) في محلول في الماء. تميل أيونات الصوديوم والكلور إلى الهجرة من المحلول ذو التركيز العالي إلى محلول ذو التركيز الواطئ، ولكن نظرًا لأن السجيل المتداخل عبارة عن غشاء او حاجز آيوني موجب الشحنة، منيع لآيونات الكلور السالبة، لذلك فقط آيونات الصوديوم الموجبة يمكنها الهجرة.

إذا كان ماء التكوين، كالعادة، عبارة عن محلول NaCl أكثر تركيزًا من الطين، فهناك تدفق صافي للأيونات الموجبة من الحجر الرملي لتمر عبر السجيل إلى تجويف البئر. يتوافق هذا مع تيار كهربائي موجب في نفس الاتجاه (المشار إليه بالسهم المنحني) مدفوعًا بجهد كهربائي، أو قوة دافعة كهربائية (EMF) عبر السجيل. نظرًا لأن السجيل يعمل كغشاء انتقائي للأيونات، لذلك يُعرف هذا الجهد الكهربائي باسم الجهد الحاجزي (Membrane potential).

الجهد الانتشاري

عند حافة المنطقة التي تم غزوها، حيث يكون راشح الطين وماء التكوين على اتصال مباشر، يمكن لأيونات الصوديوم والكلور التحرك بحرية من محلول إلى آخر. لكن الأيونات الكلورية تكون صغيرة ولديها قابلية تنقل أكبر من أيونات الصوديوم، لذا فإن صافي انتشار الأيونات من ماء التكوين الأكثر تركيزًا إلى راشح الطين الأقل تركيزًا يتضمن عددًا أكبر من الأيونات من أيونات الصوديوم. هذا يعادل تدفق تيار موجب في الاتجاه المعاكس (يشار إليه بالسهم المستقيم عند A في الشكل 1).

التيار المتدفق عبر نقطة الاتصال بين المحاليل ذات الملوحة المختلفة مدفوع بقوة دافعة كهربائية (EMF) يسمى بالجهد الانتشاري (Diffusion potential) او الجهد الناتج من وجود سوائل متصلة مع بعضها (Liquid-junction potential). مقدار الجهد الانتشاري يبلغ تقريباً خمس الجهد الحاجزي.

إذا احتوت المحاليل على كميات كبيرة من الأملاح بخلاف ملح كلوريد الصوديوم، فقد لا تكون قيمة K (ثابت يتناسب مع درجة الحرارة المطلقة) تساوي 71 عند درجة 77 فهرنهايت. إذا كان التكوين القابل للنفاذ يحتوي على بعض الطين الصخري أو الطين المشتت، يتم تقليل الجهد الكهروكيميائي الكلي، وبالتالي تقليل انحرافات SP.

الجهد الكهروحركي

يتم إنتاج الجهد الكهروحركي (E_k، ويسمى أيضًا جهد التدفق أو جهد الترشيح الكهربائي"electrofiltration potential") عندما يتدفق الالكتروليت عبر جسم مسامي نفاذ. يتم تحديد مقدار الجهد الكهروحركي بشكل أساسي من خلال فرق الضغط الذي ينتج بين سائل الحفر والتكوين والمقاومة النوعية للإلكتروليت.

يتولد هذا النوع من الجهد خلال القشرة الطينية (mud cake) المترسبة أمام الطبقات النفاذة ويرمز بالحروف E_kmc. يتولد ايضاً هذا الجهد امام الطبقات السجيلية التي لها نسبة من النفاذية ويرمز با لحروف E_ksh. هذه الكميات من الجهد تقريبا متساوية وتختصر، حيث تكون مساهمة الجهد الكهروحركي ضئيلة في انحراف SP. إذا كان ماء التكوين مالحًا إلى حد ما (المقاومة أقل من 0.1 أوم•م) وكان فرق الضغط في النطاق الطبيعي لبضع مئات من psi، فيمكن اهمال هذه الكمية في الحسابات. 

لكن في بعض الاحيان من غير ممكن اهماله وخاصة في حالة فرق الضغط العالي بين الطبقات وسائل الحفر او عند استعمال اطیان حفر ثقيلة او عند وجود تكوينات ذات ضغوط مكمنية مستنزفة (depleted pressures).

إذا كانت مياه التكوين قليلة الملوحة، والطين له مقاومة نوعية، والتكوين ذو نفاذية منخفضة نظيفة وله بعض المسامية، يمكن أن يكون تأثير الجهد الكهروحركي كبيرًا حتى 200 mv.

علاقة النفاذية بتوليد SP

يجب أن تكون الطبقات الحاوية على محاليل من الالكترولیت نفاذة لاجل ان يتولد SP أمام هذه الطبقات. لكن مقدار SP المتولد بالملفولت لا يعتمد على النفاذية او المسامية، بل يتطلب انتقال الأيونات من داخل التكوين الى المنطقة المكتسحة وجود أدنى قيمة من النفاذية. لكن لا توجد علاقة مباشرة بين نفاذية التكوين ومقدار SP. اذا كان التكوين نفاذ وهناك اختلاف في تركيز الايونات بين راشح الطين وماء التكوين فان SP يتولد امام هذا التكوين.

الجهد التلقائي السكوني Static SP (SSP)

يوضح الجزء السفلي من الشكل (1) تيارات SP في تجويف البئر والتكوينات. تتوافق الاتجاهات الحالية المشار إليها مع الحالة الأكثر شيوعًا لملوحة مياه التكوين التي تزيد عن ملوحة راشح الطين، مما ينتج جهد بواسطة الطبقة النفاذة أقل من جهد السجيل. هذا يتوافق مع انحراف إلى اليسار في سجل SP بواسطة الطبقة النفاذة.

إذا كانت ملوحة راشح الطين أكبر من ملوحة مياه التكوين، فإن التيارات تتدفق في الاتجاه المعاكس، مما ينتج عنه انحرافات موجبة لـ SP. إذا كانت ملوحة راشح الطين وماء التكوين متشابهة، لا يتم توليد SP.

تتدفق تيارات SP من خلال أربع وسائط مختلفة:

• موائع البئر
• المنطقة التي تم غزوها
• الجزء غير المغمور من التكوين القابل للاختراق
• السجيل المحيط

يقيس سجل SP فقط الانخفاض المحتمل من تيارات SP في موائع البئر، والذي قد لا يمثل إجمالي SP نظرًا لوجود إنخفاض للجهد في التكوين. إذا كان من الممكن مقاطعة التيارات بواسطة سدادات عازلة افتراضية (انظر الجزء العلوي من الشكل 1)، فإن الجهد الذي سيتم ملاحظتة في الطين سيكون هو الجهد التلقائي الكلي. يسمى هذا الانحراف المثالي بالجهد التلقائي السكوني (SSP). يصل انحراف SP عمليا إلى SSP في التكوين السميك والنظيف النفاذ.

يقدم تجويف البئر مساحة مقطعية أصغر بكثير لتدفق التيار من التكوينات المحيطة به، وبالتالي فإن مقاومة جزء البئر من دائرة تيار SP أعلى بكثير من جزء التكوين. لذلك، يحدث انخفاض لكل جهد SP تقريبًا في تجويف البئر إذا كانت مقاومة التكوين منخفضة إلى متوسطة وطبقات التكوين سميكة، لذلك، في الممارسة العملية، يقترب انحراف SP المسجل من قيمة SSP في الطبقات السميكة النفاذة.

تحديد SSP

لتحديد SSP، يتم رسم الخط الرملي (Sand line) من خلال الانحرافات الكبيرة (سالبة عادتاً) لمنحنى SP المتاخمة للطبقات السميكة النفاذة. يتم رسم خط الأساس السجيلي في سجل SP من خلال طبقات السجيل المتداخل. يتم الفصل بين خط الرمل وخط الأساس السجيلي، ويقاس بالملي فولت (mv)، وهو SSP. يتم اهمال أي تشوهات او شذوذ في هذه النقاط.

إذا لم تكن هناك طبقات سميكة ونظيفة ونفاذة في المنطقة المدروسة، فيمكن تصحيح قراءة SP لتأثيرات سماكة الطبقات والغزو لتقدير SSP باستخدام الرسوم البيانية المتاحة من شركات الخدمة.

شكل منحنى SP

يتناسب إنحناء منحنى SP مع شدة تيارات SP في تجويف البئر عند ذلك العمق. نظرًا لأن شدة التيار تكون أعلى عند حدود التكوين النفاذ، فإن إنحناء منحنى SP يكون بحد أقصى، وتحدث نقطة انعطاف عند حدود هذه الطبقة.

يعتمد شكل منحنى SP واتساع انحرافه في الطبقات النفاذة على العوامل التالية: 

• سمك الطبقة (h).
• المقاومة النوعية الحقيقية للتكوين (Rt).
• النطاق المغسولة (Rxo). 
• قطر المنطقة المغسولة (di).
• المقاومة النوعية للسجيل (Rs).
• المقاومة النوعية لطين الحفر (Rm).
• قطر البئر (dh).

يوضح الشكل (2) أمثلة على منحنيات SP المحسوبة لـ Rt = Rs = Rm (على اليسار) و Rt = Rs = 21Rm (في الوسط). في الحالة الأولى (Rt = Rs = Rm)، يعطي منحنى SP تعريفًا أكثر وضوحًا لحدود الطبقات النفاذة، وتقترب انحرافات SP من قيمة SSP بشكل أكثر قربًا مما في الحالة التي تكون فيها نسبة مقاومة التكوين إلى الطين 21.

شكل (2) منحنى SP في طبقات ذات سماكة مختلفة لـ Rt = Rm (يسار) و Rt = 21 Rm (مركز).

شذوذ SP

قد يكون من الصعب تفسير منحنى SP واستخدامه لتحديد المقاومة النوعية لمياه التكوين (Rw) لأنه لا يتصرف دائمًا بشكل مثالي. فيما يلي عدد قليل من حالات الاستجابات الشاذة على ما يبدو لـ SP.

التكوينات عالية المقاومة

يمكن أن تؤدي التكوينات عالية المقاومة بين السجيل والطبقات النفاذة إلى تغيير كبير في توزيع التيارات SP وتغيير الشكل المتوقع لمنحنى SP. إن التيارات الموضحة المتدفقة من طبقة السجيل Sh1 باتجاه الطبقة المنفذة P2 في الشكل (3) محصورة إلى حد كبير في تجويف البئر من خلال المقاومة العالية للتكوين الذي يفصل بين Sh1 و P2. يكون التيار في تجويف البئر خلال هذا الفاصل الزمني ثابتًا، لذلك بالنسبة لقطر البئر الثاب، يكون منحنى SP خطًا مستقيمًا يميل إلى خط الأساس السجيلي.

يتكون منحنى SP من أجزاء مستقيمة مجاورة لمناطق المقاومة العالية مع تغير المنحدر عند كل مسافة ذات نفاذية موصلة (يكون منحنى SP مقعرًا باتجاه خط السجيل) ومقابل كل طبقة سجيلية (يكون منحنى SP محدبًا باتجاه خط السجيل). يصعب تحديد حدود الطبقة النفاذة من سجل SP في محيط التكوينات شديدة المقاومة.

شكل (3) مخطط تمثيلي لظاهرة تولد SP في تكوينات شديدة المقاومة.

تحولات خط الاساس السجيلي

يمكن أن يحدث تحول في خط الأساس الصخري عندما يتم فصل مياه التكوين ذات الملوحة المختلفة بواسطة طبقة سجيلية ليست غشاء آيوني موجب الشحنه (Cationic membrane). يوضح الشكل (4) سجل SP مسجل في سلسلة من الأحجار الرملية (B و D و F و H) مفصولة بصخور رقيقة أو أحجار رملية خفيفة (C، E و G).

الجهد التلقائي السكوني (SSP) للحجر الرملي (B) هو 42 – مللي فولت. السجيل (C) ليس غشاءًا كاتيونياً مثالياً، ولا يعود منحنى SP إلى خط الأساس السجيلي المحدد بواسطة السجيل (A). يعطي خط الأساس السجيلي الجديد الذي حدده السجيل (E) انحرافات SP بمقدار 44+ mv في الحجر الرملي (V) و 23 – mv في الحجر الرملي (F).

شكل (4) تحول خط الأساس لـ SP.

تحدث تحولات خط الأساس أيضًا عندما يتم فصل مياه التكوين ذات الملوحة المختلفة بطبقة غير منفذة ليست من السجيل. في هذه الحالة، يُظهر منحنى SP اختلافًا طفيفًا أو لا يوجد اختلاف على الإطلاق على مستوى التغير في الملوحة، لكن الانحرافات عند الحدود العلوية والسفلية للسجيل مختلفة وقد يكون لها قطبية مختلفة.

حالات الشذوذ المتعلقة بالغزو

إذا كان لراشح الطين وماء التكوين ملوحة مختلفة بشكل كبير، وبالتالي كثافات مختلفة، يمكن أن يتسبب انتقال السوائل بفعل الجاذبية في حدوث شذوذ في مجس SP في التكوينات عالية النفاذية، كما هو موضح في الشكل (4). يكون الغزو ضحلًا جدًا بالقرب من الحد السفلي لكل مسافة نفاذة. وعميق بالقرب من الحد العلوي.

يتم تقريب منحنى SP عند الحد العلوي بسبب الغزو العميق، وقد يكون له شكل سن المنشار في خطوط السجيل رفيعة غير نفاذة يتجاوز فيها SP انحراف SSP فوق خط السجيل. القراءة الأكبر من SSP ناتجة عن تراكم الراشح أسفل خط السجيل. يُحيط التجويف بقرص أفقي من السجيل محصور بين الماء المالح وراشح طين عذب يعمل كخلية بطارية. يتم تثبيت EMF لهذه الخلية على SSP العادي، مما ينتج عنه شكل سن المنشار.

تأثير الضوضاء على تسجيلات SP

تعتبر دوائر قياس مجس SP حساسة وبالتالي فهي عرضة لتسجيل ضوضاء كهربائية زائفة يتم فرضها على منحنى SP. من حين لآخر، لا يمكن القضاء على مصدر الضوضاء أثناء التسجيل، ويتم تسجيل سجل فية ضوضاء. ومع ذلك، لا يؤدي هذا دائمًا إلى جعل السجل غير قابل للاستخدام.

قد يتم فرض إشارة موجة جيبية عادية على منحنى SP عندما يكون جزء من رافعة المجس ممغنطًا. قد يتسبب التلامس المتقطع بين البطانة (Casing) ودرع الكابل أيضًا في حدوث طفرات زائفة على منحنى SP. في هذه الحالات، يمكن عادةً قراءة منحنى SP بحيث لا يتم إضافة أو طرح السعة الجيبية أو ارتفاعات الضوضاء إلى انحراف SP الأصلي.

يمكن أن تتسبب التيارات المباشرة التي تتدفق عبر التكوينات بالقرب من القطب SP في قراءات خاطئة لمجس SP، خاصة عندما تكون مقاومة التكوين عالية. قد تكون هذه التيارات ناتجة عن ثنائية المعدن (Bimetallism)، عندما تكون أداة التسجيل قد كشفت عن علب معدنية.

التيارات صغيرة ولها تأثير كبير على SP فقط في التكوينات عالية المقاومة. إذا كان منحنى SP يبدو مشكوكًا فيه في التكوينات عالية المقاومة، فيجب الاعتماد عليه فقط في فترات مقاومة منخفضة.

تشتهر بيئة عمليات الجس البحرية في بإمدادها الوافر بمصادر الضوضاء الكهربائية، مثل:

• حركة الموجات المائية
• أنظمة الحماية الكاثودية
• لحام الحفارة
• مولدات على متن الطائرة
• مصادر الطاقة المتسربة

على الأرض، قد يكون للقرب من خطوط الطاقة وآبار الضخ تأثير مماثل على منحنى مجس SP، ولكن يمكن عادةً التقليل من التأثيرات عن طريق اختيار موقع القطب الأرضي بعناية.

المصادر

1. "Spontaneous (SP) log". 2015-6-24. petrowiki.org. تم الإسترجاع 2020-10-5.

إقرأ أيضاً

• أنواع المجسات النفطية وتطبيقات الجس الخاصة
• جس الآبار النفطية
• مجسات أشعة جاما
• تسجيل الكثافة
• معدات السليكلاين السطحية
• مكونات بئر النفط
• حفر الآبار النفطية
• المعلومات الاساسية اللازمة لتفسير المجسات
• العوامل المؤثرة على قياسات جس الآبار

تعديل المقال