Mélyfúrási geofizika Balázs László

(5.2.)
.
Az ionmozgékonyság a transzport sebesség (v) és térerősség (E) hányadosa. Kétféle, ellentétes előjelű ion esetére
az elektrolitban végbemenő nettó diffúziós áram:
(5.3.)
.
Az áramsűrűséget kapcsolatba hozva tértöltés kialakulásával járó térerősséggel a pórustéren belül:
(5.4.)
.
Ha ez a folyamat porózus kőzetben zajlik, akkor ezt is figyelembe vehetjük a formáció faktorral (F), ekkor a kőzet egységnyi felületére vonatkozó
áramsűrűség:
(5.5.)
.
Az arányosság miatt a továbbiakban a formációfaktort elhagyjuk. A kétféleképp felírt áramsűrűséget egyenlővé
téve a koncentráció relatív változása és a térerőség között kapunk összefüggést:
(5.6.)
.
A fenti szétválasztott változójú differenciálegyenletet a koncentráció változás radiális intervallumára kell kiintegrálni,
azaz az elárasztott és átmeneti zónára. Így jutunk az iszapfiltrátum és rétegvíz ionkoncentrációja által meghatározott
diffúziós potenciál értékhez (Ellis, Singer 2007):
(5.7.)
.
Hasonló gondolatmenettel, de csak a pozitív ionokra vonatkozó transzport egyenlete írja le a membránpotenciál
nagyságát. Az integrálási hosszt közel azonosnak vehetjük.
(5.8.)
.
A két határ összegzésével jutunk a teljes áramkör elektromotoros erejét adó effektusok döntő részéhez. Így a
gyakorlatban is alkalmazható egyenlet:
(5.9.)
.
Híg oldatok esetén a fenti összefüggés közvetlenül a rétegvíz fajlagos ellenállás (R
w
) meghatározására is alkalmas:
(5.10.)
.
30000 ppm feletti NaCl koncentráció esetén a fenti összefüggés további korrekcióra szorul. Ekkor effektív fajlagos
ellenállás értékekre írjuk fel az összefüggést, majd egy következő lépésben származtatjuk a valódi értékeket,
43
Természetes potenciál
XML to PDF by RenderX XEP XSL-FO F ormatter, visit us at 
http://www.renderx.com/

---

figyelembe véve, hogy nagyobb koncentráció esetén az ionok mozgásuk során már akadályozzák egymást, azaz
az ionmozgékonyság koncentrációfüggő lesz.
A képletben szereplő SSP az un. sztatikus SP mely a maximális eltérés a permeábilis zónánál az agyagréteg SP
vonalához (agyagalapvonal) képest.
5.2 ábra. SP mérés eredménye tároló rétegnél. Látható, hogy a réteg aljánál éri el (platószerű jelalak) az SSP
értéket. A kitérések alapján a tároló felfelé elagyagosodik (transzgresszió?). Az agyag alapvonal enyhén driftel,
melyet okozhat agyagtípus változás.
Fontos megjegyezni, hogy az SP kitérés ellentétes (fordított) lesz, ha a fúróiszap ionkoncentrációja nagyobb, ekkor
az iontranszport (diffúzió) iránya is ellentétes és a 5.10. képletbe helyettesítéskor az SSP előjele pozitív (pl. fordított
SP látható az 1.4. ábrán).
Előállhat olyan helyzet is, amikor az iszapfiltrátum és a rétegvíz ionkoncentrációja megegyezik, ekkor SP jelenség
nem tapasztalható. Az SP rétegvíz fajlagos ellenállásának meghatározása szempontjából is fontos szelvény.
Megjegyezzük, hogy töltésük és mozgékonyságuk alapján minden ionra értelmezhető a NaCl ekvivalencia, így az
ion transzport modellezése egyszerűsíthető.
Az SP szelvény az SP jelenség kiterjedtségéből adódóan viszonylag rossz vertikális felbontású, sima lefutású
görbe. Ha a permeábilis zóna vastagsága 1-2 m-nél kisebb, ekkor a réteghatároknál folyó SP áramrendszerek kezdik
zavarni egymást. Ennek következtében az SP kitérése már nem éri el az SSP értéket (vékonyréteg hatás).
Az SP áramok a legszűkebb keresztmetszeten éppen a réteghatárnál folynak, ebből következik, hogy a réteghatár
a görbe inflexiós pontja alapján jelölhető ki.
Nagy ellenálláskontrasztok esetén az SP még elnyúltabb lehet (1.4. ábra)
Tömör, ellenállású kőzeteknél az SP görbén lineáris szakaszok láthatók (folyamatos feszültség esés a fúróiszap
oszlopon). Ha ilyen szakaszokon repedezett zónák találhatók, ott az SP áramok a repedésekbe belépve, gyors
változásokat, megtöréseket okoznak az SP görbe lefutásán.
Az elméleti háttér tárgyaláskor látható volt, hogy az SP jelenség erősen kapcsolódik az agyagossághoz, az SP
értékének egyik részét az agyaghoz kötődő membrán potenciál adta. A modellben az agyag elkülönült a permeábilis
44
Természetes potenciál
XML to PDF by RenderX XEP XSL-FO F ormatter, visit us at 
http://www.renderx.com/

---

résztől. Ha az agyag valamilyen formában a tároló kőzetben is jelen van, akkor gátolja a diffúziós potenciál
létrejöttét, azaz csökken az SP kitérés. Ha az agyag mennyisége miatt lecsökken a permeabilitás az SP kitérés is
megszűnik.
A fentiek miatt az SP alkalmas az agyagtartalom (V
sh
) becslésére. Ennek leggyakrabban alkalmazott formája:
(5.11.)
.
A fentiek miatt az SP érzékeny az üledéksorozatokon belüli átlagos szemcseátmérő változásra és ezen keresztül
az ülepedési környezetre és a különböző fáciesek közötti átmenetekre. Az SP görbe alakja tükrözi az ilyen típusú
változásokat, azok fluktuációit, gyorsulását, lassulását, így hasznos eszköz ezek korrelálására.
45
Természetes potenciál
XML to PDF by RenderX XEP XSL-FO F ormatter, visit us at 
http://www.renderx.com/

---

6. fejezet - Indukciós mérések
A fúrólyuk környezet fajlagos ellenállás eloszlása más elektromos módszerrel is leképezhető. Az indukciós mérések
során váltóáramú elektromos térrel létrehozott mágneses térrel indukálunk elektromos teret a vizsgált kőzetekben.
Ennek változó mágneses tere elektromos teret kelt a vevő tekercsben.
Az indukciós méréseknél alkalmazott frekvencia többnyire 20 kHz körüli. Ezen a frekvencián az elektromágneses
teret a fajlagos ellenállás eloszlás határozza meg, és figyelembe véve az ezzel kapcsolatos szkin-effektust, még
kellő kutatási mélység érhető el.
A fúrás tengelyében a tengellyel párhuzamos tekercs mágneses tere, hengerszimmetrikus körkörös indukált áramteret
kelt, amely optimális geometria a kőzetellenállások leképezéséhez. A kutatási mélységet ekkor az alkalmazott
frekvencia és az adó-vevő távolság határozza meg. (6.1. ábra)
6.1. ábra. Egy adó-vevő tekercspárból álló indukciós szonda sémája, a kőzetben kialakuló indukált áramtér és a
vevőben jelet generáló mágneses tér
6.1. Direkt probléma
Az indukció szonda direktfeldat-megoldását a legegyszerűbb felépítésű egy adó-tekercs párból álló szonda esetében
tekintjük át. A szuperpozíció elvből következően ebből tetszőleges tekercs kombináció elektromágneses tere
levezethető.
6.1.1. Egyenáramú közelítés és geometriai faktor
Első közelítésben a megoldást a Biot-Savart törvény alkalmazásával állították elő (Doll 1949). Az időfüggés
szeparálása után (harmonikus szorzó), mágneses dipol terével számították ki a kőzettestben indukált feszültséget
keltő mágneses tér térfüggését, majd következő lépésben a kőzettestben folyó indukált áram mágneses terét ismét
a Biot-Savart törvény segítségével számították ki a vevő tekercsnél.
Az adótekercs, mint köráramok együttese, helyettesíthető egy z-irányú periodikus mágneses momentummal:
(6.1.)
.
46
XML to PDF by RenderX XEP XSL-FO F ormatter, visit us at 
http://www.renderx.com/

---