自発的な潜在能力

自発電位は石油・ガス産業の地層評価のためにボーリング孔で測定されることが多く、鉱物探査や地下水調査のために地表に沿って測定されることもあります。この現象と地質学への応用は、 1931 年にコンラッド・シュルンベルジェ、マルセル・シュルンベルジェ、EG レオナルドによって初めて認識され、最初に発表された例はルーマニアの油田からでした。

自発電位 (SP) は通常、粘土やその他の鉱物における電荷分離、岩石の細孔空間を通るイオンの拡散を妨げる半透性界面の存在、または岩石を通る導電性流体の自然な流れによって発生します。

SP の形成の起源は、イオンの移動を伴う 2 つのプロセスに起因します。

1. 流動電位（Ek _）
2. 電気化学ポテンシャル( E _c )

流動電位は、自然に帯電した固体（つまり、電気動電位またはゼータ電位を獲得した表面）上の電解質（水）の流れから生じます。流動電位は、泥のろ過液が泥柱と地層の間の差圧下で地層に押し込まれるときに発生します。流動電位は、浸透性地層の前の泥ケーキ、侵入された浸透性地層、および頁岩層を横切る流れが発生するときに生成されます。泥ケーキを横切る流動電位は、頁岩を横切る流動電位によって補償されることが一般的に認められています。そのため、ほとんどの場合、測定される自発電位は電気化学電位にのみ関連しています。

電気化学ポテンシャル（E _C ）は、液体接合部または拡散電位（ E _J）と膜電位（E _M） の合計である。

液体接合電位は、侵入した地層の端で泥の濾過液と地層水が直接接触することで確立されます。イオン Na ⁺と Cl ^{− は}いずれかの溶液から他の溶液に拡散しますが、移動度が異なるため、拡散速度が異なります。Na ^{+ は}水分子との親和性が高いため、移動度が低くなる傾向があります。

E _J = K ₁ log ₁₀ (a _w /a _mf )

どこ：

K ₁ = 25 °Cで11.6 mV

a _w = 地層水のイオン活性

a _mf = 泥濾液のイオン活性

膜電位は、泥と地層水など、イオン濃度の異なる 2 つの電解質が頁岩によって隔てられているときに発生します。頁岩の粘土鉱物は通常、Al、Si、O の原子で構成されています。O ²⁻イオンが外層を占め、正味の負電荷を引き起こします。溶液からの Na ⁺イオンは引き寄せられて頁岩を通過できますが、Cl ⁻イオンは反発されます。Na ⁺イオンは 2 つの溶液間を移動し、正味の流入は塩分濃度の高い方から低い方へと行われます。

E _M = K ₂ log ₁₀ ( a _w / a _mf )

どこ：

K ₂ = 2.3 RT / F、ここで:

R = 理想気体定数

T = ケルビン単位の絶対温度

F = ファラデー定数

a _w = 地層水のイオン活性

a _mf = 泥濾液のイオン活性

したがって、全電気化学ポテンシャルは、E _C = E _M + E _J = K log ₁₀ ( a _w / a _mf ) とまとめられます。

自発電位は電気化学電位の尺度であり、溶液のイオン活性はその抵抗率に反比例するため、上記の式は SP = E _C = K log ₁₀ ( R _mfe / R _we ) と簡略化できます。ここで、R _mfeとR _{we は}それぞれ等価泥濾過抵抗率と等価地層水抵抗率です。

清浄ベッド全体の理想的な自発電位は静的 SP (SSP) として知られており、次のように定義されます。

SSP = − K log ₁₀ ( R _mfe / R _we )

最も有用な SP 成分は電気化学ポテンシャルです。これは、透水性床の反対側で大きな偏向を引き起こす可能性があるためです。偏向の大きさは、主にボーリング孔と地層流体の塩分濃度の差と、透水性床の粘土含有量に依存します。したがって、SP ログは、透水性床を検出し、地層の水の塩分濃度と地層の粘土含有量を推定するのに役立ちます。電流の性質上、 SP は導電性泥でのみ記録できます。

前述のとおり、静的 SP は次のように定義されます。

SSP = − K log ( R _mfe / R _we )

静的 SP (SSP) は、床が清潔で、厚く、多孔質で、透水性があり、中程度にしか侵食されていない場合、SP 曲線から直接取得できます。これらの条件が満たされない場合は、記録された SP を補正する必要があります。この目的のために、さまざまな補正チャートが用意されています。

測定された泥濾液抵抗率R _{mf を}同等の泥濾液抵抗率R _mfeに変換するには、次の規則が使用されます。

• 75 °F でのR _{mf が0.1} Ω · mより大きい場合は、地層温度でR _mfe = 0.85 R _{mfを使用します。}
• 75 °F でのR _{mf が}0.1 Ω·m 未満の場合は、 Schlumberger Chart SP-2 または同等のものを使用してR _mfからR _{mfe を導出します。}

次に、Schlumberger Chart SP-2 を使用してR _{we を変換し、} R _{w を}取得します。

電極を地表に設置して、SP値（ミリボルト、mV）の相対的な変化をマッピングすることができます。これは通常、地下の地下水の流れの経路や土手ダムからの浸透を特定することを目的としています。電圧計は、固定された液体接合電極と移動電極（ローバー）間の電圧を測定します。移動電極はダム面に沿って、または調査領域上を移動して複数の読み取り値を収集します。観察された異常は、地下水の動きや浸透を示している可能性があります。^[1]

SP は、解釈を複雑にするいくつかの要因の影響を受ける可能性があります。石油化学成分の他に、SP は電気動電位と複金属性にも影響されます。さらに、SP は以下の要因によっても影響を受けます。

• ベッドの厚さ ( h ); SP は泥中の電流によって生成される電位の測定値であるため、その振幅は、地層および隣接するベッドによる電流抵抗が泥の抵抗と比較して無視できる場合にのみ SSP 値に近づきます。この条件は厚いベッドでのみ満たされます。薄いベッドでは、SP は比例して減少します。
• 透水性層の真抵抗率 ( R _t )。R t / R m が増加すると、 SP偏向_が減少し、層境界が明確ではなくなります。炭化水素の存在も SP を減衰させます_。
• 侵入帯の抵抗率（R _xo）と泥の抵抗率（R _m）；SPはR _xo / R _{mの増加とともに増加する}
• 浸潤の直径（d _i）；浸潤が深くなるにつれてSPは減少する
• 泥水濾過液と地層水の塩分濃度の比: R _mf / R _w
• 隣接する頁岩の抵抗率（R _{s ）；} R _s / R _mの増加とともにSPが増加する
• 穴径（d _h）; 穴サイズが大きくなると、SPの値は減少します。

自発電位は、電圧計の 1 つのプローブを地表 (表面電極と呼ばれる) に配置し、もう 1 つのプローブを SP を測定するボーリングホール (ダウンホール電極と呼ばれる) に配置することで測定できます。実際、ロギング ツールはまさにこの方法を採用しています。この測定は比較的簡単なので、通常、SP ダウンホール電極は他のロギング ツールに組み込まれています。

• 自発的な潜在的伐採

• M. Gondouin、MP Tixier、GLSimard、Journal of Petroleum Technology、1957 年 2 月、「電解質の化学組成が SP 曲線に与える影響に関する実験的研究」
• Guyod, H.、Oil Weekly、1944 年、「掘削孔内の電位」
• ピルソン SJ、「石油ガスジャーナル」、1947 年、「SP 曲線の研究」

• SP の Schlumberger 修正チャート