Los potenciales espontáneos a menudo se miden en los pozos para la evaluación de formaciones en la industria del petróleo y el gas, y también se pueden medir a lo largo de la superficie de la Tierra para la exploración de minerales o la investigación de aguas subterráneas . El fenómeno y su aplicación a la geología fueron reconocidos por primera vez por Conrad Schlumberger , Marcel Schlumberger y EG Leonardon en 1931, y los primeros ejemplos publicados procedían de campos petrolíferos rumanos.
Los potenciales espontáneos (SP) generalmente son causados por la separación de cargas en arcilla u otros minerales, debido a la presencia de una interfaz semipermeable que impide la difusión de iones a través del espacio poroso de las rocas, o por el flujo natural de un fluido conductor a través de las rocas.
El origen del SP a través de la formación se puede atribuir a dos procesos que involucran el movimiento de iones:
El potencial de corriente se origina a partir del flujo de un electrolito (agua) sobre sólidos cargados naturalmente (es decir, superficies que adquirieron potencial electrocinético o zeta ). El potencial de flujo aparece cuando el filtrado de lodo es forzado a ingresar a la formación bajo la presión diferencial entre la columna de lodo y la formación. El potencial de flujo se produce cuando el flujo tiene lugar a través de un revoque de lodo frente a formaciones permeables, a través de formaciones permeables que están siendo invadidas y a través de lechos de esquisto. En general, se acepta que el potencial de flujo a través del revoque de lodo se compensa con el potencial a través de la lutita. Como tal, en la mayoría de los casos, el potencial espontáneo medido sólo está relacionado con el potencial electroquímico.
El potencial electroquímico ( EC ) es la suma del potencial de unión líquida o de difusión ( EJ ) y el potencial de membrana ( EM ) .
El potencial de unión líquida se establece en el contacto directo del filtrado de lodo y el agua de formación en el borde de la formación invadida. Los iones Na + y Cl − se difunden de una solución a la otra, pero a diferente velocidad debido a diferentes movilidades. El Na + tiende a ser menos móvil debido a su afinidad por las moléculas de agua.
dónde:
El potencial de membrana se desarrolla cuando dos electrolitos de diferentes concentraciones iónicas, como lodo y agua de formación, se separan por esquisto. Los minerales arcillosos del esquisto suelen estar formados por átomos de Al, Si y O. Los iones O 2− ocupan la capa exterior y provocan una carga negativa neta. Los iones Na + de la solución son atraídos y se les permite pasar a través de la lutita, mientras que los iones Cl- son repelidos. Los iones Na + migrarán entre las dos soluciones, con un influjo neto de la más salina a la menos salina.
dónde:
El potencial electroquímico total se resume así como E C = E M + E J = K log 10 ( a w / a mf )
Dado que el potencial espontáneo es una medida del potencial electroquímico y la actividad iónica de una solución es inversamente proporcional a su resistividad, la ecuación anterior se puede simplificar como SP = E C = K log 10 ( R mfe / R we ), donde R mfe y R somos resistividad equivalente del filtrado de lodo y resistividad equivalente del agua de formación, respectivamente.
El potencial espontáneo ideal en un lecho limpio se conoce como SP estático (SSP) y se define de la siguiente manera:
El componente SP más útil es el potencial electroquímico, ya que puede causar una desviación significativa frente a los lechos permeables. La magnitud de la deflexión depende principalmente del contraste de salinidad entre el pozo y el fluido de formación, y del contenido de arcilla del lecho permeable. Por lo tanto, el registro SP es útil para detectar lechos permeables y estimar la salinidad del agua de formación y el contenido de arcilla de la formación. Debido a la naturaleza de la corriente eléctrica , el SP sólo puede registrarse en lodo conductor.
Como se estableció anteriormente, el SP estático se define de la siguiente manera:
El SP estático (SSP) se puede obtener directamente de la curva SP si el lecho está limpio, espeso, poroso, permeable y sólo moderadamente invadido. Cuando no se cumplan estas condiciones, será necesario corregir el SP registrado. Para ello se encuentran disponibles varias tablas de corrección.
Para convertir la resistividad del filtrado de lodo medida R mf en una resistividad del filtrado de lodo equivalente R mfe , se emplean las siguientes reglas:
Luego se puede utilizar el gráfico SP-2 de Schlumberger para convertir R we y obtener R w .
Se pueden colocar electrodos en la superficie del suelo para mapear los cambios relativos en el valor de SP (en milivoltios o mV), generalmente con el objetivo de identificar la ruta del flujo de agua subterránea en el subsuelo o la filtración de una presa de tierra . Un voltímetro mide el voltaje entre un electrodo fijo de unión líquida y uno móvil (rover), que se mueve a lo largo de la cara de una presa o sobre un área de investigación para recopilar múltiples lecturas. Las anomalías observadas pueden indicar movimiento o filtración de aguas subterráneas. [1]
SP puede verse afectado por varios factores que complican la interpretación. Además del componente petroquímico, el SP también se ve afectado por el potencial electrocinético y el bimetalismo. Además, SP también se ve afectado por los siguientes factores:
El potencial espontáneo se puede medir colocando una sonda de un voltímetro en la superficie de la Tierra (llamada electrodo de superficie) y la otra sonda en el pozo (llamada electrodo de fondo), donde se va a medir el SP. De hecho, las herramientas de registro emplean exactamente este método. Dado que esta medición es relativamente simple, generalmente el electrodo de fondo de pozo SP está integrado en otras herramientas de registro.