Развитие физико-математических моделей потенциалов самопроизвольной поляризации для каротажа нефтегазовых скважин

В работе представлен обзор основных исследований, посвященных развитию теоретической модели явления самопроизвольной поляризации (ПС) и созданию алгоритмов численного моделирования данных каротажа ПС. Обсуждаются как ранние работы в области метода ПС, заложившие основы теоретического описания, так и работы последних лет, направленные на создание количественных физико-математических моделей ПС, а также посвященные развитию численных подходов к моделированию каротажных данных. Для демонстрации эффективности современных вычислительных методов в работе представлен оригинальный алгоритм, позволяющий рассчитывать сигналы ПС в интервалах заглинизированных пластов-коллекторов. Сравнение результатов моделирования сигналов ПС и практических каротажных данных показывает высокое качество используемой теоретической модели. Представленный обзор демонстрирует возможности задачи ПС для новых актуальных направлений практического применения.

1. Дахнов В.Н. Промысловая геофизика. Методы промысловой геофизики, аппаратура и оборудование, электрические методы исследования скважин. – М.: Гостоптехиздат, 1959. – 697 с.

2. Кормильцев В.В. Электрокинетические явления в пористых горных породах. – Екатеринбург, УНЦ АН СССР, 1995. – 48 с.

3. Кормильцев В.В., Ратушняк А.Н. Теоретические и экспериментальные основы спонтанной поляризации горных пород в нефтегазовых скважинах. – Екатеринбург, УрО РАН, 2007. – 164 с.

4. Arora T., Linde N., Revil A., Castermant J. Non-intrusive characterization of the redox potential of landfill leachate plumes from self-potential data // Journal of Contaminant Hydrology. – 2007. – Vol. 92 (3–4). – P. 274–292, doi: 10.1016/j.jconhyd.2007.01.018.

5. Bautista-Anguiano J., Torres-Verdín C., Strobel J. Mechanistic 3D finite-difference simulation of borehole spontaneous potential measurements // Geophysics. – 2020. – Vol. 85 (4). – P. D105–D119, doi: 10.1190/geo2019-0632.1.

6. Doll H.G. The S.P.Log: Theoretical analysis and principles of interpretation // Transitions AIME. – 1948. – Vol. 179. – P. 146–185, doi: 10.2118/949146-G.

7. Epov M., Glinskikh A., Nechaev O. Finite-element modeling of spontaneous potential in an axisymmetric reservoir model with account of its shale content // Geosciences. – 2022. – Vol. 12 (1). – Article 30, doi: 10.3390/geosciences12010030.

8. Hunt C.W., Worthington M.H. Borehole electrokinetic responses in fracture dominated hydraulically conductive zones // Geophysical Research Letters. – 2000. – Vol. 27 (9). – P. 1315–1318, doi: 10.1029/1999GL011099.

9. MacAllister D.J., Graham M.T., Vinogradov J., Butler A.P., Jackson M.D. Characterizing the self-potential response to concentration gradients in heterogeneous subsurface environments // Journal of Geophysical Research: Solid Earth. – 2019. – Vol. 124 (8). – P. 7918–7933, doi: 10.1029/2019JB017829.

10. Maineult A., Bernabé Y., Ackerer P. Detection of advected, reacting redox fronts from self-potential measurements // Journal of Contaminant Hydrology. – 2006. – Vol. 86 (1–2). – P. 32–52, doi: 10.1016/j.jconhyd.2006.02.007.

11. McCardell W.M., Winsauer W.O., Williams M. Origin of the electric potential observed in wells // Petroleum Transactions, AIME. – 1953. – Vol. 198. – P. 41–50.

12. Minsley B.J., Sogade J., Morgan F.D. Three-dimensional source inversion of self-potential data // Journal of Geophysical Research. – 2007. – Vol. 112 (B2). – Article B02202, doi: 10.1029/2006JB004262.

13. Revil A. Ionic diffusivity, electrical conductivity, membrane and thermoelectric potentials in colloids and granular porous media: A unified model // Journal of Colloid and Interface Science. – 1999. – Vol. 212 (2). – P. 503–522, doi: 10.1006/jcis.1998.6077.

14. Revil A. Thermodynamics of ions and water transport in porous media // Journal of Colloid and Interface Science. – 2007. – Vol. 307 (1). – P. 254–264, doi: 10.1016/j.jcis.2006.10.074.

15. Revil A., Linde N. Chemico-electromechanical coupling in microporous media // Journal of Colloid and Interface Science. – 2006. – Vol. 302 (2). – P. 682–694, doi: 10.1016/j.jcis.2006.06.051.

16. Revil A., Jougnot D. Diffusion of ions in unsaturated porous materials // Journal of Colloid and Interface Science. – 2008. – Vol. 319 (1). – P. 226–235, doi: 10.1016/j.jcis.2007.10.041.

17. Revil A., Linde N., Cerepi A., Jougnot D., Matthäi S., Finsterle S. Electrokinetic coupling in unsaturated porous media // Journal of Colloid and Interface Science. – 2007. – Vol. 313 (1). – P. 315–327, doi: 10.1016/j.jcis.2007.03.037.

18. Salazar J.M., Wang G.L., Torres-Verdín C., Lee H.J. Combined simulation and inversion of SP and resistivity logs for the estimation of connate-water resistivity and Archie’s cementation exponent // Geophysics. – 2008. – Vol. 73 (3). – P. E107–E114, doi: 10.1190/1.2890408.

19. Schlumberger C., Schlumberger M., Leonardon E.G. A New contribution to subsurface studies by means of electrical measurements in drill holes // Transactions of the AIME. – 1933. – Vol. 110 (1). – P. 273–289.

20. Segesman F. New SP correction charts // Geophysics. – 1962. – Vol. 27 (6). – P. 815–828, doi: 10.1190/1.1439106.

21. Sen P.N. Unified model of conductivity and membrane potential of porous media // Physical Review B. – 1989. – Vol. 39 (13). – P. 9508–9517, doi: 10.1103/PhysRevB.39.9508.

22. Sill W.R. Self-potential modeling from primary flows // Geophysics. – 1983. – Vol. 48 (1). – P. 76–86, doi: 10.1190/1.1441409.

23. Stoll J., Bigalke J., Grabner E.W. Electrochemical modelling of self-potential anomalies // Surveys in Geophysics. – 1995. – Vol. 16. – P. 107–120, doi: 10.1007/BF00682715.

24. Woodruff W.F., Revil A., Jardani A., Nummedal D., Cumella S. Stochastic Bayesian inversion of borehole self-potential measurements // Geophysical Journal International. – 2010. – Vol. 183 (2). – P. 748–764, doi 10.1111/j.1365-246X.2010.04770.x.

25. Zhang G.J., Wang G.L. A new approach to SP computation – vector potential approach // IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing. – 1999. – Vol. 37 (4). – P. 2092–2098.