Pressure dependence of permeability and spectral induced polarisation (SIP)
Final Report Abstract
Im vorliegenden Projekt wurden Grundlagen zum besseren Verständnis des Einflusses von Porenraumstruktur, Temperatur, Salinität des Porenfluids und des Drucks auf die SIP Signatur gelegt. Untersucht wurden neben drei Sandsteinen mit jeweils einer Größenordnung unterschiedlicher Permeabilität auch zwei Gesteinsmodelle, eine Kapillare und eine Probe mit Rissgeometrie. Hier war das Ziel, die Anzahl der die SIP-Signatur beeinflussenden Parameter zu minimieren und ein physikalisch/chemisch sinnvolles Ersatzschaltbild zu erstellen, welches geometrische Änderungen und chemische Wechselwirkungen im Porenraum beschreibt. Dieses Modell wurde dann für die Interpretation der Spektren der Sandsteine genutzt. Änderung der Porenraumstruktur: Gesteinsmodelle; Sandsteine Gesteinsmodell: Der Realteil ist in etwa konstant über die Frequenz, der Imaginärteil nimmt mit steigender Frequenz ab, beim Rissmodell Quarz sind zwei Relaxationen erkennbar. Sandstein: Der Realteil ist über die Frequenz konstant, der Imaginärteil unterscheidet sich deutlich von den der Gesteinsmodelle. Die Bentheimer Sandsteine BSW und BSR verhalten sich ähnlich, mit einer Abnahme im Frequenzbereich 10 -3 Hz bis etwa 1 Hz, und einer Zunahme zu höheren Frequenzen hin. Zwei Relaxationen mit unterschiedlichen Zeitkonstanten sind im gemessenen Frequenzbereich erkennbar. Die Probe OKS verhält sich ähnlich wie die Gesteinsmodelle, der Imaginärteil nimmt kontinuierlich mit steigender Frequenz zu. Änderung der Salinität des Porenfluids: Die verfeinerten Modellparameter spiegeln das Polarisationsverhalten im Porenraum wieder: Mit steigender Salinität nimmt der Vorwiderstand ab, Polarisationen werden durch R und C und durch das Q-Element erfasst, einmal als Polarisation in der Sternschicht und zum Anderen im diffusen Teil der Doppelschicht. Die Meßzelle ohne Probe, gefüllt mit Elektrolyten unterschiedlicher Salinität zeigte reines Cole-Cole Verhalten. Die Gesteinsmodelle und Sandsteine zeichneten sich durch Polarisationen unterschiedlicher Zeitkonstanten aus. Die Frequenzabhängigkeit von Real- und Imaginärteil konnten mit unserem Ersatzschaltbild modelliert werden. Eine Zunahme im Q-Element (Polarisation in der Stern-Schicht) korreliert mit einer Zunahme der Polarisation im diffusen Teil der Doppelschicht. Bei hohen Salinitäten tendieren die Proben zu rein reellem Verhalten. Änderung der Temperatur: Temperaturbedingte Änderungen in der komplexen Probenantwort sind primär in einer Änderung der Quadraturkomponente zu finden. Die Gesteinsmodelle und die Sandsteine zeigen dabei unterschiedliche Polarisationen, die zusätzlich noch durch die Porengeometrie beeinflusst werden. Änderung des Drucks: Mit steigendem Druck fällt der Cole-Cole Exponent n; die Kapazität im diffusen Teil der EDL nimmt mit steigendem Druck ab. Bedingt durch das Schließen von Porenkanälen nimmt der Vorwiderstand mit steigendem Druck zu.
