Laboratorium z Geofizyki Wiertniczej
Wykon:11-10-2001r	Sebastian Janowicz, Wojciech Bobrowski
Oddane:22-10-2001r	Grupa nr.3	Ćw. nr.3 Temat: Badanie potencjałów dyfuzyjno-adsorpcyjnych skał.	Ocena i uwagi:

Wstęp teoretyczny:

Potencjał dyfuzyjny jest to siła elektromotoryczna, powstająca pomiędzy roztworami o różnej mineralizacji na skutek dyfuzji soli, z roztworu

o większym stężeniu do roztworu o mniejszym stężeniu soli.

Potencjały dyfuzyjne, obserwowane przy bezpośrednim kontakcie dwóch roztworów o różnym stężeniu i składzie chemicznym są wywołane różnicami w ruchliwości ich jonów. Przy bezpośrednim kontakcie dwóch roztworów, różniących się tylko stężeniem soli, powstający potencjał dyfuzyjny E_d określa równanie Nernsta:

gdzie:

K_d -współczynnik potencjału dyfuzyjnego przy swobodnym kontakcie roztworów; jest on funkcją ruchliwości kationów i anionów, ich wartościowości i temperatury absolutnej

R- uniwersalna stała gazowa

F- stała Faraday'a

n_a , n_k - ilość kationów i anionów', na które dysocjuje cząsteczka

z_k , z_a - wartościowości kationu i anionu

n, v - ruchliwość kationu i anionu

c_1, c₂ -stężenie soli w roztworach

Załóżmy, że stykają się ze sobą dwa roztwory NaCl o różnym stężeniu. Jeżeli mogą się one kontaktować poprzez błonę półprzepuszczalną, to będą dążyły do wyrównania stężeń poprzez dyfuzję jonów. Ich przepływ będzie zachodził z roztworu o stężeniu wyższym do roztworu o stężeniu niższym. Ponieważ ruchliwość anionów CL^- jest większa od kationu Na⁺ wobec tego roztwór o niższej koncentracji NaCl będzie się ładował ujemnie, natomiast roztwór o większym stężeniu NaCl dodatnio. Obok różnic koncentracji roztworów wielkości potencjału dyfuzyjnego E_d zależy rodzaju soli w nich rozpuszczonych.

Jeżeli dyfuzja zachodzi poprzez przegrodę skalną, to jej charakter zazwyczaj ulegnie zmianie. Na dyfundujące jony oddziaływuje wówczas ładunek elektryczny fazy twardej skały oraz dwuwarstwowy potencjał elektryczny. Część dyfundujących jonów jest hamowana poprzez ich adsorpcję na powierzchni szkieletu skały i dlatego pomiędzy roztworami kontaktującymi się poprzez przegrodę skalną występuje inny rozkład potencjałów, które noszą nazwę dyfuzyjno- adsorpcyjnych lub membranowych.

Jak wykazują badania, dyfuzyjno-adsorpcyjne różnice potencjałów w przypadku elektrolit- skała- elektrolit w pierwszym przybliżeniu przyjmuje postać

gdzie: c₁, c₂, ς₁, ς₂- odpowiednie stężenia i oporności właściwe dwóch graniczących przez przegrodę -skałę elektrolitów

K_da- wówczas dyfuzyjno-adsorpcyjny, wskazujący wpływ jono-adsorpcyjnych możliwości skały skał różniących się chemicznym składem i strukturą.

Wielu autorów zajmujących się badaniem potencjałów wprowadziło pojęcie aktywności dyfuzyjno-adsorpcyjnej. Aktywność ta stanowi ocenę wielkości różnicy między wartościami potencjałów dyfuzyjno-adsorpcyjnych i potencjałów dyfuzyjnych.

Dla jednej i tej samej skały nasyconej różnymi kationami obserwuje się zmniejszenie aktywności dyfuzyjno-adsorpcyjnej w następującej kolejności:

Li⁺ - Na⁺ - Mg⁺⁺ - Ca⁺⁺ - Ba⁺⁺

Stężenia otrzymanych roztworów:

C₁ = 3[g/l], C₂=5[g/l]

Oszacowanie potencjału międzyelektrodowego:

Po wytworzeniu dwóch roztworów o różnych stężeniach oszacowaliśmy potencjał międzyelektrodowy U_me, którego wartość jest równa wartości pierwszego odczytu po wlaniu obu roztworów i zamocowaniu elektrod wcześniej przepłukanych wodą destylowaną.

U_me=19,96[mV]

Tabela:

Rejestracja różnic potencjałów między roztworami przez 60 min, (najpierw, co 15sek. przez 10 min., następnie, co 30 sek. przez 10 min. a następnie, co 1 minutę)

Lp.	Uda [mV]	Lp.	Uda [mV]	Lp.	Uda [mV]	Lp.	Uda [mV]	Lp.	Uda [mV]
1	19,96	21	36,22	41	35,74	61	29,68	81	13,96
2	23,87	22	33,30	42	35,48	62	29,00	82	13,18
3	25,84	23	36,36	43	35,30	63	28,32	83	12,45
4	27,38	24	36,44	44	35,08	64	27,56	84	11,66
5	28,70	25	36,48	45	34,82	65	26,84	85	10,86
6	29,75	26	36,55	46	34,64	66	26,06	86	10,12
7	30,82	27	36,58	47	34,36	67	25,28	87	9,32
8	31,74	28	36,60	48	34,06	68	24,38	88	8,60
9	32,52	29	36,61	49	33,90	69	23,70	89	7,86
10	33,08	30	36,58	50	33,56	70	22,90	90	7,10
11	33,68	31	36,87	51	33,27	71	22,12	91	6,48
12	34,14	32	36,52	52	32,97	72	21,30	92	5,74
13	34,52	33	36,47	53	32,67	73	20,50	93	5,14
14	34,84	34	36,38	54	32,30	74	19,68	94	4,42
15	35,10	35	36,32	55	31,92	75	18,86	95	3,80
16	35,38	36	36,24	56	31,74	76	18,02	96	3,20
17	35,64	37	36,14	57	31,42	77	17,24	97	2,62
18	35,84	38	36,07	58	31,06	78	16,46	98	2,02
19	36,02	39	35,99	59	30,72	79	15,58	99	1,48
20	36,12	40	35,92	60	30,38	80	14,78	100	0,96

Wykres U_da w funkcji czasu:

Na podstawie rejestrowanych odczytów potencjału sporządziliśmy wykres zależności (U_me) od czasu (t).

.

Obliczenia:

Obliczenie prędkości przyrostu potencjału dyfuzyjno-adsorpcyjnego na podstawie danych odczytanych z wykresu:

1. dla potencjału rosnącego

ΔUda=10,5 [mV]

Δt=1,8 [min]

2. dla potencjału malejącego

ΔUda=16 [mV]

Δt=15 [min]

Wnioski po wykonaniu ćwiczenia i omówienie wyników:

Po wlaniu dwóch roztworów o różnej mineralizacji wytworzył się potencjał dyfuzyjny, czyli siła SEM, na wskutek dyfuzji jonów soli z roztworu

o stężeniu soli 3[g/l] do roztworu o stężeniu 5[g/l]. Ponieważ ruchliwość kationów i anionów soli różni się, powstaje potencjał dyfuzyjny pomiędzy dwoma roztworami oddzielonymi przegrodą w postaci próbki skalnej. Podczas dyfuzji przez przegrodę skalną zachodzą jej zmiany na wskutek oddziaływań ładunku elektr. fazy twardej skały oraz potencjału elektr. na dyfundujące jony zjawisko to nazywamy potencjałem membranowym.

Analizując otrzymane wyniki oraz sporządzony wykres stwierdzamy, że zmiana potencjału dyfuzyjno-adsorpcyjnego przebiegała w trzech charakterystycznych etapach. Początkowo obserwowaliśmy wzrost potencjału ze średnią prędkością 4,45 [mV/min], aż do osiągnięcia wartości maksymalnej 36,61 [mV] po 7,25 minutach. A następnie spadek z prędkością 0,73 [mV/min].

Podczas wykonywania ćwiczenia korzystaliśmy ze skryptu pt. „Wybrane materiały do ćwiczeń laboratoryjnych z inżynierii złożowej i geofizyki złożowej” autorów: S. Rychlicki, K Twardowski, J. Traple, J. Krochmal.

1

Δt

ΔUda

---