MuSET: A multiparameter and high precision sensor for downhole spontaneous electrical potential measurements

On the basis of an existing multiparameter borehole fluid sensor (p, T, Cw, pH, Eh), a new downhole tool designed for 200 bars and 75 °C was developed to measure the spontaneous electrical potential in situ with great precision (better than a μV). To this end, the new sensor is based on the use of unpolarizable Pb/PbCl2 electrodes either at the surface or downhole. In situ testing has demonstrated a capacity to identify several subsurface sources of natural electrical potential such as diffusion ones (membrane potential in the presence of clays, Fickian processes due to pore fluid salinity gradients), or else the electrokinetic mechanisms with gradients in pore fluid pressure. As a consequence, Multi-Sensors Electrical Tool (MuSET) might be used as an “electrical flowmeter” sensitive to both horizontal and vertical fluid flow in a vertical borehole.

RésuméEn se basant sur un outil préexistant qui mesure simultanément de nombreux paramètres physicochimiques du fluide en forage (p, T, Cw, pH, Eh), une nouvelle sonde a été conçue pour mesurer in situ le potentiel spontané avec une grande précision (de l’ordre du μV). Cette nouvelle sonde est équipée d’électrodes non polarisables Pb/PbCl2, placées l’une en surface et l’autre en forage. Les premiers tests montrent la possibilité d’identifier en forage les différentes sources de courants électriques naturels circulant dans le sous-sol, telles que les composantes diffusives (le potentiel de membrane lié à la présence d’argile, le potentiel de jonction liquide associé à un gradient local de salinité du fluide poral) ou encore le potentiel électrocinétique ayant pour origine un gradient de pression de fluide poral. Par conséquent, si les composantes diffusives (membranaire ou de jonction liquide) sont prises en compte, la sonde MuSET peut être utilisée comme un débimètre électrique sensible, aussi bien aux écoulements horizontaux, que verticaux dans un puits vertical.