전도성이 다른 공극수로 순차 치환한 시멘트 시험편의 전기비저항

Electrical Resistivity of Cylindrical Cement Core with Successive Substitution by Electrolyte of Different Conductivity

암석 시료의 전기비저항과 공극수의 전기비저항의 관계를 고찰하기 위한 실험에 있어서 일반적으로 코어의 유효공극 내의 공극수를 포화시키고자 하는 전해질 용액이 완전히 치환하였다고 가정한다. 이 연구에서는 용액의 전기전도 도가 8, 160, 3200, 64000 ${\mu}S$/cm인 4종류의 소금물을 동일한 시멘트 시험편에 각각 4회씩 포화과정을 반복하며 함수율의 변화에 따른 전기비저항을 측정하고, 그 변화로부터 포화과정의 반복에 의해 공극수가 치환되는 정도에 대한 고찰하였다. 용액의 전기전도도를 높여가며 각각 4회씩 반복하고 다시 낮춰가면서 4회씩 포화과정을 반복하였다. 반복 횟수가 많아질수록 용액이 공극수를 더 많이 치환할 것이다. 따라서 용액의 전기전도도를 높여가며 측정한 전기비저항과 낮춰가며 측정한 전기비저항의 기하평균을 용액이 공극수를 완전히 치환하였을 때의 전기비저항으로 간주하고 비교의 기준으로 삼았다. 포화과정을 4회 반복함으로써 공극수가 치환하고자 하는 용액으로 치환되어 이전 공극수의 전기전도도와는 상관없이 암석의 전기비저항을 10% 이내의 편차로 측정할 수 있었다. 반면, 전기전도도가 낮은 용액으로부터 높은 용액으로 순차적으로 포화과정을 1회만 수행했을 경우에는 측정되는 암석의 전기비저항에 있어서 최대 40%의 오차를 보였다. 측정된 시료의 전기비저항과 공극수의 전기비저항의 관계는 변형된 병렬저항모델로 대체적으로 설명되어지나, 이를 일반화하기 위해서는 다양한 공극율을 가지는 암석 시료에 대해 다양한 공극수의 전기비저항에 대한 자료의 축적이 필요하다.

To investigate the relation between pore fluid conductivity and bulk resistivity of a rock sample it is assumed that electrolyte solution perfectly substitute the pore fluid that occupied the pore space within the sample in general. In this study, it is investigated that how much can the electrolyte solution substitute the pore fluid by repeating the same saturation process. Four kinds of NaCl solutions of 8, 160, 3200, 64000 ${\mu}S$/cm are used. The saturation process has repeated four times for each electrolyte in increasing conductivity order first then four times each in decreasing order. The more the saturation process repeated with the same electrolyte, the more electrolyte solution substitute the pore fluid. Geometric mean of bulk resistivity in increasing and decreasing orders with the same electrolyte solution is assumed to be mostly close to the bulk resistivity with perfect substitution. Bulk resistivity measurements for both increasing and decreasing order differs within 10% to the geometric mean when repeating the saturation process 4 times while maximum 40% difference is observed when single saturation process for each electrolyte solution with increasing order. The modified parallel resistant model can generally represent the relations between pore fluid resistivity and bulk resistivity in the experiment, but more experimental data with various rock samples with different porosity is needed to generalize the model.