Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Электрокар

.doc
Скачиваний:
9
Добавлен:
10.02.2015
Размер:
84.48 Кб
Скачать

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ КАРОТАЖ

Методы сопротивлений

Метод сопротивлений (КС) позволяет получить сведения об удель­ном электрическом сопротивлении горных пород, пройден­ных скважиной, и решить ряд геологических задач. Измерения по методу сопротивлений про­во­дят с помощью четырехэлектродной установки AMNB, включающей четыре электрода — заземления. Два электрода, обозначаемые буквами А и В, под­ключают к ис­точнику тока. Они являются источниками электрического поля в среде и называются питающими, или токовыми, электродами. Два других электрода М и N называют измерительными и исполь­зуют для измерения разности потенциалов между точками среды, в которых они расположены. При каротаже в скважину опускают три электрода, а четвертый устанав­ли­вают на поверхности. Воз­можны две схемы измерения по методу сопро­ти­влений: в первом случае в скважине находятся два то­ковых электрода и один измерительный, во втором — один токо­вый и два измерительных.

Электроды в скважине образуют зонд метода сопротивле­ний – обыч­ный зонд КС. При каротаже обычными зондами элек­троды имеют размеры существенно меньшие по сравнению с рас­стояниями между ними. Это позво­ляет рассматривать их как точечные заземления, расположенные на одной прямой. Вид элек­тродов зонда и расстояния между ними определяются целе­вым назначением работ.

Рис. 1. Схемы измере­ния по методу сопро­тив­ле­ний обыч­ными зондами КС:

а - однополюсным,

б - двухполюсным.

Кажущееся удельное сопротивление — функция многих величин: типа и размеров зонда, которым проведено измерение, характера распределения удельных сопро­тивлений и мощности пластов, осо­бенностей геологического разреза. Резуль­таты измерений пред­ставляют в виде кривой, показывающей изменение КС с глу­биной скважины (кривая КС). Масштаб записи кривой выбирается ис­ходя из диа­пазона изменения величин и удобства отсчета.

В соответствии с универсальным принципом взаимности изме­рения при прочих равных условиях по схемам, показанным на рис.1, дают одина­ковые резу­льтаты. Зонд с одним токовым электродом (однополюсный) прин­ципиально не отличается от зонда с двумя токовыми электродами (двухпо­лю­сного). Двухпо­люсные и однополюсные зонды эквивалентны. На практике ис­пользуют оба, но расчеты удобнее вести для однополюсных зондов.

В каротаже методом сопротивле­ний применяют два типа зондов:

  1. Потенциал - зонд - зонд, у которого расстояние между разноименными электродами суще­ственно меньше расстояния между одноименными (раздвинуты парные электроды, т. е. сближены непарные — А и М). В этом случае КС определяется потенциалом электрического поля в точке М, и характерное для зонда расстояние - расстояние AM, которое называется длиной потенциал-зонда, L=AM. Результаты измерений относят к середине расстояния AM. Практически, кроме случая очень больших сопротивлений пластов, когда отношение AN/AM > (5 ÷ 10), результаты измерений мало отличаются от ре­зультатов измерений с предельным (идеальным) потенциал-зон­дом, для которого АМ → ∞.

  2. Гради­ент-зонд - зонд со сближенными парными электродами, рас­стояние между которыми (АВ, ММ) существенно меньше рассто­яния между разноименными электродами. Кажущееся сопротивление в этом случае определяется напряжен­ностью поля Ео в точке О, и характерное для зонда расстояние - расстояние АО, называемое длиной градиент-зонда, L=AO. Ре­зультаты измерений относят к середине расстояния МN. Практически, когда отношение MN/A0 > 5, результаты изме­рений мало отличаются от результатов измерений с предельным (идеальным) градиент-зондом, для которого MN → 0.

Измерение КС во всех сква­жинах одного района, месторождения необ­хо­димо проводить по крайней мере одним стандартным зондом. В качестве стандарт­ных принимают обычно в рудных районах потенциал-зонды дли­ной 0,1; 0,2; 0,4 м или градиент-зонды длиной 0,5; 1, редко 2 м.

Боковое каротажное зондирование (БКЗ). Кажущееся удель­ное соп­ро­тивление (КС), измеряемое в методе сопротивлений, за­висит от типа и размеров зонда, влияния скважины, мощности и удельных сопротивлений пластов, характера изменения удельного сопротивления в зоне проникно­ве­ния раствора и др. В этих усло­виях одной кривой КС для суждения о геоло­ги­ческом разрезе не­достаточно. При детальных исследованиях скважин при­меняется БКЗ, заключающееся в проведении измерений несколькими зон­дами разной длины. При изменении длины зонда изменяются ра­диус и детальность исследований. Показания зондов малой длины в основном определяются ближними участками среды, показания зондов большой длины связаны с влиянием удаленных пород. Обычно комплекс измерений БКЗ включает регистрацию кривых КС четырьмя-пятью градиент-зондами одного типа (кровельными или подошвенными), длины которых изменяются от равных диа­метру скважин до в 30 раз больших. Обычно каждый последую­щий зонд имеет длину в 2 раза большую длины предшествующего. Дополни­тельно в комплекс БКЗ входят измерения потенциал-зон­дом, измерения диа­метра скважин, удельного сопротивления бу­рового раствора и др. Материалы БКЗ после соответствующей об­работки позволяют получить в благоприят­ных условиях более полные данные об удельном сопротивлении пород.

Из анализа палеток БК.З следует, что потенциал-зонды имеют боль­шую радиальную глубину исследования по сравнению с гра­диент-зондами.

Для градиент-зондов характерны несимметричные формы кри­вых КС, имеются характерные точки максимумов или минимумов, соответствующие положению границ пласта и позво­ляющие уверенно определять его мощ­ность. Кривые КС полученные потенциал-зондами, имеют симмет­ричные сглаженные формы. Пласты высокого сопротивления ма­лой мощности на кривых практически не отмечаются. Границам пласта соответствуют точки начала крутого подъема кривых.

Изучение форм кривых КС позволило установить, характер­ные значе­ния сопротивления для пластов конечной мощности. Ис­пользуют следующие характерные значения КС: максимальное сопротивление для пластов, удель­ное сопротивление которых больше сопротивления вмещающих пород; ми­ни­мальное - для пластов, удельное сопротивление которых меньше сопро­тивления вмещающих пород; среднее сопротивление, соответствующее от­ношению площади, заключенной между кривой сопротивления и нулевой линией на участке против пласта, к мощности пласта.

Боковой каротаж. Метод бокового каротажа позволяет полу­чить све­дения об удельном электрическом сопротивлении пород и является разно­видностью электрического каротажа методом со­противлений. При боковом каротаже измерения проводят при непрерывном автоматическом управлении характером растекания зондирующего тока - фокусировке тока. Управление током вы­полняется так, чтобы обеспечить преимущественно его радиаль­ное, перпендикулярное к оси скважины направление. При ради­альной фоку­си­ро­вке снижается влияние скважины, повышается глубинность исследова­ния и улучшается вертикальное разреше­ние записи.

Применяется несколько разновидностей бокового каротажа, отличаю­щих­ся как видами зондов, так и способами регулировки и измерения. При боковом каротаже применяют многоэлектрод­ные зонды с точечными элек­тро­дами (семь, девять электродов) и зонды с цилиндрическими протяжен­ными электродами — трех- и пятиэлектродные зонды. Применяют также зонды микробокового каротажа, когда электроды размещены на башмаке, прижимае­мом к стенке скважины.

Рис.2. Схемы изме­ре­ний с зондами бокового каротажа:

а) семиэлектродный зонд;

б) трехэлектродный зонд

Схемы измерений с различными зондами бокового каротажа приве­де­ны на рис.2. Зонд семиэлектродного бокового каро­тажа (рис.2а) включает центральный электрод Ао и три пары симметрично расположенных и по­пар­но закороченных электродов: М1 и М2, N1 и N2, A1 и А2. Электрод Ао пита­ется от генератора G переменным током Io, постоянным по амплитуде. Элек­тро­ды А1 и А2 называются экранными, через них с помощью автокомпенса­тора АК пропускается экранный ток Iэ, совпадающий по фазе с током Io и автоматически регулируемый так, чтобы напряжение между электродами М1 и N1 (М2 и N2) было близко к нулю. Автокомпенсатор представляет собой усилитель с боль­шим коэффициентом усиления и мощным выходом. На вход АК подается напряжение между электродами М1 и N1, выход под­ключен к экранным электродам и заземлению в бесконечности.

При появлении между электродами M1 и N1 напряжения, ток на выхо­де автокомпенсатора изменяется так, чтобы это напря­жение было скомпенси­ро­вано. Благодаря большому коэффици­енту усиления напряжение между электродами М1 и N1 оказыва­ется отличным от нуля на небольшую величии­ну, что не приводит к заметной погрешности в результатах. Автомати­че­ское поддержание разности потенциалов между электродами M1 и N1 (М2 и N2), близкой к нулю, обеспечивает фокусировку, при которой ток центрального электрода Ао расте­кается в радиальном направлении в виде слоя толщиной L, рав­ной расстоянию между средними точками интервалов M1 - N1 и M2 - N2. Во время выполнения условий фокусировки с помощью прибора ΔVБК регистрируется разность потенциалов между од­ним из измерительных электродов (Mi или Ni) и достаточно уда­ленным от зонда электродом N. Результаты измерений относят к точке Ао. Расстояние между серединами интервалов измерительных элект­родов называют длиной зонда L. Характер­ным для зонда явля­ется также параметр фокусировки q = (Lo6 - L)/L, где Lоб - рас­стояние между экранными электродами зонда А1 и А2.

Схема измерений с трехэлектродным зондом бокового каро­тажа приве­дена на рис.2б. Трехэлектродный зонд БК со­стоит из трех цилиндрических электродов, центрального Ао и двух экранных А1 и А2. Промежутки между электродами делают возможно меньшими (5 мм). Длина центрального элект­рода Ао выбирается небольшой, обычно от 2 до 17 см, она определяет верти­каль­ную разрешенность записи и называется длиной L трехэлектродного зонда БК. Экранные электроды Ах и А2 имеют длину, во много раз пре­выша­ю­щую длину зонда L, общая длина системы достигает 3 м. Экранные элект­роды А1 и А2 соединены между собой накоротко, и к ним присоединен центральный электрод Ао через небольшой резистор Rо. Трехэлектродный зонд А1АоА2 питается током от ге­нератора G. Резистор Ro берется такой величины, чтобы потен­циал центрального электрода мало отличался от потенциала всей системы. В этом случае ток центрального электрода Iо ра­стекается в радиальном направлении в слое толщиной L, т. е. обеспечивается радиальная фокусировка. Регистрируются ток центрального электрода Io путем измерения падения напряжения на резисторе Ro и разность потен­ци­алов ΔVБК между системой электродов и удаленным электродом N. При изме­рениях разность потенциалов между системой электродов и удаленным элек­тродом и падение напряжения ΔVБК на резисторы R через усилители У1 и У2 подаются на делительное устройство, к выходу которого подсоединены регистраторы.

Для пласта ограниченной мощности высокого сопротивления форма кривой сопротивления — симметричный максимум. Гра­ницы пласта опреде­ляются по точкам начала крутого подъема кривой. На кривых семиэлектрод­но­го зонда границы пласта отме­чаются выше и ниже участков с максималь­ным градиентом ρк на половину длины зонда. Характерное значение ρк на кривых БК отсчитывается против середины пласта. Для проводящей сква­жины ρс<0,2 Ом • м при мощности пласта, превышающей длину зонда, и отсутствии проникновения, ρк против середины пласта можно принять за его удельное сопротивление.

Метод скользящих контактов. Для исследования рудных скважин при­меняется метод сколь­зящих контактов (МСК), в котором регистрируется изменение сопротивления заземления щеточного электрода, скользящего по стенке скважины. Щеточный электрод устроен аналогично электроду М метода электродных потенциалов (рис.3б).

Регистрация изменения сопротивления заземления ведется по схеме измерения тока в цепи из двух электродов — щеточного в скважине и зазем­ления на поверхности. При движении щеточ­ного электрода по пустым поро­дам ток в цепи мал. При соприкос­новении электрода с хорошо проводящим рудным телом сопро­тивление заземления резко надает и ток увеличи­вается. МСК позволяет в благоприятных случаях (ровная стенка скважины) отметить в разрезе наличие маломощных рудных прослоев (1 - 2 см).

Потенциальные методы

Метод потенциалов самопроизвольной поляризации. В скважине, заполненной буровым раствором, и окружающих ее породах вследствие про­цессов диффузии, фильтрации и окисли­тельно-восстановительных химичес­ких реакций возникают естест­венные электрические поля (токи). Это явление получило название самопроизвольной поляризации. Характер таких электри­ческих токов тесно связан с литологическими особенностями пройденных скважиной горных пород. Разность по­тенциалов естественного поля между электродами М и N обозна­чают сокращенно ПС.

При измерениях, когда оба электрода находятся в скважине на неболь­шом расстоянии (0,1 - 1 м) друг от друга, регистрируется усредненная на некотором интервале компонента градиента потенциала электрического поля ПС. По­лучаемая кривая называется кривой градиента ПС. В качестве элект­ро­дов используются отрезки свинцового провода, навитые на кабель. При слабых аномалиях ПС используют неполяризующиеся электроды, обычно из хлорированного свинца, помещен­ного в брезентовый чехол, набитый криста­л­лической солью КСl. Неполяризующиеся электроды обладают наиболее устойчивой электродной разностью потенциалов, мало меняющейся в про­цессе измерения.

Изменение потенциала ПС вдоль скважин обычно имеет ха­рактер сим­метричного минимума или максимума, которым и от­мечается тот или иной пласт. Такому характеру изменения потенциала ПС соответствуют токи ПС в виде замкнутых кольце­вых линий вокруг места пересечения цилиндра сква­жины с по­верхностями, ограничивающими пласт. Появление токов ПС обя­зано возникновению соответствующих э.д.с, в простейшем слу­чае в форме двойных электрических слоев на границах раздела.

Процессы диффузии идут на контакте бурового раствора и пластовых вод, отличающихся друг от друга по концентрации растворенных в них солей. В скважине процессы диффузии солей между буровым раство­ром и пластовыми водами происходят в поровом пространстве горных пород в присутствии двойных электрических слоев на границах твердой и жидкой фаз. Двойные слои связаны с процес­сами адсорбции ионов твердой фазой и их влияние тем больше, чем более дисперсна твердая фаза. Наибольшее влияние на про­цессы диффузии оказывает глинистый материал. В глинистых породах коэффициент диффузионного потенциала меняет не только величии­ну, но и знак. Токи ПС диффузионного происхождения возникают в скважи­нах при наличии двух предпосылок: присутствии контакта раз­личных по литологическим особенностям (относительной глини­стости) пород; разнице в минерализации пластовой воды и буро­вого раствора.

Другая возможная причина образования ПС — процессы фильтрации. Обычно при бурении давление в скважине больше, чем давление в пласте. Под действием избыточного давления про­исходит фильтрация воды глини­стого раствора в проницаемые пласты. Поскольку на поверхностях капилля­ров горной породы присутствует двойной электрический слой, при фильтра­ции проис­ходит движение ионов внешней части двойного слоя и возникает потенциал фильтрации. При фильтрации в пласт он отмечается отрицатель­ной анома­лией ПС. При снижении удельного сопротивления жидкости фильтрационная ПС уменьшается. При образовании глинистой корки на стенке скважины фильтрационные потенциалы также снижаются. Фильтра­ционные потенциалы обычно малы и не иг­рают существенной роли в образовании ПС.

Окислительно-восстановительные потенциалы ПС наблюда­ются в суль­фидных рудах, ископаемых углях и породах, содержа­щих оксиды металлов.

Рис.3. Схема измерений (а); зонд МЭП и МСК (б).

Метод электродных потенциалов. В разрезах скважин могут быть встре­чены образования, об­ладающие электронной проводимостью (сульфи­дные руды, графитизированные породы). На контакте этих образований с вме­щающими породами и буровым раствором возникает электрод­ная раз­ность потенциалов, кото­рая измеряется в методе элек­тродных потенциалов (МЭП).

Схема измерений и зонд МЭП приведены на рис.3. Зонд МЭП помеща­ется в корпус 1 из изоляционного материала, снаб­женный двумя центрирую­щими фонарями 2. На корпусе разме­щены щеточный электрод М, скользя­щий по стенке скважины, и электрод сравнения N, состоя­щий из двух сое­диненных между собой частей, которые не каса­ются стенок скважины. Элек­троды М и N изготавливаются из металла (цинка), электрод­ный потенциал которого значи­тельно отличается от электрод­ного потенциала рудного тела.

В методе электродных потен­циалов с помощью милливольт­метра ΔVМЭП регистрируется разность потенциалов между ще­точным электродом М и электродом сравнения N. При движении зонда по пустым породам разность потенциалов мала. При со­прикосновении щеточного электрода с рудным телом электрод М воспринимает электродный потенциал этого тела. Поско­ль­ку потенциал рудного тела значительно отличается от электродного потен­циала электрода N, регистрируемая разность, потенциалов увеличивается, достигая нескольких сотен милливольт.

Метод погруженных электродов. В этом методе на земной поверхно­сти измеряется гради­ент потенциала в поле погруженного в скважину элек­трода (односкважинный вариант) или двух разнополярных погруженных элек­тродов (двухскважинный вариант). В первом варианте преиму­щественно используют систему профилей, ориентированных по простиранию искомых объектов, во втором - профили измерений параллельны плоскости, в которой лежат питающие электроды, однако желательно, чтобы скважины были рас­положены по про­стиранию. За счет такого расположении профилей наблю­дений обеспечивается фиксация наиболее интенсивных аномалий, соот­ветст­вующих вытянутым проводникам. При поисках изометричных проводников односкважинный вариант может выполняться по системе радиальных, отно­сительно эпицентра погруженного элек­трода, профилей.

В поле погруженного электрода на не очень больших расстоя­ниях от него максимум плотности тока приблизительно находится на глубине погру­жения. В горизонтальном направлении максимум перемещается к поверх­ности земли, особенно в случае приповерх­ностного проводящего слоя. Заметное преимущество погруженного электрода перед поверхностным сохраняется приблизительно в ра­диусе, равном глубине погружения. Однако за счет глубинных про­водников, в том числе проводящих зон, связывающих питающий электрод с объектом поисков, эффективная область погруженного электрода может существенно расшириться. При использовании двухскважи­нного варианта расстояние между зарядными скважи­нами не должно превы­шать 2,5—3 глубин погружения электродов, так как в противном случае усложняется вид нормального поля и выделение аномалий затрудняется.

Таким образом, для изучения объекта, расположенного вблизи заряд­ной скважины, оптимальная глубина погружения электрода примерно дол­жна соответствовать глубине центра объекта, а при удалении последнего увеличивается. При этом уменьшение глубины погружения электрода против оптимальной снижает интенсивность аномалии сильнее, чем завышение глубины. Поэтому при поисках глубокозалегающих проводящих объектов питающий электрод сле­дует помещать на забое зарядной скважины. В глубоких скважи­нах наблюдения целесообразно выполнять при нескольких поло­жениях питающего электрода, отличающихся по глубине на 150—250 м.

Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.

Оставленные комментарии видны всем.