книги из ГПНТБ / Заворотько Ю.М. Методика и техника геофизических исследований скважин учеб. пособие

1)запись произведена в соответствии с рассмотренными выше методическими положениями;

2)кривые соответствуют геолого-геофизическому разрезу, а мас­ штабы записи — общепринятым в районе работ;

3)стабильность стандарт-сигналов ■.+3%;

4)нестабильность масштаба записи и кривой ИК по результатам

контрольных измерений не превышает ±10%, а нулевого уровня до и после каротажа 2 3 мм;

5) скорость измерений и погрешности определения глубин на­ ходятся в допустимых пределах (§§ 4, 5).

Окончательно качество диаграмм ИК устанавливают на базе партии по сопоставлению результатов обработки БКЗ и других мето­ дов электр окаротажа.

Г л а в а УІІ

ДРУГИЕ МЕТОДЫ ЭЛЕКТРОКАРОТАЖА

,§ 21. МЕТОДЫ РЕГИСТРАЦИИ ТОКА

Методы регистрации тока (ТК — токовый каротаж, ВТК — боковой токовый каротаж, МСК — метод скользящих контактов) применяют в угольных и рудных скважинах с целью литологического расчленения разреза и детального изучение строения и мощности угольных пластов и рудных зон.

Методика и техника ТК и МСК

В методах ТК и МСК записываются кривые изменения разности потенциалов AZ70 на эталонном сопротивлении і?0, обусловленные изменением силы тока в цепи AB (рис. 38). Требуемую схему изме­ рений легко обеспечить на станции типа АЭКС, поставив тумблер «/ — АU» в положение «/», а тумблеры « ^; =» в токовой и измери­ тельной цепях — в положение «=» (см. рис. 4).

Для того чтобы ток в цепи AB изменялся возможно больше, сопротивление токовой цепи уменьшают путем выведения из нее

в опытном порядке таким образом, чтобы амплитуды аномалий были не менее 5—8 см.

Полярность подключения измерительного канала к В 0 должна быть такой, чтобы против пород низкого сопротивления кривая отклонялась вправо. Первоначальную силу тока в методе ТК уста­ навливают против пород низкого сопротивления и, подавая в изме­ рительный канал разность потенциалов от ГКП, выводят ползунок реохорда на 10—12 см шкалы.

105

Если в процессе записи кривая ТК близко подходит к одному из краев бумаги, то ее сносят изменением разиости потенциалов от ГКП. Слишком частые переносы кривой ие допускаются.

Увеличение диаметра скважины и повышение минерализации бурового раствора приводит к сглаживанию кривой ТК и, следо­ вательно, к неточному определению границ пластов. Для некоторого уменьшения влияния указанных факторов в рудных скважинах

Скорость перемещения зонда в поисковом масштабе глубин не должна превышать 800—1000 м/ч, а в детализационном масштабе 200—300 м/ч.

Методика и техника работ методом ВТК

Метод ВТК основан на различии горных пород по удельному сопротивлению и обычно применяется для детализации угольных пластов.

Зонд ВТК состоит из центрального электрода А 0 шириной 2 см и двух экранных электродов МЭ1 и А э2 каждый длиной 0,75 м, соединенных между собой и отделенных от А 0 изолирующими про­

на результаты измерений значительно уменьшается влияние диа­ метра скважины, мощности пласта, сопротивления вмещающих пород и бурового раствора.

При проведении измерений на скважине выводы 4 , М, N зонда (см. рис. 39) подключают к соответствующим гнездам токовой

ЮС

и измерительной цепей станции, которые готовят к работе так же, как и в методе КС. Силу тока в цепи,Ц.В и постоянную по напря­ жению в измерительном канале подбирают таким образом, чтобы

милливольт.

Диаграммы считаются качественными, если они записаны в соот­ ветствии с рассмотренными выше методическими положениямп, отвечают требованиям § 10, а расхождения между основным и по­ вторным замерами не превышают 10% (ТК, ВТК) и 15% (МСК) [50].

§ 22. МЕТОД ЭЛЕКТРОДНЫХ ПОТЕНЦИАЛОВ

Методика н техника работ

Метод электродных потенциалов (МЭП) применяется для выде­ ления в разрезах скважин медноколчеданных, полиметаллических, медно-никелевых, магнетитовых руд, графита, угольных пластов — антрацитов и позволяет определить с большой точностью их границы, выделить отдельные прослои и прожилки и установить характер оруденения и строения залежи.

В методе ЭП измеряется электродная разность потенциалов Д£/эп междудвумя изолированными друг от друга электродами, один из которых (М) выполнен в виде щетки, касающейся стенок скважины, а другой (N) — в виде соединенных между собой двух цилиндров длиной по 10 см, находящихся в буровом растворе [30].

Учитывая, что большая часть электронопроводящих минералов характеризуется положительным или близким к нему электродным потенциалом, для получения возможно большей величины Д£7эп электроды зонда МЭП изготовляют из металлов с наиболее отри­ цательными электродными потенциалами — обычно цинк, у кото­ рого Uэп = —0,76 В. Цинковые электроды имеют достаточную прочность, стабильный электродный потенциал, величина которого

107

мало зависит от концентрации собственных ионов металла в рас­ творе и дочти не изменяется в присутствии посторонних ионов, обеспечивают быстрое установление электродного потенциала и до­ статочное постоянство начальной разности потенциалов.

Диаметр скользящего электрода не должен превышать диаметр скважины против рудного тела более чем на 1 см. В противном случае нарушается симметрия схемы и на показании кривой МЭП начинает сказываться неполное исключение влияния потенциала ПС, вызывающего возникновение отрицательных аномалий МЭП.

Вбезрудной части скважины потенциалы скользящего электрода

иэлектрода сравнения практически одинаковы (—0,76 В), и элек­ тродная разность потенциалов между ними равна 0. Против электро­ нопроводящих тел скользящий электрод воспринимает их электро­

положительный потенциал, в результате чего между обоими электро­ дами возникает электродная разность потенциалов, достигающая против сплошных залежей нескольких сотен милливольт.

Поскольку величина электродного потенциала против сульфид­ ных руд изменяется в широких пределах (наименьшая — для гале­ нита и наибольшая — для пирита) и зависит от характера и размера рудных включений (массивные, вкрапленные), площади поверхности скользящего электрода и ряда других факторов (в частности, ха­ рактера бурового раствора), то масштаб записи кривой МЭП выби­ рают в опытном порядке. Обычно при масштабах записи 12,5— 50 мВ/см обеспечивается детальное расчленение зон сплошного сульфидного и магнетитового оруденения.

Для того чтобы рудные интервалы отмечались на диаграмме возрастанием потенциала, электроды М жN зонда МЭП коллектор­ ным проводом подключают к соответствующим гнездам пульса- торно-токовой панели станции типа АЭКС (см. рис. 4) или прямо на вход ПАСК-8 (см. рис. 6). При этом измерительную цепь станции устанавливают для работы на постоянном токе, а измерительный канал ПАСК готовят к работе таким же образом, как и перед записью кривой ПС. Чтобы щеточный электрод изнашивался равномерно, к зонду на расстоянии .1—1,5 м на куске кабеля подсоединяют до­ полнительный груз.

При нахождении зонда в заведомо безрудной части скважины (ДНэп = 0) в измерительный канал вводят разность потенциалов от ГКП и смещают кривую вправо на 2—3 см от нулевой линии.

Порядок проведения измерений на скважине в методе ЭП такой же, как и при записи кривой ПС.

Поскольку скользящий электрод очень быстро воспринимает потенциал рудного тела, то при завышенной скорости подъема кабеля ползунок реохорда не будет успевать полностью регистри­ ровать Д£/эпПоэтому скорость подъема зонда при записи кривой в масштабе глубин 1 : 200 не должна превышать 200—300 м/ч, а в масштабе глубин 1 : 50^— 100 м/ч.

108

Оценка качества диаграмм

По форме заголовка и оформлению подлинников диаграммы МЭП не отличаются от диаграмм других методов каротажа (см.

§ Ю ).

Диаграммы МЭП считаются высококачественными, если они записаны в соответствии с рассмотренными выше методическими положениями и отвечают требованиям § 10, контрольные измерения и перекрытие ранее проведенных исследований выполнены на интер­ вале не менее 10—25 м, расхождения между основным и контрольным замерами не превышают 15% от максимальной амплитуды кривой [50].

Г л а в а VIII

ПОМЕХИ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ ВИДАХ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО КАРОТАЖА

§ 23. УТЕЧКИ ТОКА

Допустимые сопротивления изоляции цепей

Плохое качество промыслово-геофизических материалов об­ условлено, в частности, наличием помех, связанных с нарушением изоляции жил кабеля, цепей скважинных приборов, аппаратуры каротажных станций. Возникающие погрешности могут настолько исказить результаты измерений, что они становятся непригодными для дальнейшей интерпретации.

При каротажных работах может быть использован кабель, имеющий сопротивление изоляции не менее 2 МОм. Поскольку сопротивление изоляции кабеля уменьшается с увеличением его длины, указанное требование означает, что кабель длиной 4—6 км должен иметь сопротивление изоляции не менее 6—12 МОм-км. Однако следует учитывать, что сопротивление изоляции кабеля уменьшается в скважинах с минерализованным раствором, а также при высокой температуре и большом давлении, поэтому на поверх­ ности оно должно быть не менее 5 МОм.

В аппаратуре каротажных станций сопротивление изоляции должно быть не менее 20 МОм для цепей AB, 10 МОм — для «ЗП», 50 МОм — для цепей M N , 20 МОм — для цепей переменного тока, 0,5 МОм — между полукольцами пульсатора. Надежность сопро­ тивления изоляции и исправность цепей скважинного прибора определяются по измеренному сопротивлению между его отдельными вводами,' а также между отдельными вводами и корпусом. Требуемые величины сопротивлений указываются в инструкциях к соответ­ ствующим приборам.

Проверка сопротивления изоляции кабеля, коллектора лебедки, отсоединенных кос и головок скважинных приборов, подводов

109

к электродам микрозоидов, силовых трансформаторов и каверномера производится мегомметром. Так как мегомметр развивает рабочее напряжение до 500 В, его нельзя использовать для проверки изоля­ ции цепей аппаратуры п скважинных приборов во избежание их порчи. Обычно в таких случаях применяют тестер.

Перед проверкой сопротивления изоляции жил кабеля его изо­ ляционное покрытие по всей длине должно быть хорошо увлажнен­ ным, а свободные концы — чистыми и сухими.

Кроме утечек, обусловленных нарушением изоляции цепей, в кабеле могут возникать емкостные утечки при питании измери­ тельных схем переменным током. При токах частотой 6—12 Гц эти утечки незначительны. Их влияние начинает сказываться при токах более высокой частоты, однако это можно исключить при регулировке аппаратуры по нуль-сигналу.

Признаки утечек тока

Наличие утечек тока устанавливается по следующим признакам: 1) несоответствию диаграммы типовому геолого-геофизическому разрезу — показания кривых завышены или занижены, кривые

слишком изрезаны; 2) наличию отрицательной разности потенциалов при замере

рк в колонне (конечно, при правильном подключении жил измери­ тельной цепи или выхода панели на регистратор);

3) отличию тока питания скважинного прибора от номинального и л и резкому изменению в процессе записи;

4) невозможности установить требуемый ток стандарт-сигнала;

5) неустойчивости выходного измеряемого сигнала (конечно, при исправной и отрегулированной аппаратуре) при неподвижном скважинном приборе или зонде, а также незакономерном изменении его в процессе записи;

6) изменению измеряемой разности потенциалов при изменении частоты тока питания (при записи кривой КС на трехжильном кабеле);

и появлению дополнительного отклонения пишущего устройства ПС при включении токовой цепи;

9)уменьшению и затем полному исчезновению измеряемого сигнала (однако это может быть обусловлено и отказом аппаратуры, поэтому прежде чем искать утечку, необходимо убедиться в работо­ способности наземной панели и скважинного прибора при отсоеди­ ненном кабеле);

10)резкому различию показаний кривых КС больших зондов

против глинистых пород; 11) резкому различию показаний кривых обоих микрозондов

против глинистых пород и участков разреза с большим диаметром каверн.

110

О бнаруж ение мест утечки тока и обрыва кабеля

Обнаружение места утечки тока в бронированном кабеле пред­ ставляет определенную трудность, так как его броня является экраном.

В бронированном кабеле места утечек независимо от их коли­

приближение места утечки тока к контакту К отмечается увели­ чением показаний лампового вольтметра V.

Обнаружить места утечки тока в случае их невысокого сопро­ тивления в шланговых и оплеточных кабелях можно с помощью тестера, поставив на нем такой предел измерения сопротивления,

Рис. 41. Схема определения утечки тока в кабе­ лях способом предохранительных контактов

при котором наблюдается заметное отклонение стрелки его прибора. При этом один конец тестера подводится на увлажненную изоляцию кабеля, а второй — на жилу кабеля. Место утечки определяется по дополнительному отклонению стрелки прибора. Этим способом можно получить довольно точные результаты определения места утечки тока.

Однако наибольшее распространение получила схема предохра­ нительных контактов (рис. 41). Между коллектором одной из ле­ бедок и землей включают батарею напряжением 30—60 В. Рас­ стояния от контакта КО до контактов К1 и К 2 выбирают равными 5 м. Обычно контактами К1 и К2 являются ролики блок-балансов. В цепь контакта КО через резистор R — 10 -ь 20 кОм включают

111

высокочувствительный гальванометр (можно использовать один из гальванометров каротажного регистратора или потенциометр ЭП-1). При расположении места утечки вне промежутка К1 — К 2 стрелка гальванометра Г ие отклоняется, так как ток уходит через контакты К1 и К 2 на землю. Если место утечки находится в промежутке К1 — К2, часть тока проходит через цепь контакта КО, и стрелка прибора Г отклоняется, причем максимальные отклонения соответ­ ствуют положению места утечки на контакте КО. В местах сопри­ косновения контактов могут возникать электродные разности по­ тенциалов, вызывающие иногда большие отклонения гальванометра. Оценить их действие можно при отсоединении батареи от жил кабеля.

Если утечку в оплетке или шланге кабеля не удается обнару­ жить сразу, помещают кабель на 1—2 сут в соленую воду или по­ дают на него высокое напряже­

(«проходят по нему колесом»), спускают в скважину, перематывают с одной лебедки на другую или сматывают на землю. Если таким способом обрыв не обнаруживается, используют мост переменного

где L общая длина кабеля.

§24. ИНДУКТИВНЫЕ ПОМЕХИ

Причины возникновения индуктивных помех

Основными причинами возникновения индуктивных помех явля­ ются следующие.

1. Нарушение симметрии жил кабеля. При записи кривой КС на трехжильном кабеле две его жилы (AR или MN) являются одно­ именными (в зависимости от того, каким зондом работают — одно­ полюсным или двухполюсным) и образуют как бы бифиляр. Поэтому

112

э. д. с. индукции, наводимая одной токовой жилой в двух измери­ тельных или двумя токовыми жилами в одной измерительной, в прин­ ципе должна быть равна нулю. Это наблюдается в том случае, когда каждая жила кабеля одинаково устроена и находится на одинаковом расстоянии от двух других. Аналогично будут компенсироваться и напряжения, обусловленные токами утечек через емкость между токовыми и измерительными жилами. Однако неодинаковая толщина изоляции и неравномерность скрутки жил приводят к нарушению их симметрии, что и является причиной появления индуктивных помех н емкостных утечек тока.

2.Нарушение электрической симметрии схемы. Схема считается

электрически симметричной, если сопротивление между каждым из выводов регистрирующего прибора (при работе однополюсным

Нарушение симметрии схемы является основной причиной воз­ никновения индуктивных помех в измерительных цепях. Оно об­ условлено в основном наличием утечек в токовой и измерительных цепях кабеля и аппаратуры, различной величиной сопротивления заземлений электродов, включением в цепь одной из одноименных жил вблизи кабеля дополнительного сопротивления.

Величины индуктивных помех и емкостных утечек тока в кабеле пропорциональны коэффициенту зонда, частоте и силе тока в цепи AB, квадрату числа витков кабеля на барабане лебедки. Погреш­ ность, вносимая индуктивной помехой при замере рк, не зависит от силы тока в цепи AB [27].

В станциях с фазочувствительным выпрямителем влияние ин­ дуктивных помех меньше, чем в станциях с пульсатором. Выпрямле­ ние полезного сигнала в этих станциях происходит при совпадении его фазы с управляющим напряжением. Поскольку напряжение индуктивной помехи сдвинуто по фазе относительно тока питания примерно на 90°, оно в значительной степени подавляется выпрями­ телем и на регистратор не попадает.

Одножильный кабель не является источником индуктивных помех, однако они возникают в проводах, идущих от электродов косы к измерительной схеме.

Благодаря применению частотной модуляции при измерении КС индуктивные помехи значительно подавляются в измерительном канале.

Индуктивные помехи значительно меньше при работе с одно­ полюсным зондом, чем с двухполюсным.

Признаки индуктивных помех

Основными признаками индуктивных помех являются:

1) возникновение заметных разностей потенциалов при нахо­ ждении зонда в колонне и зависимость их от частоты тока питания;

2)завышение или занижение рк в породах низкого удельного сопротивления при увеличении размера зонда;

3)резкое различие рк, измеренного в однородных пластах низкого сопротивления большими градиент-зондами (более 2 м) при увели­ чении расстояния между измерительными электродами;

4)большие броски пишущего устройства при включении токовой цепи (конечно, при нормальном демпфировании и затухании пишу­ щих устройств).

Иногда погрешности, обусловленные утечками тока и индуктив­ ными помехами, трудно различить. Однако следует знать, что по­ грешности, созданные утечками, не зависят от частоты тока питания, резко изменяются по величине, а иногда и по знаку, не зависят от глубины спуска зонда, иногда резко уменьшается при выходе места утечки на блок-баланс или барабан лебедки.

Наличие и величины индуктивных помех определяют при про­ пускании переменного тока рабочей частоты через кабель при зако­ роченных электродах зонда.

§25. ПОМЕХИ ПРИ ИЗМЕРЕНИИ ПС

Электродные потенциалы (поляризация электродов)

Они возникают на контакте электрода зонда с буровым рас­ твором в результате перехода атомов металла в ионное состояние и химического взаимодействия металла с анионами раствора. При этом на контакте металла с буровым раствором возникает двойной электрический слой, внутренняя часть которого (поверхность элек­ трода) заряжена отрицательно, а внешняя (буровой раствор) — положительно [18]. Обычно потенциал этого слоя изменяется незна­ чительно и существенно не искажает кривую ПС. Однако прп смене

Разность потенциалов между электродами М и N часто изме­ няется при переходе зонда из неподвижного состояния в подвижное, и наоборот, что связано с частичным разрушением и образованием двойного электрического слоя (потенциалы триполяризации пли движения). В начале движения зонда потенциал изменяется в сторону отрицательных значений, а при остановке — наоборот. При постоян­ ной скорости подъема кабеля это не вызывает заметных искажений кривой ПС.

Иногда в цепи ПСнаблюдается электродная разность потенциалов, ' возникающая при соприкосновении электрода М с электронопро­ водящими стенками скважины (см. § 22). Для ее уменьшения элек­ троды зонда рекомендуется изготовлять из свинца, защищать их брезентовым или хлопчатобумажным чехлом; пользоваться неполя­ ризующимися электродами, погружать электрод N в скважину или заменять его обсадной трубой.

114