3. Принцип вимірювання питомого електричного опору.

Типи зондів, які застосовуються

Методи електричного каротажу, засновані на диференціації гірських порід попитомому електричному опору ПЕО, називають методами опору. Їх реалізують за допомогою вимірювальних установок – зондів. Існують зонди, нефокусуючі і фокусуючі. Електричний каротаж нефокусуючими зондами отримав назву позірного (умовного) опору (ПО). Зазвичай зонди ПО трьохелектродні. Четвертий електрод заземляють на поверхні. Два електроди, що позначаються буквами А і В, сполучають з генератором струму, два інших - М і N – включають на вхід вимірника різниці потенціалів. Іноді в свердловину поміщають всі чотири електроди або тільки два А і М. Електроди А і В живляться змінним струмом низької частоти, що дозволяє виключити вплив на вимірюваний сигнал постійних або слабо змінних потенціалів електрохімічного походження. Оскільки діапазон частот, вживаних в методі ПО, як і в інших електричних методах, не перевищує декількох сотень герц, теорія методу базується на законах постійного струму.

Існують наступні модифікації методу ПО: вертикальна профілізація одиночними зондами, бічне каротажне зондування, мікрозондування, резистивиметрія. Дві перші модифікації можна називати макро-, дві останні мікромодифікаціями. Умовно до макромодифікацій методу ПО відносять так само струмовий каротаж.

Не дивлячись на те, що зонди ПО складаються всього з 3-х електродів, для вимірювання ПО при каротажу використовують зонди різних типів і розмірів. Серед них виділяють зонди двох основних типів: градієнт-зонди і потенціал-зонди.

Ті з електродів, які мають одне і те ж призначення, ми називатимемо парними. Так, парними є живлячі або струмові електроди А і В та вимірні, вони ж приймальні, М і N.

Градієнт-зондами називають зонди, у яких відстань між парними електродами М і Nчи А і В мала порівняно з відстаннючи. Розміром градієнт-зонда є відстань, де О – середина між парними електродами, точка запису. Від величинизалежить глибина досліджень, яка тим більша, чим більший розмір зонда. Градієнт зонд, у якого зближені парні електроди розташовані під непарним електродом, називаютьпослідовним або підошовним градієнт-зондом(рис.5.1,а). При розташуванні зближених парних електродів над непарним зонд називаютьоберненим чи покрівельним градієнт-зондом(рис.5.1,б). Градієнт-зонд, у якого відстань між парними електродаминескінченно мала, зветьсяідеальним градієнт-зондом. Позірний опір за таким зондом можна записати у вигляді:

, (5.17)

де Е– складова за віссюнапруженість електричного поля у точці О чи градієнт-потенціал із зворотнім знаком.

Рис.5.1. Позначення зондів: а – градієнт-зонди, б - потенціал-зонди;

1 – однополюсний зонд, 2 – двополюсний зонд, 3 – струмові електроди, 4 – вимірні електроди М і N, 5 - точка запису позірного опору (ПО), 6 – точка запису свердловинних потенціалів (ПС).

Потенціал-зондами називають зонди, у яких відстань мала порівняно з відстанню між парними електродами. При цьому потенціал електродаNневеликий і зменшується зі збільшенням відстані між електродами, наближуючись до нуля. Відстаньє розміром потенціал-зонда.

Потенціал-зонд з електродом видаленим у нескінченність зветься ідеальним потенціал-зондом. Для такого зонда ,,, тоді:

, (5.18)

Позірний опір при використанні потенціал-зонду визначається потенціалом електричного поля у точці М. Тому зонди такого типу звуться потенціал-зондами.

При каротажу свердловин широко користуються властивістю взаємності струмових і вимірних електродів. Величини позірних опорів, які вимірюють за допомогою градієнт- і потенціал- зондів, не змінюються, коли без зміни відстані між електродами і послідовності їх розташування змінювати їх призначення, тобто вимірні електроди зробити живлячими і навпаки.

Зонд з одним живлячим електродом зветься однополюсним(зондом прямого живлення). Зонд з двома живлячими електродами і одним вимірним зветьсядвополюсним(зондом взаємного живлення).

Коефіцієнт К двополюсного зонду обчислюється за формулою:

, (5.19)

Зонди записують за позначеннями електродів і порядком їх розташування у свердловині зверху до низу. Так, наприклад, М2,5А0,25В означає градієнт-зонд двополюсний, підошовний, у якого верхній електрод є вимірним; на відстані 2,5м нижче його розташовано перший струмовий електрод А і на відстані 2,75м – другий струмовий електрод В.

Усередині кожної групи існує ще підрозділ по місцю розташування парних електродів і по кількості живлячих електродів, як показано на рис. 5.2.

Рис. 5.2. Градієнт- і потенціал – зонди ПО (позірного опору)

У градіїнт-зонда за його довжину приймають відстань від віддаленого електроду до середини відстані між зближеними електродами; у потенціал-зонда - відстань між зближеними електродами, тобто для потенціал-зонда завжди L = AM, а для градиент-зонда L=AO або L=MO.

Окрім градієнт- і потенціал-зондів існують ще так звані "спеціальні зонди", які приведені на рис. 5.3, а. Так, зонд AMN, у якого AM = MN, з рівною підставою може бути віднесений і до потенціал-, і до градієнт-зонду. Такий зонд називається симетричним, за точку записи приймають точку М.

Рис. 5.3. Спеціальні зонди ПО (позірного опору)

Простим зондом для вимірювання сили струму, що проходить в буровому розчині і породах, що оточують свердловину, служить одноелектродний зонд. У цьому виді досліджень, званому струмовим каротажом, один електрод заземлений нерухомо, поблизу гирла свердловини, а другий - закріплений на кабелі (рис. 5.4, а). В результаті переміщення зонда по свердловині реєструється крива зміни сили струму.

Мал. 5.4. Різні зонди для електричного каротажу свердловин: А, В - живлячі електроди, Б - батарея або інше джерело живлення, R - реостат для регулювання сили струму, I - прилад, що вимірює силу струму, MN - приймальні вимірювальні електроди - прилад для вимірювання (реєстрації) різниці потенціалів,О - точка запису, до якого відносять результати вимірів; а - одноэлектродный зонд струмового каротажу, б - трьохелектродний потенціал-зонд, в - трьохелектродний підошовний (послідовний) градієнт-зонд, г - трьохелектродний покрівельний (обернений) градієнт-зонд.

Різниця потенціалів у свердловині між двома точками МіN , які знаходяться в електричному полі електродівАіВвідображаєелектричний опір гірських порід. Цей опір зветься позірним опором і різною мірою відрізняється від дійсного опору порід.

Схема вимірювання ПОскладаються з двох кіл – струмової і вимірної. Живляче коло електродівАіВмістить змінне джерело струмуЕ, реостатRдля регулювання сили струмуіживлення електродів умА. У приймальному колі електродівМіNзнаходиться вимірний приладВП для фіксації різниці потенціалівU_MN, створеної полем струмуІ.

Іноді використовуються складніші 5 - 7-електродні зонди. Завдяки різній комбінації живлячих і приймальних електродів за допомогою цих зондів створюються направлені зфокусовані електричні поля, що дозволяє точніше відбити межі пластів і визначити їх опір. Такі зонди використовуються при бічному каротажі. Для виявлення тонких пластів застосовуються мікрозонди.