Книга
← К списку книгЗагрузка разделов…
активнаАктивные записи участвуют в каталоге и синках. Неактивная книга скрыта, но не удалена из базы.
Книга
АННОТАЦИЯ
В книге изложены сведения, необходимые для изучения первых двух разделов курса «Промысловая геофизика». «Методы промысловой геофизики, основная измерительная аппаратура и оборудование» и «Электрические методы исследования разрезов скважин». ■
В книге приведены основные сведения о методах промысловой геофизики, конструкциях и принципах действия наземной измерительной аппаратуры и специального оборудования промыслово-геофизических партий и изложены основы теории методов кажущегося сопротивления, сопротивления заземления, индукционного сопротивления, потенциалов собственной и вызванной поляризации и практика проведения работ этими методами па скважинах.
Книга является учебным пособием для студентов, специализирующихся в области геофизических методов исследования скважин, и может быть использована инженерами и студентами полевой геофизической, геолого-разведочной и горнонефтяной специальностей.
Р е ценз с н т ы:
Кафедра разведочной геофизики Грозненского нефтяногоинститута;
профессор., доктор физико-математических наук Л. Г. ТАРХОВ
ПРЕДИСЛОВИЕ
Получение, достоверных и возможно более полных сведений о геологическом строении месторождений полезных ископаемых является основным условием высококачественного выполнения геолого-разведочных работ. Для этого при бурении скважин приходилось производить многочисленный, а иногда и сплошной отбор керна, что требовало больших затрат труда и времени. Особенно низкими были темпы бурения нефтяных и газовых скважин, где вследствие больших глубин на отбор 1 л породы буровая бригада нередко затрачивала до 6 час. и болей. Отбор кериа по всему разрезу скважины сокращал среднюю скорость проходки в несколько раз, вследствие чего значительно повышалась себестоимость нефти и газа, промышленная разводка и разработка которых производятся в основном при помощи глубоких скважин.
Для ускорения проходки скважин в нефтепромысловой практике часто отказывались от сплошного отбора керна и брали образцы пород лишь па участках разреза, близких к продуктивным горизонтам. В этом случае получение полных сведений о разрезе разрабатываемого месторождения становилось невозможным и представление о строении промысловой площади и структуре эксплуатируемых горизонтов, их пористости, проницаемости, степени пефтопасыщения основывалось лишь на более или менее достоверных геологических гипотезах. Сокращение отбора грунтов приводило и к тому, что ряд объектов разработки оставался невыявлошшм. Это в коночном итоге не позволяло получать полных сведений о промышленных ресурсах месторождений. Кроме того, из-за несовершенства конструкций колонковых долот образцы рыхлых и обычно наиболее продуктивных нефтеносных и газоносных песков и песчаников, а также ископаемых углей в разрезах угольных скважин часто терялись при подъеме долота, вследствие чего даже при сплошном отборе пород сведения о геологических разрезах скважин оказывались неполными и не соответствовали действительности.
Таким образом, при разведке и разработке месторождений полезных ископаемых пришлось столкнуться с противоречием: частый отбор образцов пород, без которого практически была немыслима эффективная разведка месторождений (а также разработка нефти и газа), снижал скорость проходки скважин, ограничивал темпы разведки и разработки месторождений, повышал себестоимость продукции и в конечном итоге понижал эффективность горного предприятия.
Необходимость высоких темпов разведки и разработки месторождений полезных ископаемых при максимальной геологической изученности этих месторождений заставила заняться отысканием более совершенных, не требующих длительных перерывов в бурении способов изучения горных пород в скважинах. 1
В результате творческого труда работников науки, и производства задача создания методов бескернового определения и изучения: горных пород и полезных ископаемых в разрезах скважин успешно решена. ■
1* 1
Па базе современных достижений физики и измерительной техники и уставов лепных четких зависимостей между литолого-петрографическими особенностями горных пород (как, например, минералогическим составом, дисперсностью, пористостью и др.) и их физическими свойствами — удельными электрическим, и тепловым сопротивлениями, электрохимической активностью, радиоактивностью и др. — был создан комплекс геофизических методов боскерповой геологической документации разрезов скважин. Комплекс этих методов, получивших общее название геофизически х м е т одов и с следования с к в а ж и и или методов промыслов о й г о о ф и з и к и, включает электрические, радиоактивные, термические, магнитные, геохимические и другие физические методы. Совместное применение перечисленных методов в том случае, когда известны физические свойства горных пород дает возможность без отбора пород из скважины па поверхность решать следующие задачи:
определять породы, слагающие разрез исследуемой скважины, детально изучать их структуру (выделять пропластки и включения), устанавливать угол и азимут падения и простирания осадочных образований и рудных тел;.
изучать коллекторские свойства горных пород;
'3) выявлять полезные ископаемые — нефть, газ, каменные угли и руды;
определять промышленные ресурсы полезных ископаемых, количественно и качественно оценивать нефтспасыщепие, газоиасыщение и в некоторых случаях угле насыщен ио и оруденение горных пород.
Геофизические методы исследования скважин также позволили наиболее точно изучать их техническое состояние, а именно:
определять диаметр, угол и азимут искривления скважин;
■2) устанавливать высоту подъема цементного кольца за колонной, качество цементации и характер распределения цемента;'
выявлять моста притоков вод и устанавливать зоны их затрубной циркуляции;
измерять положение уровня жидкости в скважине;
находить местоположение оставленных в скважине металлических предметов и давать ответы па многие другие менее существенные вопросы.
Удобное в обращении и хорошо разработанное оборудование для геофизических исследований скважин было использовано при создании ряда весьма эффективных способов перфорации обсадных колонн, отбора проб пород из стенок скважины и торпедирования се отдельных участков. Вследствие этого перечисленные работы, имеющие по своему существу мало общего с геофизическими методами исследования скважин, были включены в комплекс работ, выполняемых в настоящее время организациями промысл ов о-ге оф и з ичес к о й службы.
Особенно большое значение имеет промысловая геофизика в нефтяной промышленности, где добыча и разводка нефти и газа требуют бурения большого числа глубоких скважин.
Широкое использование методов промысловой геофизики позволило в нефтяной промышленности совершенно изменить ранее применявшуюся методику изучения разрезов скважин и перейти почти повсеместно (за исключением опорных и мелких скважин, а также незначительной части разрезов разведочных скважин) па бурение скважин без отбора керна. При этом геологическое познание разрезов скважин не только не ухудшилось, но, наоборот, стало более детальным и точным (особенно с внедрением микроисследований), а разрезы скважин надежнее сопоставимыми.
1 Изучаются па образцах горных пород, отобранных из опорных и некоторой части азвод очных скважин..
Этот па первый взгляд парадоксальный факт, когда косвенные методы дают более точные данные, чем прямые, объясняется следующим.
Геофизические методы определяют горные породы непосредственно в условиях их еспъгвепиого залегания, без нарушения их структуры, а иногда и состава, нередко наблюдающихся при выносе пород на поверхность. В частности, поданным анализа керна практически невозможно опро* делить коэффициент нефтогазопасыщения коллекторов, что имеет периосте* пенное значение при поисках нефти и газа.
Современный метод отбора корна при глубоком бурении, как об этом указывалось выше, весьма несовершенен. Колонковым долотом в преобладающем большинстве случаев выносятся на поверхность крепкие породы. Таким образом, по данным керна невозможно полностью изучать разрезы скважин. Это приводит иногда к грубым ошибкам. Например, если при отборе керна не были подняты образцы хороших коллекторов нефти и газа или ископаемых углей, то на основании анализа корна может быть дано отрицательное заключение о наличии перечисленных полезных ископаемых, в действительности присутствующих в разрезе скважины.
Геофизические методы дают непрерывные диаграммы измеряемых физических параметров, которые вследствие их значительной дифференциации и наглядности графического изображения позволяют уловить тончайшие изменения свойств горных пород. Тем самым обеспечивается наиболее надежное расчленение разрезов скважин и их сопоставление (корреляция) между собой.
Геофизические методы дают возможность выделять топкие прослои пород (мощностью несколько сантиметров) и тем самым наиболее детально изучать разрезы скважин, либо, используя измерения в большом объеме пород (до нескольких ж3), йолучать интегральные эффекты, в некоторых случаях более полно характеризующие породу, чем это можно сделать по данным отбора единичных корнов малого размера (например, при определении пористости, проницаемости и степени нефтейасыщепия коллекторов).
Бурение скважин без отбора керна обеспечило резкое увеличение скорости проходки их. Это позволило значительно повысить эффективность поисков, разведки и разработки нефтяных и газовых месторождений, где промыслово-геофизические исследования обеспечивают ежегодную многомиллионную экономию средств при разведочных и промысловых работах.
Детальные сведения о разрезах скважин, получаемые по данным промысловой геофизики, обеспечивают но только подробное изучение разрезов скважин, ио при достаточном число последних и наиболее обоснованное познание геологического строения месторождений в целом, без чего невозможна рациональная разработка их.
Методы промысловой геофизики дают возможность «видеть», что происходит в скважине и в период ее жизни. В частности, в нефтяной промышленности данные промысловой геофизики повышают эффективность использования скважин для извлечения нефти и газа, способствуют удлинению срока их службы и позволяют обеспечить эффективное проведение в жизнь рациональных методов разработки этих ископаемых.
Все сказанное предопределяет промышленное значение методов промысловой геофизики, представляющих собой передовую и стоящую па высоком научном и техническом уровне отрасль геолого-разведочного дела, и заставляет уделять серьезное внимание дальнейшему развитию этих методов и разработке новых, обладающих еще бдльшими производственными возможностями.
Ввиду огромного значения промысловой геофизики в нефтяной промышленности в 1940 г. в учебные планы геофизической и геологической специальностей нефтяных вузов был введен специальный курс промысловой геофи-
зики, впервые созданный автором в Московском ордена Трудового Красного Знамени нефтяном институте имени акад. И. М. Губкина.
В связи с дальнейшим повышением роли и значения геофизических методов исследования скважин в 1945 г. курс промысловой геофизики начали читать для студентов, специализирующихся по бурению нефтяных и газовых скважин и эксплуатации нефтяных и газовых месторождений, и позднее для студентов специальности «Экономика и организация нефтяной и газовой промышленности». В геолого-разведочных институтах был введен курс буровой геофизики, являющийся аналогом курса промысловой геофизики нефтяных вузов.
В последующие годы в горных и нефтяных институтах по требованию промышленности была создана специализация по геофизическим методам исследования скважин. В учебном плане этой специализации профилирующими являются общие курсы: «Физические свойства горных пород» и «Промысловая геофизика» и специальные курсы: «Аппаратура и оборудование промыслово-геофизических цартий», «Электрические методы исследования скважин», «Радиоактивные и другие неэлектрические методы исследования скважин», «Методы изучения технического состояния скважин, перфорация и торпедирование» и курс «Интерпретация данных геофизических методов исследования скважин».
В настоящем учебном пособии по промысловой геофизике, написанном для специализации «Геофизические методы исследования скважин», изложены первые разделы курса промысловой геофизики и разделы первых двух специальных курсов, посвященные общему ознакомлению с методами промысловой геофизики и изучению аппаратуры и оборудования промыслово-геофизических партий и электрических методов исследования скважин.
Два следующих раздела — радиоактивные и другие неэлектричоские методы исследования скважин и геофизические методы изучения технического состояния скважин — выделены во вторую часть пособия, которая будет подготовлена в будущем.
В написанном руководстве отсутствуют разделы, освещающие теорию и практику геологической и геофизической интерпретации результатов геофизических методов исследования скважин, поскольку эти вопросы согласно учебному плану изучаются отдельно в самостоятельном курсе «Интерпретация данных геофизических методов исследования скважин».
■ Автор считает своим долгом выразить глубокую благодарность коллективу кафедры промысловой геофизики Московского нефтяного института им. акад. И. М. Губкина за помощь, оказанную при подготовке рукописи к изданию, и особенно В. 10. Венделыптейпу, Д. И. Дьяконову, В. Н. Кобраиовой, А. П. Лебедеву, Е. А. Нейману, В. Ф. Печорпикову и И. И. Фельдману за ряд справедливых замечаний, учтенных автором при написании этой работы.
Автор будет также признателен читателям за деловую критику книги, материалы которой просит направлять в адрес кафедры промысловой гео-, физики Московского нефтяного института им. акад. И. М. Губкина (Москва, Ленинский проспект, д. 6).
ВВЕДЕНИЕ
КРАТКИЙ ИСТОРИЧЕСКИЙ ОЧЕРК РАЗВИТИЯПРОМЫСЛОВОЙ ГЕОФИЗИКИ
Температура была первым физическим параметром, который исследовали в скважинах, сперва с общепознавательной целью, а затем для выявления геологической характеристики изучаемого района. Уже к началу XX столетия было установлено, что характер изменения температуры горных пород с глубиной в различных районах земного шара различен и зависит от особенностей их геологического строения.
В 1908 г. крупнейший русский геолог-нефтяник Д. В. Голубятников впервые обратил внимание исследователей на возможность использования измерений температур в скважинах в чисто практических целях для изучения продуктивной части разреза нефтяных месторождений.
В своей классической работе [23], посвященной результатам широкого опробования термометрии скважин па месторождениях Апшеронского полуострова, Д. В. Голубятников писал: «Помимо чисто научного интереса, измерения температур в скважине имели целью выявить вопросы практического характера. На нефтяных промыслах вместо с нефтью из скважины получают воду. Нормальная жизнь скважины протекает в таком порядке: в начале эксплоатации из скважины получается более или менее * чистая нефть с небольшой примесью воды и грязи; затем количество нефти постепенно падает и количество воды увеличивается. Откуда поступает вода в скважину, была ли она в пласте вместе с нефтью, или же опа поступает с верхних горизонтов по затрубному пространству, или по трешинам снизу — этого нельзя было выявить без измерения температуры воды и нефти...» и далее: «Если бы удалось выявить температуру слоев, содержащих нефть, температуру пустых слоев и температуру притекающей к забоям воды, то тогда мы могли бы ответшь на вопрос, откуда притекает нефть к забою скважины, и, следовательно, могли бы решить академический вопрос, поднимается ли в настоящее время нефть по трещинам. В то же время мы могли бы решить вопрос, имеющий, кроме теоретического интереса, чисто практическое значение, откуда притекает вода: из нефтяного пласта вместе с нефтью, или же сверху с неизолированного водяного горизонта, или же она поднимается снизу по трещинам».
Таким образом, Д. В. Голубятников считал, что геотермические исследования представляют собой новый способ изучения скважин, при помощи которого представляется возможность дать ответ на ряд вопросов, повседневно волнующих нефтепромысловых геологов. Решение этих вопросов было невозможно при существовавших в то время методах исследования скважин. В геотермических исследованиях Д. В. Голубятников видел новую, прогрессивную методику познания недр, основанную на изучении физических явлений, наблюдаемых в природе.
Работы Д. В. Голубятникова явились первыми промыслово-геофизическими исследованиями, открывшими широкую возможность использо-
ваиия физических явлений в скважинах с целью изучения их геологического разреза, недоступного визуальным наблюдениям. Опи явились тем фундаментом, па базе которого наши советские ученые и производственники создали новую передовую отрасль науки — промысловую геофизику, являющуюся могучим средством наиболее полного и всестороннего изучения месторождений полезных ископаемых.
Следующим крупным вкладом в зарождающуюся промысловую геофизику явилось создание метода исследования разрезов скважин, основанного на изучении удельного электрического сопротивления горных пород и связанного с ним параметра, называемого кажущимся удельным электрическим сопротивлением ук. Этот метод был предложен в 1926 г. К. Шлумберже (С. Schlumberger, Франция) [38] и получил в дальнейшем название электрического каротажа скважин Г Сопротивление в этом методе измеряют при помощи специальной трехэлектродпой установки, опускаемой в скважину (рис. 1).
В 1929 г. по инициативе Д. В. Голубятникова этот метод начал применяться в СССР. Результаты первых работ, выполненных в объединениях Грозпефть, Азпефть, Майпефть и Эмбапефть, установили большие производственные возможности нового метода.
По данным метода сопротивления (рис. 1, кривая /) возможно было выделять не только опорные горизонты (рис. 1, пласты a. b, с, i, I), резко отличающиеся по удельному электрическому сопротивлению, по самое главное — выявлять нефтеносные пласты (е, /, g, т^ изучать их структуру, точно определять мощности пластов и тем самым уточнять данные о промышленных ресурсах месторождения. Проведение электрического исследования скважин даже на первом этапе развития этого метода представляло петрудо- емкую операцию по сравнению с отбором пород. Если для отбора 1 м породы необходимо было затратить до 6 час. и более, то новый метод давал возможность на 12—15 час. получать диаграмму электрического сопротивления тысячеметровой скважины, измеренного через каждый метр. Правда, в то время электрический метод бескериового изучения разрезов скважин был далеко не совершенен. В частности, аномалиями одинакового сопротивления выделялись как проницаемые нефтеносные горизонты (е, /, g, т), так и ненефтепосные плотные и твердые породы (а, 6, с, i, I), что затрудняло расшифровку разрезов скважин по диаграммам сопротивлений. Однако это обстоятельство не исключало возможности широкого использования нового метода в промышленности, так как получение дополнительных, даже неполных, сведений о разрезах скважин оправдывало относительно небольшие расходы на проведение геофизических исследований.
В 1931 г. на основании анализа результатов электрических измерений, выполненных советскими геофизиками и геологами и сотрудниками фирмы Шлумберже в скважинах месторождений объединений Азнефть и Гроз- нефть, К. Шлумберже был предложен новый метод электрометрии скважии, заключающийся в изучении потенциалов UGn естественных электрических полей, наблюдающихся в горных породах в условиях их естественного залегания и при пересечении пород скважиной. Новый способ исследования сква-
Каротаж — carottago — французское слово, введенное в промысловую геофизику фирмой Шлумберже. Корень слова — «морковь» в переносном смысле значит цилиндрик породы, напоминающий своим видом морковь каротель. Несмотря па то, что слово «каротаж» широко использовалось до последнего времени у пас в разговорной речи и в производственно-технической литературе, этим словом в настоящем руководстве пользоваться не будем. Слово «каротаж» механически заимствовано с французского языка и не характеризует производственный процесс геофизического исследования скважии. Это слово! в настоящее время не употребляется в иностранной, даже во французской, литературе. Электрический каротаж в дальнейшем будем называть методом электрического исследования скважин или, сокращенно, электрометрией скважин.
жни, названный методом PS, методом естественных потенциалов, потенциалов самопроизвольной поляризации или, правильнее, потенциалов собственной поляризации пород [сокращенно СП (ПС)], значительно расширил круг задач, решаемых электрометрией скважин. В частности, кривая потенциалов ^сп (Рпс* ^ кривая II) во многих случаях дает возможность выделять в разрезах скважин проницаемые горизонты d, е, /, g, h, к. т, обычно отмечающиеся пониженными значениями потенциалов собственной поляризации пород. В связи с введением в производство нового метода сокращалась мпого-
рк,оммрк,оммqqааРис. 1. Схема электрометрии скважин методами сопротивления и потенциалов собственной поляризации пород.
рк,омм
рк,омм
q
q
а
а
а — разрез скважины; б — электрограммы; I — кривая сопротивления; II —кривая потенциалов собственной поляризации пород; III — автомашина с измерительной аппаратурой;IV — зонд;
V — кабель;1 — глины;
— пески водоносные; " пески нефтеносные псс ча и и к и плот и ыс;
гипс; а, Ь, с, d, е, f, г, к, I, m — пласты,
зиачпость интерпретации электрограмм, что обеспечивало получение более' точных сведений о разрезе исследованных скважин. Последнее способствовало увеличению объема промыслово-геофизических работ, а вместе с тем и совершенствованию техники измерений кажущегося сопротивления и потенциалов собственной поляризации пород.
Для советской нефтяной промышленности, развивающейся в условиях социалистической системы хозяйства, при отсутствии хищнической эксплуа-
тации недр и частнособственнических засекречиваний сведений о геологическом строении отдельных месторождений и данных о запасах полезных ископаемых и при обеспечении высокого технического уровня механизации процессов производства, ведущего к облегчению и повышению производительности труда, методы геофизического исследования скважин имели и имеют огромное производственное значение. Они давали возможность наиболее полно и всесторонне познавать строение отдельных месторождений, выявлять закономерности в условиях осадконакопления и изменения коллекторских свойств пород, их газонефтеиосности и углесодержания и тем самым создавать все предпосылки для правильной и эффективной разработки природных богатств. Поэтому в Советском Союзе, как ни в одной стране мира, было уделено много внимания развитию новой, совершенной техники гео- лого-р азвед очного дела.
Особенно большая помощь в деле широкого промышленного внедрения геофизических методов исследования скважин была оказана акад. И. М. Губкиным — крупнейшим советским ученым, организатором и первым руководителем геологической службы нефтяной промышленности СССР. В первые же дни опробования электрических методов исследования скважин в Грозненском районе И. М. Губкин высоко оценил новую методику изучения разрезов скважин.
Придавая огромное значение новой технике геологической документации разрезов скважин, применение которой обеспечивало значительную экономию средств при бурении и создавало возможность с наибольшей полнотой изучать недра разведываемых и разрабатываемых месторождений, И. М. Губкин указал на необходимость быстрейшего внедрения новой техники на промыслах и в первую очередь в объединениях Азнефть, Эмбанефть и Майнефть.
К концу второго года применения электрометрии скважин полученные результаты были настолько эффективны, что конференция геологов-нефтяников в Баку под председательством И. М. Губкина признала, что внедрение нового метода исследования скважин позволило:
сократить до нуля отбор грунтов в эксплуатационных скважинах и почти до нуля в эксплуатационно-разведочных скважинах;
составлять структурные карты, точнее отражающие действительность и выгодно отличающиеся от тех карт, которыми оперировали геологи до внедрения геофизических методов исследования скважин;
получать представления о насыщении нефтью продуктивных пластов;
точно устанавливать положение пластов и их структуру, правильно разбивать свиты на эксплуатационные объекты;
перестроить разведку и оконтуривание новых пластов и новых залежей.
В связи с весьма эффективными результатами, полученными в первые же годы применения промысловой геофизики, число промыслово-геофизических партий в СССР из года в год непрерывно росло и уже в 1932 г., т. е. па третий год производственного применения метода, почти в полтора раза превосходило суммарное число партий во всех остальных странах мира. При этом следует учесть, что разведочное и эксплуатационное бурение в СССР в те годы проводилось в значительно меньшем объеме, чем в капиталистических странах. Следовательно, роль геофизических методов исследования скважин в Советском Союзе была несопоставимо выше, чем в любом капиталистическом государстве. Это являлось одним из многочисленных примеров, подтверждавших исключительно благоприятные условия для использования в промышленности новейших достижений науки и техники в условиях передовой системы социалистического хозяйства.
Вместе с увеличением объема работ совершенствовалась и техника измерений. Точечная методика проведения замеров была заменена непрерывной записью электрограмм при помощи полуавтоматических регистрирующих механизмов и, главное, была разработана оригинальная схема, позволяющая одновременно регистрировать кривые кажущегося сопротивления рк и потенциалов иси собственной поляризации пород. Получение непрерывных диаграмм ри и иси исключало возможность пропуска маломощных горизонтов в разрезах исследуемых скважин и позволяло повысить скорость регистрации измеряемых параметров до 250—500 м/час.
В 1933 г. К. Шлумберже было обращено внимание на возможность изучения разрезов скважин путем исследования остаточных потенциалов, возникающих в горных породах после пропускания электрического тока. Однако новый способ исследования скважин, получивший название метода РР \ не дал положительных результатов, и после нескольких лет опробования работы по этому методу были прекращены.
Неудачи, полученные при испытании метода РР, как было показано автором 14, 5], явились следствием неправильного представления о процессах, порождающих вызванные потенциалы в породах, окружающих скважину. В результате изучения наблюдаемых явлений в 1945 г. В. Н. Дахповым и А. А. Коржевым была разработана специальная измерительная установка и предложен промышленности новый метод исследования потенциалов t7Bn вызванной поляризации пород в скважинах. Этот метод сперва получил название электролитического каротажа, а в настоящее время — метода потенциалов вызванной поляризации пород (сокращенно метод вызванных потенциалов обозначается ВП). В связи с особенностями конструкций измерительной установки, обеспечивающими значительное увеличение потенциалов Z7nn вызванной поляризации пород, новый способ регистрации этих потенциалов, в отличие от метода РР, оказался весьма эффективным, особенно при исследовании разрезов угольных скважин. 13 этой отрасли промышленности метод потенциалов вызванной поляризации применяется почти повсеместно и входит в число основных геофизических способов изучения разрезов скважин, бурящихся с целью разведки ископаемых углей [7, 25].
13 1934 г. Л. Я. Несторовым [29] был предложен одноэлектродный метод исследования разрезов скважин, основанный на измерении силы тока/ в цепи заземления, опускаемого в скважину на одножильном кабеле. Величина этого тока зависит от удельного электрического сопротивления горных пород, окружающих заземлитель, и тем самым позволяет расчленять породы, слагающие разрез скважины. В связи с простой схемой измерения (см. § 2) и использованием легкого одножильного кабеля одноэлектродный метод оказался весьма удобным для изучения разрезов неглубоких скважин. Особенно это относилось к удаленным районам, где при небольших объемах геофизических работ в то время была нерациональной транспортировка и эксплуатация более громоздкого промыслово-геофизического оборудования, применяемого при исследованиях скважин стандартными методами. .
В последние годы Н. А. Перьковым и- И. Е. Эйдомаиом в СССР и за рубежом фирмами Лайн Веллс К0 (Lane Wells Со) и Халлибартоп (Halliburton Oil Well Cementing Co) были разработаны схемы непосредственного измерения сопротивления заземления в скважине.
В целях максимального исключения влияния проводимости бурового раствора иа величину сопротивления заземления был предложен метод изучения сопротивления заземления, экранированного двумя другими однополяр -
1 РР — первые буквы французских слов «polarisation, provoquee», что означает <вызвэиная поляризация».
ними заземлениями. Этот метод, получивший название метода сопротивления экранированного заземления СЭЗ [4,25], имеет ряд преимуществ перед, другими электрическими способами при изучении пород малой мощности.. Аналогичные способы исследования скважин были созданы за рубежом фирмами Шлумберже, Халлибартон и др.
Особенно большой эффект даст схема экранированного заземления с автоматически управляемым экранным током, созданная фирмой Шлумберже под руководством Г. Г. Долля (Н. G. Doll) [36].
В 1935 г. А. С. Семенов и О. К. Владимиров предложили оригинальную модификацию одпоэлсктродиого метода, названного методом скользящих контактов МСК [17]. Особенностью этого метода является измерение силы тока в цепи электрода небольшого размера, непосредственно соприкасающегося со стенками скважины. Метод МСК с успехом применяется при изучении разрезов рудных скважин, где при помощи этого метода возможно выделять весьма топкие прослои и вкрапления рудных тел.
Принцип исследования электрических свойств горных пород при помощи измерительных установок, скользящих по стоике скважины, в последующие годы был использован в микрометоде сопротивления экранированного заземления (микро-СЭЗ), разработанном коллективом сотрудников кафедры, промысловой геофизики Московского нефтяного института им. акад. И. М. Губкина (МИИ), и в методах микрозондов и латерлог (laterlog),, впервые созданных под руководством Г. Г. Долля фирмой Шлумберже [35, 36]. ' .
В методе микрозондов кажущееся сопротивление замеряют при помощи' небольшого двух- или трехэлектродпого зонда, прижимаемого пружинным устройством к стенке скважины. В методе микро-СЭЗ измеряется сопротивление экранированного заземления, скользящего по стейке скважины. Метод латерлог (метод бокового исследования) отличается от микрометода сопротивления экранированного заземления автоматической регулировкой экранирующего тока, что дает возможность значительно повысить дифференциацию получаемых диаграмм.
В 1948 г. фирмой Шлумберже (Г. Г. Долль) был разработай метода индуктивного исследования скважин с использованием токов высокой частоты [26]. Этот метод, в основу которого положена схема, аналогичная схеме- скважинного магнитометра, предложенного в 1936 г. В. А. Шпаком (см. стр. 59), облегчает исследования сухих и заполненных нефтью скважин.
Наряду с изобретением новых и совершенствованием существующих электрических способов исследования разрезов скважин мысль инженеров- и новаторов производства была обращена к установлению возможностей использования в этих целях других физических свойств горных пород.
Изобретение Г. В. Горшковым, Л. М. Курбатовым, А. Г. Граммако- вым и В. А. Шпаком способа бескериового исследования разрезов скважин, основанного па изучении естественного гамма-излучения горных пород, [24], явилось первым крупным вкладом в решение этой проблемы. В отличие от электрических способов исследования, гамма-метод дал возможность- изучать разрезы скважин, обсаженных металлическими трубами, что в значительной степени расширило сферу деятельности промысловой геофизики. В дальнейшем гамма-метод был усовершенствован коллективом сотрудников. Всесоюзного института разведочной геофизики (ВИРГ). В практике исследования нефтяных скважин гамма-метод был широко опробован и внедрен Научно-исследовательским институтом геофизических методов разведки Главнефтегеофизика (НИИГР). "
В 1941 г. известный физик Брутто Понтекорво предложил использовать .для бескернового изучения разрезов скважин измерения интенсивности ра- „диационного гамма-излучения, возникающего при. захвате нейтронов ядрами .элементов, составляющих горные породы [1, 5, 37]. ■
В 1942 г. под руководством А. И. Заборовского и Г. В. Горшкова ■в Центральной научно-исследовательской лаборатории Государственного союзного геофизического треста МНП был создан метод исследования разрезов скважин по данным измерения плотности медленных нейтронов. .Последующими работами МНИ (О. А. Барсуков, Н. А. Бекешко, А. Ф. Богомолова, Л. С. Поллак и др.) и работами треста Башнефтегеофизика (Ю. А. Гулин) нейтронные методы исследования скважин были значительно усовершенствованы [1]. Основы теории этих методов были заложены .10. П. Булашевичем (Уральский филиал АН СССР) [22].
Новые способы радиометрии скважин, основанные па изучении рассеянного гамма-излучения, гамма-излучения изотопов, наведенной активности и гамма-спектроскопии, успешно разрабатывались в последующие годы коллективами сотрудников производственных организаций б. Главнефтегсо- физики (10. А. Гулин, С. М. Аксельрод, А. В. Золотов и др.), Московского нефтяного института (О. А. Барсуков, В. Н. Дахпов, А. И. Холин и др.), НИИГР (А. А. Коржев, В. М. Запорожец, А. И. Оболенская и др.), ВИРГ (М. М. Соколов, А. П. Очкур и др.), Академии паук СССР (10. П. Бу- лашевич, Ф. А. Алексеев, Г. Н. Флеров и др.). В частности, коллективом сотрудников Московского нефтяного института в 1953 г. впервые была решена задача отделения нефти от воды методами радиометрии скважин, .имеющая огромное практическое значение для нефтяной промышленности [ 1 ].
В 1932 г. М. В. Абрамовичем была высказана мысль о возможности корреляции разрезов нефтяных скважин по данным измерения содержания газа в буровом растворе [12, 19]. Этот метод, получивший название газо- метрии (газового каротажа) скважин, был успешно опробован в 1934 г. М. И. Бальзамовым. ■
Дальнейшими исследованиями была установлена высокая эффективность газометрии скважин. Создание усовершенствованных автоматических газоанализаторов позволило получать непрерывные диаграммы газосодержания Сурового раствора по всей скважине и том самым значительно уточнять и облегчать процесс наблюдений.
С 1933 по 1935 гг. советскими геологами-нефтяниками (П. И. Левицким и др.) было обращено внимание на возможность бескернового изучения разрезов скважин па основании измерения времени, затрачиваемого па разбуривание пород.
Выполненные наблюдения легли в основу метода изучения разрезов скважин по механическому свойству — сопротивляемости пород разрушению долотом при бурении.
Новый метод, именовавшийся вначале механическим каротажем, в настоящей работе называется методом продолжительности проходки. Регистрируемым параметром является время, затрачиваемое па проходку 1 м породы, числовые значения которого при постоянном режиме бурения про- дорциональпы критическому напряжению (крепости) горных пород. Первый прибор для автоматической регистрации продолжительности проходки был разработан В. Н. Дахиовым в 1937 г. и успешно опробован на промыслах 15].
В 1934 г. К. Шлумберже предложил метод сейсмометрии скважин, основанный па изучении разности времени прихода звуковых колебаний к двум микрофонам, установленным в скважине на произвольных расстояниях один от другого и от источника звуковых волн. Однако работы, прове-
денные этим методом, не дали промышленно ценных результатов и в дальнейшем были прекращены Ч
В связи с развитием техники ультразвуковых измерений в настоящее- время создан метод улътразвукометрии скважин, основанный на изучении скорости пробега звуковых волн высокой частоты. Первые работы, проведенные этим методом па скважинах США, дали положительный результат 131].
В 1935 г. Г. С. Морозовым и Г. II. Строцким (Грознефть) и одновременно С. Я. Литвиновым был предложен метод исследования разрезов скважин, основанный на изучении изменения диаметра скважины. Наблюдениями было установлено, что различные горные породы различаются по интенсивности обрушения (образованию каверн) в процессе бурения. В связи с этим диаграмма диаметра скважины может быть использована не только для изучения ее технического состояния (например, для подсчета количества цемента и гравия, проверки профиля скважины перед спуском колонны), но и для изучения пройденных пород. Разработанные метод кавернометрии скважин и приборы, измеряющие их диаметр, — каверномеры (правильное диаметромсры), в настоящее время широко используются промышленностью [13, 14, 16, 28].
В 1936 г. В. А. Шпак разработал метод магнитного исследования разрезов скважин, первоначально называвшийся магнитным каротажем [29^ 32]. В дальнейшем были предложены разнообразные приборы для магнитометрии скважин (магнитометр со скользящими контактами А. С. Семенова и О. К. Владимирова, мостиковый магнитометр А. В. Вёшева, скважинный магнитометр Н. А. Иванова и др.). Однако эти приборы используются пока преимущественно для исследования рудных скважин и не получили должного промышленного применения при изучении разрезов нефтяных, газовых и угольных скважин. Последнее является следствием сложности создания стабильно действующих магнитометров дистанционного управления с чувствительностью к изменению напряженности магнитного поля в несколько* гамм, что необходимо для расчленения осадочных пород по магнитным свойствам. '
В 1935—1938 гг. дальнейшее развитие получил и термический метод, исследования разрезов скважин [8]. Наряду с исследованием естественных тепловых полей были предложены способы изучения разрезов скважин поданным исследования тепловых полей, искусственно созданных экзотермической реакцией схватывания цемента (б. Всесоюзная контора геофизических разведок Главнефти), и поля источника тепла, специально опускаемого в скважину (Е. Б. Лопухин, X. И. Амирханов и др.). Большим техническим усовершенствованием в методике изучения термического состояния скважин явилась разработка конструкций и дальнейшее промышленное использование электрических термометров сопротивлений, позволивших значительно ускорить и уточнить измерение температур в скважинах [5, 8, 14].
В 1937 г. автором были предложены новые методы термометрии скважин — метод непосредственного измерения геотермического градиента и метод измерения вариаций температур с компенсацией регионального теплового поля земли [5, 8]. Последний метод дает особенно хорошие результаты при изучении разрезов скважин, в которых искусственное тепловое поле имеет относительно малую интенсивность. Большие работы по термине-
1 В настоящей работе не затронута методика определения средних скоростей упругих волн при помощи скважинных сейсмографов, неверно именуемая сейсмокаротажем. Эти работы проводятся для изучения средних скоростей распространения упругих волн- в толщах пород исследуемых сейсморазведкой. Они не дают возможности детально изучать упругие свойства пород, слагающих разрезы скважин, и, следовательно, не имеют" прямого отношения к промысловой геофизике.
ским методам исследования скважин в различных геологических условиях были проведены А. С. Красковским и Д. И. Дьяконовым [8].
В 1941 г. К. П. Козиным был предложен метод определения в разрезах скважин нефтеносных пород на основании изучения люминесценции буровых растворов [5]. Этот метод, так же как и метод газометрии, в настоящее время широко применяется при изучении разрезов нефтяных скважин.
К числу разрабатываемых новых методов промысловой геофизики следует отнести телеметрию скважин — способ бескерпового изучения разрезов при помощи телевизионного устройства с передачей изображения на поверхность и фотограммометрию, заключающуюся в фотографировании стенок скважины специально устроенной камерой. Эти методы могут дать дополнительные сведения о породах, пройденных скважиной.
В развитии геофизических методов исследования разрезов скважин огромное значение имели работы по изучению теории этих методов и созданию способов геологической интерпретации результатов геофизических исследований.
В 1932 г. акад. В. А. Фоком была впервые решена основная задача электрометрии скважин — получены математические зависимостин устанавливающие законы распределения электрического поля в скважину (33J. Решение этой задачи позволило разработать специальную методике, исследования скважин, получившую название бокового электрического или бокового каротажного зондирования — БКЗ 1 [4, 7, 27]. Новая методика дала возможность определять удельное электрическое сопротивление горных пород в скважинах по данным кажущихся удельных электрических сопротивлений, измеренных с зондами различных размеров. Это позволило перейти от качественной интерпретации кривых' сопротивления к количественной интерпретации — определению удельного электрического сопротивления ,пород — и тем самым значительно повысить точность познания геологического разреза скважин по данным промысловой геофизики.
В последующие годы работы В. А. Фока были продолжены А. И. За- боровским [9, 305 и Л. М. Альпиным [20]. Л. М. Альпин разработал методику числового расчета теоретических кривых кажущегося сопротивления для разнообразных случаев разреза скважин [20]. Эта методика была использована для вычисления и построения теоретических кривых и разработки способов интерпретации кривых бокового электрического зондирования, выполненных С. Г. Комаровым [27].
В целях улучшения методики интерпретации диаграмм электрических методов исследования скважин было проведено большое число теоретических и лабораторных работ. В результате этих работ были получены теоретические и экспериментальные кривые кажущегося сопротивления в пластах различных мощностей и сопротивлений (С. Г. Комаров, Б. С. Темкина, М. Л. Озерскаяидр. [4, 7, 10, И, 27, 28]), разработана методика электромоделирования пластов на электроинтеграторе (П. М. Белаш, Е. А. Нейман [21 ]) и даны способы интерпретации диаграмм кажущегося сопротивления в мощных пластах (С. Г. Комаров [27]) и в пластах малой мощности (В. Н. Дахнов, Е. А. Нейман и др. [4, 7]).
Для повышения точности интерпретации результатов бескериовой геологической документации разрезов скважин по геофизическим данным за последние годы был проведен большой объем теоретических и экспериментальных работ и в других направлениях, из которых основными были следующие:
, 1 Термином «боковое каротажное зондирование БКЗ» по указанным выше соображениям пользоваться не будем, заменив его более подходящим термином «боковое элек- т ричоское зондирование».
изучение физических свойств горных пород и зависимостей их от литологической характеристики и, в частности, пористости, пефтеиасыщен- ности и проницаемости пород (Л. Я. Нестеров, А. Т. Доиабедов, В. Н. Дах- пов, В. Н. Кобраиова, А. М. Нечай, М. Л. Озерская, Г. С. Морозов, Л. П. Долина и др. [4, 7, 12, 25, 28, 29]);
исследование природы естественных и искусственно вызванных электрических полей в скважинах (В. Н. Дахнов, А. М. Нечай, М. Г. Латышова, В. Н. Кобраиова, Д. А. Шапиро и др. [4, 7, 25, 28];
выяснение характера распределения естественного поля в скважинах (Л. М. Альпин, В. Р. Бурсиан, Б. 10. Вендельштейи [7, 12, 16]);
разработка метода скользящих контактов и электродных потенциалов (А. С. Семенов, О. К. Владимиров [17]);
создание методики интерпретации диаграмм микрозондов и метода экранированного заземления (Е. А. Нейман, И. И. Башлыкип, Е. Н. Шевкунов и др.);
разработка методики интерпретации диаграмм радиометрии скважин (10. А. Гулин, А. А. Коржев и др. [1]).
Большие теоретические и экспериментальные работы в области усовершенствования геофизических методов исследования скважин и разработки способов интерпретации результатов этих исследований были проведены в последние годы за рубежом Г. Арчи (G. Archie), Г. Доллем, Д. Деваном (D. Deven), Г. Гюйо (Н. Gouyod), М. Мартоном (М. Martin), Ж. Пирсоном (G. I’irson,) В. Рассолом (W. Russel), М. Вилли (М. Wyllie), В. Винза- уэром (W. Winsauor) и др. [34, 35, 36, 105, 106, 108, 109, ПО].
Быстрые темпы развития геофизических методов исследования разрезов скважин способствовали дальнейшему и более широкому применению физических методов исследования в промысловой практике. За короткий срок были разработаны и внедрены специальные приборы и способы изучения следующих элементов технического состояния скважин:
определения направления и угла искривления скважин при помощи специальных приборов — инклинометров (кривизпомеров) с дистанционным управлением (электромагнитный инклинометр И-4 типа инклинометра Шлумберже; инклинометр МЧС Г. С. Морозова, П. К. Черноусова и Г. Н. Стройного; ИШ-2, ИШ-3, и ИШ-4 И. В. Шевченко, фотоинклинометр завода «Геофизика» и др. [14, 16, 28]);
определения высоты подъема цементного кольца за колонной по данным измерения: ■
температуры бурового растворав скважине, нагретого теплом, выделяющимся в процессе экзотермической реакции схватывания цемента [8, 14];
- интенсивности гамма-излучения цемента, содержащего примеси радиоактив пых элементов;
определения положения муфт обсадных колонн при помощи локаторов муфт;
установления мест притока вод в скважину на основании сравнительного изучения удельного электрического сопротивления и температуры бурового раствора и вод, поступающих в скважину, мест ухода раствора из колонны и мест затрубной циркуляции жидкости в скважине [8, 14];
измерения уровня воды и нефти в скважинах электрическим и звуковым (эхометрическим) способами (приборы В. В. Сныткипа, метод Н. Т. Линдтропа и др. [14]).
Создание инклинометров, точно устанавливающих положение ствола скважины в пространстве, и учет характера изменения кажущегося сопротивления, сопротивления заземления и потенциалов собственной и вызванной поляризации позволили разработать методы и приборы (пластовые паклопо-
меры, пандажеметры) для бескернового определения угла и азимута падения пород, пересеченных скважиной. Эти приборы дают возможность установить характер залегания отложений, вскрываемых скважиной, и тем самым повысить эффективность проводимых буровых работ.
Одновременно с развитием и совершенствованием геофизических методов исследования скважин работниками геофизической службы было обращено внимание на возможность эффективного использования оборудования, применяемого для отбора образцов пород из стенок скважин (с целью уточнения интерпретации и подтверждения данных геофизики в спорных случаях), перфорации обсадных колонн и торпедирования скважин.
Впервые электрический огнестрельный перфоратор дистанционного действия был предложен в 1933 г. советскими специалистами В. А. Верпа- товым и А. И. Парфеновым [14, 16]. Создание такого перфоратора дало возможность в корне изменить и улучшить вскрытие нефтеносных и газоносных пластов, повысить эффективность этих работ и за короткий промежуток времени заменить все ранее применявшиеся способы вскрытия пластов электрической перфорацией труб. В последующие годы техника перфорации колонн значительно усовершенствовалась: были разработаны весьма совершенные конструкции пулевых (секционных фирм Шлумберже, Халли- бартон и пулемет-перфораторов С. Я. Литвинова), торпедных (10. А. Ко- лодяжного) и беспулевых (Н. Г. Григоряна и др.) перфораторов, широко применяющихся в настоящее время в нефтяной промышленности [14, 16].
В 1935 г. Г. С. Морозовым и Г. Н. Строцким (СССР), К. й М. Шлумберже (Франция) на основе принципа действия электрических перфораторов были созданы боковые электрические огнестрельные грунтоносы дистанциои- дтого действия, которые за короткое время нашли также широкое применение в промышленности.
Перфорация обсадных колонн, торпедирование скважин и боковой отбор пород, как указывалось выше, не являются физическими методами исследования скважин. Эти операции переданы в ведение промыслово-геофизической службы по ряду организационных причин. К числу последних следует отнести: повышение ответственности за вскрытие продуктивных горизонтов, положение которых в разрезе скважин и интервал перфорации устанавливаются в основном по данным геофизических исследований, и наличие у геофизической службы весьма надежного и удобного оборудования для спуска различных устройств в скважину и опыта в производстве таких работ. Известную роль в передаче прострелочно-взрывных работ в скважинах в ведение геофизической службы сыграло и то обстоятельство, что наиболее совершенные конструкции перфораторов и боковых грунтоносов были созданы работниками этой службы.
Наряду с разработкой новых геофизических методов исследования геологического разреза и изучения технического состояния скважин, теорий этих методов и методики интерпретации данных промысловой геофизики мысль исследователей и новаторов производства напряженно работала над созданием аппаратуры и оборудования, позволяющих производить геофизические исследования скважине наибольшей точностью и скоростью. Для выполнения указанного требования работниками пауки и промышленности были созданы Новейшие образцы автоматической регистрирующей аппаратуры. Первым таким прибором был самопишущий потенциометр системы К. А. Вер- патова, С. Я. Литвинова и Л. Ф. Куликовского [5, 14], разработанный в 1935 г.
За последние годы отечественной промышленностью — Институтом ВНИИГеофизика, Конструкторским бюро нефтяного приборостроения, заводом Нефтеприбор и др. — разработаны и выпускаются новейшие устрой-
2 Заказ 714.
ства для автоматической регистрации физических параметров в скважинах, К числу этих устройств относятся автоматическая станция на трехжильном кабеле АКС (С. Г. Комаров, Л. И. Померанц, А. А. Дацкевич и др. [15]), одножильная станция ОКС (В. М. Запорожец, Г. В. Войшило, 3. В. Фей- гельс и др. [14]) и электронные сдвоенные автоматические потенциометры ПАСК (И. Я. Ривкин, В. 3. Шульгин, Т. Б. Щербаненко и др. [14]).
Много труда и инициативы было вложено в создание высокотоннажных подъемных установок, выпускаемых в СССР Мытищинским приборостроительным заводом, для спуска и подъема воспринимающих устройств в скважинах. .
' При современном состоянии промысловой геофизики, богатстве и разнообразии геофизических методов исследования скважин большое значение приобретают комплексные работы. Количество геофизических методов исследования скважин велико, и роль каждого из методов столь существенна, что при использовании всего огромного числа методов задержка скважин становится настолько значительной, что неизбежно возникает вопрос об одновременном измерении возможно большего числа параметров.
С этой целью в 1948 г. В. Н. Дахновым, Г. С. Морозовым и В. Ф. Пе- черниковым была предложена и разработана схема комплексной станции с многожильным кабелем, позволяющая одновременно за один спуск или подъем кабеля производить регистрацию нескольких (до шести) различных параметров. Внедрение комплексного исследования скважин в значительной степени повышает эффективность геофизических методов изучения разрезов скважин и, кроме того, расширяет производственные возможности каждого из них. Некоторые из этих методов, эффективность которых недостаточно доказана, иногда медленно развиваются из-за трудностей специального предоставления скважин для всестороннего их опробования. Между тем при использовании комплексных устройств большая доля исследовательских работ может быть выполнена одновременно с основными производственными измерениями без дополнительной задержки скважин.
Другим направлением является создание комплексных станций на одножильном кабеле. Такого типа станция с применением телеизмерительной схемы с частотной модуляцией выпускается фирмой Халлибартон (США).
Первостепенное значение в развитии промысловой геофизики в СССР имела правильная организация промыслово-геофизической службы. По инициативе акад. И. М. Губкина для быстрейшего внедрения в нефтяную промышленность новых геофизических методов разведки и,’ в частности, геофизических методов исследования нефтяных скважин и их совершенствования с первых лет промышленного опробования этих методов в Москве при Нефтяном геолого-разведочном институте (НГРИ) был создан специальный отдел электроразведки. В связи с огромным увеличением объема и характера работ отдел электроразведки вскоре был преобразован во Всесоюзную контору геофизических разведок при Главнефти, а затем в Государственный союзный геофизический трест. В эти организации было привлечено много, молодых инженеров, геологов и видных ученых, которые, работая в содружестве с работниками нефтяных трестов, в короткий срок не только освоили и внедрили существующие способы исследования скважин, но и создали много новых методов, о которых говорилось выше.
В настоящее время работы по усовершенствованию геофизических методов исследования скважин и созданию новых методов, аппаратуры и оборудования проводятся специализированными институтами: ВНИИГеофизи- кой и ВИРГ Министерства геологии и охраны недр, Московским нефтяным институтом Министерства высшего образования, Институтом нефти АН СССР, Институтом автоматики и телемеханики АН УССР и др., а также лабораториями конструкторского бюро нефтяного приборостроения.
Успехи научно-исследовательских организаций по усовершенствованию геофизических методов исследования скважин множатся работой большого коллектива инженеров-геофизиков и новаторов производства геофизических предприятий.
Среди специалистов этих предприятий особенно следует отметить: Л. В. Архарова, А. М. Бедчера, С. В. Вилкова, С. Ф. Выборных, В. В. Гречухипа, И. Г. Дидура, А. М. Железняка, С. Н. Миролюбова, Н. Г. Нестеренко, В. М. Пигрова, Г. Н. Строцкого, Д. М. Сребродоль- ского, В. Д. Сухареву и многих других, вложивших большой труд в создание и усовершенствование методики, и техники геофизических исследований скважин.
Анализируя весь ход развития геофизических методов исследования скважин, необходимо отметить в нем следующие основные моменты:
возможность решения геолого-промысловых задач физическими методами впервые была обоснована в России в 1908 г. Д. В. Голубятниковым и подтверждена работами, выполненными на скважинах;
в Советском Союзе впервые было доказано огромное производственное значение промысловой геофизики и созданы условия для всестороннего развития ее методов и научного их обоснования;
советскими учеными и работниками промышленности было создано большое число геофизических способов исследования скважин, к числу которых следует отнести методы скользящих контактов, экранированного заземления, естественного гамма-излучения, плотности медленных нейтронов, наведенной радиоактивности, регистрации продолжительности проходки, термометрии, магнитометрии, газометрии и люмометрии скважин и модификация метода потенциалов вызванной поляризации;
в Советском Союзе наиболее полно разработана теория большинства геофизических методов исследования скважин.
Новейшие достижения в области ядерпой физики получили в промысловой геофизике широкое применение в мирных целях для. дальнейшего улучшения благосостояния народов Советского Союза и всего прогрессивного человечества. Все это явилось следствием неисчерпаемых возможностей развития науки и техники в условиях передового советского социалистического общества.
Отмечая ведущую роль советской науки и промышленности в развитии и совершенствовании промысловой геофизики, нельзя нс остановиться и на ряде недостатков, ограничивающих возможность достижения еще больших успехов в этой области.
Одним из основных недостатков в развитии промысловой геофизики является медлительность внедрения производственными организациями результатов научно-исследовательских работ. Научно-исследовательские организации со своей стороны также нередко уделяют мало внимания этому вопросу. В результате геофизическая служба еще не использует в должной мере таких эффективных методов исследования скважин, как, например, микрозонды, метод потенциалов вызванной поляризации, термометрию скважин, метод продолжительности проходки; недопустимо затянулся серийный выпуск устройств для комплексного исследования скважин. Еще в недостаточном объеме ведутся работы по созданию новых геофизических методов исследований разрезов скважин, по изучению физических свойств горных пород. Эти недостатки должны быть устранены в ближайшее время.
Советский Союз располагает большими возможностями в области дальнейшего развития методов промысловой геофизики и, в частности, создания комплекса геофизических методов, наиболее полно и всесторонне решающих задачи геологического исследования скважин. К числу задач, которые необходимо решить, относятся в первую очередь следующие:
усовершенствование методики точного определения литологической характеристики и петрографического состава пород и, в частности, методики безошибочного выделения полезных ископаемых в разрезах скважин в наиболее сложных геологических условиях;
разработка способов бескернового определения коллекторских свойств (пористости, проницаемости) любых горных пород;
создание методики точного определения возраста пород по геофизическим данным;
разработка новых геофизических методов исследования скважин и приборов для однозначного решения задач, указанных в пунктах 1, 2, 3.
Разрешение перечисленных проблем даст возможность более всесторонне познать природные богатства нашей Родины и обеспечить тем самым дальнейшее развитие сырьевой базы и повышение добычи полезных ископаемых.
ЧАСТЬ ПЕРВАЯ
МЕТОДЫ ПРОМЫСЛОВОЙГЕОФИЗИКИ.
АППАРАТУРА И ОБОРУДОВАНИЕ
, ГЛАВА I
МЕТОДЫ ПРОМЫСЛОВОЙ ГЕОФИЗИКИ
МЕТОД КАЖУЩЕГОСЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ
Метод кажущегося сопротивления (сокращенно метод КС) представляет способ бескериовой геологической документации разрезов скважин, в котором изучение и расчленение пород производятся по кажущемуся удельному электрическому сопротивлению исследуемых горных пород и последующему определению их истинного удельного электрического сопротивления. ' ■
Удельное электрическое сопротивление горных пород , сведения о котором будут более подробно изложены в § 48, в зависимоси от типа пород варьирует в весьма широких пределах от долей до сотен тысяч и даже миллионов омм\
Столь значительная дифференциация в сопротивлениях различных горных пород дает возможность по данным электрометрии скважин методом сопротивлений изучать породы, пройденные скважиной, а также определять их пористость, влагоиасыщенность и содержание в породах нефти и газа. ■
Для определения удельного электрического сопротивления горных пород в скважинах применяется четырехэлектродная установка AMNB. Электрический ток I вводится в породы через питающие электроды (заземления, заземлители) А и В. Между электродами М и N измеряется разность потенциалов AU. Эта разность потенциалов пропорциональна току I и удельному электрическому сопротивлению р пород, в которых расположен зонд, что дает возможность по данным измерений AU и I определять q.
Электроды А, М и N (рис. 2, а) или А, В и М (рис. 2, б), носящие название зонда, обычно устанавливают на заранее заданных расстояниях друг от друга и опускают в скважину на кабеле К (рис. 2) . Четвертый электрод В (при зонде AMN) или N (при зонде ВАМ) располагают близ устья скважины и лишь в редких случаях (при проведении измерения со специальными четырехэлектродными зондами AMNB) также опускают в скважину. Расстояния между электродами зонда определяются кругом задач, для решения которых измеряют удельное сопротивление пород.
Определение термина «кажущееся удельное электрическое сопротивление горных пород» будет дано ниже на стр. 26 и 332.
Кабель служит для спуска и подъема зонда в скважине и присоединения заземлений к генератору Г тока и приборам мА и м¥, измеряющим силу тока I и разность потенциалов AU, установленным на поверхности земли.
Теория изучения горных пород по данным их удельного электрического сопротивления подробно рассмотрена в гл. VI, ч. II настоящего руководства. В наиболее простом случае однородной среды задача определения удельного электрического сопротивления по данным измерения тока и разности потенциалов в питающей и измерительных цепях зонда имеет следующее элементарное решение.
Допустим, что в точке Л (рис. 3) однородного и изотропного пространства удельного электрического сопротивления g расположен точечный источник тока силы I. Второй полюс В этого источника находится
б
Рис. 2. Принципиальные схемы измерения кажущегося сопротивления горных пород в скважине.
в бесконечности или на столь большом расстоянии от зонда (в практике — на поверхности земли), при котором электрическим полем источ-
А/
А и В — питающие заземления; М и N — измерительные электроды; Г — генератор тока; К — кабель; мА — прибор для измерения силы тока; mV — прибор для измерения разности потенциалов; Р — реостат для ре
'гулирования силы тока.
м
АМ
Рис. 3. К выводу формулы, определяющей потенциал электрического поля в однородной безграничной среде.
ника В в пространстве, окружающем зонд, возможно пренебречь. Так как среда однородна, условия для протекания тока от заземления А одинаковы в любом направлении и, следовательно, на расстоянии г от источника тока его плотность
/
4лг2 '
(1)
На элементарном участке пути dr падение напряжения
или с учетом равенства (1)
— dU — fodr
to г2
(2)
(3)
В точке М, расположенной на расстоянии трического поля будет иметь значение
гАМ от заземления А, потенциал элек-
■ = f_4u = sL г 5l=sLL_ и J4л J г* 4я г™
МтАМ
(4)
Точно так же в любой другой точке N, удаленной на расстояние rAN от электрода А, потенциал электрического поля определится аналогичным выражением:
U
N " to ■
1
r AN
Формулы (4) и (5) дают возможность определить значение разности потенциалов ДП между любыми точками М и N изучаемого пространства:
(6)(6)AU = UM — Упг, = У- ——
(6)
(6)
М Ni 4я \ rAM rAN
Из равенства (3) следует также, что в случае однородного пространства величина напряженности электрического поля
(7)(7)dU = qIdr 4лг2 '
(7)
(7)
Формулы (4) — (7) устанавливают связь между значениями потенциала U, разности потенциалов Ди и напряженностью Е электрического поля, с одной стороны, и удельным электрическим сопротивлением д, силой тока Z, эмиссируемого заземлителем, и расстояниями rAM\ rAN и г от заземлителя А до точек, в которых определяется потенциал, разность потенциалов и напряженность электрического поля, с другой стороны. Эти формулы при известных U, Д11, Е, Z, а также rAM, rAN и г дают возможность определить удельное электрическое сопротивление изучаемой однородной среды:'
из формул (4) и (5)
8 = 4лгам -у— (или g = 4л rAN -у- );(8)
из формулы (6)
ZytrAM rAN ди
rAN "АМ 1
из формулы (7)
g = 4лг2 -^- .(10)
В том случае, когда электроды зонда Л, М и N установлены па одной прямой, например на оси скважины1, заполненной раствором, удельное сопротивление ро которого равно сопротивлению q окружающей скважину однородной и изотропной среды, значение потенциалов U в точках, расположенных на расстояниях zAM = АМ = L от заземления А, разности этих потенциалов AU = UM — UN и напряженности Е электрического поля, в точке О, находящейся посредине между двумя бесконечно сближенными электродами М и N на расстоянии z = АО от указанного заземления 2, будут соответственно равны :
. EL 1 _ 61 _ G1\
4я * 2АМ4лАММ ’(И)
AU=^-(——\ = RL.J^_.. ,(12).
4:71 \ 2АМ2AN ) Zm AM AN
E=-6L =el= _el_
4л224 л/to2 4л£2
В этих условиях величина удельного электрического сопротивления, определенная из последних трех формул, будет соответственно равна:
из формулы (11)
е = 4лАМ^ = Ы.^- = КХ]А,-,(14}
из формулы (12)
(15)(16)(15)(16)4л AM AN ДП j£ Ди е
(15)
(16)
(15)
(16)
из формулы (13)
6 = toAO«4- = 4яУ4- = ке 4--
•где AM, AN, MN и АО — соответственно расстояния между электродами А, М, N и точкой О, расположенной посредине между электродами М и N; Ки, К и КЕ — коэффициенты зондов.
Числовые значения коэффициентов зависят только от расстояний .между питающим заземлителем А и измерительными электродами М и N:
Ки = 4лАМ = 4лЬ,, (17)
К = 4л AMAN-,(18)
MNV ’
КЕ = 4^АОг = 4nL\(19)
■ При измерении расстояний AM, AN, MN и АО в метрах коэффициенты К у и К будут иметь единицей измерения метр и коэффициент ^—квадратный метр..
Породы, окружающие скважину, обычно неоднородны и не изотропны, и их удельное сопротивление изменяется как в вертикальном, так и горизонтальном направлении. В частности, последнее наблюдается при проникновении в породу бурового раствора с сопротивлением, отличным от сопротивления вод, насыщающих поры породы. В неоднородной среде расчет сопротивления, произведенный по формулам (14), (15) и (16), определяет не истинное сопротивление пород, а некоторую, до известной степени осредненную величину, называемую кажущимся удельным электрическим сопротивлением1 и обозначаемую символом рк. При этом в зависимости от типа зонда, которым измеряется кажущееся сопротивление неоднородной среды, его вели-
чина будет определяться формулами, аналогичными формулам (14), (15), (16): ■''
9к = ЫМу = Ы,-у =(20)
4л AM AN ди ди■
MN I 1х ’
рк = 4л;^2-^ = 4л£2-^ = £Е-^.(22)
пых зондов для замера сопротивления и потенциалов собственной поляризации пород в скважинах. ,пых зондов для замера сопротивления и потенциалов собственной поляризации пород в скважинах. ,а — потеициал-зонд; б — градиент зонд, I — прямое питание; II — взаимное питание; А и В — питающие заземления; М и N — измерительные электроды; L — размер зонда. Крестом обозначена точка, к которой относится измеряемое сопротивление, и треугольником — точка замера потенциала собственной поляризации пород.а — потеициал-зонд; б — градиент зонд, I — прямое питание; II — взаимное питание; А и В — питающие заземления; М и N — измерительные электроды; L — размер зонда. Крестом обозначена точка, к которой относится измеряемое сопротивление, и треугольником — точка замера потенциала собственной поляризации пород.Как показывают исследования, кажущееся сопротивление является функцией: 1) расположения электродов относительно включений, составляю^ щих изучаемую неоднородную среду; 2) удельных сопротивлений и размеров этих включений; 3) сопротивления бурового раствора и диаметра йо скважины; 4) сопротивления рд и среднего диаметра зоны проникновения фильтрата бурового раствора в породы, окружающие скважину.
пых зондов для замера сопротивления и потенциалов собственной поляризации пород в скважинах. ,
пых зондов для замера сопротивления и потенциалов собственной поляризации пород в скважинах. ,
а — потеициал-зонд; б — градиент зонд, I — прямое питание; II — взаимное питание; А и В — питающие заземления; М и N — измерительные электроды; L — размер зонда. Крестом обозначена точка, к которой относится измеряемое сопротивление, и треугольником — точка замера потенциала собственной поляризации пород.
а — потеициал-зонд; б — градиент зонд, I — прямое питание; II — взаимное питание; А и В — питающие заземления; М и N — измерительные электроды; L — размер зонда. Крестом обозначена точка, к которой относится измеряемое сопротивление, и треугольником — точка замера потенциала собственной поляризации пород.
Из формул (20), (21) и (22), так же как и из формул (14), (15), (16), следует, что для определения кажущегося сопротивления неоднородной среды необходимо знать величину потенциала U, разности потенциалов ДП или напряженность Е электрического поля в исследуемых точках изучаемого неоднородного пространства, силу тока I в цепи питающих заземлений А и В и расстояния АМ и AN между питающим заземлением А и измерительными электродами М и N. Из приведенных формул также следует, что величина кажущегося сопротивления, замеренного двухэлектродным зондом АМ, пропорциональна потенциалу U электрического поля в точке М; а зондом, у которого измерительные электроды расположены бесконечно ■близко друг к другу, — напряженности электрического поля (численно равной градиенту потенциала) в точке О, находящейся посредине между точками М и N. Вследствие этого зонды с расстоянием между измерительными электродами М и N, значительно превышающим расстояние от питающего заземления А до ближайшего к нему измерительного электрода, называются потенциал-зонд ами (рис. 4, а), а зонды, у которых расстояние между измерительными электродами М и N значительно меньше расстояния от любого из них до питающего заземления, — градиент-зондами (рис. 4, б)1.
Согласно принципу взаимности, более подробно изложенному в § 50, величины кажущегося сопротивления не изменяются, бели, сохранив расстояния между питающими и измерительными электродами, взаимно заменить их назначение, т. е. пропускать ток через электроды М и N и измерять разность потенциалов между заземлителями А и В (см. рис. 2, б).
^к,омм J^,OMM^>ма J^.OMM ^Э,ОММ ^эЬмм^ и е тг г тг сОр ^ , ojjOJ^oAPLH °ДРР2Р_ 0Ч8?2?6 02 ^68 ^фрQV П IV Н ГС П l i Г—-Г ■ гг ■- - - ^к,омм J^,OMM^>ма J^.OMM ^Э,ОММ ^эЬмм^ и е тг г тг сОр ^ , ojjOJ^oAPLH °ДРР2Р_ 0Ч8?2?6 02 ^68 ^фрQV П IV Н ГС П l i Г—-Г ■ гг ■- - -
^к,омм J^,OMM^>ма J^.OMM ^Э,ОММ ^эЬмм^ и е тг г тг с
Ор ^ , ojjOJ^oAPLH °ДРР2Р_ 0Ч8?2?6 02 ^68 ^фрQ
V П IV Н ГС П l i Г—-Г ■ гг ■- - -
^к,омм J^,OMM^>ма J^.OMM ^Э,ОММ ^эЬмм^ и е тг г тг с
Ор ^ , ojjOJ^oAPLH °ДРР2Р_ 0Ч8?2?6 02 ^68 ^фрQ
V П IV Н ГС П l i Г—-Г ■ гг ■- - -
Рис. 5. Диаграммы элек-трометрии скважин.
Кривые кажущегося сопротивления. зарегистрированные: а— обращенным градиент-зондом; б — потенциал-зондом; в — микроградиент-зондом малого размера (точечная) и микропо- тенциал-зондом большого размера (сплошная); а — кривая силы тока, зарегистрированная методом скользящих контактов; кривые аффективного сопротивления, зарегистрированные; Э —"методом экранированного заземления; е — микрометодом сопротивления экранированного заземления; ж — кривая эффективной электропроводности (индукционный метод); кривые потенциалов; з —собственной поляризации пород, и —электродных, к — вызван- . ной поляризации пород.
I — глины; 2 — глины высокодисперсные; 3 — пески; 4 — песчаники рыхлые; 5 ■— песчаники плотные; 6 — известняки и доломиты плотные: 7 — то же, глинистые; 8 — то же, высокопористые (ситчатые, кавернозные и трещиноватые); 9 — гипс; 10 — ангидрит; 11 — каменный уголь; 12 — антрацит; 13 — магматические породы; 14 — сульфидные руды.
При электрометрии скважин может быть осуществлена любая из указанных схем, т. е. в скважину опущен зонд, состоящий из одного питающего заземления Л (второе питающее заземление В установлено на поверхности земли) и двух измерительных электродов М и N (рис. 4, Г) — однополюсный зонд (зонд прямого питания) или зонд, состоящий из двух питающих заземлений Л и В и одного измерительного электрода М (второй измерительный электрод N расположен на поверхности) — двухполюсный зонд (зонд взаимного питания) (рис. 4,II). В практике чаще всего применяется вторая •схема, которая дает возможность одновременно с замером qk регистрировать кривую потенциала Всп собственной поляризации пород. G этой целью применяются специальные схемы разделения, о которых будет сказано ниже. Однако теория исследования разрезов скважин методом сопротивления может быть проще изложена для однополюсных зондов. Это позволяет наиболее наглядно представить физическую сторону процессов, рассматриваемых при изучении теории метода. Закон же взаимности дает право безоговорочно распространить установленные положения на применяемые в практике двухполюсные зонды.
Измеряемое кажущееся сопротивление относится к точке О, находящейся на середине участка между сближенными электродами •зонда, середине АМ у потенциал-зонд а и середине MN (или АВ) у гра- диепт-зонда.
Расстояние L = АМ у потенциал-зондов и L = АО (или МО) у гра- диент-зоидов называется размером зонда. От величины этого расстояния, как об этом будет сказано ниже, зависят радиус исследования и конфигурация кривых кажущегося сопротивления, зарегистрированных в неоднородных средах. На рис. 5 приведены типичные кривые кажущегося сопротивления, зарегистрированные градиепт-зондами (кривая а) и потепциал-зондами (кривая б) в породах различного электрического сопротивления.
Микрозонды
Кроме стандартных зондов, разобранных выше, и зондов для специальных исследований, о которых будет сказано в § 2, для измерения сопротивления горных пород широко применяются микрозонды. Микрозонды отличаются от стандартных зондов конструкцией электродов, установленных на небольшом расстоянии друг от друга (рис. 6, I) на изолирующем суппорте СПх1 закрепленном на рессоре фонаря Ф1, при помощи которой суппорт и электроды прижимаются к стейкам скважины. В связи с пониженным влиянием проводимости бурового раствора и малыми размерами микрозонды применяются для детального расчленения разрезов скважин и изучения сопротивления
РК) ОММ
микрозонда (/) и
6. Схема
Рис. зонда кого
Рэ, ом м 10 5
сопротивления акра пирован- микрозаземления — микро- СЭЗ (77).
кажущегося сопротивления: / — микроградиепт-зинда А М1М2, АМу = МдМй = 2,5 см; В — большего микропотенциал-зоида А М2 = 5 см; 3 —
Кривые малого
кривая 'аффективного сопротивления, заре-
гистрировапного экранированного
зоидом соиротивления
микрозаземления;
кабель; Ф1 и Фа — рессоры фонаря;
К —Crij
и Сп2 — суппорты микрозонда и зондасопротивления экранированного заземле-ния; А и Э — питающее и экранирующеезаземления; Mi и М2 — измерительныеэлектроды минрозонда.
приле-
гающих к стенке скважины. Пример кривых рк, зарегистрированных микрозондами, приведен па рис. 5 (кривая в) и рис. 6.
Принципиальные схемы измерения кажущегосясопротивления
Для измерения кажущегося сопротивления горных пород в скважине- может быть использована одна из схем, приведенных на рис. 7. В схемах а, бив питание линии АВ производится от генератора постоянного тока Г — батареи сухих элементов, выпрямителя или динамо-машины. Сила тока регулируется реостатом Р и измеряется миллиамперметром мА. Постоянный ток преобразуется питающим коллектором Кг специального устройства — пульсатора (см. § 28) в пульсирующий ток переменного направления. Применение- пульсатора дает возможность одновременно замерять кажущееся сопротивление и потенциалы собственной поляризации пород по следующей схеме- (рис. 8). Постоянный ток I источника тока Г (см. рис. 7, схемы а, б, в и рис. 8, в) прерывается коллектором Кх пульсатора (рис. 8, а) в пульсирующий ток 1ДВ переменного направления (рис. 8, б). Ток 1ДВ вводится в породы через заземления А и В (рис. 8, в) и создает в пространстве, окружающем заземления, переменно пульсирующее электрическое поло. Разность потенциалов AU (AU^ этого поля переменного направления (рис. 8, г) воспринимается измерительными электродами М и N (рис, 8, б), в цепи которых будут также наблюдаться разность потенциалов U^ собственной поляризации пород постоянного направления (рис. 8, е) и кратковременные переменные э. д. с. еп индукции (рис. 8, г). Эти э. д. с. возникают в измерительных жилах кабеля в моменты включения и выключения т.ока питающим коллектором пульсатора.
Пульсирующая переменная разность потенциалов выпрямляется измерительным коллектором К^ пульсатора, синхронно вращающимся с питающим коллектором Кх (см. рис. 8, а, б, и в), и измеряется прибором Пко— гальванометром фоторегис.тратора, полевым потенциометром, сопряженным с полуавтоматическим регистратором, или самопишущим потенциометром (рис. 8, з). Для исключения искажений, созданных э. д. с. индукции, коллектор Кг разрывает измерительную цепь па время Тр большее времени тр разрыва питающей цепи. В течение времени Тр э. д. с. индукции практически обращаются в нуль и импульсы измеренной разности потенциалов имеют вид, схематически изображенный на рис. 8, ж. Разность потенциалов ^сп собственной поляризации пород постоянного направления (рис. 8, в) записывается вторым регистрирующим прибором 77сп — гальванометром, фоторегистратора, полевым потенциометром, сопряженным с полуавтоматическим регистратором, или самопишущим потенциометром (рис. 8, б). ■
Этот прибор либо устанавливается до измерительного коллектора Х2 пульсатора (рис. 7, а и б, рис. 8, б), либо включается в параллельную цепь, (рис. 7, в) с фильтром, состоящим из блока конденсаторов С и дросселя Д. В схемах а и б разности потенциалов UG4 преобразуются приемным коллектором К^ пульсатора П в переменные (рис. 8, и) и не отмечаются прибором
Питание зонда пульсирующим переменным током с последующим выпрямлением разности потенциалов ДИ дает возможность одновременно записывать кривые разности потенциалов JZ7, созданных электрическим сопротивлением пород, и разности потенциалов Z7cn их собственной поляризации.
Рис. 7. Принципиальные схемы измерения кажущегося сопротивления и потенциалов собственной поляризации пород.Рис. 7. Принципиальные схемы измерения кажущегося сопротивления и потенциалов собственной поляризации пород.
Рис. 7. Принципиальные схемы измерения кажущегося сопротивления и потенциалов собственной поляризации пород.
Рис. 7. Принципиальные схемы измерения кажущегося сопротивления и потенциалов собственной поляризации пород.
а — схема измерения кажущегося сопротивления и потенциалов собственной поляризации с трехжильным кабелем при последовательном включении измерительных приборбв (однополюсный зонд); б—то же, двухполюсный зонд; « —то же,' при параллельном включении измерительных приборов; а — мостовая схема; 9 — схема с одножильным кабелем; е — схема комплексных измерений с семижильным кабелем; ж — то же, с одножильным кабелем. А и В — питающие заземления; М и N — измерительные электроды; Г — генератор постоянного (—) или переменного (~) тока; Я^с—прибор для измерения кажущегося сопротивления; Лсд —то те> ^пя измерения потенциалов собственной поляризации; Ясз — Tt> же’ для измерения сопротивления заземления; Ях — П4 — измерительные приборы (бег. указания измеряемого параметра); Ях — питающий коллектор пульсатора; Яг — Яо — измерительные коллекторы пульсатора; мА —миллиамперметр; ЯЯ — компенсатор поляризации; Р — реостат регулирования тока; ЗЯх и ЭЯз — электронные коммутаторы, ЧМ — частотный модулятор; ф — фильтр; ЧД — частотный дискриминатор; ОС — скважинный снаряд; Я — пульсатор; Мт — измерительный мост; Тр —силовой трансформатор; У, Ух, Уз и У3 — усилители; Вп — выпрямитель; С, Су и С» — конденсаторы; 3 — зонд; Д, Ду и Дз — дроссели; Я — кабель.
(23)(23)Так как кажущееся сопротивление
(23)
(23)
0К — -»- "Г
пропорционально AU, то зарегистрированная кривая ДИ при постоянной силе тока I пйтания в масштабе КII представляет собой кривую измеряемого кажущегося сопротивления.
В ■ схеме г (см. рис. 7) линия АВ питается переменным током. В этой схеме генератор переменного тока Г через автотрансформатор Гр присоединен к мосту М, в одно из плеч которого включено питающее заземление А. Сила тока измеряется миллиамперметром мА. Разность потенциалов AU, пропорциональная измеряемому кажущемуся сопротивлению, выпрямляется коллектором К а, жестко закрепленным на валу генератора Г, и измеряется прибором ЛК(у Разность потенциалов Z7cn собственной поляризации пород регистрируется прибором ПС1Г Для отделения разностей потенциалов AU, пропорциональных кажущемуся сопротивлению, от разностей потенциалов
Рис. 8. Схема преобразования токов и напряжений-в пульсаторе.
а и б — временные зависимости токов; г, е, эю, и — временные зависимости напряжений; в, д и з — схемы измерений;
А и В — питающие заземления; Mi, N и Ni — измерительные электроды; мА — миллиамперметр; Г — генератор постоянного тока; Р — регулирующий реостат; П^ — прибор, регистрирующий потенциалы собственной поляризации пород; П-цд — то же, кажущееся сопротивление; КП — компенсатор поляризации; т^ — время разрыва токовой цепи; Тр — то же, измерительной; 1ДВ — ток в цепи заземлений А и В; еи — э. д. с. индукции; Удд — разность потенциалов собственной поляризации пород; AIJ —то же, созданная омическим падением напряжения; т — время.
с7сп собственной поляризации пород служит фильтр, состоящий из конденсатора С и дросселя Д. При помощи прибора Ясз, включенного ь диагональ моста через конденсатор G и коллектор К3, измеряется сопротивление заземления А. Кривая сопротивления заземления А так же, как и кривые кажущегося сопротивления и потенциалы собственной поляризации пород, используются для изучения разрезов скважин (см. § 2).
В схеме, изображенной на рис. 7, д, используемой при измерениях с одножильным кабелем, например в станциях ОКС и др. (см. § 34 и 46), питание линии АВ производится от генератора Г. Ток высокой частоты (300—500 г^) по жиле кабеля К поступает в скважинный снаряд СС и далее через разделительный конденсатор Ci, трансформатор питания Тр, заземление Л, изучаемые породы и заземленную бронированную оплетку кабеля В возвращается в генератор. Сила тока измеряется миллиамперметром мА и регулируется реостатом Р.
Возникающая между электродами М и N переменная разность потенциалов усиливается ламповым усилителем У, выпрямляется выпрямителем Вп и далее через разделительный дроссель Дх по жиле кабеля К подается на поверхность. Здесь постоянный ток измеряемой разности потенциалов
#кс отфильтровывается дросселем Д"2 и конденсатором С2 от переменного тока I iwr. питания и регистрируется прибором Пх. ■
Усилитель У1 и выпрямитель Вп питаются от трансформатора Тр, первичная обмотка которого включена в линию АВ. Измерение потенциалов собственной поляризации пород и кажущегося сопротивления в этой схеме производится раздельно.
Схема отечественной комплексной измерительной лаборатории на семижильном кабеле (см. § 35), приведенная на рис. 7, е, отличается от схем, изображенных на рис. 7, а и б, одновременной регистрацией нескольких (до шести) кривых различных параметров (например, пяти кривых кажущегося сопротивления с зондами различных размеров и кривой потенциалов собственной поляризации, см. § 4). С этой целью используется семижильный кабель и мпогоколлекторный Кг — К6 пульсатор. Питание зонда осуществляется от генератора Г.
На рис. 7, ж изображена блок-схема многоканальной регистрации на одножильном кабеле с использованием частотной модуляции (см. § 35 и 46). В этой схеме ток питания частотой 400 гц от генератора Г подается по жиле кабеля К в скважинный снаряд СС, где, пройдя через трансформатор Тр питания, подводится к заземлению А и далее через бронированную оболочку кабеля возвращается в генератор. Разности потенциалов, возникающие между электродами MxNt, M2N2l M3N3 и М4 N^ через входные трансформаторы поступают на электронный коммутатор ЭКх. Амплитудно-модулировап- ные импульсы с выхода электронного коммутатора подаются на частотный модулятор ЧМ, где преобразуются в частотно-модулированные импульсы и далее, пройдя усилитель У1, по кабелю поступают па поверхность. Здесь импульсы, пройдя фильтр Ф и усилитель У2, преобразуются в частотном дискриминаторе ЧД снова в амплитудно-модулированпые и, пройдя через электронный коммутатор ЭК 2, поступают в измерительные приборы Пх—П4.
Из схем, приведенных на рис. 7, лучшими являются схемы а, б и е. Схема в, применяемая в измерительных установках с фоторегистраторами, обладает некоторыми недостатками, о которых будет сказано ниже (см. § 18). Некоторым преимуществом схемы г является возможность одновременной регистрации трех параметров: кажущегося сопротивления, потенциалов собственной поляризации пород и сопротивления заземления А. Однако в этой схеме чувствительность измерительной установки ограничивается повышенными значениями э. д. с. индукции. Основное преимущество схем д и ж заключается в применении одножильного кабеля простой конструкции и легкого веса. Это преимущество схемы ограничивается сложностью скважинного прибора и наземной аппаратуры особенно при одновременной регистрации нескольких параметров (схема ж) . В СССР в практике геофизических исследований скважин используют схемы а, б, в, дней разрабатывается схема ж.
Кабели, применяемые для спуска в скважину измерительных устройств (зондов, скважинных приборов), имеют специальную конструкцию (см. § 37) и прочность на разрыв 0,3—8 m (в зависимости от типа кабеля). Спуск кабеля и измерительных устройств в скважину и обратный их подъем производятся при помощи лебедок (см. § 39). Для облегчения спуска па конце кабеля закрепляется груз. Кабель направляется в скважину роликом специального устройства — блок-балаиса, устанавливаемого над устьем скважины. Окружность ролика блок-балаиса калибрована, что дает возможность по числу его оборотов определить длину кабеля, опущенного в скважину, а следовательно, и глубину нахождения измерительной установки. Конструкция блок-балаиса также позволяет определять натяжение па кабель. Это натяжение необходимо знать во время работы для предотвращения возможных аварий вследствие прихвата в скважине кабеля и измерительных устройств (например, при обвалах пород со стенки скважины),
3 Заказ 714. .
Ролик блок-баланса соединяется электрической синхронной (автосин- ной) передачей или гибким валом с лентопротяжным механизмом приборов, регистрирующих измеряемые разности потенциалов (см. § 42). Это дает возможность записывать кривые разностей потенциалов в функции глубины, на которой находится в данный момент измерительная установка (см. рис. 1).
Область применения метода: расчленение разрезов скважин по данным истинного и кажущегося удельных электрических сопротивлений горных пород; выделение реперов для корреляции; изучение литологической характеристики, пористости и проницаемости пород, определение их мощностей и глубин залегания; выявление полезных ископаемых (нефти, газа, каменных углей и некоторых других рудных и нерудных ископаемых); определение степени иефтенасыщеиия нефтеносных и газоносных пластов.
Микрозонды используются для детального изучения структуры отдельных пластов и включений, точного определения их мощностей и пористости.
§ 2. МЕТОДЫ РЕГИСТРАЦИИ ТОКА, СКОЛЬЗЯЩИХ КОНТАКТОВ,СОПРОТИВЛЕНИЯ ЗАЗЕМЛЕНИЯ И СОПРОТИВЛЕНИЯ
ЭКРАНИРОВАННОГО ЗАЗЕМЛЕНИЯ
К числу геофизических методов исследования разрезов скважин, основанных па изучении сопротивления горных пород, относятся методы: регистрации тока (МРТ), сколъзягцих контактов ^МСК^ сопротивления, заземления (СЗ) и сопротивления экранированного заземления (СЭЗ).
Метод регистрации тока
В методе регистрации тока генератор постоянного тока (батарея) Г= (рис, 9, и) включается в цепь, состоящую из регулирующего реостата Р, миллиамперметра мА, регистрирующего ток, одножильного кабеля К и заземления А, передвигающегося вдоль исследуемой скважины. Второе питающее заземление В устанавливается на поверхности. Сила тока в цепи АВ
I =(24)
йк Др + Rr 4- RM&в + rb + ^а + ra ^ R + ra
где E — напряжение батареи; RK — сопротивление кабеля и проводов, подводящих ток к заземлениям А и В; Rp — сопротивление реостата, регулирующего силу тока; ВГ и RmA — сопротивления источника тока и измерительного прибора; RB и RA — сопротивления заземлений В и А; Вв и Вд — контактные сопротивления этих заземлений, возникающие в результате выделения продуктов электролиза на их поверхности при прохождении тока и
2 В = Вк + Яр + Rr + ВмА + RB + R^ + Рд.
Сопротивление заземления RA пропорционально осредненной величине оэ удельных электрических сопротивлений бурового раствора и пород, расположенных вблизи от заземления
ra = деэ,(25)
где D — коэффициент, зависящий от формы и размеров заземлителя.
Удельное электрическое сопротивление рэ неоднородной среды будем называть эффективным удельным сопротивлением. Об общности и различии кажущегося и эффективного сопротивлений будет сказано в § 60.
Подставляя значение RA из равенства (25) в формулу (24), получим
(26)(26)Е = Е ^RA-D^const+ 7Je9 'Е = Е ^RA-D^const+ 7Je9 'Рис. 9. Принципиальные схемы измерения сопротивления заземления и регистрации тока.Рис. 9. Принципиальные схемы измерения сопротивления заземления и регистрации тока.а — схема одноэлектродного метода; б — то же, с потенциометрической регистрацией; в — схема метода сопротивления заземления с тоном высокой частоты; в — то же, фирмы Видно; О — схема метода скользящих контактов; с — схема метода сопротивления заземления И. А. Перькова и И. Э. Эйдмана ж — мостовая схема измерения сопротивления заземления; з — то же, па переменном токе; А ■— питающее заземление; К — кабель; Ф — пружинный фонарь; Г_ — генератор постоянного тока; JV — генератор переменного тока; Р — регулирующий реостат; мА — миллиамперметр; Кд — балансное сопротивление; Ra — эталонное сопротивление; Нд —сопротивление, равное сопротивлению заземления А; дк — компенсационное сопротивление; Кп — компенсатор поляризации; II — потенциометр; Вп — выпрямитель; Т —трансформатор; Мт — мост для измерения сопротивления заземления A; Tfi — питающий коллектор пульсатора; Ка —то же, измерительный коллектор.а — схема одноэлектродного метода; б — то же, с потенциометрической регистрацией; в — схема метода сопротивления заземления с тоном высокой частоты; в — то же, фирмы Видно; О — схема метода скользящих контактов; с — схема метода сопротивления заземления И. А. Перькова и И. Э. Эйдмана ж — мостовая схема измерения сопротивления заземления; з — то же, па переменном токе; А ■— питающее заземление; К — кабель; Ф — пружинный фонарь; Г_ — генератор постоянного тока; JV — генератор переменного тока; Р — регулирующий реостат; мА — миллиамперметр; Кд — балансное сопротивление; Ra — эталонное сопротивление; Нд —сопротивление, равное сопротивлению заземления А; дк — компенсационное сопротивление; Кп — компенсатор поляризации; II — потенциометр; Вп — выпрямитель; Т —трансформатор; Мт — мост для измерения сопротивления заземления A; Tfi — питающий коллектор пульсатора; Ка —то же, измерительный коллектор.
(26)
(26)
Е = Е ^RA-D^const+ 7Je9 '
Е = Е ^RA-D^const+ 7Je9 '
Рис. 9. Принципиальные схемы измерения сопротивления заземления и регистрации тока.
Рис. 9. Принципиальные схемы измерения сопротивления заземления и регистрации тока.
а — схема одноэлектродного метода; б — то же, с потенциометрической регистрацией; в — схема метода сопротивления заземления с тоном высокой частоты; в — то же, фирмы Видно; О — схема метода скользящих контактов; с — схема метода сопротивления заземления И. А. Перькова и И. Э. Эйдмана ж — мостовая схема измерения сопротивления заземления; з — то же, па переменном токе; А ■— питающее заземление; К — кабель; Ф — пружинный фонарь; Г_ — генератор постоянного тока; JV — генератор переменного тока; Р — регулирующий реостат; мА — миллиамперметр; Кд — балансное сопротивление; Ra — эталонное сопротивление; Нд —сопротивление, равное сопротивлению заземления А; дк — компенсационное сопротивление; Кп — компенсатор поляризации; II — потенциометр; Вп — выпрямитель; Т —трансформатор; Мт — мост для измерения сопротивления заземления A; Tfi — питающий коллектор пульсатора; Ка —то же, измерительный коллектор.
а — схема одноэлектродного метода; б — то же, с потенциометрической регистрацией; в — схема метода сопротивления заземления с тоном высокой частоты; в — то же, фирмы Видно; О — схема метода скользящих контактов; с — схема метода сопротивления заземления И. А. Перькова и И. Э. Эйдмана ж — мостовая схема измерения сопротивления заземления; з — то же, па переменном токе; А ■— питающее заземление; К — кабель; Ф — пружинный фонарь; Г_ — генератор постоянного тока; JV — генератор переменного тока; Р — регулирующий реостат; мА — миллиамперметр; Кд — балансное сопротивление; Ra — эталонное сопротивление; Нд —сопротивление, равное сопротивлению заземления А; дк — компенсационное сопротивление; Кп — компенсатор поляризации; II — потенциометр; Вп — выпрямитель; Т —трансформатор; Мт — мост для измерения сопротивления заземления A; Tfi — питающий коллектор пульсатора; Ка —то же, измерительный коллектор.
Из последнего соотношения следует, что при передвижении заземления Л по скважине электрический ток будет возрастать на участках, сложенных породами пониженного сопротивления, и уменьшаться против пород повышенного сопротивления.
Таким образом, кривая изменения силы тока дает возможность определять местоположение пород отличного электрического сопротивления и при благоприятных условиях решать задачу бескериовой геологической документации пород в разрезах скважин.
На рис. 9, б приведена схема метода регистрации тока с компенсацией потенциометром Кп (компенсационный потенциометр) части разности потенциалов АП», созданной током I на эталонном сопротивлении RQ. Эта схема дает возможность, скомпенсировав AU3 в породах с известным сопротивлением, измерять регистрирующим прибором П только изменения этого тока при переходе зонда в породы отличного сопротивления, что повышает точность измерений.
На рис. 9, в изображена схема одноэлектродного метода па переменном токе. В этой схеме заземление А питается переменным током I от генератора Г_. Ток I измеряется прибором постоянного тока П, включенным через выпрямитель Вп во вторичную обмотку трансформатора 71; сила тока регулируется реостатом Р.
В схеме, приведенной на рис. 9, г, переменный ток выпрямляется двух- полупериодным селеновым выпрямителем Вп. Потенциометром П регистрируется падение напряжения на сопротивлении На, пропорциональное измеряемому току. С целью увеличения масштаба регистрации и повышения точности измерения часть этого напряжения снимается компенсатором Кп (см. также схему рис. 9, б).
Малая стоимость аппаратуры и оборудования, применяемых в методе регистрации тока, является преимуществом этого метода перед методом кажущегося сопротивления. Однако метод регистрации тока по сравнению с методом кажущегося сопротивления -имеет ряд существенных недостатков, к числу которых относятся:
невозможность точного определения истинного удельного электрического сопротивления, а следовательно, и литологии горных пород для большинства случаев;
зависимость амплитуд изменения силы тока от полного сопротивления питающей цепи и напряжения источника тока;
значительное влияние диаметра скважины и удельного электрического сопротивления бурового раствора па величину измеряемого тока;
невозможность одновременной регистрации потенциалов собственной поляризации пород.
Область применения метода. Вследствие перечисленных недостатков использование метода регистрации тока обычно ограничивается расчленением разрезов неглубоких скважин, сложенных породами отличного сопротивления (например, сейсморазведочных скважин и скважин ручного бурения). В некоторых случаях метод применяется для изучения угольных пластов и рудных включений низкого сопротивления.
Метод скользящих контактов
Метод скользящих контактов отличается от метода регистрДцйй тока конструкцией заземления А. Это заземление (рис. 9, д') состоит из одной, двух или трех щеток, установленных в изолирующих обоймах. Щетки имеют малую торцовую поверхность и под нажимом пружин фонаря Ф или действием веса груза прижимаются к стенкам скважины. В связи с этим сопротивление заземления в основном определяется электрическим сопротивлением породы, с которой соприкасается щетка, и резко изменяется при пересечении щетками пород отличного сопротивления.
Так как размеры щеток малы, то их сопротивление обычно намного превышает сопротивление остальной цепи. Поэтому сила тока в методе скользящих контактов изменяется значительно резче, чем в методе регистра* ции тока, что увеличивает точность изучения разрезов скважин этим методом. Для измерения силы тока в методе скользящих контактов могут быть также использованы схемы б, виг.
Область применения метода. Изучение разрезов скважин в твердых (преимущественно изверженных) породах главным образом с целью выявления включений рудных минералов высокой электропроводности, как, например, сульфидов, некоторых из окислов и графита, и точного определения их мощностей и местоположения в разрезе скважины.
Пример кривой силы тока, зарегистрированной методом скользящих контактов, приведен на рис. 5, г.
Метод сопротивления заземления
В методе сопротивления заземления измеряется величина сопротивления ВА заземления А, числовое значение которого, как об этом говорилось выше, зависит от удельного электрического сопротивления пород, окружаю-
щих заземление. Для измерения RA применяются схемы Н. А. Перькова и И. Э. Эйдмана (рис. 9, е) и мостовая (рис. 9, ж\ В схеме, изображенной на рис. 9, е, питание заземления А производится от генератора постоянного тока — батареи Г=. В цепь питания последовательно включены реостат Р для начальной регулировки силы тока, сопротивление RB, шунтирующее прибор-индикатор П, при помощи которого контролируется постоянство силы I тока в цепи питания, и калиброванный реостат РА (сопротивление заземления), соединенный с регистрирующим устройством, записывающим его показания. Компенсирующий потенциометр Кп, установленный в цепи прибора П служит для установки его указателя на нулевое положение. В этом положении указатель прибора должен находиться в процессе регистрации сопротивления заземления RA.
Как легко видеть из схемы, при изменении сопротивления RA заземления А на ARa для поддержания постоянства силы тока, а следовательно, и сохранения исходного (нулевого) положения указателя (стрелки) прибора- индикатора П необходимо сопротивление включенной части калиброванного реостата РА изменить на величину ARa. Это изменение регистрируется на диаграммной бумаге пишущим приспособлением, сочлененным с реостатом «л-'
В схеме, изображенной на рис. 9, ж, сопротивление заземления А измеряется при помощи моста М, в одно из плечей которого включена жила кабеля К с присоединенным на ее конце заземлением А. Схема питается от источника постоянного тока — батареи Г=. Сила тока в цепи моста регу* лируется реостатом Р и измеряется миллиамперметрами мАх и мА а.
В случае, если сопротивления RM плечей моста (включая сопротивление жилы кабеля К и контактные сопротивления заземлений) равны между собой, то при введении в цепь жилы кабеля сопротивления RA заземления А, в измерительной диагонали тп моста возникает разность потенциалов AU тп>
ди „и = и„-и„ = [UB + Ч ^и + Яд)] - \UB + i, (RM + яв)1 =
?‘1 (^м 4~ ^ ^2 ^М 4~ ^ ~ Н ^М 4“ ^ ЧДм1 ^)
где 17т) Un и UB — потенциалы точек, указанных индексами; RB —сопротивление второго заземления В, которым обычно является обсадная колонна, практически равное нулю (вследствие больших размеров заземления), и ix и i2 — силы тока в параллельных ветвях моста.
Но так как
•, ^м + ^В _ ,
2^М + ^А 4* ЙВ^М 4~ R А.
И
. ^RmA-Ra Л+ка
^Rm-VRa-VRb ~’
то
21Umn = 4Я^+^ t^M (Rm 4~ ^а)^^М 4" ^А^ ^М I"
_!(RmRa) _ IRA _!Ra
Ra ~
4-1-
где I — сила тока, питающего мост.
Воспользовавшись формулой (25), приведем равенство (28) к следующему виду:
Ж„„ = -^оэ.(29)
Решая последнее уравнение относительно ра, получим
09 — — ДА з—J ,(oU)
где Кл — "^коэффициент пропорциональности эффективного сопротивления @0 полному сопротивлению К а заземления, называемый коэффициентом заземления.
Таким образом, зная разность потенциалов AUmTl на диагонали тп моста и силу тока L возможно определить искомое эффективное сопротивление пород, окружающих заземление А.■
В тех случаях, когда в породах, расположенных вблизи заземления А, возникают большие потенциалы собственной поляризации и значительно изменяется контактное сопротивление, используется схема, приведенная на рис. 9, з. В этой схеме мост М и заземление А питаются переменным пульсирующим током. Разность потенциалов АГ7тп, возникающая в измерительной диагонали моста, выпрямленная коллектором пульсатора /<2, измеряется прибором П. Схема (рис. 9, з), а также схемы на рис. 10, а и б, о которых будет сказано ниже, являются наилучшими схемами измерения сопротивления заземления. Однако необходимость применения многожильного кабеля несколько ограничивает практическое использование этих схем.
Область применения метода. Расчленение разрезов скважин, сложенных породами отличного сопротивления, и выделение реперов, преимущественно в неглубоких скважинах, например сейсморазведочных и в скважинах ручного бурения.'
Метод сопротивления экранированного заземления
В методе сопротивления экранированного заземления (СЭЗ) измеряется сопротивление заземления А (рис. 10, а), по обе стороны от которого на равных расстояниях установлены однополярные с ним экранные (экранирующие) заземления Э. Экранные заземления препятствуют растеканию тока от заземления А по стволу скважины и направляют его в глубь исследуемых пород. Это обеспечивает наибольшую зависимость измеряемого сопротивления заземления НА и эффективного сопротивления рэ от удельного электрического сопротивления рп пород, находящихся против электрода А.
Радиальность распространения тока I от заземления А обеспечивается подбором длин 1А и /э и потенциалов UА и Uo заземлений А и <9, т. е. конструкцией зонда и выбором соотношений токов /д и 1Э в цепях заземлений А и Э. Токи IА и /3 измеряются при помощи миллиамперметров mAi и мАз; отношение токов устанавливается реостатом Pi. Для измерения и регулирования общего тока служат миллиамперметр ж43 и реостат Р2. Схема питается от генератора постоянного тока Г, который преобразуется коллектором Кх пульсатора в пульсирующий ток переменного направления. Разность потенциалов AUmu, возникающая на диагонали тп моста М при изменении сопротивления заземления А, выпрямляется коллектором К^ пульсатора и измеряется прибором П.
Разность потенциалов AUmu [см. формулу (28)] пропорциональна сопротивлению НА1 а следовательно, и эффективному, сопротивлению рэ среды
(пород и бурового раствора), окружающей экранированное заземление. Это дает возможность, зная АУш-л и 7, а следовательно, и RA рассчитать искомое
Qa — Ка Ид ,
где Кв — коэффициент экранированного заземления, величина которого пропорциональна 1А и зависит от отношения длины L = 1А + ^э экранированного зонда к его диаметру Д (см. § 64, ч. II).
Для измерения сопротивления экранированного заземления используется также потенциальная схема (рис. 10, б). При потенциальной схеме измерения RA экранированное заземление А и экранирующие заземления Э
Рис. 10. Принципиальные схемы электрометрии скважин специальными методами сопротивления заземления.
а — метод сопротивления экранированного заземления с мостовой схемой регистрации; б — то же, я потенциальной схемой регистрации; в — то же, с управляемым экранным током; а — метод сопротивления экранированного микрозаземления (мииро-ОЭЗ); Э — метод разности сопротивлений заземлений (мостовая схема регистрации); е — то же, и метод сферического заземления (потенциальная схема регистрации); А и В — питающие заземления; Э — экранные заземления; С — заземления сравнения; М и N — измерительные электроды; Mi, Ni, Ma, Na — следящие электроды; II — измерительный при- ■бор; Пр — прибор регулировки экранного тока; Г_—генератор постоянного тока; Кт и На — лштаю- ший и измерительный коллекторы пульсатора; мА — миллиамперметр; Мт — измерительный мост; Р, Рх п Ра — регулирующие реостаты; Рэ — реостат регулировки экранного тока; Сп— суппорт электродов; Ф — пружинный фонарь; Pq — балластное сопротивление.
через систему балластных Кб достаточно высоких сопротивлений подключаются к одной из питающих жил кабеля и заземление В — ко второй жиле. Экранированный зонд питается от генератора Г постоянного тока, который преобразуется коллектором Ki пульсатора в пульсирующий ток переменного направления. Нижний конец третьей жилы присоединяется к заземлению А или (для уменьшения влияния поляризации) к измерительному электроду М, вмонтированному в середину заземления А. Верхний конец этой жилы кабеля и поверхностный электрод АГ через измерительный коллектор /Га подключается к регистрирующему прибору 77.
При питании зонда током 7 между электродами А (717) и N возникает разность потенциалов
^^«^л^л + й)- (31)
где RА и Rд — соответственно сопротивление экранированного заземления и его контактное сопротивление и 1А — сила тока, проходящего через экранированное заземление.
Сила тока 1А составляет долю общего тока I = IA + IQ1 питающего экранированный зонд. В связи с наличием высокоомных балластных сопротивлений Ra 6 и Н9 б, величины которых берутся обратно пропорциональными длинам 1А и 1Э заземлениям Л и Э:
^а ~+ ^- о _ 1а _ 1а
I ~^А, б^А + 1Э L
и, следовательно,
Щ^^л+^Г(32)
. Но так как
ТО
уа = ;^_^ + ^(33)
Ж
=7<Ж =7^^-const,(34)
где^ = ^э Агде^ = ^э А— коэффициент экранированного зонда Ка,— коэффициент экранированного зонда Ка,приведенныйприведенный
где^ = ^э А
где^ = ^э А
— коэффициент экранированного зонда Ка,
— коэффициент экранированного зонда Ка,
приведенный
приведенный
к общей длине зонда. Таким образом, зарегистрированная кривая потенциала UA заземления Л является кривой рэ в масштабе К^]1, нуль которой смещен на постоянную величину, равную K0R\.
Схема метода экранированного заземления, изображенная на рис. 10, в, отличается от предыдущих схем наличием вспомогательных заземлений, MXNV M^N^ при помощи которых и управляющего прибора Пр, сочлененного с реостатом Р0, сила экранного тока поддерживается такой, при которой обеспечивается радиальное истечение тока из экранированного электрода Л1. При этих условиях величина сопротивления заземления Л в наибольшей степени зависит от удельного электрического сопротивления пород, окружающих экранированное заземление, что позволяет определить эти сопротивления с наибольшей степенью точности.
В методе сопротивления экранированного заземления, выполненном в модификации метода скользящих контактов (микро-СЭЗ), экранированное заземление Л, окруженное экранирующим заземлением Э, закрепляется на резиновом башмаке-суппорте Стг (см. рис,. 6 и рис. 10, г), который прижимается рессорой Ф к стенкам скважины. Измерение сопротивления экранированного микрозаземления производится по схеме (рис, 10, а измерения сопротивления экранированного заземления (обозначения приборов на рис. 10, г те же, что и на рис. 10, а).
Микро-СЭЗ метод может быть выполнен также и по схеме с регулировкой экранирующего тока. В этой схеме микро-СЭЗ метод дает возможность получить наилучшее расчленение разреза, сложенного частым переслаиванием пород малых мощностей отличных сопротивлений.
Область применения метода: выделение в разрезах скважин пород малых мощностей отличного удельного электрического сопротивления; точное определение мощностей и глубин залегания этих пород; определение их удельных электрических сопротивлений и пористостей. В модификации микрометода (микро-СЭЗ) и особенно при наличии устройства,
вместо электрода М на схеме рис. 10, в могут быть использованы электроды Мг (Ма) или NT (TV2).
управляющего экранным током (рис. 10, в), этот метод используется для наиболее детального выделения тонких пропластков и изучения их удельного сопротивления.
Диаграммы эффективного сопротивления, полученного методами экранированного заземления, для примера приведены на рис. 5, д и е.
Метод разности сопротивлений заземлений (РСЗ)
В методе разности сопротивлений заземлений измеряется разность ДЯАС сопротивлений двух заземлений Л и С (рис. 10, д и е), установленных на шаровом зонде из изоляционного материала. Одно из заземлений А представляет собой шаровой пояс, второе С — две одинаковые шаровые детали, суммарная поверхность которых равна поверхности заземления Л. Если шаровой зонд находится в однородной среде, разность сопротивлений заземлений равна нулю. При пересечении зондом РСЗ пласта высокого или низкого сопротивления, сопротивление заземления А соответственно возрастает или уменьшается, вследствие чего появляется разность ДЯАС между сопротивлениями заземлений Л и С.
Для измерения разности сопротивлений заземлений применяются схема моста и потенциальная схема.'
При измерении разности сопротивления заземлений по схеме моста (рис. 10, д) заземления А и С вместе с присоединенными к ним жилами кабеля включаются в два плеча измерительного моста Мт. Мост питается пульсирующим переменным током, преобразованным коллектором Ki пульсатора из постоянного тока генератора Г. При неравенстве сопротивлений заземлений Л и С на диагонали мостика тп возникает разность потенциалов
/Я7т„ = 7дЛЛдс>(35)
где IА — сила тока, проходящего через заземление Л и измеренного миллиамперметром мА. Сила тока регулируется реостатом Р.
Разность потенциалов AUmn выпрямляется коллектором j£2 пульсатора и измеряется прибором П.
При измерении разности сопротивлений заземлений с потенциальной схемой (рис. 10, е) ток I подается в заземления Л и С по общей жиле А ка* беля через равные балластные сопротивления 7? о = 400 -г 1000 ом, значительно большие возможных сопротивлений заземлений. Это обеспечивает достаточное равенство токов 7Д = 7С =-^-, поступающих в породы через заземления А и С шарового зонда. Две другие жилы М и N кабеля присоединены непосредственно к заземлениям Л и С зонда.
Заземления А и С питаются пульсирующим переменным током, преобразованным коллектором пульсатора Кг из постоянного тока генератора Г. Второе заземление В питающей линии устанавливается па поверхности. Разность потенциалов AUac между заземлениями Л и С выпрямляется коллектором К^ пульсатора и измеряется прибором П.
Так как разность потенциалов
4UAC-UA-Uc-IAkRA-VR^-I0^R0-VR"d =
=4-=
где 1А и 1С — силы токов, проходящих соответственно через заземления А и С; 7?ди Яс — сопротивления этих заземлений ЯА и Яд — их контакт-
ные сопротивления (практически равные друг другу в связи с одинаковыми поверхностями заземлений и весьма близкими плотностями тока), то по данным измерений AUАС и / искомое ДНАС определяется простым расчетом.
Преимущество метода разности сопротивлений заземлений заключается в незначительном влиянии на величину Дйдс контактных сопротивлений заземлений. '
Область применения метода. При известном диаметре скважины этот метод дает возможность определить удельное электрическое ■ сопротивление пород, непосредственно прилегающих к стенке скважины, при условии относительно небольшого сопротивления этих пород. Особенно четко метод разности сопротивлений заземлений отмечает пропластки пород низкого сопротивления. Последнее дает возможность эффективно использовать этот метод для выделения глинистых пропластков в коллекторах, а также вы- сококарбонизированных углей и некоторых рудных ископаемых в разрезах скважин.
Кроме регистрации разности сопротивлений заземлений, шаровой зонд используется также для измерения полного сопротивления заземления и эффективного сопротивления среды, окружающей заземления.
При измерении полного сопротивления шарового зонда заземления А и С подключаются к источнику тока Г и измерительному прибору 77 по схеме, приведенной на рис. 10, в.
Зарегистрированная диаграмма потенциала заземления А
U = / (R + /Щ = JR + const = + const, (37)
Рис. 11. Принципиальная схема индукционного метода.Рис. 11. Принципиальная схема индукционного метода.1 — скважинный снаряд — зонд; 2 — генераторная катушка; 3 — измерительная катушка; 4 — генератор высокой частоты; б — усилитель и выпрямитель; 6 — кабель; 7 — регистрирующий прибор; аг — электропроводность исследуемой среды; г2 — индуктивные токи в этой среде; Н2 — напряженность их магнитного поля;Lu — размер индуктивного аонда.1 — скважинный снаряд — зонд; 2 — генераторная катушка; 3 — измерительная катушка; 4 — генератор высокой частоты; б — усилитель и выпрямитель; 6 — кабель; 7 — регистрирующий прибор; аг — электропроводность исследуемой среды; г2 — индуктивные токи в этой среде; Н2 — напряженность их магнитного поля;Lu — размер индуктивного аонда.(где 7, RA и RvX — известные величины; @э — эффективное сопротивление и Кт — коэффициент шарового зонда) в масштабе КШ1Г представляет собой диаграмму эффективного сопротивления .
Рис. 11. Принципиальная схема индукционного метода.
Рис. 11. Принципиальная схема индукционного метода.
1 — скважинный снаряд — зонд; 2 — генераторная катушка; 3 — измерительная катушка; 4 — генератор высокой частоты; б — усилитель и выпрямитель; 6 — кабель; 7 — регистрирующий прибор; аг — электропроводность исследуемой среды; г2 — индуктивные токи в этой среде; Н2 — напряженность их магнитного поля;
Lu — размер индуктивного аонда.
1 — скважинный снаряд — зонд; 2 — генераторная катушка; 3 — измерительная катушка; 4 — генератор высокой частоты; б — усилитель и выпрямитель; 6 — кабель; 7 — регистрирующий прибор; аг — электропроводность исследуемой среды; г2 — индуктивные токи в этой среде; Н2 — напряженность их магнитного поля;
Lu — размер индуктивного аонда.
е3 = хшяд = хш^-, (38)
по величине которого производится изучение пород, слагающих разрез исследуемой скважины.
ИНДУКЦИОННЫЙ МЕТОД
Индукционный метод исследования разрезов скважин основан на изучении горных пород по их электропроводности. Зонд 7 (рис. 11), применяемый в этом методе, состоит из генераторной 2 и измерительной 3 катушек, установленных на расстоянии Ьи одна от другой. При питании генераторной катушки 2 переменным током высокой частоты (10—50 кг^) от генератора 4 магнитное поле Нх этого тока индуцирует в среде, окружающей зонд, э. д. с., возникают замкнутые токи z2, интенсивность которых пропорциональна удельной электропроводности о"2 изучаемой среды. Магнитное
полеЯ2 этих токов индуцирует в измерительной катушке 3 зонда э. д. с., величина которых е = С о» пропорциональна (С — коэффициент пропорциональности) среднему значению электропроводности, так называемой эффективной электропроводности сгэ среды, окружающей зонд. Э. д. с. усиливаются и выпрямляются устройством 5 и подаются по кабелю 6 на поверхность, где регистрируются прибором 7. Индукционный метод наиболее четко выделяет породы высокой электропроводности (см. рис. 5, кривая ж) и успешно может применяться в сухих и заполненных нефтью скважинах, где другие электрические методы (вследствие трудности осуществления заземлений) малоэффективны.
Область применения метода: выделение в разрезах «скважин высокопроводящих горных пород, в частности рудных включений, исследование разрезов сухих скважин и скважин, заполненных нефтью и буровым раствором, приготовленном па нефтяной основе.
МЕТОД ПОТЕНЦИАЛОВ СОБСТВЕННОЙПОЛЯРИЗАЦИИ ПОРОД
Метод потенциалов собственной поляризации горных пород, сокращенно метод СП, ПС (а также PS) основан на изучении пород по данным измерения потенциалов электрических полей, возникающих в породах, находящихся в естественном состоянии и при пересечении их скважиной. Эти потенциалы создаются:
диффузией солей из пластовых вод в глинистый раствор и из раствора в пласт и адсорбцией их ионов на поверхности частиц, слагающих породу;
окислительно-восстановительными реакциями, происходящими в породах и в зоне их соприкосновения с буровым раствором;
фильтрацией пластовых вод в скважину и вод из бурового раствора в породы.
Величина и знак диффузионно-адсорбционных, окислительно-восстановительных и фильтрационных потенциалов определяются электрохимической активностью горных пород — физическим свойством, характеризующим способность пород создавать электрические поля в условиях естественного их залегания и, в частности, при пересечении пород скважиной. Это свойство (см. § 74, 75 и 76) зависит от минералогического состава, структуры и, в частности, дисперсности пород и минерализации их насыщающих вод. Поэтому изучение диффузионно адсорбционных, окислительно-восстановительных и фильтрационных потенциалов дает возможность выделять основные типы горных пород (см. рис. 1, кривую II и рис. 5, кривую з), в частных случаях изучать их пористость и проницаемость [5, 42] и обнаруживать некоторые полезные ископаемые.
Разность потенциалов Z7cn собственной поляризации горных пород измеряется между электродом М, передвигаемым по стволу скважины, и вторым неподвижным электродом N, установленным на поверхности земли {рис. 12). Так как потенциал Z7cn электрода А постоянен, то разность потенциалов тШсн отличается на постоянную величину от действительного значения потенциала UGI1 собственной поляризации пород в точке, в которой расположен электрод М:
21Усп = Усп - = Рол - const. (39)
Следовательно, кривая зависимости zlZ/cn = / (2), где 2 — расстояние между устьем скважины и точкой, в которой находится электрод М, может рассматриваться как кривая зависимости Ugo^H^, отличающаяся от кривой Д1]^.— у (z) иа постоянную величину Асп- .
Поэтому изменения разности потенциалов собственной поляризации пород, зарегистрированной между электродами М и N, численно соответствуют изменению потенциала электрического поля собственной поляризации
М. Вместо электрода N, установленного на поверхности земли, может быть использована металлическая оболочка бронированного кабеля* (рис. 12, б), потенциал которой достаточнопостоянен.
Потенциалы собственной поляризации пород обычно измеряют одновременно с измерением кажущегося сопротивления по схемам, изображенным на рис. 7, а, в, г и е.
Область применения метода: детальное расчленение разрезов, скважин, выделение реперов для корреляций; выявление участков сульфидного оруденения, высококарбопизированных каменных углей (в частности, антрацитов), графита и тонкодисперспых, преимущественно глинистых, пород; определение минерализации пластовых вод. В благоприятных условиях метод дает возможность выделять проницаемые и нефтеносные породы, оценивать
пород у электродапород у электродаРис. 12. Схемы измерения потенциалов собственной поляризации пород.Рис. 12. Схемы измерения потенциалов собственной поляризации пород.их пористость и проницаемость.
пород у электрода
пород у электрода
Рис. 12. Схемы измерения потенциалов собственной поляризации пород.
Рис. 12. Схемы измерения потенциалов собственной поляризации пород.
а — стандартная — электрод N установлен на поверхности; б — с бронированным кабелем — электродом N служит броня кабеля; в — схема метода электродных потенциалов; Л^д прибор для измерения потенциалов собственной поляризации пород; М и Л — измерительные электроды.а — стандартная — электрод N установлен на поверхности; б — с бронированным кабелем — электродом N служит броня кабеля; в — схема метода электродных потенциалов; Л^д прибор для измерения потенциалов собственной поляризации пород; М и Л — измерительные электроды.Метод электродных потенциалов
а — стандартная — электрод N установлен на поверхности; б — с бронированным кабелем — электродом N служит броня кабеля; в — схема метода электродных потенциалов; Л^д прибор для измерения потенциалов собственной поляризации пород; М и Л — измерительные электроды.
а — стандартная — электрод N установлен на поверхности; б — с бронированным кабелем — электродом N служит броня кабеля; в — схема метода электродных потенциалов; Л^д прибор для измерения потенциалов собственной поляризации пород; М и Л — измерительные электроды.
В методе электродных потенциалов изучаются электродные потенциалы, возникающие на поверхности соприкосновения
некоторых руд, ископаемых углей и графита с окружающей их средой. С этой целью применяется зонд с двумя
электродами, изготовленными из металла, нормальный электродный потенциал которого возможно более отличается от электродного потенциала рудного тела. Один из электродов М (рис. 12, в), изготовленный в виде щетки, скользит по стенкам скважины. Второй электрод, обычной конструкции (обычно сдвоенный), закрепляется на кабеле близ электрода М. При соприкосновении электрода М с породой, имеющей электронную проводимость,, в цепи MN возникает разность потенциалов, близкая или равная разности электродных потенциалов рудного тела и электрода N. Эта разность потен
циалов дает возможность точно установить местоположение искомых рудных тел в разрезе исследуемой скважины (см. рис. 5, и).
Область применения метода: поиски в разрезах исследуемых скважин рудных включений, обладающих электронной проводимостью. При благоприятных условиях определение металлов, входящих в состав рудных включений.
МЕТОД ПОТЕНЦИАЛОВ ВЫЗВАННОЙ ПОЛЯРИЗАЦИИ
Потенциалами вызванной поляризации горных пород Z7Bn называются потенциалы, наблюдающиеся в горных породах после прохождения электрического тока. Они создаются физико-химическими процессами, возникающими
в породах под действием тока, к числу которых относятся: электродная и объемная поляризация горных пород, электроосмос, электростатические явления в породах и концентрационная поляризация растворов. Характер и интенсивность перечисленных процессов зависят от физических и химических свойств породы — ее литологической характеристики и минералогического состава. Это дает возможность использовать потенциалы вызванной поляризации для бескернового геологического изучения разрезов скважин.
Для измерения потенциалов вызванной поляризации пород применяются четырех- и реже трех-, двух- и одноэлектродные зонды (рис. 13).
Наиболее совершенной является схема измерений С7ВП с четырехэлектродным зондом АМАВ. При этой схеме в скважину опускаются два питающих
^ис. 13. Принципиальные схемы измерения потенциалов вызванной поляризации пород.
,а — четырехэлектродная схема АМАВ (наиболее рекомендуемая); б — то же, четырехэлектродная NAMA; в — трехэлектродная схема стандартного потеицнал-зонда; г — одноолектродная схема (для одножильного кабели); д—схема градиента потенциала вызнанной поляризации (N'A МA N"); А и В — питающие заземления; М, N, N' и N" — измерительные электроды; Луц — прибор для измерения потенциалов вызванной поляризации пород; Пко — то ?кс> лля измерения кажущегося сопротивления; Г_ —генератор постоянного тока; мА — миллиамперметр; Р — реостат для Регулирования Юка питания; Д — делитель напряжения; Ki — коллектор питающей цепи пульсат ра; Нг — коллектор измерительной цепи пульсатора.
.■заземления Л и В и один измерительный электрод М (рис. 13, а^ ил и два измерительных электрода М и N и одно питающее заземление А (рис. 13, б). 'Четвертое заземление В или электрод IV устанавливаются на поверхности. ■Заземления А и В через коллектор Кг пульсатора присоединяются к источнику постоянного тока Г=, а электроды М и N через коллектор К^ пульсатора — к измерительным приборам (автоматическим или полуавтоматическим потенциометрам или фоторегистратору). На продолжении первого полуоборота коллектора пульсатора заземления А и В приключаются к источнику тока Г=. В это же время в измерительную цепь включается измерительный прибор П1гс, регистрирующий разность потенциалов, возникающую между электродами М и N при прохождении тока в цепи АВ. Измерение этой разности потенциалов, практически равной потенциалу UM электродаМ, дает возможность одновременно с регистрацией кривой потенциалов вызванной поляризации пород получить дополнительную кривую кажущегося сопротивления, измеренную микропотенциал-зонд ом АМА. Эта кривая улучшает разбивку тонкослоистого разреза и позволяет уточнить интерпретацию кривых £7ВП, особенно в тех случаях, когда наблюдается резкая зависимость между величиной разности потенциалов вызванной поляризации и удельным .электрическим сопротивлением пород.
В течение второго полуоборота коллектора пульсатора источник тока отключается от электродов Л и В и к электродам М и N, вместо измерительного прибора Пнс, подключается прибор Пвп, регистрирующий разность потенциалов вызванной поляризации.
Таким образом, коллектор пульсатора, вращающийся со скоростью 10—20 об!сек, в течение каждой секунды посылает в питающую цепь 10—201 кратковременных импульсов тока и столько же раз включает в измерительную цепь приборы Якс и 77вп.
Для получения наибольшего значения измеряемых разностей потенциалов £/вп электрод М устанавливается между раздвоенным питающим заземлением Л, что даст возможность изучать потенциалы вызванной поляризации пород в области наибольших плотностей поляризующего тока. Диаметр- электрода М берется значительно меньше диаметра заземления Л, вследствие- чего, а также благодаря конструкции зонда (см. § 93) электрод М находится в области, через которую питающий ток практически не проходит,, что исключает поляризацию электрода М током, отдаваемым заземлением Л
В некоторых породах разность потенциалов вызванной поляризации наблюдается в течение длительного промежутка времени. Поэтому для исключения возможности снижения величины аномалий UBIL вследствие влияния тока — I противоположного знака, отдаваемого заземлением В, это заземление устанавливается ниже электродов Л, М и Л на достаточно большом расстоянии (порядка 5 ж). Таким образом, при регистрации кривой Z7Bn (производящейся при подъеме зонда) заземление В передвигается за электродом М, в связи с чем остаточная разность потенциалов, созданная этим заземлением, не вносит погрешностей в замер Ц^и.
Для уменьшения искажающего влияния потенциалов UGn собственной, поляризации пород, регистрируемой вместе с Пвп, на величину последней, измерения ^вп производятся при наибольших токах питания. Так как при этом потенциалы UM и ?7В11 могут достигать величин, превосходящих пределы измерения регистрирующих приборов, запись кривых в этом случае- производится с делителем напряжения Д.
На рис. 13, в приведена схема измерения потенциалов вызванной поляризации обычным потенциал-зондом. Основным недостатком этой схемы является поляризация электрода М током, отдаваемым заземлением Л.. Величина э. д. с. этой поляризации находится в прямой зависимости от сопротивления окружающих пород. Поэтому в породах, неоднородных по электрическому сопротивлению, кривые потенциалов вызванной поляризации, записанные со схемой, приведенной на рис. 13, в, дублируют кривые- кажущегося сопротивления, что исключает возможность точного определения величины ?7ВП.
Схема измерений £7ВП, приведенная на рис. 13, в, может применяться только для исследования разрезов скважин, сложенных породами возможнопостоянного и притом низкого сопротивления. '
В схеме измерения потенциалов вызванной поляризации с одноэлектродным зондом (рис. 13, г) заземление Л (М) зонда поочередно присоединяется коллектором К пульсатора к источнику постоянного тока Г= и к измерительному прибору 77"вп. Таким образом, заземление Л (М) зонда попеременно является питающим и измерительным. Второе заземление В и электрод N устанавливаются па поверхности земли.
Преимущества одноэлектродной схемы по сравнению с трех- и четырехэлектродной схемами заключается в ее простоте и в возможности использования портативного оборудования, легкого и дешевого одножильного кабеля..
Однако эти преимущества почти полностью исключаются неточностью измерений потенциалов вызванной поляризации пород и невозможностью одновременного измерения кажущегося сопротивления. Искажения замеров Z7BH создаются интенсивной и недостаточно стабильной поляризацией заземления 4 питающим током и индуктивными наводками в жиле кабеля. В связи с возможностью значительных погрешностей при измерениях потенциалов вызванной поляризации с одноэлектродным зондом эта схема может применяться только при измерениях Z7Bn в неглубоких скважинах месторождений высококарбонизированных каменных углей и сульфидов, создающих весьма значительные потенциалы вызванной поляризации, при которых непостоянство поляризации электродов и влияние индукции не вносят заметных искажений в результаты измерений и только в том случае, если отсутствует необходимое оборудование для измерения ?7ВП с чотырехэлектродным зондом. ,
Схема измерения, приведенная на рис. 13, д, с относительно небольшим расстоянием между электродами М и N (20—40 см) дает возможность значительно уменьшить влияние потенциалов собственной поляризации пород, (в пластах большой мощности) и глубину исследования. Последнее целесообразно при определении методом потенциалов вызванной поляризации проницаемости пород.
Для детального изучения разрезов скважин по данным потенциалов, вызванной поляризации применяются специальные исследования, к числу которых относятся:
регистрация кривых зависимости потенциалов вызванной поляризации от силы, поляризующего тока [Z7Bn = / (7)1 на участках скважины, исследование которых представляет наибольший практический интерес;
регистрация временных зависимостей 6^вп = / (т), устанавливающих характер изменения потенциалов 17вп вызванной поляризации горных пород со временем т, прошедшим, с момента выключения тока.
Вид кривых 11ВИ = / (7) и <7ВП= / (т) (см. § 88) различен для разных пород и полезных ископаемых, что расширяет возможности использования метода потенциалов вызванной поляризации пород с целью бескерновой геологической документации разрезов скважин.
Область применения метода: детальное расчленение пород и выделение реперов для корреляции; изучение проницаемости коллекторов; выделение ископаемых углей и исследование их марочного состава; выявление рудных (преимущественно сульфидных) включений. На рис. 5, к приведены примеры диаграмм потенциалов вызванной поляризации в различных геологических условиях.
§ 6. РАДИОАКТИВНЫЕ МЕТОДЫ
В основу радиоактивных методов бескернового изучения разрезов скважин положена возможность определения горных пород: а) по естественной радиоактивности горных пород (гамма-метод); б) по искусственно вызванной радиоактивности (методы изотопов и наведенной активности) и в) по процессам поглощения и рассеяния нейтронов и гамма-лучей в породах, окружающих скважину (методы нейтрон-нейтронный, гамма-нейтронный и рассеянного гамма-излучения). ■
Радиоактивные методы исследования разрезов скважин, в отличие от- электрических, могут с одинаковым успехом применяться как в необсажен- ных, так и в обсаженных скважинах, что является основным их преимуществом перед широко применяемыми методами электрометрии скважин.
Гамма-метод
Гамма-метод исследования скважии основан на возможности расчленения горных пород по изучению интенсивности естественного гамма-излучения, величина которой зависит от содержания радиоактивных элементов в горных породах. К числу этих элементов относятся: уран, торий и продукты
3-^ и мп/мин Зра103имп/мин Зр 1 О3 и мп/мин Пп К^имп/мин3Пу 103имп/мин
4 6 7 8 9 104 6 7 8 9 10.1250500 1000152025 5 5 б 7 8 2.1250500 1000152025 5 5 б 7 8 2Рис. 14. Диаграммы радиометрии скважин.Рис. 14. Диаграммы радиометрии скважин.5007501000152025 4 5 В 7 8 25 6 7 8 910 12 15 15 16
4 6 7 8 9 10
4 6 7 8 9 10
.1250
500 1000152025 5 5 б 7 8 2
.1250
500 1000152025 5 5 б 7 8 2
Рис. 14. Диаграммы радиометрии скважин.
Рис. 14. Диаграммы радиометрии скважин.
а'— кривая интенсивности естественного гамма-излучения; б —то же, интенсивности гамма-излучения, зарегистрированного после, бурения скважины на активированном буровом растворе; в — кривая интенсивности рассеянного гамма-излучения; а — кривая плотности тепловых нейтронов; 0 — кривая интенсивности нейтронного (радиационного) гамма-излучения при размере зонда Ьи > 30 cat; е — то же, при LH < 30 см; 1 — глины; 2 —глины глубоководные, топкодисперспые; 3 — пески; 4 — песчаники рыхлые; 5 — песчаники плотные; 6 — карбонаты плотные, чистые; 7 — то же, глинистые; 8 —то же, высокопористые — ситчатые и трещиноватые; 9 — гипс; 10 — ангидрит; 11 — каменный уголь; 12 — антрацит; 13 — изверженные породы; 14 — сульфидные руды.
их распада, изотоп калия ^fg, в значительно меньшей степени актиний и продукты его распада и иные, еще более редкие радиоактивные элементы (рубидий, самарий, лютеций и др.).
Горные породы значительно отличаются содержанием радиоактивных элементов, а следовательно, и интенсивностью естественного гамма-излучения, что дает возможность использовать этот параметр для бескернового изучения пород в скважинах. Из осадочных отложений наибольшую ра-
диоактивность имеют глины; они обычно отмечаются на диаграммах гамма- метода высокой интенсивностью гамма-излучения (рис. 14, а). Далее, в направлении убывания радиоактивности, следуют песчаные и известковистые глины, глинистые пески, песчаники, чистые пески и большинство карбонатных пород. Наименьшую радиоактивность из осадочных пород имеют гидрохимические осадки ( за исключением калийных солей) и большинство каменных углей.
Для измерений естественной радиоактивности горных пород по гамма- излучению применяется специальный измерительный прибор 7, представляю-
Рис. 15. Скелетные схемы радиоактивных методов исследования скважин.
а — схема методов естественного гамма-излучения и изотопов; б — схема нейтронных методов и метода рассеянного гамма-излучения; в — схема одновременной регистрации двух параметров, объединяющая схемы а и б; 1—скважинный прибор; 2— кабель; 3— индикатор естественного гамма-излучения; 4 — каскад предварительного усиления в цепи индикатора 3; 5 —генератор высокого напряжения; 6 — усилитель и каскад формирования импульсов; 7 — интегрирующая ячейка;,S — прибор, регистрирующий естественное гамма-излучение и гамма-излучение в методе изотопов; 9 — блок питания; 10 — индикатор гамма-излучения или нейтронов; 11 — каскад предварительного усиления в цепи индикатора 10; 12 — прибор, регистрирующий плотность медленных нейтронов, нейтронное гамма-излучение или рассеянное гамма-излучение; 13 — источник нейтронов или гамма-лучей; 14 — свинцовый экран; 15 — каскад повторного усиления, разделения и формирования импульсов тока, подаваемых от индикаторов з и 10; 16 — кривая интенсивности естественного гамма-излучения; 17 — то же, нейтрон- "ного гамма-излучения.
щий собой герметическую гильзу (рис, 15, а), которая опускается в скважину на стандартном трех- или одножильном кабеле 2. В гильзе установлен индикатор 3 гамма-излучения (обычно разрядный или сцинтилляционный счет- чикУ, генератор 5 высокого напряжения, питающий счетчики, и первый каскад усиления 4.
Импульсы тока, возникающие в цепи первого каскада усиления, передаются по кабелю 2 на поверхность, где поступают во второй каскад 6 усиления. Здесь импульсы тока вновь усиливаются и ограничиваются по продолжительности и амплитуде, что дает возможность достигнуть пропорциональности между средним значением напряжения на выходных клеммах усилителя и числом гамма-квантов, воспринятых счетчиком в единицу времени. Импульсы напряжения на выходе усилителя подаются на интегрирующую ячейку 7 и затем регистрируются автоматическим потенциометром 8, полевым потенциометром, сопряжённым с полуавтоматическим регистратором, или фоторегистратором. Питание схемы осуществляется от блока 9. Записанная кривая разности потенциалов на выходе фильтра в установлен*
4 заказ 714.
ном масштабе представляет собой диаграмму изменения интенсивности гамма- излучения пород по разрезу исследуемой скважины (рис. 14, а; рис. 15, а). Изучение этой диаграммы дает возможность выделить различные породы, отличающиеся содержанием радиоактивных элементов.
Область п р и м е и е п и я мето д а: расчленение разрезов скважин (в частности, закрепленных обсадной колонной); ■ выделение пород, обогащенных глинистым материалом; выделение и детальное изучение промышленных скоплений радиоактивных минералов, калийных солей и фосфатов. । /
- Метод изотопов
В методе изотопов изучается интенсивность Jyn гамма-излучения пород в скважине, бурившейся па растворе, содержащем радиоактивные изотопы, или обработанной радиоактивными растворами после бурения. Активированный буровой раствор, проникая в.поры пород, повышает их радиоактивность (см. рис. 14, б). Это даст возможность по кривым интенсивности гамма-излучения, зарегистрированным после обработки скважины и последующей смены активированного раствора на обычный, выделять по зонам повышенной интенсивности гамма-излу.чедия_„.проницасмые и эф- „фективно-пористые породы и оценивать коэффициент их эффективной пористости. " ’ "
' Для измерения интенсивности 1?Й искусственно созданного гамма-излучения применяется та же установка, что и для измерения естественного гамма- излучения (рис. 15, а). ,
Область применения метода: выделение эффективнопористых, кавернозных, трещиноватых и проницаемых пород. Расчленение .нефтеносных и водоносных пород; определение мест гидравлического разрыва пласта зон интенсивного поглощения и затрубной циркуляции бурового раствора и участков подъема цемента за колонной (см. § 14).
, Метод рассеянного гамма-излучения
В э^гом методе изучается гамма-излучение радиоактивного источника^ рассеянное окружающими породами. Рассеянное гамма-излучение возникает в процессе фотоэлектрического и комптоновского взаимодействия первичных гамма-лучей источника с окружающей средой. Согласно теории и экспериментальным наблюдениям в том случае, когда гамма-лучи источника обладают достаточно высокой энергией, интенсивность рассеянного гамма-излучения при достаточном расстоянии от источника до индикатора гамма-лучей убывает с увеличением плотности облучаемых горных пород, а следовательно, в породах заданного минералогического состава зависит от пористости пород. При использовании источника гамма-излучения низких энергий в том случае, когда в процессе поглощения излучения основную роль играет фотоэффект, интенсивность рассеянного гамма-излучения в основном определяется содержанием в породе ^тяжелых минералов, содержащих элементы с большим* атомным номером.
В качестве источника первичных гамма-лучей могут использоваться различные радиоактивные изотопы, как, например, Go60, Cs134, Sb124, Eu166. Для измерения интенсивности гамма-излучения применяется схема, аналогичная. приведенной на рис. 15, б, отличающаяся от схемы рис. 15, а наличием источника гамма-лучей 13, между которым и разрядными счетчиками 10 установлен свинцовый экран 14. Для детального изучения разрезов скважин применяется также дифференциальная схема, состоящая из источника гамма- лучей и двух сближенных индикаторов гамма-излучения, установленных
на разных расстояниях от источника х. В этой схеме измеряется разность показаний индикаторов.
Область применения метода: расчленение разреза скважины по плотности горных пород, выделение газоносных пород, высокопористых п кавернозных карбонатных отложений; выявление ископаемых углей и зон оруднепия, выделение пород, содержащих тяжелые элементы.
Нейтрон -нейтронный мет од
В пейтроп-нейтропном методе бескериовая геологическая документация разрезов скважин производится по данным измерения плотности тепловых или. надтепловых нейтронов в среде, окружающей источник нейтронов.
Источник нейтронов представляет собой смесь радиоактивных элементов (радия, полония и др.) с бериллием 2. 'Быстрые нейтроны, излучаемые источником с энергией порядка 5 Мэв и скоростью до ЗХ109 см/сек, при упругих соударениях с ядрами элементов, входящих в состав среды, окружающей источник, замедляются до скоростей порядка 2,2 X 10б см!сек и соответствующих им энергий 0,0256 эв, наблюдаемых при тепловом движении молекул, и переходят в тепловое состояние. После замедления нейтрон в течение времени, определяемого долями миллисекунды, захватывается ядром одного из элементов среды, окружающей источник.
Процесс замедления нейтронов в среде, окружающей источник, зависит от ее химического состава. Чем больше легких элементов и чем. меньше их атомный вес, тем больше энергии отдает нейтрон при столкновении с ядром и тем скорее протекает процесс замедления. Поэтому процесс замедления и плотность надтепловых и тепловых нейтронов зависят от химического состава, а следовательно, и от литолого-петрографических особенностей изучаемых горных пород.
Так как из числа легких элементов водород обладает резко повышенными свойствами к замедлению нейтронов и его присутствие в высокопористых вод о- и нефтенасыщенных породах достаточно велико, то по плотности нейтронов надтепловых и тепловых энергий возможно выделять породы с повышенным содержанием водорода. Последними обычно являются высокопористыв всдо- и нефтеносные отложения., изучение которых представляет большой практический интерес при исследовании нефтяных, газовых и гидрогеологических скважин. -
Для измерения плотности тепловых нейтронов в скважину в стальной герметической гильзе на трехжильном или одножильнцм кабеле 2 (рис. 15, 6) опускается измерительное устройство, состоящее из индикатора 10 тепловых нейтронов (бор-фторовых пропорциональных счетчиков и др.), питаемого генератором 5, и усилителя 11.
Эта схема, а также методика применения изучения рассеянного гамма-излучения для выделения угольных пластов в разрезах скважин разработаны в Уральском филиале АН СССР под руководством проф. 10. П. Булашевича. , ’
В настоящее время для исследования1 скважин начинают применяться генераторы нейтронов с линейными ускорителями. Такие генераторы состоят из источника электрической энергии высокого напряжения, источника ионов дейтерия, ускорительной трубки и мишени, содержащей тритий. Ионы дейтерия, доведенные в ускорителе до энергий порядка 150 кэс, бомбардируют мишень трития. При этом в результате реакции D-|-T — = 1г 4- Не излучаются нейтроны с энергией 14 Мее. По сравнению с полониево-берил- лиовыми и другими аналогичными источниками нейтронов нейтронные генераторы с ускорительными системами обладают рядом существенных преимуществ. Они могут создавать потоки нейтронов на несколько порядков большие, чем источники с радиоактивными препаратами, оставаясь при этом безопасными для обслуживающего персонала, ‘и могут быть использованы как в стационарном, так и в импульсном режиме. Эти преимущества нейтронных генераторов значительно расширяют область практического использования нейтронных методов исследования скважин.
Медленные нейтроны, проходя через бор-фторовый счетчик, захватываются бором, имеющим высокое сечение поглощения для медленных и, особенно, тепловых нейтронов (03 = 752 барн).
В результате реакции, протекающей по уравнению
^pio-p^i —> 3Li7-|-2He4-]-y, (40)
образуются альфа-частицы, обладающие, как известно, высокой ионизирующей способностью. Альфа-частицы, ионизируя газ, заполняющий счетчик, создают в цепи счетчика импульсы тока. Импульсы возникающего при этом тока в счетчике усиливаются усилителем 77 и по кабелю 2 подаются на поверхность. Здесь они вновь усиливаются, ограничиваются по продолжительности и по амплитуде усилителем. 6 и после суммирования интегрирующей ячейкой 7 измеряются регистрирующей аппаратурой 72, применяемой при других методах радиометрии скважин.
В нижней части гильзы установлен источник быстрых нейтронов 75, между которым и разрядными счетчиками находится свинцовый экран 77.
При измерении нейтронов надтепловых энергий индикатором служат пропорциональные бор-фторовые счетчики, окруженные парафином и кадмием, и некоторые другие индикаторы.
Знак аномалий, наблюдаемых на диаграммах нейтронного метода при пересечении пород с отличными нейтронными свойствами, зависит от расстояния La между источником и индикатором нейтронов. Это расстояние называется размером нейтронного зонда.
При ЬИ > 0,2 4- 0,4 м породы с повышенными значениями нейтронных параметров — длины замедления А/, диффузионной длины La и времени жизни т (в частности, плотные породы) — отмечаются на диаграмме увеличенными значениями плотности пп тепловых нейтронов (см. рис. 14, г), а породы с низкими нейтронными свойствами (высокопористые нефте- и водоносные породы, а также глины) — пониженными значениями пп [1, 42]. При LK < 0,2 4- 0,4 м плотные породы отмечаются уменьшенным значением плотности нп тепловых нейтронов по сравнению с водоносными. Подобный характер диаграмм объясняется особенностями рассеяния и поглощения нейтронов в процессе их распространения и позволяет, если работать с нейтронным зондом оптимального размера, решать поставленные задачи с наибольшей эффективностью.
Область применения метода: расчленение разрезов скважин по содержанию водорода; выделение хлорсодержащих гидрохимических осадков и других элементов, обладающих аномалийными нейтронными свойствами (например, бора, марганца); отделение нефтеносных пластов от водоносных в условиях высокой минерализации пластовых вод.
Нейтронный гамма-метод •
В нейтронном гамма-методе, основанном на исследовании дальнейших превращений в нейтронном потоке, изучается интенсивность гамма-излучения, возникающего при радиационном захвате нейтронов ядрами элементов, составляющих породу. Это гамма-излучение в практике геофизических исследований скважин условно называется радиационным или нейтронным гамма-излучением.
Тепловые нейтроны, образовавшиеся в среде, окружающей источник, через промежуток времени, исчисляемый в бреднем долями миллисекунды, захватываются ядрами элементов, составляющих эту среду. Из различных ядерных реакций, возникающих при захвате нейтронов горными породами, наиболее часто наблюдаются (и, у)-реакции
z^A+,m-.zXA+1+y, (4П
при которых ядро gXA исходного элемента X с атомным номером Z и массовым числом А, захватывая нейтрон о^, переходит в изотоп исходного элемента с массовым числом на единицу большим. Захват нейтрона сопровождается излучением гамма-квантов, энергии которых для различных элементов, участвующих в реакции (41), изменяются в пределах от долей до десяти и даже более Мэв.
Одной из наиболее распространенных реакций (41), наблюдающихся в условиях скважины, является реакция захвата медленного нейтрона водородом:
рН1-!^1 —> ^4^2,23 Mas* (42)
Так как водород является интенсивным замедлителем нейтронов, то вероятность реакции (42) особенно велика в высокопористых подо- и нефтеносных породах, в которых водород содержится в повышенном количестве. Это дает возможность четко выделять по данным нейтронного гамма-метода такие породы в разрезах скважин.
Из других ядерных реакций, наблюдающихся в горных породах при исследовании нефтяных скважин, большое практическое значение имеет реакция захвата тепловых нейтронов хлором (сечение захвата 33 барна), сопровождающаяся интенсивным гамма-излучением (в среднем до 2—3,1 у- квантов 1 на один захват) при повышенной энергии излучения. Эта реакция дает возможность использовать нейтронный гамма-метод для выделения пород с повышенным содержанием хлора и, в частности, для отделения нефтеносных пород от водоносных.
Для измерения интенсивности нейтронного гамма-излучения в скважину в стальной герметической гильзе па трех- или одножильном кабеле 2 (см. рис. 15, б) опускается измерительное устройство, аналогичное устройству в нейтрон-нейтронном методе и отличающееся только тем, что в нем имеется группа разрядных счетчиков. .
В современных устройствах для радиометрии скважин нейтронное и естественное гамма-излучение измеряют одновременно (см. рис. 15, в). С этой целью импульсы тока, возникающие в индикаторах при регистрации гамма-квантов в различной полярности, подаются на поверхность, где разделяются специальным устройством 15 и регистрируются измерительными приборами 8 и 12. Для исключения искажающего влияния нейтронного гамма-излучения на измерение интенсивности естественного гамма-излучения индикаторы последнего устанавливаются на достаточно большом расстоянии (до 2 ж) от источника нейтронов.
Интенсивность измеряемого нейтронного гамма-излучения в различных горных породах зависит от расстояния между источником нейтронов и индикатором гамма-излучения. Это расстояние называется размером Lu нейтронного гамма-зонда. От величины LH (так же как и в нейтронном методе) зависит знак аномалии, наблюдаемой на диаграммах интенсивности радиационного гамма-излучения при пересечении пород с отличными нейтронными свойствами. При ЬИ >0,2 4- 0,4 м породы с повышенными нейтронными свойствами (L/, La и т) отмечаются на диаграммах максимумами интенсивности 1п? нейтронного гамма-излучения (см. рис. 14, д), а при Ln < 0,2 -у 0,4 м — минимумами (см. рис. 14, е). В практике обычно применяются зонды с размерами ZH, варьирующими от 40 до 60 см. При измерении интенсивности J^ нейтронного гамма-излучения с зондами указанного размера высокопористые водородосодержащие глины и кавернозные известняки четко отмечаются минимумами изучаемого параметра. Наоборот, максимумы нейтронного гамма-* излучения наблюдаются в плотных известняках и, особенно, в ангидритах
(см. рис. 14, 5), в которых содержание водорода ничтожно, а также в породах с повышенной минерализацией пластовых вод и в хлористых солях.
Область применения метода: расчленение разреза скважин по водородосодержапию; выделение пород повышенной пористости; определение коэффициента пористости; выделение пород с повышенным содержанием бора, хлора, марганца, ртути, кадмия и некоторых других элементов; отделение нефтеносной части от водоносной; решение перечисленных задач как в обсаженных, так и в необсаженных скважинах.
\ /
\ / Метод наведенной радиоактивности
Метод наведенной радиоактивности (МНР) заключается в изучении
горных пород в скважинах по данным измерения интенсивности и характера
Рис. 16. Кривые распада отдельных радиоактивных изотопов и их смеси.Рис. 16. Кривые распада отдельных радиоактивных изотопов и их смеси.распада радиоактивных изотопов, образовавшихся в результате ядерных реакций с нейтронами. Это излучение в дальнейшем условно будем называть гамма-излучением активации.
Рис. 16. Кривые распада отдельных радиоактивных изотопов и их смеси.
Рис. 16. Кривые распада отдельных радиоактивных изотопов и их смеси.
Периоды полураспада радиоактивных изотопов главнейших элементов, входящих в состав горных пород, значительно различаются между собой. Это дает возможность при изучении интенсивности й характера изменения во времени гамма-излучения
активации установить не только присутствие, но и определитьактивации установить не только присутствие, но и определитьГ— кривая распада изотопа 2gCu6« (74/2=12,8 часа); 2 —то же, изотопа 25Мп5в(7Ч/2 = 2,6 часа); 3 — то же, смеси, содержащей изотопы гвМпбб и 29Cu64.
активации установить не только присутствие, но и определить
активации установить не только присутствие, но и определить
количественно содержание многих элементов. Так, например, образующийся при облучении нейтронами алюминия его изотоп 13АГ28 распадается с периодом полураспада 2,3 мин., изотоп магния 12Mg26 —с периодом полураспада 10,2 мин., изотоп хлора 17С138 — 37 мин., изотоп марганца 2оМн66 —2,6 часа, изотоп натрия nNa24 — 15 час., изотоп вольфрама 74W187—25 час., изотоп золота 7эАп198 —2,7 дня
и т. д.
Таким образом, анализируя кривые изменения интенсивности Jya гамма- излучения активации во времени (рис. 16), возможно выделить присутствие тех или иных элементов и далее по величине наблюдаемой интенсивности гамма-излучения активации при соответствующей тарировке прибора определить количество этих элементов в породе [7]. Последнее предопределяет возможность наиболее точного определения пород, пройденных скважиной, что является главнейшим этапом бескерновой геологической документации разрезов скважин. Принципиальная возможность решения этой задачи методом наведенной радиоактивности ставит этот метод в число наиболее перспективных способов геофизического исследования разрезов скважин.
Интенсивность Jya гамма-излучения активации и характер изменения его во времени определяются после предварительного облучения пород нейтронами. Для этого могут быть использованы радие-бериллиевые, полониево- бериллиевые и сурмяно-бериллиевые источники и генераторы нейтронов.
Интенсивность гамма-излучения активации измеряют радиометрической скважинной аппаратурой, обычно отличающейся от аппаратуры гамма-метода применением спектрально чувствительных индикаторов. Время облучения и последующего исследования наведенной радиоактивности зависит от периода
полураспада радиоактивного изотопа изучаемого элемента и изменяется в пределах от нескольких минут до нескольких часов и даже суток.
Метод наведенной активности пока но получил широкого практического применения. Это объяснется, во-первых, необходимостью облучения пород нейтронными источниками значительно большой мощности, чем мощности источников, с которыми проводятся работы при обычных нейтронном и гамма-нейтроном методах, и, во-вторых, длительностью времени, требующегося для проведения исследований па современном этапе состояния метода. Однако метод наведенной радиоактивности по мере развития техники исследования, несомненно, получит широкое использование и в первую очередь для детального изучения химического состава, пород на участках разреза скважин, имеющих промышленный интерес.
Область применения метода: детальное изучение разрезов скважин с целью определения содержания натрия, магния, алюминия, марганца, меди и других элементов при поисках месторождений, этих ископаемых; отделение нефтеносной части пласта от водоносной.
| / Методика гамма-спектроскопии
Сущность методики гамма-спектроскопии заключается в изучении разрезов скважин на основании анализа спектра гамма-излучений естественного, нейтронного и активации.
Методика гамма-спектроскопии дает возможность значительно повысить точность изучения разрезов скважин радиоактивными методами, так как энергии гамма-излучения, возникающего при радиа'ццошюм захвате нейтронов и при распадах естественных и искусственно созданных (облучением нейтронами) радиоактивных элементов, различны. Энергию гамма- излучения измеряют при помощи специальных схем, применяемых при гамма- спектроскопии атомных ядер [42], например при помощи сцинтилляционного счетчика, схем совпадений и использования спектрально-чувствительных индикаторов.
Область применения метода: изучение спектральной характеристики гамма-излучения с целью уточнения химического состава горных пород и, в частности, для определения водо-нефтяного контакта.
Новые методы радиометрии скважин
К числу новых направлений возможного использования радиоактивных излучений для бесксриового изучения разрезов скважин, над созданием которых работает научная мысль, относятся методы изучения горных пород, основанные па следующем.
Изучение распределения нейтронов по времени и энергиям с использованием импульсных нейтронных генераторов. Разработка этого метода позволит:
изучать распределение быстрых нейтронов и характер их замедления, что должно дать возможность более точного выделения в породах легких элементов и в первую очередь водорода и углерода;
изучать явления резонансного захвата нейтронов, характерного для многих, особенно редких, элементов;
исследовать химический состав горных пород по данным изучения периода полураспада короткоживущих изотопов.
Изучение ядерных реакций с нейтронами высоких энергий.
Фоторасщепление ядер с использованием мощных генераторов гамма- излучения высоких энергий.
Изучение термозиого гамма-излучения при облучении пород бета- частицами высоких энергий.
Рис. 17. Термограмма 1 и графики изменения геотермического градиента 2 и теплового сопротивления 3 пород.Рис. 17. Термограмма 1 и графики изменения геотермического градиента 2 и теплового сопротивления 3 пород.
Рис. 17. Термограмма 1 и графики изменения геотермического градиента 2 и теплового сопротивления 3 пород.
Рис. 17. Термограмма 1 и графики изменения геотермического градиента 2 и теплового сопротивления 3 пород.
Значительная дифференциация горных пород по их естественной радиоактивности и способности различно реагировать на облучение нейтронами, возможность изучения глинистости и пористости пород радиоактивными методами, а также относительно слабая зависимость их показаний от состояния глинистого раствора и наличия обсадных колонн обеспечили высокую эффективность этих методов и широкое использование их в промысловой геофизике. Большие возможности в области дальнейшего развития и усовершенствования радиометрии скважин ставят ее на одно из первых мест среди других геофизических методов исследования скважин.
ТЕРМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ
В основу термических методов изучения горных пород положена зависимость характера распространения тепловых полей в скважине от термических свойств: теплового сопротивления £, теплоемкости с и температуропроводности а пород, окружающих скважину. Зная эти свойства и законы распространения тепловых полей, возможно по данным измерения температур:
изучать геологические разрезы скважин;.
устанавливать наличие полезных ископаемых, как, например, газа,, нефти, сульфидов и др.;
изучать строение месторождений и прилегающих к ним площадей.
Термические методы также могут использоваться для решения ряда вопросов, связанных с изучением технического состояния скважин, о чем подробнее говорится в § 14.
Термические методы исследования скважин подразделяются на методы естественного и искусственного тепловых полейв
Метод естественного теплового поля
В методе естественного теплового поля изучается распределение температур, созданных естественным региональным (глубинным) тепловым полем земли и естественными тепловыми полями местного происхождения. Последние наблюдаются в газо- и нефтеносных породах, в галогенных осадках,.
в сульфидных залежах, угольных пластах и в водоносных горизонтах с циркулирующими в них. водами. Они возникают в связи с физикохимическими процессами, протекающими как в самой породе, так и на поверхности соприкосновения ее с окружающей средой [8].
При изучении естественного теплового поля земли измеряется величина геотермического градиента
г = №>
определяющего интенсивность нарастания температур с глубиной z (рис. 17,1). Геотермический градиент зависит от плотности g теплового потока и удельного теплового сопротивления £ пород:
Г=д§. (44)
Числовое значение геотермического градиента (рис. 17, 2^ равное тангенсу угла а (рис. 17, 7) наклона геотермической кривой к оси глубин, определяется величиной приращения Zlt температуры земли при углублении точки замера на 1 м. А
Из формулы (44) ирис. 17,2 и 3 следует, что повышение геотермического градиента, а следовательно, и интенсивности нарастания температур с глубиной будет наблюдаться на участках скважины, сложенных породами высокого теплового сопротивления, например глинами. Наоборот, понижение градиента и интенсивности нарастания температур будет отмечаться там, где залегают породы пониженного теплового сопротивления (карбонатные и гидрохимические осадки). Это дает возможность по термограмме естественного теплового поля расчленять породы, пройденные скважиной, по литологическим признакам.
Изучение характера распределения температур в верхних слоях земли позволяет не только исследовать разрез скважины,^ но и давать прогнозы, о глубинном строении разведуемых участков, прилегающих к ним площадей и особенностях общего строения геологических провинций [8].
' Область применения метода: изучение термического состояния недр; поиски глубоко залегающих структур по характеру изменения теплового поля в наиболее верхних слоях литосферы; определение местоположения подземных теплоносителей и некоторых полезных ископаемых (газа, нефти, ископаемых углей и сульфидов).
Метод искусственного теплового поля
В методе искусственного теплового^поля изучается распределение температур, созданных тепловыми полями экзотермической реакции схватывания цемента, (при цементации скважин) и бурового раствора отличной темпера
туры от температуры пород, окружающих скважину.
Чем больше температуропроводность пород (меньше тепловое сопротивление), тем в большей степени изменяется температура бурового раствора за один и тот же промежуток времени (рис. 18). В связи с этим против пород, имеющих температуропроводность, отличную от температуропроводности окружающей среды, возникают аномалии температур. Если буровой раствор имеет более высокую температуру to, чем температура 1П окружающей среды (рис. 18, 77), породы с пониженным тепловым сопротивлением (повышенной температуропроводностью), например водоносные пески, отмечаются на термограмме зонами минимумов температур, а породы с повышенным тепловым сопротивлением (глины, сухие пески и т. д.) — максимумами температур. Обратное наблюдается в том случае, когда буровой раствор имеет температуру to ниже температуры tn пород (рис. 18, 7). В этом случае водо-
Рис. 18. Термограммы, зарегистрированные методом искусственного теплового поля.
I — кривая температур при /о < <п; II — то же, при to > Ц; 1 — глины; 2 — известняки; 3 — пески; 4 — ангидриты. .
Рис. 19. Принципиальная схема замора температур электрическим термометром сопротивлений.Рис. 19. Принципиальная схема замора температур электрическим термометром сопротивлений.носные пески выделяются максимумами температур, а глины и сухие пески — минимумами.
Рис. 19. Принципиальная схема замора температур электрическим термометром сопротивлений.
Рис. 19. Принципиальная схема замора температур электрическим термометром сопротивлений.
При известных тепловых свойствах пород, слагающих разрез исследуемой скважины, измерение температур иЬкусствоиного теплового поля дает возможность установить в разрезе скважины местоположение этих пород.
Область применения метода: расчленение разрезов '•скважин (главным образом обсаженных); выделение газоносных, нефтеносных и проницаемых пластов и гидрохимических осадков.
Для измерения температур в скважинах обычно применяются термометры электрические (сопротивления) и реже ртутные.
Термометр Т сопротивления представляет собой электрический мост, состоящий из четырех сопротивлений (рис. 19). Два плеча моста R^ и д^ одинакового сопротивления Rc изготовляются из манганиновой ■ или константановой проволоки с весьма малым температурным коэффициентом at. Сопротивление этих плеч практически не зависит от температуры. Для двух других плеч Rlv и R^ берется проволока с возможно большим температурным коэффициентом,например медная проволока, у которой-а, = 4,45х10~3/°С.
При пропускании тока I через диагональ аЪ моста между точками m и и другой диагонали возникает разность потенциалов:
ди ^Um-Un = ^Ub-™Rc^-\Ub^') =
= ~ (Rl - Rc) = ™ ^Rc [1 + at (t - Zc)] - R*^ =
=-^ Rc at (t ■—tc),(45)
где Um, U^ и Ub — потенциалы в точках моста, указанных индексами, и tc — температура равновесия термометра, при которой числовое значение R1 равно Rc.
Т — термометр; К— кабель; Г — генератор постоянного тока; Р — реостат для регулирования силы тока; мА — миллиамперметр; II — прибор для измерения температуры (разности потенциалов); А и В — заземления питающей цепи; Bp R^ и R.|, В g — постоянные и изменяющиеся с температурой сопротивления термометра.Как следует изТ — термометр; К— кабель; Г — генератор постоянного тока; Р — реостат для регулирования силы тока; мА — миллиамперметр; II — прибор для измерения температуры (разности потенциалов); А и В — заземления питающей цепи; Bp R^ и R.|, В g — постоянные и изменяющиеся с температурой сопротивления термометра.Как следует из_ формулы (45), Ди пропорционально температуре t среды, окружающей термометр. Это дает возможность непрерывно замерять температуру в скважинах с термометром сопротивлений путем регистрации разности потенциалов в диагонали inn моста автоматическим потенциометром, полевым потенциометром с полуавтоматическим регистратором или фоторегистратором П. Электрический термометр питается от батареи сухих элементов, выпрямителя или генератора постоянного тока Г. Реостат Р служит для регулирования силы тока, величина которого измеряется миллиамперметром мА. Термометр опускается в скважину на стандартном кабеле К с возможно более высоким сопротивлением изоляции жил. Для исключения погрешностей температур вследствие перемешивания бурового раствора при движении термометра и кабеля замер температур производится при спуске термометра после некоторого простоя скважины. Продолжительность этого простоя определяется характером термических исследований и требуемой точностью регистрации температур [8].
Т — термометр; К— кабель; Г — генератор постоянного тока; Р — реостат для регулирования силы тока; мА — миллиамперметр; II — прибор для измерения температуры (разности потенциалов); А и В — заземления питающей цепи; Bp R^ и R.|, В g — постоянные и изменяющиеся с температурой сопротивления термометра.
Как следует из
Т — термометр; К— кабель; Г — генератор постоянного тока; Р — реостат для регулирования силы тока; мА — миллиамперметр; II — прибор для измерения температуры (разности потенциалов); А и В — заземления питающей цепи; Bp R^ и R.|, В g — постоянные и изменяющиеся с температурой сопротивления термометра.
Как следует из
Рис. 20. Принципиальная схема скважинных магнитометров.Рис. 20. Принципиальная схема скважинных магнитометров.а — В. А. Шпака; б — А. В. Велиева; в — Н. А. Иванова; 1 — генераторная катушка; 2, з и 4 — измерительные катушки; 5 — кабель; 6 — выпрямитель; 7 — измерительный прибор; 8 — генератор переменного тока; 9 — катушка индуктивности; 10—скважинный снаряд; 11—блок питания; /2—фильтр; 13 — компенсатор пуля; 14 — латунная гильза; 15 — постоянный маг- нит;1<? — катушка; 17 — интегрирующая ячейка; 18 — камертонный генератор; 19 — ламповый усилитель; 30 — выпрямитель.а — В. А. Шпака; б — А. В. Велиева; в — Н. А. Иванова; 1 — генераторная катушка; 2, з и 4 — измерительные катушки; 5 — кабель; 6 — выпрямитель; 7 — измерительный прибор; 8 — генератор переменного тока; 9 — катушка индуктивности; 10—скважинный снаряд; 11—блок питания; /2—фильтр; 13 — компенсатор пуля; 14 — латунная гильза; 15 — постоянный маг- нит;1<? — катушка; 17 — интегрирующая ячейка; 18 — камертонный генератор; 19 — ламповый усилитель; 30 — выпрямитель.
Рис. 20. Принципиальная схема скважинных магнитометров.
Рис. 20. Принципиальная схема скважинных магнитометров.
а — В. А. Шпака; б — А. В. Велиева; в — Н. А. Иванова; 1 — генераторная катушка; 2, з и 4 — измерительные катушки; 5 — кабель; 6 — выпрямитель; 7 — измерительный прибор; 8 — генератор переменного тока; 9 — катушка индуктивности; 10—скважинный снаряд; 11—блок питания; /2—фильтр; 13 — компенсатор пуля; 14 — латунная гильза; 15 — постоянный маг- нит;1<? — катушка; 17 — интегрирующая ячейка; 18 — камертонный генератор; 19 — ламповый усилитель; 30 — выпрямитель.
а — В. А. Шпака; б — А. В. Велиева; в — Н. А. Иванова; 1 — генераторная катушка; 2, з и 4 — измерительные катушки; 5 — кабель; 6 — выпрямитель; 7 — измерительный прибор; 8 — генератор переменного тока; 9 — катушка индуктивности; 10—скважинный снаряд; 11—блок питания; /2—фильтр; 13 — компенсатор пуля; 14 — латунная гильза; 15 — постоянный маг- нит;1<? — катушка; 17 — интегрирующая ячейка; 18 — камертонный генератор; 19 — ламповый усилитель; 30 — выпрямитель.
Имеются также специальные конструкции термометров для регистрации геотермического градиента в методе естественного теплового поля и вариации температур в методе искусственного теплового поля [5, 81.
Термические методы так же, как и радиоактивные, могут применяться для исследования как закрепленных обсадной колонной, так и незакрепленных скважин.
МАГНИТНЫЕ МЕТОДЫ
В магнитных методах исследования разрезов скважин бескерновое ■изучение горных пород производится по данным измерения магнитной вос
и искусственногои искусственногоприимчивости пород и напряженностей естественного
и искусственного
и искусственного
■магнитных полей.
Достаточно резкая дифференциация горных пород по их магнитной восприимчивости от —-2х 1CTG •CGSM (гидрохимические осадки) до 5000 X 10-°С(%'М и более (уль- траосновные изверженные породы) ■благоприятствует использованию этого параметра для бескернового изучения разрезов скважин. Однако промышленное использование магнитометрии до последнего времени ограничивалось довольно узкой областью изучения разрезов скважин, бурящихся на рудных месторождениях. Это объяснялось отсутствием до последнего времени удачных конструкций скважинных магнитометров высокой чувствительности, при помощи которых возможно было бы дифференцировать осадочные породы. Магнитная восприимчивость последних относительно невелика и обычно изменяется в пределах от —2х10~6до 100 Х10~с(ЖМи лишь в редких случаях (при железистом оруднении) достигает больших величин.
В первом скважинном магнитометре В. А. Шпака в скважину опускались: первичная катушка 1 (рис. 20), питаемая переменным током (частотой 50 зц), и три вторичные (измерительные) катушки 2,
3 и 4. Витки катушек 2 и 4 включены навстречу виткам катушки 3. Количество витков и расстояния между катушками выбраны такими, при которых при расположении прибора в воздухе э. д. с. е2 и е4, индуцированные магнитным полем катушки 1 в витках катушек 2 и 4, равны и противоположны по знаку э. д. с. е8, индуцированной в витках катушки 3. Если магнитные свойства среды, окружающей прибор, изменятся, то магнитный поток, созданный катушкой 1, будет стремиться замкнуться в среде с повышенной магнитной проницаемостью (повышенной магнитной восприимчивостью). Вследствие этого равенство э. д с. е? -J- е4 и ?8 нарушится и в измерительной цепи прибора появится результирующая разность потенциалов. Числовое значение этой разности потенциалов будет тем больше, чем больше магнитная восприимчивость пород, окружающих первичную катушку 1. Разность потенциалов по кабелю 5 передается на поверхность земли, где выпрямляется схемой 6 и регистрируется измерительным прибором 7.
Рис. 21. Пример диаграммы магнит омет - рии скважины.Рис. 21. Пример диаграммы магнит омет - рии скважины.I — магнитограмма, за регистрированная прибором А. В. Вешева; II— диаграмма магнитной восприимчивости горных пород, построенная по данным измерений, выполненных на образцах пород; 1 — порфириты; 2 — гранодиориты.I — магнитограмма, за регистрированная прибором А. В. Вешева; II— диаграмма магнитной восприимчивости горных пород, построенная по данным измерений, выполненных на образцах пород; 1 — порфириты; 2 — гранодиориты.
Рис. 21. Пример диаграммы магнит омет - рии скважины.
Рис. 21. Пример диаграммы магнит омет - рии скважины.
I — магнитограмма, за регистрированная прибором А. В. Вешева; II— диаграмма магнитной восприимчивости горных пород, построенная по данным измерений, выполненных на образцах пород; 1 — порфириты; 2 — гранодиориты.
I — магнитограмма, за регистрированная прибором А. В. Вешева; II— диаграмма магнитной восприимчивости горных пород, построенная по данным измерений, выполненных на образцах пород; 1 — порфириты; 2 — гранодиориты.
Несмотря на простоту устройства, прибор В. А. Шпака не получил промышленного применения в связи со значительным влиянием электропроводности горных пород на измерения их магнитных свойств. Магнитное поле катушки 1 индуцирует в породах, окружающих прибор, круговые токи тем большей плотности, чем больше электропроводность пород. Индуцированные токи создают переменные магнитные поля, генерирующие- в измерительных катушках э. д с. Последние складываются с э. д. с., созданными изменением магнитного потока катушки 1 в связи с изменением магнитной проницаемости пород, и тем самым искажают измерения их магнитных свойств. Это явление дало возможность на основе скважинного магнитометра В. А. Шпака создать индукционный метод исследования скважин, о котором говорилось в § 3.
За последние годы были разработаны новые конструкции скважинных
магнитометров, к числу которых относятся следующие.
Прибор со скользящими контактами А. С. Семенова и О. К. Владимирова для исследования пород с высокой магнитной восприимчивостью. В этом приборе магнитное поле, созданное током, проходящим в первичной обмотке катушки с железным сердечником, замыкается через породы, окружающие скважину, с которыми сердечник катушки соприкасается при помощи скользящих контактов. В зависимости от магнитной проницаемости (магнитной восприимчивости) пород изменяется величина магнитного потока, созданного током, протекающим в первичной обмотке, а следовательно, и величина напряжения во вторичной обмотке, по которому оценивают магнитные свойства пород.
Прибор с индуктивной катушкой А. В. Вешева. В этом приборе (рис. 20, б) в скважину на кабеле 5 опускается воспринимающее устройство, состоя-’ щее из катушки индуктивности 9 с железным сердечником, питаемой
переменным током частотой 400 г^ от лампового генератора. Катушка включена в одно из плеч измерительного моста [39]. Разности потенциа
лов, возникающие на измерительной диагонали моста в связи с изменением реактивной слагающей сопротивления катушки- 9, при изменении магнитной восприимчивости изучаемых пород усиливаются, выпрямляются и подаются на поверхность. Генератор, мост, усилитель и фазовый детектор установлены в герметическом скважинном снаряде 10. На поверхности находятся блок питания 11, фильтр 12, компенсатор нуля 13 и регистрирующий прибор 7.
Скважинный магнитометр А. В. Вешева является высокочувствительным прибором, позволяющим изучать породы с магнитной восприимчивостью порядка единиц lO^C'GSM [39].
Индукционный скважинный магнитометр Н. А. Иванова. В приборе Н. А. Иванова в скважину в немагнитной латунной гильзе 14 опускается постоянный магнит 15 (рис. 20, в), на котором надета катушка 16 с большим числом витков тонкой медной проволоки.
При движении снаряда с постоянной скоростью в витках катушки индуцируются э. д. с., пропорциональные изменению магнитной восприимчивости окружающих горных цород.
Индуцированные э. д. с. подаются по кабелю 5 на поверхность, где интегрируются ячейкой 17, при помощи камертонного генератора 18 преобразуются в переменные, далее усиливаются трехкаскадным ламповым усилителем 19, выпрямляются каскадом 20 и регистрируются самопишущим гальванометром 7, показания которого пропорциональны величине изменения магнитной восприимчивости горных пород.
Индукционные скважинные магнитометры Н. А. Иванова в настоящее время выпущены серийно и применяются при исследовании рудных скважин.
Магнитометры с изменяющейся индуктивностью. Эти приборы основаны на значительном изменении магнитной проницаемости некоторых специально обработанных сортов железа при изменении напряженности магнитного поля. Последнее дает возможность определять величину напряженности магнитного поля по значениям э. д. с., инду цироЬанных в витках катушек, сердечники которых изготовлены из указанных выше сплавов.
Область применения метода: расчленение разрезов /скважин; выделение пород, обогащенных ферромагнитными минералами и .зон промышленного скопления магнитных железных руд. Пример магнитограммы скважины, пересекающей породы повышенной магнитной восприимчивости, приведен на рис. 21.
МЕТОД ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТИ ПРОХОДКИ
В методе продолжительности проходки определяется время, затрачиваемое па разбуривание 1 м породы. Этот параметр называется продолжительностью проходки и обозначается символом г.
Продолжительность проходки пропорциональна критическому сопротивлению горных пород —свойству, определяющему сопротивляемость пород разрушению при бурении и изменяющемуся в широких пределах для различных горных пород. Это дает возможность по измерению продолжительности проходки при технически правильном осуществлении бурения (проходка «скважины высококачественными долотами при постоянных нагрузках на забой, числе оборотов долота и полной очистке забоя) изучать породы, пройденные скважиной.
Критическое сопротивление горных пород изменяется в достаточно широких пределах (более чем в 50 раз). Наиболее крепкими являются изверженные породы и, особенно, некоторые кварциты и базальты. Затем идут метаморфические и карбонатные осадочные породы, далее конгломераты, песчаники, глинистые сланцы и пески. Минимальную крепость имеют плывуны.
Продолжительность проходки ранее определялась путем хронометража времени, затрачиваемого на бурение определенного участка скважины. С этой целью на ведущей штанге (квадрате) бурового инструмента через определенные интервалы (0,25; 0,5 или 1 м в зависимости от детальности, с которой регистрируется диаграмма т) делались насечки. Хронометражист отмечал время прохождения насечек через уровень стола ротора и по разности времен ^за вычетом времени простоев) определял продолжительность проходки. Такой метод регистрации т требует большой затраты труда и средств, дает недостаточную точность и не удовлетворяет запросам геолого-промысловой -службы.
Для повышения точности регистрации диаграмм продолжительности проходки применяются автоматические приборы. Первый из таких приборов 5ыл разработан автором в 1937 г. и получил название регистратора продол-
жите явности проходки. В этом приборе движение перу 1 (рис. 22), записывающему время, затрачиваемое на бурение заданного интервала скважины, передается от синхронного электродвигателя 2. Одновременно с передвижением пора заводится пружина 3 обратного хода. После проходки заданного участка скважины устройство 4 отключает пероппсный механизм от электродвигателя 2 и пружина обратного хода возвращает перо в исходное положение, после чего весь процесс повторяется вновь. Движение бумажной ленты$
Рис. 22. Автоматический регистратор продолжительности проходки В. Н. Дахнова.
1 — переписное приспособление регистратора продолжительности проходки; 2 — синхронный мотор; з —пружина обратного хода; 4 — реле отключения ходового винта;
6 — приемник автосинной передачи; 6 — регистратор давления на режущую кромку ■долота.
на которой записывается диаграмма продолжительности проходки, осуществляется при помощи автосинной электрической передачи от ролика кронблока. Передаточные числа подобраны таким образом, что запись кривой производится в обычно применяемых масштабах-регистрации (1 : 50, 1 : 200, 1 : 500- или 1 : 1000). Одновременно с регистрацией продолжительности проходки прибором записывается диаграмма давления на забой, знание которого необходимо для правильной интерпретации диаграммы продолжительности проходки. Для выключения прибора при спуско-подъемных операциях в цепи, питающей датчик и приемник автосинной передачи, установлены блокирующие устройства, включающие прибор только в период бурения скважины* На рис. 23 приведен пример диаграммы продолжительности проходки, автоматически зарегистрированной этим прибором. '
Регистраторы скорости (продолжительности) проходки, установленные на некоторых газометрических станциях, имеют аналогичный принцип действия и отличаются лишь тем, что показания индикатора отмечаются фоторегистратором. В этих-приборах синхронный электродвигатель через редуктор, фрикционное сцепление и управляющий палец вращает диск, на котором натянут реохорд. С реохордом соприкасается неподвижный ползунок, подключающий введенную часть реохорда к мосту. В диагональ моста включен гальванометр фоторогистратора. Через, каждые 0,25 м проходки реле размыкает фрикцион, и диск с.реохордом при помощи спиральной пружины возвращается в исходное положение. Величина сопротивления, введенного реохордом, а следовательно, и разности потенциалов, отмечаемая гальванометром фоторогистратора, будут пропорциональны времени бурения 0,25 лк
скважины. Отсутствие индикатора давления на забой у этих приборов зна-. чительно ограничивает возможность использования зарегистрированных величин продолжительности проходки для изучения горных нород по их механическим свойствам.
Несмотря на то, что метод продолжительности проходки не получил широкого производственного применения, он имеет перед другими способами геофизического исследования разрезов скважин ряд следующих преимуществ:
возможность надежного выделения крепких, и рыхлых пород —' плотных песчаников и большинства карбонатных пород; характеризующихся высокой продолжительностью проходки, и продуктивных нефтеносных и газоносных песков и песчаников и ископаемых углей, выделяю- I щихся на диаграммах низкими значениями продолжительности проходки;
четкость отбивки границ (при постоянном режиме бурения); продолжительность проходки изменяется лишь в тот момент, когда долото входит в породу отличной крепости;
отсутствие необходимости затраты на регистрацию продолжительности проходки специального времени, требующегося при применении большинства других геофизических методов исследований резрезов скважин; запись кривой продолжительности проходки ведется при бурении скважины и, следовательно, не увеличивает его срока.
Широкое внедрение метода продолжительности проходки-надерживается отсутствием серийного производства регистраторов продолжительности проходки. ''
О б л а с.ть пр име нелия метода: расчленение разрезов сква-^ жин; выделение рыхлых высокопористых пород в карбонатном разрезе; в’ком^ плексе с методом .сопротивлений определение нефте- и газоносности пород.
МЕТОД КАВЕРНОМЕРА
Бёскерновое изучение горных пород в скважинах методом каверномера — прибора, определяющего диаметр скважины, основано на специфическом свойстве многих горных пород обрушиваться, в процессе бурения (глины, глинистые сланцы, пески-плывуны) и увеличивать тем самым диаметр скважины
Рис. 24. Каверномер на сопротивлениях
1 — рычаги каверномера; 8 — пружины, распирающие рычаги; 3 — корпус каверномера; 4 — кулачки; <? —- камера, в которой находится суммирующее устройство; 6 — потенциометр или реостат суммирующего устройства; 7 — компенсатор давления; 8 — пробка компенсатора давления; 9 — токовводящие свечи; ю—свечной мост; 11—предохранительный колпак; 12— камера взрывного раскрывателя рычагов; 13—выточка для бандажа, удерживающего рычаги в сложенном состоянии; 14—трубки каркаса; 15 — раскрыватель рычагов ударного действия.
Ок,ОММ Оу, смОк,ОММ Оу, смГруд 1 Г ^Мт?^ 2 Vzzza3 EBES* lW-^5Груд 1 Г ^Мт?^ 2 Vzzza3 EBES* lW-^5Рис. 25. Пример сопоставления ка- вернограммы с электрограммами.Рис. 25. Пример сопоставления ка- вернограммы с электрограммами.или образовывать сальники (проницаемые песчаники, известняки и доломиты), уменьшающие ее диаметр.
Ок,ОММ Оу, см
Ок,ОММ Оу, см
Груд 1 Г ^Мт?^ 2 Vzzza3 EBES* lW-^5
Груд 1 Г ^Мт?^ 2 Vzzza3 EBES* lW-^5
Рис. 25. Пример сопоставления ка- вернограммы с электрограммами.
Рис. 25. Пример сопоставления ка- вернограммы с электрограммами.
Основной деталью каверномера, измеряющей диаметр скважины, является рычажный механизм. В наиболее широко применяемом каверномере на сопротивлениях (рис. 24) четыре рычага 1 прижимаются к стенке скважины пружинами 2, находящимися в корпусе 3 прибора. На концах рычагов установлены кулачки 4, которые передают движение рычагов суммирующему механизму, смонтированному в камере 5 каверномера. Этот механизм передвигает ползунок реостата 6. Разность потенциалов, возникающая на диагонали моста, в одно из плеч которого включен реостат, или сила тока в цепи этого реостата, пропорциональные суммарному радиальному смещению концов рычагов 1, регистрируются на поверхности при помощи автоматического потенциометра, полевого потенциометра с полуавтоматическим регистратором или фоторегистратором. Рычаги в скважине раскрываются огнестрельным 12 или ударным 15 приспособлениями. Регистрируемые кривые разности потенциалов в заданном масштабе определяют характер и величину изменения диаметра (профиля) скважины с глубиной. Описание конструкций других, реже применяемых каверномеров приведено в [13, 14].
На рис. 25 приведена кавсрио- грамма, четко расчленяющая различные породы, пройденные скважиной. Максимумом диаметра ^скважины выделяются легко обрушивающиеся пластичные глины, минимумом —- проницаемые песчаные и карбонатные породы и диаметром, равным диаметру инструмента, — плотные песчаники и известняки.
Область применения м. е- т о д а: измерение диаметра скважины
I — диаграмма пашущегося сопротивления; II — диаграмма потенциалов собственной поляризации пород; III — кавер- нограмма; IV —- линия диаметра долота; 1 — известняки плотные; й — известняки трещиноватые и кавернозные; <3 — глины;4 — песчаники; 5 — пески.I — диаграмма пашущегося сопротивления; II — диаграмма потенциалов собственной поляризации пород; III — кавер- нограмма; IV —- линия диаметра долота; 1 — известняки плотные; й — известняки трещиноватые и кавернозные; <3 — глины;4 — песчаники; 5 — пески.с целью изучения ее разреза и технического состояния (см. § 14) и уточнения интерпретации результатов электрических, радиоактивных и термических методов исследования разрезов скважин.
I — диаграмма пашущегося сопротивления; II — диаграмма потенциалов собственной поляризации пород; III — кавер- нограмма; IV —- линия диаметра долота; 1 — известняки плотные; й — известняки трещиноватые и кавернозные; <3 — глины;
4 — песчаники; 5 — пески.
I — диаграмма пашущегося сопротивления; II — диаграмма потенциалов собственной поляризации пород; III — кавер- нограмма; IV —- линия диаметра долота; 1 — известняки плотные; й — известняки трещиноватые и кавернозные; <3 — глины;
4 — песчаники; 5 — пески.
СЕЙСМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ
В сейсмических методах бескерповое изучение горных пород в скважинах производится по данным изучения скорости распространения упругих волн, изменения их фаз тх степени поглощения волн в горных породах. Для этого ис- "пользуются взрывные полны и ультразвуковые источники колебаний.
В практике геофизических методов разведки месторождений почезпых ископаемых наиболее широко используется способ определения в скважинах средних скоростей распространения упругих волн для толщ пород, исчисляемых сотнями и тысячами метров. 'С этой целью в скважину опускаются скважинные сейсмоприемвики, при помощи которых определяется разность времен прихода упругих волн от взрыва, произведенного па поверхности земли близ устья скважины или на некотором от нее расстоянии. По временам прихода упругих волн и глубинам, па которых установлены сейемоприемиики в скважине,
5 Заказ 714.
определяются средние значения скоростей распространения упругих волн по различным направлениям к плоскостям напластования горных пород.
Знание средних скоростей распространения упругих волн является одним из условий, обеспечивающих повышенную точность сейсмической разведки. Поэтому измерения скоростей распространения упругих волн в скважинах широко проводятся полевыми сейсморазведочными партиями и результаты их используются при интерпретации сейсмограмм. Однако эти измерения дают усредненные значения скоростей распространения упругих волн, которые не могут быть использованы для детального изучения геологического разреза скважин. Для этой цели
и, м/секи, м/сек161699ННННРис. 26. Принципиальная схема ультразвуковой сейсмометрии скважин.Рис. 26. Принципиальная схема ультразвуковой сейсмометрии скважин.%-з%-з-4-41 — скважинный снаряд (измерительное устройство); 2 — генератор электрических колебаний ультразвуковой частоты с частотой включения 20—30 гц; з — титано-бариевый ультразвуковой генератор; 4 — ти- таио-бариевый приемник ультразвуковых волн; 5 — усилитель; 6 — резиновый акустический изолятор; 7 — резиновые амортизаторы; 8 — кабель; 9 — пусковая схема, генерирующая прямоугольные импульсы длительностью 2 мсек.; 10 — генератор пилообразных колебаний; 11 — схема задержки на 150 мксек.; 12—усилитель первых вступлений (открывается схемой задержки через 150 мксек, после прихода синхронизирую- 13 — блокинг-геиератор; 14 —1 — скважинный снаряд (измерительное устройство); 2 — генератор электрических колебаний ультразвуковой частоты с частотой включения 20—30 гц; з — титано-бариевый ультразвуковой генератор; 4 — ти- таио-бариевый приемник ультразвуковых волн; 5 — усилитель; 6 — резиновый акустический изолятор; 7 — резиновые амортизаторы; 8 — кабель; 9 — пусковая схема, генерирующая прямоугольные импульсы длительностью 2 мсек.; 10 — генератор пилообразных колебаний; 11 — схема задержки на 150 мксек.; 12—усилитель первых вступлений (открывается схемой задержки через 150 мксек, после прихода синхронизирую- 13 — блокинг-геиератор; 14 —щего сигнала);~.выпрямитель; 15 — емкость; 16 — прибор, регп-щего сигнала);~.выпрямитель; 15 — емкость; 16 — прибор, регп-стрирующий скорость распространения ультразвуковых волн; 17 — пусковая схема, управляемая блокинг-генератором 13 и включающая усилитель 18; 19 —выпрямитель; 20 — прибор, регистрирующий амплитуду импульса; 21 — катодный осциллограф (близ проводов, соединяющих отдельные узлы схемы, показаны конфигурации проходящих токов и напряжений).стрирующий скорость распространения ультразвуковых волн; 17 — пусковая схема, управляемая блокинг-генератором 13 и включающая усилитель 18; 19 —выпрямитель; 20 — прибор, регистрирующий амплитуду импульса; 21 — катодный осциллограф (близ проводов, соединяющих отдельные узлы схемы, показаны конфигурации проходящих токов и напряжений).также мало пригоден способ измерения скоростей распространения упругих воли, созданных многократными взрывами небольшой силы. Эта методика требует значительного числа взрывов, осложняющих и удлиняющих детальное изучение упругих свойств пород в скважинах, что не позволяет эффективно использовать ее- в указанных выше целях.
и, м/сек
и, м/сек
16
16
9
9
НН
НН
Рис. 26. Принципиальная схема ультразвуковой сейсмометрии скважин.
Рис. 26. Принципиальная схема ультразвуковой сейсмометрии скважин.
%-з
%-з
-4
-4
1 — скважинный снаряд (измерительное устройство); 2 — генератор электрических колебаний ультразвуковой частоты с частотой включения 20—30 гц; з — титано-бариевый ультразвуковой генератор; 4 — ти- таио-бариевый приемник ультразвуковых волн; 5 — усилитель; 6 — резиновый акустический изолятор; 7 — резиновые амортизаторы; 8 — кабель; 9 — пусковая схема, генерирующая прямоугольные импульсы длительностью 2 мсек.; 10 — генератор пилообразных колебаний; 11 — схема задержки на 150 мксек.; 12—усилитель первых вступлений (открывается схемой задержки через 150 мксек, после прихода синхронизирую- 13 — блокинг-геиератор; 14 —
1 — скважинный снаряд (измерительное устройство); 2 — генератор электрических колебаний ультразвуковой частоты с частотой включения 20—30 гц; з — титано-бариевый ультразвуковой генератор; 4 — ти- таио-бариевый приемник ультразвуковых волн; 5 — усилитель; 6 — резиновый акустический изолятор; 7 — резиновые амортизаторы; 8 — кабель; 9 — пусковая схема, генерирующая прямоугольные импульсы длительностью 2 мсек.; 10 — генератор пилообразных колебаний; 11 — схема задержки на 150 мксек.; 12—усилитель первых вступлений (открывается схемой задержки через 150 мксек, после прихода синхронизирую- 13 — блокинг-геиератор; 14 —
щего сигнала);~.
выпрямитель; 15 — емкость; 16 — прибор, регп-
щего сигнала);~.
выпрямитель; 15 — емкость; 16 — прибор, регп-
стрирующий скорость распространения ультразвуковых волн; 17 — пусковая схема, управляемая блокинг-генератором 13 и включающая усилитель 18; 19 —выпрямитель; 20 — прибор, регистрирующий амплитуду импульса; 21 — катодный осциллограф (близ проводов, соединяющих отдельные узлы схемы, показаны конфигурации проходящих токов и напряжений).
стрирующий скорость распространения ультразвуковых волн; 17 — пусковая схема, управляемая блокинг-генератором 13 и включающая усилитель 18; 19 —выпрямитель; 20 — прибор, регистрирующий амплитуду импульса; 21 — катодный осциллограф (близ проводов, соединяющих отдельные узлы схемы, показаны конфигурации проходящих токов и напряжений).
Для детального изучения упругих свойств горных пород в скважинах наиболее применим ультразвуковой метод. В схеме ультразвукового метода фирмы «Магнолия» в скважину опускается измерительное- устройство 1 (рис. 26), состоящее из генератора 2 электрических колебаний ультразвуковой частоты, включаемого периодически с частотой 20—30 г^, титано-бариевого генератора ультразвуковой частоты 3, аналогичного приемника ультразвуковых колебаний 4 и каскада предварительного усиления 5. Генератор 3 и приемник 4 разобщены резиновым акустическим изолятором 6, предотвращающим регистрацию приемником 4 колебаний, распространяющихся с большой скоростью по корпусу прибора. Для исключения наводок, создаваемых ударами скважинного прибора о стенки сква-
на поверхность приборана поверхность приборажины, надеты ры 7.жины, надеты ры 7.резиновыерезиновыеамортизато-амортизато-В момент включения электрического генератора 2 на поверхность па одной из жил кабеля 8 подается синхронизирующий сигнал. Этот сигнал поступает в пусковую схему 9, генерирующую импульсы прямоугольной формы, продолжительностью 2 мсек. Эти импульсы запускают генератор 10 пилообразных колебаний, на выходе которого в течение 2 мсек напряжение линейно изменяется от нуля до 200 в. Импульсы пусковой схемы по другому каналу поступают в блок 11 задержки и далее через 150 мксек открывают запертый усилитель 12. Этот усилитель воспринимает колебания первого вступления ультразвуковых волн, воспринятых индикатором 4. Сигнал, усиленный блоком 12, отстающий от синхронизирующего сигнала на время 2И, в течение- которого преломленная звуковая волна проходит от генератора 3 до прием* ника 4, включает блокинг-генератор 13. Импульс блокинг-генератора от* крывает запертый выпрямитель 14 и заряжает на выходе конденсатор 15
на поверхность прибора
на поверхность прибора
жины, надеты ры 7.
жины, надеты ры 7.
резиновые
резиновые
амортизато-
амортизато-
до напряжения генератора 10 пилообразных колебаний пропорционального времени At. Таким образом, на конденсатор 20—30 раз в каждую секунду подаются сигналы, пропорциональные времени пробега ультразвуковых волн в породе (точнее, в породе и в буровом растворе на участках генератор — стенка скважины и стенка скважины—приемник). Конденсатор осредняет полученные импульсы и подает их на регистрирующий прибор 16, шкала которого проградуирована в величине скорости (обратной времени At).
Одновременно можно регистрировать амплитуду импульсов первых вступлений, величина которой зависит от структурных особенностей и плотности породы. Амплитуда импульсов регистрируется следующим образом. Блокииг-генератор 13 включает пусковую схему 17, которая создает прямоугольные импульсы. напряжений продолжительностью 100 мсек. Эти импульсы открывают запертый до этого времени второй усилитель 18.
В последнем сигнал первого вступления усиливается и после выпрямления блоком 19 подается на прибор 20, регистрирующий величину сигнала. Измерительная схема снабжена катодным осциллографом 21, при помощи которого можно наблюдать характер изменения во времени принятого сигнала и устанавливать наличие тех или иных помех.
Кроме схемы, изображенной на рис. 26, может быть применена более сложная схема, в которой используются два приемника ультразвуковых колебаний и регистрируется разность времен прихода ультразвуковых волн. Эта разность обычно не зависит от времени пробега воли в буровом растворе на пути генератор — стенка скважины и стейка скважины — приемник, что дает возможность более точно измерять скорости распространения волн в породе.
Область применения метода: расчленение разрезов скважин; выделение плотных и высокопористых пород; детальное изучение скоростей распространения упругих воли в породах с целью повышения точности интерпретации данных сейсморазведки.
ДРУГИЕ ФИЗИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ
К числу других физических методов бескернового изучения разрезов скважин следует отнести фотограммометрию и телеметрию скважин.
В методе фотограммометрии разрезы скважин изучают по данным фотографирования ее стенок при помощи специально устроенной фотокамеры. Широкое применение этого метода, опробованного в ряде скважин с положительными результатами, встречается с трудностями, вызванными малой прозрачностью глинистого раствора и глинизацией стенок скважины. Эти обстоятельства при современном состоянии развития метода допускают возможность его применения только для изучения разрезов скважин, сложенных устойчивыми породами, если бурение производится с интенсивной промывкой скважин водой, особенно перед спуском фотокамеры в скважину.
В методе телеметрии в скважину предполагается опускать телеприемник с передачей изображения стенок скважины па экран, установленный на поверхности земли, где изображения могут быть засняты на пленку. При осуществлении метода телеметрии к трудностям метода фотограммометрии, заключающимся в малой прозрачности глинистого раствора и наличии глинистой корочки, добавляется сложность скважинного теле приемного устройства. >
ГЕОХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ
К числу геохимических способов бескернового изучения" разрезов скважин относятся методы газометрии, люминесцентного исследования и избирательных электродов, чувствительных к концентрациям сульфатных ионов и ионов хлора и водорода. . .
Метод газометрии скважин
В методе газометрии изучение разрезов скважин производится па основании определения содержания горючих газов в буровом растворе, поступающем из скважину: на поверхность в процессе бурения [12, 13, 19]. Газ анализируется, и в нем определяется содержание водорода, легких (метан) и тяжелых (этап, пропан, бутан, пентан и др.) углеводородов. По фракционному
Рис. 27. Схема газометрии скважин.
— буровая скважина; 2 — желоб циркуляции бурового раствора; 3 — дегазатор; 4 — вакуум-насос; 5 — газоанализатор; 6 — ловушка; 7 — реометр; 8 — увлажнитель; 9 — подогреватель; 10 — камера сгорания газоанализатора; ri, 7’2, т8, г4 — сопротивления плеч моста М газоанализатора; 11 — прибор, регистрирующий показания газоанализатора; 12—сопротивление, регулирующее силу тока в цепи моста; 13 — добавочное сопротивление; 14 — источник питания газоанализатора; 15 — ключ изменения силы тока в цепи газоанализатора для сжигания различных компонентов газовой смеси; 16 — прибор для измерения силы тока; 17 —сопротивление для изменения пределов измерения прибора 11; 18 — вакуумметр; 19 — автомашина газометрической станции; 20—генераторная группа; 21 — кабель, соединяющий станцию с датчиком продолжительности проходки и грязевым насосом; 22—кривая суммарного содержания горючих газов; 23 — то же, тяжелой фракции; 24 — кривая продолжительности проходки; 26 — кривая кажущегося сопротивления; 26 — кривая потенциалов собственной поляризации пород.
I — песок водоносный (с содержанием газа); II — песок газоносный; III — песок нефтеносный; IV — глина; V — известняк; VI — плотный песчаник; VII — ангидрит.
составу газовой смеси судят о возможной газоносности и нефтеносности пройденных участков разреза скважины. Возрастание содержания легкой фракции обычно наблюдается при проходке газоносных пород, а увеличение той и другой — при вскрытии и проходке нефтеносных пород.
Для определения содержания газа в буровом растворе в настоящее время применяются газоизмерителъные установки с электрическими газоанализаторами, работающие по следующей принципиальной схеме.
Буровой раствор, поступающий из скважины 1 (рис. 27), двигаясь по желобу 2, проходит под колпаком дегазатора 3. В дегазаторе вакуум-насосом 4 создается пониженное давление, обеспечивающее выделение газа из раствора. Вакуум-насос просасывает газ через газоанализатор 5. По пути
к газоанализатору газ проходит через ловушку 6, реометр 7, увлажнитель 8, электроподогреватель 9 и камеру сгорания 10 газоанализатора 5. Ловушка 6 служит для улавливания брызг глинистого раствора, содержащихся в газе, реометр 7 — для измерения количества и скорости циркуляции газовой смеси, увлажнитель 8 — для поддержания равномерной влажности смеси и электроподогреватель 9 — для подогрева газа, поступающего в камеру 10, до постоянной температуры. В камере сгорания 10 закреплена платиновая проволочка, представляющая собой одно из плеч тх электрического моста постоянного тока. Остальные плечи г2, ?’3 и г4 моста подобраны таким образом, что в случае, когда через камеру 10 прокачивается смесь, не содержащая горючих газов, показания регистрирующего прибора 11, включенного в диагональ моста, равны нулю. При содержании в газе, поступающем в камеру сгорания 10, горючих фракций последние, сгорая близ поверхности платиновой проволочки (платина является катализатором), повышают ее температуру. При этом сопротивление проволочки возрастает, и в диагонали тп моста появляется разность потенциалов AU, величина которой пропорциональна содержанию горючих газов в газовой смеси, проходящей через газоанализатор (фактор пропорциональности устанавливается калибровкой газоанализатора па газо-воздушных смесях известного состава). -
Изменяя силу тока в плечах моста при помощи регулирующего реостата 12 и добавочного сопротивления 13, включаемого в цепь батареи 14 ключом 75, можно изменить температуру накала платиновой проволочки тг и тем самым сжечь все горючие газы, содержащиеся в смеси (при температуре около 850°), или только газы тяжелой фракции (при температуре 500°). Сила тока, проходящего в плечах моста, измеряется прибором Гб. Сопротивления 17 служат для изменения пределов измерения прибора 11. Давление в воздушной линии газоанализатора определяется вакуумметром 18. Вся аппаратура устанавливается в автомашине 19. Питание электрических схем станции производится от силовой линии или от генераторной группы 20.
Для более детального анализа газовой смеси и выделения в тяжелой фракции этана, пропана и бутана применяется хромотермографический анализ [12, 52]. В этом случае часть газа поступает в трубку с силикагелем, где газ адсорбируется, затем эта трубка продувается чистым воздухом, который постепенно (при различных температурах) извлекает сперва метан, затем этан, бутан и пропан; количество этих газов в смеси определяется газоанализатором.
Одновременно с регистрацией содержания горючих газов в буровом растворе измеряются продолжительность или скорость проходки и скорость циркуляции бурового раствора. Эти величины необходимо знать для правильной интерпретации диаграмм газометрии скважин [7, 54] — определения вероятного содержания газа в исследуемых породах и точного местоположения последних в разрезе скважины. Газометрическая станция связана с датчиком индикатора продолжительности проходки и буровым насосом кабелем 21.
На рис. 27 иллюстративно изображена диаграмма газометрии скважин (кривые 22 и 23), четко устанавливающая повышенным суммарным газосо- держаиием (кривая 22) местоположение нефтеносных и газоносных пластов и повышенным содержанием тяжелой фракции (кривая 23) — нефтеносных пластов. Здесь же для сопоставления приведены диаграммы 24 продолжительности проходки и диаграммы кажущегося сопротивления 25 и потенциалов собственной поляризации 26 пород.
Область применения метода: выделение в разрезах скважин газоносных и нефтеносных пород.
Люминесцеютю-битумиио логический метод
Люминесцентно-битуминологический метод исследования основан на изучении разрезов скважин по содержанию в глинистом растворе и в шламе нефти. Присутствие нефти определяется путем наблюдения за люминесценцией раствора и шлама в ультрафиолетовом свете кварцевого люминоскопа [12, 14, 19, 53].
■ Люминоскоп представляет собой светонепроницаемый ящик с установленной в нем кварцевой лампой. Свет от лампы проходит через фильтр из черного стекла (стекла Вуда), задерживающий подавляющее большинство лучей видимого спектра и пропускающий в основном ультрафиолетовые невидимые лучи. Исследуемый раствор или порода облучается в люминоскопе, и визуально определяются интенсивность и цвет люминесцентного свечения, данные о которых в заранее принятых условных единицах наносятся на диаграмму газометрии скважин.
Для повышения точности люминесцентного анализа образцы пород и шлама предварительно обрабатываются хлороформом и эфиром. С этой целью на образец породы, измельченный до порошкообразного состояния, наносится капля растворителя и в люминоскопе наблюдается характер люминесценции пятна. Это пятно может быть также перенесено на фильтровальную бумагу. Интенсивность и характер свечения также оцениваются по условно принятой шкале.
Область применения метода: выделение в разрезах скважин нефтеносных и битуминозных пород.
Метод избирательных электродов
В методе избирательных электродов изучается ионный состав бурового раствора при помощи так называемых избирательных электродов. Наиболее разработаны методы определения концентрации иона SO4 свинцовосулъфат- н,ым электродом, ионов С1— — серебрянохлоридным электродом и водородных ионов Н+ — суръмянъъм электродом. Концентрация указанных ионов в буровом растворе зависит от содержания этих ионов в водах, насыщающих окружающие породы, и минералогического состава этих пород. Так как присутствие в пластовых водах сульфатов, хлоридов и водородных ионов часто является характерным признаком месторождений многих полезных ископаемых и, в частности, вод нефтяных месторождений, то данные измерения концентрации ионов SO4 , С1“ и Н+в буровом растворе могут быть использованы для поисков и разведки этих ископаемых.
Измерение потенциалов избирательных электродов производится при помощи установки, аналогичной зонду микро-СЭЗ (см. § 2), но отличающейся тем, что один из электродов является избирательным (свинцовосульфатный, серебрянохлоридный или сурьмяный), а второй —неполяризующимся ка- ломелевым и весь зонд изготовляется из изолирующего материала (см. § 93).
В табл. 1 приведены обобщенные сведения о геофизических методах, применяемых для бескернового изучения геологических разрезов скважин.
МЕТОДЫ ИЗУЧЕНИЯ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯСКВАЖИН
Геофизические методы исследования, как об этом говорилось во введении, широко используются не только для бескерновой геологической документации горных пород, но и для изучения технического состояния скважин. В этой области промысловая геофизика располагает способами исследования
позволяющими точно определять: угол и азимут искривления скважины; ее диаметр, глубину забоя и местоположение муфт и башмака колонны обсадных труб; высоту подъема цементного кольца за колонной; места притоков и затрубной циркуляции вод; уровень воды и нефти.
Определение искривления скважин
Скважины при бурении обычно отклоняются от вертикали вследствие ряда технических и геологических причин; иногда искривление скважины предусматривается проектом ее бурения (наклонно-направленное бурение). Длд качественной проходки и полноценного использования скважины необходимо точно знать ее положение в пространстве. Последнее" определяется значениями угла <5 и азимута <р в различных точках искривления скважины.
Для определения угла и азимута искривления скважин в практике промысловой геофизики применяются специальные приборы, получившие название инклинометров или кривизномеров. Из большого числа конструкций этих приборов в СССР повсеместно применяются инклинометры ИШ-2, ИШ-4 и фотоинклинометр. Ранее в промыслово-геофизических партиях использовались инклинометры И-4, МЧС и ИШ-3, снятые в настоящее время с производства.
Инклинометр ИШ-2. В инклинометре ИШ-2 конструкции И. В. Шевченко (рис. 28, а и 29, а), по оси прибора 1 (рис. 29, а), на полуосях 2 установлена свободно вращающаяся рамка 5, на которой смонтированы буссоль 4 для определения азимута ср и отвес 5 для определения угла <5 наклона скважины. Центр тяжести рамки смещен с оси ее вращения и расположен в плоскости, совпадающей с вертикальной плоскостью вращения отвеса 5. При такой конструкции плоскость вращения отвеса всегда совпадает с вертикальной плоскостью, в которой наклонен прибор (искривлена скважина, вдоль образующей которой обычно располагается прибор), и угол, образованный осью рамки с вертикальной прямой, проходящей через ось 6 крепления отвеса, соответствует углу <3 искривления скважины. Отвес снабжен контактной токосъемной стрелкой 7, прижимаемой электромагнитом 8 при помощи дужек 9 к дугообразному реохорду угла наклона 10. При наклонном приборе величина включенной части сопротивления реохорда пропорциональна углу 8 наклона прибора (углу искривления скважины). Буссоль 4, при помощи которой определяют азимут у искривления скважины, снабжена круговым (азимутальным) реохордом 11, начало которого находится в плоскости, в которой расположен центр тяжести рамки. Электромагнит 12 и 13 прижимает контакты 14 и 15, соединенные со стрелкой буссоли, к реохорду 11 и токосъемному кольцу 16, включая тем самым часть сопротивления реохорда, пропорциональную азимуту искривления скважины. Показания прибора передаются на поверхность по жилам М и N кабеля. Жилы присоединяются к реохордам наклона и азимута при помощи коллектора с кольцами 17 и контактных пластин (щеток) 18, управляемых поляризованным реле 19, 20 и 21. При токе прямого направления (жила А кабеля, по которой подводится ток к инклинометру, присоединена к положительному полюсу источника постоянного тока) реле приключает контактные пластины 18 к кольцам рамки, к которым присоединены конец реохорда и токосъемное кольцо указателей азимута, а при токе обратного направления — к кольцам, с которыми соединены контакты указателя наклона. Разности потенциалов
Название группы методов 1
Название метода1
Сокращенное название (шифр) метода1
Измеряемый параметр1
Сокращенное название (шифр) параметра 1
Название первичного документа, графически изображающего результаты исследования
Изучаемое физическое или химическое свойство породы
Метод кажущегося сопротивления (каротаж методом кажущегося сопротивления)
КС
Кажущееся сопротивление
ек, (КС^
Диаграмма 2 ок, электрограмма ок
Удельное электрическое сопротивление
Метод сопротивления заземления
СЗ
Сопротивление заземления, эффективное сопротивление (кажущееся сопротивление)
(«к)
Диаграмма R^, диаграмма оа
Удельное электрическое сопротивление
Метод сопротивления экранированного заземления (боковой каротаж)
’СЭЗ
Сопротивление экранированного заземления, эффективное сопротивление (кажущееся сопротивление)
^А’ ^э
Ок
Диаграмма НА, диаграмма ра, (диаграмма ок)
Удельное электрическое сопротивление
Метод регистрации тока (токовый каротаж)
РТ
Сила тока в цепи питающего заземления
1
Диаграмма I (токовая диаграмма)
Электропроводность, электрическое сопротивление
Электрпческпе методы, электрометрия скважин
Методскользящих
контактов
МСК
Сила тока в цепи питающего заземления
I
Диаграмма 7
Электропроводность, электрическое сопротивление
Таблица 1
Классификация геофизических методов изучения геологических разрезов скважин
МЕТОДЫ ПРОМЫСЛОВОЙ ГЕОФИЗИКИ. АППАРАТУРА И ОБОРУДОВАНИЕ
(электрический каротаж скважин)
Индукционный метод (индукционный каротаж)
ИМ
Эффективная (кажущаяся) электропроводность
°э
(ск)
Диаграмма пэ (диаграмма сгк)
Электропроводность, удельное электрическое сопротивление
Метод потенциалов собственной (естественной, спонтанной) поляризации (электрический каротаж ПС)
СП, SP (ПС, PS)
Потенциалы собственной (естественной, спонтанной) поляризации пород
^СП (ПС, PS)
Диаграмма ^ц, электрограмма ^сп (диаграмма ПС)
Электрохимическая активность породы
Метод электродных потенциалов
МЭП
Потенциалы электродной поляризации
^эп (МЭП)
Диаграмма Паи
Электродные потенциалы
Метод потенциалов вызванной поляризации (электролитический каротаж)
ВП (ЭК)
Потенциалы вызванной поляризации
^вп (ЭК)
Диаграмма Z7Bn (диаграмма ЭК)
Коэффициент поляризуемости, электрическая восприимчивость, вызванная электрохимическая активность
Радиоактивные методы, радиометрия скважин (радиоакт ив ный каротаж скважин)
Метод естественного гамма-излучения, гамма- метод (гамма-каротаж)
ГМ (ГК)
Интенсивность естественного гамма-излучения
(ГК)
Диаграмма J (диаграмма ГК)
Естественная радиоактивность
Метод изотопов (гамма-каротаж с изотопами)
МИ (ГК)
Интенсивность гамма- излучения изотопов
(ГК)
Диаграмма 7у,и (диаграмма ГК)
Искусственно измененная радиоактивность
Метод рассеянного гамма-излучения (гамма- гамма-каротаж)
РГ (ГГК)
Интенсивность рассеянного гамма-излучения
AbP (ГГК)
Диаграмма J? р (диаграмма ГГК)
Плотность и химический состав
МЕТОДЫ ПРОМЫСЛОВОЙ ГЕОФИЗИКИ
Название группы
методов1
Название метода1
Сокращенное название (шифр) метода1
Измеряемый параметр1
Сокращенное название (шифр) параметра1
Название первичного документа, графически изображающего результаты исследования
Изучаемое физическое или химическое свойство породы
Радиоактивные методы, радиометрия скважин (радиоактивный каротаж скважин)
Нейтрон-нейтронный метод (нейтрон-нейтрон-* ный каротаж, нейтронный каротаж)1
ННМ, НМ (ННК, НК)2
Плотность нейтронов
ННК
Диаграмма пп (диаграмма ННК)
Свойство породы к замедлению и поглощению нейтронов
Нейтронный гамма-метод (нейтронный гамма- каротаж)
НГМ (НГК)
Интенсивность нейтронного гамма-излучения, интенсивность радиационного гамма-излучения (интенсивность вторичного гамма-излучения)
(НГК)
Диаграмма JHy (диаграмма НГК)
Свойство породы к замедлению и поглощению нейтронов и к поглощению гамма-излучения
Метод наведенной активности, метод акти^ вации
НА
Периоды полураспада и интенсивность гамма- излучения активации
г1/2
Химический состав
Термические методы, термометрия скважин (термокаротаж скважин)
Метод естественного теплового поля (термокаротаж)
МЕТ
Температура скважины
t
Термограмма, гео т ермограмма
Тепловое сопротивление пород и плотность теплового потока
Метод искусственного теплового поля (термокаротаж)
МИТ
Температура скважины
t
Термограмма
Температуропроводность
Механические
Метод продолжительности проходки (механический каротаж)
ПП
Время, затраченное на бурение 1 м породы
т
Диаграмма т
Критическое напряжение
1
Продолжение табл. 1
МЕТОДЫ ПРОМЫСЛОВОЙ ГЕОФИЗИКИ. АППАРАТУРА И ОБОРУДОВАНИЕ
методы исследования скважин
1
1
Сейсмический метод сейсмометрия скважин (сейсмокаротаж)
СМ
Время или скорость пробега упругих волн, амплитуда импульсов первых вступлений
у, Л, а
Диаграмма у, диаграмма А, а
Скорость распространения упругих волн
Метод каверномера (каротаж каверномером)
—
Диаметр скважины
^о
Кавернограмма
Способность пород к обрушению и к образованию сальников
Магнитные методы, магнитометрия скважин (магнитный каротаж)
Метод естественного магнитного поля (магнитный каротаж)
—
Напряженность земного магнитного поля
Н, Г
Диаграмма Н или Т, магнитограмма Н или Т
Магнитная восприимчивость, остаточная намагниченность
Метод искусственного магнитного поля (магнитный каротаж)
—
Напряженность поля магнита, эффективная магнитная восприимчивость
н %э
Диаграмма Н или %э
Магнитная восприимчивость
Физико-химические или геохимические методы
Газометрия скважин (газовый каротаж, гли- нокаротаж)
ГС
Содержание горючих газов в буровом растворе
q
Диаграмма д
Газ онасыщенно сть
Люминесцентный метод, люмометрия скважин (люминесцентный каротаж, люминесцент- но-битуминологический анализ)
лс
Интенсивность люминесценции буровых растворов и пород
•^л
Диаграмма Jn
Содержание нефти
Метод избирательных электродов
—
Петенциалы избирательных электродов
^ИЭ
Диаграмма UB9
Химический состав поровых вод
МЕТОДЫ промысловой геофизики
В скобках даны неудачные названия методов и параметров, которые поэтому в настоящей книге не употребляются.
В зависимости от энергии нейтронов, плотность которых измеряется, добавляется один из следующих индексов: т—тепловые, нт—надтепловые и б —быстрые.
Рис. 28. ИнклинометрыИШ-2 (а) и ИШ-4 (б).Рис. 28. ИнклинометрыИШ-2 (а) и ИШ-4 (б).Рис. 29. Подвижные системы инклинометров ИШ-2 (а) и ИШ-4 (б).Рис. 29. Подвижные системы инклинометров ИШ-2 (а) и ИШ-4 (б).55
Рис. 28. Инклинометры
ИШ-2 (а) и ИШ-4 (б).
Рис. 28. Инклинометры
ИШ-2 (а) и ИШ-4 (б).
Рис. 29. Подвижные системы инклинометров ИШ-2 (а) и ИШ-4 (б).
Рис. 29. Подвижные системы инклинометров ИШ-2 (а) и ИШ-4 (б).
5
5
шасси рамки инклинометра; 2 — рамка; 3 — отвес; 4 — буссоль; 5 — коллектор; ti — электромагнитное реле; 7— тяга управлением переключателя щеток; 8 —головка; 9 —переключающий механизм; 10 — вводная свеча.
1 — корпус прибора; 2 — полуоси; 3 — вращающаяся рамка; 4 — буссоль; 5 — отвес; ti — ось крепления отвеса; 7 — стрелка; 8 — электромагнит; У — дужки; 10 — реохорд угла наклона; 11 — реохорд азимута; 12 и 1з — обмотка и сердечник электромагнита буссоли; 14 и 15 — контакты; '16 — токосъемное кольцо; 17 — КОЛЬЦО коллектора; 18 — контактные пластины; 19 — катушка реле; 20 — сердечник; 21 — постоянный магнит; 22 — шток; 23 — распределительный механизм; 24 — шарнирное арретирующее устройство; 25 — шток арретира; 26 — планка; 27 — кольцо; 28 — стержень.
Ли6 и Лиф1 снимаемые с реохордов угла наклона 8 и азимута (р,1 подаются по кабелю на поверхность, где измеряются потенциометром. Для управления инклинометром служит панель, на которой установлены: амперметр для наблюдения за постоянством силы тока, питающего инклинометр; реостат и эталонное сопротивление для регулировки и измерения тока; переключатель направления тока и выключатель. Питание прибора осуществляется ■от источника постоянного тока. Каждый милливольт, измеренный на реохорде указателя 8, соответствует 0,5° угла наклепа, а на реохорде указателя ср 4° азимута искривления скважины.
Прибор опускается в скважину в герметическом стакане, в котором установлен дюритовый компенсатор давления, позволяющий уравновесить давление в приборе с гидростатическим давлением в скважине и тем самым облегчить герметизацию прибора и избежать раздавливания корпуса прибора высоким гидростатическим давлением бурового раствора.
И н к л и н о м с т р ИШ-4. Инклинометр ИШ-4 И. В. Шевченко, близкий по конструкции инклинометру ИШ-2, предназначен для измерения угла и азимута искривления скважины с одножильным кабелем.
Определение у и <5 производится при помощи буссоли 4 (рис. 29, б) и отвеса 5, установленных на рамке 3 с эксцентрично закрепленным грузом. Буссоль, отвес и рамка имеют конструкцию, близкую к конструкции одноименных деталей инклинометра ИШ-2.
В инклинометре ИШ-4 угол и азимут искривления скважины определяются по данным измерения величины сопротивлений реохордов 10 и 11 отвеса и буссоли, части которых накоротко замыкаются контактной стрелкой 7 отвеса и контактами 14 и 15 буссоли. Значения включенных сопротивлений пропорциональны углу 8 и азимуту <р искривления скважины.
Подключение реохордов к жиле кабеля и арретирование рамки 3 производятся при помощи роле 19. Сердечник реле, опускаясь, при помощи винтовой резьбы приводит во вращательное движение шток 22 с закрепленным на его конце храповым распределительным механизмом 23. При помощи этого механизма осуществляется прижим щеток в одном положении к кольцам коллектора, соединенным с реохордом буссоли, и в другом — к кольцам коллектора, присоединенным к реохорду маятника (вторая и пятая позиции роле).
При третьей и шестой позициях реле отвес и магнитная система при помощи шарнирного устройства 24 арретируются. Аррет.ировка достигается при помощи штока 25, который нажимается книзу при помощи планки 26. Шток прижимает кольцо 27 и через него стержень 28 и шарнирно-пружинный механизм^, осуществляя арретирование подвижных систем. При первой и четвертой позициях реле система свободна и стрелки буссоли и отвеса занимают положения, соответствующие азимуту ср и углу <3 искривления скважины.
Сопротивления измеряют по схеме моста, в одно из плеч которого включается сопротивление реохорда буссоли (при измерении у) и сопротивление реохорда маятника (при измерении <5). Регулируемое сопротивление моста, установленное на панели управления, проградуировано в градусах азимута^ и угла <5 искривления скважины, что ускоряет процесс измерений. Сопротивления последовательно включенной жилы кабеля и брони предварительно компенсируются.
Поочередное подключение жилы кабеля к реохордам угла и азимута искривления скважины и к контрольному положению, при котором компенсируется сопротивление жилы кабеля и брони, производится йри помощи многоступенчатого переключателя, управляемого электромагнитным реле, работающим при токе отрицательного направления.
Ф о т о и и к л и н о м с т р ФИ. В фотоинклинометре ФИ показания угла и азимута искривления скважины фотографируются на кинопленку.
5 /5 /Рис. 30. Принципиальная схема фотоинклинометра.Рис. 30. Принципиальная схема фотоинклинометра.Измерительная часть многоточечного фотоинклинометра Киевского» завода «Геофизика» (рис. 30) состоит из указателя азимута — стрелки 1 буссоли с градусным кругом 2, всегда находящимся в горизонтальном положении, и указателя наклона — шкалы 3, сохраняющей при помощи груза 4' вертикальное положение и стального шарика 5, находящегося на сферической, вогнутой стеклянной поверхности 6 с нанесенной на ней сеткой углов <5. Буссоль и шкала кривизны закреплены на вилке 7, свободно вращающейся на оси SS, совпадающей с осью инклинометра. Груз 8, смещенный относительно оси вилки, устанавливает' плоскость вилки перпендикулярно плоскости искривления скважины. Шарик служит для измерения! <5 и ф при углах искривления скважины, меньших 5°, при которых ориентация вилки 7 в пространство не обеспечивает необходимой степени точности при определении д и ф.■,
5 /
5 /
Рис. 30. Принципиальная схема фотоинклинометра.
Рис. 30. Принципиальная схема фотоинклинометра.
На кинопленку 9, передвигаемую механизмом, управляемым электрическим моторчиком, при помощи объектива 10 фотографируются изображениям) азимутальной шкалы 2 и шкалы 5, находящейся в плоскости наклона инклинометра и указывающей по азимутальной шкале буссоли положение этой плоскости относительно магнитного меридиана; б) визирной нити 11, отмечающей по шкало <8* величину угла искривления скважины, и в) положение шарика на вогнутой сферической поверхности.
Питание электромоторчика и ламп, освещающих указатели наклона и азимута, производится, от сети переменного тока. Включение моторчика,, автоматически останавливающегося при прохождении одного кадра пленки (28,4 мм), и освещение- ламп при съемке осуществляются реле, питаемым постоянным током от лампового выпрямителя, установленного на панели управления инклинометром.. Продолжительность экспозиции в зависимости от чувствительности пленки может быть изменена в. пределах от 2 до 11 сек. Число заснятых кадров» отмечается на счетчиках, установленных в фотоинклинометре и на панели управления. После окончания измерения пленка проявляется и по снимкам определяются <5 и ф. Точность измерения фотоии- клинометром угла наклона ±30' и азимута ±4°. Преимущество фотоинклинометра ФИ перед наиболее совершенными приборами ИШ-2 и ИШ-4
1 — стрелка буссоли; 2 — азимутальный градусный круг; 3 — шкала угла искривления скважины; 4 — груз; 5— стальной шарик; 6 — сферическая стеклянная поверхность; 7 — вилка;8 — груз; 9 — пленка; 10 — объектив фотоаппарата;11 — визирная нить; SS — ось прибора (скважины); ZZ—вертикальная ось.1 — стрелка буссоли; 2 — азимутальный градусный круг; 3 — шкала угла искривления скважины; 4 — груз; 5— стальной шарик; 6 — сферическая стеклянная поверхность; 7 — вилка;8 — груз; 9 — пленка; 10 — объектив фотоаппарата;11 — визирная нить; SS — ось прибора (скважины); ZZ—вертикальная ось.заключается в фотодокументации результатов измерений д и ф. Это исключает возможность внесения погрешностей в измерениях б и ф вследствие ошибок в регистрации электрических величин, наличия утечек в цепях прибора и неправильных вычислений. Поэтому фотоинклинометр наряду с инклинометром ИШ-2 и ИШ-4 широко применяется в производстве, несмотря на необходимость последующей обработки пленки и ограниченности числа определений б и ф за один спуск-подъем прибора.
1 — стрелка буссоли; 2 — азимутальный градусный круг; 3 — шкала угла искривления скважины; 4 — груз; 5— стальной шарик; 6 — сферическая стеклянная поверхность; 7 — вилка;
8 — груз; 9 — пленка; 10 — объектив фотоаппарата;
11 — визирная нить; SS — ось прибора (скважины); ZZ—вертикальная ось.
1 — стрелка буссоли; 2 — азимутальный градусный круг; 3 — шкала угла искривления скважины; 4 — груз; 5— стальной шарик; 6 — сферическая стеклянная поверхность; 7 — вилка;
8 — груз; 9 — пленка; 10 — объектив фотоаппарата;
11 — визирная нить; SS — ось прибора (скважины); ZZ—вертикальная ось.
По данным определения угла и азимута искривления скважины вычерчивается инклинограмма (рис. 31) — проекция оси скважины на горизонтальную плоскость. Реже составляются вертикальные проекции скважины на плоскость магнитного меридиана, широтную или любую другую плоскость (например, плоскость, по которой составляется геологический разрез*
месторождения). Наличие горизонтальной проекции скважины дает возможность установить на плане местности проекции точек пересечения скважиной различных участков разреза и тем самым проверить правильность бурения скважины.
Инклинометр используется не только для определения угла и азимута искривления скважины; он является также одной из главных деталей пластовых наклономеров (или пандажеметров) —приборов, при помощи которых производится определение угла и азимута падения пород, пересеченных скважиной.
Наиболее широкое применение в промышленности получили наклономеры с трехточечным принципом действия. В этих приборах измеряются
На инклинограмме показаны точки, в которых определялись угол и азимут искривления скважины, их глубины, значения углов искривления скважин и величина общего горизонтального смещения забоя скважины относительно ее устья (для разгрузки чертежа глубины и углы искривления показаны не у всех точек).
потенциалы собственной Z7cn или вызванной ^7BП поляризации пород, величина сопротивления заземления RA или интенсивность естественного или нейтронного гамма-излучения с тремя индикаторами Мг, Мй и М3 (электродами или гамма-счетчиками, рис. 32), установленными по окружности в плоскости, перпендикулярной оси прибора (оси скважины) на равных расстояниях друг от друга. Зная величины смещения z12 и z13 вдоль образующей скважины двух кривых К^ и Кг относительно третьей Kv азимут v плоскости, в которой находится одно из воспринимающих устройств, угол 6 и азимут ф искривления скважины (у, <5 и ср находятся при помощи инклинометра), возможно рассчитать или определить при помощи специального устройства угол а и азимут 6 падения исследуемых пород.
Ранее применялся шестиэлектродный наклономер кажущегося сопротивления. Принцип его действия основан на особенности в распределении электрического поля (изменения кажущегося сопротивления) в скважине, пересекшей наклоннозалегающие (в частности, тонкослоистые анизотропные) породы. Краткое описание этого прибора приведено в § 91 настоящего руководства.
Определение диаметра скважины
Измерение диаметра скважин необходимо не только для изучения геологического разреза скважины и уточнения интерпретации данных электрических, радиоактивных и термических методов исследования (о чем говори
лось в § 11), но и для решения ряда технических задач, связанных с бурением и последующим освоением скважины. К таким задачам относятся:
выяснение состояния стенок скважины в целях облегчения ловильных работ;■
изучение процесса возникновения и разрушения глинистой корочки;
выявление наиболее благоприятных участков скважины для установки башмака колонны;
изучение диаметра скважины с целью выяснения необходимости расширения и проработки скважины перед спуском обсадной колонны;
вычисление кубатуры скважины для подсчета количества гравия при закладке гравийного фильтра и цемента или пластмассы при тампонаже колонны.
Определение диаметра скважины при решении перечисленных задач производится каверномерами обычных конструкций (см. § И).
ааОпределение глубины забоя скважиныОпределение глубины забоя скважиныРис. 32. Принципиальная схема и общий вид трехточечного (трехэлектродного) пластового наклономера.•Рис. 32. Принципиальная схема и общий вид трехточечного (трехэлектродного) пластового наклономера.•Глубина забоя скважины может быть определена в связи с особенностью горных пород не сохранять всего комплекса физических свойств даже на ма-
а
а
Определение глубины забоя скважины
Определение глубины забоя скважины
Рис. 32. Принципиальная схема и общий вид трехточечного (трехэлектродного) пластового наклономера.•
Рис. 32. Принципиальная схема и общий вид трехточечного (трехэлектродного) пластового наклономера.•
а — принципиальная схема наклономера; б — общий вид; Mi, М2 и М8 — индикаторы измеряемых параметров; К^, К» и К3 — кривые, зарегистрированные этими индикаторами; I и 2 — пружинящие фонари; з — фотоинклинометр; 4 и 6 — верхняя и нижняя головки наклономера; 6 — кабель.
лом участке исследования. Поэтому всегда возможно выбрать один или несколько геофизических методов исследования, на диаграммах которых будет наблюдаться изменение измеряемого параметра, как только воспринимающее устройство сместится с забоя. Наиболее точно глубина забоя определяется методом потенциалов собственной поляризации по смещению кривой Z7cn в сторону отрицательных значений потенциалов (рис. 33, 2) в связи с уменьшением разности электродных потенциалов при движении электрода М. Зная глубину HGW на которой было отмечено смещение кривой UGTV и расстояние I от электрода М до нижнего конца груза, легко рассчитать глубину забоя Н3 = Ясп + Г Точность измерения глубины забоя зависит от точности
промера длины кабеля, качества глинистого раствора и тщательности промывки скважины, обеспечивающих отсутствие разрушенных пород и осадка из раствора на забое скважины.
Определение башмака колонны
Глубина нахождения башмака колонны легко определяется многими геофизическими методами в связи с резко отличными физическими свойствами горных пород и стали труб обсадной колонны. Поэтому участок скважины, закрепленный колонной, четко отмечается на диаграммах (рис. 34), что дает возможность точно установить глубину, на которую опущена колонна. На этом же принципе основана методика определения местоположения в скважине упущенных отрезков труб и других металлических предметов [4, 7], . что облегчает проведение ловильных работ.
Определение местоположения муфт
Определение местоположения муфт обсадной колонны необходимо для обеспечения надежности вскрытия нефте- и газоносных пластов при перфорации. Для этого применяются локаторы муфт с рычажным, магнитным и радиоактивным принципом действия. Рычажный локатор отбивает положение муфт по местам стыка труб обсадной колонны, магнитный и радиоактивный—по увеличению
Рис. 33. Пример определения глубины забоя сква- жиры по диаграммам кажущегося сопротивления (7) и потенциалов собственной поляризации пород (Щ. аЪ — участии кривых, зарегистрированных до начала передвижения зонда; I — расстояние от точкпзамера <?ки^СП до нижнего конца груза.Рис. 33. Пример определения глубины забоя сква- жиры по диаграммам кажущегося сопротивления (7) и потенциалов собственной поляризации пород (Щ. аЪ — участии кривых, зарегистрированных до начала передвижения зонда; I — расстояние от точкпзамера <?ки^СП до нижнего конца груза.толщины стеноктолщины стенокРис. 34. Определение- местоположения башмака колонны по данным различных геофизических методов исследования скважин. *Рис. 34. Определение- местоположения башмака колонны по данным различных геофизических методов исследования скважин. *а — метод кажущегося сопротивления, последовательный потенциал-зонд; б — то же, обращенный гра- диент-зопд; я — метод регистрации1 тока; а — метод потенциалов собственной поляризации пород; Э — метод потенциалов вызванной поляризации пород; в — методы сопротивления заземления и сопротивления экранированного заземления; ж — гамма-метод; з — нейтронный гамма-метод.а — метод кажущегося сопротивления, последовательный потенциал-зонд; б — то же, обращенный гра- диент-зопд; я — метод регистрации1 тока; а — метод потенциалов собственной поляризации пород; Э — метод потенциалов вызванной поляризации пород; в — методы сопротивления заземления и сопротивления экранированного заземления; ж — гамма-метод; з — нейтронный гамма-метод.Магнитный локатор конструкторского бюро нефтяного приборостроения имеет устройство, позволяющее устанавливать магнитные метки на обсадной колонне. С этой целью используется намагничивающая катушка. В местах установки меток направление тока в катушке мгновенно изменяется, в связи с чем изменяется напряжение намагничения колонны на этих участках. Воспринимающее устройство локатора представляет собой магнитный 6 заказ 714.
Рис. 33. Пример определения глубины забоя сква- жиры по диаграммам кажущегося сопротивления (7) и потенциалов собственной поляризации пород (Щ. аЪ — участии кривых, зарегистрированных до начала передвижения зонда; I — расстояние от точкпзамера <?ки^СП до нижнего конца груза.
Рис. 33. Пример определения глубины забоя сква- жиры по диаграммам кажущегося сопротивления (7) и потенциалов собственной поляризации пород (Щ. аЪ — участии кривых, зарегистрированных до начала передвижения зонда; I — расстояние от точкпзамера <?ки^СП до нижнего конца груза.
толщины стенок
толщины стенок
Рис. 34. Определение- местоположения башмака колонны по данным различных геофизических методов исследования скважин. *
Рис. 34. Определение- местоположения башмака колонны по данным различных геофизических методов исследования скважин. *
а — метод кажущегося сопротивления, последовательный потенциал-зонд; б — то же, обращенный гра- диент-зопд; я — метод регистрации1 тока; а — метод потенциалов собственной поляризации пород; Э — метод потенциалов вызванной поляризации пород; в — методы сопротивления заземления и сопротивления экранированного заземления; ж — гамма-метод; з — нейтронный гамма-метод.
а — метод кажущегося сопротивления, последовательный потенциал-зонд; б — то же, обращенный гра- диент-зопд; я — метод регистрации1 тока; а — метод потенциалов собственной поляризации пород; Э — метод потенциалов вызванной поляризации пород; в — методы сопротивления заземления и сопротивления экранированного заземления; ж — гамма-метод; з — нейтронный гамма-метод.
зонд с насыщенным сердечником, включенный в мостовую схему. Локатор реагирует на изменение напряженности магнитного поля в стыке колонн и в местах нанесения магнитных меток. Магнитные метки на колонне устанавливаются для обеспечения необходимой точности перфорации колонны при вскрытии продуктивных горизонтов. Магнитный локатор используется также для определения места прихвата бурильных или обсадных колонн. В этом случае приложение растягивающего усилия к кялоиие труб вызывает изменение магнитного состояния труб выше места их прихвата, что отмечается локатором. ’
Определение высоты подъема цементного кольца
Высота подъема цементного кольца за колонной может быть установлена термическим и радиоактивными методами.
Термический метод определения высоты подъема цементного кольца основывается на выделении цементом тепла при схватывании (затвер-
Рис. 35. Определение местоположения цементного кольца радиоактивным и термическим методами.
1 — кривая интенсивности гамма-излучения; 2 — кривая собственной поляризации пород; 3 — кривая кажущегося сопротивления; 4 — термограмма.
девании) цемента. Это тепло передается через колонну глинистому раствору (или воде), заполняющему скважину, и повышает его температуру на зацементированном участке скважины. Особенно четко отбивается верхняя граница цементного кольца весьма характерной аномалией резкого изменения температур (рис. 35, 4). Конфигурация аномалии во многих случаях дает возможность определить с высокой степенью точности уровень подъема цемента
и указать на возможность загрязнения цемента в верхних участках скважины; последнее ухудшает качество цементации. Кривая температур регистрируется электрическим термометром и стандартной электроизмерительной аппаратурой (см. гл. П) по истечении 18—-72час. после закачки цемента в скважину.
Высота подъема цементного кольца р а д и о а к т и в п ы м и м о т од а м и определяется при помощи изотопов и по интенсивности рассеянного гамма-излучения. При определении подъема цементного кольца методом изотопов в цементный раствор добавляются радиоактивные изотопы Fe69, Zn'6, Rb86, Zr96, Sb124 и др. После закачки цемента за колонну в скважине измеряется интенсивность гамма-излучения. Участок колонны, окруженный активированным цементом, отмечается на диаграмме повышенной интенсивностью гамма-излучения (см. рис. 35, Г). Интенсивность гамма-излучения измеряется при помощи стандартной аппаратуры, применяемой при радиометрии скважин. Метод изотопов особенно рекомендуется при повторных цементациях, когда в скважину закачиваются небольшие количества цемента и положение цемента за колонной должно быть определено с высокой степенью точности.
Высота подъема цементного кольца методом рассеянного гамма-излучения отмечается некоторым уменьшением интенсивности излучения, вызванным повышенной плотностью цементного стакана по отношению к плотности бурового раствора, находящегося над цементом. -
Определение мест некачественной цементации колонны
Участки некачественной цементации колонны определяют методом изотопов. В этом случае через интервал перфорации за колонну закачиваетсяУчастки некачественной цементации колонны определяют методом изотопов. В этом случае через интервал перфорации за колонну закачиваетсябуровой раствор, содержащий радиоактивные изотопы, и затем измеряется интенсивность гамма-излучения. Место разрушения цементного кольца устанавливается по характерному увеличению интенсивности гамма-излучения (рис. 36).Определение притоков вод■ Местоположение притоков вод в скважину может быть установлено методами сопротивления, термическим и фотоэлектрическим. ■В методе с о п р о т и вл е и и й местоположения притоков вод определяется путем сравнительного изучения удельных электрических сопротивлений воды притока и воды или бурового раствора, заполняющих скважину. Электрическое сопротивление последних должно отличаться от сопротивления воды притока.Для определения удельного электрического сопротивления воды или бурового раствора в скважине применяется специальный прибор — резистивиметр (см. рис. 332), пред- 6*буровой раствор, содержащий радиоактивные изотопы, и затем измеряется интенсивность гамма-излучения. Место разрушения цементного кольца устанавливается по характерному увеличению интенсивности гамма-излучения (рис. 36).Определение притоков вод■ Местоположение притоков вод в скважину может быть установлено методами сопротивления, термическим и фотоэлектрическим. ■В методе с о п р о т и вл е и и й местоположения притоков вод определяется путем сравнительного изучения удельных электрических сопротивлений воды притока и воды или бурового раствора, заполняющих скважину. Электрическое сопротивление последних должно отличаться от сопротивления воды притока.Для определения удельного электрического сопротивления воды или бурового раствора в скважине применяется специальный прибор — резистивиметр (см. рис. 332), пред- 6*Рис. 36. Пример определения мест оно; пы жеиия нарушения цементного кольца за колонной методом радиоактивных изотопов..Рис. 36. Пример определения мест оно; пы жеиия нарушения цементного кольца за колонной методом радиоактивных изотопов..1 — кривая интенсивности гамма-ивлучепил', зарегистрированного до закачки активированного раствора; 2 — то же после закачки раствора (участок нарушения цемента заштрихован).1 — кривая интенсивности гамма-ивлучепил', зарегистрированного до закачки активированного раствора; 2 — то же после закачки раствора (участок нарушения цемента заштрихован).
Участки некачественной цементации колонны определяют методом изотопов. В этом случае через интервал перфорации за колонну закачивается
Участки некачественной цементации колонны определяют методом изотопов. В этом случае через интервал перфорации за колонну закачивается
буровой раствор, содержащий радиоактивные изотопы, и затем измеряется интенсивность гамма-излучения. Место разрушения цементного кольца устанавливается по характерному увеличению интенсивности гамма-излучения (рис. 36).
Определение притоков вод
■ Местоположение притоков вод в скважину может быть установлено методами сопротивления, термическим и фотоэлектрическим. ■
В методе с о п р о т и вл е и и й местоположения притоков вод определяется путем сравнительного изучения удельных электрических сопротивлений воды притока и воды или бурового раствора, заполняющих скважину. Электрическое сопротивление последних должно отличаться от сопротивления воды притока.
Для определения удельного электрического сопротивления воды или бурового раствора в скважине применяется специальный прибор — резистивиметр (см. рис. 332), пред- 6*
буровой раствор, содержащий радиоактивные изотопы, и затем измеряется интенсивность гамма-излучения. Место разрушения цементного кольца устанавливается по характерному увеличению интенсивности гамма-излучения (рис. 36).
Определение притоков вод
■ Местоположение притоков вод в скважину может быть установлено методами сопротивления, термическим и фотоэлектрическим. ■
В методе с о п р о т и вл е и и й местоположения притоков вод определяется путем сравнительного изучения удельных электрических сопротивлений воды притока и воды или бурового раствора, заполняющих скважину. Электрическое сопротивление последних должно отличаться от сопротивления воды притока.
Для определения удельного электрического сопротивления воды или бурового раствора в скважине применяется специальный прибор — резистивиметр (см. рис. 332), пред- 6*
Рис. 36. Пример определения мест оно; пы жеиия нарушения цементного кольца за колонной методом радиоактивных изотопов..
Рис. 36. Пример определения мест оно; пы жеиия нарушения цементного кольца за колонной методом радиоактивных изотопов..
1 — кривая интенсивности гамма-ивлучепил', зарегистрированного до закачки активированного раствора; 2 — то же после закачки раствора (участок нарушения цемента заштрихован).
1 — кривая интенсивности гамма-ивлучепил', зарегистрированного до закачки активированного раствора; 2 — то же после закачки раствора (участок нарушения цемента заштрихован).
ставляющий собой небольшую трехэлектродную установку, состоящую из питающего Л и двух измерительных электродов М и N, защищенную от влияния окружающей среды. При пропускании тока I через электрод А между двумя другими электродами М и N возникает разность потенциалов
Об)
Еде Go — удельное сопротивление исследуемого раствора и К^ — постоянная— коэффициент резистивиметра, числовое значение которого определяется экспериментально.
Регистрируя кривую AU и зная К^ и I, получают в масштабе К^П искомую кривую удельного сопротивления
(47)(47)K^U£о =—
(47)
(47)
(рис. 37), наблюдающиеся при переходе(рис. 37), наблюдающиеся при переходераствора, заполняющего скважину. Участки резкого излома этой кривой
(рис. 37), наблюдающиеся при переходе
(рис. 37), наблюдающиеся при переходе
Рис. 37. Пример определения места притока вод в скважину резистиниметром.Рис. 37. Пример определения места притока вод в скважину резистиниметром.резистивиметра из вод притока в воду или буровой раствор, которым была заполнена скважина, дают возможность установить местоположение притоков вод.
Рис. 37. Пример определения места притока вод в скважину резистиниметром.
Рис. 37. Пример определения места притока вод в скважину резистиниметром.
а — место притока вод определено способом понижения давления (оттартываппем); б — то же, способом повышения давления (продавливанием); 1, 2, 3, 4, 5 и 6 — порядковые номера зарегистрированных кривых удельного сопротивления жидкости, заполняющей скважину (место притока вод показано стрелкой).а — место притока вод определено способом понижения давления (оттартываппем); б — то же, способом повышения давления (продавливанием); 1, 2, 3, 4, 5 и 6 — порядковые номера зарегистрированных кривых удельного сопротивления жидкости, заполняющей скважину (место притока вод показано стрелкой).Втор м и ч о с к о М М 0т о д е местоположение притока вод определяется по изменению температуры раствора на участке притока [8, 13, 14]. Для этого скважина заполняется раствором, температура которого должна отличаться от температуры воды притока. Последнее легко осуществимо, так как глубинные воды обычно имеют более высокую температуру, чем поверхностные воды, закачиваемые в скважину. Измерение температуры произ
а — место притока вод определено способом понижения давления (оттартываппем); б — то же, способом повышения давления (продавливанием); 1, 2, 3, 4, 5 и 6 — порядковые номера зарегистрированных кривых удельного сопротивления жидкости, заполняющей скважину (место притока вод показано стрелкой).
а — место притока вод определено способом понижения давления (оттартываппем); б — то же, способом повышения давления (продавливанием); 1, 2, 3, 4, 5 и 6 — порядковые номера зарегистрированных кривых удельного сопротивления жидкости, заполняющей скважину (место притока вод показано стрелкой).
водится обычным электрическим термометром (см. § 7) и стандартной электроизмерительной аппаратурой, применяемой при геофизических исследованиях скважин (см. гл. II).
В фотоэлектрическом методе место притока вод уста
навливается по отличной прозрачности вод, поступающих в скважину, по сравнению с прозрачностью глинистого раствора. Измерение прозрачности раствора фиксируется фотоэлектрическим притока определителем, принцип действия которого основан на измерении разностей потенциалов в цепи фотоэлемента, освещаемого электрической лампочкой через слой исследуемой жидкости. Для повышения точности определения места притока раствор, заполняющий скважину, предварительно окрашивается интенсивным кра
сителем.
„ В зависимости от интенсивности притока вод местоположение притока определяется способами понижения давления или оттартывания (рис. 37, а) и повышения давления или продавливания (рис. 37, б). Оба способа заключаются в последовательной регистрации серии кривых удельного электрического сопротивления g0, температуры t или разности потенциалов
ДП в цепи фотоэлемента при различных давлениях столба раствора в скважине на уровне притока вод. При способе оттартывания перед каждым измерением р0, t и ДИ уровень раствора в скважине понижается, а при способе продавливания повышается.
Из двух указанных способов способ понижения давления применяется при наличии притоков вод с высоким статическим уровнем или в тех случаях, когда в скважине имеется несколько притоков (для быстрейшего выделения наиболее опасного притока повышенного давления). Способ продавливания применяется при низких статических уровнях притока или когда при нескольких притоках необходимо выделить наименее активный пласт, в который, например, может уходить нефть.
Определение затрубной циркуляции вод
Определение зон затрубной циркуляции вод производится термическим и радиоактивными методами. Термический метод определения затрубной циркуляции вод основывается на интенсивном теплообмене между раствором,
заполняющим скважину, и водами, циркулирующи м и за колонной. В результате интенсивного тепл о об мена на участке затрубной циркуляции вод устанавливается достаточно постоянная температура и этот участок выделяется на термограмме характерной аномалией (рис. 38, а и б, 1), практически одинаковых температур.
Аномалия температур сперва возникает против пласта-обводнителя и постепенно распространяется до поглощающего пласта. Это дает возможность при повторных и тщательно проведенных . измерениях
Рис. 38. Определение затрубной циркуляции вод.Рис. 38. Определение затрубной циркуляции вод.и — при наличии притока иод в скважину; б — при отсутствии притона вод в скважину; 1 — термограмма; а — кривая интенсивности гамма-излучепп я, за регист рированпа л после введении активированного раствора за колонну; л — обсадная колонна; 4 — обводняющий пласт; б — обводняемый пласт;6 — место повреждения колонны (притока вод).и — при наличии притока иод в скважину; б — при отсутствии притона вод в скважину; 1 — термограмма; а — кривая интенсивности гамма-излучепп я, за регист рированпа л после введении активированного раствора за колонну; л — обсадная колонна; 4 — обводняющий пласт; б — обводняемый пласт;6 — место повреждения колонны (притока вод).температур установить, из какого и в какой пласты происходит затрубная циркуляция вод.
Рис. 38. Определение затрубной циркуляции вод.
Рис. 38. Определение затрубной циркуляции вод.
и — при наличии притока иод в скважину; б — при отсутствии притона вод в скважину; 1 — термограмма; а — кривая интенсивности гамма-излучепп я, за регист рированпа л после введении активированного раствора за колонну; л — обсадная колонна; 4 — обводняющий пласт; б — обводняемый пласт;
6 — место повреждения колонны (притока вод).
и — при наличии притока иод в скважину; б — при отсутствии притона вод в скважину; 1 — термограмма; а — кривая интенсивности гамма-излучепп я, за регист рированпа л после введении активированного раствора за колонну; л — обсадная колонна; 4 — обводняющий пласт; б — обводняемый пласт;
6 — место повреждения колонны (притока вод).
Радиоактивный метод определения затрубной циркуляции вод применяется при наличии выхода циркулирующих вод в скважину. Для определения местоположения зоны циркуляции в скважину закачивается вода или буровой раствор, активированный радиоактивными изотопами, и затем после тщательной промывки скважины обычным раствором регистрируется кривая интенсивности гамма-излучения. Зона затрубного сообщения пластов отмечается участком повышенной интенсивности гамма-излучения (рис. 38, а, 2) с максимумами интенсивности против поглощающих (и отдающих) пластов
разреза.
Определение уровня жидкости
Уровень жидкости в скважине в практике промысловой геофизики измеряется электрическим и волновим методами.
В электрическом методе в скважину опускается электрический уровнемер, который (рис. 39, а) представляет собой перфорированный
цилиндр 1 с установленным в нем пробковым поплавком 2. Над поплавком по фланце 3 закреплен пружинный контакт 4, присоединенный через свечи 5 к жилам кабеля 6. Пока аппарат находится в воздухе, поплавок 2 лежит на дно цилиндра. При этом цепь потенциометра П (или амперметра А с ба
Рис. 39. Электрические уровнемеры.Рис. 39. Электрические уровнемеры.а — поплавковый; б — электропилот; Z — корпус уровнемера; 2 — пробковый поплавок; з — фланец; 4 — контакт; 5 —свечи; 6 — кабель; 7 —металлическая трубка; s — высокоомное, сопротивление; 9 — жила на бел п; А — амперметр- V — милливольтметр; К — переключатель; Б — батарея; П — потенциометр; Р, Q и N — электроды.а — поплавковый; б — электропилот; Z — корпус уровнемера; 2 — пробковый поплавок; з — фланец; 4 — контакт; 5 —свечи; 6 — кабель; 7 —металлическая трубка; s — высокоомное, сопротивление; 9 — жила на бел п; А — амперметр- V — милливольтметр; К — переключатель; Б — батарея; П — потенциометр; Р, Q и N — электроды.тареей Б), приключенного к жилам кабеля, соединенным с пружинным контактом 4, разомкнута. При погружении уровнемера в нефть поплавок поднимается и замыкает контакт 4. В цепи потенциометра (или амперметра с батареей) появляется электрический ток, отклоняющий стрелку прибора.
Рис. 39. Электрические уровнемеры.
Рис. 39. Электрические уровнемеры.
а — поплавковый; б — электропилот; Z — корпус уровнемера; 2 — пробковый поплавок; з — фланец; 4 — контакт; 5 —свечи; 6 — кабель; 7 —металлическая трубка; s — высокоомное, сопротивление; 9 — жила на бел п; А — амперметр- V — милливольтметр; К — переключатель; Б — батарея; П — потенциометр; Р, Q и N — электроды.
а — поплавковый; б — электропилот; Z — корпус уровнемера; 2 — пробковый поплавок; з — фланец; 4 — контакт; 5 —свечи; 6 — кабель; 7 —металлическая трубка; s — высокоомное, сопротивление; 9 — жила на бел п; А — амперметр- V — милливольтметр; К — переключатель; Б — батарея; П — потенциометр; Р, Q и N — электроды.
Положение уровня нефти в скважине отсчитывается по счетчику, соединенному с блоком, через который кабель опускался в скважину. При переходе уровнемера из нефти в воду в цепи, соединяющей контакт 4 с электродом ^, установленным на поверхности, возникает разность электродных потенциалов (ключ К установлен в левом положении). По появлению этой разности потенциалов и по показанию счетчика глубин определяется положение раздела нефть — вода.
Электрический уровнемер другой конструкции (электрический пилот) представляет собой металлическую трубку 7 (рис. 39, б), на которой установлено два электрода Р и Q, соединенных между собой высокоомным сопротивлением 8. Электрод Р присоединен к жиле 9 одножильногоб р онир ов ан-
ного кабеля 6, на котором прибор опускается в скважину. Когда прибор находится
в нефти или в воздухе, электрическая цепь прибора разомкнута и стрелка амперметра стоит в нулевом положении. При переходе прибора в воду жила кабеля соединяется через электроды Р, Q и воду с броней, в связи с чем стрелка амперметра отклоняется на полную шкалу. Когда электрод Р находится в нефти, а электрод Q—в воде, в цепь включается высокоомное сопротивление 8. При этом стрелка амперметра отклоняется на меньший угол, что дает возможность наиболее точно определить переход прибора из нефти в воду и установить положение этой границы.
Общим недостатком всех электрических уровнемеров является сравнительно большой диаметр этих приборов, затрудняющий, а в большинстве случаев и вовсе исключающий их использование для определения динамического уровня жидкостей в работающих скважинах.
Волновые методы определения уровня жидкости в скважине
основаны на определении времени, прошедшего с момента подачи в скважину импульса звука (эхометрический метод) или импульса давления (метод
ЛинЗтропа) до прихода их отражения от поверхности жидкости. Оба метода могут быть использованы как в простаивающих (определение статического уровня), так и в эксплуатируемых (определение динамического уровня) скважинах. Это является основным преимуществом волновых методов определения уровня жидкости перед электрическими. Невозможность определения
положения границы раздела нефть —вода является существенным недостатком этих методов. ' При определении уровня жидкости методом эхометра В. В. Сныткина (рис. 40) к скважине 1 при помощи патрубка 2 присоединяются хлопушка 3 и термомикрофрн 4. Хлопушка представляет собой пистолет, стреляющий холостым зарядом, или камеру с присоединенным к ней баллоном со сжатым воздухом, разобщенную от скважины бумажной диафрагмой. При нодаче сжатого воздуха высокого давления из баллона в камеру диафрагма разрывается и создает звуковой импульс. Моменты подачи звукового импульса и прихода его отражения воспринимаются термомикрофоном 4. Сигналы, отмеченные микрофоном, усиливаются усилителем 5 и регистрируются перописцем 6 на бумажной ленте 7. Зная время ту, прошедшее с момента подачи звукового импульса 9, до прихода его отражения 10, четко отмеченных на эхограмме 11, и скорость а распространения звука в среде, заполняющей скважину, по элементарной формуле
Нату
у2—
можно определить глубину Яу уровня жидкости 12 в скважине.
Для определения скорости распространения звуковых волн, изменяющейся в зависимости от глубины и давления в скважине, состава газовой смеси и ее температуры, на насосных трубах 13, недалеко от уровня жидкости 12 устанавливается патрубок или фланец 14, называемый репером. Расстояние Яр от репера до устья скважины точно известно. Наличие репера отмечается дополнительным отражением 15 звукового импульса
Рис. 40. Принципиальная схема определения уровня жидкости в скважине эхо-Рис. 40. Принципиальная схема определения уровня жидкости в скважине эхо-меч ром.меч ром.1 — эксплуатационная колонна; й — патрубок эхометра; <3 — хлопушка; 4 — термоми- крофоп; 5 — усилитель; 6 — перописец; 7 — диаграммная бумажная лента; S — лентопротяжный механизм; 9 — отметка момента подачи звукового импульса; 10 — отметка отражения звукового импульса от уровня жидкости Г1\ 11 — эхограмма; 13 — насосные трубы; 1-1 — репер; 13 — отражение звукового импульса от репера.1 — эксплуатационная колонна; й — патрубок эхометра; <3 — хлопушка; 4 — термоми- крофоп; 5 — усилитель; 6 — перописец; 7 — диаграммная бумажная лента; S — лентопротяжный механизм; 9 — отметка момента подачи звукового импульса; 10 — отметка отражения звукового импульса от уровня жидкости Г1\ 11 — эхограмма; 13 — насосные трубы; 1-1 — репер; 13 — отражение звукового импульса от репера.через промежуток времени тр с момента подачи импульса. Это отражение дает возможность определить скорость распространения звуковой волны и по формуле
Рис. 40. Принципиальная схема определения уровня жидкости в скважине эхо-
Рис. 40. Принципиальная схема определения уровня жидкости в скважине эхо-
меч ром.
меч ром.
1 — эксплуатационная колонна; й — патрубок эхометра; <3 — хлопушка; 4 — термоми- крофоп; 5 — усилитель; 6 — перописец; 7 — диаграммная бумажная лента; S — лентопротяжный механизм; 9 — отметка момента подачи звукового импульса; 10 — отметка отражения звукового импульса от уровня жидкости Г1\ 11 — эхограмма; 13 — насосные трубы; 1-1 — репер; 13 — отражение звукового импульса от репера.
1 — эксплуатационная колонна; й — патрубок эхометра; <3 — хлопушка; 4 — термоми- крофоп; 5 — усилитель; 6 — перописец; 7 — диаграммная бумажная лента; S — лентопротяжный механизм; 9 — отметка момента подачи звукового импульса; 10 — отметка отражения звукового импульса от уровня жидкости Г1\ 11 — эхограмма; 13 — насосные трубы; 1-1 — репер; 13 — отражение звукового импульса от репера.
Яу -^Р
Тр 1
рассчитать искомую глубину Н^ поверхности жидкости,
В методе Н. Т. Линдтрона в межтрубпом пространстве скважины на мгновение создается пониженное давление. Депрессия давления распространяется по скважине, отражается от уровня жидкости, возвращается к устью, снова отражается от крышки скважины и после ряда отражений затухает. По установленному у устья скважины водяному или ртутному манометру и секундомеру определяется время тп, прошедшее с момента подачи депрессионной
волны до последнего n-го прихода ее отражения к устью скважины, четко отмечаемого по манометру. Скорость а распространения волны определяется при помощи трубки Кундта. Глубина уровня жидкости рассчитывается по формуле
ГТ О-^П"Л у — ,
Метод отличается простотой применяемой аппаратуры, но вследствие невозможности точного определения скорости распространения упругой волны дает менее точные результаты, чем эхомотр.
Измерение давления
Определение давления в скважине в настоящее время не входит в круг работ, выполняемых промыслово-геофизическими партиями. Однако этот вопрос рано или поздно должен встать перед промысловой геофизикой. Измерение давления наиболее точно» может быть выполнено с применением геофизической аппаратуры и оборудования. Работниками промыслово-геофизической службы предложен для этой пели ряд конструкций глубинных дистанционных манометров, представляющих несомненный интерес. Принцип действия этих приборов основывается на передаче на поверхность при помощи электрической схемы показаний манометров или на использовании зависимостей изменения физических свойств тел от приложенного к ним давления. В глубинных манометрах с трубкой Бурдона подвижная- часть манометра соединена с электрической мостовой (или"потенциометрической) схемой, в цени которых при изменении давления и повороте подвижной системы манометра возникает разность потенциалов, пропорциональная давлению. Эта разность потенциалов по кабелю передается на поверхность, где регистрируется при помощи обычной измерительной аппаратуры..
В манометре Грозненской конструкции индикатором давления является мост переменного тока. Два плеча моста намотаны на катушку, внутри которой под действием измеряемого давления перемещается железный стержень. При перемещении стержня изменяется индуктивное сопротивление плеч моста, в связи с чем на его измерительной диагонали возникает разность потенциалов, пропорциональная давлению. Эта разность потенциалов выпрямляется и затем измеряется на поверхности потенциометром.
Для определения небольших изменений давления предлагались конструкции дифференциальных глубинных манометров, в которых бблыпая часть давления автоматически разгружается, в связи с чем для измерения изменения давления могут быть использованы манометры низкого давления высокой чувствительности.
Величину пластового давления можно также рассчитать по данным измерения Г/сп при разных уровнях бурового раствора в скважине в тех случаях, когда потенциалы Z7CIj собственной поляризации пород созданы процессами фильтрации.
Сводные данные о геофизических методах изучения технического состояния скважин приведены в табл. 2.
ПРОСТРЕЛОЧНО-ВЗРЫВНЫЕ РАБОТЫ В СКВАЖИНЕ
Кроме операций по определению технического состояния скважин, организации промыслово-геофизической службы занимаются перфорацией обсадных колони, отбором образцов пород из стенок скважины и торпедированием скважин.
Перфорация обсадных колони
Перфорация обсадных колонн производится с целью вскрытия продуктивных горизонтов после крепления скважины обсадной колонной и ее цементации. Для перфорации обсадных колонн промыслово-геофизическими партиями используются огнестрельные многокамерные пулевые, беспулевые и торпедные перфораторы с электрическим дистанционным управлением.
Многокамерные перфораторы в настоящее время повсеместно вытеснили ранее применявшиеся однокамерные перфораторы. Тем не менее в настоящем руководстве целесообразно кратко описать последние, во-первых, для ознакомления читателя с конструкциями первых перфораторов, успешно приме-
Рис, 41. Электрические стреляющие- перфораторы.<г — однокамерный штуцерный типа СП; б — однокамерный бесштуцерный тина ЭНС; в — многокамерный пулемет-перфоратор типа ПП; г — многокамерный перфоратор селективного действия типа ОСП; 1 — стяжки; 3—головка перфоратора; 3 — селективное переключающее устройство.Рис, 41. Электрические стреляющие- перфораторы.<г — однокамерный штуцерный типа СП; б — однокамерный бесштуцерный тина ЭНС; в — многокамерный пулемет-перфоратор типа ПП; г — многокамерный перфоратор селективного действия типа ОСП; 1 — стяжки; 3—головка перфоратора; 3 — селективное переключающее устройство.
Рис, 41. Электрические стреляющие- перфораторы.
<г — однокамерный штуцерный типа СП; б — однокамерный бесштуцерный тина ЭНС; в — многокамерный пулемет-перфоратор типа ПП; г — многокамерный перфоратор селективного действия типа ОСП; 1 — стяжки; 3—головка перфоратора; 3 — селективное переключающее устройство.
Рис, 41. Электрические стреляющие- перфораторы.
<г — однокамерный штуцерный типа СП; б — однокамерный бесштуцерный тина ЭНС; в — многокамерный пулемет-перфоратор типа ПП; г — многокамерный перфоратор селективного действия типа ОСП; 1 — стяжки; 3—головка перфоратора; 3 — селективное переключающее устройство.
пившихся в промышленности и имеющих несомненный исторический интерес, и, во-вторых, для уяснения принципа действия пулевой перфорации.
Однокамерные перфоратор ы
Однокамерные перфораторы выпускались промышленностью двух типов: штуцерный СП (рис. 41, а) и бесштуцертлй ЭСП (рис. 41, б). Перфоратор представляет камеру 1 (рис. 42, а и 4), в которой выточены: пороховая полость (камора) 2 емкостью 15—30 см\ ствольное отверстие 3 с резьбой и канал 4 дляввода запального провода 5. Полость 2 заполняется порохом и герметизируется со стороны ствольного отверстия несколькими железными и клингеритовыми (паро- нитовыми) прокладками 6 и 7, которые уплотняются при помощи ствола 8, ввинчиваемого в ствольное отверстие 3. В ствол вставляется пуля Р, и в капал 4 вводится гибкий изолированный запальный провод 5. Этот проводник в штуцерном перфораторе герметизируется резиновыми шайбами 10, уплотняемыми штуцером 11, а в бесштуцерпом — прокладками б' и 7. Провод 5 заканчивается тонкой запальной проволочкой 72 высокого сопротивления. Второй конец этой проволоки присоединяется к корпусу. Конец запального провода приключается к жиле кабеля, по которой к запалу подводится электрический ток. При включении тока проволочка 72, накаливаясь, воспламеняет порох Высоким давлением пороховых газов, образующихся при сгорании пороха, срезаются прокладки, герметизирующие камеру, и пуля, получив большую скорость и кинетическую энергию, пробивает колонну и окружающее ее цементное кольцо. За один спуск в скважину опускается от 3 до 12 перфораторных камер, соединенных между собой стяжками 7 (рис. 41, а) или муфтами. К верхней камере привинчивается головка 2, в которой закрепляется конец кабеля.
Многокамерные перфораторы
В многокамерном залповом перфораторе (пулемет-перфоратор С. Я. Литвинова, С. А. Альтшедя, А. Н. Петросяна и др.) (см. рис. 41, в) и в селективном перфораторе (рис. 41, г) камеры и стволь-
ные отверстия перфоратора выточены в одном стальном цилиндрическом
корпусе.
В многокамерных залповых перфораторах ПП-З, ПП-6, ППХ-4, ППМ-4 и ППМ-6 каморы соединены между собой и с верхней запальной каморой (конструкции бесштуцерного перфоратора) огневым 2-мм каналом. При сгорании пороха в запальной каморе пороховые газы устремляются в огневой канал и воспламеняют порох в следующих каморах, осуществляя практически одновременный (залповый) выстрел всей секции перфоратора.
В многокамерном селективном перфораторе ССП запал подводится к каждой каморе перфоратора. Запальные проводники присоединяются к жиле кабеля, по которой подается ток к перфоратору через селекторное- устройство 3 (рис. 41, г), включающее по очереди каждую камеру перфоратора. В скважинном селективном перфораторе применяются прессованные пороховые заряды 13 (рис. 42, в) с установленной в них запальной проволочкой 12.
Наименование задачи изучения технического состояния скважины
Геофизические методы, при помощи которых может быть решена данная задача
Название приборов
Измеряемые параметры и их обозначения
Название полученного документа
Определение диаметра скважины
Метод кавернометрии
Каверномер
Диаметр с?0 скважины
Кавернограмма
Определение искривления скважины
Метод инклинометрии
Инклинометр
Угол а и азимут <р искривления скважины
Пнклинограмма
Определение глубины забоя
Методы: кажущегося сопротивления, сопротивления заземления, потенциалов собственной и вызванной поляризации скользящих контактов, гамма- и рассеянного гамма-излучений, нейтронный и гамма-нейтронный, магнитометрии
Зонды и измерительные скважинные приборы радиометрии и магнитометрии
Кажущееся сопротивление gK, сопротивление НА заземления, потенциалы УСд собственной и Z7Bn вызванной поляризации пород, интенсивности 7у гамма-излучения, Ур у рассеянного гамма-излучения и Jn нейтронного гамма-излучения, плотность п^ нейтронов, напряженность Н магнитного поля
На диаграммах измеряемых параметров указывается глубина забоя скважины в метрах
Определение башмака колонны и мест положения упущенных труб
Методы: кажущегося сопротивления, сопротивления заземле- нпя, потенциалов собственной и вызванной поляризации скользящих контактов, гамма- и рассеянного гамма-излучений, нейтронный и гамма-нейтронный, магнитометрии и сейсмометрии
Зонды и измерительные скважинные приборы, применяемые при перечисленных методах
Кажущееся сопротивление дк, сопротивление RA заземления, потенциалы UGn и Пвп собственной и вызванной поляризации пород, интенсивности Jy гамма- излучения, 7р у рассеянного гамма-излучения и Jn нейтронного гамма-излучения, напряженность Н магнитного поля, скорость распространения упругих волн
Диаграммы измеряемых параметров. Указывается местоположение башмака колонны и труб
,,-.Таблица 2
Классификация геофизических методой изучения технического состояния скважин
МЕТОДЫ ПРОМЫСЛОВОЙ ГЕОФИЗИКИ. АППАРАТУРА И ОБОРУДОВАНИЕ
Определение местоположения муфтовых соединений
Методы рассеянного гамма-излучения и нейтронного гамма- излучения, скользящего контактора, магнитометрии
Скважинные приборы перечисленных методов, скользящий контактор
Интенсивности Jp у рассеянного и Jn у нейтронного гамма-излучений, диаметр dR колонны, напряженность Н магнитного поля
Диаграммы измеряемых параметров
Определение высоты подъема цемента за колонной
Термометрия, метод рассеянного гамма-излучения, метод изотопов
Термометр, скважинные приборы радиометрии
Температураt и интенсивность 7р рассеянного гамма-излучения и Jy и гамма-излучения изотопов
Термограмма и диаграммы J^ y и Jy и
Определение со стояния цемснт■ ного кольца
Метод изотопов
Специальный прибор— цементомер, скважинные приборы радиометрии
Интенсивность J у и гамма-излучения изотопов
Диаграмма Jy и и кривые цементомера
Определение места притоков вод
Резистивиметрия,термоме
трия, метод изотопов
Резистивиметр, термометр, фотоэлектрический притокоопредели- тель, скважинные приборы радиометрии
Удельное сопротивление g0 бурового раствора в скважине, температура г, ток г’ф в цепи фотоэлемента, интенсивность Jy и гамма-излучения изотопов
Диаграмма g0, термограмма, диаграмма фотоопределителя, диаграмма Jy^
Определение затрубной циркуляции вод
Термометрия, метод изотопов
Термометр, приборы радиометрии
Температура t, интенсивность Jy и гамма-излучения изотопов
Термограмма, диаграм- ма ^у;и
Определение уровня жидкости в скважине
Эхометрия
Электрический уровнемер, эхометр, прибор Линдтропа
Время т прихода звуковых и упругих отраженных волн, показания электрических уровнемеров
Эхограмма, запись определения глубин уровнемерами
Определение давления
Дистанционный скважинный манометр
Давление р0 в скважине
Запись кривых давления по глубине и во времени
МЕТОДЫ ПРОМЫСЛОВОЙ ГЕОФИЗИКИ
Пуля 9 с припаянным запальным проводником 5 устанавливается в отверстие ствола 8 перфоратора и герметизируется резиновой пробкой 14 и клипгерито- вой 6, стальной 7 и резиновой 15 шайбами. Многокамерные перфораторы с селективным устройством дают возможность произвести прострел каждого отверстия на различной, заранее заданной, глубине.
К числу новых, весьма эффективных типов перфораторов относятся беспулевые (кумулятивные) перфораторы. В отличие от обычных пулевых перфораторов, при кумулятивной перфорации колонны цементное кольцо
Рис. 42. Каморы огнестрельных элок- трическ их перфораторов.Рис. 42. Каморы огнестрельных элок- трическ их перфораторов.а — штуцерного типа СП; б — бесштуцерного типа ЭСП; в — селективного типа ОСП; У — камера; 2 — камора, заполненная порохом;3 — ствольное. отверстие; 4 — канал для ввода запального провода 5; 6 и 7 — стальные и клингеритовые прокладки; 8 — ствол; .9 — пуля; 10 — резиновые шайбы; 11 — штуцер; 12 — запальная проволочка; 13 — прессованный пороховой заряд; 14 — резиновая пробка; 15 — резиновая шайба.а — штуцерного типа СП; б — бесштуцерного типа ЭСП; в — селективного типа ОСП; У — камера; 2 — камора, заполненная порохом;3 — ствольное. отверстие; 4 — канал для ввода запального провода 5; 6 и 7 — стальные и клингеритовые прокладки; 8 — ствол; .9 — пуля; 10 — резиновые шайбы; 11 — штуцер; 12 — запальная проволочка; 13 — прессованный пороховой заряд; 14 — резиновая пробка; 15 — резиновая шайба.
Рис. 42. Каморы огнестрельных элок- трическ их перфораторов.
Рис. 42. Каморы огнестрельных элок- трическ их перфораторов.
а — штуцерного типа СП; б — бесштуцерного типа ЭСП; в — селективного типа ОСП; У — камера; 2 — камора, заполненная порохом;
3 — ствольное. отверстие; 4 — канал для ввода запального провода 5; 6 и 7 — стальные и клингеритовые прокладки; 8 — ствол; .9 — пуля; 10 — резиновые шайбы; 11 — штуцер; 12 — запальная проволочка; 13 — прессованный пороховой заряд; 14 — резиновая пробка; 15 — резиновая шайба.
а — штуцерного типа СП; б — бесштуцерного типа ЭСП; в — селективного типа ОСП; У — камера; 2 — камора, заполненная порохом;
3 — ствольное. отверстие; 4 — канал для ввода запального провода 5; 6 и 7 — стальные и клингеритовые прокладки; 8 — ствол; .9 — пуля; 10 — резиновые шайбы; 11 — штуцер; 12 — запальная проволочка; 13 — прессованный пороховой заряд; 14 — резиновая пробка; 15 — резиновая шайба.
и порода пробиваются раскаленной металлической струей, образующейся при взрыве кумулятивного заряда.
Кумулятивный перфоратор (рис. 43) представляет собой стальную трубу 1 с установленными на концах герметизирующими головками 2 и 3. В трубе расположено 10—20 гнезд 4, против которых в обойме 5 установлены кумулятивные заряды. Каждый кумулятивный заряд состоит из пластмассового корпуса 6 с установленным в нем коническим прессованным зарядом 7 из порошкообразного флегматизированного гексагена, внутрь которого вмонтирована медная коническая кумулятивная воронка 8.
При детонации кумулятивного заряда газы взрыва, сжимая и расплавляя медную воронку, образуют металлическую струю, выбрасываемую со скоростью до 10 000 м/сек. Эта струя, встречая преграду, создает давление' до 300 000 кг/см2, разрушающее встречающиеся на пути препятствия —герметизирующие диски 9, обсадную колонну, цементное кольцо и породу, создавая при этом глубокое вскрытие пласта (до 10—20 см). Детонация кумулятивных зарядов осуществляется при помощи взрывного патрона, соеди-
Рис. 43. Кумулятивный перфоратор.Рис. 43. Кумулятивный перфоратор.1 — стальная труба; 2 и 3 — верхняя и нижняя головки перфоратора; .4 — гнезда; 5 — обойма кумулятивных зарядов; 6 — пластмассовый корпус заряда; 7 — прессованный заряд из флегматизироваппого гексагена; 8 — медиан кумулятивная воронка; 9 — герметизирующие диски; 10 и 11 — детонаторный шпур; 12 — корпус запала; 13 — электрозапал; 14 — пороховые шашки; 15 — детонаторная гексагеповая шашка; 16 — соединительный патрон; 17 — кабель.1 — стальная труба; 2 и 3 — верхняя и нижняя головки перфоратора; .4 — гнезда; 5 — обойма кумулятивных зарядов; 6 — пластмассовый корпус заряда; 7 — прессованный заряд из флегматизироваппого гексагена; 8 — медиан кумулятивная воронка; 9 — герметизирующие диски; 10 и 11 — детонаторный шпур; 12 — корпус запала; 13 — электрозапал; 14 — пороховые шашки; 15 — детонаторная гексагеповая шашка; 16 — соединительный патрон; 17 — кабель.
Рис. 43. Кумулятивный перфоратор.
Рис. 43. Кумулятивный перфоратор.
1 — стальная труба; 2 и 3 — верхняя и нижняя головки перфоратора; .4 — гнезда; 5 — обойма кумулятивных зарядов; 6 — пластмассовый корпус заряда; 7 — прессованный заряд из флегматизироваппого гексагена; 8 — медиан кумулятивная воронка; 9 — герметизирующие диски; 10 и 11 — детонаторный шпур; 12 — корпус запала; 13 — электрозапал; 14 — пороховые шашки; 15 — детонаторная гексагеповая шашка; 16 — соединительный патрон; 17 — кабель.
1 — стальная труба; 2 и 3 — верхняя и нижняя головки перфоратора; .4 — гнезда; 5 — обойма кумулятивных зарядов; 6 — пластмассовый корпус заряда; 7 — прессованный заряд из флегматизироваппого гексагена; 8 — медиан кумулятивная воронка; 9 — герметизирующие диски; 10 и 11 — детонаторный шпур; 12 — корпус запала; 13 — электрозапал; 14 — пороховые шашки; 15 — детонаторная гексагеповая шашка; 16 — соединительный патрон; 17 — кабель.
пенного с кумулятивными зарядами детонаторным шнуром 10, 11. Взрывной патрон состоит из пластмассового корпуса 12, электрозапала 13, двух прессованных шашек 14, дымного ружейного пороха и детонаторной гексагеиовой
шашки 15 с присоединенным к ней детонаторным шнуром 11. Шашки дымного пороха установлены для предотвращения взрыва при нарушении герметичности корпуса и замыкании перфораторов. Отсутствие трещин в колонне при кумулятивной перфорации является ее большим преимуществом перед пулевой перфорацией.
Для прострела колонны и •одновременного значительного разрушения окружающих пород с целью повышения их проницаемости и улучшения притока жидкости в скважину применяется торпедный перфоратор 10. А. Колодяжного.
Основное отличие торпедного перфоратор а от обычных камерных перфораторов заключается в том, что в этом перфораторе вместо пули в ствол вставляется снаряд, заполненный взрывчатым веществом и снабженный инерционным взрывателем. Разрыв снаряда происходит после выхода его из колонны, что ■обеспечивает значительное разрушение пород.
Перфораторы на кабеле опускаются на глубину залегания перфорируемого участка скважины. В процессе спуска производится тщательный промер длины кабеля рулеткой или мерной лентой, исключающий возможность прострела колонны не на заданной глубине вследствие погрешностей в определении последней. Количество перфорируемых отверстий зависит от мощности вскрываемых отложений, их проницаемости и величины пластового давления. На 1 м участка перфорации в зависи-
мости от указанных выше условий и возможных неудачных результатов про- ^.стрела (осечки, недостаток пробивной способности перфораторов) дается 11 —20 и даже более отверстий.
33Рис. 44. Боковые электрические грунтоносы.а — боковой грунтонос ГрС-2 (бакинский); б — камера грунтоноса; в— боковой грунтонос грозненский; 1 — камера; 2 — камора; S — ствольное отверстие; 4 — штуцерный канал; б — прокладки; 6 — ствол; 7 — нитка; 8 — боек-грунтонос; 9 — стальные тросики; 10—стяжки; 11— соединительные муфты; 12 — кабель.Рис. 44. Боковые электрические грунтоносы.а — боковой грунтонос ГрС-2 (бакинский); б — камера грунтоноса; в— боковой грунтонос грозненский; 1 — камера; 2 — камора; S — ствольное отверстие; 4 — штуцерный канал; б — прокладки; 6 — ствол; 7 — нитка; 8 — боек-грунтонос; 9 — стальные тросики; 10—стяжки; 11— соединительные муфты; 12 — кабель.Отбор грунтов из стенокскважины
3
3
Рис. 44. Боковые электрические грунтоносы.
а — боковой грунтонос ГрС-2 (бакинский); б — камера грунтоноса; в— боковой грунтонос грозненский; 1 — камера; 2 — камора; S — ствольное отверстие; 4 — штуцерный канал; б — прокладки; 6 — ствол; 7 — нитка; 8 — боек-грунтонос; 9 — стальные тросики; 10—стяжки; 11— соединительные муфты; 12 — кабель.
Рис. 44. Боковые электрические грунтоносы.
а — боковой грунтонос ГрС-2 (бакинский); б — камера грунтоноса; в— боковой грунтонос грозненский; 1 — камера; 2 — камора; S — ствольное отверстие; 4 — штуцерный канал; б — прокладки; 6 — ствол; 7 — нитка; 8 — боек-грунтонос; 9 — стальные тросики; 10—стяжки; 11— соединительные муфты; 12 — кабель.
Для взятия образцов горных пород на участках разреза скважин, недостаточно изученных по геофизическим и геологическим данным и данным бурения, применяется боковой огнестрельный грунтонос с электрическим дистанционным управлением, получивший название бокового электрического грунтоноса В Боковой электрический грунтонос (рис. 44) имеет конструкцию, подобную конструкции однокамерного перфоратора: он представляет собой стальной корпус —камеру 1, в которой выточена пороховая полость (камора) 2 объемом 12—20 см3, ствольное отверстие 3 с резьбой и штуцерный 4 или бесштуцерный канал для ввода провода, заканчивающегося запальной проволокой. Полость каморы 2 заполняется порохом и со стороны ствольного отверстия герметизируется несколькими железными и клингеритовыми прокладками 5, которые уплотняются при помощи ствола 6, ввинчиваемого в ствольное отверстие 3 камеры 1. В ствол 6 на пятке 7 вставляется боек-грунтонос 8, прикрепляемый к корпусу камеры стальными троси
ками 9. Камеры грунтоноса соединяются между собой втулками или стяжками 10 и 11. Боковой грунтонос опускается в скважину на кабеле 12 до глубины, на которой должен быть произведен отбор пород. При включении тока запаль-
1 Для отбора образцов пород применяются также боковые электрические грунтоносы сверлящего действия. В СССР опытные образцы этих приборов выпущены Всесоюзным научно-исследовательским институтом геофизики
нал проволочка воспламеняет порох. Давлением пороховых газов, образующихся при сгорании пороха, боек грунтоноса выбрасывается и, ударяясь о стенку скважины, врезается в породу, которая заполняет полость бойка. При подъеме грунтоноса стальными тросиками 9 боек извлекается из породы. В зависимости от конструкции грунтоноса за один спуск-подъем отбирается 3—18 образцов пород.
Торпедирование скважин
Торпедирование скважин производится с целью: а) разрушения пород, окружающих скважину, для увеличения притока нефти и газа из пласта; б) разрушения водозакрывающей колонны (при вскрытии продуктивного - горизонта); в) обрыва бурильных труб при прихвате инструмента и г) разрушения оставленных в скважине металлических предметов для облегчения их удаления и дальнейшей проходки скважины.
Применяемые промыслово-геофизическими партиями торпеды представляют собой железный или асбоцементный стакан с серьгой, при помощи которой торпеда подвешивается к кабелю. Две жилы кабеля присоединяются к электрическому детонатору и служат для подвода тока в момент взрыва. Полость стакана заполняется взрывчатым веществом (толом, аммоналом, динамитом или др.). В зависимости от задачи торпедирования и типа взрывчатого вещества количество последнего варьирует от 3 до 20 ка.
При выполнении прострелочно-взрывных работ при перфорации обсадных колонн, отборе образцов пород и особенно при торпедировании скважины необходимо в точности выполнять технические условия, изложенные в специальной инструкции, и соблюдать правила техники безопасности, исключающие возможность несчастных случаев при выполнении этих работ [49]. Перфорация колонн, отбор пород и торпедирование скважин могут поручаться только лицам, прошедшим специальное обучение и получившим право, на производство взрывных работ.
КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ЭФФЕКТИВНОСТИ
И ПРОМЫШЛЕННОМ ЗНАЧЕНИИ ГЕОФИЗИЧЕСКИХ МЕТОДОВ1ИССЛЕДОВАНИЯ СКВАЖИН
Промышленное значение геофизических методов исследования скважин- определяется возможностью всестороннего познания особенностей геологического строения и ресурсов разведываемых и разрабатываемых месторождений полезных ископаемых при минимальных затратах средств и времени. Современный широкий комплекс геофизических методов позволяет, не прибегая к дорогостоящему отбору керна, выявлять в разрезах скважин рудные и нерудные полезные ископаемые, причем нередко с большой степенью,, точности, чем это можно сделать на основании анализа образцов пород, извлеченных при бурении скважин.
В нефтяной промышленности, в которой разведка и разработка месторождений нефти и газа производятся преимущественно глубокими, скважинами, где приходится эксплуатировать весьма прихотливые залежи подвижных (жидкого и газообразного) ископаемых, в большинстве случаев расположенные на значительных глубинах, недоступных для визуального наблюдения, геофизические методы исследования скважин получили исключительно широкое применение. В этой области горного дела эффективность, геофизических методов исследования скважин определяется следующими? производственными показателями.
П р и бурении скважин
а) Возможностью перехода на высокоэффективное бескерновое бурение скважин. Внедрение бескернового бурения позволило значительно уменьшить средства, расходуемые на бурение скважин, и резко повысить его скорость.
Бескерновое бурение скважин возможно лишь при широком использовании геофизических методов для изучения геологических разрезов скважин, так как в иных случаях при неограниченной проходке неизбежны пропуски продуктивных горизонтов и потеря стратиграфической ориентации разреза скважины.
Уменьшение ограниченной проходки с введением промысловой геофизики видно из следующих цифр. В 1931 г., до внедрения геофизических методов исследования скважин, на старых месторождениях Апшеронского полуострова, разрезы которых были наиболее хорошо изучены, ограниченная проходка составляла около 5% всего метража. На эту проходку тратилось до 13,9% времени, расходуемого па бурение скважин % В 1934 г., т. е. на третий год внедрения геофизических методов исследования разрезов скважин, ограниченная проходка снизилась до 0,2% от общего метража [47] и в настоящее время исчисляется сотыми долями процента. Таким образом, благодаря внедрению промысловой геофизики стало возможным сократить средства и затраты труда на бурение и тем самым ускорить и удешевить проходку скважин. Значительное ускорение проходки скважин позволило освободить большое число станков и расширить разводочное и эксплуатационное бурение на других площадях и месторождениях.
При разведке нефтяных и газовыхместорождений
Возможностью получения наиболее точных и детальных сведений о геологическом разрезе скважин и наличии полезных ископаемых. Геофизические методы позволяют выделять в разрезе скважин прослои пород мощностью до нескольких сантиметров, изучать коллекторские свойства пород и присутствие в них нефти и газа в условиях естественного залегания. Для нефтяной промышленности эти возможности геофизики имеют огромное значение, так как рыхлые породы, которыми обычно представлены высокопродуктивные нефтеносные и газоносные горизонты, в большинстве случаев не выносятся на поверхность колонковыми долотами, а поднятые образцы этих пород столь сильно промываются буровым раствором, что не только количественное, но часто и качественное суждение о нефтеносности, а тем более о газоносности вскрытых отложений полностью исключаются.
По данным промысловой геофизики было открыто большинство продуктивных горизонтов. Так, например, уже в первые годы промышленного применения промысловой геофизики, когда комплекс применяемых методов и их возможности были крайне ограниченными, по геофизическим данным была установлена промышленная нефтеносность таких крупных месторождений, как Малгобек, где скважина-первооткрывательница, испытанная по настоянию промыслово-геофизической службы, дала фонтан с дебитом свыше 100 т чистой нефти в сутки; высокодебитная залежь в подкирмакинской свите восточного крыла промысла им. Орджоникидзе (Азнефть), месторождение Ойсунгур и многие другие.
1 На других, менее изученных месторождениях ограниченная проходка доходила до 20—40% всего метража и время, затрачиваемое на это бурение, намного превышало •время, используемое на остальную проходку.
В настоящее время промышленное опробование перспективных нефте- и газоносных объектов производится в основном по данным промысловой геофизики.
Значительным сокращением сроков открытия новых месторождений нефти и газа за счет бурения большинства разведочных скважин (за исключением первой, иногда первой и второй скважин месторождения) без отбора керна. ’
При разработке нефтяных и газовыхместорождений
а) Возможностью наиболее обоснованного подсчета запасов нефти и газа по месторождению.
В настоящее время при подсчете запасов нефти и газа по данным промысловой геофизики определяются основные параметры продуктивного горизонта, как, например, его эффективная мощность, коэффициент нофтспа- сыщения порового пространства, а иногда и коэффициенты пористости, проницаемости и нефтеотдачи, без точного знания которых не могут быть подсчитаны запасы нефти и газа. Широко используются данные промысловой геофизики и при подсчете запасов других полезных ископаемых, например каменных углей.
. б) Использованием наиболее рациональных систем разработки нефтяных и газовых месторо ждений на основании точных сведений о структуре и коллекторских свойствах эксплуатационных горизонтов и их промышленных ресурсах, а следовательно, и возможностью представления правильных исходных материалов для составления рентабельных проектов строительства промыслов и подсобных предприятий. Данные промысловой геофизики в настоящее время являются одной из основных частей геологического обоснования проектов рациональной разработки нефтяных и газовых месторождений. .
Обеспечением прироста продукции и сохранности месторождения благодаря правильной раздельной эксплуатации горизонтов. Данные геофизических методов исследования скважин на многих месторождениях позволили установить, что некоторые из эксплуатационных объектов, долго считавшиеся едиными горизонтами, на самом деле представляют совокупность четко разделяемых пластов, нередко имеющих различный режим и условия залегания нефти и газа. Совместная эксплуатация таких объектов приводит к преждевременному их обводнению водами горизонтов с повышенными гидростатическими давлениями и проницаемостями , и малыми контурами нефтегазоносности. Так, например, по данным промысловой геофизики, еще в первые годы се применения на нефтяных месторождениях Апшеронского полуострова были разделены на самостоятельные объекты кирма- кинекая и подкирмакипская песчаные свиты (промысел им. Орджоникидзе), XII и нижележащие пласты среднего отдела продуктивной толщи (Сталинский нефтеносный район) и многие другие эксплуатационные объекты.
Уменьшением числа проектируемых скважин при разработке месторождений по системе «снизу вверху. Эта система разработки может быть с успехом применена лишь при широком применении геофизических методов исследования разрезов скважин, обеспечивающем получение максимально полных сведений о количестве продуктивных горизонтов и условиях их залегания. Эти сведения кладутся в основу генерального плана разработки всего месторождения в целом и плана разработки ярусов и эксплуатационных объектов.
Увеличением, прироста продукции путем выявления в разрезах скважин старых разрабатываемых месторождений промышленных горизонтов,
7 Заказ 714.
пропущенных до внедрения геофизических методов исследования скважин* В этом направлении в первые же годы применения промысловой геофизики были получены замечательные результаты. По данным геофизических методов исследования разрезов скважин на хорошо изученном Новогрозненском месторождении было установлено наличие промышленной нефтеносности в Х11, XV пХУШ пластах, считавшихся ранее непродуктивными. Скважины, проведенные на эти пласты, входили в эксплуатацию с суточным добитом до 50 и. более т чистой нефти. На промыслах Апшеронского полуострова отдельные горизонты, считавшиеся истощенными, при вскрытии их, по геофизическим данным, давали до 200 т безводной нефти на скважину в сутки. Исследование старого фонда закрепленных скважин радиоактивными методами позволило вернуть к жизни сотни бездействующих скважин.
о) Сокращением средств, затрачиваемых на бурение малорентабельных скважин, в связи с возможностью определения по данным промысловой геофизики не только наличия нефти в пласте, но и степени нефтенасыщенности пласта, а следовательно, и его промышленной ценности.
Экономией средств за счет уменьшения числа неудачных операций по вскрытию горизонтов. Промысловая геофизика даст возможность наиболее точно установить местоположение газо-нефтяного и газо-пефте-водяпого контактов и границ переходных зон. Это обеспечивает правильное вскрытие нефтеносных и газоносных объектов. Ранее, до внедрения геофизических методов исследования разрезов скважин, глубины, на которые опускались сетки эксплуатационных колонн или производилась перфорация, часто определялись неверно. В связи с этим скважины, только что пущенные в эксплуатацию, быстро снижали дебит, переходили на газ или обводнялись. ■
Возможностью контроля процесса законтурного заводнения. В благоприятных условиях геофизические методы исследования скважин дают возможность определять положение водо-пефтяного контакта в процессе разработки залежи. Это позволяет при изучении характера продвижения водонефтяного контакта устанавливать неравномерность стягивания контура' и регулированием процессов законтурного заводнения и отбора,нефти и газа* обеспечить наилучшее извлечение нефти из пласта и наиболее длительный срок безводной эксплуатации скважин.
Кроме перечисленного круга вопросов нефтепромыслового дела, решение которых с применением геофизических методов исследования нефтяных и газовых скважин стало возможным на более высоком, техническом уровне, обеспечивающем значительную экономию средств и времени, внедрение промысловой геофизики позволило создать экономию средств и прирост продукции за счет следующего:
своевременного определения характера искривления скважин, особенно наклонно направленного бурения, и последующего их исправления в тех случаях, когда искривление скважин происходит но в заданных направлениях;
точного определения положения и сохранности цементного кольца за колонной* в связи с этим стали реже случаи вскрытия пластов в незаце- мептироватшой части разреза и обводнения нефтяных пластов;
точного определения положения водо-нефтяного контакта в скважинах при капитальном ремонте;
своевременного и точного определения мест притока вод и выявления обводняющих пластов;
■ 5) определения оптимального режима эксплуатации скважин на основе детального изучения положения динамического- уровня жидкости в про-
цессе эксплуатации и уровней воды и нефти в скважинах, находящихся в статическом состоянии;
минимальных задержек скважин при простреле колонн и при торпедировании.
Все перечисленное является основным фундаментом, па базе которого промысловая геофизика в условиях плановой социалистической системы народного хозяйства превратилась в могучее техническое средство, позволяющее на основе точного познания условий залегания и промышленных ресурсов месторождения полезных ископаемых и максимального повышения скорости проходки скважин успешно осуществлять разведку и разработку этих месторождений, особенно месторождений нефти и газа, в минимально короткие сроки при наименьших затратах времени, труда, денежных средств и материалов.
ГЛАВА II
ОСНОВНАЯ ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ АППАРАТУРА
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Аппаратура, применяемая для измерения физических параметров горных пород в скважинах и изучения их технического состояния, может быть подразделена на основную и специальную. К первой относятся приборы, являющиеся общими для различных методов геофизического исследования разрезов и технического состояния скважин. Без этих приборов невозможна организация геофизической службы на промыслах; их описание дается в настоящей главе. К специальной измерительной аппаратуре относятся приборы, применяемые только в отдельных методах исследования скважин и в методах, близких по своей физической сущности, как, например, зонды для измерения электрических параметров — при электрометрии скважин; устройства, воспринимающие гамма- и нейтронное излучение — при радиоактивных методах исследования; термометр — при термических измерениях, инклинометр — при определении искривления скважин, пластовой наклономер — при изучении направления падения пород, пройденных скважиной и т. п.
Комплект основной измерительной аппаратуры состоит из прибора для измерения разностей потенциалов и силы тока — самопишущего потенциометра, потенциометра с полуавтоматическим регистратором или фоторегистратора с комплектом вспомогательных устройств и панелей, облегчающих и ускоряющих производство измерений на скважинах, и преобразователя токов—пульсатора.
В целях улучшения условий труда "обслуживающего персонала и облегчения управления измерительной аппаратурой последняя устанавливается в закрытых удобных в работе автомашинах, так называемых измерительных промыслово-геофизических лабораториях, или станциях, описанию которых посвящена гл. III.
МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ
В практике промысловой геофизики измерение разности потенциалов и силы тика производится двумя методами:
непосредственным отсчетом измеряемой величины по отклонению подвижной системы гальванометра или другого измерительного прибора, проградуированного по напряжению или току;
компенсационным методом, в котором измеряемая разность потенциалов 2И7 (в частности, разность потенциалов, созданная измеряемым током на эталонном сопротивлении) сравнивается с заранее известной разностью потенциалов, установленной на потенциометре.
При определении разности потенциалов методом непосредственного отсчета измерительный прибор Р (например, гальва-
пометр фоторегистратора), проградуированный по напряжению, присоединяется к точкам цепи М и N, между которыми измеряется разность потенциалов 2Й7 (рис. 45, а). Зная постоянную Си гальванометра по напряжению, равную числу милливольт (микровольт), отклоняющих указатель (блик светового луча или стрелку) гальванометра на 1 лак (1 см) или на одно деление шкалы, и величину С мм^см) или число делений ти, па которое сместился указатель при измерении искомой разности потенциалов ДП, рассчитывают ее значение
AU - СиС
или
AU = С ли.
Рис. 45. Принципиальные схемы измерения разнести потенциалов и силы тока а — схемд непосредственного измерения разности потенциалов; б — то же, силы тока; в —схема компенсационного метода измерения разности потенциалов; а — то же, силы тока.
AU и Г — измеряемые разность потенциалов и сила тока; Д1/И — компенсирующая равное,ть потенциалов; SK — напряжение компенсационного элемента; Л9 — эталонное сопротивление; R—сопротивление потенциометра; ги —сопротивление нключеппой части потенциометра; гк — ток в цепи сопротивления rK. Р—-прибор, измеряющий разность потенциалов; мА —миллиамперметр; G— нуль-индикатор (гальванометр); К — ключ включения компенсационного элемента; U и D — движки потенциометра.
При измерении силы тока гальванометр присоединяется к эталонному сопротивлению Ra (рис. 45, б). Ток, проходящий по сопротивлению R9, создаст на его концах разность потенциалов
лиг = НС.(48)
Эта разность потенциалов отклоняет блик светового луча гальванометра на 1г мм, или его стрелку на nt делений.
Следовательно,
Ж = Z1Z79 = Cuh или
ПС = 2Й79 = СиЖ-
Так как Си. и Л8 известны, то, зная величины отклонений /,. и щ, можно определить силу тока простым расчетом:
т С и.1 г
или
г =
Для контроля за постоянством силы тока и приближенного его определения применяются также миллиамперметры мА, непосредственно включаемые в питающую цепь (рис. 45, б).
П р и к о м п е и с а ц и о и пом метод с, принципиальная схема которого изображена на рис. 45, в, измеряемая разность потенциалов ДИ
сравнивается с разностью потенциалов ДУК, созданной па части гк градуированного сопротивления (потенциометра) R, присоединенного к элементу с известным напряжением Ек.
Если разность потенциалов ДУ^ между движками У и D потенциометра равна измеряемой разности потенциалов ДУ и противоположна ей по знаку, в проводниках, соединяющих движки У и D с точками М и N, тока не будет. Отсутствие тока в момент компенсации отмечается по гальванометру G, включенному в один из проводов М или N; блик светового луча или стрелка гальванометра при включении измеряемой разности потенциалов остаются в исходном положении. .
Величина тока щ = EJR, проходящего при компенсации по сопротивлению гк, включенному между движками У и I), и величина сопротивления гк известны. Значит, известно и
Ди К = Й<Г к —
В момент компенсации '
ДУ = Ж<,
и, следовательно, искомая разность потенциалов
ДП = ^Г„ (49)
находится элементарным расчетом.
При измерении компенсационным методом силы тока I определяется разность потенциалов ДУ^ созданная этим током, па эталонном сопротивлении R9 (рис. 45, г). Измерив ДУа — IR-a и зная Rai по формуле
7 = ^ <5°)
рассчитывают искомую силу тока.
Компенсационный метод по сравнению с методом непосредственного измерения обеспечивает большую точность измерения разности потенциалов ДП, что объясняется следующим.
■ 1. В момент измерения разности потенциалов компенсационным методом в проводах, соединяющих клеммы потенциометра с электродами М и N, между которыми определяется разность потенциалов ДУ, ток отсутствует. Поэтому в момент‘изменения ДУ падение напряжения в соединительных проводах и на электродах М и N равно нулю и, следовательно, разность потенциалов ДУК1 установленная на потенциометре, равна измеряемой разности потенциалов ДУ.
При отсчете ДУ по гальванометру (вольтметру) его показания ДУТ будут меньше ЛУ на величину падения напряжения на электродах М и N и в проводах, соединяющих эти электроды с гальванометром. По расчету
_ дтт(а— rm ~У* rn "^".rmn \
где Rr, RM, Rn и Rmn — соответственно сопротивления измерительного прибора (гальванометра или вольтмэтра), электродов М и N и проводников, соединяющих электроды М и N с измерительным прибором. .
В тех случаях, когда сопротивление Rr прибора незначительно отличается от суммы сопротивлений RM -|- RN-V- EMN, и особенно в тех случаях, когда Яг< ЕМД- RN4-RMN, разность потенциалов ДУг, указанная гальванометром
или вольтметром, может значительно отличаться от измеряемой разности потенциалов AU. Так как величины. Ям и RN не остаются постоянными, то для определения AU с требуемой степенью точности методом непосредственного измерения необходимо, иметь прибор с высоким внутренним сопротивлением Я.
Применение гальванометров с высоким внутренним сопротивлением ограничивает их чувствительность по напряжению и но позволяет в некоторых -случаях измерять малые разности потенциалов с требуемой степенью точности.
При компенсационном методе измерения токи иедокомпеисации, протекающие в измерительной цепи, имеют малую величину, вследствие чего:
исключаются погрешности, созданные изменением потенциала электрического поля в пространстве, окружающем электроды М и N, в связи -с ответвлением части тока в измерительную цепь; '
значительно уменьшается поляризация электродов, приводящая к погрешностям в измерениях кажущегося сопротивления, потенциалов собственной поляризации пород, и, особенно, потенциалов вызванной поляризации;
значительно уменьшается величина э. д. с. самоиндукции, возникающей при разрывах пульсатором измерительной цепи, и тем самым повышается точность измерений.
При компенсационном методе в связи с применением нулевого способа измерений практически исключаются погрешности в измерениях вследствие потери чувствительности измерительного прибора, в результате которой нарушается его градуировка в пределах шкалы.
При компенсационном методе измерения производятся дифференциальным способом, при котором наблюдаемые отклонения стрелки прибора нуль-индикатора — создаются ио измеряемой величиной AU, а лишь не- скомпенсированной долей этой величины. Последнее дает возможность при применении в качество нуль-индикатора гальванометра высокой чувствительности отсчитывать измеряемую величину со значительно большей точностью, чем по приборам с градуированной шкалой.
Таким образом, компенсационный метод измерений по сравнению с методом непосредственных измерений разностей потенциалов фоторегистратором по схеме вольтметра обладает рядом неоспоримых преимуществ. Если до настоящего времени при производстве измерений в скважине еще широко используется осциллографический (вольтметровый) принцип регистрации разностей потенциалов, то это является лишь следствием отсутствия удачно разработанных конструкций самопишущих потенциометров. К числу наиболее подходящих конструкций этих приборов относятся электронный и тиратронпый потенциометры, описание которых дается ниже (см. § 24, 25 и 26).
ГАЛЬВАНОМЕТРЫ
В большинстве измерительных приборов, применяемых при геофизических исследованиях скважин (за исключением электронного потенциометра), индикация регистрируемых разностей потенциалов и силы тока производится зеркальным или стрелочными гальванометрами.
Так как гальванометр является главнейшей деталью наземной измерительной аппаратуры, остановимся несколько более подробно на особенностях его работы при измерении разностей потенциалов и силы тока.
При включении гальванометра в цепь магнитное поле тока ц проходящего через рамку гальванометра, взаимодействуя с магнитным потоком системы, создает вращающий момент
1VI -—* Cx'TI'qS^JRi — CpS рЬГz,
где sp — общая площадь витков рамки гальванометра, равная произведению числа нв витков на среднюю площадь sB одного витка; Н — напряженность магнитного поля; сг — коэффициент пропорциональности, определяемый выбором системы единиц, в которых измеряются М, sp, II и I. Если М выражено в г см, sp— в см, Н— в эрстедах и /— в амперах, коэффициент cY — 101,93 X 10“6.
Вращающему моменту М противодействуют:
Момент Мп, созданный закручиванием противодействующей пружины (растяжки) и пропорциональный углу ср поворота рамки гальванометра
'Мп = Ад>,
где А — коэффициент пропорциональности, зависящий от материала и линейных размеров пружины.
Момент Мп, вызванный неуравновешенностью подвижной системы гальванометра и в первом приближении пропорциональный углу др поворота рамки гальванометра:■
Мн = Jh Вер,
где В — коэффициент пропорциональности, зависящий от тщательности балансировки подвижной системы.
Момент Мп обычно наблюдается в стрелочных гальванометрах при плохой балансировке подвижной системы и негоризонтальпом положении гальванометра.
Момент Ма электромагнитного торможения, возникающий в результате взаимодействия магнитного поля магнитной системы гальванометра с магнитным полем тока in, индуцированного этим полем в рамке гальванометра при ее движении:'
]Ма == Су8рШи-'
Сила индуцированного в витках рамки тока
где Но—полное сопротивление цепи, на которое .замкнута рамка (включая ее сопротивление), и еи — величина индуцированной э. д. с.:
л1 dip
6и = “ = —,
оси рамки.— Sy И 2г1в(7р?р :=:: Sp? тор _ Hq d4>; _ Hs^dcpоси рамки.— Sy И 2г1в(7р?р :=:: Sp? тор _ Hq d4>; _ Hs^dcpгде Ф— величина магнитного потока, сцепляющегося с рамкой (Ф = 5РЯ = = 2ар1рПвНу, 1р — длина витка рамки, секущего магнитное поле, и ар — его расстояние до
оси рамки.
— Sy И 2г1в(7р?р :=:: Sp? то
р _ Hq d4>; _ Hs^dcp
оси рамки.
— Sy И 2г1в(7р?р :=:: Sp? то
р _ Hq d4>; _ Hs^dcp
Так как 2apZp
и, следовательно,
(51)(51)М „ (Я»р) dtp т\ ^Ф
(51)
(51)
Ш g — Ср5 • —7— — — U —.— ,
атdr ’
— постоянная величина.— постоянная величина.где D - с ^Hs^ где и „—
— постоянная величина.
— постоянная величина.
Момент Мс сопротивления окружающей среды (воздуха или жидкости при масляном затухании) движению рамки, пропорциональный угловой скорости ее движения:
Коэффициент пропорциональности F возрастает с увеличением вязкости среды, окружающей рамку, и поверхности последней, а в стрелочных приборах — с увеличением длины стрелки.
Постоянный момент Мт = — G сил трения в кернах, поддерживающих рамку. Момент Мт зависит от нагрузки па керн и сохранности рабочей поверхности керна. В гальванометрах на растяжках и подвесах момент Мт отсутствует.
При движении подвижной системы гальванометра сумма моментов сил, действующих на систему, уравновешивается моментом сил инерции
М — т
где J —- момент инерции подвижной системы гальванометра.
Таким образом,
7 ^ = М + М, + М„ + М„ + Ма + X, -
= M-C-(A±B^-(D + F^ = Q-Wtl>-P^, (52> где
Q = М - С; W = Л ± В и Р = 1) + F.
Решая дифференциальное уравнение (52), получим
7=^—йтЧНГ + MzTГ-
Р\
' Р 1 // Р х2 W 1^ \ 2J ) J * ]
]е
Полагая
Р _2.7 "
получим
ф = -^ (1 - Л^- | («/ «2__ £2) ^£2=^ _ (^ _ -J/^FZ^) Г ^^Д^г ] j =
= ^ Ь - 4г[(а+у) (а -у) е"уг0 •(53)
Из уравнения (53) следует, что при т = 0 ср = 0 и ^-= 0, что полностью соответствует начальным условиям.
Так как у всегда меньше а, то при т —> оо
m _ Q _М-С __сг^И1-С,,,.
В гальванометрах на растяжках и с посадкой на корнах при условии малых сил трения и хорошей балансировки подвижной системы прибора, при которых С <^М и В <^ А, при достаточно большом т
== s^(55)
т. е. отклонение подвижной системы гальванометра пропорционально силе тока ц проходящего в рамке гальванометра. При постоянном сопротивлении 7?0 цепи, на которую замкнут гальванометр, отклонение 99ю будет также пропорциональным разности ДИ потенциалов, приложенной к клеммам гальванометра.
Отношение наибольшего углового уоо или линейного I отклонения указателя гальванометра (стрелки или блика светового луча) к силе проходящего тока i [«St в формуле (55)] называется чувствительностью гальванометра по току;
л Voo crsP^ j crspH Г 0 угла I
ИЛИ
(56)(56)л I Фео Lp CpSpHLy Г ММГ i W
(56)
(56)
где Lp — расстояние в миллиметрах от оси рамки зеркального гальванометра до его шкалы (длина оптического рычага) или длина в миллиметрах стрелки стрелочного гальванометра.'
Для сопоставления чувствительностей гальванометров различных конструкций пользуются значением чувствительности, приведенной к оптическому рычагу в 1 м;
^М CTSpH^Q3 мм ~1
г Wам *
Отношение тех же величин (у и Z) к приложенному напряжению Д1/ называется чувствительностью гальванометра по напряжению;
„ Фео ФооIГ0 угла
tr; " 2w ~ "н? l"
ШЛИ
л _ РосДр _ crSpHLp _ 6*1 I мм"1-^
Из формул (56) и (57) следует, что чувствительность гальванометра пропорциональна суммарной площади зр витков рамки, напряжению Н магнитного поля, длине рычага Lp и при В = 0 обратно пропорциональна коэффициенту Л, характеризующему упругие свойства противодействующей пружины (подвеса).
Таким образом, увеличение чувствительности гальванометра может -быть осуществлено: а) повышением напряженности магнитного поля с применением в случае необходимости подмагничивания магнитной системы электрическим током; б) изготовлением рамки с возможно большей площадью ь’р (с большим числом пв витков) и в) установкой противодействующих пружин (подвесов) с возможно меньшим коэффициентом упругости А. Так как у большинства гальванометров противодействующая пружина одновременно является и подвесом, на котором крепится подвижная система, то для обеспечения прочности гальванометра его рамку делают возможно более легкой, применяя бескаркасную систему и малые диаметры проволоки (0,02—0,05 мм^ из которой изготовляется рамка.
Коэффициент, на который должен быть умножен отсчет по гальванометру для того, чтобы получить величину измеряемого тока и напряжения, называется постоянной гальванометра по току и напряжению. В практике геофизических исследований скважин сила тока в цепи гальванометра
■ измеряется в микроамперах и напряжение, приложенное к гальванометру,— в милливольтах. В связи с этим постоянные гальванометра по току и напряжению определяются по величине отклонения блика гальванометра фоторегистратора в 1 см или по величине отклонения стрелки стрелочного гальванометра на одно деление сто шкалы соответственно при прохождении тока 1 мча или при приложенном к гальванометру напряжении 1 мв
•I о6 __ Wp . ^6 г -ика
Si cTSpFI s I 1 дел. шк.
где p — ширина деления шкалы в угловых градусах или
—^--х10б1~
6pSpVjjupС ЛЬ
WR6,p X 103 Г мв CpSpH 1 дел. шк.
1ИЛИ
WR0cvSpLI Lp
(58)
(59)
(60)
(61)
Из приведенных положений следует, что постоянные гальванометра
•по току и по напряжению соответственно равны силе тока в микроамперах
ш напряжению в милливольтах, отклоняющих стрелку гальванометра на одно .деление или блик гальванометра па 1 см шкалы фоторегистратора. Из сопоставления формул (56) и (57) и (58). и (61) также -следует, что постоянная гальванометра -обратно пропорциональна его чувствительности.
Анализ формулы (53) показывает, -что в зависимости от соотношения между параметрами а и ^ характер движения рамки гальванометра будет различным.
Если а > ^ (у вещественно), движение подвижной системы имеет апериодиче- ‘Ский характер (рис. 46, кривая 7).
Выведенная из исходного положения» подвижная система достигает положения равновесия в течение тем большого времени, чем больше параметр:
Рис. 46. Характер изменения движения подвижной системы гальванометра в зависимости от соси ношения
1 — ф = / (т) при а/р = 1,5 (апериодический режим); 2 — то же, при а/р = 1 (критический режим); з — то же, при а] р = 0,8 (периодический решим); 4 — то же, при al 8= 0,6;5 —то же, при
а,р = 0,4.
у = (Л а2 — /92
Л±5
((больше неравенство D -|- F > 2 VJ И ± 5)), т* е- чсм больше моменты .•электромагнитного торможения и сопротивления среды, окружающей подвижную систему, и меньше моменты инерции подвижной системы гальванометра и противодействующей пружины.
При у = 0, т. е. при
D 4- F = 2 /Тр^ТЗ);
подвижная система гальванометра практически достигнет конечного пол с- экения за минимальный промежуток времени (рис. 46, кривая 2). При этом
так называемом критическом режиме движение системы удовлетворяет уравнению
ф = фсо [ 1 — е~ ат (1 + ат) ’.(62)
При ;3>ау является мнимой величиной. Обозначая в этом случае- у = /<5 и пользуясь преобразованием Эйлера
eiST = cos dr + j sin (5т,
г; ]дт = cos бт — / sin (5т,
получим
у = УЦ1 —^^^(63)
Уравнению (63) отвечает так называемый периодический режим движения подвижной системы гальванометра, характеризующийся тем, что подвижная система приходит в конечное положение после ряда затухающих колебаний (рис. 46, кривые 3, 4 и 5) с периодом
Этот период будет том больше, чем меньше неравенство
2УТ(Л±ВУ>Д + А
т. с. чем меньше моменты инерции у подвижной системы гальванометра и; противодействующей пружины и чем больше моменты электромагнитного* торможения и сил сопротивления среды, окружающей подвижную систему гальванометра.
При равенстве нулю момента сил электромагнитного торможения и торможения ' среды, окружающей подвижную систему гальванометра, Р = = D + F = 0, период колебаний системы
<65>
называется периодом свободных колебаний и соответствующая этому периоду частота
собственной частотой колебаний подвижной системы гальванометра, кругособственной частотой колебаний подвижной системы гальванометра, круговая частота которыхвая частота которыхСопоставляя между собой формулы (64) и (65), получимСопоставляя между собой формулы (64) и (65), получимТо (D+^J2 4J(A±B)То (D+^J2 4J(A±B)То= Тр/ Р \2]Л-%2" ‘'\ 2 V"JW /То= Тр/ Р \2]Л-%2" ‘'\ 2 V"JW /(66)/(66)/Р2Так как %2 = положительно, то период Т колебаний подвижной системы гальванометра больше периода ее собственных колебаний.ПараметрР2Так как %2 = положительно, то период Т колебаний подвижной системы гальванометра больше периода ее собственных колебаний.Параметр2 V JW2 V JW(67)(67)
собственной частотой колебаний подвижной системы гальванометра, круго
собственной частотой колебаний подвижной системы гальванометра, круго
вая частота которых
вая частота которых
Сопоставляя между собой формулы (64) и (65), получим
Сопоставляя между собой формулы (64) и (65), получим
То (D+^J2 4J(A±B)
То (D+^J2 4J(A±B)
То= Тр
/ Р \2]Л-%2" ‘
'\ 2 V"JW /
То= Тр
/ Р \2]Л-%2" ‘
'\ 2 V"JW /
(66)/
(66)/
Р2
Так как %2 = положительно, то период Т колебаний подвижной системы гальванометра больше периода ее собственных колебаний.
Параметр
Р2
Так как %2 = положительно, то период Т колебаний подвижной системы гальванометра больше периода ее собственных колебаний.
Параметр
2 V JW
2 V JW
(67)
(67)
называется коэффициентом или степенью успокоения подвижной системы гальванометра. Б зависимости от величины % изменяется время г установления подвижной системы, в течение которого подвижная система достигает положения равновесия с заданной погрешностью dr. В табл. 3 приведены значения т в долях периода собственных колебаний системы при dr = 2 %.
Т а б л и п а 3
Степень успокоения %
0,2
0,4
0,6
0,8
0,9
1
1,5
2
5
10
т
/1,3
2,8
1,35
0,95
0,8
0,73
1,65
2,5
6,1
12,1
При р = а равенство (66) обращается в бесконечность и отвечает апериодическому (критическому) движению, удовлетворяющему уравнению (62).
Из трех режимов движения системы гальванометров, определяемых уравнениями (53) при а > р, (62) при а = р и (63) при а < Р, наиболее удобным в работе является критический режим, при котором подвижная система достигает положения равновесия за минимальный промежуток времени без колебаний, затрудняющих отсчет и искажающих запись.
При хорошо отбалансированной подвижной системе гальванометра (В ~ 0) в условиях воздушного затухания (В ^ D) критический режим (а = Р) удовлетворяется при
П = 2]/ТЛ, т. о. при
- 2VJA = D = Р№1 в-о).(68)
При .Sp, 77, J и Л, заданных конструкцией гальванометра, критический режим может быть достигнут подбором полного сопротивления Ro цепи, зв которую включена рамка гальванометра. Сопротивление
Ritv(69)
называется критическим сопротивлением гальванометра.
Критическое сопротивление пропорционально квадрату произведения суммарной площади sp витков рамки па напряженность Ы магнитного поля гальванометра и обратно пропорционально корню квадратному из произведения момента инерции J подвижной системы гальванометра на коэффициент Л, определяющий упругие свойства противодействующей пружины.
При полном сопротивлении цепи (в которую включена рамка гальванометра) Ro > 7?ир гальванометр находится в периодическом режиме; при Но = 7?кр — в критическом режиме и при Но < 7?кр — в апериодическом. Так как внутреннее сопротивление Rv рамки гальванометра сохраняется постоянным, то удобно пользоваться величиной внешнего критического сопротивления
Rmt. кр — 7?кр — 7?р, по отношению к которому величина внешнего сопротивления цепи, замыкающей рамку, определяет апериодический, критический или периодический режим ее движения. При работе следует иметь внешнее сопротивление 7?Вп цепи как можно более близким к критическому.
Некоторое увеличение НЮ1 по отношению к 77ви. кр обеспечивает большую подвижность рамки и возможность регистрации диаграмм при повышенной
скорости, ио понижает чувствительность по напряжению. При уменьшении Двн по отношению к 7?вн, кр увеличивается чувствительность гальванометра по напряжению, но снижается его подвижность и тем самым ограничивается скорость регистрации диаграмм.
В тех случаях, когда момент электромагнитного торможения мал и гальванометр имеет небольшое критическое сопротивление, для увеличения величины 2?ир па рамку накладывают несколько короткозамкнутых витков проволоки. Вследствие малого сопротивления этих витков в них возникают достаточно большие токи индукции, обеспечивающие значительное увеличение электромагнитного торможения, а следовательно, и возможность работы при большем внешнем критическом сопротивлении.
Сопоставляя между собой формулы (67), (68) и (69), приходим к выводу,, что степень успокоения подвижной системы гальванометра
% =Р^ = гу = Д1Ф
2 Р УГГ27?u Р JW ^о
пропорциональна критическому и обратно пропорциональна полному сопротивлению ее цепи. Чем выше сопротивление последней, тем больше должно быть критическое сопротивление гальванометра для обеспечения возможности работы системы при степени успокоения, близкой к единице (в наиболее' выгодном режиме, близком к критическому).
Теоретические основы измерения токов и напряжений при помощи гальванометра были приведены для случая измерения токов и напряжений, постоянных во времени. Однако в промысловой геофизике при помощи гальванометра измеряются напряжения и токи, нередко изменяющиеся во времени по весьма сложной зависимости. В этих условиях показания гальванометра могут не соответствовать истинным значениям измеряемых, величин [15]. Возникающая при этом погрешность может быть определена, исходя из следующих положений.
Зависимость силы тока z, протекающего через подвижную систему гальванометра, от времени может быть разложена на сумму составляющих:
i = vyi sin (2лг;т -|- ^у
где 13 — амплитуда и уд — угол сдвига фазы составляющей тока с частотой
Подставляя в уравнение (52) вместо постоянного значения М = crSpHi с "о величину для каждой периодически изменяющейся составляющей тока г = Zisin 2лтдт и решая таким образом уравнение относительно угла щер отклонения подвижной системы, созданного z-ой гармоникой, будем иметь:
где ^ост — угловое отклонение подвижной системы гальванометра при постоянном токе силы It; v0 и % — соответственно собственная частота колебаний этой системы и степень ее успокоения [15].
Отношение
называется динамической восприимчивостью гальванометра. Величина ^ определяет долю отклонения подвижной системы гальванометра при перемен-
ном токе заданной частоты ^ по отношению к ее отклонению в том случае, если бы ток U оставался постоянным во времени. Чем ближе отношение дч к единице, тем точнее может быть записана величина тока, измеряемого гальванометром.
Так как кривая изменения тока во времени представляет сумму гармоник различных частот, то в общем случае
Рис. 47. Кривые зависимости динамической восприимчивости ^i (а) и фазовой погрешности А<р (б) от отношения частоты v;, переменного тока к собственной частоте v0 колебаний подвижной системы гальванометра при различных ’степенях % успокоения системы (шифр кривых).Рис. 47. Кривые зависимости динамической восприимчивости ^i (а) и фазовой погрешности А<р (б) от отношения частоты v;, переменного тока к собственной частоте v0 колебаний подвижной системы гальванометра при различных ’степенях % успокоения системы (шифр кривых).
Рис. 47. Кривые зависимости динамической восприимчивости ^i (а) и фазовой погрешности А<р (б) от отношения частоты v;, переменного тока к собственной частоте v0 колебаний подвижной системы гальванометра при различных ’степенях % успокоения системы (шифр кривых).
Рис. 47. Кривые зависимости динамической восприимчивости ^i (а) и фазовой погрешности А<р (б) от отношения частоты v;, переменного тока к собственной частоте v0 колебаний подвижной системы гальванометра при различных ’степенях % успокоения системы (шифр кривых).
Из формулы (70) следует, что величина отклонения подвижной системы гальванометра при токе, изменяющемся во времени, будет тем более отличаться от се отклонения при постоянном токе и, следовательно, измерения будут выполнены тем с большей погрешностью, чем больше величина ОТПОШСПИЯ ГгД'о.
Кроме того, при % <0,5 погрешности в измерениях
возрастают и при г^о —> Ч т- е- при резонансе вынужденных и собственных колебаний.
Наряду с возникновением амплитудной погрешности при регистрации тока, изменяющегося во времени, наблюдается отставание показаний гальванометра от фазы измеряемого тока. Величина фазовой погрешности
2%
N = arc tg-рА-—(71)
I Vo /
возрастает с приближением отношения i4jv0 к единице и достигает я/2 при резонансе колебаний (vi = т0). При vt < ^о амплитудные и фазовые погрешности резко уменьшаются с увеличением частоты v0 собственных колебаний подвижной системы гальванометра.
На рис. 47 приведен график значений динамической восприимчивости и величины фазовой погрешности для различных значений отношений уф0 и степени % успокоения подвижной системы гальванометра.
При использовании гальванометра с высокой частотой собственных колебаний, обеспечивающей высокую скорость фоторегистрации физических параметров в скважинах, иногда наблюдается значительное влияние помех, созданных переменными токами с частотой v^ близкой к частоте г0. Эти токи приводят к раскачке подвижной системы гальванометра, что затрудняет, а иногда и вовсе исключает воможность точной записи кривых измеряемых параметров.
В этих условиях запись кривых может быть получена более доброкачественной, если параллельно рамке гальванометра подключить емкость Со.
Как показывает теория [15], подключение емкости уменьшает собственный период колебания гальванометра и величину критического сопротивления до значений, соответственно равных (при jK ~ 0)
°с 2л г J-VDR0C0 у^ DR()Co / i + MKpTOco ’
д __ DR» _ Я^р Яир
Н₽С 2 / WJ-^WDRA у у^Р^СГ ” "|/1 + 4лЯкр^ ’
Уменьшение частоты собственных колебаний и величины критического сопротивления гальванометра при подключенной емкости даст возможность резко понизить чувствительность гальванометра к токам высокой частоты. При этом для сохранения неизменной степени успокоения, величина которой пропорциональна критическому сопротивлению, одновременно с подключением емкости величину сопротивления цепи гальванометра уменьшают пропорционально измененной величине критического сопротивления.
Конструкции и параметры гальванометров, установленных в измерительной промыслово-геофизической аппаратуре, будут рассмотрены при ее описании.‘
ПОТЕНЦИОМЕТРЫ ЭП-1 и ЭП-1м
Полевые потенциометры ЭП-1 (прежняя марка П-3) и модернизированный ЭП-1м ранее были основными измерительными приборами промысловогеофизических партий х. В настоящее время они используются только в партиях с небольшим объемом работ и в геофизических лабораториях. В крупных промыслово-геофизических партиях эти приборы заменены более эффективными самопишущими потенциометрами и фоторегистраторами, описание которых приводится ниже.
До потенциометров ЭП-1 (типа Шлумберже) для измерения разностей потенциалов и силы тока при электрических методах'разведки отечественной промышленностью выпускались сложные компенсаторы. Сложные компенсаторы в настоящее время не изготовляются и полностью амортизированы, в связи с чем описание прибора этой конструкции в настоящем руководстве не приводится. С конструкцией и принципом действия сложного компенсатора интересующиеся читатели могут'познакомиться в ранее вышедшей литературе [5, 60]. ■
Каждый из потенциометров ЭП-1 и ЭП-1м состоит из четырех соединенных друг с другом приборов (рис. 48, 49 и 50):
основного потенциометра 1 с гальванометром, при помощи которого измеряется разность потенциалов ЛК и сила I питающего тока;
компенсатора поляризации 2, который предназначается для исключения разности электродных потенциалов, а иногда и потен-' риалов собственной поляризации горных пород;
в ы к л ю ч а т е л я тока 3 для кратковременных включений тока в питающую цепь, предохраняющих батареи питания от длительной
Рис. 48. Потенциометр ЭП-1 (общий вид).
1 — основной потенциометр; г — компенсатор поляризации; з — выключатель тока о эталонными сопротивлениями для измерения гона, / — компенсатор индукции; 5 — пру- '**—* шинная тяга выключателя (бодец).
разрядки; в коробке выключателя установлены эталонные сопротивления, при помощи которых измеряют ток в питающей линии АВ\
к о м п е и с а т о р а индукции 4, применяемого для исключения э. д. с. индукции, возникающих в измерительной цепи М при включении тока в питающей цепи АВ (на рис. 50 компенсатор индукции не показан).
Из четырех перечисленных приборов потенциометры ЭП-1 и ЭП-1м отличаются только конструкцией основного потенциометра. Конструкции компенсаторов поляризации и индукции и выключателя тока у этих приборов одинаковы.
Монтаж компенсаторов поляризации и индукции и выключателя тока в отдельных коробках, легко присоединяемых к основному потенциометру, дает возможность в зависимости от характера измерений, для которых применяется потенциометр, использовать то или иное сочленение перечисленных приборов.
8 Заказ 714.
I
Рис. 49. Чертеж общего вида зьлеициометра ЭП-1.
1— основной потенциометр; 2 — компенсатор поляризации; 3 — выключатель тока с эталонными сопротивлениями для измерения тока; v — компенсатор индукции; 5 — пружинная тяга выключателя (боде-н); 6 — контакт соединения корпуса с линией питания при измерении силы тока; 7 — коромысло ключа одновременного замыкания; 8 — контактный стержень; 9 — соединительный проводник.
Основной потенциометр прибора ЭП-1
Основной потенциометр прибора ЭП-1 состоит из двух декадных магазинов Ry и Rd и четырех постоянных сопротивлений гг, г2, г3 и г4, присоединенных к компенсационному элементу Еи по схеме, приведенной на рис. 51, г.
Декадные магазины Ry и RD изготовлены из девяти сопротивлений но 1 ом (Rv) и девяти сопротивлений по 10 ом (RD). Концы этих сопротивлений подведены к контактам, закрепленным по окружностям на эбонитовой
Рис. 50. Потенциометр ЭП-1м.
Общий вид прибора (а) и основного потенциометра со снятыми верхней (б) и пияшей (в) крышками; 1 — основной потенциометр; 2-^ компенсатор поляризации; з — выключатель тока; 4 — ключ одно-1 временного замыкания; 5 — пружинная тяга; 6 — эбонитовая панель; 7 — катушки с намотанными ступенями декадных магазинов; 8 — башмачки декадных переключателей; 9 — бронзовые пружинки; ю — фланцы; 11 — полуоси декад; 12 -т- эбонитовые втулки; 13 — бронзовая пружинка; 14 — изолирующий сектор; 15 — головка декады единиц; 16 — головка декады десятков; 17 — головка переключателя Пх полярности; 18 — головка переключателя Пй пределов измерений; 19 — головка выключателя компенсационного элемента; 20 — ограничители движения стрелки гальванометра; 21 — рамка гальванометра; 22 — стрелка гальванометра; 23 — магнит; 24 —полюсные наконечники; 25 —вилка корректора; 27 — головка корректора нуля; 28 — пружина, арретирующая рамку; 30 — головка арретира; 32 — эбонитовая колодка; зз — компенсационный элемент; М и N т- клеммы для присоединения; потенциометра к цепи, в которой производятся измерения.
панели 1 (рис. 52). По этим контактам передвигаются ползунки, соединенные с осями, проходящими в центре окружностей. На осях декадных переключателей насажены головки, у основания которых выгравированы цифры. На головке единиц нанесены цифры йо порядку от 0 до 9 включительно (0, 1, 2, 3 и т. д.), на головке десятков — от 0 до 90 включительно через каждые 10 единиц (0, 10, 20, и т. д.). Вращая головки магазинов, можно включить между ползунками U и D (см. рис. 51) любое число ом от 0 до 99. Включенное сопротивление определяется суммой чисел, обозначенных на лимбах головок U и D, на которые указывают стрелки и и d (см. рис. 49).
Рис. 51. Схема потенциометра ЭП-1. а — принципиальная; б — монтажная.
Сопротивление г2 при помощи ключа Пх (см. рис. 51, а) может быть замкнуто накоротко (ключ Пх находится в положении 1) или введено в компенсационную цепь (ключ Пх находится в положении 2\ состоящую из сопротивлений Ни, Rd. Цепь из сопротивлений Rn, RD, гх и г2 в зависимости от положения ключа Па может быть присоединена параллельно к сопротивлениям гг и г4 (ключ Я2 находится в положении 3) или только к сопротивлению г3 (ключ П2 находится в положении 4). В последнем случае сопротивление г4 присоединяется последовательно к параллельной цепи, состоящей из сопротивлений г3 и Rv + RD + rx + г2. В зависимости от положения ключей П1 и П2 изменяется ток iKl проходящий в компенсационной цепи.
Таким образом, при повороте ключей Пг и П^ изменяются цена единицы деления декад потенциометра и предел измерений, т. е. максимальное число милливольт, которое может быть подано в измерительную цепь при полном включении декадных магазинов (99 ом). Цена единицы деления декад и предел измерений для каждого из положений ключей указаны в табл. 4.
Компенсирующая разность потенциалов равна произведению сопротивления, включенного между ползунками декадных магазинов, в омах (читается
Таблица 4
Продолы измерений разностей потенциалов; силы компенсационных токов и цены делений декады единиц потенциометров ЭП-1 и Э1Ым
Положение ключей Их и Па потенциометра ЭП-1 (см. схему, рис. 51, а) ■
Положение ключа П 2 потенциометра
ЭП-1м, (см. схему, рис. 53, а)
Величина компенсирующего тока гю ма
Цена деления декады потенциометра, мв/ед.
дел. дек
Пределы измерений разности потенциалов, М8
Пг — 1; Па —3
1
5
5
0—495,0
Их—2; Я2-3
2
1
1
0—99,0
П1 — 1; Па — 4
3
0,2
0,2
0—19,8
Пх-2; Я2-4
4
0,05'
0,05
0—4,95
на лимбах головок декадных магазинов) на силу компенсирующего тока в миллиамперах. Величина последнего (в миллиамперах) равна одному из четырех чисел: 0,05; 0,2; 1 и 5, выгравированных на лимбах ключей Пг и П^ на которое указывают стрелки на головках ключей Пг и П2.
Ползунки U и D соединены с клеммами М и N потенциометра через стрелочный гальванометр — нуль-индикатор, переключатель направления тока «Н» и однополюсный ключ Л. Переключатель тока «Н» дает возможность при любом направлении измеряемых электродвижущих сил (М положительно по отношению к N или наоборот) включить на потенциометре компенсирующую разность потенциалов навстречу измеряемой разности потенциалов, без чего невозможно достигнуть компенсации. Ключ Л служит для мгновенного включения измерительной цепи, когда включение разности потенциалов угрожает сохранности гальванометра, и в тех случаях, когда включение потенциометра в измерительную цепь в силу непостоянства компенсируемой разности потенциалов должно быть кратковременным. Включение компенсационного элемента потенциометра производится ключом Э. Ключ А замыкает накоротко рамку гальванометра Г при ее арретировании. Это предохраняет рамку от возможного пережога волоска в случае включения слишком большой разности потенциалов при зааретироваином гальванометре, когда, резкий отброс стрелки не будет замечен оператором.
Методика расчета и описание конструкции основного потенциометра подробно изложены в ранее вышедших работах автора [5, 60] Ц
Основной потенциометр прибора ЭП-1м .
Основной потенциометр прибора ЭП-1м (см. рис. 50) отличается от потенциометра ЭП-1 незначительным изменением электрической схемы соединений и объединением ключа Л и переключателя «Н—» потенциометра ЭП-1 в один переключатель Пх и ключей Пх и П^ потенциометра ЭП-1 во второй переключатель Л^ (рис. 53). Уменьшение числа ключей облегчает производство измерений с потенциометром ЭП-1м и удешевляет стоимость прибора.
В потенциометре ЭП-1м два декадных магазина Ry и RD (15и!6 па рис. 50) такой же конструкции, как и основного потенциометра ЭП-1, присоединены через сопротивление гх = 198,7 ом к ключу П2. При помощи переключателя П2 (18 .на рис. 50) эти сопротивления могут быть подключены либо непосредственно в цепь компенсационного элемента Э (ключ Пг находится в положении 1; пределы измерения прибора 0—495 же; цена единицы деления декад 5 мв^ либо через;сопротивление г2 = 1199 ом (ключ П2 находится в положении 2; пределы измерения прибора 0—99 же; цена единицы деления декад 1 же).
См. также рис. 52 и подрисуночную подпись к нему.
При этих двух положениях переключателя Я2 параллельно цепи последовательно включенных сопротивлений Ry + RD + rt или Ry + RD + гх + + r2, подключаются два последовательно включенных сопротивления г3 = 107,6 ом и г4 = 1910 ом. При положении 3 ключа Я2 сопротивление г4 вводится в цепь элемента и сопротивления Ry + RD + п приключаются параллельно сопротивлению г3 (пределы измерения потенциометра 0—19,8 мв; цена единицы деления декад 0,2 мв). При положении 4 ключа Я2 последовательно с цепью сопротивлений Ry + RD + rt включается сопротивление гб = г2 = 1199 ом. При таком включении пределы измерения потенциометра равны 0—4,95 мв и цена единицы деления декад 0,05 мв. Таким образом, введение добавочного сопротивления гб позволяет
Рис. 53. Схемы потенциометра ЭП-1м. а — принципиальная; б — монтажная.
заменить два ключа Я4 и Я2 потенциометра ЭП-1 одним ключом Я2 в потенциометре ЭП-1м. Переключатель полярности Пг в потенциометре ЭП-1м выполнен в виде двух бронзовых башмачков 8, укрепленных на изолирующем секторе 14 (см. рис. 50). При повороте головки переключателя полярности на 90° башмачки переключают провода, соединяющие клеммы М и N потенциометра с ползунками U и D декадных магазинов, и тем самым изменяют знак измеряемой разности потенциалов, подведенной к магазинам Ry и Rd потенциометра. При повороте сектора на 45° цепь, соединяющая клеммы М и N потенциометра с декадами магазинов, разрывается. Это положение переключателя Я1 соответствует выключенному положению ключа Л потенциометра ЭП-1.
Конструкция и назначение остальных узлов потенциометра ЭП-1м: декадных магазинов, ключей Э и А и гальванометра (см. рис. 50 и подрисуночную подпись к нему), одинаковые с конструкциями и назначением этих узлов в потенциометре ЭП-1.
Гальванометр
В потенциометре ЭП-1 и ЭП-1м установлен стрелочный гальванометр МПГ-3 21 (см. рис. 50 и 52) со следующей характеристикой: внутреннее сопротивление рамки 250—300 ом; внешнее критическое сопротивление 800— 1000 ом; период затухания подвижной системы при разомкнутой цепи 4,5— 5,5 сек.; чувствительность по току & = 4 4 5 делениям шкалы прибора
на 1 мка\ чувствительность по напряжению 5^=124-20 делений шкалы на 1 мв. Шкала гальванометра (см. рис. 49 и 50) имеет 40 делений с пулом в середине шкалы. Ширина деления 1,4 мм. Для облегчения запоминания положения стрелки между делениями шкалы напечатаны буквы в алфавитном порядке.
На шкале гальванометра нанесено семь обозначений: Р, С, Rn, А°, Т", Si и Sy. Цифры под этими буквами указывают:
Р — номер потенциометра;
С — номер рамки гальванометра;
Rfi — внутреннее сопротивление рамки в омах при 20е; это сопротивление практически равно сопротивлению между клеммами М и N потенциометра при нулевом положении ползунков U и D;
Ап — внсшнесе критическое сопротивление в омах;
Т" — собственный период колебания рамки при разомкнутой цепи в секундах;
Si дел/мка — чувствительность гальванометра по току — число делений шкалы, на которое отклоняется стрелка гальванометра при прохождении через рамку тока силой 1 мка;
Sv (Sy) — чувствительность гальванометра по напряжению — число делений шкалы, па которое отклоняется стрелка гальванометра при приложенном напряжении в клеммах гальванометра 1 мв.
Между числами В, Si и 5и по закону Ома соблюдается соотношение
= 1000.
Гальванометр МПГ-3 имеет следующую конструкцию. К магниту 23 (см. рис 50 и 52) из никель-алюминиевой стали присоединены полюсные наконечники 24. Рамка 1, мостик 2 и сердечник 3 (рис. 54) закреплены па суппорте 4, который легко устанавливается в цилиндрическом гнезде между полюсными наконечниками. Это дает возможность в случае порчи рамки заменить ее другой, не снимая магнитной системы гальванометра.
На бескаркасной рамке гальванометра уложено 350—400 рабочих и пять короткозамкнутых витков красномед ной проволоки Г1ЭШО диаметром 0,05 ы. На верхней и нижней плоскостях рамки закреплены полуоси. Нижняя полуось 5 закапчивается корном 6, который упирается в корундовый подпятник 7, установленный на торне винта 8, проходящего через нижнюю часть суппорта. Верхняя полуось 9 заканчивается дужкой 10, на которой закреплено верхнее керно 11, упирающееся на корундовый подпятник 12, установленный на мостике 2 рамки.
В верхней части полуоси проточен канал 13. В канале проходит бронзовая ленточка 14, кропящаяся под гайку, центрированную с верхним подпятником. Эта ленточка сообщает рамке упругий противодействующий момент, подводит к обмотке рамки ток и разгружает керны, что улучшает качество гальванометра. Второй конец обмотки выводится через безмомонтный серебряный или золотой волосок, припаянный одной стороной к маленькому рожку 15, закрепленному на рамке, а другой стороной — к пластинке, крепящейся под винт на металлической втулке 16. Втулка 16 установлена на колонке 17 мостика и изолирована от нее кольцом 18.
Стрелка 19 гальванометра прикреплена к верхней полуоси рамки. Противовес 20 служит для балансирования системы. Стрелку устанавливают в пулевое положение при помощи вилки 21. В прорезь этой вилки входит палец 25 (см. рис. 52), эксцентрично закрепленный на втулке 26, установленной на оси корректора с головкой 27.
Рамка арретируется при помощи устройства, состоящего из пружины 28, поднимающей рамку, и эбонитового кулачка 29, эксцентрично сидящего па оси арретира 30.
Компенсационная цепь потенциометра питается сухим элементом 31 (см. рис. 51} типа 1-С «Сатурн».
Элемент 1-С устанавливается на эбонитовую колодку 32 в камере 33 с окошком, позволяющим легко производить смену элемента. К колодке элемент прижимается пружинами 34, закрепленными на эбонитовой пластинке 35. Окошко закрывается крышкой 36.
Сухой элемент 1-С дает устойчивую э. д. с. только в первое время работы. Затем при длительном употреблении в связи с поляризацией элемента
его э. д. с. уменьшается, что ведет к погрешностям в наблюдениях. Работав с элементом 1-С, следует время от времени проверять ого напряжение по* гальванометру потенциометра или при помощи второго потенциометра, В котором установлен новый элемент с нормальным напряжением 1,5 в.
При проверке напряжения элемента по гальванометру замыкают накоротко клеммы М и N потенциометра, ставят головку декады D в нулевое положение, головку декады U на единицу и ключи Пх и Л2 в положение, при котором сила компенсационного
- 2230 -- 2230 -Рис. 54. Подвижная система гальванометра МПГ-3.Рис. 54. Подвижная система гальванометра МПГ-3.
- 22
30 -
- 22
30 -
Рис. 54. Подвижная система гальванометра МПГ-3.
Рис. 54. Подвижная система гальванометра МПГ-3.
1 — рамка гальванометра; 2 — мостин; з — сердечник; 4 — суппорт; 5 — нижняя полуось; 6 — нижнее керно; 7 — корундовый подпятник; 8 — установочный пиит; 9 — верхняя полуось; 10 —дужка; 11 — верхнее керпо; 12 — корундовый подпятник; 13— канал; 14— бронзовая ленточка; 15 — токо- подводящнй рожок; 16—втулка; 17—колонка; 18—кольцо; 19—стрелка; 20— противовес;
21 — вилка.
тока равна 1 ма. Включают элемент и отсчитывают число делений п, на которое отклонилась стрелка гальванометра. Э. д. с. элемента определяется по формуле
Е = Ео,
Оу,
где Е—существующее напряжение элемента; Ео—номинальное напряжение элемента в неразряженном состоянии (Eq = 1,5 в), Su — чувствительность гальванометра по напряжению.
При измерении напряжения элемента при помощи второго потенциометра включают оба потенциометра, так, чтобы создаваемые ими разности потенциалов были направлены, навстречу друг другу. Далее разарретируют один из .гальванометров и, установив на- эталонном приборе разность потенциалов в т0 милливольт (60—80 ме^ компенсируют эту разность потенциалов потенциометром, в котором находится испытуемый элемент. Если для достижения компенсации на потенциометре с испытуемым элементом необходимо установить т милливольт, то искомая э. д. с. исследуемого элемента
т0т
Е».
Для исключения возможных погрешностей в измерениях в связи с разрядкой компенсационного элемента необходимо иметь в наличии запасные элементы; их следует предохранять от сырости, мороза и высоких температур. Элемент считается непригодным к работе, если его э д. с. Е < 1,2 в.
Входные клеммы М и N потенциометра имеют заданную полярность. При правильном включении компенсационного элемента клемма М положительна по отношению к клемме N, если стрелка, выгравированная на головке переключателя «И—», указывает на плюс, и отрицательна, если •стрелка указывает на минус. Это дает возможность по отклонению стрелки гальванометра определить знак измеряемых разностей потенциалов.
Стрелка гальванометра отклоняется:
влево при включении напряжения только от компенсационного элемента потенциометра (если он правильно присоединен к потенциометру) при любом положении переключателя «Н—» (клеммы М и N замкнуты накоротко); -
вправо, если к клемме М приложен положительный потенциал и •стрелка, выгравированная на головке переключателя «Н—» указывает па плюс, или если к клемме М приложен отрицательный потенциал и стрелка переключателя «Н—» указывает на минус; •
влево, если к клемме М приложен положительный потенциал по отношению к клемме N и стрелка на головке переключателя «-|—» указывает на минус или если к клемме М приложен отрицательный потенциал йо отношению к клемме N и стрелка на головке переключателя «-j—» указывает на плюс. - :
Случаи «б» и <<в» предполагают отсутствие компенсирующей разности потенциалов в цепи MUDN потенциометра’ (головки декадных магазинов U и D установлены па нуль). , :
Компенсатор поляризации
Компенсатор поляризации КПП состоит из потенциометра R (рис. 55, а и 56) в 36 ом, включенного в цепь компенсационного элемента Е (типа 1-С) и двух постоянных сопротивлений и = 164 ом и га = 594 ом. Потенцио-
Рис. 55. Внутренний вид компенсатора поляризации (а), компенсатора индукции (б) и выключателя (в) потенциометра ЭН-1.
метр R и сопротивления п и га соединены с элементом Е по схеме, приведенной на рис. 56, в. .
Детали компенсатора поляризации смонтированы на эбонитовой панели 1 (рис. 56, б), являющийся крышкой алюминиевой коробки 2, крепящейся к потенциометру с левой стороны. Потенциометр R служит для изменения ве-
личины компенсирующих э. д. с., вводимых в цепь MN. При смещении ползунка 3 потенциометра R из нулевого положения элемент включается в цепь. Компенсационная разность потенциалов будет тем больше, чем большее число витков включено ползунком потенциометра.
При включении в гнезда h и г короткозамкнутой вилки замыкается накоротко сопротивление г2, в результате чего увеличивается сила тока в цепи реостата и тем самым расширяется диапазон действия компенсатора поляри- аации-
1 Рис. 56. "Компёнсатор поляризации КПП.
об — чертеж прибора; в — схема электрических соединений; 1 — эбонитовая панель; 2—алюминиевая коробка; з — ползунок потенциометра В; Е — сухой гальванический элемент 1-С; k, I, h, i— гнезда.
Компенсатор индукции '
Компенсатор индукции (см рис. 55. б) состоит из двух катушек 1 и 2 (рис. 57), закрепленных на железном ярме 3 Магнитная цепь ярма замыкается якорем 4. Винт 5 дает возможность изменять величину зазора 6 и тем самым увеличивать или уменьшать величину коэффициента взаимной индукции между катушками 1 и 2.
Катушка 7 включашся в измерительную цепь MN. а катушка 2— в питающую цепь АВ При включении гока, вращая головкой 7 винта 5, подбирают зазор 6 между якорем и ярмом, а следовательно, и коэффициент индукции таким, при котором я. д. с., ипдуцировдпныо в катушках компспса! ора. будут равны и прямо противоположны э. д. с., индуцированным в цепи MN. Это равенство э д. с. устанавливается по отсутствию характерного броска стрелки гальванометра в момент включения тока. Для увеличения диапазона компенсации обмотка катушки 1 секционирована;1 /4 часть витков приключена к гнездам т и п, и псе витки — к гнезда и л и о, расположенным на навели компенсатора индукции Между гнездами я и и и т и л выгравированы цифры 4 и 1. Компенсатор индукции монтируется па эбонитовой панели 8. Коробка 9 с компенсатором прикрепляется к задней стёнке корпуса основного потенциометра, как это показано па рис. 48 и 49.
Выключатель тока
Выключатель тока (см. рис. 55, в), помещается в алюминиевой коробку 1 (рис. .58), крепящейся с правой стороны потенциометра. На нижней стороне эбонитовой панели 2, которая служит крышкой коробки, смонтированы цружипный.ключ^, питающей цепи с серебряным контактом 4, магнитный
искрогаситель 5 и два эталонных сопротивления 6 и 7 в 0,1 и 0,01 ом. Эталонные сопротивления служат для измерения силы тока.
При измерении тока клеммы М и N потенциометра при помощи проводника 9 (см. рис. 49), оканчивающегося вилкой ab (см. рис. 58), приключаются к гнездам ab или be на панели выключателя, к которым присоединены концы эталонных сопротивлений R3. Ток /, проходя по сопротивлению
Рис. 57. Компенсатор индукции. Чертеж прибора (л и б) и схема электрических соединений (б).
1 и 2 — катушки с первичной и вторичной обмотками; з — железное ярмо; 4 — якорь; 5 — винт для изменения величины зазора в магнитной цепи компенсатора; 6 — зазор; 7 — головка; 8 — эбонитовая панель; 9 — алюминиевая коробка; т, п, о, р, q, s, I —гнезда.
R», создает на его концах разность потенциалов Z1U3 = IR3. Зная величину Re и измеряя потенциометром 2Ш3 по формуле, приведенной выше, рассчитывают силу тока/. Из формулы (50), в частности, следует, что каждый милливольт, введенный в цепь потенциометра для компенсации разности потенциалов JZ7a, соответствует току в питающей цепи 1 са при измерении тока при помощи эталонного сопротивления 0,1 ом и 1 да при измерении тока с эталонным сопротивлением 0,01 ом.
Возле гнезда Ъ выключателя закреплен пружинный контакт 6 (см. рис. 49), соединенный с корпусом потенциометра. При измерении тока пружинный контакт 6 присоеди няет один из штифтов вилки проводника 9 к корпусу прибора. При этом уравнивается
потенциал корпуса и рамки, что исключает возможность появления статических отклонений стрелки гальванометра, которые вносят погрешности при измерении разностей потенциалов При сочленении потенциометра с полуавтоматическим регистратором пружину 6 снимают
Для облегчения измерений ДИ и I приточенных измерениях необходимо, чтобы токи от внешнего источника и компенсационного элемента включались од нов jjomo ппо. Для этого служит ключ одновременного замыкания следующего устройства Коромысло 1 ^рис. 59) приводится в ноет у нательное движение от руки оператора при помощи бодеца 2.
По CHEF-По А-В
Рис. 58. Выключатель тока потенциометра ЭП-1.
Чертеж прибора (га и б) и схема электрических соединений (в).
Л — алюминиевая коробка; 2 — эбонитовая панель; з — пружинный ключ; ^ — серебряный контакт!
<5 — магнитный искрогаситель; 6 и 7 — эталонные сопротивления.
При движении коромысла вниз плечо 3 нажимает па головку ключа Э потенциометра, а второе плечо 4 стержнем 5 замыкает выключатель тока С более подробным описанием' конструкции ключа одновременного замыкания можно познакомиться в ранее вышедших работах [5, 13, 60, 62], а также по рис. 59 и подрисуночной подписи к нему.
ПОЛУАВТОМАТИЧЕСКИЙ РЕГИСТРАТОР
Полуавтоматический регистратор (рис. 60) представляет собой устройство для непрерывной записи оператором показаний потенциометра на .диаграммной бумаге (лепте).
Лентопротяжный механизм приводится в движение от мерного блока, через который опускается кабель в скважину. Это обеспечивает пропорциональность движения бумажной ленты передвижению воспринимающего устройства (зонда, снаряда со счетчиками, термометра) по скважине и получению непрерывной кривой изменения измеряемого параметра вдоль скважины.
Полуавтоматический регистратор представляет собой легкую алюминиевую пли дюралюминиевую плату 1 (рис. 60), па которой установлено три L-образных кронштейна 2, 3 и 4 На кронштейнах 3 и 4 привинчена алюминиевая коробка 5 механизма, преобразующего вращательное движение декадных магазинов потенциометра 77 в поступательное движение пишущего приспособления. Над коробкой 5 на оси G установлен диск 7, который приводится во вращательное движение ручкой 8 Ось 6 соединяется через карданное спе- плепие с осью декады единиц потенциометра. Для этого на ось единиц потенциометра надевается специальная головка 9 (рис. 61) с металлическим кольцом 10. снабженным пружинным замком 77. При помощи замка 11 головка 9 соединяется с латунной муфтой 72, закрепленной шарнирно штифтом ТЗ па буксе 77, края которой обточены по сфере. Л3укса77 дает возможность муфте 72 занимать наклонное положение при вращении оси в,
ключателя;ключателя;1010ловка;прорез;ловка;прорез;15 — упорная го-16 — направляющий15 — упорная го-16 — направляющий1612^—?14—,1612^—?14—,18181818натяжная гайка; ?9 — контргайка; 20—стяжной винт;.. 21 — головка стержня 5.натяжная гайка; ?9 — контргайка; 20—стяжной винт;.. 21 — головка стержня 5.17 — пружина; 18 —17 — пружина; 18 —Рис. 59. Ключ одновременного замыкания цепей тока и элемента потенциометра.Рис. 59. Ключ одновременного замыкания цепей тока и элемента потенциометра.
ключателя;
ключателя;
10
10
ловка;
прорез;
ловка;
прорез;
15 — упорная го-
16 — направляющий
15 — упорная го-
16 — направляющий
1612
^—?14—,
1612
^—?14—,
1818
1818
натяжная гайка; ?9 — контргайка; 20—стяжной винт;.. 21 — головка стержня 5.
натяжная гайка; ?9 — контргайка; 20—стяжной винт;.. 21 — головка стержня 5.
17 — пружина; 18 —
17 — пружина; 18 —
Рис. 59. Ключ одновременного замыкания цепей тока и элемента потенциометра.
Рис. 59. Ключ одновременного замыкания цепей тока и элемента потенциометра.
1 — коромысло ключа одновременного замыкания; 2 — боден;
3 и 4 — плечи коромысла; 5 — стержень включения тока; 6 — стальной трос; 7 — гибкий валик; 8 — резиновая трубка;
9 — цанга; 10 — шпилька;
11 — натяжная втулка; 12 — латунная трубка; 13 — ниппель; 1*1 — контур коробки ВЫ-
Рис. 60. Полуавтоматический регистратор с установленным на нем потенциометром- 1 — плата; 2, з и 4 — кронштейны; 5 — коробка преобразующего механизма; 6 — ось диска 7; 8 — ручка для поворота диска; 12 —соединительная муфта; 23 — рейка; 25 — карандаш; 32 — зубчатый перебор; 41, 42 и 43 — барабаны лентопротяжного механизма; 45 — счетчик глубин; 46 — амперметр; 47 — реостат для регулирования тока; 48 — коробка шунтов к амперметру; 49 к 50 — лампочки для освещения шкалы потенциометра и счетчика глубин; И — потенциометр.
Рис. 61, а—г.. Полуавтоматический регистратор.
ОСНОВНАЯ ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ АППАРАТУРА
а и б —чертежи общего вида регистратора; в — редуктор регистратора; г — редуктор блок-баланса; Z — алюминиевая плата; 2, 3 и 4 — кронштейны;. 5 — коробка преобразующего механизма; 6 — ось; 7 — диск; S — ручка; 9 — головка декады единиц потенциометра; 10 — кольцо; 11 — пружинный замок; 12—муфта; 13— штифт; 14—букса; Z5 — диск; 16—накладка с зубьями; 17— паразитная шестерня; 18—шестерня; 19 — ось; 20 — упорный штифт; 21 — планка; 22 — фасош ый зуб; 23 — рейка; 24 — нащавлясшая дужка; 25 — карандаш; 26 — шестерня; 27 —геликоидальные шестерни; 28 и 29 — осп редуктора блок-балансира;. 30 —гибкий вал; 31 и 32 — осп редуктора регистратора; зз и 34 — шестерни зубчатого перебора; 35 — червячный винт; 36 — червячная шестерня; 37 — ось; 38 — шестеуня; 39, 40 и 44 — шестерни барабанов; 41, 42 у 43—барабаны лентопротяжного механизма; 45 — счетчик глубин; 46 — амперметр; 47 — регулирующий реостат; 48 —коробка шунтов к амперметру; Д — контуры потенциометра (осветительные лампы не показаны).
Рис. 616.Подпись к рис. 616 см. на стр. 127.Рис. 616.Подпись к рис. 616 см. на стр. 127.
Рис. 616.
Подпись к рис. 616 см. на стр. 127.
Рис. 616.
Подпись к рис. 616 см. на стр. 127.
9 Занаи 714.9 Занаи 714.Рис. 61в.рис. 61Г>Подпись к рис. 61, в и е см. на стр. 127.Рис. 61в.рис. 61Г>Подпись к рис. 61, в и е см. на стр. 127.
9 Занаи 714.
9 Занаи 714.
Рис. 61в.рис. 61Г>
Подпись к рис. 61, в и е см. на стр. 127.
Рис. 61в.рис. 61Г>
Подпись к рис. 61, в и е см. на стр. 127.
вследствие чего предотвращается искривление осей регистратора и потенциометра при недостаточно точном взаимном их центрировании.
В коробке 5 на оси 6 жестко закреплен диск 15 с одной впадиной и двумя рядом стоящими зубьями, выфрезерованными в узкой накладке 16, прикрепленной к диску снизу.. Диск 15 соединяется через паразитную шестерню 17 с шестерней 18, закрепленной на оси 19. Это сцепление происходит один раз за полный оборот диска 7. За время сцепления диска 15 с паразитной шестерней 17 шестерня 18 поворачивается на 1/Jo оборота.
Штифтовка диска 15 и шестерни 18 выполнена так, что поворот оси 19 на V™ окружности совершается в тот момент, когда головка единиц переходит из положения «9» в положение «0» (или из положения «0» в положение «9»), Таким образом, вращая ручку диска 7, можно включить любое число единиц декады потенциометра от 0 до 99. Полный поворот диска 7 в угловых градусах от начального положения пропорционален сопротивлению гк, включенному ползунками декад. В крайних положениях диска (и = 0, d = 0 и и = 9, d = 90) дальнейшее движение диска ограничивается штифтом 20, автоматически выдвигающимся из коробки 5 и при дальнейшем вращении диска упирающимся в планку 21. '
Вращательное движение диска в поступательное движение карандаша записывающего механизма преобразуется следующим образом.
На нижней стороне диска 7 проточена по архимедовой спирали канавка с шагом 8 мм. По канавке, имеющей десять оборотов, двигается фасонный зуб 22, закрепленный в рейке 23, которая благодаря направляющим дужкам 24 может совершать только поступательное движение по линии, соединяющей центры осей 6 и 19. При сцеплении зуба' с диском 7 и вращении диска зуб, скользя по канавке, перемещается совместно с линейкой вдоль прямой, соединяющей центры осей 6 и 19. Таким образом, вращательное движение диска преобразуется в поступательное движение линейки. Последнее даст воз можиость при помощи карандаша 25, закрепленного на конце линейки, записывать показания потенциометра па бумаге, передвигаемой лентопротяжным механизмом регистратора пропорционально перемещению зонда в скважине. При этом смещение карандаша регистратора от нулевой линии бумаги будет пропорционально разностям потенциалов ДПК, введенным ползунками U и 1) потенциометра в цепь, в которой измеряется разность потенциалов.
. Лентопротяжный механизм регистратора приводится в движение ог блок-балапса (см. § 42). На оси этого блока установлена шестерня, сцепляющаяся с шестерней 26 (см. рис. 61, е), жестко закрепленной на оси редуктора блок-баланса. Редуктор прикрепляется в прорези щеки блока.
Редуктор блок-баланса состоит из двух геликоидальных шестерен 27 с передаточным числом 1:1, дающих возможность передать движение от оси 28 на перпендикулярную ей ось 29.
Наличие двух взаимно-перпендикулярных осей 28 и 29, от которых приводится лентопротяжный механизм регистратора, дает возможность свободно выбирать место для установки регистраторов близ устья скважины. На одной из осей редуктора, через которую передается движение от блока к лентопротяжному механизму регистратора, закрепляется шарнир Гука. К шарниру присоединяется гибкий вал 30 от блок-балапса к лентопротяжному механизму. •
Диаметр блока рассчитан так, что за один оборот блока кабель с измерительной, установкой проходит 1,5 м. Так как передаточное число между шестерней блока и шестерней 26 равно 1 : 3, то за один оборот блока гибкий вал делает- три оборота.
G оси 31 редуктора регистратора (рис. 61, г), с которой соединен второй конец гибкого вала, движение передается на ось 32 через зубчатый перебор, состоящий из ступенчатой шестерни 33 и сменной 34. Перебор дает возможность получить различные масштабы глубин на диаграмме; шестерни 34 называются мас-штабтыми.
В корпусе редуктора на оси 32 установлен одноходовой червячный винт 35, соединяющийся с червячной шестерней 36, имеющей 48 зубьев. Шестерня 36 жестко сидит на оси 37. На этой оси свободно посажена шестерня 38, входящая в зацепление с шестернями 39 и 40 (рис. 61, б) барабанов 41 и 42 лентопротяжного механизма. Шестерня 38 (рис. 61, з) в рабочем состоянии сцепляется с валом 37 соединительной муфтой.
Таким образом, движение от оси редуктора регистратора 31 через детали 32—39 передается на средний барабан. Этот барабан перемещает регистраторную бумагу и делает за 1 я передвижения кабеля
21,
= -775г-тт = -.;„ ,- ОбОрОТОВ,48x1,5&367с’
где 7с—передаточное число масштабных шестерен, соединяющих оси 31 и 32; 48—передаточное число червячного механизма; 1,5—передаточное число шестерен 38 и 39 и 2—-число оборотов гибкого вала при перемещении зонда на 1 яс.
Так как окружность ведущего барабана равна 180 лш, то 1 см передвижения бумаги 48 х 1,5 к „ , соответствует —2~х~18— = 2 & ли продвижения кабеля.
Набор смеппых шестерен даст возможность вести регистрацию диаграмм в масштабах глубин: 1 : 50; 1 : 200; 1 : 500 и 1 : 1000.
Барабаны 43 и 43 соединены с шестернями 39 и 44 через спиральные пружипы; эти пружины дают натяжку регистратор пой бумаги и перед ее установкой на барабаны заводятся. Глубина, па которую опущен зонд в скважину, определяется приближенно' по счетчику 45.
Рис. 82. Распределительный щиток тока полуавмотати- ческого регистратора (а и б) и схема электрических соединений щитка (е).Рис. 82. Распределительный щиток тока полуавмотати- ческого регистратора (а и б) и схема электрических соединений щитка (е).
Рис. 82. Распределительный щиток тока полуавмотати- ческого регистратора (а и б) и схема электрических соединений щитка (е).
Рис. 82. Распределительный щиток тока полуавмотати- ческого регистратора (а и б) и схема электрических соединений щитка (е).
46 — амперметр; 47 — регулирующий реостат; 48 — коробка шун-тов амперметра.
Для наблюдения за постоянством тока па регистраторах, записывающих диаграмму ек> установлен амперметр 46 типа 4МШ и реостат 47 для изменения силы тока. Амперметр снабжен четырехпредельцым шунтом 48 (рис. G2, б ий). Сопротивления шунта рассчитаны так, что в зависимости от положения короткозамкнутой вилки, включенной между гнездом а и гнездами b, с, d и с, шкала амперметра имеет пределы: 0—50 ма; 0—200 ма; 0—500 ма и 0—2000 ма или пределы 0—5 ли; 0—20 ли; 0—50 ма и 0—200 ма.
Для работы в ночное время на регистраторе установлены две электрические лампочки 49 и 50 (см. рис. 60), питаемые от аккумулятора напряжением 12 а. Одна лампочка освещает бумагу и стрелку гальванометра, вторая — счетчик.
Потенциометр, сочлененный с полуавтоматическим регистратором, на продолжении многих лет являлся основным измерительным прибором, при помощи которого осуществлялась непрерывная регистрация кривых геофи-* зических параметров в скважинах. В настоящее же время в связи с созданием более совершенных измерительных устройств самопишущих (автоматических) 9*
потенциометров и фоторегистраторов (осциллографов) полуавтоматическая аппаратура применяется только при геофизических исследованиях разрезов неглубоких скважин (в частности, угольных и рудных) и некоторых скважин глубокого бурения, расположенных в удаленных и трудно доступных районах. В этих условиях, особенно при наличии в производственных организациях не полностью амортизированной полуавтоматической аппаратуры, ее использование является экономически целесообразным.
РЕГИСТРАЦИЯ В ЛОГАРИФМИЧЕСКОМ МАСШТАБЕ.ЛОГАРИФМИЧЕСКИЙ ПОТЕНЦИОМЕТР
Для регистрации кажущегося сопротивления в условиях значительной дифференциации электрического сопротивления исследуемых пород ранее применялся логарифми ческий потенциометр. При сочленении логарифмического потенциометра с полуавтоматическим регистратором карандаш последнего смещается пропорционально логарифму измеряемой разности потенциалов. Это дает возможность осуществить запись всей или большей части диаграммы в одном масштабе при одинаковой степени дифференциации разреза в областях малых и больших значений кажущегося сопротивления и одинаковой относительной погрешности в измерениях, что является преимуществом логарифмического масштаба Однако трудности чтения диаграмм §ю зарегистрированных в логарифмическом масштабе, по сравнению с чтением диаграмм, записанных в обычном (арифметическом) масштабе, из-за смещения нулевой линии в бесконечность и неравномерности масштаба затруднили применение логарифмического потенциометра. Тем пе менее на принципах действия логарифмического потенциометра следует остановиться, так как измерение некоторых физических параметров (например, кажущегося сопротивления и интенсивности неш ровного гамма излучения) в логарифмическом масштабе может быть целесообразным в отдельных случаях.
В основу расчета логарифмического потенциометра положено постоянство отношений любых разностей потенциалов при показаниях декад потенциометров, рознящихся друг от друга на единицу:
.^lOd + u-l
где индекс Юс?-[-и указывает на сумму цифр, установленных на декадах единиц и десятков потенциометра, причем Дии будут порядковые номера включенных контактов десятков и единиц.
Условие (72) дает возможность написать ряд следующих уравнений:
^^ Ю d + u—1
АП = v^
АЦг
AU0 V~
Решая уравнения (72) и (73) относительно ^^iod + u’ ПОЛУЧИ-М
но так какно так как^^ой+и=-1О<,+и^^;
но так как
но так как
^о = iK)o ^к.О’
где iK0 —ток, проходящий через сопротивление гк 0, включенное при первом (нулевом) положении единиц, то-
(74)(74)А ГТ 1 0 d-j-U • •'
(74)
(74)
аи iOd+u ^1к, О 'к, О 1к, 10d+u 1 к, 10 d+u’
^де *к, lOd+u—компенсирующий ток, проходящий по сопротивлению потенциометра r«, iod+u’ включенному при заданном положении декадных переключателей.
(75)(76)(77)(75)(76)(77)Равенство (74) приведем к следующему виду:
(75)
(76)
(77)
(75)
(76)
(77)
^10 d+u ^K,10d+u 'к, 10d+u у ЧьО v rк,0• Полагая в формуле (75)
1к, 10d+u v :к,0 и
гк, 10d+u —v 'к,О’
приходим к заключению, что логарифмический потенциометр может быть сконструирован по типу потенциометра ЭП-1 или ЭП-1м, если (рис. 63):
1)" сопротивления декады единиц рассчитать так, чтобы полное сопротивление, включенное в компенсационную цепь ползунком U декады единиц, в зависимости от положения ползунка (и = 0; 1; 2. . ,) изменялось по формуле (77);.ф
2) декаду десятков использовать как переключатель пределов, при различных |_^.*_
положениях которого (й = 0; 1; 2. . .) токи, 5И—хд-
проходящие по сопротивлениям, включенным в цепь декады единиц, отвечали бы уравне- ао 8010Ц60 50 У) 30 2010 0
нию (76).*''
Значения разностей потенциалов при различных положениях ползунков декад единиц и десятков логарифмического потенциометра завода «Геологоразведка», расчет которых был выполнен по приведенным формулам, приведены в работах [5, 60].
При верхнем пределе измерений с потенциометром данной конструкции (10d = 80 и 90) компенсирующие разности потенциалов при двух соседних положениях ползунков декады единиц отличаются более чем на 10 мв. При столь большой разности потенциалов стрелка гальванометра может выходить за пределы шкалы, что затрудняет отсчет-. Для облегчения измерения больших разностей потенциалов и измерений /Ш при высоких сопротивлениях заземлений в логарифмическом потенциометре устанавливаются шунты г2 и г3 (рис. 63), понижающие чувствительность гальванометра в 2 и 5 раз, и сопротивление, г^ шунтирующее рамку, равное ее критическому сопротивлению.
Шунты и критическое сопротивление включаются при помощи ключей Пг и II г (см. рис. 63). Если стрелки, выгравированные па головках кнопок Пг и 772, указывают наос — шунты включены; на А — гальванометр замкнут па критическое сопротивление; на В — рамка гальванометра зашунтирована на сопротивление, равное ее собственному сопротивлению; чувствительность гальванометра понижена в 2 раза; па г/4 В — рамка гальванометра зашунтирована па сопротивление, равное \/4 ее собственного сопротивления, чувствительность гальванометра понижена в 5 раз.'
САМОПИШУЩИЙ ПОТЕНЦИОМЕТР ПС-2
Самопишущий потенциометр ПС-2, разработанный в 1936 г. К. А. Вер- патовым, С. Я. Литвиновым и Л. Ф. Куликовским, был первым прибором для автоматической регистрации кривых геофизических параметров в сква-* жимах [67]. В связи с начавшейся Великой Отечественной войной наша промышленность нс смогла своевременно осуществить широкий выпуск потенциометром ПС-2 и перевести промыслово-геофизические партии иа автоматическую регистрацию измеряемых кривых. В последующие годы были созданы более простые и совершенные конструкции автоматических потенциометров, поэтому производство ПС-2 было прекращено.
Однако, учитывая оригинальность принципа действия потенциометра ПС-2, его историческое значение, как первого самопишущего прибора для регистрации кривых физических параметров в скважинах, установившего полную возможность и огромные преимущества автоматической записи
диаграмм, в настоящем руководстве целесообразно дать краткое описание конструкции этого приборах.
Потенциометр ПС-2 (рис. 64) представляет собой два рядом установленных однотипных самопишущих потенциометра 7, 2 и 3, 4, заключенных в общий корпус 5. Один из приборов предназначается для записи кривой кажуще-
Рис. 64. Потенциометр ПС-2. Общий вид прибора.Рис. 64. Потенциометр ПС-2. Общий вид прибора.1 — регистрирующий миллиамперметр потенциометра 2; з — то же, потенциометра 4;5 — корпус; 6 — камера блока гальванометров; 7—счетчик глубин; S—станина; 9— установочные винты; 10 — ящик для инструмента; 11 — арретир блока гальванометров;12 — муфта для присоединения кабеля.1 — регистрирующий миллиамперметр потенциометра 2; з — то же, потенциометра 4;5 — корпус; 6 — камера блока гальванометров; 7—счетчик глубин; S—станина; 9— установочные винты; 10 — ящик для инструмента; 11 — арретир блока гальванометров;12 — муфта для присоединения кабеля.гося сопротивления, второй — для записи кривой потенциалов собственной поляризации или других физических параметров. Каждый потенциометр имеет шесть пределов измерений: от нуля до 5, 10, 20, 40, 100 и 500 мв. Запись производится чернилами па стандартной диаграммной рулонной бумаге. Движение лентопротяжному механизму передается от блок-балапса при помощи автосинхронной (автосинной) передачи. Прибор снабжен автоматическим метко- уловителем и меткоотбивателем. Для питания прибора используется переменный ток напряжением 220 в. При включении промежуточного трансформатора или умформера потенциометр может быть присоединен к сети переменного тока напряжением 110,' 380, 440 в или к сети постоянного тока напряжением 110 в. ■
Рис. 64. Потенциометр ПС-2. Общий вид прибора.
Рис. 64. Потенциометр ПС-2. Общий вид прибора.
1 — регистрирующий миллиамперметр потенциометра 2; з — то же, потенциометра 4;
5 — корпус; 6 — камера блока гальванометров; 7—счетчик глубин; S—станина; 9— установочные винты; 10 — ящик для инструмента; 11 — арретир блока гальванометров;
12 — муфта для присоединения кабеля.
1 — регистрирующий миллиамперметр потенциометра 2; з — то же, потенциометра 4;
5 — корпус; 6 — камера блока гальванометров; 7—счетчик глубин; S—станина; 9— установочные винты; 10 — ящик для инструмента; 11 — арретир блока гальванометров;
12 — муфта для присоединения кабеля.
Принцип действия самопишущего потенциометра заключается в следующем.
При включении измеряемой разности потенциалов ДП к клеммам М и N прибора (рис. 65, а) отклоняется стрелка гальванометра 1. Флажок, закрепленный на конце стрелки, закрывает щель, через которую освещается фотоэлемент' 2. При уменьшении освещенности фотоэлемента его внутреннее сопротивление увеличивается и, следовательно, уменьшается ток i/, проходящий через фотоэлемент и сопротивление го. При этом уменьшается
падение напряжения на сопротивлении г0 и повышается потенциал Uc сетки лампы 3. Возрастание UG приводит к увеличению анодного тока 7а, пропорционального измеряемому напряжению Д1Т. Ток 7а проходит через сопротивление /?к, на котором создается компенсирующая разность потенциалов Дик. Так как компенсирующая разность потенциалов /К7к направлена навстречу измеряемой разности потенциалов ДП, то стрелка гальванометра будет отклоняться под действием разности ЬДи между приложенным и компенсирующим напряжениями (бДи = Д11 — AU^. Разность напряжений ЙАП должна быть достаточной для отклонения стрелки гальванометра; следовательно, измеряемая разность потенциалов ДИ должна быть недо- компенсирована. Чтобы исключить погрешность в измерениях AU, созданную недокомпеисацией, в схему включено добавочное сопротивление гн. Разность потенциалов, созданная током 1а на сопротивлении гн, вызывает
1 Более подробное описание потенциометра ПС-2 дано в работах [5, 13 и 68].
.добавочное отклонение стрелки гальванометра и тем самым обеспечивает пропорциональность между регистрируемым током 1а и . измеряемой разностью потенциалов AU. .
Для обеспечения пропорциональности отклонения стрелки миллиамперметра измеряемой разности потенциалов ДП по всей шкале прибора ламда 3 работает на прямолинейном участке характеристики Za = / (^с). Так как при
а — схема самопишущего потенциометра; б— регистрирующий миллиамперметр; в — схема метко- отбивателя; г — панель управления прибором.
1 — гальванометр — нуль-индикатор; 2 — фотоэлемент; з — усилительная лампа; 4 — регистрирующий миллиамперметр; 5 — стабилизатор напряжения; б — выпрямитель; 7 — рамка Миллиамперметра; 8—магнитный успокоитель; 9—стрелка; 10—указатель; 11—диаграммная бумага; 12— перо; 13 — моет меткоуловителя; 14 — выпрямитель; 15 — реле включения релейных механизмов 17 и 19, -включающих и выключающих обмотку высоковольтного трансформатора 18; 16 — меткоуловитель; 20 — выпрямитель; 21 —трансформатор питания релейных устройств!/ и 19; 22 —станина блок-ба- ланса; 23 —датчик глубин; 24 — переключатели направления компенсируемых разностей потенциалов; 25 — переключатели пределов потенциометров; 26 — переключатели направления разностей потенциалов компенсаторов поляризации; 27 и 28 —• реостаты регулирования разности потенциалов ком- пенсаторэв поляризации; 29 — гнездо элемента; 30 — амперметр; 31 —-переключатель пределов амперметра; 32 — вольтметр; выключатели: 33 — потенциометра СП, 34 — автосинной передачи, 35 — метко- отбивателя, зв — пульсатора, 37 — питания приборов, 38 — освещения фотоэлементов, 39 — освещения прибора, 40 — сигнальных звонков, 41 — потенциометра КС; 42 — уровень.
АШ = 0 ток через миллиамперметр должен быть равен нулю, то миллиамперметр 4 совместно с сопротивлениями гк и 7?к включены в диагональ моста, -составленного из лампы 3 сопротивления п и неонового стабилизатора 5.
Неоновый стабилизатор обеспечивает постоянство напряжения, подаваемого на лампу 3. При повышении или понижении напряжения на входе •стабилизатора возрастает или уменьшается сила тока, проходящего через стабилизатор, и возрастает или уменьшается падение напряжения па сопротивлении ги. При этом разность потенциалов, подаваемая на анод лампы, .автоматически стабилизируется и изменяется не более чем на 1—2% даже при больших колебаниях напряжения в питающей цепи.
Вся усилительная схема и фотоэлемент питаются от группы трансформаторов и выпрямительного устройства 6. Устройство регистрирующего миллиамперметра, панели управления прибором и схема действия метко- отбивателя видны из рис. 65 и подрисуночной подписи к нему. Более подробно см. в работах [5, 13, 68]. •
ТИРАТРОННЫЙ ПОТЕНЦИОМЕТР
В тиратронном потенциометре В. Ф. Печерпикова, В. Н. Дахиова и А. В. Ушакова автоматическая компенсация и запись измеряемой разности потенциалов осуществляются электродвигателем постоянного тока. Реверсирование хода электродвигателя производится при помощи тират- ровного устройства с фотоэлек
Рис. 66. Принципиальная схема тиратронного потенциометра.Рис. 66. Принципиальная схема тиратронного потенциометра.1 — ползунок реохорда 2; 3 — зеркальный гальванометр; 4 — лампочка; 5 и 6 — фотоэлементы; 7 и 8 — тиратроны; 9 — электродвигатель; 10 — обмотка возбуждения двигателя; 11 — перописное приспособление; 13 — пятипредельный потенциометр; 13 — компенсационный элемент; и — переключатель пределов потенциометра; 15 и 16 — конденсаторы; 17, 18, 20 и 22 — вторичные обмотки трансформатора 19; 21—селеновый выпрямитель; 23 — бумажная пента.1 — ползунок реохорда 2; 3 — зеркальный гальванометр; 4 — лампочка; 5 и 6 — фотоэлементы; 7 и 8 — тиратроны; 9 — электродвигатель; 10 — обмотка возбуждения двигателя; 11 — перописное приспособление; 13 — пятипредельный потенциометр; 13 — компенсационный элемент; и — переключатель пределов потенциометра; 15 и 16 — конденсаторы; 17, 18, 20 и 22 — вторичные обмотки трансформатора 19; 21—селеновый выпрямитель; 23 — бумажная пента.трическим управлением, оптически связанным с подвижной системой гальванометра — нуль-индикатора. Основными узлами тиратронного потенциометра являются: 1) пятипредельный компенсатор постоянного тока (основной потенциометр); 2) зеркальный гальванометр (нуль-индикатор); 3) ти- ратронная схема управления электродвигателем; 4) электродвигатель постоянного тока; 5) регистрирующее приспособление и 6) лентопротяжный механизм. Принцип действия прибора основан на следующем.
Рис. 66. Принципиальная схема тиратронного потенциометра.
Рис. 66. Принципиальная схема тиратронного потенциометра.
1 — ползунок реохорда 2; 3 — зеркальный гальванометр; 4 — лампочка; 5 и 6 — фотоэлементы; 7 и 8 — тиратроны; 9 — электродвигатель; 10 — обмотка возбуждения двигателя; 11 — перописное приспособление; 13 — пятипредельный потенциометр; 13 — компенсационный элемент; и — переключатель пределов потенциометра; 15 и 16 — конденсаторы; 17, 18, 20 и 22 — вторичные обмотки трансформатора 19; 21—селеновый выпрямитель; 23 — бумажная пента.
1 — ползунок реохорда 2; 3 — зеркальный гальванометр; 4 — лампочка; 5 и 6 — фотоэлементы; 7 и 8 — тиратроны; 9 — электродвигатель; 10 — обмотка возбуждения двигателя; 11 — перописное приспособление; 13 — пятипредельный потенциометр; 13 — компенсационный элемент; и — переключатель пределов потенциометра; 15 и 16 — конденсаторы; 17, 18, 20 и 22 — вторичные обмотки трансформатора 19; 21—селеновый выпрямитель; 23 — бумажная пента.
Измеряемая разность потенциалов ДИ подводится к входным клеммам М и N потенциометра (рис. 66) и компенсируется разностью потенциалов Д(ЛК1 включенной в измерительную цепь ползунком 1 реохорда 2. В зависимости от соотношения между ДП и Дик рамка зеркального гальванометра 3 постоянного тока, включенного в один из проводов, соединяющих клеммы потенциометра М и N с реохор
дом потенциометра, отклоняется в ту или иную сторону. При этом луч света, падающий от лампочки 4 на зеркальце гальванометра 3, освещает в большей степени один из фотоэлементов 5 или 6, установленных в цепи сеток двух противоположно включенных тиратронов
7 и 8. Изменение степени освещенности фотоэлемента приводит к разбалансировке тиратронной системы, вследствие чего в цепи ротора 9 электродвигателя появляется постоянный ток. Направление тока зависит от того, какой из фотоэлементов 5 или 6 освещен в большей степени, т. е. от степени недокомпенсации или перекомпенсации измеряемой разности потенциалов ди.
Ток, проходящий в роторе 9 электродвигателя, взаимодействуя с магнитным полем обмоток 10 возбуждения, создает момент, вращающий ротор
двигателя в ту или другую сторону. Вращение ротора передается ползунку 1 реохорда и перу П\ тем самым осуществляется компенсация и запись измеряемых разностей потенциалов.
Узлы тиратронного потенциометра имеют следующее устройство.
1. Комненсатор постоянного тока. Компенсирующее устройство представляет собой пятипредельный потенциометр 12 постоянного тока, питаемый сухим элементом 13. В зависимости от положения переключателя пределов 14 на реохорд 2 подается разность потенциалов, равная 0,8; 4; 20; 100 и 500 мв, соответственно которой пределы шкалы прибора и масштабы записи кривых разностей потенциалов будут следующими (табл. 5).
Масштабы регистрации могут переключаться оператором или автоматически при достижении пером записывающего механизма крайнего верхнего положения шкалы и минимального значения измеряемой разности потенциалов, при котором рекомендуется регистрация в более крупном масштабе.
2. Зеркальный гальваном е т р. Зеркальный гальванометр имеет сле-
дующие параметры:
Сг = 1,5 X 10~8
постоянную по току
а[м мм, внутреннее сопро-
тявление рамки 50 ом, собственный период колебания 0,5 сек. и критическое сопротивление 1000 ом.
3. Тиратрон пая схема управления. Тиратроиная схема управле-
№ пределов измерения по порядку
Пределы измерений, ме
Масштабы записи разностей потенциалов, мв[см
1
0—0,8
0,1
2
0—4
0,5
3
0—20
2,5
4
0-100
12,5
5
0-500
62,5
Таблица 5
ния состоит из двух противоположно включенных тиратронов 7 и 8 и двух фазовращательных систем (конденсаторов 15 и 16 и фотоэлементов 5 и 6), питаемых переменным током от вторичных обмоток 17 и 18 силового трансформатора 19. Аноды тиратронов питаются от вторичной обмотки 20, в цепь которой последовательно включен ротор 9 балан-
сирного электродвигателя.
Принцип действия фазовращательной системы, при помощи которой осуществляется плавная регулировка скорости вращения мотора и его реверсирование, заключается в следующем.
Если приложить к сетке тиратрона напряжение U д, отстающее по фазе на /1<р от фазы напряжения Ua в анодной цепи, то по мере увеличения угла сдвига фаз Ар между Ua и Uд промежуток времени горения тиратрона, а следовательно, и среднее значение тока в анодной цепи будут уменьшаться (рис. 67, а, б, е и г).
Для,плавного изменения фазы сеточного напряжения относительно фазы анодного напряжения сетка тиратрона 7 (5) (см. рис. 66) включается в диагональ моста переменного тока, составленного из емкости 15 (16), двух индуктивных сопротивлений вторичной ' обмотки трансформатора и переменного сопротивления Кф фотоэлемента 5 (6‘).
При отсутствии тока в цепи сетки тиратрона напряжение Ут па клеммах вторичной обмотки 17 (18) трансформатора будет равно геометрической сумме падения напряжения Uc~ ijooC на конденсаторе С и UR = 1Кф на фотоэлементе. Так как вектор UG перпендикулярен вектору UR и сумма их равна вектору UT, то точка / конца .вектора Ug должна лежать на окружности, диаметром которой будет вектор UT (см. рис. 67, 8). Разность потенциалов Ug, приложенная к сетке тиратрона, определяется па векторной диаграмме величиной радиуса, проведенного из центра окружности к точке /. Из построения следует, что при уменьшении величины Иф, т. е. при увеличении освещенности фотоэлемента, угол сдвига фаз между Ug и Z7T будет уменьшаться. Следовательно, будет уменьшаться и угол сдвига фаз между Ug и Ua, так как фаза анодного напряжения близка к фазе напряжения UT во вторичной обмотке трансформатора. В простейшем случае, если пренебречь значением емкостей фотоэлемента и сетки тиратрона, угол сдвига фаз
Ар = arc tg -^-^^ = 2 arc tg НфюС,
что подтверждает' указанную зависимость утла сдвига фаз от сопротивления фотоэлемента Кф, *
Для обеспечения устойчивой работы электрической системы управления электродвигателем при нулевом положении рамки гальванометра, т. е. при"отсутствии разности потенциалов в цепи М и N потенциометра, фотоэлементы освещаются настолько, что оба тиратрона находятся в зажженном состоянии При этом тиратроны в течение каждого полупериода попеременно пропускают одну из полуволн переменного тока и в цепи ротора балансирного элекгродвигателя протекает переменный ток. При таком режиме
Рис. 67. Изменение момента зажигания тиратрона (а, б, в и г) при изменении угла сдвига фаз между сеточным и анодным напряжениями и круговая векторная диаграмма напряжений (5) схемы фазового управления тиратронами
1 — напряжение источника питания анодной цепи Па; г — ионизационный потенциал; з —напряжение источника питания сеточной цепи Ug. 4 — критическое сеточное напряжение.
ротор находится в заторможенном состоянии. При AU ^ AUK в зависимости от знака разности AU — /Шк рамка и зеркальце гальванометра, отклоняясь в ту или другую сторону, создают различную степень освещенности фотоэлементов. При этом вследствие уменьшения угла сдвига фаз и увеличения сеточного напряжения продолжительность и сила анодного тока, проходящего через тиратрон, к сотке которого приключен более освещенный фотоэлемент, будут увеличиваться, а продолжительность и сила анодного тока в другом тиратроне — уменьшаться. В результате в цепи ротора электродвигателя возникает постоянная составляющая тока того или иного направления в зависимости от того, какой из фотоэлементов более освещен. Наличие ' постоянной составляющей создает вращающий момент, приводящий в движение ротор электродвигателя и соединенные с ним ползунки реохорда потенциометра и перо, записывающее измеряемую разность потенциалов.
4. Э л е к т р о д в и г а т е л ь. Электродвигатель постоянного тока; обмотка независимого возбуждения мотора питается от селенового выпрямителя 27 и вторичной обмотки 22 трансформатора (см. рис. 66).
Простота схемы и высокая чувствительность являются преимуществами тиратронного потенциометра по сравнению с другими устройствами для автоматической регистрации диаграмм. К числу
недостатков тиратронного потенциометра следует отнести наличие гальванометра, значительно более чувствительного к тряске и вибрациям автомобиля, чем электронный нуль-индикатор, описание которого дается в § 25.
ЭЛЕКТРОННЫЕ ПОТЕНЦИОМЕТРЫ ПАСК-5 и ПАСК-6
Самопишущий электронный потенциометр принципиально отличается -от описанных выше автоматических потенциометров ПС-2 и тиратронного тем, что в нем вместо гальванометра имеется электронный нуль-индикатор, при помощи которого осуществляется управление электродвигателем, передвигающим ползунок потенциометра и пишущий механизм.
Первая модель электронного потенциометра для геофизических исследований скважин была создана в 1947 г. в тресте Геофизуглеразведка Г. Я. Маликом, Г. Я. Черняком и В. С. Барковым. В 1950 г. электронный потенциометр под маркой ПАСК был разработан конструкторским бюро нефтяного приборостроения И. Я. Ривкиным, В. X. Шульгиным, Т. Б. Щорба- ненко и др. Одной из первых серийных конструкций электронных потенциометров был потенциометр ПАСК-5.
Потенциометр ПАСК-5 включает в себя два однотипных потенциометра, каждый из которых состоит из следующих основных узлов: компенсирую-
щего устройства — основного трехпредельного потенциометра; потенциометра установки нуля; потенциометра нормализации режима; электронного иуль-индикатора с индукционным однофазным балансирующим электродвигателем и регистрирующего устройства с лентопротяжным механизмом. Перечисленные узлы смонтированы в двух металлических корпусах — блоках: кинематики и электронного (пуль-иидикатора).
Измеряемая разность потенциалов AU подводится к входным клеммам М и N потенциометра (рис. 68) и далее через контакты переключателя нормализации режима ПНР, дроссель Дх входного фильтра, контактные пружины ключа нормализации КН, делитель напряжения ДН па входе вибропреобразователя ВП и потенциометра ПУН установки пуля подводится к реохорду R потенциометра П.
Ток гПб (ток небаланса), возникающий в цепи потенциометра, при отсутствии равенства измеряемой разности потенциалов AU и разности потенциалов AU^, установленной на потенциометре, создает на делителе напряжения падение напряжения 8ВИ, называемое напряжением небаланса. Падение напряжения 8UK преобразуется вибропрообразователем ВП в пульсирующее переменное напряжение, которое, пройдя трансформатор ТВ, усиливается электронным блоком ЭБ нуль-иидикатора и подается в управляющую обмотку Ф1 двухфазного риверсивного индукционного электродвигателя РЭ. Вторая обмотка Фг этого двигателя подключена через конденсатор Сф к сети переменного тока. Конденсатор Сф обеспечивает смещение тока, питающего обмотку во времени, по отношению к току в питающей цепи на угол л:/2. В зависимости от знака разности потенциалов 81Д, т. е. в зависимости от того, недокомпеисировано или перекомпепсировамо измеряемое напряжение АВ, ток, проходящий в управляющей обмотке Ф1 двигателя, будет по фазе опережать ток или отставать от тока, питающего другую обмотку Фг двигателя. Это обеспечит возникновение момента, вращающего ротор в одну или другую (противоположную) сторону. Вращение ротора двигателя, соединенного с ползуном А реохорда R и перописпым устройством, обеспечивает компенсацию и запись измеряемой разности потенциалов.
Основной потенциометр ' >
■ В каждом из приборов комплекта ПАСК-5 установлен многопредельный потенциометр постоянного тока. Запись показаний потенциометра производится на разграфленной на ширине 144 мм бумажной ленте в масштабах глубин 1 : 200, 1 : 500 и 1 : 1000. Запись измеряемой разности потенциалов может быть выполнена в одном линейном масштабе по всей шкале или в двух масштабах. В последнем случае на первых 80 мм диаграммы ведется запись кривой в установленном масштабе, а на остальных 64 мм — в пять раз более мелком.
При регистрации кривой разности потенциалов в одном линейном масштабе по всей шкале многоплатный переключатель Пг «Шкалы» (Яга—Ягн) устанавливается в положении Л" (рис. 68). При этом в зависимости от положения переключателя Пх «Пределы» напряжение, подаваемое на реохорд, пределы измерений прибора и цена делений сетки бумаги будут следующими «(табл. 6).
При переводе переключателя Пг «Шкалы» в положение М параллельно левой части реохорда общей длиной 84 мм (80 мм рабочей длины и 4 мм для регулирования нуля) подключается шунтирующее сопротивление и на реохорд подается в пять раз больший ток (контакты плат переключателя Яга — Пгк находятся в положении М). При этом на первых 84 мм длины реохорда сохраняется основной масштаб регистрации, а на следующих 64 мм диаграмма регистрируется в пять раз более мелком масштабе. При таком
Таблица 6
Порядковый номер положения переключателя пределов
Положение переключателя пределов
Напряжение, подаваемое на реохорд, мв
Пределы измерений, мв
Масштаб записи, мв) см
Цела одного малого деления диаграммной бумаги, мв.
па 80-л-ш шкале
на 144-л»лб шкале
1
4
7,2
0—4
0-7,2
0,5
0,1
2
20
36
0—20
0—36
2,5
0,5
3
100
180
0—100
0—180
12,5
2,5
4
500
900
0—500
0—900 '
62,5
12,5
5
40
72
0—40
0—72
0,5
1,0
включении в зависимости от положения переключателя пределы измерений прибора и цена делений диаграммной бумаги будут следующими (табл. 7).
Таблица 7
Положение переклю- . чателя пределов
Пределы измерения, мв
Масштаб регистрации, мв/см
Цена одного малого деления диаграммной бумаги, мв
на основной 80-жл1 шкале
на дополнительной 64” ММ» шкале
на основной 80-м.и шкале
на дополнительной
64-Л4Л4 шкале
па основной 80-л»м шкале
на дополнительной 64”*А^еА^ шкале
4
0—4
4—20
0,5
2,5
0,1
'0,5
20
0—20
20—100
2,5
12,5
0,5
2,5
100
0—100
100—500
12,5
62,5
2,5
12,5
В последующем часть диаграммы, зарегистрированной вторым, более мелким масштабом, переносится на полосу основной записи вторым масштабом.
' На вход потенциометра подается напряжение 1,1 в от сухого элемента Э типа 1-КС. Избыток напряжения при установке нового элемента и в про* цессе его работы гасится сопротивлением нормализации (см. ниже).
При переключении пределов измерения потенциометра платами П1В и TZir переключателя пределов Пх одновременно переключаются секции делителя напряжения ДН (платы Пи и Пю). При этом обеспечивается сохранение на всех пределах измерений потенциометра одинаковой разности потенциалов, подаваемой на вход электронного нуль-индикатора, и, еле-* довательио, одинаковые чувствительность и степень успокоения прибора. Плата Пи уравнивает сопротивление внешней цепи дедителя напряжения, что обеспечивает требуемую точность измерений.
При переводе многоплатпого переключателя Пг из положения Л в положение М переход ползуна Л реохорда R с основной шкалы на дополнительную сопровождается автоматическим переключением прибора на следующий по порядку высший предел измерения.
Одновременно с этим включается контакт КМР масштабного реле МР, которое переключает вход к преобразователю на следующую, более низшую ступень делителя напряжения (переключатель Лю), что необходимо для нормальной работы потенциометра.
Потенциометр установки нуля
Потенциометр установки нуля (компенсатор поляризации) ПУН предназначается для установки перьев и ползунка реохорда основного потенциометра в различные положения шкалы. Так, например, при измерениях кажущегося сопротивления и потенциалов собственном поляризации пород перо потенциометра, регистрирующего диаграмму ри, устанавливается в крайнее левое положение, соответствующее пулю диаграммной бумаги, а перо потенциометра, записывающего диаграмму t/"cn — по середине шкалы (на 80 мм от ее левого края). Напряжение потенциометра ПУН включено согласно с измеряемым напряжением и рассчитано таким образом, что при среднем, нулевом положении ползунка потенциометра ползун реохорда становится па пулевую линию прибора. При регистрации диаграммы UCX1 в крупном масштабе потенциометр ПУН используется также для переноса кривой при выходе пера за шкалу.
Потенциометр нормализации режима
Для точного измерения разности потенциалов с сухим элементом, питающим основной потенциометр и дающим, как известно, э. д. с., изменяющуюся во времени для эталонировки показаний прибора, в потенциометре ПАСК-5 установлен нормальный элемент НЭ Вестона Е К элементу Вестона (рис. G8) подключены последовательно сопротивления RHt и R.HV Цепь элемента включается кнопкой нормализации КН. При эталонировании показаний прибора переключателем нормализации режима (в положении «Настройка») вход основного потенциометра подключается к сопротивлению RH и потенциометром установки пуля перо потенциометра приводится в нулевое положение. При включении кнопки нормализации на сопротивление НП от элемента Вестона подается напряжение 9 мв.
При компенсации этого напряжения основным потенциометром па пределе измерения 0—20 мв перо должно сместиться тта 18 малых клеток и занять положение против красной черты, нанесенной на шкале для удобства отсчета. Если перо прибора не приходит в это положение, вращая ручку реостата R^ и изменяя тем самым величину напряжения, подаваемого на реохорд, доводят его до указанного положения, обеспечивая том самым эталонировку показаний потенциометра. После этого кнопка КП выключается и переключатель нормализации режима ставится в положение «измерение», при котором регистрируют измерение разности потенциалов.
Электронный блок нуль-индикатора
Нескомпенсированная доля измеряемого напряжения §ПК = // (ДП— Л/н), где д — коэффициент делителя напряжения ДН (рис. 68), подается на вход электронного блока нуль-индикатора, основными узлами которого являются: вибропреобразователь ВП, входной трансформатор ТВ, электронный усилитель напряжения УН и выходной каскад — усилитель мощности. УМ.
Вибропреобразователь. Вибропреобразователь служит для преобразования нескомпеисироваиной доли измеряемого напряжения! 6UK из постоянного в переменное. Он имеет следующее устройство.
Поляризованный контакт К, к которому подведен один из проводов входа делителя напряжения (второй провод присоединен к средней точке- входного трансформатора), вибрирует в магнитном поле, созданном обмоткой.
В потенциометрах ПАСК-6 нормализация производится от любого источника стандартного напряжения, подключаемого на вход потенциометра. • '
возбуждения ОВ вибропреобразователя, питаемой техническим переменным током напряжения 6,3 в. При вибрации с частотой 50 гц контакт преобразователя подключает попеременно провод от делителя напряжения то к одному, то к другому концу первичной обмотки трансформатора ТВ. В первичной обмотке трансформатора возникает переменный ток, фаза которого относительно фазы переменного тока, питающего обмотку возбуждения вибропреобразователя, будет зависеть от знака напряжения небаланса дСН, т. е. от того, иедокомпенсировано или перекомпенсировано измеряемое напряжение ZIU. ■
Входной трансформатор. Входной трансформатор имеет коэффициент трансформации 1 : 10—1 : 12. Вторичная обмотка трансформатора подключена на вход усилителя напряжения.
У с и л и т о л ь п а п р я ж е н и я. Трехкаскадный, узкополосный усилитель напряжения низкой частоты с полным коэффициентом усиления около 4-105 собран па двух сдвоенных лампах Лг и Лй типа 6Н9. Разность потенциалов небаланса, преобразованная вибропреобразователсм в переменную частоты 50 ez^, после трансформации подается на левую сотку первой усилительной лампы Лг. Эта разность потенциалов создает в анодной цепи первой лампы усиленный переменный ток г^. Возникновение тока i^ приводит к изменению потенциала правой сетки лампы Лх и к усилению тока 1^ в правом аноде лампы (второй каскад усиления). Между вторым и третьим каскадами усилителя включен Т-образный фильтр Ф. Фильтр отсеивает высшие гармоники и, в частности, помехи, созданные индустриальными токами, частота которых после вибропреобразователя равна 100 г^.
После усиления первыми двумя каскадами усилителя и фильтрации разность потенциалов небаланса подается на регулятор усиления — потенциометр Пу, включенный в левую сетку лампы Лй (третий каскад усиления). Потенциометр Пу служит для изменения коэффициента усиления схемы. Вновь усиленное напряжение подается на сетки выходного каскада (лампы Лй и Л^. Правая половина лампы Л^ служит выпрямителем для питания анодов ламп усилителя напряжения.
В ы х о д и о й к а с к а д. Выходной каскад (усилитель мощности) собран па двух лампах Л3 и Л4 типа 6П6, управляющих двухфазным реверсивным индукционным двигателем. Аноды лампы Л3 и Л4 питаются переменным током от крайних, точек вторичной обмотки трансформатора ТС. Средняя точка этой обмотки через управляющую обмотку индукционного двигателя соединяется с общим катодом. Таким образом, напряжения па анодах ламп Л3 и Л4 в течение каждого полупориода питающего переменного тока находятся в противофазе. В момент компенсации, когда разность потенциалов д17н небаланса равна нулю, обе лампы Л3 и Л4 работают симметрично. При этом в управляющей обмотке Фх протекает выпрямленный ток с. основной гармоникой частотой 100 г^.
При подаче па сетки ламп Л3 и Л4 усиленной разности потенциалов небаланса в зависимости от ее фазы будет наблюдаться увеличение или уменьшение анодного тока в лампе Л3 и соответственно уменьшение или увеличение анодного тока в лампе Л4. В результате сложения этих токов в цепи управляющей обмотки Фх индукционного двигателя возникает переменный ток h с основной 50-периодпой гармоникой. В зависимости от того, педо- компесирована или перекомпопсировапа измеряемая разность потенциалов АП, т. е. в зависимости от знака разности потенциалов SUU небаланса, ток. будет находиться в фазе или противофазе с напряжением сети. Этот ток с током 13, питающим вторую обмотку Фа индукционного двигателя (расположенную перпендикулярно обмотке Ф:) и сдвинутым емкостью Сф па 90* во времени, создает бегущее магнитное поле, увлекающее ротор, двигателя
в одну или другую стороны. Соединенные с двигателем ползун А реохорда R и пишущее приспособление осуществляют компенсацию измеряемой разности потенциалов и ее регистрацию.1
Для ослабления помех, созданных наличем переменных токов, каждый ■ из каналов электронного потенциометра защищен фильтром, состоящим из конденсаторов Ci и Сг и дросселя Дх и каждый иуль-индикатор — фильтром из сопротивления Ra и конденсатора С3. Фильтры ослабляют помехи и способствуют успокоению подвижной системы потенциометра.
Регистрирующий механизм
Регистрирующий механизм, реохорды и лентопротяжный механизм потенциометров ПАСК-5 и ПАСК-6 смонтированы на шасси Z, подвешенном на петлях в корпусе II прибора (рис. 69)..
В верхней части III шасси, откидывающейся при необходимости кверху, установлены: реохорды 1 и 2 (рис. 70) потенциометров, регистрирующих кажущееся сопротивление (КС) и потенциалы Псп собственной поляризации (СП), шины 3 включения масштабного реле, ходовые винты 4 с головками 5, винт для совмещения пуля реохордов с нулем шкалы прибора и подгоночные сопротивления 6 к реохордам.
В средней части IV (рис. 69, б) шасси закреплены реверсивные индукционные двигатели 7 и 8 (рис. 70), с которыми при помощи тросика 9 соединены каретки 10 и 11 потенциометров КС и СП. На каждой каретке, двигающейся по цилиндрическим хромированным направляющим 12, установлены ползунки 13 и 14 для снятия напряжения с реохордов и замыкания шин масштабных реле, шариковые перья 15 и 16 и указывающие стрелки 17 и 18. Стрелки движутся перед шкалой 19\ стрелка 17 прибора КС передвигается над шкалой, стрелка 18 прибора СП — под шкалой. Шариковое перо 15 потенциометра кажущегося сопротивления заполнено краской черного, фиолетового или синего цвета, а перо 16 потенциометра потенциалов собственной поляризации — красного цвета. Шариковое перо потенциометра СП закреплено на шарнире 20 и может быть установлено на различном расстоянии от пера потенциометра КС, что дает возможность приводить регистрацию кривых кажущегося сопротивления и потенциалов собственной поляризации к одной глубине. На правой стороне средней части шасси находится электромагнит 21 меткоотбивателя с шариковым пером 22, фиксирующим отметки времени и глубин. Шариковое перо 23 служит для нанесения контрольной нулевой^линии.-
В нижней части V (рис. 69, б) шасси установлен лентопротяжный механизм, основными деталями которого являются: приемник 24 (рис. 70) автосинной передачи, редуктор 25 с масштабами регистрации 1 : 200, 1 : 500 и 1 : 1000, рулонный 26 и промежуточный 27 ролики, вращающийся 28 и плоский 29 столики, ведущий валик 30 с двумя прижимными резиновыми роликами 31 и бумагоприемный ролик 32. В ролике 26 закрепляется рулон чистой диаграммной бумаги 33. На вращающемся столике ведется запись кривых. Для наблюдения за качеством регистрации кривых служит плоский столик. Ведущий валик протягивает бумагу. Для исключения возможности проскальзывания бумаги на ■ этом валике сделана острая накатка, к которой бумага прижимается прижимными роликами. Диаграммная бумага с зарегистрированными кривыми наматывается на бумагоприемный ролик, который приводится во вращение пружинной передачей 34. Переключение масштабов производится при помощи диска <35, связанного с редуктором. Для переключения масштаба регистрации оттягивают пружинку 36 и поворачивают диск <35 с накаткой до совмещения риски <37, нанесенной под цифрой, соответствующей масштабу с риской 38 барабана.
Ведущий валик 30 соединен с редуктором 25 храповым механизмом 39. Храповой механизм выключает ведущий валик при вращении автосина в обратную сторону и позволяет произвести протяжку бумаги ог руки при помощи ручки 40. Нож 41 дает возможность отрезать часть ленты с записью, находящейся на бумагоприемном ролике. При регистрации диаграмм нож 41 приподнят пружинами 42. Шкала освещается лампочкой 43 (см. рис. 69). Переключатель 44 «Подъем-спуск» служит для сохранения направления движения лепты (сверху вниз) при спуске и подъеме скважинных приборов.
У электронного потенциометра ПАСК-5 механизмы управления потенциометрами и электронный нуль-индикатор расположены в электронном блоке. Этот блок состоит из двух выдвижных шасси, установленных в одном корпусе (см. рис. 108). На нижнем шасси смонтированы детали управления потенциометром; на верхнем —• детали электронного нуль-ин- дикатора.
На передней, так называемой измерительной, панели II нижнего шасси расположены ручки переключателей пределов измерения и переключателей масштабов шкал (линейного Л и двухмасштабного М), а также головки по-
Рис. 69. Электронный автоматический потенциометр ПАСК-5, а — вид прибора с открытой дверцей; б — то же, с повернутым шасси;
Г — шасси; II — корпус прибора; III — верхняя часть шасси; IV — то же, средняя часть; V — то же; нижняя часть; VI— дверца; 17— указатель потенциометра КС; 18 — указатель потенциометра СП, 19 — шкала прибора; 23 —перо нулевой линии; 26 — рулонный ролик; 27 — промежуточный ролик; 29 — плоский столик; 31 — прижимной ролик; <32 — бумагоприемный ролик; 33 — диаграммная бумага; 36 — диск перевода масштаба глубин; 40 — ручка ведущего валика; 41 — нож; 43 — лампочка ^освещения шкалы; 44 — переключатель направления движения приемника синхронной передачи.
тенциометров установки нуля и реостатов нормализации режима потенциометра и выключателей компенсационных элементов.
На передней панели III блока электронного нуль-индикатор а устапо? влены: выключатель блока, потенциометры изменения коэффициентов усиления электронного нуль-индикатора и сигнальная лампа.
10 заказ 714.
Управление потенциометром ПАСК-6 сосредоточено на измерительной панели, описание которой дано ниже (см. § 35). Электронные блоки потенциометров установлены в отдельном корпусе (рис. 71). На панелях блока выведены: ручки 1 и 2 потенциометров изменения коэффициента усиления
Рис. 70. Кинематическая схема электронного потенциометра ПАСК-5 (по И. Я. Ривкину).
1 — реохорд потенциометра КС; 2 —реохорд потенциометра СП; 3 — шины переключения масштабов: 4 — винт смещения реохордов; 5 — головка с накаткой винта смещения реохордов; 6' — подгоночные сопротивления реохордов; 7 и 8—двухфазные индукционные реверсивные двигатели; 9—тросик; 10— каретка потенциометра КС; 11— каретка потенциометра СП; 12— направляющие кареток; 13 — ползунки реохордов; 14 — ползунки шин переключения масштабов; 15 — шариковое перо потенциометра КС; 16 — то же, потенциометра СП; 17 — указывающая стрелка потенциометра КС; 18 —тоже, потенциометра СП; 19 — шкала прибора; 20 — шарнир пера потенциометра СП; 31 — электромагнит меткоотбивателя; 22 — шариковое перо меткоотбивателя; 23 — перо для нанесения контрольной нулевой линии; 24 — приемник автосинной передачи; 25 — редуктор; 26' — рулонный ролик; 27 — промежуточный ролик; 28 — вращающийся столик; 29 .— плоский столик; 30 — ведущий валик; 31 — прижимные ролики; 32 — бумагоприемный ролик; 33—диаграммная бумага; 34— пружинная передача; 35 — диск перевода масштабов глубин; 36 — пружинный замок; 37 — риска масштабов глубин; 38 — установочная риска; 39 — храповой механизм; 40— ручка ведущего валика; 41 — нож для обрезания бумаги; 42 — пружины ножа.
электронного нуль-индика тор а, выключатели 3 и 4 и сигнальные лампы 5 и 6. На шасси электронных блоков закреплены: силовой трансформатор 7, входной трансформатор 8, вибропреобразователь 9, лампы 10 и 11 типа 6Н9 усилителя напряжения, лампы 12 и 13 типа 6П6 усилителя мощности и электролитические конденсаторы 14.
Рис. 71. Электронный блок потенциометра JJ АСК-6.
1 и 2 — ручки потенциометров изменения коэффициента усиления электрон-ной схемы; 3 и 4—выключатели электронных схем; 5 и в — сигнальныелампы; 7 — силовой трансформатор; 8 — входной трансформатор; у — вибре-преобразователь; 10 и 11 — лампы 6Ы9; 12 и 13 — лампы 6П6; 14 — электро-литические. конденсаторы.
§ 26. ЭЛЕКТРОННЫЙ ПОТЕНЦИОМЕТР ПАСК-8
Электронный автоматический потенциометр ПАСК-8 (рис. 72) собран по электрической схеме, принципиально подобной схемам потенциометров ПАСК-5 и ПАСК-6. Основное отличие прибора ПАСК-8 от приборов ПАСК-5 и ПАСК-6 заключается в конструкциях перописца, дающего возможность одновременно регистрировать измеряемые параметры в двух масштабах глубин, панели управления и в потенциометрической схеме, позволяющей, регистрировать кривые в различных, непрерывно изменяющихся масштабах от 0,5 до 12,5 мв/см. ■
Перописец 1 потенциометра ПАСК-8 имеет два лентопротяжных механизма, которые подключаются к приемнику автосииной передачи через редукторы, позволяющие включить протяжку бумаги в 1 : 20, 1 : 50, 1 : 100, 1 : 200 и 1 : 500 масштаба глубин. •
Каждый потенциометр имеет по два пера 2, 3 и 4, 5, установленных на каретках б» 7 и 8, 9, передвигающихся по направляющим в пределах лент 10 и 11 диаграммной бумаги, на которой производится запись. Для визуального отсчета измеряемых величин служат шкалы 12 и 13; на конце шкал находятся головки 14 и 15 механизма установки нуля.
На общей панели слева и справа установлены приборы управления I и 11 каналами. Здесь, следуя сверху вниз, расположены: миллиамперметры 16 и 17 и головки 18 и 19 реостатов цепи нормализации измеряемых величин; переключатели 20 и 21 пределов измерения; головки 22 и 23 реостатов скользящего изменения масштаба записи; панели 24 и 25 электронных блоков с установленными па них потенциометрами 26 и 27 управления коэффициентами усиления электронных нуль-индикаторов, выключателями 28 и 29 и предохранителями 30 и 31; выключатели 32 и 33 потенциометров; головки 34 и 35 управления схемой демпфирования; делители 36 и 37 измеряемого напряжения. В правом нижнем углу панели находятся: гнезда 38 и 39 для подключения обоих потенциометров к внешней цепи, гнездо 40 приборного заземления и ключ 41. •
Под потенциометром, на отдельной панели 42, сосредоточено управление градуированным компенсатором поляризации. На этой панели слева направо расположены: ручка 43 включения градуированного компенсатора поляризации в I или во II канал и изменения его полярности, миллиамперметр 44; головка реостата 45 для регулировки тока в цепи градуированного компенсатора поляризации; трехдекадпый магазин 46, 47 и 48 (9 X 0,54-9 X 5 4~ 9 X 50 ом) градуированного компенсатора поляризации, головка 49 неградуированного компенсатора поляризации. .
10* .
МЕТОДЫ ПРОМЫСЛОВОЙ ГЕОФИЗИКИ. АППАРАТУРА И ОБОРУДОВАНИЕМЕТОДЫ ПРОМЫСЛОВОЙ ГЕОФИЗИКИ. АППАРАТУРА И ОБОРУДОВАНИЕ
МЕТОДЫ ПРОМЫСЛОВОЙ ГЕОФИЗИКИ. АППАРАТУРА И ОБОРУДОВАНИЕ
МЕТОДЫ ПРОМЫСЛОВОЙ ГЕОФИЗИКИ. АППАРАТУРА И ОБОРУДОВАНИЕ
Рис. 72. Чертеж общего вида автоматического электронного потенциометра ПАСК-8.
1 — перописец; 2,3, 4 и 5 — шариковые перья; 6,7,8 и 9 — каретки; 10 и 11 — диаграммная бумага; 12 и 13 — шкалы; 14 и 15 — механизмы установки нуля; 16 и 17 — миллиамперметры цепи нормализации; 18 и 19 — головни реостатов цепи нормализации; 20 и 21 — переключатели пределов измерения и шкал; 22 и 23 — головни реостатов скользящего изменения масштабов записи; 24 и 25 — панели электронных блоков; 26 и 27 — потенциометры изменения усиления электронных нуль-индикаторов; 28 и 29 — выключатели электронных блоков; зо и 31 —предохранители; 32 и 33 —выключатели потенциометров; 34 и 35 — головки управления демпфированием приборов; 36 и 37 — делители измеряемого напряжения; 38 и 39 — гнезда для подключения потенциомегров; 40 — гнездо приборного заземления; 41 — ключ; 42 — панель градуированного компенсатора поляризации; 43 — ручка включения и переключения компенсатора поляризации; 44 — миллиамперметр; 45 — головка реостата для регулировки тока в цепи компенсатора; 46, 47 и 48 — трехдекадный магазин компенсатора поляризации; 49 — головка неградуированного компенсатора поляризации.
Автоматический электронный потенциометр ПАСК-8 спроектирован для легкой автоматической электронной станции АЭКС-900 на одной автомашине для исследования скважин глубиной до 1000 л» (см. § 33).
ШЕСТИКАНАЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОННЫЙ ПОТЕНЦИОМЕТР
ПАКШ-3
Шестиканальный автоматический электронный потенциометр ПАКШ-3 выпущен по проекту Конструкторского бюро нефтяного приборостроения для комплексной автоматической станции с семижильным кабелем. Особенность потенциометра ПАКШ-3 по сравнению с другими электронными по-
Рис. 73, Чертеж общего вида потенциометра ПАШК-3.
1, г, 3, 4, 5 и 6 — электронные потенциометры; 7 — корпус шестикапалыюго потенциометра; 8 — шариковые перья; 9 — шкалы потенциометров; 10 — головки установки пуля; 11 — панели измерительных блоков; 12 — ручки переключения масштабов регистрации кривых; 13 — головки скользящего изменения масштабов регистрации кривых; 14 — головки реостатов нормализации режима; 15—штепсели для включения измерительного прибора; 16 — панели блоков электронных пуль-индикаторов; 11 — головки потенциометров изменения коэффициента усиления электронной схемы; 18 — выключатели;
19 — предохранители.
тенциометрами (ПАСК-5, ПАСК-6 и ПАСК-8) заключается в наличии шести электронных потенциометров 7, 2, 8, 7, 5 и 6 (рис. 73), регистрирующих измеряемые параметры в линейной и двухмасштабной шкалах па общей диаграммной ленте шириной 305 мм.
Потенциометры смонтированы па одном шасси, установленном в корпусе 7. Шариковые перья 8 электронных потенциометров позволяют записать шесть кривых, смещенных по осям глубин и измеряемых параметров на 40 мм одна относительно другой. Кривые записываются пастой различного цвета.
На панели каждой из шкал 9 электронных потенциометров расположены головки 10 установки нуля шкалы. Справа от самопишущего потенциометра закреплены шесть идентичных измерительных блоков. На панелях 11 этих блоков расположены: ручки 12 изменения масштабов регистрации и выключения потенциометров для лилейной и двух- масштабпой шкал; головки 13 скользящего изменения масштабов и 14 нормализации режима; штепсель 15 для включения измерительного прибора нормализации.
В нижней части потенциометра закреплено шесть электродных блоков, на панелях 16 которых выведены головки 17 потенциометров изменения коэффициента усиления и выключателей 18 электронных блоков и предохранители 19.
Переключатели полярности управления демпфирования потенциометра и делитель подведенного напряжения (см. § 26), а также компенсаторы поляризации <в том числе два градуированных) смонтированы па центральной панели управления (см. рис. 122). Переключатели масштабов глубин установлены внутри потенциометра.
В табл. 8 приведены сводные данные по автоматическим электронным потенциометрам, изготовляемым промышленностью для геофизических исследований скважин.
ФОТОРЕГИСТРАТОР
Для непрерывной записи кривых различных параметров при геофизических исследованиях скважин в настоящее время широко применяются фо- .торегистраторы типа ФР-3 и ФР-4, разработанные под руководством С. Г. Комарова Всесоюзным научио-псслодовательскцм институтом геофизики. На рис. 74 и 75 изображен общий вид фоторегистраторов ФР-3 и ФР-4, а на рис. 76 приведены схемы их электрических соединений.
Фоторегистраторы ФР-3 и ФР-4 имеют близкую конструкцию и различаются количеством гальванометров, схемой корректировки пуля и расположением приборов управления, установленных на передней стенке (дверце, у фоторегистратора ФР-3, рис. 74) и частично вынесенных на отдельную панель вспомогательного привода (у фоторегистратора типа ФР-4, рис. 75 и 90).
Основные узлы фоторегистраторов: блок гальванометров, оптическая система и лентопротяжный механизм, смонтированные в общем корпусе, имеют следующее устройство .
Блок гальванометров
Блок гальванометров (рис. 77, а) состоит из пяти (или семи у ФР-3) зеркальных гальванометров (шлейфов) 1, (рис. 77, б), общего магнитопровода 2 и катушек подмагничивания 3.
Гальванометр представляет собой прямоугольную рамку 4 из 601/, витков красцо- медцой проволоки ПЭЛ диаметром 0,02 мм. Рамка при помощи ленточек из бериллиевой бронзы — растяжек 5 и 6 — установлена в зазоре между полюсными наконечниками 7 и 8 в корпусе 9 со съемной боковой крышкой. Растяжки 5 и 6 служат для создания момента, противодействующего моменту, возникающему при взаимодействии магнитного поля тока, проходящего в рамке’с магнитным потоком магнитной системы гальванометра и отклоняющего рамку, и для подвода к ней тока. Растяжки закреплены в верхней 10 и нижней 11 головках зажимами 12 и 13, изолированными от корпуса. Зажим 12 при по-
Наименование потенцио-
Я о
Пределы измерений
Масштабы глубин
s
2
\о и 5
Габариты, мм
Назначение прибора
Тип
-
линейная шкала Л
масштабная шкала М
I
II
III
IV
V
2 2
о я Д н*д =°
з 5 к
& О4 К МИЙ
метра
° К
лы/8 см
.и^/14,4 см
мв /8 см
jzs/14,4
C.U
& 9
о
а
§4 а
8
Потенциометр автоматический каротажный двухканальный
Для лаборатории АЭКС-52 с трехжильным кабелем
Для лаборатории ОКС-52 с одножильным кабелем
ПА СК-5м
ПАСК-бм
2
4
20
40
100
500
4 20 40
100 500
1,2
36
72
180 900
4
20
100
20
100
500
V2OO
VaOO
V1000
—
—
170
0,35
850
650
370
Для автоматической газометрической станции АГКС-56
ПАСК-7 с импульсным проводом
2
201 4—20 1 7,2—36] 4—20 (20—100 100 1 20—100(36—180 | 20—100| 100—500
Делитель напряжения позволяет увеличить пределы измерения в 25 раз
Ч200
Vsoo
V1000
—
—
170
0,4
920
650
370
Для лабораториистанции
А ЭКС-900 с трехжильным кабелем
ПАСК-8
2
201 4—20 (7.2—36 I 4—20 | 20—100 1001 20—100| 36^1801 20—100| 100—500 Делитель напряжения позволяет увеличить пределы измерения в 25 раз
1 / 200 | V500 1 Ч1000 1 V2000 Масштабы второй лев
V20 | У50 | Vioo | V200
7о000 ты
/ 500
2x170
0,75
495
770
335
Для лаборатории ОКС-56 с одножильным кабелем
ПАСК-9
2
20 1 4—20 17,2—36 100 1 20—100] 36—180
Делитель напрял увеличить пределы в
4—20 | 20—100 20—100; 100—500
ения позволяет вмерения в 25 раз.
V 200
Me
V20
V500J icmTaoi
V50
1/ 1000 л втор
VlOO
У 2000 эй лен
Ч 200
7вооо ты
7500
2X170
0,5
495
770
335
Потенциометр автоматический каротажный шестиканальный
Для лаборатории комплексной станции на семижильном кабеле АЭКС-55
ПАКШ-3
6
20 | 4—20 100 | 20—100
Делитель увеличить 25 раз
7,2—36 ( 4—20 | 20—100 36—1801 20—100| 100—500
напряжения позволяет пределы измерения в
2/ 20
75о
V100
7 200
7 500
305
0,75
1020
650
325
Таблица 8
Сводные данные по автоматическим электронным потенциометрам, изготовляемым для геофизических исследований скважин
ОСНОВНАЯ ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ АППАРАТУРА
Рис. 74. Фоторегистратор ФР-3. Общий вид с закрытыми (а) и открытыми (.6) дверцами.
, 2, з и 4 — контрольные лампы; 5 — ручка реостата в цепи подмагничивания; в — амперметр для измерения тока подмагничивания; 7 — включатель вспомогательного привода и датчика глубин;
— кнопка отбивки меток; 9, 10 и 11 —включатели цепей подсвета шкалы, света и автосинной передачи; 12 и 13 — реостаты регулировки силы света ламп вертикальной разграфки и освещения зеркал гальванометров; и — шкала визуального наблюдения; 15 — переключатель масштабов записи;
—счетчик глубин; 17 — ручка перевода показаний счетчика; 18 — панель с гнездами; 19 — включатель цепи подмагничивания; 20 — шлейф гальванометра; 21 — осветители зеркал гальванометров; 22 — реле горизонтальной разграфки; 23 — магазинная кассета; 24 — приемная кассета (крышка снята); 25 и 26 — ручки отвода прижимного налика; 27 — головка ручной протяжки бумаги; 28 — нож для отрезания бумаги 29.
мощи втулки 14 может быть повернут вокруг своей оси, чем достигается корректировка нуля (устанавливается начальное положение блика гальванометра в горизонтальной плоскости), и винтом 15 смещен по вертикали для создания необходимого натяжения растяжек 5 и 6. На верхней растяжке 5, несколько выше рамки, против окошечка 16 закреплено зеркальце 17. В окошечке 16 вставлена сферическая линза, фокусирующая на фотобумаге изображение нити лампочки осветителя Подвод тока осуществляется через контакты 18 и 19. В магнитопроводе 2 (см. рис. 77, а) гальванометры закрепляются при помощи клина 20, устанавливаемого и закрепляемого винтом 21. Блок гальванометров снабжен подогревателем 22, включаемым ключом 23. Катушки подмагничивания подсоединены параллельно и питаются постоянным током силы 2,5—3 а при напряжении 10—12 в. Обмотка катушек выполнена медной эмалированной проволокой диаметра 1 jwai
Рис. 75. Фоторегистратор ФР-4-. Общий вид прибора с закрытыми (а) и открытыми (б)' дверцами.
2 и з — контрольные лампы вертикальных, горизонтальных линий и метки; 4 — амперметр в цепи1 подмагничивания гальванометра; 5 — шкала визуального наблюдения; в — ручка переключения масштаба глубин; 7 — счетчик глубин; 8 — ручка установки показаний счетчика и протяжки; 9 — ручка установки счетчика на нуль; 10 — контрольная шкала; 11 — катушки подмагничивания гальванометра;
12 — шлейфы гальванометра; 13 — осветитель зеркал гальванометра; 1-1 — панель с сопротивлениями, регулирующими сопротивление гальванометров; 15 — держатель корпуса лампочек вертикальной разграфки; 16 -—магазинная кассета; 17 — указатель расхода бумаги; 18 — приемная кассета; 19 — щель для заправки фотобумаги; 20 — нож для отрезания заснятой фотобумаги; 21 и 22 — ручки для отвода в холостое положение контактного 23 и прижимного 24 валиков; 25 — головка передвижения) фотобумаги вручную; 26 — пружины, прижимающие кассеты в рабочем состоянии.
Рис. 76 а (подпись см. на стр. 156)Рис. 76 а (подпись см. на стр. 156)
Рис. 76 а (подпись см. на стр. 156)
Рис. 76 а (подпись см. на стр. 156)
Рис. 76 б и е (подпись см. на стр. 156)Рис. 76 б и е (подпись см. на стр. 156)
Рис. 76 б и е (подпись см. на стр. 156)
Рис. 76 б и е (подпись см. на стр. 156)
Рис 76 а—в. Схемы электрических соединений фоторегистраторов (no С. Г. Комаровуи др. [15р.
а — схема электрических соединений фоторегистратора ФР-3; б — то же, фоторегистратора ФР-4;. в — то же, панели управления фоторегистратором ФР-4.
Фоторегистратор ФР-3
Выключатели: В1—вспомогательного гальванометра цепи СП; В2—сельсина («Сельсин»)1; ВЗ—осветителей («Свет»); В4—цепи подмагничивания («Подмагничивание»); Вб—подсвета шкалы визуального- наблюдения («Подсвет шкалы»); Вб — подсвета контрольной шкалы; В7 — обогрева блока гальванометров.
Переключатели: Ш — контактов распределительного механизма «Масштабы записи»; П2 — синхронной передачи с датчика глубин на вспомогательный привод (1 — протяжка, 2 — выключено, з —датчик глубин.)
Кн1 — кнопка для отметки метки при градуировании («Метка»).
Реостаты проволочные: R1 —500 ojm, («КС 1 : 1, Ду»); R2 — 500 ом («КС 1 : 1, ВХ»У, R3— 800 ом («КС 1:1, Ях»); R6 —800 ом («КС 1 : 5,Ду»); R6 — 300 ом («КС 1 : 5, Дх»), R7 — 800 ом («КС 1 : 25, Ру»); R8—100 ом («КС 1 : 25, Рх»); R9 — 500 ом («ПС 1 : 1, Ry»); R1O — 500 ом («ПС 1 : 1, Bz»); R11 — 800 ом («ПС 1:1, Дж»); R13 — 500 ом («ПС 1 : 5, Ry»Y, НИ — 500 ом («ПС 1 : 5, R^Y, R15 — 800 ом («ПС 1 : 5, Дх»); R18 —20 ом («ОВ, Дх»); R19 — 1,5 ом («Подмагничивание»); R20 — 1,5 ом («Гальванометры»); R21 — 130 ом («Верт, линии»), .
Сопротивления проволочные: R4 — 1000 ом; R12 — 1000 ом; R16 — 1000 ом; R22 — полупере- менное, 50 ом («Верт, линии»); R23 — полупеременное, 20 ом («Метка»); R24 — полупеременное, 20 ом («Подсвет шкалы, виз. набл.»); R25—полупеременное, 20 ом («Подсвет контр, шкалы»);. R26 — полупеременное, 10 ом («Гор. линии, тонкие»); R27—полупеременное, 10 ом («Гор. линии., жирные»); R28 — нагревательное; R29 — 4 oai.
Сопротивления непроволочные: R17 —типа ВС_1,1 мгом (подбирается).
Гальванометры: Г1 — основной 1 : 1 цепи КС; Г2—вспомогательный 1 : 5 цепи КС; Гз—вспомогательный 1 : 25 цепи КС; Г4-=-основной цепи СП; Гб—вспомогательный цепи СП; Гб—запасного канала; П — отметчика марок времени.
Амперметр: ИП1 — постоянного тока М-61 на 10 а.
Лампы: Л1 и Л2 — с прямой нитью СЦ-48; 8 в, 30 вт; Лз — Л17 — миниатюрные Ми-13, 3,5 в, 0,,28 а. Ту1 — силовой трансформатор; СС1 — сельсин типа СС-501; Д1 — синхронный электродвигатель С Д-2; ВС 1 и ВС2—селеновые выпрямители ВС-45-13; ОП1— обмотка подмагничивания блока- гальванометра; Р1 и Р2 — электромагнитные реле замедленного действия; К1 — КЗ — ножевые восьмиконтактные колодки.1
Контакты: К4 — отметчика марок времени; Кб — на валу счетчика глубин, замыкающиеся при целом числе метров; Кб — распределительного механизма, замыкающиеся при показаниях счетчика глубин, кратных двум; К/ — распределительного механизма, замыкающиеся при показаниях счетчика глубин, кратных пяти; КЗ — распределительного механизма, замыкающиеся при показаниях счетчика глубин, кратных десяти; К9 — распределительного механизма, замыкающиеся при показаниях счетчика глубин, кратных ста; К10 —сигнализации перемещения ленты.
Фоторегистратор ФР-4
Выключатели: В1 — электрических корректоров нуля; В2 — подсвета контрольной шкалы Вз — обогрева блока гальванометров; В4 — подсвета шкалы визуального наблюдения.
Реостаты проволочные: R1 — R3 — 500 ом; R16 — R20—500 ом; R21 — R23—300 ом; R24— 500 ом; R25 — 200 ом; R26 — 40 ом; R27 и R28 — 500 ом.
Сопротивления непроволочные ВС-1: R4 — R9 — 500 ом; R10—R12 — 5 ком; R13 — 220 ком;. R14 И R15 — 75 ком.
Сопротивления проволочные: R29 — R33 — 200 ом; R34 — 4 ом; R35 — 6 oai; R36 — нагревательное; R37 — шунт прибора ИП1.'
01 — Об — конденсаторы электрические КЭ-1а, 20 в, 20 мкф.
Гальванометры: Г1 — основной, 1:1,1 канала; Г2 — вспомогательный, 1 : 5, I канала; Гз — вспомогательный, 1 : 25, I канала; Г4 — II канала; Г5 — III канала.
ИП1 — амперметр постоянного тока М-61 на 5 а.
Лампы: Л1 и Л2 — с прямой нитью СЦ-48,8 в, 30 вт; ЛЗ — Л16 — миниатюрные типа МН-13,. 3,5 в, 2,8 а.
Bi —ВЗ —элементы сухие типа 1-кс-У-З на 1,5 в; СС1—сельсин типа СС-501; ОП1—обмотка, подмагничивания блока гальванометра; К1—КЗ — ножевые восьмикоитактные колодки.
Контакты: К4 — распределительного механизма, замыкающиеся при показаниях счетчика глубин, кратных пяти; Кб — распределительного механизма, замыкающиеся при показаниях счетчика глубин, кратных 50; Кб —сигнализации перемещения ленты.
Панель управления фоторегистратора ФР-4
Выключатели: В1 — питания фоторегистратора («Свет»); В2 — вспомогательного привода («Протяжка»). Переключатель: П1 — синхронной передачи с датчика глубин на вспомогательный привод, («1-ДГ; 2 — выкл.; 3 — ПР»).
КН1 — кнопка для отметки метки («Метка»).
Сопротивления проволочные: R1—полупеременное, 20 ом, («Шкала визуальная»); R2—полупеременное, 20 ом («Шкала контрольная»); R3 — полупеременное, 20 oai («Гор. линии»); R4 — полупеременное, 20 ом («Метка»); R7 — полупеременное, 100 ом («Верт, линии»); R8 —сопротивление проволочное 82 ом.
Реостаты проволочные?: R5 — 20 oai («Скорость мотора»); R6 — SCO oai («Обший свет»).
Трансформаторы: ТР1 — силовой для питания осветительных цепей; ТР2—питания осветителей- горизонтальных линий и метки. СС1—сельсин СС-501; Д1—электродвигатель универсальный МУ-50; Д2 — синхронный электродвигатель СД-2; ВС1 и ВС2 —селеновые выпрямители ВС-45-18; Р1 и Р2 — электромагнитное реле замедленного действия; К1 — Кз — ножевые восьмиконтактные колодки;. К4 — контакты отметчика марок времени.
Примечание. В скобках и кавычках указана маркировка деталей в местах их установок»
с 1660 витками на каждой катушке \ Сила тока в обмотке катушек указывается амперметром (см. рис. 74 и 75), установленным на передней панели фоторегистратора, и регулируется реостатом. Для уменьшения расхода энергии на подмагничивание системы гальванометров ток в катушках подмагничивания включается лишь при работе прибора выключателем, спаренным с выключателем, стоящим в цепи освещения гальванометра.
Гальванометры, установленные в фоторегистраторе ФР-4, имеют постоянную по току Ci = 0,28 4- 0,38 мкакм шкалы записи, внутреннее сопротивление 160—170 ом, внешнее критическое сопротивление 4500—5000 ом и собственную частоту колебаний 20—30 г^. Емкость 10—20 мкф, подклю-
Рис. 77. Блок гальванометров фоторегистратора.
а — блок гальванометров; б — вставка (шлейф); 1—шлейф гальванометра; ^2— магнитопровод; 3 — катушки подмагничивания; 4 — рамка гальванометра; 5 и 6 — растяжки; 7 и 8 — полюсные наконечники; 9 — корпус вставки; 10 и 11 — верхняя и нижняя головни; 12 и 13 — зажимы .крепления рас- стяжек; 14—втулка; 15—винт натяжения растяжек; 16— окошечко с цилиндрической линзой; 17 — зеркальце; 18 и 19 — токоподводящие контакты; 20 — клип; 21 — установочный винт; 22 — подогреватель; 23 — ключ подогрева.
ченлая к выводам гальванометра, дает возможность снизить собственную частоту колебаний до 4—7 г^. '
Первые три гальванометра (считая от передней к задней стенке фоторегистратора) установлены в цепи первого канала (КС) — см. схемы на рис. 76. При стандартных электрических измерениях они регистрируют кривые кажущегося сопротивления. Первый (Рх) и второй (Гх) гальванометры ведут записи кривых в масштабах соответственно в 25 и 5 раз более мелких, чем масштабы записи кривой основного, третьего гальванометра (Гх). Четвертый Ги гальванометр (в фоторегистраторе ФР-4) и четвертый Гп и пятый Г и
гальванометры (в фоторегистраторе ФР-3) установлены во втором канале- (СП, ПС). При стандартных электрических измерениях эти гальванометры ведут запись кривых потенциалов собственной поляризации пород. Гальванометр Г и (фоторегистратор ФР-3) регистрирует кривую UGU в пять раз более мелком масштабе, чем гальванометр Ги- В фоторегистраторе ФР-4 пятый гальванометр Г u установлен в [II канале записи (используется при записи кривых трехточечного наклономера). В фоторегистраторе ФР-3 шестой гальванометр Гш — Ш канала — запасный; седьмой Гмв — служит для отметок марок времени.
В цепь рамок гальванометра включены сопротивления Rx — параллельно рамке и Ry и Rz — последовательно рамке (см. рис. 76), обеспечивающие требуемые значения постоянной G, р гальванометра.\ принятой при расчете масштабов регистрации кривых, а также степень успокоения % рамки и постоянство сопротивления 7?0 измерительной цепи. Эти три условия могут быть записаны так:
р __ _Сс+_й RxA~ RyVRp
1 ~ Ci ir " rx
у Дкр ниунКр
Н йвн + йг Rp-^- Rx-\- Ry
Ro = Rz +Ro = Rz +Rx (^г + йу) Rx 4- Ry 4- RpRx (^г + йу) Rx 4- Ry 4- Rp
Ro = Rz +
Ro = Rz +
Rx (^г + йу) Rx 4- Ry 4- Rp
Rx (^г + йу) Rx 4- Ry 4- Rp
где q — коэффициент шунтирования, показывающий, во сколько раз уменьшена чувствительность гальванометра по току при заданном масштабе- регистрации; RT и R^ — сопротивление рамки гальванометра и ее критическое сопротивление; Ci — постоянная гальванометра по току; 77пи — внешнее сопротивление цепи (в связи с большой величиной сопротивления, подключенного параллельно Rx, RBn ^ RXA' Ry). Решая три последних, уравнения относительно Rx, Ry и Rz, получим следующие зависимости:
в„ = В, (q - 1) - Яг = Д1,р^ 11 - Вг,Р _ Р^KP^ — l)
Для основного гальванометра первого канала и гальванометров второго- и третьего каналов G, Р = 0,625 мка/см; для гальванометров 1:5 и 1:25 соответственно 3,125 и 15,625 мка!см. Степень успокоения % берется равной 1,2 и реже в пределах от 0,8 до 2 (% = 0,8 при значительной дифференциации- разреза высокой скорости регистрации и малых помехах переменного тока и % = 2 при большом уровне помех переменного тока). Сопротивление Ro измерительной цепи принимают равным 300 ом.
Установка на нуль бликов гальванометров первого канала осуществляется электрическими корректорами нуля (см. рис. 76). В фоторегистраторе ФР-4 корректор нуля представляет собой мост постоянного тока, в одну из диагоналей которого включен элемент, в другую — гальванометр с балластным сопротивлением. Реостаты и сопротивления корректоров закреплены на специальной панели.
1 Ci} определяется масштабом записи кривых.
Оптическая система
Оптическая осветительная система (рис. 78) обеспечивает: 1) получение световых бликов, отраженных зеркальцами гальванометров на фотолепте, и наблюдение за их положением; 2) вертикальную разграфку фотоленты (пленки, фотобумаги); 3) ее горизонтальную разграфку; 4) отметку марок времени и меток глубин. С этой целью в фоторегистраторе установлены два осветителя зеркал гальванометров и группа осветителей вертикальной и горизонтальной разграфки фотоленты, снабженных системой линз и зеркал. Первый осветитель 1 (рис. 78) зеркал гальванометров, ближайший к передней
Рис. 78: Оптическая схема фоторогистратора ФР-4.
1 и 2 — осветители гальванометров; з —щель; 4 и 5 —сферические линзы; 6 —зеркальца гальванометров; 7 — цилиндрическая линза; 8 — фотобумага; 9 — зеркало; 10 — щкапа визуального наблюдения; 11 — контрольная шкала; 12 — зеркало; 13—кожух осветителей вертикальной разграфки;: 14 — то же, горизонтальной разграфки; 15 — то же, меток; Л1 и Л2 — лампы осветителей гальванометров; Лз —то же, горизонтальной разграфки; Л4 —то же, метки; Л5 — ЛО —лампы осветителя вертикальной разграфки; Л10 — Л13 — то же, подсвета шкал. г|, Гр Г^, Гц и Гд* —гальванометры.
стенке фоторегистратора, служит для освещения зеркал гальванометров Г^, Гр Z^ и Гп, регистрирующих кривые кажущегося сопротивления и кривую потенциалов собственной поляризации. Осветитель 2 предназначается для освещения зеркал гальванометров Гп и Г1П третьего канала в фоторегистраторе ФР-4 и для освещения гальванометров Гр, Гр, Гш и Гмв в фоторегистраторе ФР-3. Осветители гальванометров установлены так, что от гальванометра Г^, записывающего кривую потенциалов собственной поляризации, возможно получить два блика на расстоянии 8—10 см друг от друга, что обеспечивает запись кривых UGn без их переноса при регистрации' в крупном масштабе.
В осветителях гальванометров установлены лампы Л1 и Л2 (8-е накала с вертикальной нитью, питаемые от вторичной обмотки трансформатора фоторегистратора.
Луч света от лампы, пройдя щель 3 и сферические линзы 4 и 5, падает на зеркальце (> подвижных систем гальванометров. Отразившийся от зеркальца световой луч проходит-
вторично через сферическую линзу 5, и изображение нити лампы фокусируется в виде вертикальной световой полоски. Нижняя часть этой полоски попадает на цилиндрическую линзу 7 и вновь фокусируется в виде точки на фотоленте 8 регистратора. Верхняя часть полоски отражается от зеркала 9 и поступает на шкалу визуального наблюдения 10, установленную на передней стенке фоторегистратора. Экран служит для визуального наблюдения‘за положением бликов гальванометров во время работы. Для этих же целей используется контрольная шкала 11, расположенная сзади ленты 8, на которой можно видеть через смотровое окно в крышке регистратора блики, отраженные зеркалом 12. Для удобства наблюдения визуальная и контрольная шкалы подсвечиваются в торец лампочками ЛИ, Л12, Л13 и Л14. Яркость бликов гальванометров регулируется реостатом, установленным в цепи лампочек осветителя. ■
Нанесение вертикальных линий масштаба разностей потенциалов производится осветителем вертикальной разграфки, который представляет собой металлический кожух 13 с установленными в нем пятью лампочками (Л5, Л6, ЛТ, Л8 и Л9^ 3,5-s накала. Лампочки соединены последовательно между собой и с контрольной лампочкой ЛЮ «Вертикальные линии», установленной на правой дверце фоторегистратора (см. рис. 74 и 75). В кожухе со стороны фотоленты просверлены маленькие отверстия, через' которые производится засветка бумаги. Толщина масштабных линий (основных и дополнительных) определяется величиной диаметра отверстия. Яркость горения лампочек и толщина линии в ФР-4 регулируются реостатом «Общий свет» (см. рис. 102), а в ФР-3 — реостатом «вертикальные линии», ручка которого расположена на правой дверце прибора (см. рис. 74).
В фоторегистраторе ФР-4 сетка вертикальных линий используется также для нанесения марок времени. Для этого цепь лампочек осветителя присоединена к трансформатору через контакты, которые периодически (через каждые 30 сек.) разрываются кулачком, закрепленным на валу синхронного моторчика типа СД-2. Длина I отрезков вертикальных линий между двумя ■соседними моментами выключения цепи лампочек дает возможность определить скорость у передвижения измерительного устройства в скважине:
у
М I час
где М — масштаб глубин регистрации кривых.
' Горизонтальная разграфка шкалы — нанесение масштабных линий глубин — осуществляется при помощи контакторов 45 и 48 (рис. 79), управляемых приводом к лентопротяжному механизму. В фоторегистраторе ФР-4 при показании счетчика, кратном пяти контактор 45 включает реле , которое, срабатывая, замыкает цепь электрической лампочки ЛЗ (см. рис. 78) горизонтальной разграфки и цепь второго рело с выдержкой времени. Это реле, срабатывая, размыкает цепь лампы ЛЗ. Таким образом, лампочка горизонтальной разграфки оказывается включенной на малый промежуток времени, необходимый для засветки бумаги. При показаниях счетчика, кратных 50 в фоторегистраторе ФР-4 и кратных 100 в фоторегистраторе ФР-3, одновременно с включением реле контактором 48 (рис. 79) закорачивается сопротивление в цепи лампочки, вследствие чего лампочка вспыхивает ярче и наносит жирную линию горизонтальной разграфки. Лампочка ЛЗ (см. рис. 78) горизонтальной разграфки соединена последовательно с лампочкой Л15 «Горизонтальные линии», установленной на правой дверце фоторегистратора. Вспышка этой лампочки указывает на работу лампочки ЛЗ.
Отметка меток производится при помощи лампочки Л4, управляемой от кнопки «Метка». При включении кнопки лампочка зажигается и, освещая
1 1 Заказ 714.1 1 Заказ 714.3939373733331818-36-36фоторегистратора.фоторегистратора.79. Кинематическая схема79. Кинематическая схемаРис.Рис.лентопротяжного механизмалентопротяжного механизмафоторегистратора ФР-4; б — то яш [ФР-3;фоторегистратора ФР-4; б — то яш [ФР-3;а — кинематическая схемаа — кинематическая схемагоризонтальной разграфкой; 38 — валик; 39, 40, 41, 42, 49 а 63 — зубчатый перебор; 43, 57, 58 а 59 — оси кулачков; 44, 47, 54, 55 и 56 — кулачки; 45, 48, 60, 61 п 62 — контакторы включения лампгоризонтальной разграфкой; 38 — валик; 39, 40, 41, 42, 49 а 63 — зубчатый перебор; 43, 57, 58 а 59 — оси кулачков; 44, 47, 54, 55 и 56 — кулачки; 45, 48, 60, 61 п 62 — контакторы включения ламп42424141ОСНОВНАЯ ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ ■' АППАРАТУРАОСНОВНАЯ ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ ■' АППАРАТУРА
1 1 Заказ 714.
1 1 Заказ 714.
39
39
37
37
33
33
18
18
-36
-36
фоторегистратора.
фоторегистратора.
79. Кинематическая схема
79. Кинематическая схема
Рис.
Рис.
лентопротяжного механизма
лентопротяжного механизма
фоторегистратора ФР-4; б — то яш [ФР-3;
фоторегистратора ФР-4; б — то яш [ФР-3;
а — кинематическая схема
а — кинематическая схема
горизонтальной разграфкой; 38 — валик; 39, 40, 41, 42, 49 а 63 — зубчатый перебор; 43, 57, 58 а 59 — оси кулачков; 44, 47, 54, 55 и 56 — кулачки; 45, 48, 60, 61 п 62 — контакторы включения ламп
горизонтальной разграфкой; 38 — валик; 39, 40, 41, 42, 49 а 63 — зубчатый перебор; 43, 57, 58 а 59 — оси кулачков; 44, 47, 54, 55 и 56 — кулачки; 45, 48, 60, 61 п 62 — контакторы включения ламп
42
42
41
41
ОСНОВНАЯ ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ ■' АППАРАТУРА
ОСНОВНАЯ ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ ■' АППАРАТУРА
1 — приемник автосинной передачи; 2 — 4 — конические шестерни; 5 — валик редуктора масштабов; 6 и 7 — храповые механизмы; 8—13 — шестерни редуктора масштаба глубин; 14 и 15 — втулки; 16 — валик; 17 — зубчатая рейка механизма переключения масштаба глубин; 18 — ручка переключения масштаба глубин; 19 — ведущий валик; 20—26 — шестеренный перебор от валина 16 к ведущему валику 19; 27 и 28 — шестерни десятикратного увеличения масштаба глубин; 29 — храповой механизм; зо — ручка протяжки бумаги; 31 — валик; 32- и зз — шестерни передачи на ось 35 приемной кассеты; 34 — фрикционная передача; 36 — ручка включения фрикциона; з? — коническая шестерня передачи движения на механизм управления
58 a 59 — оси кулачков; 44, 47, 54, 55 а 56 — кулачки; 45, 48, 60, 61 п 62 — контакторы включения ламп горизонтальных линий- 46 — передача «мальтийский крест»; 50 — счетчик глубин; 51 — передача от ручки; 52—протяжки и корректировки счетчика; 5з ручка установки счетчика на нуль.
фотоленту, наносит у ее левого крря черту. Работа этой лампочки отмечается последовательно включенной контрольной лампочкой Л16 «Метка», находящейся на правой дверце фоторегистратора. Контроль за движением лентопротяжного механизма в фоторегистраторе ФР-4 осуществляется периодическим шунтированием лампочки Л16 «Вертикальные линии», по миганию света которой устанавливается нормальная работа лентопротяжного механизма. В фоторегистраторе ФР-3 движение ленты контролируется лампочкой «Запись», находящейся на передней панели фоторегистратора. В цепи этой лампочки установлен контакт, приводящийся в действие от валика,, вращаемого передвигающейся фотолентой.
Лентопротяжный механизм
Лентопротяжный механизм фоторегистратора приводится в движение.' от приемника автосинхронной (автосинной, сельсинной) передачи СС-5О1. Датчик передачи (датчик глубин) установлен на блок-балансе. Его ротор аерез зубчатую передачу соединен со втулкой мерного блока, через который кабель опускается в скважину. Передача от блока к ротору датчика глубин и диаметр блока по центру кабеля рассчитаны так, что при каждом метре прохождения кабеля через блок ротора датчика, а следовательно, и ротор приемника автосинной передачи делают четыре полных оборота.
Передача вращения от ротора приемника ведущему валику лентопротяжного механизма осуществляется через механический выпрямитель, переключатель скоростей (масштабов регистрации) и включатель основных и дополнительных масштабов регистрации.
Ротор приемника 1 (рис. 79) при помощи конической шестерни 2 соединяется с коническими шестернями 3 и 4 механического выпрямителя. Механический выпрямитель служит для передачи ведущему валику лентопротяжного механизма одностороннего вращения при различных направлениях движения кабеля при подъеме и спуске. Конические шестерни 3 и 4 механического выпрямителя соединяются с валиком 5. В зависимости от направления вращения ротора приемника автосипа с валиком 5 храповым механизмом 6 или 7 сцепляется одна из конических шестерен 3 или 4, в связи с чем валик 5 при любых движениях кабеля снизу вверх и в обратном направлении вращается в одну и ту же сторону. Передача вращения от валика 5 к ведомому валику переключателя скоростей производится при помощи зубчатого перебора, состоящего из шестерен 8 — 13, из которых шестерни 8—10 закреплены на втулке 14, жестко сидящей на валике 5, а шестерни 11—13 — на втулке 15. Эта втулка сидит свободно на валике 16 и может передвигаться вдоль его оси при помощи зубчатой передачи 17, управляемой ручкой 18 «Масштаб записи». Ручка «Масштаб записи» установлена на нижней передней панели фоторегистратора. В зависимости от того, какая из пар шестерен (3 и 11, 9 и 12 или К) и 13) находится в зацеплении, изменяется передаточное число от ротора приемника к ведущему валику лентопротяжного механизма, а следовательно, и изменяются масштабы глубин записи кривых, соответственно равные 1 : 1000 (для шестерен 8 и 77), 1 : 500 (для шестерен 9 и 12) и 1 : 200 (для шестерен 10 и 73). От валика 16 к ведущему валику 19 лентопротяжного механизма движение передается через вспомогательный зубчатый перебор, состоящий из шестерен 20—26. При помощи переключающего устройства движение от шестерни 20 к шестерне 26 монет быть передано либо шестернями 20—21, 22— 23, 24—25 и 25—26 или шестернями 27—28, 28—23, 24—25 и 25—26. При последнем включении передаточное число от приемника автосинной передачи к лентопротяжному механизму уменьшается в десять раз, в соответствии с чем во столько же раз увеличиваются масштабы регистрации кривых, т. е. становятся соответственно равными 1 : 100. 1 : 50 и 1 : 20. Шестерня 23 соединена храповым механизмом 29 с валом, на котором опа насажена. Этот механизм позволяет при необходимости протягивать фотобумагу вручную, вращая ручку 30. "
От валика 37, на котором закреплена шестерня 25, через шестерни 32 и 33 и фрикционное сцепление 34 движение передается ось 35 приемной кассеты. Фрикционная передача 34 обеспечивает необходимую натяжку бумаги при сматывании ее в приемную кассету. Включение фрикционного сцепления производится при помощи ручки 36, закрепленной на конце оси 35.
С коническими шестернями 3 и 4 механического выпрямителя соединена коническая шестерня 37 реле горизонтальной разграфки. Шестерня 37 жестко сидит па валике 38 и через зубчатый перебор 39—42 приводит во вращение ось 43, па которой посажен куда-
чок 44, замыкающий контактор 45 через каждые 5 м, и далее через передачу 46 приводит кулачок 47, включающий контактор 48 (через каждые 50 м).
Второй конец вала ротора приемника автосинной передачи через зубчатый перебор 49 соединен со счетчиком 50 ’. Механизм 51, с ручкой 52 служит для корректировки показаний счетчика. При помощи ручки 53 производится сбрасывание показаний счетчика на нуль.
Фотобумага закладывается в магазинную кассету 16 (см. рис. 75), представляющую светонепроницаемый цилиндрический кожух с прорезью для вывода ленты. Кожух открывается с торца. На оси закрепляется барабан со съемной щекой, па который насаживается рулон фотоленты длиной ДО’ 40 м. Количество неизрасходованной ленты в рулоне отмечается указателем расхода 17, расположенным на крышке кассеты. Приемная кассета 18 отличается от магазинной конструкцией барабана, позволяющего легко закрепить конец фотоленты в прорезь двух коаксиальных металлических цилиндров. У входа в приемную кассету в конце щели 19 установлен нож 20 для отрезания бумаги. Ручки 21 и 22 на панели камеры с кассетами служат для отвода контактного 23 и прижимного 24 валиков в холостое положение для свободного передвижения фотоленты и выключения лампочек записи. Головка 25 предназначается для передвижения фотолепты вручную. Пружины 26, установленные на дверце, прижимают кассеты в процессе работы.
Блок гальванометров, осветители и лентопротяжный механизм осциллографа и счетчик глубин с переключателем масштабов смонтированы в металлическом корпусе (см. рис. 75), передняя стенка которого имеет две дверцы: левую в отделение с кассетами и правую в отделение блока гальванометров, осветителя и коробки скоростей и нижнюю,, привинченную металлическую деку.
В фоторегистраторе ФР-3 (см. рис. 74) слева направо установлены следующие детали.
На лицевой стороне правой дверцы:
в верхнем ряду — контрольные лампы 1, 2, 3 и 4 работы осветителей разграфки вертикальных линий, горизонтальных линий, метки и записи; ручка 5 реостата регулирования тока «Подмагничивание»; амперметр 6 в цепи этого тока и ручка 7 «Протяжка, вык. дат. глуб.» для переключения, работы лентопротяжного механизма от датчика глубин или от специального датчика, соединенного со вспомогательным коллекторным электродвигателем для протяжки ленты независимо от спуска измерительных установок;
в среднем ряду — кнопка 8 «Метка» и включатели 9 «Подсвет шкалы»; 10 «Свет» и 11 «Сельсин»;
в нижнем ряду — шкала 14 визуальных наблюдений, ручка 12 «Верт, линии» реостата регулирования силой света лампочек вертикальной разграфки; включатель 19 «Подмагничивание» и ручка 13 «Гальванометры» реостата, регулирующего освещенность зеркал гальванометров.
На нижней доке — переключатель 15 масштабов глубин, контрольные гнезда 18 гальванометров в последовательности +(ЯС), —(ЯС), + (ЯС), — (1ЯС), —(ССЯС)—^/гбЯ^+^ап. кап.) и—(зап. кап.), счетчик 16 глубин и ручка 17 «Протяжка» для изменения показаний счетчика.
В фоторегистраторе ФР-4 (рис. 75) в той же последовательности распо- ложены следующие' детали.
На лицевой стороне правой дверки — контрольные лампы 1, 2 и 3 работы осветителей вертикальных и горизонтальных линий и метки, ампер-
метр 4 в цепи подмагничивания гальванометров и шкала 5 визуального наблюдения. ' '
На нижней деке — ручка 6 переключения масштабов глубин, ручка 9 сброса показаний счетчика глубин, счетчик глубин 7 и ручка 8 «Протяжка» для изменений показаний счетчика.
■ Остальные приборы установлены на отдельной панели управления {см. рис. 102), на которой находятся: реостат 20 «Свет», регулирующий силу «света осветителя гальванометров; выключатель 21 «Свет» цепи освещения и обмоток подмагничивания; ручка 22 реостата «Привод» для регулирования «скорости протяжки фотобумаги; включатель 23 «Протяжка» обмотки возбуждения вспомогательного автосииа протяжки; переключатель 24 «ДГ—Бык. — Пр.» для переключения работы лентопротяжного механизма фоторегистратора от датчика глубин к датчику электродвигателя протяжки; кнопка 25 «Метка» для нанесения меток.
Переключатели пределов измерений гальванометров установлены на специальных панелях, подключаемых к фоторегистратору при том или ином методе исследования скважин. Описание этих панелей дается в гл. III.
Фоторегистраторы по сравнению с автоматическими потенциометрами обладают следующими преимуществами: а) простой схемой одновременной записи кривых измеряемых параметров в различных масштабах; это дает возможность уменьшить время, затрачиваемое на исследование скважин, в связи с необходимостью перезаписи отдельных участков кривых в более мелких или более крупных масштабах; б) возможностью повышения скорости записи кривых примерно в 1,5—2 раза относительно скоростей регистраций с автоматическими потенциометрами; в) несложностью конструкции фоторегистратора для записи большого числа кривых различных параметров.
Однако наряду с указанными преимуществами фоторегистрация имеет ряд существенных недостатков, которые ставят этот способ па более низкий технический уровень по сравнению с компенсационным способом из ■ мерений. Основные недостатки фотозаписи следующие.
Применение в фоторегистраторах токового (не нулевого) метода измерения ■ (см. §18).
Применение фильтр-схемы для разделения знакопеременных и знакопостоянных разностей потенциалов. Эта схема требует использования при регистрации кривых кажущегося сопротивления и потенциалов собственной поляризации питающего тока повышенной частоты, что значительно увеличивает искажающее влияние индукции и емкости и понижает точность измерений.
Необходимость проявления фотобумаги, что осложняет производство измерений, не дает возможности своевременно заметить неточности в регистрации кривых и установить наличие искажений. Это может привести к необходимости перезаписи кривых, к задержке скважины, а при термических измерениях и вовсе исключить возможность получения достоверных термограмм в исследуемой скважине без последующего проведения работ через некоторый промежуток времени.
САМОПИШУЩИЙ ГАЛЬВАНОМЕТР ЗАВОДА« ГЕОЛОГОРАЗВЕДКА »
Самопишущий гальванометр завода «Геологоразведка» (рис. 80) представляет собой магнитоэлектрический гальванометр 1 с магнитом, расположенным внутри рамки, имеющей сопротивление около 3000 ом. Чувствительность гальванометра обеспечивает отклонение стрелки на всю шкалу притоке 5 ма. На конец оси рамки надевается чернильница 2 с капиллярной пишущей и указывающей стрелками 3. Чернильница закрывается колпачком. Перо стрелки гальванометра скользит по регистраториой бумаге 4, передвигаемой
лентопротяжным механизмом. Бумага закладывается в магазинную кассету, далее пропускается через направляющий ролик 5, полукруглый столик в, направляющий ролцк 7 и после ведущего барабана 8 наматывается па бумагоприемный ролик 9. На регистраторе установлен указатель (счетчик) глубин 10. Привод лентопротяжного механизма осуществляется через коробку переключения масштабов И. Счетчик может быть отключен выключателем 12.
Коробка переключения масштабов дает возможность регистрировать диаграммы в масштабах глубин 1 : 50, 1 : 200, 1 : 500 и 1 : 1000. Переключение масштабов регистрации осуществляется при помощи головки 13 с накаткой. При вращении головки передвигается скользящая шпонка, при помощи которой осуществляется соединение одной из шестерен зубчатого перебора с ведущей осью. На лентопротяжном механизме закреплен меткоотбиватель, продет являющий, с об ой пуансон, удар которого по бумаге производится при помощи электромагнитного устройства. Это устройство включается меткоуло- вителем, работающим по принципу магнитного моста, разбалапсирующегося при прохождении метки.
Самопишущий гальванометр этой конструкции устанавливается заводом «Геологоразведка» на станциях для магнитометрии скважин типа М-10 и для радиометрии скважин типа «Рица».
Рис. 80. Самопишущий гальванометр завода «Геологоразведка» для геофизических исследований в скважинах.
1 — гальванометр; 2 — чернильница; 3 — стрелка;4 1— регистраторная бумага; 5 и 7 — направляющиеролики; 0 — полукруглый столик; 8 —- ведущий ба-рабан; 9 — бумагоприемный ролик; 10 — указательглубин; 11 — коробка переключений масштабов;12 — выключатель счетчика; 13 —головка — пере-ключатель масштабов; 14 — корпус самопишущегогальванометра.
ПУЛЬСАТОР
Пульсатор служит для преобразования постоянного тока, питающего зонды, в’пульсирующий ток переменного направления и синхронного выпрямления переменных разностей потенциалов, возникающих между электродами М и. N в пульсирующие разности потенциалов постоянного направления. Применение пульсатора дает возможность производить одновременно непрерывную регистрацию кажущегося сопротивления и потенциалов собственной поляризации (см. § 1). Пульсатор также применяется в методе потенциалов вызванной поляризации для создания кратковременных импульсов тока постоянного направления и включения измерительных приборов в моменты, когда ток в питающей цепи отсутствует.
Основным рабочим элементом пульсатора является сдвоенный коллектор (рис. 81, 82, 83, 84 и 85), состоящий из питающего (токового) коллектора и измерительного или коллектора напряжения. Оба коллектора закреплены на одном валу и приводятся во вращение от электродвигателя или вручную (у пульсаторов старых конструкций).
Одной из первых конструкций пульсаторов был вертикальный пульсатор типа ПУ, широко применявшийся ранее при геофизических исследованиях скважин и сохранившийся по настоящее время в партиях с небольшим объемом работ.
Вертикальный пульсатор ПУ
В вертикальном пульсаторе ПУ (рис. 81, 82, а) коллектор тока состоит из двух латунных фасонных колец 3 и 4, изолированных друг от друга. По периферии колец скользят четыре медные щетки: А и В, «+» и «—». Щетки «-р» и «_» соединяются с одноименными полюсами питания постоянного тока и всегда соприкасаются с кольцами 3 и 4. Щетки А и В, расположенные диаметрально противоположно друг другу, при каждом полуобороте коллектора попеременно контактируют то с кольцом 3, то с кольцом 4, т. е. приключаются то к плюсу, то к минусу батареи и тем самым подают в цепь АВ ток переменного направления.
Коллектор напряжения состоит из двух дисков 5 и 6, изолированных друг от друга воздушным зазором. По торцовой поверхности этих дисков скользят щетки «+» и «—», всегда соприкасающиеся с дисками 5 и 6, и щетки М и N, контактирующие при каждом полуобороте коллектора попеременно то с диском 5, то с диском 6. Переменные разности потенциалов, подведенные к щеткам М и N, выпрямляются тетками «+» и «—», к которым присоединяется измерительный прибор.
В вертикальном пульсаторе ПУ коллектор тока и коллектор напряжения жестко закреплены на вертикальной оси 7, упирающейся на шариковые подшипники 8 и 9. Для избежания утечек от коллектора тока к коллектору напряжения между коллекторами установлен экранирующий диск 10. Диск соединяется с корпусом прибора, который при измерениях должен заземляться.
Ось коллектора заключена в кожух, поддерживающий верхнюю металлическую плату 12 и верхний подшипник 8. Электродвигатель 13 мощностью 25 вт, приводящий во вращение коллектор пульсатора, закреплен на нижней плате 14. На этой же плате расположены панели 15—18 и гнезда 19 для заземления корпуса пульсатора. На панелях установлены гнезда 20 для подключения к пульсатору линий АВ, MN и цепи питания мотора и гнезда от эталонного сопротивления для измерения силы тока. Для облегчения соединений и предотвращения возможных при этом ошибок вокруг гнезд выточены канавки, заполненные цветной мастикой.
Передаточный механизм от мотора к коллектору состоит из двух пар сменных шестерен 21 и 22 с передаточным отношением 1 : 10 и 1 : 3. Шестерни" закрепляются на торцах вала двигателя и оси 7 коллектора. В зависимости от установленных шестерен нормальное число оборотов оси коллектора равно 300 и 1000 в минуту.
Щетки питания 23 закрепляются в щеткодержателе 24 на эбонитовых опорах 25. Щетки измерительной цепи устанавливаются в гнездах 26 на эбонитовой пдапке 27, привинчиваемой к колонкам 28.
В цепи АВ пульсатора установлено эталонное сопротивление Ra в 1 ом, неправильно называемое шунтом. Сопротивление Ra служит для измерения силы тока в цепи АВ. При измерении тока гнезда с надписью «Шунт» соединяются двужильным проводником с гнездами MN\ коллектор напряжения выпрямляет разность потенциалов, созданную током питания на сопротивлении Ra, которая затем измеряется потенциометром.
Во время работы пульсатор закрывается круглым металлическим кожухом 30, защищающим коллектор от пыли и влаги.
Для вращения коллектора пульсатора ПУ при отсутствии источников питания или при повреждении мотора используется специальный ручной привод, который состоит из ручки 31 с храповым механизмом 32 и коробкой передач 33 с общим передаточным числом 9 : 1. В этой коробке на оси ручки установлена коническая шестерня, передающая вращение ручки через другую коническую шестерню и пару цилиндрических шестерен на вертикальную ось, соединенную шпонкой с осью 7 пульсатора.
В последние годы заводы геофизического приборостроения перешли на производство пульсаторов с горизонтально расположенным коллектором. На рис. 82, б изображена одна из первых конструкций горизонтального пульсатора и на рис. 82, в — малогабаритный горизонтальный пульсатор завода «Геологоразведка» Министерства геологии и охраны недр СССР.
Рис. 81. Пульсатор ПУ.
ОСНОВНАЯ ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ АППАРАТУРА
1 — коллектор тока (питающий коллектор); 2 — коллектор напряжения (измерительный коллектор); 3 и 4 — кольца питающего коллектора; 5 и 6—диски измерительного коллектора; 7 — ось коллектора; 8 и 9—подшипники; 10— экранирующий диск; 11 — стойка; 12 и 14 — верхняя и нижняя платы; 13 — электродвигатель; 15, 16, 17 и 18 — панели с гнездами 20 для подключения питающей и измерительных линий, эталонного сопротивления (шунта) и питания электродвигателя; 19 — гнезда заземления; 21 и 22 — шестерни; 23 — щетки питания; 24 — щеткодержатели; 25 — эбонитовые опоры; 26 — гнезда щеток измерительной цепи; 27 — планка; 28 — колонки; 29 — гайка; 30 — кожух пульсатора; 31 — ручка привода; 32 — храповой механизм; 33 — коробка передач; 34 — основание пульсатора.
Рис. 82. Общий вид пульсаторов различных типов первых конструкций.
« — вертикальный пульсатор ПУ; б — горизонтальный пульсатор; в — малогабаритный горизонтальный пульсатор;
1 — питающий (токовый) коллектор; 2 — измерительный коллектор; з и 4 — кольца питающего коллектора; 5 и 6 — диски измерительного коллектора; 7— ось коллектора; 10— экранирующий диск; 12 и 14 — верхняя и нижняя платы; 13 — электродвигатель; 15 — панель с гнездами цепи питания; 16 — то же, измерительной цепи; 17 — панель с гнездами эталонного сопротивления; 18 — то же, питания мотора; 19 — гнезда заземления; 23 — щетки питания; 25 — эбонитовая колонка; 27 — планка крепления щеткодержателей измерительной цепи; 28 — колонки, поддерживающие плату 12; 34 — основание пульсатора; 35 — червячная передача; 36 — центробежный регулятор.
ПУЛЬСАТОРЫ АВТОМАТИЧЕСКИХ СТАНЦИЙ
Недостатки пульсатора ПУ и первых конструкций горизонтальных пульсаторов, заключающиеся в небольшой разрывной мощности, малом диапазоне изменения числа оборотов и несовершестве контактов, в значительной степени исключены в новых конструкциях горизонтальных пульсаторов автоматических станций.
Улучшение эксплуатационных качеств новых конструкций пульсаторов достигнуто установкой:
горизонтально расположенного коллектора значительно меньшего диаметра, чем диаметр коллектора пульсатора ПУ; уменьшение диаметра снижает окружную скорость коллектора, уменьшает износ щеток и улучшает их контакт с кольцами; горизонтальное расположение коллектора уменьшает' загрязнение изолирующих вкладышей;
электродвигателя значительно большей мощности, позволяющей усилить контактные пружины щеток и улучшить тем самым процесс коммутации; ' '
редуктора, позволяющего плавно изменять число оборотов коллектора пульсатора от 5 до 25 в секунду;
питающего коллектора со ступенчатым разрывом тока и искрогасящим блоком, состоящим из набора сопротивлений и конденсаторов и увеличиваю-- щим разрывную мощность пульсатора.
На рис. 83 и 84 приведены общие виды пульсатора лаборатории АКС/Л-51 (рис. 83) и АКС/Л-50 (рис. 84).
В пульсаторе лаборатории АКС/Л-51 однофазный синхронный электродвигатель 7 СОД-220 с асинхронным запуском соединен с валом 2 коллектора пульсатора через две эластичные муфты 3 и 4 и редуктор скоростей 5. Редуктор (рис. 85) состоит из двух конусов 6 и 7, посаженных на шпонках па валах 8 и 9", закрепленных на шариковых подшипниках 10 в корпусе 5 редуктора. Конусы 6 и 7 соединяются между собой фрикционным роликом 11, закрепленным в каретке 12. В зависимости от величины смещения ро-- лика по образующим конусов изменяется передаточное число от двигателя к валу коллектора пульсатора. Смещение фрикционного ролика и каретки по образующим конусов производится при помощи гайки 13, сидящей на ходовом винте 14. Вращение ходовому винту сообщается при помощи головки 15, установленной на панели пульсатора. При вращении головки 15 ходового винта 14 гайка 13, удерживаемая от вращения вилкой (не показана па чертеже), передвигаясь по нарезке ходового винта, смещает каретку 12 с фрикционным роликом 11 и тем самым изменяет передаточное число от электродвигателя к пульсат ору. Для обеспечения надежной фрикции конусы 6 и 7 нажимаются в двух, взаимно противоположных направлениях пружинами 16. Регулировка натяжения пружин осуществляется гайками 17. Фиксатор 18 предотвращает самопроизвольное вращение- винта 14 и изменение числа оборотов пульсатора.
На валу 2 коллектора, закрепленном на шариковых подшипниках 19 на опорах 20, установлены измерительный 21 и питающий 22 коллекторы (см. рис. 85, б), схема электрических соединений которых приведена на рис. 86. Измерительный коллектор имеет стандартную конструкцию для всех пульсаторов данного типа. Его деталями являются три кольца 23, 24 и"25 (см. рис. 85, б и 83). Крайние кольца 23 и 25 сплошные. Среднее- кольцо составлено из четырех изолированных друг от друга цилиндрических секторов. Секторы 26 и 27 являются рабочими ламелями коллектора; они соединены винтами 28" и 29 соответственно с кольцами 23 и 25. Два других сектора 30 и 31 изолированы. В пульсаторах станции АКС/Л-51 эти секторы замкнуты па сопротивление, сохраняющее величину сопротивления на входе гальванометров при отключении фоторегистратора от измерительной липин М, что обеспечивает более стабильную работу гальванометров. Секторы 26, 27, 30 и 31 и кольца 23 и 25 отделены друг от друга изолирующими прокладками 32 и посажены па вал 2 коллектора на втулке *33 из изоляционного материала.
С кольцами коллектора 23, 25 и секторами кольца 24 контактируют щетки 34 (наименование щеток показано индексами). Щетки установлены в обоймах, закрепленных в щеткодержателях па траверсе 37. Пружинки 38 обеспечивают щеткам необходимое прижимное усилие к коллектору. Один из щеткодержателей 39 может передвигаться вдоль прорези 40, что дает возможность изменить длину рабочей ламели и изолирующего' промежутка.
Питающий коллектор имеет различную конструкцию. В пульсаторе станции' АКС/Л-51 питающий коллектор, однотипный измерительному, состоит из пяти колец: 41, 42, 43, 44 и 45 (рис. 85, б). Кольцо 42 разрезано па шесть секторов, из которых секторы 46 и 47 с большими углами при вершинах являются рабочими ламелями коллектора, секторы 48 — изолирующими промежутками и секторы 49 и 50 — искрогасящими ламелями. При помощи этих ламелей сопротивление линии АВ до разрыва сперва увеличивается до 200 ом и затем до 500 ом. Секторы 46, 47, 48 и 49 соответственно соединены с кольцами 41, 43, 44 к 45 к далее через щетки и балластные сопротивления с линией АВ.
Между кольцами питающего коллектора 22 и измерительного коллектора 21 установлено экранное кольцо 51.
На лицевой стороне панели пульсатора (см. рис. 83 и 84), кроме головки 15, установлены выключатель 65 электродвигателя, ключи 66, 67, 68 и 69
Рис. 83. Пульсатор лаборатории АКС/Л-51.
— синхронный электродвигатель; 2 — вал коллектора пульсатора; з и 4 — эластичные муфты; 14 — головка изменения передаточного числа редуктора; 18 — корпус редуктора; 19 — шариковые подшипники; 20 — опоры подшипников; 21 — измерительный коллектор; 22 — питающий коллектор; 23, 24 и 25 — кольца измерительного коллектора; 32 — изолирующие прокладки; 34 — щетки (наименование показано индексами); 37 — траверс крепления щеткодержателей; 41, 42 и 43 — рабочие кольца питающего коллектора; 44 и 45 — искрогасящие кольца питающего коллектора; 51 — экранное кольцо коллектора; 65 — выключатель электродвигателя; 66 и 67 — ключи включения колец питающей цепи пульсатора; 68 и 69 — то же, измерительной цепи пульсатора; 7 о — выключатель разделительных конденсаторов; 71 — разделительные конденсаторы; 72 — конденсаторы пскрогагасния (расположены под конденсаторами 71); 73 — конденсатор пусковой обмотки электродвигателя; 74 и 7<5 — ножевые колодки муфт для присоединения пульсатора к внешним линиям; 76 — ручки для выдвигания панели из ячейки стенда; 77 — винты крепления панели па стенде.*
включения колец пульсатора линий А, В, М и N и выключатель 70 включения разделительных конденсаторов.
На шасси пульсаторной панели закреплены разделительные конденсаторы 71, конденсаторы искрогашопия 72, конденсатор 73 пусковой обмотки электродвигателя и восьмикоитактные ножевые колодки 74 и 75 для подсоединения пульсатора к внешним линиям. Ручки 76 служат для выдвигания панели из ячейки стенда лаборатории, к которому панель прикрепляется винтами 77. ■
В пульсаторе лаборатории АКС/Л-50 (см. рис. 84) питающий 22 и измерительный 21 коллекторы имеют конструкцию, однотипную конструкции измерительного коллектора пульсатора лаборатории АКС/Л-51.
Привод коллектора осуществляется от синхронного однофазного электродвигателя СОД-220, который соединен с валом коллектора через эластичную муфту 2 и редуктор 5, обеспечивающий две скорости вращения коллектора (8,35 и 22,4 об (мину
Пульсатор ПФП-7
Пульсатор ПФП-7 предназначается для одновременной регистрации пяти кривых кажущегося сопротивления со станцией АЭКС-7. В отличие от пульсаторов станции АКС/Л, пульсатор ПФП-7 имеет два питающих коллектора 1 и 2 (рис. 87) и пять измерительных коллекторов 3, 4, 5, 6 и 7J
Рис. 84. Пульсатор лаборатории АКС/Л-50.
1 — синхронный электродвигатель; 2 — вал коллектора пульсатора; 4 — эластичная муфта; 5 — редуктор; 20 — опоры подшипников коллектора; 21 — измерительный коллектор; 22 — питающий коллектор; 23 и 25 — кольца измерительного коллектора; 32 — изолирующие кольца; 34 — щетки (наименование щеток показано индексами); 37 —траверса крепления щеткодержателей; 41 и 4з — кольца питающего коллектора; 51 — экранное кольцо; 6G ц 67 — ключи отключения колец питающей цепи пульсатора; 68 и 69—то же, измерительной цепи; 70—выключатель разделительных конденсаторов; 72 — конденсаторы искрогашеипя; 73 — конденсатор пусковой обмотки электродвигателя; 74 и 75 — ножевые колодки муфт для присоединения пульсатора к внешним линиям; 76 — ручки для выдвигания и установки панели в ячейке стенда; 77 — винты крепления панели на стенде.
Питающие и измерительные коллекторы имеют конструкцию, аналогичную конструкции коллекторов пульсаторов лаборатории АКС/Л-51. Они закреплены на общей оси, на торце которой установлен фрикционный диск 8. Этот диск под нажимом соприкасается с ведущим фрикционным диском, закрепленным на валу синхронного электродвигателя 9. Электродвигатель может перемещаться по направляющим салазкам, что» приводит к изменению действующего диаметра диска 8, а следовательно, и скорости вращения коллектора пульсатора. Электродвигатель перемещается при помощи механизма, управляемого рукояткой, выведенной на пульсаторную панель. На панели находится шкала с указателем частоты тока, преобразованного пульсатором (10—25 etf). Питающие щетки закреплены в щеткодержателях 10 на траверсе 11, имеющем конструкцию, анало-
Рис. 85. Редуктор (а) и коллектор (б, в, а и 5) пульсатора станции АКС/Л-51.
— вал коллектора пульсатора; з и 4 — соединительные муфты; 5 — корпус редуктора; 6 и 7 — фрикционные конусы; 8 и 9 — валы крепления конусов; 10 — подшипники; Л — фрикционный ролик; 12 — каретка фрикционного ролика; 13 — гайка; 14 — ходовой винт; 15 — головка управления фрикционом; 16 — пружины натяжения конусов; 17 — гайки; 18 — фиксатор; 19 — шариковые подшипники вала коллектора; 20 — опоры подшипников; 21 — измерительный коллектор; 22 — питающий коллектор; 23, 24 и 25 — кольца измерительного коллектора; 26 и 27 — рабочие секторы (ламели) кольца 24; 28 и 29 — контактные винты; 30 и 31 — изолированные секторы кольца 24; 32 — изолирующие прокладки; 33 —втулка из изоляционного материала; 41—45 — кольца питающего коллектора; 46 и 47 — рабочие секторы (ламели) коллектора; 48 — изолирующие промежутки; 49 и 50 —искрогасящие ламели; 51 — экранное кольцо.
Рис. 86. Схема электрических соединений пульсаторной панели,
В1 — выключатель электродвигателя («Мотор»); В2 — то же, разделительной емкости («Конденсатор»);П1 и П2—переключатели измерительных щеток пульсатора («Измерительная цепь, М, N»}; Пз—Пб —то же, токовых щеток пульсатора («Токовая цепь, А, В»); R1 и R2 — сопротивления проволочные по500 ом, R3 — 200 ом, R4 и R5 по 30 ом; конденсаторы: С1 — КБГ-МН, 450 в, 4 мкф; С2 — КМБГ,160 в, 96 (8 х 12) мкф; Сз — электролитический КЭ-1а, 12 в, 100 мкф; С4, Об и С8 — МКВ, 260 в,4 (2 х 2) мкф; Об и С7 — 260 в, 2 мкф; Д1 — синхронный электродвигатель СОД-220; ПГП — измери-тельный коллектор пульсатора; ПП2 — питающий коллектор пульсатора; Hi и К2 — ножевые восьми-контактные колодки.
Рис. 87. Пульсатор ПФП-7.
1 и 2 — питающие коллекторы пульсатора; з—7 — измерительные, коллекторы пульсатора; 8 — фрикционный диск; 9 — синхронный мотор СОД-220; 10 —щеткодержатели питающей цепи; 11 —траверс, щеткодержателей питавшей пени; 12 —тоже, измерительной цепи,.
гичную конструкции траверса пульсатора станции АКС/Л. Измерительные^щетки закреплены в общем щеткодержателе 12*
На панели пульсатора ПФП-7 слева направо расположены: в верхнем ряду — включатель «Мотор» электродвигателя пульсатора, амперметр в цепи питания электродвигателя, переключатель «Набор тока» для подключения прибора, измеряющего ток в цепях Л и А', к контрольным шунтам, переключатель «77» для отключения цепи тока при измерении разностей потенциалов, в среднем ряду — регулятор числа оборотов пульсатора «Обороты пульсатора», частотомер тока, преобразованного пульсатором, и переключатель «Источник питания» для подключения токовой цепи к питанию от выпрямителя или от батарей. В нижнем ряду установлено пять одинаковых переключателей с положениями 7~, 7", I~, I”, позволяющих подключить потенциометры I, II III, IV и V каналов для измерения разности потенциалов в цепи переменного или постоянного тока и измерения этого тока и переключатель VI канала с положениями 7=, I” для измерения разности потенциалов и силы тока постоянного направления. Электрическая схема, соединения пульсатора и подключения его к цепям тока и измеряемых разностей потен циалов приведена на рис. 123. .
ГЛАВА Ш
ПРОМЫСЛОВО-ГЕОФИЗИЧЕСКИЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕЛАБОРАТОРИИ
Как указывалось в § 17, для повышения производительности и облегчения труда персонала геофизических партий и улучшения качества исследований скважин стандартная измерительная аппаратура устанавливается в специализированных закрытых автомашинах — самоходных измерительных лабораториях. В этих лабораториях, кроме регистрирующих приборов, находятся пульты управления измерительными схемами и связью, облегчающие и ускоряющие процесс геофизического исследования скважин.
Отечественной промышленностью выпускались и выпускаются в настоящее время следующие измерительные лаборатории.
Лаборатории типа ПКС (полуавтоматическая каротажная станция) с полуавтоматической регистрирующей аппаратурой.
Лаборатории типа АЭКС (автоматическая электронная каротажная станция) с электронным самопишущим потенциометром.
Лаборатории типа АКС/Л (автоматическая каротажная -станция — лаборатория) с фоторегистратором.
Л а б о р а т о р и и типа О К С (одножильная каротажная станция) с фоторегистратором или электронным потенциометром.
Кроме того, разрабатываются и изготовляются первые многоканальные установки для одновременной регистрации большого числа параметров с одножильным и многожильным (семижильным) кабелями.
Краткое описание перечисленных промыслово-геофизических измерительных лабораторий излагается в настоящей главех.
31. ПОЛУАВТОМАТИЧЕСКАЯ ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ (ЛАБОРАТОРИЯ ИКС-2000
В измерительной лаборатории полуавтоматической станции ПКС-2000 на столе 1 (рис. 88) установлено два регистратора 2 и 5, с которыми сочленяются потенциометры ЭП-1 или ЭП-1м. Левый регистратор 2 предназначается для регистрации кривой потенциалов собственной поляризации по» род; правый 3 — для записи кривой кажущегося сопротивления. Рядом ■ с регистратором 3 закреплен пульсатор 4. Между регистраторами установлена центральная панель 5 управления, на которой сосредоточены механизмы управления питающими и измерительными цепями и установлены измери- ■ тельные приборы. На задней стороне панели управления расположен монтаж
соединительных проводов. Под панелью управления установлен блок выпрямителя. Принципиальная измерительная схема лаборатории ПКС-2000 приведена ла рис. 89.
На наружной стороне центральной панели управления (см. рис. 88) расположены следующие детали схемы управления.
Ручки 6, 1 и 8 декадных магазинов сопротивлений «9 х 500 о.и», «9 х 50 о и» и реостата «7 увеличивается» на 80 o^t для регулирования тока питания Магазины сопротивлений и реостат соединены последовательно и служат соответственно для грубой, более точной и окончательной установки силы тока питания.. Сопротивление цепи умень-
Рис. 88. Стенд полуавтоматической измерительной лаборатории ПКС-2000.
I — рабочий стол; 2 — регистратор для записи кривой потенциалов собственной поляризации пород; 3 — то ;ке, для записи кривой кажущегося сопротивления; 4 — пульсатор типа ПУ; 5 — панель управления; fi, 7 п S — ручки декадных магазинов 9 х 500 олц 9 х 50 oai и реостата до ЯО олц 9 — миллиамперметр; 10 — перпцпючатгдь шунтов к миллиамперметру; 11 — переключатель напряжений выпря- мптелп: 12 — ручка переключателя яталоипых сопротивлений для измерения силы тока в цепи питания; 13 — переключатель намерения разности потенциалов и силы тона потенциометром регистратора 3; 14 _ ручка реостата в цепи мотора пульсатора; 15 — ключ включения цепи тока; 1G — переключатель направления тока (для измерения угла и азимута искривления скважины); 17 — переключатель коллекторов пульсатора; is — ключ выпрямителя; 19 — то же, мотора пульсатора; 20 — кнопка сигнала; 21 —гнезда для подключения батарей; 22 — панель с гнездами подключения линий и измерительных приборов; 23 — сигнальная лампа; 24 — счетчик глубин
шлется и сила тока увеличивается при вращении головок реостатов и магазинов по часовой стрелке.
Миллиамперметр 9 М-45 с набором шунтов, подключаемых к амперметру переключателем 10 «15, 75, 300 и 1500 лм». В зависимости от положения переключателя шкала прибора имеет четыре продела измерения: 15, 75, 300 и 1500 ма.
Ручка И переключателя секций выпрямителя «2—200 в», позволяющего получить напряжение питания в 2, 4. 8, 12, 30, 60, 80, 100, 150 и 200 о.
Ручка 72 переключателя эталонных сопротивлений «Контрольные шунты» в 0,1; 0,17 1 и 10 ом для точного измерения силы тока. Эч алойные сопротивления' поставлены в линии АВ- Поэтому разности потенциалов, возникшие на эталонных сопротивлениях и пропорциональные измеряемым токам, предварительно, до подачи на потенциометр, выпрямляются измерительным коллектором пульсатора. В зависимости от положения переключателя каждый милливольт установленный па потенциометре, будет соответствовать силе тока в питающей цепи," равной 10; 5,88; 1 и 0,1 ма.
Ручка 13 переключателя «7» для перевода потенциометра 3 от измерений разности потенциалов в цепи MN на измерение сила тока в цепи АВ (на измерение разности потенциалов 21U8 на эталонных сопротивлениях,.
Сопротивление 0,17 ом служит для измерения тока при работе с инклинометром ИIII-2.
12 Заказ 714.
6. Ручка 14 «Реостат мотора пульсатора» реостата для регулирования числа оборотов коллектора пульсатора.
7 Ключ 75 «Цепь тока» для включения тока; переключатель 16 «Азимут р, уголь 3>
направления тока для измерениянаправления тока для измерения121612168282Пот СППот СПВ'ЦП)В'ЦП)ММNNNNяяП5ВЗП5ВЗКСКСГ к1ПСГ к1ПС7Д 0ГдИ7Д 0ГдИРис. 89. Принципиальная схема электрических соединений лаборатории полуавтоматической станции П КС-2000.Рис. 89. Принципиальная схема электрических соединений лаборатории полуавтоматической станции П КС-2000.ШАШШ1 пчШАШШ1 пч'П НП'П НПугла и азимута искривления скважины инклинометром 11111-2; переключатель 17 «Пульсатор» включения в цепь /17? и MN питающего и измерительного коллекторов пульсатора. При установке переключателя на «Вкл» токовая и измерительная цепи подключаются к жилам кабеля и к заземлению, установленному па поверхности, через токовый и измерительный коллекторы пульсатора. В этом положении переключателя в цепь /17? подается пульсирующий переменный ток и измерительный коллектор может быть использован для синхронного выпрямления разности потенциалов. В таком положении переключатель устанавливается при одновременных
направления тока для измерения
направления тока для измерения
1216
1216
82
82
Пот СП
Пот СП
В'ЦП)
В'ЦП)
М
М
N
N
N
N
я
я
П5
ВЗ
П5
ВЗ
КС
КС
Г к1
ПС
Г к1
ПС
7Д 0ГдИ
7Д 0ГдИ
Рис. 89. Принципиальная схема электрических соединений лаборатории полуавтоматической станции П КС-2000.
Рис. 89. Принципиальная схема электрических соединений лаборатории полуавтоматической станции П КС-2000.
ШАШШ1 пч
ШАШШ1 пч
'П НП
'П НП
заморах кажущегосязаморах кажущегосясопротивления и потсн-сопротивления и потсн-При положе-При положе-циалов собственной поляризации
заморах кажущегося
заморах кажущегося
сопротивления и потсн-
сопротивления и потсн-
При положе-
При положе-
Пот. КСПот. КСМНМНПот. КС — потенциометр с полуавтоматическим регистратором для записи кажущегося сопротивления; IIum.Cn — то же, потенциалов собственной поляризации; КП — компенсатор поляризации; ЭД — электродвигатель пульсатора Л; СВ — селеновый выпрямитель цепи питания; СВП — то же, пульсатора; .мА — миллиамперметр питающей цепи; Тр — трансформатор; Ф — фильтр выпрямителя СВ; В 1 — сопротивление для регулирования числа оборотов пульсатора; R2, Вз и Вч — реостат и декадные магазины для регулирования силы тона питания; 7?э — эталонные сопротивления; переключатели: ЛZ — измерения разности потенциалов и силы тока; П2 — эталонных сопротивлений; Из—шунта миллиамперметра; Пч —секций выпрямителя; 175 — полярности линии АВ; П6 и Л7 — сопротнвле-Пот. КС — потенциометр с полуавтоматическим регистратором для записи кажущегося сопротивления; IIum.Cn — то же, потенциалов собственной поляризации; КП — компенсатор поляризации; ЭД — электродвигатель пульсатора Л; СВ — селеновый выпрямитель цепи питания; СВП — то же, пульсатора; .мА — миллиамперметр питающей цепи; Тр — трансформатор; Ф — фильтр выпрямителя СВ; В 1 — сопротивление для регулирования числа оборотов пульсатора; R2, Вз и Вч — реостат и декадные магазины для регулирования силы тона питания; 7?э — эталонные сопротивления; переключатели: ЛZ — измерения разности потенциалов и силы тока; П2 — эталонных сопротивлений; Из—шунта миллиамперметра; Пч —секций выпрямителя; 175 — полярности линии АВ; П6 и Л7 — сопротнвле-ний декадных магазинов;ний декадных магазинов;В1 — пульсатора;В1 — пульсатора;выключатели:выключатели:В2 — выпрямителя,В4 — пульсатора изВ2 — выпрямителя,В4 — пульсатора изВз — линииВз — линииАВ;АВ;нии переключателя на «Выкл» источники питания и потенциометр присоединяются к жилам кабеля и к заземлению, установленному па поверхности, помимо коллектора пульсатора. В этом положении переключатель устанавливается при замерах температур электрпчес ким термо- метром и при замерах кривизны и диаметра скважин; ключ 18 «Выпр» включения выпрямителя; ключ 19 «Мотор» включения мотора пуль, сатора. Кнопка 20 «Сигнал» для подачи сигнала лебедчику об остановке или продолжении спуска кабеля и^гиезда 21 «Батарея» для подключения батарей (при батарейном питании).
Пот. КС
Пот. КС
МН
МН
Пот. КС — потенциометр с полуавтоматическим регистратором для записи кажущегося сопротивления; IIum.Cn — то же, потенциалов собственной поляризации; КП — компенсатор поляризации; ЭД — электродвигатель пульсатора Л; СВ — селеновый выпрямитель цепи питания; СВП — то же, пульсатора; .мА — миллиамперметр питающей цепи; Тр — трансформатор; Ф — фильтр выпрямителя СВ; В 1 — сопротивление для регулирования числа оборотов пульсатора; R2, Вз и Вч — реостат и декадные магазины для регулирования силы тона питания; 7?э — эталонные сопротивления; переключатели: ЛZ — измерения разности потенциалов и силы тока; П2 — эталонных сопротивлений; Из—шунта миллиамперметра; Пч —секций выпрямителя; 175 — полярности линии АВ; П6 и Л7 — сопротнвле-
Пот. КС — потенциометр с полуавтоматическим регистратором для записи кажущегося сопротивления; IIum.Cn — то же, потенциалов собственной поляризации; КП — компенсатор поляризации; ЭД — электродвигатель пульсатора Л; СВ — селеновый выпрямитель цепи питания; СВП — то же, пульсатора; .мА — миллиамперметр питающей цепи; Тр — трансформатор; Ф — фильтр выпрямителя СВ; В 1 — сопротивление для регулирования числа оборотов пульсатора; R2, Вз и Вч — реостат и декадные магазины для регулирования силы тона питания; 7?э — эталонные сопротивления; переключатели: ЛZ — измерения разности потенциалов и силы тока; П2 — эталонных сопротивлений; Из—шунта миллиамперметра; Пч —секций выпрямителя; 175 — полярности линии АВ; П6 и Л7 — сопротнвле-
ний декадных магазинов;
ний декадных магазинов;
В1 — пульсатора;
В1 — пульсатора;
выключатели:
выключатели:
В2 — выпрямителя,В4 — пульсатора из
В2 — выпрямителя,В4 — пульсатора из
Вз — линии
Вз — линии
АВ;
АВ;
Панель 22 с гнездами /I, В, 3, М, N (РО) и М, N (ПС) для подключения проводов А, В, М и N заземления и потенциометров.
Лампа 23 для ответного сигнала, управляемая с контрольной панели подъемника. Зажигание лампочки указывает на выполнение распоряжения оператора. Для уточнения распоряжения служит также громкоговорящее устройство, связывающее лабораторию с подъемником.
На боковой стороне пульта укреплен указатель глубин 24 (счетчик У ГН-1). Указатель глубин приводится в действие от приемника авто- синной передачи, датчик которой устанавливается у ролика блок-балапса.
В "блоке выпрямителя установлен силовой трансформатор. Трансформатор имеет первичную обмотку для питания от сети 110 в и десять вторичных обмоток. Концы вторичных обмоток подключены к селеновому миогосекционтюму двухполупериодному выпрямителю по принципиальной схеме, приведенной па рис. 12G. Эта схема дает возможность при помощи переключателя 77 секций (рис. 88) получить на выходе выпрямителя постоянный ток до 2 а при указанных выше напряжениях. Фильтр установленный на выходе выпрямителя, состоящий из дросселя и батарей электролитических конденсаторов общей емкостью 400 мкф, сглаживает
схемы.схемы.Первичная с отводамиПервичная с отводамипульсации тока.
схемы.
схемы.
Первичная с отводами
Первичная с отводами
В блоке выпрямителя установлен также трансформатор питания моторчика пульсатора, обмотка этого трансформатора рассчитана на 110 в, вторичная —па 220 в на 12 и 24 в. Отводы присоединяются к селеновому двухполупериод-
ному выпрямителю. В зависимости от расчетного напряжения и рода тока двигателя, вращающего коллектор пульсатора, его подключают через выпрямитель к клеммам 12- или 24-6 вторичных обмоток трансформатора (электродвигатель постоянного тока на 12
или 24 в) или к клеммам 220-в переменного тока (электродвигатель переменного тока на 220 в). .
Лаборатория присоединяется к подъемнику двумя кабелями —дпе- падпатижильпым силовым и трохжилышм коллекторным. По двум жилам силового кабеля подается энергия к выпрямителю, пять служат для присоединения приемника автосипхронпой передачи, три — для переговорного устройства и две —для сигнальных ламп. При помощи коллекторного кабеля присоединяются питающая АВ и измерительная MN цепи лаборатории к коллектору лебедки. Для присоединения к приборам поверхностного электрода и заземления корпусов приборов служат специальные одножильные кабели, па концах которых смонтированы заземления. Соединительные кабели при перевозках хранятся намотанными па катушки и присоединяются к входной панели лаборатории при помощи штепсельных вилок.
§ 32. ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ЛАБОРАТОРИИ ТИПА АКС/Л
Измерительные лаборатории с фоторегистрацией — станции типа АКС,- разработапные под руководством С. Г. Комарова (А. А. Дацкевич, Л. М. Есельсон, Л. И. Померанц и С. Н. Щукин), предназначаются для производства измерений геофизических параметров в скважинах с трсхжиль- пым кабелем. Эти лаборатории выпущены двух типов: АКС/Л-50 и АКС/Л-51, которые незначительно различаются между собой. Как ' в лаборатории АКС/Л-50, так и в лаборатории АКС/Л-51 измерительная аппаратура смонтирована па стенде, установленном в закрытом кузове грузового автомобиля ГАЗ-51 или ГАЗ-63,
ЛАБОРАТОРИЯ АКС/Л-50
В комплект измерительной аппаратуры и аппаратуры управления лабораторией АКС/Л-50 входит фоторегистратор I (рис. 90), установленный по середине стенда. Непосредственно под фоторегистратором 7 находится .измерительная панель III и ниже ее —панель XII с электропечью для подогрева приборов. Справа от фоторегистратора в последовательности сверху вниз расположены: панель переключений IX, токовая панель IV, пульсаторная панель V и выпрямительный блок VI. Слева от фоторогистратора в том же порядке (сверху вниз) находятся: переговорно-сигнальная панель X, расшивочный щиток XI, силовая панель VIII и силовой блок VII и в крайнем левом углу стенда — вспомогательный привод II.
Перед стендом установлен стул для оператора. В заднем левом углу автомашины находится фотолаборатория для проявления экспонированных лепт. С правой стороны —- диван с мягким сиденьем. Внутри дивана уложены катушки с соединительными проводниками. Для инструментов и материалов имеется трубочка с ящиками. Подвод тока осуществляется при помощи многожильных кабелей через входную коробку, закрепленную с правой боковой стороны кузова. Кузов имеет заднюю дверь и наружное освещение через окна, которые могут быть задрапированы. Окно в фотолабораторию закрывается красным стеклом. Общий вид лаборатории изображен па рис. 91. На рис. 92 и 93 приведены принципиальная и общая схемы электрических соединений измерительной части лаборатории АКС/Л-50.
Так как лаборатории АКС/Л-50 выпущены в меньшем числе, чем лаборатории АКС/Л-51, и некоторая их часть уже амортизирована, то дальнейшее описание конструкций деталей лаборатории АКС/Л-50 дастся петитом, так как представляет интерес для более узкого круга читателей.
12*
Рис. 91. Общий вид лаборатории станции типа АКО.
Рис. 92 Принципиальная схема лаборатории станции типа АКС/Л.Рис. 92 Принципиальная схема лаборатории станции типа АКС/Л.
Рис. 92 Принципиальная схема лаборатории станции типа АКС/Л.
Рис. 92 Принципиальная схема лаборатории станции типа АКС/Л.
Г — генератор постоянного тона; П — пульсатор; КП — компенсатор поляризации; КС — гальванометры I капала, регистрирующие кажущиеся сопротивления; СП — гальванометр II канала, регистрирующего потенциалы собственной поляризации; С и D — разделительный
конденсатор и дроссель; Ci—сглаживающие конденсаторы; мА — миллиамперметр; R — реостат, регулирующий силу тока питании; Ra — эталонное сопротивление для измерения тока; R/ — подгоночные сопротивления; R" — магазины изменения чувствительности гальванометров, А, В и М, N и Ni — питающие и измерительные электроды.
Фоторегистратор
В лаборатории А КС/Л-50 установлен фоторегистратор ФР-З, подробное описание которого дано в § 28 (см. также подрисуцочную подпись к рис. 90, обозначения /—18х.
Вспомогательный привод состоит из электродвигателя, соединенного с вспомогательным датчиком 19 (см. рис. 9(1). Скорость вращения электродвигателя и датчика регулируется реостатом 20. Включение и реверсирование электродвигателя производятся ключами 21 и 22; включение датчика автос инной передачи — выключателем 23.
На лицевой стороне измерительной панели (рис. 90 и 94) установлены приборы управления гальванометрами фоторегистратора.
Переключатели 24 и 25 «Предел измерения» для изменения пределов измерения кажущегося сопротивления и потенциалов собственной поляризации. В зависимости от позиции переключателя пределов измерения кажущегося сопротивления регистрация кривых разностей потенциалов производится в масштабах, указанных в табл. 9.
Второй и третий вспомогательные гальванометры регистрируют кривые КС соответственно в 5 и 25 раз более мелком масштабе.
Переключатели 26 и 27 полярности гальвано- м е т ров каналов КС (рк) и СП (ПС, (7СП). Каждый переключатель имеет три положения («—}—», «Выкл.» и «—»), при которых входные клеммы М и N фогорегиетратора соответственно соединены с клеммами «-}-» и «—» гальванометра, разомкнуты и соединены с клеммами «—» и «-j-» гальванометра.
Таблица 9
Масштабы регистрации разностей потенциалов фоторептстратором ФР-3лаборатории АКС/Л-50 и величины сопротивлений измерительной цепипри различных положениях переключателей пределов
Номинальное значение постоянной гальванометра по току, мка/см
Положение переключателей пределов
1
2
3
4
5
6
7
Масштаб регистрации разности потенциалов основным гальванометром, мв(см
' 0,625
50
25
12,5
5
2,5
. 1,25
0,5
То же
1,25
100
50
25
10
5
2,5
1
То же капала 1:5. .
1,25
500
250
125
50
25
12,5
5
»»1 : 25 .
Общее сопротивление
1,25
2 500
1 250
625
250
125
62,5
25
измерительной цепи, ом
—
80 000
40 000
20 000
8000
4000
2000
800
Градуироваппы-й компенсатор поляризации в цепи капала СП Цепь компенсатора поляризации состоит из трех последовательно включенных декадных магазинов 25, 29 и 30 «Компенсатор поляризации ПС», составленных из сопротивлений 9 у К), 9 X 1 и 9 х 0,1 ом. При силе компенсационного тока 10 ма эти магазины дают возможность включить в измерительную пень разность потенциалов от 1 до 999 лю со ступенями в 1 ли?. Сила компенсационного тока устанавливается реоста- том 31 «Регулировка» и измеряется миллиамперметром 32. Магазин 9 X 10 компенсатора поляризации сдвоен с магазином, уменьшающим общее сопротивление измерительной пени на величину сопротивления, введенного компенсатором поляризации. Переключатель 33 полярное! и компенсатора поляризации с положениями «-(-», «Выкл» и «—» обеспечивает изменение знака компенсирующей э. д. с. по отношению к компенсируемой и выключение компенсационного элемента 34.
К о м п с в с а т о р ы поляризации (корректоры пуля) 35. 36 и 37 гальванометров I канала Компенсаторы подключены к компенсационным элементам ЗЯ. 39 и 40 по мостовой схеме. Включение элементов осуществляется ключами 41. 42 и 43 «Компенсатор поляризации КС» Элементы компенсаторов поляризации типа «Сатурн» установлены в левой части шасси измерительной панели (рис. 94)
К л юч 44 для уменьшения чувствительности основного гальванометра в 125 раз при необходимости регистрации кривых рк в наиболее мелком масштабе.
Переключатель^ для подключения гальванометров цепи кажущегося сопротивления в линию М и N или к эталонным сопротивлениям при измерении силы тока Переключатель 45 имеет три положения: «/», «Л^и «7?» В положении «Л К» гальванометры подключаются к цепи М и N в которой измеряется кажущееся сопротивление. При положении «/» гальванометры подключаются к контрольным шунтам, причем общее сопротивление цепи, па которой замкнуты гальванометры, равно расчетному (800 ом\ При положении «/?» гальванометры присоединяются к контрольным шунтам и к измерительной цепи, что дает возможность отрегулировать сопротивление цепи М и N и масштаб записи кривых. При переводе переключателя 45 в положение «7?» необходимо вынуть штепселе 46 на токовой панели и вставить его в гнездо 47 измерительной панели, что исключает возможность одновременного заземления токовой и измерительной цепей, небезопасного для рамки гальванометров. Для градуировки гальванометра потецпиалов собственной поляризации служит колодка 48, при помощи которой гальванометры цепи потенциалов собственной поляризации включаются на место гальванометров цепи кажущегося сопротивления.
Реостаты 49 и 50 «Сопротивление цепи» для изменения впойтего сопротивления цепей, в которых измеряются кажущееся сопротивление и потенциалы собственной поляризации.
Иа шасси измерительной панели установлены: дроссель 51 фильтра, отделяющего знакопеременные разности потенциалов от разностей потенциалов [/'си постоянного направления, восьмиконтактцые ножевые колодки 52, 53 и 54 для подключения панели к внешним линиям и блоки конденсаторов 55 и 56, шунтирующих вход гальванометров
Рис. 94. Измерительная панель лаборатории АКС/Л-50
— переключатель «Предел измерения» капала ЯС; 25—то же, канала ПС; 26— переключатель полярности гальванометра канала КС; 27 —тоже, капала ПС; 28, 29 и 30 — декадные магазины «Компенсатор поляризации ИС» градуированного компенсатора поляризации в канале ИС; 31 — подгоночный реостат «Регулировка»; 32 — миллиамперметр; зз — переключатель полярности компенсатора поляризации; 34 — элемент компенсатора поляризации; 35, зб и 37 — компенсаторы поляризации (корректен ы нуля) первого, второго и треть его гальванометров канала ЯС; 38, 39 и 40 — компенсационные элементы компенсаторов 35, зб и 37; 41, 42 и 43 — ключи включения элементов 38, 39 и 40; 44 — ключ уменьшения чувствительности основного гальванометра в 125 раз; 45 — переключатель перевода гальванометров в цепь измерения силы тока; 47 — гнездо включения штепселя токовой панели; 48 —колодка переключения гальванометров; 49 п 50 — реостаты «Сопротивление цепи» для изменения сопротивлений цепей КС и ПС; 51 — дроссель фильтра; 52, 53 и 54 — ножевые колодки для присоединения панели к внешним линиям; 55 и 56 — блоки конденсаторов, шунтирующих вход гальванометров; 67 и 58 — панели переключения конденсаторов; 76 — ручки для выдвигания панели из ячейки стенда лаборатории; 77 — винты крепления панели в ячейке стенда.
е панелями переключений 57 и 58. Конденсаторы сглаживают вибрации бликов гальванометров, возникающие от переменных токов.
На лицевой стороне токовой панели (рис. 90 и 95) смонтированы следующие приборы. '
1. Вол ьт м е т р 59 постоянного тока М-45 для измерения напряжения в цепи питания с переключателем 60 «Предел измерения» шкалы прибора В зависимости от положения указателя на головке переключателя максимальные значения измеряемого напряжения соответственно равны 75 150 и 300 в.
Мил л п а м п с р м е т р 61 постоянного тока М-45 для предварительного измерения силы тока и наблюдения за его постоянством. Миллиамперметр снабжен набором шунтов, к которым миллиамперметр подключается переключателем 6'2 «Предел пзмере-
Гис. 95. Токовая панель лаборатории АКС/Л-50.
46 __ штепсель включении линии АВ; 59 — вольтметр постоянного топа; 60 — переключатель пределов вольтметра; (И — миллиамперметр постоянного тока; 62— переключатель шунтов миллиамперметра; б.з — ш* река шпатель агалонпых сопротивлении; в!. 7 t н 72 — реостат для точной и декадные магавины для средней и грубой per ул и ровни силы тока в цепи питания; 73 — катушки с сои ротивлепплми: ?4.— выключатель цени питания; 75 — переключатель полярности; 76 — ручки для выдвигания панели из ячейки стенда; 77 — винты крепления панели.
ния» В зависимости от величины сопротивления шунта максимальная сила тока, измеряемого миллиамперметром, соответственно равна 15, 75, 300 и 1500 л/д.
. Магазин эт а л о и и ы х сопротивлений (шунтов) в 0,02; 0,01; О.2; 0.5; I: 2; 5 и К) ом для точного измерения силы тока. Магазин подключается в токовую цени переключателем 63 «Контрольный шунт». По величине падения напряжения па эталонном сопротивлении определяется сила тока в цени А13.
Реостат 64 «Точная» (0—50 ши) и декадные магазины сопротивлений 71 «Средняя» (9 X 50 пл») и 72 «Грубая» (9 х 500 олО для регулировки силы тока в цепи питания- сопротивления декадных магазинов закреплены на катушках 73, установленных на шасси панели
Двухполюсный выключатель 74 «Включено — выключено» в цепи тока.
. Переключатель 75 «Полярность». За положительное направление тока принимают направление, при котором при выключенном пульсаторе заземление А присоединяется к положительному полюсу источника тока (выпрямителя или батареи питания).
. Штепсель 46 div для отключения токовой панели от .электродов А и В.
Па шасси пульсаторной панели установлен горизонтальный пульсатор (см. рис. 84), устройство которого было описано выше (см. также пол рисуночную подпись к рис. 90, обозначения 6’5—70 и 78^.
Блок выпрямителей (рис 90 и 96) состоит из трансформатора 79 г селенового столба 80, работающего по двухполупориодной схеме (см рис. 126). Первичная обмотка трансформатора рассчитана на напряжение 110 в. Восемь вторичных обмоток подклю-
Рис. 96. Блок выпрямителя.
76 — ручки для выдвигания блока из ячейки стенда лаборатории; 79 — трансформатор выпрямителя; 80—селеновые выпрямители (столбы); 81— переключатель выпрямленного напряжения; 82— дроссель фильтра; 83 — конденсаторы фильтра; 8*1 — панель с гнездами дли присоединения батарей;
85 — переключатель питания линии AI3 от батарей или от выпрямители.
чены к секциям селенового столба. В зависимости от положения переключателя 81 от выпрямителя можно получить постоянное напряжение 3, 8, 12, 18, 40, 70, 90, 120, 200 и 250 в. Рабочие контакты переключателя чередуются с холостыми, что исключает возможность короткого замыкания секций выпрямителя
Основная гармоника выпрямленного тока (100 si/.) отфильтровывается фильтром, состоящим из дросселя и батареи конденсаторов 83, установленных на выходе выпрямителя. На блоке выпрямителя закреплена панель 84, на которой находятся гнезда для переключения питания от выпрямителя (обычная схема включения) к бат преям и подключения различного числа батарей.
В блоке силового трансформатора (рис. 90 и 97) установлен трансформатор 86 с первичной секционированной обмоткой, рассчитанной на напряжение 11(1, 220, 350 и 550 в . Секции обмотки включаются вилкой 87. Вторичные обмотки трансформатора позволяют получить на выходе напряжение 6, 24, 40 и 120 в
При переключении вилки 87 выключатель 92 «Промысловая сеть» на силовой панели должен быть выключен.
Переключатель 88 служит для изменения числа витков в первичной обмотке трансформатора для наиболее точной регулировки номинального рабочего напряжения 120 в
сети лаборатории В цепи первичной обмотки трансформатора включены предохранители 89.
На лицевой стороне силовой панели (рис. 90 и 98) установлены:
вол ь т м е т р 90 переменного тока ЭК-120 в цепи вторичной обмотки силового трансформатора, указывающий величину напряжения в рабочей сети лаборатории;
амперметр 91 постоявноготока ПМ-70 со шкалой 15— 0—15л Амперметр 91 находится в цепи аккумуляторов, питающих катушки подмагничивания гальванометров и лампочки освещения кузова;
выключатели — 92 «Промысловая цепь» — в первичной обмотке силового трансформатора; 93 «Выпрямитель» — цепи /17? в линии, подводящей напряжение к первич* ной обмотке трансформатора блока выпрямителя, 94 «Зарядка» — в цепи выпрямителя.
Рис. 97. Блок силового трансформатора.
86 —силовой трансформатор; 87 — вилка переключения напряже-ния силовой сети; 88— переключатель числа витков первичной об-мотки трансформатора; 89 — плавкие предохранители.
заряжающего аккумуляторы; 95 и 90 «Обогрев I» и «Обогрев II» — в пепи электрический печей 97 (панель XII}, обогревающих приборы; 98 «Пульсатор» (или в некоторых панелях «Переговорное устройство»)—включающий пульсатор пли переговорное устройство; 99 «Вентилятор»—для включения и выключения вентилятора; 100 «Передний свет» и 101 «Задний свет» — в цепи ламп, освещающих переднюю и заднюю часть кузова автомашины. Выключатели 92—98 блокированы электрическими сигнальными лампами Л„2, Л„, Ла4) Ла5, Лай и Л№, загорающимися при включенных положениях выключателей.
Соединение панели осуществляется при помощи ножевых колодок 102. Амперметр 91 снабжен шунтом 103.
Панель переключений (см. рис. 90) служит для подключения жил кабеля и заземлений к питающей цепи и фоторегистратору лаборатории при измерениях различных параметров: регистрации рк и t/cn с зондами прямого и взаимного питания, замерах температуры, угла и азимута искривления и диаметра скважины. На панели переключения установлено семь пар гнезд. Верхние гнезда I, II, III соединены с жилами кабеля, гнезда Зи—с общим заземлением приборов и гнезда N, N' и N"— с поверхностными электродами измерительной и токовой цепей. Нижние гнезда А, В, 2ИКС, Мпс, WKC, 7Vnc
и 3 приключены к соответствующим по наименованию клеммам, питающих и измерительных цепей лаборатории Для соединонин гнезд между собой служат специальные проводники, на концах которых закреплены однополюсные вилки.
На переговорно-сигнальной панели X (см. рис. 90) закреплена усилительно-выпрямительная схема и громкоговоритель 104 переговорного устройства. Громкоговоритель одновременно является и микрофоном. Для перехода от приема разговора па передачу
Рис. 98. Силовая панель лаборатории станции АКС/Л-50.
76 — ручки для выдвигания панели; 77 — винты крепления панели в ячейке стенда; 90 — вольтметр; 91—амперметр в цепи аккумуляторов; 92— выключатель сети; 9,з — выключатель выпрямителя; 94 — то же, зарядного агрегата; 90 и 96 — то же, обогрева лаборатории; 98 — то же, пульсатора; 99 — то же, венпыигора; ton « ш - то же, освещении; Л83. Л из, Л»ь Л^5. Лн 11 Лп8 — контрольные лампы, блокирующие выключатели 92, 93, 91, до, до и 9s; 102 — ножевые соединительные колодки; юз — шунт амперметра.
служит кнопка 105 «Разговор». Сигнальная кнопка 106 «Сигнал» предназначается для передачи условных сигналов лебедчику. Ответный сигнал лебедчика воспринимается сигнальной лампочкой 107, параллельно которой подключен электрический звонок.
Расшивочный щиток XI закреплен под порстонорио-сигпальной панелью (см. рис 9(1). На панели щитка находятся клеммы подключения электрических цепей лаборатории к силовой сети.
На панели XII подогрева установлены электропечи 97, выключатели 95 и 96 которых находятся на силовой панели.
Сухие батареи для питания измерительной схемы (при батарейном питании) устанавливаю'! ся в двух ящиках с наружными дверцами, расположенными с левой и правой •сторон кузова автомашины. Подвод тока от батарей производится при помощи закрепленных соединительных проводников, заканчивающихся размеченными вилками.
Лаборатория с автомашиной подъемника и блок-балансом соединяется многожильными соединительными проводниками. Проводники присоединяются муфтами к выходным колодкам, установленным на панели входной коробки станции. На этой панели (рис. 99) смонтированы: .
1'ис. 99. Входная нацель лаборатории AhC/Jl 50.
К1 —двепалцатикпитактизя прпсоелпнительпая муфта «Подъемник ИКС»: 1x2 — то же, шестпноптант- ная «Датчик глубин», КЗ — го же, шеетпконтактнан «Сш нал»; KV — то же, двухконтактпая «Сеть*; КЗ и КА — гнсзд.1 панели проверки измерительных цепей, К? — гнезда для подсоединен ин коллекторного провода; Ks —то же, алектродов, установленных на поверхности; /ГУ — тоже, для подключения пробника; Кю — гнездо заземления лаборатории; КП — гнезда переносной лампы; К12 — гнезда цепи метки; К13—гнездо приборного заземления; Л1— лампочка, включаемая ключом 81; Ml — измерительный прибор в цепи пробника.
д в с п а д ц а т и к о н т а к т п а я : муфта К1 «Подъемник ПКС» — для двенадпатижилыюго кабеля, соединяющего лабораторию с подъемником;
ш с с т и к о п т а к т я ы е муфты К2 «Датчик глубин» и КЗ «Сигнал» для кабелей, соединяющих автосинную передачу станции с датчиком глубин и переговорное устройство с переносным динамиком; ■
д в у х к о и т а к т пая м у ф т а К4 «Сеть» — для присоединения к лаборатории кабеля, подающего напряжение от промысловой сети;
гнезда К7 (I, II и III)—для подключения трехжильного коллекторного ■кабеля и КЗ (N, N' и N") — для подключения соединительных проводов от заземлений /V, /V' и К"; К10 {3) и К13 (Зп) — для подключения проводов, заземляющих кузов станции и измерительные приборы; гнезда К9 подключения пробника—для проверки исправности электрических цепей (пробник питается от сухого элемента типа «Сатурн», устанавливаемого в обойму, закрепленную на панели); гнезда K1I («Переноска 12 «») —для подключения провода от переносной лампы; гнезда К12 («Метка») — для присоединения жил кабеля от кнопки индикации меток па кабеле или от меткоуловителя;
и з м о р и т е л ь и ы и приборов цепи пробника; для подключения испытуемых цепей служит колодка К5 с двенадцатью парами гнезд;'
лампочка Л1 с выключателем S1 для освещения панели в ночное время.
ЛАБОРАТОРИЯ АКС/Л-51
В комплект измерительной аппаратуры п аппаратуры управления лабо раторией АКС/Л-51 входят (рис. 100): фоторегистратор / ФР-4 с панелью вспомогательного привода // и измерительной панелью III, токовая напел' 7 И, пульсаторная панель V, блок выпрямителей VI, силовой блок VII, силовая панель VIII, зарядная панель IX, панель дополнительных приборов X, панель переключений XI, входная панель XII, контрольная панель XIII, шреговорно-сигнальная панель XIV с приемником «Москвич» и панель подогрева XV.
Все перечисленные приборы закреплены на стенде, установленном в передней части кузова автомашины. 13 левом заднем углу автомашины, так же как и у лаборатории АКС/Л-50, расположена фотолаборатория; справа, вдоль боковой стенки кузова, находится диван. Перед стендом установлен стул для оператора.
Панели, установленные па стенде лаборатории АКС/Л-51, имеют то же назначение, что и панели стенда станции АКС/Л-50. Опи несколько отличаются лишь числом, конструкцией и расположением отдельных приборов. На рис. 101 приведена схема электрических соединений измерительной част лаборатории АКС/Л-51,
Фоторегпстратср
Фоторегпстратор ФР-4, установленный па стенде лаборатории АКС/Л-51, был подробно описан выше (см. § 28 и подрисуночиую подпись к рис. 100, обозначения l—^.
Панель управления фоторегпетратором и вспомогательного привода
На шасси панели управления фоторегпетратором и вспомогательного привода (рис. 102) установлены: коллекторный электродвигатель 10 МУ-50, соединенный с датчиком 11 автосиппой передачи СС-501; силовой трансформатор 12 питания ламп фоторегпетратора; синхронный электродвигатель 13 СД-2 для отметки марок времени, управляющий контактором 14, разрывающим через каждые 30 сек. цепь лампы вертикальной разграфки; реле 15 включения и выключения лампы горизонтальной разграфки, питаемое от селенового выпрямителя 16; реле 17 осветителя марок времени; трансформатор 18 питания ламп горизонтальной разграфки и отметки меток и блок 19 добавочных сопротивлений. На лицевой стороне этой панели выведены: ручка 20 «Общий свет» реостата в первичной цепи силового трансформатора 12, которым регулируется накал освещения ламп фоторегистратора; выключатель 21 «Свет» одновременного включения освещения фоторегпетратора синхронного электродвигателя 13 и цепи подмагничивания гальванометров; ручка 22 реостата «Скорость мотора», регулирующего скорость электродвигателя МУ-50 (скорость вспомогательного датчика автосиппой передачи); выключатель 23 «Протяжка» в цепи электродвигателя и датчика вспомогательного привода; переключатель 24 приемника автосиппой передачи фоторегистратора от датчика глубин к датчику вспомогательного привода и кнопка 25 «Метка» для нанесения меток.
Измерительная панель
На лицевой стороне измерительной панели (рис. 100 и 103) расположены следующие приборы.
Переключатели 26, 27 и 28 «Продел измерения» пределов измерения I, II и III каналов фоторегистратора. В отличие от лаборатории
Рис. 102. Панель вспомогатсльпого привода к фоторегистратору ФР-4.
80 — коллекторный электродвигатель; И — датчик автосинпой передачи; /2 — силовой трансформатор; 11 —сиихронный электродвигатель; Н — контактор; /.5 — реле горизонтальной разграфки, 16 — селе- ®опый выпрямитель; 17 — реле осветителя марок времени; is — трансформатор; /& — блок добавочных .сопротивлений; 20 — ручка реостата регулировании освещении; 21 — выключатель освещения; :22 — ручка реостата, регулирующего скорость вращении коллекторного алектродвигагеля- 23 — вы- (ключатель кол векторного электродвигателя; 2/ — переключатель приемника автоеинпой передачи ,К датчику гчуйпн и датчику протяжки; 25 — кнопка метки; 76 — ручки для выдвш алия напели из ячейки стенда лаборатории; 77 — винты кренленин навели в ячейке стенда лаборатории.
АКС/Л-50, в лаборатории АКС/Л-51 при переключении пределов измерения ■чувствительность гальванометров уменьшается с увеличением индекса позиций переключателя.
Масштабы записи разностей потенциалов и величины сопротивления, дополнительно введенного переключателем пределов, и расчетного сопротивления цепи при восьми позициях переключателей пределов соответственно «будут следующими (табл. 10), Таблица 10
Порядковый номер позиции переключателя пределов
1
2
3
4
5
6
7
8
Масштаб реги-
•страции, мв/см
0,5
1,25
2,5
5
12,5
25
50
СОН роТИВЛОПИС, дополнительно введенное переключателем пределов измерений, ОМ
1200
3200
7200
19 200
39 200
79 200
Расчетное значение сопротивления внешней цепи гальванометра, ом
800
2000
4000
8000
20 000
40 000
80 000
Реостаты 29 «Сопр. I капала», 30 «Сопр. II капала», 31 «Coup. Ill канала» 0—500 ом для регулировки сопротивления внешней цепи каналов.
Рис 103. Измерительная панель лаборатории АКС/Л-51.
а — передняя сторона панели; б — вид сверху.
26, 27 и 28 — переключатели пределов 1, II и III каналов; 29, 30 и 31 — реостаты регулировки сопротивления внешней цепи I, II и III каналов; 32, зз и 34 — переключатели емкостей, шунгируюти» вход 1, п и Ц[ каналов; <35 — переключатель намерения разности потенциалов и силы тока гальванометрами 1 канала; 36 — выключатель основного гальванометра 1 канала; 3> — головка реостата негра- дуированного компенсатора поляризации К; 38 — выключатель элемента компенсатора поляризации Л; 39, 4п и 41 — декадные магазины градуированного компенсатора поляризации; 42 — миллиамперметр в цепи питания градуированного компенсатора поляризации; 43 — реостат регулирования силы тока; 44—выключатель элемента градуированного компенсатора поляризации и изменения полярности' компенсирующих э. д. с.; 45— реостат пеградуировапного компенсатора поляризации КП, 46—выключатель элемента компенсатора КП; 47 — панель с гнездами для подключения каналов измерительной панели к гальванометрам фотopei истратора; 48, 49 и 50 — емкости, шунтирующие вход 1, II и Ш каналов; 51 — дроссель с выключателем 52; 5з, 54 и 55 — ячейки для элементов; <56, <57 и 58 — контактные ножевые колодки; 59 — гнезда для подключения эталонных сопротивлений; 76 — ручки для- выдвигания панели из ячейки стенда; 77 — винты для крепления напели в ячейке стенда.
П е р е к л ю ч а т е л и 32, 33 и 34 «Шунт» для включения на вход каналов шунтирующих емкостей. В зависимости от положения переключателя величины шунтирующих емкостей соответственно равны 50, 100, 200, 300 и 500 мкф. Емкостный шунт обеспечивает сглаживание пульсаций тока* в цепи гальванометра и том самым уменьшает колебания их бликов.
Переключатель 35 «7, ДП», при помощи которого I капал- переключается от измерения разности потенциалов на измерение силы тока на эталонных сопротивлениях Ra (контрольном шунте) питающей цепи.
Выключатель 36 для отключения основного гальванометра I капала при выводе его блика за пределы шкалы.
Головка 37 «Регулировка» реостата ноградуироваппого компенсатора поляризации«/?» с выключателем 38 элемента компенсатора поляризации.
Г р аду иро в аниы й компенсатор поляризации в цепи второго капала, аналогичный компенсатору поляризации лаборатории АКС/Л-50. Градуированный компенсатор состоит из трех декадных магазинов 39, 40 и 41 «Градуированный компенсатор поляризации РКП» с сопротивлениями 9 X 0,1, 9 XI и 9 X 10 ом. Компенсатор питается от сухого элемента током 5 ма. При этом токе компенсатор поляризации даст возможность включить в цепь электродов М и N разности потенциалов от 0 до- 499,5 мв со ступенями в 0,5 мв. Сила компенсирующего тока измеряется миллиамперметром 42 п регулируется реостатом 43 «Ток РКП». Включение элемента и измерение знака компенсирующей разности потенциалов осуществляются переключателем 44 «РКП».
Неградуировапный компенсатор по л яри» в а ц и и КП III капала с регулирующим реостатом 45 «Регулировка» и выключателем 46 «КП» элемента компенсатора.
Панель 47 с гнездами для подключения цепи каждого из трех каналов к гальванометрам фоторсгистратора других каналов, изменения полярности подключаемой цепи и при необходимости введения компенсаторов поляризации «/?», «ГКП» и «КП» в любой из каналов.
На шасси измерительной панели установлены: емкости 48, 49 и 50' в 50—500 мкф, шунтирующие вход I, II и III каналов; дроссель 51 в цепи второго канала с выключателем 52*; ячейки 53, 54 и 55 для компенсационных элементов; восьмиконтактные ножовые колодки 56, 57 и 58 для присоединения измерительной панели к внешним цепям и гнездо 59 для подключения I канала к эталонным сопротивлениям (контрольному шунту) токовой панели.
Токовая панель
На токовой панели сосредоточены приборы управления силой тока питания. На лицевой стороне панели (рис. 100 и 104) установлены следующие- приборы.
Миллиамперметр 60 М-45 с переключателем 61 «Предел измерений». При четырех положениях переключателя 61 величины наибольших сил токов, измеряемых миллиамперметром, соответственно равны 15, 75, 300 и 1500 ма*,
П с р е к л ю ч а т о л ь 62 «Контрольный шунт». При помощи этого • переключателя изменяется величина эталонных сопротивлений (контрольного шунта), при помощи кот'орых измеряется сила тока; при девяти положениях переключателя величины эталонных сопротивлений соответственно равны: 0; 0,02; 0,1, 0,2; 0,5; 1; 2; 5 и 10 ом. Эталонные сопротивления установлены на специальной панели 63, закрепленной на шасси.
Переключатель^ «Полярность» для изменения направления тока в цепи Л В (при выключенном пульсаторе).
Реостат 65 «Точная» в 50 ом и магазины сопротивле- н и й 71 «Средняя» (9 X 50 ом) и 72 «Грубая» (9 X 500 ом) для регулировки, силы тока питания; сопротивления декадных магазинов закреплены на катушках 73, установленных на шасси прибора.
1 В лабораториях АКС/Л-51 выпуска 1954 г. установлено два дросселя: первый дроссель с индуктивностью около 100 гн и второй с индуктивностью около 500 гн. Второй дроссель включатся при регистрации кривых рк и UGn в скважинах, разрез которых л сложен породами высокого сопротивления.
Рис. 104. Токовая панель лаборатории станции АКС/Л-51е а — передняя сторона панели; б — вид сверху.
60'"миллиамперметр типа М-45; 61 — переключатель пределов миллиамперметра; 62 —переключав тель эталонных сопротивл'Ч1пй; 63 — панель с установленными эталонными сопротивлениями; 64 — переключишль полярности 6.1 — реостат «точная* и 71 и 72— декадные магазины «средняя» и «грубая» регулировки силы тока: 73 — панель с установленными сопротивлениями магазинов; 74 —- выключатель; 75 — гнезда для включения линии AS; 76 — ручки для выдвигания панели; 77 —винты крепления панели на стенде; 85 — переключатель источника питания.
Выключатель 74 «Цепь тока» для выключения тока питания и переключатель 85 «Источник тока» для переключения цепи питания от выпрямителя к батареям.
Г н е з д а 75 ввода тока Л и В для подключения токовой цепи в схему лаборатории.
Пульсаторная панель
На шасси пульсаторной панели закреплен горизонтальный пульсатор (см. рис. 83) с редуктором скоростей и батареей разделительных кондепса-* торов. На лицевой стороне панели расположены: выключатель 65 «Мотор»
цепи питания электродвигателя пульсатора; ключи 66 и 67 «Токовая цепь» для выключения колец токового коллектора пульсатора; ключи 68 и 69 «Измерительная цепь» для выключения колец измерительного коллектора; выключатель 70 «Конденсатор» для включения в цепь MN разделительного конденсатора и ручка 78 редуктора скоростей.
, Блок выпрямителя
В блоке VI выпрямителя (см. рис. 100) установлен двухполупериод- ный селеновый выпрямитель, однотипный выпрямителю лаборатории АКС/Л-50 (см. рис. 96). Переключатель 81, в отличие от переключателя выпрямителя лаборатории АКС/Л-50, служит для изменения числа шайб, подключаемых на выход выпрямителя и числа секций батарей (при батарейном питании). В зависимости от положения переключателя (следуя по часовой стрелке) величины выпрямленного напряжения соответственно равны: 3; 8; 12; 18; 40; 70; 90; 120; 200; 250 в и напряжения от батарей, подключаемых переключателем 85 (токовая панель), — 15; 30; 45; 60; 75; 90; 105; 120; 135; 150 и 180 в.
Силовой блок
В силовом блоке (см. рис. 97 и 100) установлен силовой трансформатор 86, однотипный силовому трансформатору лаборатории АКС/Л-50. Первичная обмотка трансформатора имеет выводы, рассчитанные на подключение лаборатории к сети переменного тока с напряжением 110, 220, 380 и 550 в. Переключение первичных обмоток производится переключателем 87. Плавная регулировка напряжения осуществляется переключателем 88, изменяющим число включенных витков первичной обмотки трансформатора. На щитке блока установлены предохранители 89. Вторичные обмотки трансформатора рассчитаны па напряжение 6, 18, 24, 110 и 220 в.
Силовая панель
На силовой панели (рис. 100 и. 105) установлены: вольтметр 90 переменного тока, подключенный к 110-е вторичной обмотке силового трансформатора; выключатель 91 «Сеть» силовой сети лаборатории; выключатель 92 «Выпрямитель цепи АВ» выпрямителя и гнезда 93 «110» и «220» для подключения вспомогательных приборов, работающих от напряжения НО и 220 в. В цепь силового блока включен электромагнитный стабилизатор напряжения 94 (см. рис. 100), поддерживающий напряжение сети станции в пределах ± 1 /О ■ .
Зарядная панель
На панели зарядного выпрямителя (рис. 100 и 106) установлены: амперметр 95, выключатель 96 «Зарядка» выпрямителя и гнезда 97 т\ля подключения вспомогательных приборов на 12 в постоянного напряжения. Зарядный выпрямитель представляет собой селеновый выпрямитель 98, рассчитанный на выпрямленное напряжение 12 в. Выпрямитель питается от силового трансформатора и служит для зарядки аккумуляторной батареи подмагничивания магнитной системы гальванометров фоторегистратора. Аккумуляторные батареи ЗСТ-70-ВД, на 6 в каждая, соединены последовательно и устанавливаются под кабиной водителя.
Панель дополнительных приборов
В ячейке X (см. рис. 100) устанавливаются панели, применяемые при радиоактивных и других специальных методах измерения (пластовый наклономер, метод сопротивления экранированного заземления и др.).
13 заказ 714.
Рис. 105. Силовая панель лаборатории АКС'Л-51.
а — вид с негодней сторопf.i; б — то же, с задней.
90 —вольтметр переменного тоья: 9 1 — тплi<^iюча'тгл>> «Сеть» силовой сетилаборатории; 92 — выключатели вьш рыммтелн пени АВ; 93 — штепсель-ные гнезда для подключения приборов Пи и 22и в напряжений.
Рис. 106. Панель зарядного выпрямителя лаборатории АКС/Л-51.
77 — винты закрепления панели па стенде; 95 — амперметр; 96 — выключатель;
97 — гнезда для включения приборов 12 в напряжения; 98 —селеновый выпрямитель.
Панель переключений
На панели XI (см. рис. 100) переключений установлен щиток 99 с двумя рядами гнезд. В нижнем ряду расположены гнезда, соединенные с выводами трех измерительных каналов, и гнезда от заземлений. В верхнем ряду — гнезда от коллекторного провода и основных цепей АВ и MN лаборатории.
На этой же панели находятся: кнопка 100 «Автомашина» сигнала автомашины; кнопка 101 «Подъемник» сигнала, подаваемого персоналу подъемника, и лампочка 102 для приема сигнала.
Входная панель
На входной панели XII (см. рис. 100) расположены двенадцатиконтактные муфты 103 «Подъемник» и 104 «Датчик глубин» для подключения лаборатории к подъемнику и к приборам блок-баланса; двухконтактная муфта 105 «Сеть» для подключения к лаборатории силового кабеля; гнезда 106 «Земля» заземления стенда.
Контрольная панель
На контрольной панели (рис. 100, 107) находятся: вольтметр 107 «Скорость кабеля», подключенный через селеновый выпрямитель к тахогенератору 108 2АСМ-50, соединенному с приемником 109 автосииной передачи (шкала вольтметра 107 проградуирована в м!час скорости подъема кабеля); миллиамперметр 110 «Натяжение кабеля», подключенный в цепь электрического динамометра; переключатель 111 «Натяжение», обеспечивающий возможность измерения натяжения от датчика подъемника; выключатель 112 «Подъемник» для отключения контрольных приборов подъемника; ручка 113 реостата «Установка тока» для эталонирования динамометра; выключатель 114 «Метка» магнитного меткоуловителя; выключатель 115 «Сеть» сети; указатель глубин 116 с ручкой 117 для сброса показаний счетчика на нуль; лампа 118 работы магнитного меткоуловителя. На шасси панели установлен четырехкаскадный усилитель 119 магнитного меткоуловителя.
Переговорив -сигнальная панель
Сигнально-переговорное устройство лаборатории (см. рис. 100) состоит из радиоприемника XlVa «Москвич» и усилителя XIV6. Микрофоном и телефоном служит репродуктор радиоприемника. Переключение с приема на передачу осуществляется ножным переключателем 120. На добавочной панели 121 приемника установлен ключ 122 для перевода радиоприемника на прием радиовещательных станций, ключ 123 для перевода приемника на работу от постоянного тока и гнезда 124 для его подключения.
Панель подогрева1
На шасси панели XV (см. рис. 100) подогрева закреплены электропечи^ включаемые выключателями 125 и 126." 1 1
На стенде лаборатории установлены часы 127 и вентилятор 128.
§ 33. ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ЛАБОРАТОРИИС ЭЛЕКТРОННЫМИ ПОТЕНЦИОМЕТРАМИ
Первые автоматические измерительные лаборатории с электронными потенциометрами АЭКС (автоматическая электронная каротажная станция) были выпущены по типу полуавтоматических лабораторий ПАКС, но потенциометры ЭП-1 (ЭП1-м) с регистраторами были заменены электронными автоматическими потенциометрами ПАСК. В ближайшее время отечественные заводы приступают к выпуску новой автоматической станции АЭКС-900.
Рис. 107. Контрольная панель лаборатории АКС/Л-51.
76 — ручки для вдвигания и выдвигания панели в ячейке стенда; 77—винты крепления панели к стенд); io? — указатель (вольтметр) спорости подъема кабеля; 108 — тахогенератор; 109 — приемник автссипной передачи; ПО—указатель натяжения кабеля; 111— переключатель датчиков натяжения; 112 — выключатель контрольных приборов подъемника; из — ручка реостата эталонирований* динамометра; 114 — выключатель магнитного меткоуловителя; 115—тоже, сети; 116 — указатель .глубин; 117 — ручка сброса показаний счетчика глубин; 118 — контрольная лампа меткоуловителя; по — четырехкаскадный усилитель магнитного меткоуловителя.
ЛАБОРАТОРИЯ СТАНЦИИ АЭКС
В лабораторий, станции АЭКС в закрытом кузове автомашины ГАЗ-51 установлены: сдвоенный, самопишущий электронный потенциометр I (рис. 108) с измерительной панелью II и блоком III электронного нуль-индикатора; центральная панель IV управления; тахоблок V; пульсатор VI с редуктором VIIх. Приборы установлены на рабочем столе VIII у передней стенки ку-, зова автомашины.
В первых автоматических лабораториях с электронными потенциометрами был установлен пульсатор со специальной схемой разделения.знакопеременных и постоянных разностей потенциалов. Эта-схема оказалась неудачной и в последующих лабораториях не применялась.
Рис. 108 Пульт управления станции АЭКС с электронным потенциометром ПАСК-5, электронный потенциометр ПАСК-5; II — измерительная панель; III — электронный блок; IV — панель управлениям блок; VI — пульсаторе фрикционным редуктором VII; VIII — рабочий стол; IX — фильтр выпрямителя.Рис. 108 Пульт управления станции АЭКС с электронным потенциометром ПАСК-5, электронный потенциометр ПАСК-5; II — измерительная панель; III — электронный блок; IV — панель управлениям блок; VI — пульсаторе фрикционным редуктором VII; VIII — рабочий стол; IX — фильтр выпрямителя.
Рис. 108 Пульт управления станции АЭКС с электронным потенциометром ПАСК-5, электронный потенциометр ПАСК-5; II — измерительная панель; III — электронный блок; IV — панель управлениям блок; VI — пульсаторе фрикционным редуктором VII; VIII — рабочий стол; IX — фильтр выпрямителя.
Рис. 108 Пульт управления станции АЭКС с электронным потенциометром ПАСК-5, электронный потенциометр ПАСК-5; II — измерительная панель; III — электронный блок; IV — панель управлениям блок; VI — пульсаторе фрикционным редуктором VII; VIII — рабочий стол; IX — фильтр выпрямителя.
Электронны й дв ухк апа льиый потенциометр I ПАСК-5 с измерительной панелью II и блоком 111 электронного пул ь-и н д и к а т о р а были подробно описаны в §25. Центральная пан-ель управления однотипная с центральной панелью управления станции ПКС, рассмотрена на стр. 176—178. Поэтому на описании этих узлов станции АЭКС останавливаться не будем.
На панели V тахоблока (рис. 108) установлены счетчик глубин и указатель скорости движения кабеля. Указатель скорости работает от тахогенератора и имеет два предела измерения: 0—1000 и 0—5000 м/час. Пределы переключаются релейным механизмом, одновременно включающим сигнальные лампы.
Пульсатор VI снабжен редуктором VII, позволяющим изменить частоту тока, преобразованного пульсатором в пределах 5—25 гц.
Силовой блок станции АЭКС собран по схеме, однотипной схеме силового блока станции ПКС. В силовом блоке установлены трансформатор, питаемый переменным током напряжения 110 в, и двухполупериодный десятисекционный селеновый выпрямитель.
В качестве переговорного устройства в лаборатории АЭКС применен радиоприемник «Москвич» со схемой, позволяющей использовать приемник для двухсторонней громкоговорящей связи.
Соединение лаборатории АЭКС с подъемником производится при помощи многожильных шланговых проводов, снабженных многоконтактными соединительными муфтами. Ввод производится при помощи входной панели, установленной в специальной коробке на правой боковой стенке кузова автомашины.
В лаборатории установлены стул и два дивана с мягкими сиденьями. В диванах уложены скважинные приборы и соединительные провода для соединения лаборатории с подъемником и заземлением.
ЛАБОРАТОРИЯ СТАНЦИИ АЭКС-900
Измерительная часть станции АЭКС-900, спроектированной для проведения геофизических исследований скважин на одной автомашине ГАЭ-63-Е, сосредоточена на стенде станции (рис. 109), установленном у правой боковой стенки автомашины (см. рис. 164).
На стенде находятся: двухканальный (двуглубинио-масштабный) потенциометр I ПАСК-8, пульсаторная и токовая панель II, силовой блок III, силовой щиток IV, блок выпрямителя V, контрольная панель VI, приборный щиток VII и панель VIII радиометрии скважин.
Так как электронный потенциометр ПАСК-8, блоки трансформатора и выпрямителя были описаны ранее (см. § 26, 31 и 32), в дальнейшем остановимся лишь на пульсаторной, токовой и контрольной панелях, силовом и приборном щитках, имеющих несколько отличные конструкции от аналогичных узлов ранее рассмотренных станций.
На объединенной пульсаторной и токовой панели сосредоточено управление пульсатором и током в цепи питания. На этой панели расположены: амперметр 1 в цепи электродвигателя пульсатора; переключатель 2 измерения тока I и разности потенциалов AU\ переключатели 3 и 4 для измерения 21^7 и 7 в цепях постоянного и пульсирующего тока; включатели 5 электродвигателя пульсатора и 6 питающей линии; головка 7 фрикциона, регулирующего число оборотов пульсатора, с частотомером 8, указывающим частоту тока, преобразованного пульсатором; гнезда 9, 10 и 11 для подключения проводив к заземлениям А, В, М, N, приборному заземлению Зп и заземлению станции; переключатель 12 эталонных сопротивлений Ra для измерения силы тока; амперметр 13 для наблюдения за постоянством тока в цепи пи-
танин с переключателем шунтов 14; ручки 15, 16 и 17 декадных магазинов и реостата для изменения силы тока; переключатель 18 устройства для уста-=* новки меток.
На контрольной панели VI расположены: счетчик 19 с головкой 20 сброса на нуль показаний счетчика; указатель 21 натяжения и скорости
Рис. 109. Стенд лаборатории станции АЭКС-900.
I — электронный потенциометр ПАСК-8; II — пульсаторная и токовая панель; III — силовой блок; IV —силовой щиток; V — блок выпрямителя: VI — контрольная панель; VII — приборный щиток; VIII — панель радиометрии.
1 — амперметр в цепи питания пульсатора; 2 — переключатель измерения разности потенциалов и силы тока; 3 и 4 — переключатели измерения разности потенциалов и силы постоянного и пульсирующего тока; 5 — включатель электродвигателя пульсатора; 6 — включатель тока питания; 7 — головка регулятора числа оборотов пульсатора: 8 — частотомер; 9. 10 и 11 — гнезда измерительной и питающей цепей и заземлений; 12 — переключат ель эталонных сопротивлений; 13 — амперметр с набором шунтов 14 для измерения силы тока в цепи питания; 15, 16 и 17 — ручки декадных магазинов и скользящего реостата для изменения силы тока питания; 18 — переключатель цепи тока; 19 — счетчик глубин; 20 — головка сброса показаний счетчика; 21 — указатель натяжения и скорости движения кабеля; 22 — корректор; 23, 24 и 25 — ручки управления магнитной и ручной метками и включателя сети; 26— выключатель; 27 —сигнальная лампа; 28 и 29 — ручки включателей сети и подогрева; 30 и 31 — штепсельные гнезда для подключения приборов на 110 и 12 в; 32 — вольтметр и 33 — частотомер, питающей цепи переменного тока; 34 — часы.
движения кабеля; корректор 22; ручки 23. 24 и 25 управления магнитной и ручной метками и включателя сети: выключатель 26 и сигнальная лампа 27. На силовом щитке IV находятся: ручки 28 и 29 для включения тока и зарядного выпрямителя и гнезда 30 и 31 подключения приборов. На приборном щитке VII находятся: вольтметр 32, частотометр 33 питающего тока и часы 34.
§ 34. ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ЛАБОРАТОРИИ ОКС
Лаборатория одножильной станции ОКС, разработанной Всесоюзным научно-исследовательским институтом геофизических методов разведки (В. М. Запорожец и др.) и Ленинградским электротехническим институтом связи (Г. В. Войшвило, 3. В. Фейгельс и др.), предназначена для измерений в скважинах физических параметров по схемам с одножильным кабелем.
Принципиальная схема станции ОКС
нию со схемами других измерительныхнию со схемами других измерительныхВ силу несколько большей сложности схемы станции ОКС по сравне- гановок остановимся несколько более подробно, чем это- было сделано в § 1, на принципиальной схеме станции.
нию со схемами других измерительных
нию со схемами других измерительных
fl И Ч Nfl И Ч NРис. 110. Принципиальная схема лаборатории станции ОКС.Рис. 110. Принципиальная схема лаборатории станции ОКС.Г — генератор; Вп — выпрямитель; П — измерительный прибор; КП — компенсатор поляризации; Ф — фильтр; ЦЖК — центральная жила кабеля; А, М и N—электроды зонда; В — заземление — броня кабеля; Т] — Т4 — трансформаторы; ЭДх и ЭДа — электродвигатели; Лх — Ла — радиолампы; Д] и Да— дроссели; Ci — С4 — конденсаторы разделительные и фильтра; Р — реле; г u R —сопротивления; Пх — П4 ,— переключатели; Ам — амперметр; Вк — выключатель.Г — генератор; Вп — выпрямитель; П — измерительный прибор; КП — компенсатор поляризации; Ф — фильтр; ЦЖК — центральная жила кабеля; А, М и N—электроды зонда; В — заземление — броня кабеля; Т] — Т4 — трансформаторы; ЭДх и ЭДа — электродвигатели; Лх — Ла — радиолампы; Д] и Да— дроссели; Ci — С4 — конденсаторы разделительные и фильтра; Р — реле; г u R —сопротивления; Пх — П4 ,— переключатели; Ам — амперметр; Вк — выключатель.В станции ОКС используется переменный ток частоты 300 гц от лампового стабилизированного генератора Г (рис. 110). Питание генератора осуществляется от сети переменного тока через выпрямитель Вп. Ток от генератора, пройдя разделительный конденсатор Ci по центральной жиле ЦЖК одножильного бронированного кабеля, поступает в силовой трансформатор Тх скважинного снаряда и далее через второй разделительный конденсатор Сг и секцию А переключателя Пх в одно из питающих заземлений А. Разность потенциалов, возникающая между электродами М и N, пройдя клеммы секции М и N переключателя MN, автотрансформатор У2 и трансформатор Гз с переключателем Яг чувствительности, подается на сетку усилительной лампы Лх. Усиленное напряжение выпрямляется лампой Яг и подается
fl И Ч N
fl И Ч N
Рис. 110. Принципиальная схема лаборатории станции ОКС.
Рис. 110. Принципиальная схема лаборатории станции ОКС.
Г — генератор; Вп — выпрямитель; П — измерительный прибор; КП — компенсатор поляризации; Ф — фильтр; ЦЖК — центральная жила кабеля; А, М и N—электроды зонда; В — заземление — броня кабеля; Т] — Т4 — трансформаторы; ЭДх и ЭДа — электродвигатели; Лх — Ла — радиолампы; Д] и Да— дроссели; Ci — С4 — конденсаторы разделительные и фильтра; Р — реле; г u R —сопротивления; Пх — П4 ,— переключатели; Ам — амперметр; Вк — выключатель.
Г — генератор; Вп — выпрямитель; П — измерительный прибор; КП — компенсатор поляризации; Ф — фильтр; ЦЖК — центральная жила кабеля; А, М и N—электроды зонда; В — заземление — броня кабеля; Т] — Т4 — трансформаторы; ЭДх и ЭДа — электродвигатели; Лх — Ла — радиолампы; Д] и Да— дроссели; Ci — С4 — конденсаторы разделительные и фильтра; Р — реле; г u R —сопротивления; Пх — П4 ,— переключатели; Ам — амперметр; Вк — выключатель.
по жиле кабеля на поверхность, где, пройдя фильтр, компенсатор поляризации КП и магазин R изменения чувствительности регистрирующего прибора, поступает на клеммы последнего. Анодное напряжение на лампы Лх и Ла берется от выпрямителя (лампа Я3) с фильтром из дросселя Дъ и конденсатора Сз. Выпрямитель питается от вторичной обмотки силового трансформатора ТУ Управление переключателем Пх зондов и переключателем Яг чув- ствительностей производится при помощи электродвигателей ЭДг и ЭДг, питаемых переменным током промышленной частоты. Включение электродвигателей осуществляется при помощи реле постоянного тока (схема подводки постоянного тока к реле на рис. 110 не показана). Для эталонирования схемы измерения и исключения влияния индукции кабеля и «нулевого» тока в цепи электронных ламп используются стандартный и нуль-сигналы.
При стандартном сигнале изменением силы тока устанавливается определенная разность потенциалов на эталонном сопротивлении, находящемся внутри скважинного снаряда. При нуль-сигнале компенсируют сторонние разности потенциалов при накоротко замкнутых клеммах переключателя MN. Стандартный и нуль-сигналы позволяют измерять разности потенциалов ЛО с достаточной . степенью точности.
ОПИСАНИЕ СТАНЦИИ ОКС-52
Измерительные приборы и панели управления станции ОКС-52 закреплены на стенде (рис, 111), установленном близ передней стенки кузова. Вдоль правой стенки кузова расположен диван, внутри которого смонтировано устройство для смотки соединительных проводов. В левом- заднем углу кузова находится фотолаборатория.
Рис. 1'11. Стенд лаборатории станции типа ОКС.
I — блок выпрямителя; II — генератор переменного тока; III — центральная панель управления;-. IV — измерительная панель: V — фоторегистратор; VI — панель вспомогательного привода; VII — панель коллекторного ввода; VIII—силовой блок; IX—силовая панель; X—контрольная панель;. XI — сигнально-переговорная панель; XII— радиоприемник; XIV — за рядный выпрямитель;
ХУ — входная панель; XVI — выдвижной столик.
flа стенде лаборатории установлены: блок выпрямителя I, генератор1 переменного тока ZZ, центральная панель управления ZZZ, измерительная панель IV к фоторегистратору или измерительная панель к электронному потенциометру фоторегистратор V или электронный потенциометр, панель- вспомогательного привода VI, панель коллекторного ввода VII, силовой блок VIII, силовая панель IX, контрольная панель X, переговорно-сигнальная панель XI, радиоприемник XII, зарядный выпрямитель XIV, входная
панель XV, выдвижной столик XVI. На рис. 112 приведена схема электрических соединений лаборатории станции ОКС.
Панели и приборы, закрепленные па стенде, имеют следующие назначения и устройства.
Блок выпрямителя I •
Ламповый двухполупериодный выпрямитель (рис. 111 и ИЗ) 13-250/100 (500, 270 в; 250/100 вт) служит для питания лампового генератора Г-100 (см. рис. 111, 112 и 114) и вспомогательных цепей станции постоянным током. Выпрямитель имеет следующие основные детали: силовой трансформатор 1 с четырехламповым кенотронным выпрямителем, сглаживающий фильтр, электронный стабилизатор напряжения и механизм блокировки от короткого замыкания. Питание силового трансформатора осуществляется переменным током напряжения 127 <? при частоте 50 з^. Двухполупериодный выпрямитель (см. рис. 112 и ИЗ) собран па четырех лампах 2 типа 5ЦЗС (см. рис. ИЗ). На выходе выпрямителя установлен П-образный фильтр из дросселя 3 и двух блоков бумажных конденсаторов 4, по 32 мкф каждый.
Электронный стабилизатор напряжения представляет собой обычный ■стабилизатор последовательного типа с управлением со стороны выхода и состоит из шести параллельно включенных ламп 5 типа 6ПЗС, лампы 6 типа 6Ж4 и газового стабилизатора 1 типа СГ4С. Лампы (ШЗС включены последовательно в цепь выхода выпрямителя и выполняют роль переменного -сопротивления, величина которого изменяется управляющей лампой 6Ж4, представляющей собой усилитель постоянного тока, воздействующий па управляющие сетки ламп (ШЗС. Величина напряжения на аноде лампы '6Ж4, а следовательно, и на управляющих сетках ламп 6ПЗС зависит от сеточного смещения управляющей лампы 6Ж4. Последнее определяется разностью между частью выходного напряжения и опорным напряжением стабилизатора СГ4С. Изменение выходного напряжения приводит к изменению напряжения на управляющей сетке лампы 6Ж4, что в свою очередь изменяет напряжение на аноде лампы 6Ж4 и управляющих сетках ламп 6ПЗС, в связи •с чем изменяется величина сопротивления, включенного в цепь выхода. Режимы работы радиоламп подобраны так, что изменение напряжения па выходе компенсируется падением напряжения па лампах 6ПЗС. Стабилизатор даст возможность поддерживать постоянство выходного напряжения 270 в в пределах 1%.
Выходное стабилизированное напряжение при помощи потенциометра 8 «Регулировка выходного напряжения» регулируется в пределах 260—275 в. Предохранители 9, установленные па выходе выпрямителя в цепи выпрямленного стабилизированного напряжения, и реле 10, переключающее при коротком замыкании во внешней цени цепь стабилизированного напряжения на гасящее сопротивление, защищают выпрямитель от перегрузок. На панели выпрямителя (см. рис. 111 и ИЗ) установлены микроамперметр 11 М-49 со шкалой 0—-500 мш для измерения анодного тока ламп и переключатель 12, подключающий амперметр в анодную цепь любой из ламп стабилизатора. ■
Генератор II
Ламповый генератор Г-100 (рис. 111, 112 и 114) мощностью 1О0 вт, ■стабилизированной частоты 300 гц служит для питания скважинного прибора и зондов. Основными узлами генератора являются: задающий каскад, четырехкаскадный усилитель и автоматический регулятор усиления.
Рис. 113. Выпрямитель.Рис. 113. Выпрямитель.а — пиц напели; б — вид спину; в — вид сверху. 1 — силовой трансформатор; 2 — выпрямительные лампы 5ЦЗС; з— дроссель; 4 — блоки конденсаторов; й — лампы 61130; б — лампа 6Ж4; 7 — газовый стабилизатор; 8— птспциометр регулировки выходного напряжении; 5 — предохранители; 10 — реле; И -- микроамперметр М-49; 12 — иереключотель измерении силы анодного тина в лампах 4.а — пиц напели; б — вид спину; в — вид сверху. 1 — силовой трансформатор; 2 — выпрямительные лампы 5ЦЗС; з— дроссель; 4 — блоки конденсаторов; й — лампы 61130; б — лампа 6Ж4; 7 — газовый стабилизатор; 8— птспциометр регулировки выходного напряжении; 5 — предохранители; 10 — реле; И -- микроамперметр М-49; 12 — иереключотель измерении силы анодного тина в лампах 4.
Рис. 113. Выпрямитель.
Рис. 113. Выпрямитель.
а — пиц напели; б — вид спину; в — вид сверху. 1 — силовой трансформатор; 2 — выпрямительные лампы 5ЦЗС; з— дроссель; 4 — блоки конденсаторов; й — лампы 61130; б — лампа 6Ж4; 7 — газовый стабилизатор; 8— птспциометр регулировки выходного напряжении; 5 — предохранители; 10 — реле; И -- микроамперметр М-49; 12 — иереключотель измерении силы анодного тина в лампах 4.
а — пиц напели; б — вид спину; в — вид сверху. 1 — силовой трансформатор; 2 — выпрямительные лампы 5ЦЗС; з— дроссель; 4 — блоки конденсаторов; й — лампы 61130; б — лампа 6Ж4; 7 — газовый стабилизатор; 8— птспциометр регулировки выходного напряжении; 5 — предохранители; 10 — реле; И -- микроамперметр М-49; 12 — иереключотель измерении силы анодного тина в лампах 4.
Задающий самовоз- буждающийся каскад генератора (рис. 114) coupair на лампе 13 типа 6Ж8. Выходное переменное синусоидальное напряжение снимается с емкости и регулирующего потепцио- ■мотра и подается па управляющие сотки смесительной лампы 14 типа 6Л7 -опорного каскада усиления. Эта лампа работает в режиме автоматического регулирования усиления
Автоматическое регу- .лирование усиления достигается следующим образом. На вторую управляющую сетку лампы первого каскада усиления через ■сопротивления подается -стабилизирова иное и ап ряжение 270 в от выпрямителя и в противофазе со знаком минус напряжение от специального выпрямителя, собранного па лампе 15 типа 6X5. Трансформатор 16 этого выпрямителя подключен к потенциометру 17 «Длина кабеля», установленному па выходе лампового генератора. При изменении силы выходного тока вследствие изменения сопротивления внешней цени или напряжения на выходе выпрямителя В-250/100 изменяется напряжение па клеммах трансформатора выпрямителя автоматического регулятора напряжения, а следовательно, и величина отрицательного смещения на сотке лампы первого каскада, в связи с чем увеличивается коэффициент усиления каскада и ток на
выходе генератора.
Второй каскад усиления собран па лампе 18 6П6С с фильтрацией высоких гармоник усиливаемого напряжения.
Третий каскад усиления связан со вторым каскадом трансформатором
19. Этот каскад работает по двухтактной схеме па двух лампах 20 6П6С и служит для усиления мощности. Мощность еще более усиливается в четвертом каскаде. Четвертый каскад связан трансформатором 21 с выходом третьего каскада и состоит из шести ламп Г-411, работающих также по двухтактной схеме. На выходе генератора установлен понижающий трансформатор 23. Параллельно первичной обмотке трансформатора подключена емкость, отфильтровывающая гармоники высокой частоты.
Питание задающего каскада и первых трех каскадов генератора осуществляется от выпрямителя В-250/100 стабилизированным напряжением
Рис. 114. Генератор.
13— генераторная лампа 6Ж8; 11— смесительная лампа 6Л7; 15— лампа 6X5 специального выпрямителя; к: — трансформатор; 17 — потенциометр; 18 — лампы 6ПЙС второго каскада усиления;
19 — трансформатор; 20 — лампы 0П6С третьего каскада; 21—трансформатор; 22 — лампы Г-411 четвертого каскада; 23 — понижающий выходной трансформатор; 21—трансформатор цепи накала; 25 — потенциометр регулировки напряжении; 26 — включатель автоматического регулятора напряжения; 27 — ручка потенциометра 17; 28 — микроамперметр; 29 — переключатель измерения силы анодного тока в лампах.К
270 в. Выходной каскад питается от нестабилизированного напряжения 500 в. Накал ламп осуществляется от понижающего трансформатора 24.
На лицевой стороне напели генератора (см. рис. 111,114) находятся, ось со шлицом потенциометра 25 «Предварительная установка» регулировки напряжения; включатель 26 автоматического регулятора усиления (вклю-
чается в положении «Работа»); ручка 27 потенциометра 17 «Длина кабеля», регулирующего величину смещения на сотке усилительной лампы первого каскада (силу тока в жиле кабеля); микроамперметр 28 с двухплатным переключателем 29 для проверки анодных токов в лампах генератора.
Центральная панель управления
Па центральной панели управления (рис. 111 и 115) сосредоточены измерительные приборы и переключатели для управления: переменным током частоты 50 az^, постоянным током, коммутацией и индикацией положения переключателя в основном скважинном снаряде, процессами измерения кажущегося сопротивления и потенциалов собственной поляризации пород.
Управление п е р е м еипым током
Управление переменным током обеспечивается включателем 30 «Сеть, 127 в» (см. рис. 111 и 115), при помощи которого напряжение 127 в от сети переменного тока подключается к выпрямителю, к генератору и неоновой лампе 31, сигнализирующей включение сети переменного тока. Включатель 32 «Мотор» подаст напряжение переменного тока на трансформатор, питающий электродвигатели переключателей в скважинном снаряде.
У п р а в л о и и слоето я и иы м т о к ом
Для управления цепью постоянного тока па панели установлен переключатель 33 «КС, Коммут., ПС», позволяющий подать стабилизированное постоянное напряжение к генератору контрольной панели и компенсирующей цепи сопротивления (переключатель 33 установлен в положение «КС») или к мостовой схеме коммутации постоянного тока (переключатель 33 находится в положении «Коммут.») При крайнем правом положении «ПС» переключателя 33 центральная жила кабеля подключается па вход канала ПС.
Для измерения напряжения постоянного тока па панели установлен вольтметр 34 «Выпр. напряж.».
У п р а в л с и и е к о м м у т а ц и е й и и и д и к а ц и е й ' положений переключателей в снаряде
Управление коммутацией и индикацией положений переключателей в снаряде производится переключателем 35 «Чувств, зонды». Этот переключатель дает возможность подать в скважинный снаряд напряжение любой полярности, при которой срабатывает одно из реле, замыкающих цепь электродвигателя переключателя зондов или цепь электродвигателя переключателя чувствительпостей.
При включении переключателя 35 жила и броня кабеля подводятся к мостовой схеме коммутации, одним плечом которого служит сопротивление, вводимое коммутатором в скважинном снаряде. В диагональ моста включен прибор 36 «Прибор положений», указывающий положение коммутатора в скважинном снаряде. Прибор защищен фильтром от переменного тока, которым питаются электродвигатели, переключающие контакторы в скважинном снаряде. Прибор 36 имеет шкалу, на которой указаны 12 положений переключателя в скважинном снаряде. Для установки прибора на нуль служит реостат 37 «Установка нуля».
Управление измерением кажущегосясопротивления
Для управления измерением кажущегося сопротивления па панели установлены: миллиамперметр 38 «Ток кабеля» со шкалой 0—100 ма для измерения тока в кабеле; неоновая лампа 39, указывающая наличие напряжения
Рис. 115. Центральная панель управлении и тмерителытя панель к фоторегистратору. 30 — включатель сети; 31 — коптрол1.пая лампа; 32 — включатель питании электродвигателей, и скважинном снаряде; зз — nepeiuni.'niri'.'n. коммутации; 34 — вольтметр постоянного тока; 35 — переключатель управления MyBCTBiriejii.noe'wii н зондов; за — указатель положении коммутатора в скважинном снаряде; 37 — реостат установки нуля; зз — миллиамперметр; 39 — контрольная лампа;.. 40— переключатель генератора; 41 — миллиамперметр постоянного тока; 42 — переключатель пределов миллиамперметра 41; 43 — реостат корректировки чувствительности; 44 — Псремепиое. сопротивление; 45 — выключатель шунта; 46 о 47 — щосселп; 43 — блок конденсаторов; 49 и 50 — ножевые муфты и колодки; 61 и 52 — переключатели npHvitvion намерений гальванометров; 53 и 54 — переключатели емкостей 55 и 56; 57, 58 и 59— декады градуированного компенсатора поляризации; 00 —■ обойма элемента; 61 — миллиамперметр; 6’2 — реостат регулировки тока компенсатора поляризации;
вз — включатель компенсатора поляризации; 64 — выключатель гальванометра.
на выходе генератора, и переключатель 40 «Измерение — Разблок» для |за- мыкания генератора накоротко (положение «Разблок») и ступенчатого повышения напряжения во внешней цепи (положение «Измерение»), Переключатель 40 блокирует переключатель 33 и дает возможность включить его только при замкнутом накоротко генераторе (переключатель 40 находится в положении «Разблок»), .
При питании зонда ток от генератора частотой 300 гц через переключатель 33 и контакты колодок поступает в центральную жилу кабеля, про-
ходит через скважинный снаряд и электрод питания в исследуемые породы и далее через броню кабеля, соединительные провода, переключатель 33, вторичную обмотку выходного трансформатора генератора, миллиамперметр 38, дроссель, миллиамперметр 41 «Выходной ток» подается па входное сопротивление фоторегистратора или электронного нуль-пндика- тора.
Миллиамперметр 41 имеет два предела измерений: 0—1 ма и 0—50 ма. Изменение предела измерений достигается подключением к миллиамперметру шунта и дополнительного сопротивления, для чего служит ключ 42. При двух положениях этого ключа пределы измерения миллиамперметра соответственно равны указанным выше значениям. Миллиамперметр 41 снабжен также дополнительным переменным шунтом, величина сопротивления которого может быть изменена при помощи шунтового реостата 43 «Установка чувствительности». Изменение сопротивления шунта миллиамперметра дает возможность установить при стандартном сигнале расчетный выходной ток 5 ма. Включенное в цепи переменное сопротивление 44 «Установка нуля» дает возможность привести к нулю показания прибора при пуль-сигпале. Выключатель 45 «Измерение КС, проверка ппт.» подключает шунт и компенсацию начального тока для установки прибора на нуль при калибровке схемы КС. ’
Отдельные блоки схемы — дроссели 46 капала КС, дроссель 47, силовой трансформатор и конденсаторы 48 схемы коммутации — установлены на кронштейнах, закрепленных на внутренней стороне панели. В левом нижнем углу центральной панели управления вставляется измерительная панель фоторегистратора (см. рис. 111 и 115) при фоторегистрации кривых или измерительная панель JVa (см. рис. 111 и 116) электронного потенциометра при потенциометрической регистрации. Соединение панелей осуществляется ожевыми муфтами 49, соединенными с колодками 50.
Измерительная панель
На измерительной панели фоторегистратора (см. рис. 111 и 115) установлены механизмы управления каналами регистрации кривых рк и ^сп. Переключатели 51 и 52 «Цепь КС, предел измерений» и «Цепь ПС, предел измерений» каналов КС и ПС (#"сп) служат для изменения пределов измерения регистрирующего прибора. При замере кажущегося сопротивления изменение пределов измерений осуществляется непосредственно в скважинном снаряде. При этом переключатель 51 пределов обычно устанавливается в первое положение.
Переключатель 52 пределов измерений капала потенциалов собственной
поляризации при установке гальванометра с постоянной по току 0,625 мкакм
При установке переключателей 51 и 52 в крайнее правое положение (оо) цепи каналов разрываются.
Переключатели 53 и 54 «Шунт» дают возможность подключать па вход каналов регистратора шунтирующие емкости 55 и 56 в 50, 100, 200, 30(> и 500 мкф. ‘
Емкости, шунтирующие вход канала, отсеивают переменные токи и том самым уменьшают амплитуду пульсации гальванометров. В цепи капала СП установлен градуированный компенсатор поляризации, составленный из трех декадных потенциометров 57, 58 и 59 (сопротивления декад 9 X 0,1 + 9 X 1 + 9 X 10 ом), «Градуированный компенсатор поляризации». Компенсатор поляризации питается от сухого элемента 1-КС-У-З с напряжением 1,5 в, устанавливаемого в обойму 60. Сила компен- .сациоппого тока 5 ма устанавливается по миллиамперметру 61 при помощи реостата 62 «Регулировка тока». При токе 5 ма иа декадных магазинах
градуированного компенсатора поляризации возможно получить в цепи капала компенсирующее напряжение от 0 до 0,5 X 9 + 5 X 9 -I- 50 X 9 мв со ступенями в 0,5 мв. Градуированный компенсатор поляризации служит для проверки масштаба записи кривой рк и подгонки сопротивления канала СП, величина которого иа первом пределе при чувствительности панели 2,5 мкм должна равняться 4000 ом. Включение градуированного компенсатора поляризации и измерение полярности компенсирующей разности потенциалов производятся переключателем 63. Выключатель 64 «Галь- ванометр 1:1, выкл.» служит для выключения основного гальванометра при выходе блика светового луча за шкалу.
Рис. 116. Измерительная панель электронного потенциометра ПАСК-6.
57, 58 и 59 — ручки «Градуированный компенсатор поляризации» управления компенсатором поляризации; 62 — реостат установки тока в цепи градуированного компенсатора поляризации; 63 — переключатель полярности; 65 и 66 — ручки «Пределы» переключателей 67 и 68 пределов измерения первого и второго потенциометров; 69 и 70 — ручки «Шкалы» переключателей 71 и 72 типа регистрации кривых; 73 и 74 — выключатели компенсирующих элементов; 75 и 76 — переключатели «Нормализация» для эталонирования первого и второго-потенциометров; 77 и 78 — ручки «установка нуля» первого и второго потенциометров; 79 —■ ручка переключателя каналов; 80 — компенсационные элементы; 81 —элемент компенсатора поляризации; 82 — блоки конденсаторов; 83 — дроссели фильтра; 84 — катушки с сопротивлениями градуированного компенсатора поляризации; 85 — масштабное реле; 8 6 — колодки восьми- коитактпых муфт; 8 7 — гнезда для присоединения потенциометров к .градуированному компенсатору поляризации.
При записи кривых с электронным потенциометром устанавливается измерительная панель (рис. 116), па наружной стороне которой находятся ручки 65 и 66 «Пределы» переключателей 67 и 68 пределов первого и второго потенциометров, ручки 69 и 70 «Шкалы» переключателей 71 и 72 типа регистрации кривых (двухмасштабной и линейной), выключатели 73 и 74 компенсирующих элементов, переключатели 75 и 76 «Нормализация» для эталонирования прибора, ручки 77 и 78 «Установка нуля» потенциометров установки пуля. В верхней части панели находится ручка переключателя каналов 79 «КС, ПС+~, ПС~+», а в нижней части — ручки декад трехдекадного градуированного компенсатора поляризации 57, 58 и 59 «Градуированный компенсатор поляризации», ручка 62 реостата «Установка тока ГКП» установки тока в цепи компенсатора и выключатель с переключателем полярности 63. Устройство компенсатора аналогично устройству градуированного компенсатора поляризации измерительной панели фоторегистратора. На шасси панели закреплены: компенсационные элементы 80, элемент 81 компенсатора поляризации, блоки конденсаторов .82, дроссели 83 фильтра, катушки 84 с сопротивлениями градуированного компенсатора поляризации, масштабное реле 85, колодки 86 восьмикоитактных муфт; гнезда 87 для присоединения потенциометров.
.* Регистратор
В лаборатории станции ОКС устанавливаются фоторегистратор ФР-4 или электронный потенциометр ПАСК-6, описание которых было приведено выше.
Фоторегистратор станции ОКС отличается от фоторегистратора станции АКС параметрами гальванометров канала КС, собственная частота которых равна 130 гц и постоянная по току 60 мкаДсм.
Панель вспомогательного привода
На шасси панели вспомогательного привода (рис. 111 и 117) уставов плены: электродвигатель 88, соединенный с датчиком 89 автосинной пере-» дачи; синхронный мотор 90 марок времени; реле 91, питаемое от селенового выпрямителя 92; трансформатор 93 и колодки 94 восьмикоитактных муфт. На лицевой стороне панели выведены ручки: реостата 95 «Скорость увеличивается, привод», регулирующего скорость протяжки фотобумаги, переключателя 96 «ДГ, Вых. ПР» датчика глубин и датчика вспомогательного привода, выключателя 97 «Протяжка» вспомогательного привода, выключателя 98 «Самописец» питания потенциометра, и кнопка 99 «Метка» для нанесения моток.,.
Панель коллекторного ввода
На панели коллекторного ввода установлены гнезда «ЦЖК» «ОК» «3» для включения вилок, которыми заканчиваются провода от центральной жилы кабеля, оплетки кабеля, измерительного заземления и заземления приборов станции.
Силовой блок
Силовой блок станции ОКС имеет конструкцию, аналогичную конструкции силового блока лаборатории АКС/Л, и состоит из трансформатора мощностью 2,5 ква. Первичная обмотка трансформатора секционирована для подключения в промысловую сеть переменного тока с напряжением 127, 220, 380 и 500 в.
14 заказ 714.
Рис. 117. Панель вспомогательного привода лаборатории станции ОКС.5$ —электродвигатель вспомогательного привода; 89 — датчик автосинной передачи; 90 —Гсинхроппмй мотор марок времени; 91 — реле,; 92 — селеновый выпрямитель, питающий реле; 93 — трансформатор; 94 — колодки восьмиконтайтпых муфт; 86 — реостат регулировки скорости вращения электродвигателя (скорости протяжки бумаги); 96 — переключатель датчика глубин и датчика вспомогателиюто привода; 97 — выключатель вспомогательного привода; 98 — выключатель питания потенциометра;'99 — кнопка отметки метки.Рис. 117. Панель вспомогательного привода лаборатории станции ОКС.5$ —электродвигатель вспомогательного привода; 89 — датчик автосинной передачи; 90 —Гсинхроппмй мотор марок времени; 91 — реле,; 92 — селеновый выпрямитель, питающий реле; 93 — трансформатор; 94 — колодки восьмиконтайтпых муфт; 86 — реостат регулировки скорости вращения электродвигателя (скорости протяжки бумаги); 96 — переключатель датчика глубин и датчика вспомогателиюто привода; 97 — выключатель вспомогательного привода; 98 — выключатель питания потенциометра;'99 — кнопка отметки метки.**
Рис. 117. Панель вспомогательного привода лаборатории станции ОКС.
5$ —электродвигатель вспомогательного привода; 89 — датчик автосинной передачи; 90 —Гсинхроппмй мотор марок времени; 91 — реле,; 92 — селеновый выпрямитель, питающий реле; 93 — трансформатор; 94 — колодки восьмиконтайтпых муфт; 86 — реостат регулировки скорости вращения электродвигателя (скорости протяжки бумаги); 96 — переключатель датчика глубин и датчика вспомогателиюто привода; 97 — выключатель вспомогательного привода; 98 — выключатель питания потенциометра;
'99 — кнопка отметки метки.
Рис. 117. Панель вспомогательного привода лаборатории станции ОКС.
5$ —электродвигатель вспомогательного привода; 89 — датчик автосинной передачи; 90 —Гсинхроппмй мотор марок времени; 91 — реле,; 92 — селеновый выпрямитель, питающий реле; 93 — трансформатор; 94 — колодки восьмиконтайтпых муфт; 86 — реостат регулировки скорости вращения электродвигателя (скорости протяжки бумаги); 96 — переключатель датчика глубин и датчика вспомогателиюто привода; 97 — выключатель вспомогательного привода; 98 — выключатель питания потенциометра;
'99 — кнопка отметки метки.
*
*
Вторичная, также секционированная, обмотка имеет отводы с напряжением 18,25 и от 117 до 162 в (через каждые 5 в) и 220.в. На панели, прикрепленной к силовому трансформатору, находятся предохранители и вилочный переключатель секций первичной обмотки.
Силовая панель
На силовой панели (рис. 111 и 118) установлены: вольтметр 100 и амперметр 101 для измерения напряжения и силы тока во вторичной обмотке трансформатора; лампа 102, указывающая наличие напряжения; многопозиционный переключатель 103 для установки стандартного напряжения 127 в с точностью до ±2,5 в и предохранители 104.
.Контрольная панель■
Контрольная панель лаборатории ОКС однотипна контрольной напели лаборатории АКС (см. § 32, рис. 107). На лицевой стороне панели установлены: приборы, указывающие скорость передвижения кабеля 107 и его на-
Рис. 118. Силовая и входная панели станции ОКС-52.
100 — вольтметр; 101 — амперметр; 102 — контрольная лампа; 103 — переключатель напряжения; 10-1—плавкие предохранители; 105 — соединительная муфта для кабеля к подъемнику; 106 —то же, к блок-балаису; 120 —то же, к сети.
тяжепие 110; переключатель 111 датчиков натяжения; выключатель 112 контрольных приборов и ручка реостата 113 эталонирования датчика натяжений; выключатель магнитного уловителя 114 и сети 115; счетчик глубин 116 с ручкой сброса 117.
Сигнально-переговорное устройство
Сигнально-переговорное устройство (рис. 111 и 119), установленное- в лаборатории станции ОКС, состоит из сипгалыто-переговорпой панели XI и радиоприемника 116 типа «Нева» или «Москвич». На панели XI расположены: микрофон 117; ключ 118; «Антенна, микрофон» для переключения приемника от приема радиовещания на переговорное устройство; кнопка 119 для подачи сигнала лебедчику и сигнальная лампа 120 «Сигнал к лебедчику» для получения светового сигнала от блок-балаиса подъемника или лаборатории в случае аварии переговорного устройства. Переход от «Приема» па «Передачу» осуществляется ножным переключателем 124 (см. рис. 111)..
Зарядный выпрямитель в лаборатории ОКС однотипен выпрямителю лаборатории АКС/Л (§ 32, рис. 106).,
14*
Рис. 119. Сигнально-переговорное устройство.
116 — радиоприемник; 117 — микрофон; 118 — ключ переключенияприемника от радиоприема па переговорное устройство; 110 — кнопкаподачи сигнала лебедчику; 120 — сигнальная лампа для полученияответного сигнала от лебедчика; 122 — усилитель переговорного уст-ройства.
Входная панель
На входной панели XF (см. рис. 111 и 118) установлены соединительные муфты: двухкоитактпая 120 «Сеть» для подключения лаборатории к промысловой сети при помощи двухжильпого кабеля; двенадцатикоптактпая 106 «К блок-балаису» для подключения к лаборатории электрических приборов, расположенных у блок-баланса; двеиадцатикоитактпая 105 «К подъемнику» для соединения электрических схем лаборатории и подъемника и гнездо «3» «Заземление стенда».
Под выдвижным столиком XVI установлены лампы для подсветки столика копирования диаграмм и ящики для мелкого инструмента.
Смотка и размотка соединительных приводов, намотанных на пять катушек, установленных под диваном, производятся при помощи электродвигателя Г-21. Каждая из катушек при помощи пружинного замка подключается к валу, вращаемому электродвигателем (при смотке проводов), вращается свободно (при размотке проводов) или фиксирована в заданном положении (например, при переездах).
ЛАБОРАТОРИЯ ОКС-56
Разработанная заводом «Нефтеприбор» (Л. И. Померанц, Л. М. Есель- сон, A. PI. Каплунов и К. В. Тарасов) лаборатория ОКС-56 отличается от лаборатории ОКС-52 возможностью измерения большего числа геофизических параметров, а именно:
. 1) кажущегося сопротивления (в частности, с микрозондами) и потенциалов собственной поляризации с основным и малогабаритным скважинными снарядами; .
температуры одножильным скважинным термометром;
Рис. 120. Стенд лаборатории станции ОКС-56.
Г — панель выпрямителя; II — генераторная панель; III — панель электрометрии; IV — панель термометрии и каверномера; V — автоматический двухкаиальный электронный потенциометр ПАСК-9; VI— панель радиометрии; VII— силовая панель; VIII— силовой блок; IX — панель перегопорпого устройства; X — контрольная панель.
интенсивности естественного и нейтронного гамма-излучений и других радиоактивных излучений по схемам с одножильным кабелем;
.4) диаметра скважины;
угла и азимута искривления скважины инклинометром ИШ-4.
С этой целью станция комплектуется дополнительными панелями радиометрии и термометра-каверномера.
Регистрация измеряемых параметров производится электронным потенциометром ПАСК-9, конструкция которого, за исключением измерительной панели, аналогична конструкции потенциометра ПАСК-8 (см. § 26). Выпрямитель и генератор имеют несколько отличную схему, чем в станции
ОКС-52, и иное расположение измерительных приборов. На рис. 120 изображен стенд лаборатории ОКС-56; назначение панелей указано в подрисупоч- ной подписи. ■
КОМПЛЕКСНЫЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ЛАБОРАТОРИИ
Необходимость применения широкого комплекса геофизических методов исследования скважин для наиболее полного и обоснованного бескерпового изучения горных пород и минимальной задержки скважин при этих исследованиях потребовала создания устройств для одновременных замеров в скважинах наибольшего числа изучаемых параметров.
К числу одного из первых таких устройств относится схема комплексных измерений в скважинах на семижильном кабеле В. Н. Дахпоиа, В. Ф. Печерпикова и Г. С. Морозова.
В отличие от ранее предложенных схем одновременной регистрации нескольких параметров, как, например, замера кажущегося сопротивления и потенциалов собственной поляризации пород. (К. Шлумборжс), кажущегося сопротивления, потенциалов собственной поляризации пород и искривления скважин при остановках (В. П. Пигров), схемы одновременного замера кажущеюся сопротивления, сопротивления заземления и потенциалов собственной поляризации пород (фирмы Лайн Веллс) и других, схема с семижильным кабелем дает возможность за одну спуско-подъемную операцию производить регистрацию до шести различных параметров.
ПРИНЦИПИАЛЬНЫЕ СХЕМЫ ИЗМЕРЕНИЯ С СЕМИЖИЛЬНЫМКАБЕЛЕМ '
■ Комплект измерительных приборов опускается в скважину па семижильном бронированном кабеле (рис. 121). ■
Регистрация кривых производится шестые автоматическими потенциометрами 271—Лв. ■ ■
Из большого числа различных вариантов схем для одновременной регистрации кривых измеряемых параметров, которые могут быть выполнены с этой установкой, можно указать, например, на четыре следующие схемы.
Схема комплексного исследования скважинметодом бокового электрического зондирования
При использовании схемы комплексного исследования скважин методом бокового электрического зондирования в скважине может быть использован довятиэлектродпый зопд (рис. 121, а\. Электроды Эг—Эо зонда при помощи муфты 9 с установленным в пей иереключителом 10, управляемым поляризованным' электромагнитным реле 11, и переключателем 12, присоединяются к жилам 1—7 семижильного кабеля с бронированной стальной оплеткой 8. Питание зонда осуществляется от источника тока 13. Питающий коллектор пульсатора Ко преобразует постоянный ток источника в пульсирующий ток переменного направления.
При. спуске зонда в скважину (левые положения переключателей 10 и 14?) ток по жилам кабеля 2 и 3 подводится к электродам Si и S8 четырехэлектродпого восьмимотро- вого зонда а17,9Ж),2Ж,(Ж Разность потенциалов между электродами So и S7 подается на поверхность по жилам кабеля 4 и 5, где регистрируется самопишущими потенциометрами 7^ (кривая градиента потенциала собственной поляризации пород) и Па (кривая кажущегося сопротивления q^. '
Самопишущим потенциометром 773, соединенным жилой 1 кабеля с электродом S8, расположенным внутри полости резистивиметра в непосредственной близости от электрода Sa, производится запись кривой сопротивления g0 глинистого раствора.
Потенциалы собственной поляризации пород измеряются самопишущим потенциометром Я8, присоединенным к электроду N, установленному па поверхности, и через жилу 6 кабеля к электроду Э4 зонда. Самопишущий потенциометр П5 компенсирует потенциалы искусственного электрического поля.
При подъеме переключатель 14 и переключатель 10 с релейным механизмом 11 •переводятся в крайнее правое положение, при котором одновременно измеряются кажущиеся сопротивления пятью следующими зондами:
зондом МО,440,25 — электроды метр Щ;зондом Ж), 940,25 — электроды метр П6;зондом Ml,940,2В — электроды метр П4;зондом М3,940,25 — электроды метр Па;зондом М7,940,25 — электроды метр Па и потенциалы собственной ползондом МО,440,25 — электроды метр Щ;зондом Ж), 940,25 — электроды метр П6;зондом Ml,940,2В — электроды метр П4;зондом М3,940,25 — электроды метр Па;зондом М7,940,25 — электроды метр Па и потенциалы собственной пол5В, Эо и Э71 жилы кабеля 7, 2 и 3, потеицио- Э4, Эв иЭ7, жилы кабеля 6, 2 и 3, потеицио- Эа, Эд и S7, жилы кабеля 5, 2 и 3, потенцио- Эа, Эд и Э-;, жилы кабеля 4, 2 и 3, потепцио- 9V Эд и Э,, жилы кабеля 1, 2 и 3, потенцио- эизации пород потенциометром Пг.5В, Эо и Э71 жилы кабеля 7, 2 и 3, потеицио- Э4, Эв иЭ7, жилы кабеля 6, 2 и 3, потеицио- Эа, Эд и S7, жилы кабеля 5, 2 и 3, потенцио- Эа, Эд и Э-;, жилы кабеля 4, 2 и 3, потепцио- 9V Эд и Э,, жилы кабеля 1, 2 и 3, потенцио- эизации пород потенциометром Пг.Рис. 121. Принципиальные схемыРис. 121. Принципиальные схемыизмерений с комплексной семижильнойизмерений с комплексной семижильнойстанцией.станцией.
зондом МО,440,25 — электроды метр Щ;
зондом Ж), 940,25 — электроды метр П6;
зондом Ml,940,2В — электроды метр П4;
зондом М3,940,25 — электроды метр Па;
зондом М7,940,25 — электроды метр Па и потенциалы собственной пол
зондом МО,440,25 — электроды метр Щ;
зондом Ж), 940,25 — электроды метр П6;
зондом Ml,940,2В — электроды метр П4;
зондом М3,940,25 — электроды метр Па;
зондом М7,940,25 — электроды метр Па и потенциалы собственной пол
5В, Эо и Э71 жилы кабеля 7, 2 и 3, потеицио- Э4, Эв иЭ7, жилы кабеля 6, 2 и 3, потеицио- Эа, Эд и S7, жилы кабеля 5, 2 и 3, потенцио- Эа, Эд и Э-;, жилы кабеля 4, 2 и 3, потепцио- 9V Эд и Э,, жилы кабеля 1, 2 и 3, потенцио- эизации пород потенциометром Пг.
5В, Эо и Э71 жилы кабеля 7, 2 и 3, потеицио- Э4, Эв иЭ7, жилы кабеля 6, 2 и 3, потеицио- Эа, Эд и S7, жилы кабеля 5, 2 и 3, потенцио- Эа, Эд и Э-;, жилы кабеля 4, 2 и 3, потепцио- 9V Эд и Э,, жилы кабеля 1, 2 и 3, потенцио- эизации пород потенциометром Пг.
Рис. 121. Принципиальные схемы
Рис. 121. Принципиальные схемы
измерений с комплексной семижильной
измерений с комплексной семижильной
станцией.
станцией.
■а — схема бокового электрического зондирования; б — то же, стандартных методов; в — то же, изуче- ' пня технического состояния скважин; г — то же, микроисследований скважин.
Их— Па — потенциометры; Ко — Кв— коллекторы пульсатора; А, В, Э, М и И— электроды и заземления зондов; 1—7 — жилы кабеля; 8 — броня кабеля; 9 — муфта скважинного переключателя; 10, 12, 14, 20, 21, 22 и 23 — переключатели; 11 — реле; 13 и 13' — генераторы; 15.— прибор гамма- и нейтронного гамма-методов; 16 — разделительное устройство; 17 — термометр или каверномер;
18 — инклинометр; 19 — пульт управления инклинометром; 24 — регулятор экранного тока.
Схема для комплексного исследования скважин стандартными методами
При комплексном исследовании скважин стандартными методами (рис. 121, б) оз скважину опускается потенциал- или градиент-зонд ВАМ. Питание зонда производится от источника тока 13 по жилам кабеля 2 и 3. Падение напряжения, созданного сопротивлением горных пород, и разность потенциалов собственной поляризации измеряются самопишущими потенциометрами Яг и Пх, подключенными к жиле кабеля 1. Зоид соединяется со сважинпым снарядом 15 гамма- и нейтронного гамма-методов. Питание снаряда 15 и прием сигналов производятся по жиле кабеля 4, сигналы на поверхности усиливаются, разделяются устройством 16 и регистрируются потенциометрами Па и П4. Жилы кабеля 5,6 и 7 используются для термометра или каверномера 17. Температура или диаметр скважины измеряются потенциометром ЯБ. Вариантом схемы (рис. 121, б) является схема с фотоипклипометром 18 и 19 (пунктир), подключенным к одному из проводов каверномера или термометра. '
Схема для" изучения технического состояния скважины и измерения угла ' падения пород ■
В схеме изучения технического состояния скважин (рис. 121, о) жилы кабеля 1, 2 и 3 присоединяются к трем электродам МХ1 Ма и Ма пластового наклономера, запись показания которого производится при помощи потенциометров Пг, П2 и Па. В жилу 4
включен фотоипклиномотр 18, отметки экспозиции которого отмечаются прибором П4. Управление инклинометра сосредоточено в пульте 19. Жилы кабеля 5, 6 и 7 используются для каверномера 17. Регистрация диаметра скважин производится потенциометром ПГ).
. Схема для микроисследований разрезов скважин
При микроисследовапиях скважин (рис. 121, г) при спуске зонда потенциометрами lit и Я2 (с использованием жил кабеля 1, 2 и 3) производится замер потенциалов вызванной поляризации и кажущегося сопротивления микропотенциал-зопдом. Зонд питается от источника тока 13. При помощи потенциометров П3, II5 и П6, соединенных с жилами кабеля 4, 6 и 7, измеряются кажущиеся сопротивления двух микрозондов ВАМгМ3 и Д/Ша (приборы П3 и Л6) и потенциала собственной поляризации пород (прибор Яй). При этом переключатели 20, 21 и 22 находятся в левом положении. При подъеме зонда поляризованное реле 11, находящееся в коробке 9 и управляемое ключом 23 и переключателем полярности 12, переводит контакты переключателя 21 по схеме в правое положение. Жилы кабеля отключаются от микрозондов и приключаются к экранированному зонду ЭНгМхАМ^йЭ с управляемым током. В этом случае схема комплексных измерений будет следующей (переключатели 20 и 22 установлены в правом и переключатель 23 — в левом положении). Приборы Я, иЯ2 измеряют потенциалы вызванной поляризации с током противоположного направления или другой силы.. Прибор IIй измеряет потенциал собственной поляризации пород, прибор Я6 — сопротивления экранированного заземления и прибор Я4 — соотношение токов в цепях экранирующих и экранированного заземлений, необходимое соотношение между которыми поддерживается при помощи регулятора 24. .
Приведенные схемы не исчерпывают всех возможных вариантов одновременной регистрации изучаемых параметров. Используя семижильный кабель и измерительную лабораторию с шестью автоматическими потенциометрами, можно составить большое число других схем измерений. Применение каждой из этих схем определяется рациональным комплексом методов, используемых в дампом районе для бескерповой геологической документации разрезов скважин и изучения их технического состояния.
Для проведения комплексных исследований Конструкторским бюро нефтяного приборостроения выпущена автоматическая станция АЭКС-7.
КОМПЛЕКСНАЯ АВТОМАТИЧЕСКАЯ СТАНЦИЯ АЭКС-7
На стенде станции (рис. 122), установленном близ передней стенки закрытого кузова автомашины ГАЗ-63, расположены: шестиканальпый электронный самопишущий потенциометр I, центральная измерительная панель II, панель вспомогательного привода III, токовая панель IV, пульсаторная панель V, панель переключения VI (распределительная панель), силовой блок VII, силовая панель VIII, блок выпрямителя IX, зарядная панель X, контрольная панель XI, приемник XII, входная панель XIII, гнездо XIV панели дополнительных приборов, блок подогрева XV, вентилятор XVI и часы XVII. .
Конструкции силового блока, силовой панели, блока выпрямителя, зарядной, входной и контрольной панелей и блока подогрева лаборатории станции АЭКС-7 аналогичны конструкциям перечисленных блоков и панелей лаборатории станции АКС/Л-51 (см. § 32); панель вспомогательного привода однотипна панели в станциях ОКС, укомплектованных самопишущим потенциометром ПАСК-6 (см. § 34). Поэтому описание перечисленных узлов, шестиканального электронного потенциометра, (см. § 27) и пятиканальпого пульсатора (см. § 30), разобранных выше, опускается. Центральная измерительная и токовая панели и панель переключений, конструктивно отличающиеся от аналогичных панелей одножильной и трехжильпой станций, имеют следующее устройство. .
Центральная измерительная панель .
Центральная измерительная панель разделена на восемь секций, на которых расположены вспомогательные узлы управления шестью потенциометрами и два градуированных компенсатора поляризации. На каждой из. четырех секций, находящихся в верхней части панели: «I канал», «II канал».
«III канал» и «IV капал», установлены слева направо; переключатель полярности «Полярность» потенциометра, ручка «Делитель» переключателя делителя измеряемого напряжения, ручка «Демпфирование» управления демпфирования потенциометра, ручка потенциометра и выключатель «Компенсатор ■ поляризации» неградуированпого компенсатора поляризации. На каждой из следующих двух секций «V канал» и «VI канал» установлены слева направо: переключатель «Полярность» изменения полярности потенциалов V и VI каналов, ручка «Делитель» (только у V канала) переключателя делителя измеряемого напряжения, ручка «Демпфирование» управления демпфированием^ потенциометра, ручка реостата «Регулирование тока» управления, силой тока в цепи градуированного компенсатора поляризации, расположенного ниже. Управление каждого из градуированных компенсаторов поляризации ГКП-I и ГКП-П включает ручку выключателя и переключателя полярности и ручки «9 X 0,5»; «9 х 5» и «9 X 50» декадных магазинов градуированного компенсатора поляризации.
Токовая панель
На токовой панели установлены два измерительных прибора для измеро-- пия тока в цепях питания А и А' «Ток цепи А» и «Ток цепи А'», контрольные шунты «Контрольный шунт цепи А» и «Контрольный шунт цепи А'» в этих цепях, переключатели « —, ~» для включения приборов в цепи постоянного и переменного токов и декадные магазины «Регулировка тока цепи А» с сопротивлением 9 X 50 и 9 X 500 ом в канале цепи А, декадные магазины «Регулировка тока цепи А'» 9 X 50, 9x500 и 4 X 5000 в цепи А' и головки «Плавно» реостатов для плавного регулирования силы тока.
Распределительная панель
Распределительная панель представляет собой систему двух взаимно- перпендикулярных шин; к одной — горизонтальной системе — подведены клеммы от измерительных приборов, приборного заземления и выходов цепи питания. Сверху вниз шины имеют следующие названия: В, Зп, Мв, Ne) N6l Мм N41 М^ N3, Мй1 У2, Mt, N^B', А * и А.
Первые пять шип вертикальной системы (слева направо) ПСХ—ПС^_ служат для последовательного соединения приборов при одновременных измерениях сопротивления и потенциалов собственной поляризации. К еле- ■ дующим шинам присоединены семь жил кабеля 1—7 и броня (шина Бр).. Последние шесть шин 3, NXl Nz, N3, N4 и N6 соединяются с поверхностными; заземлениями.
На рис. 123 приведена электрическая схема подключения потенциометров I и VI каналов к пульсатору и включения токовой и распределительной панелей. Включение потенциометров И, Ш, IV и V каналов, аналогичное? включению потенциометра I канала, на схеме не приводится.
Комплексная измерительная лаборатория на одножильном кабеле
Комплексная измерительная лаборатория на одножильном кабеле, разработанная Институтом машиноведения и автоматики АН УССР под руководством В. Н. Михайловского, предусматривает возможность одновременной регистрации восьми кривых кажущегося сопротивления и кривой потенциалов собственной поляризации.
Измерительное устройство представляет собой десятиканальную частотную телеизмерительную систему. Питание зонда осуществляется от лампового генератора переменного тока частоты 400 г^.
Разности потенциалов, возникающие на электродах М и N, при помощи .входных трансформаторов приводятся к значениям одного порядка и далее подаются на электронный коммутатор. Последний подключает циклически на время, равное 1/200 сек., каждое из измеряемых напряжений на вход ча- •стотного мультивибратора. Таким образом, частота следования импульсов по каждому из каналов равна 20 а^.
Измеряемые напряжения преобразуются частотным мультивибратором в напряжение частоты 30—70 ка^ и после усиления по мощности подаются на центральную жилу кабеля. На поверхности поступающие сигналы отфильтровываются от низких частот, усиливаются и детектируются частотным дискриминатором. Далее вновь усиливаются и подаются па электронный коммутатор, который распределяет импульсы по входам каждого из каналов. Измеряемые параметры записываются многоканальным фоторегистратором. Синхронизация электронного коммутатора на поверхности с коммутатором в скважинном снаряде производится по пикам напряжений переходных процессов, возникающих в мультивибраторе при его опрокидывании. Эти напряжения отфильтровываются полосовым фильтром на входе измерительного устройства и управляют селекторными импульсами напряжений коммутатора.
Измерительная установка • снабжена устройством для автоматического .регулирования тока питания зонда.
Г Л А В А IV
. ОБОРУДОВАНИЕ
Для геофизических исследований скважин производственные партии, кроме измерительной аппаратуры, должны иметь специальное оборудование, к которому относятся: 1) источники электрического тока для питания измерительных установок; 2) кабель для опускания этих установок в скважину, подвода к ним тока и присоединения наземной измерительной аппаратуры; 3) подъемники, при помощи которых производится спуск и подъем кабеля; 4) блок-балансы для направления кабеля в скважину с устройствами для измерения глубин спуска и натяжений кабеля; 5) грузы, облегчающие спуск кабеля в скважину; 6) ремонтный инструмент; 7) транспортные средства.
Для производства отдельных методов требуются, кроме того, дополнительные устройства: зонды и переключатели зондов при электрических методах исследования скважин, снаряжение газометрических лабораторий, контейнеры для транспортировки источников нейтронов и др. [14],
' § 36. ИСТОЧНИКИ ТОКА
Питание измерительных устройств, применяемых при геофизических исследованиях скважин, производится от батареи сухих элементов, аккумуляторов, генераторов постоянного и переменного тока и от переменного тока промышленной сети. Для преобразования переменного тока в постоянный используются ламповые и полупроводниковые выпрямители*
' Батареи сухих элементов
При геофизических. исследованиях скважин применяются батареи из сухих гальванических элементов 29-ГРМЦ-13, что означает геолого-разведочная маргаицево-цинковая батарея, начальное напряжение 29 в, емкость 13 а-ч (старая марка Б-30) и 69-ГРМЦ-6 (старая марка Б-72).
Положительный электрод элемента представляет собой угольный стержень, на конце которого закреплен контактный колпачок. Угольный стержень помещен в полотняный мешочек, заполненный смесью перекиси марганца и порошка графита. В элементах воздушной деполяризации угольный стержень окружен деполяризующей массой из смеси графита, перекиси марганца и активированного угля, поглощающего кислород из воздуха.
Положительный электрод помещается в цинковый сосуд квадратной или круглой ■формы, который одновременно является отрицательным электродом элемента. Электролитом служит коллоидный (на аграр-агаро или мучном клейстере) раствор хлористого аммония (NH4C1) и хлористого кальция (СаС12). Хлористый кальций предотвращает быстрое высыхание раствора. Цинковый сосуд заключается в картонную парафинированную коробку и сверху заливается изоляционной массой, в которую вставляется трубка для притока кислорода воздуха и отвода в атмосферу газов, образующихся при работе элемента.
Батарея 29-ГРМЦ-13 составлена из 20 сухих элементов. Элементы соединены в две секции (по 10 элементов в каждой), концы которых подве-
Рис. 124. Общий вид и репних соединенийРис. 124. Общий вид и репних соединенийI — батарея 29-ГРМЦ-13 батарея 69-ГРМЦ-6I — батарея 29-ГРМЦ-13 батарея 69-ГРМЦ-6схемы в пут- батарей.схемы в пут- батарей.(В-30); II — (Б-72).(В-30); II — (Б-72).
Рис. 124. Общий вид и репних соединений
Рис. 124. Общий вид и репних соединений
I — батарея 29-ГРМЦ-13 батарея 69-ГРМЦ-6
I — батарея 29-ГРМЦ-13 батарея 69-ГРМЦ-6
схемы в пут- батарей.
схемы в пут- батарей.
(В-30); II — (Б-72).
(В-30); II — (Б-72).
деиы к распределительной панели (рис. 124, ,/). Секции батарей по желанию» могут быть соединены последовательно или параллельно. При последовательном соединении секций (схема а) э. д. с. батарей 29 в и максимально допустимый ток (в условиях длительного разряда) 0,5 а. При параллельном соединении (схема б) э. д. с. батареи равна 14,5 в-и максимально допустимая сила тока при длительном разряде 1 а. Батсрея 29-ГРМЦ-13 имеет емкость
13 а-ч, начальный ток короткого замыкания 15 а, габариты 342 Х287 Х200 лмц вес 20 кг.
Кроме указанных батарей 29-ГРМЦ-13, заводы выпускали также более тяжелые батареи Б-30 со следующей характеристикой: напряжение 30/15 в, максимальный разрядный ток. па секцию 0,5 а, емкость 20 а-ч, габаритный размеры 411 X 336 X 244 мм, вес 28 к?.
Батарея 69-ГРМЦ-6 состоит и» 48 элементов. Элементы соединены в две секции по 24 элемента в каждой (рис. 124, Пу Секции батарей по желанию могут быть соединены последовательно (схема а) или параллельно (схема 6Y При последовательном соединении начальная э. д. с. батареи равна 69 в и максимально допустимая сила длительного разрядного тока 0,2 а. При параллельном соединении начальная э. д. с.. батареи равна 34,5 в. При этом соединении максимальная сила длительного' разрядного тока допускается до 0,4 а.. Батарея 69-ГРМЦ-6 имеет емкость 6 а-ч, габариты 450 X 36 0 X 160 мм, вес 26 кг. Батарея 69-ГРМЦ-6 применяется при геофизических исследованиях скважин лишь в тех случаях, когда для питания измерительных устройств требуются небольшие токи высокого напряжения.
При эксплуатации батарей, собранных из: сухих элементов, необходимо соблюдать слодую- щис правила.
Батареи должны работать при возможно малом токе и во всяком случае при токах, не превышающих указанные выше значения максимальной силы длительного разрядного тока.
Не допускать короткого замыкания батарей.
Параллельное соединение батарей и секций разрешается лишь в тех случаях, когда напряжение Е и рабочий ток Тр различаются не более чем па 5%. 13 противном случае батареи с болое высокими значениями Е и Гр будут разряжаться па батарею с наиболее низкими величинами Е и Гр и в короткий промежуток времени снизят свою характеристику до характеристики паихудшей секции.
При работе в сырую погоду батареи необходимо защищать от влаги и тщательно смазывать их панели вазелином. Хранить батареи следует в сухом помещении.
Предохранять батареи от ударов, под действием которых 'ломаются угольные, стержни элементов и батарея приходит в негодность.
Аккумуляторы
Аккумуляторы по сравнению с батереями сухих элементов обладают рядом преимуществ; они дают значительно более устойчивые разрядные токи и их работоспособность может быть многократно восстановлена зарядкой.
ОБОРУДОВАНИИ
К недостаткам аккумуляторов следует отнести их большой вес, дороговизну и необходимость хорошей изоляции. При геофизических исследованиях скважин применяются свинцовые и щелочные кадмиево-никслевые аккумуляторы. Щелочные аккумуляторы лучше переносят перевозку и менее чувствительны к перегрузке разрядными токами большой силы. Аккумуляторы
применяются для питания мотора пульсатора, подмагничивания магнитных систем гальванометров фоторогистратора и иногда для питания инклинометров и других измерительных приборов.
ааРис. 125 Схема зарядки аккумуляторов.Рис. 125 Схема зарядки аккумуляторов.Электроды щелочного аккумулятора состоят из нескольких соединенных между собой железных никелированных рамок с вставленными в них тонко- перфорированными никелированными обоймами. Обоймы заполнены активной массой. Активная масса анода разряженного элемента состоит из гидрата
а
а
Рис. 125 Схема зарядки аккумуляторов.
Рис. 125 Схема зарядки аккумуляторов.
закиси никеля с примесью графита. Активной массой катода является смесь гидратов закиси кадмия и закиси желоза. Электролитом служит 30%-ный раствор едкого калия. Электроды и электролит помещены в железный сосуд прямоугольной формы. Сродное напряжение щелочного кадмиево-пиколевого аккумулятора при разряде 1,23 в на элемент. Минимально допустимое напряжение для щелочных аккумулято-
а — от зарядного генератора; б — от выпрямителя лаборатории АКО /Л.АВ — аккумуляторная батарея; Г — генератор постоянного тока; BGi — выпрямитель селеновый; А и Ai — амперметры; V — вольтметр; В и By — выключатели; R — реостат регулировки зарядного тока; ШП — то же, шунтовой в цепи возбуждения генератора; Hi — шунт амперметра; ШР — штепсельная розетка на напряжение 12 в постоянного тока; Яр, Пр-x и Яра — плавкие предохранители; Hi — восьмикоптактная соединительная муфта.а — от зарядного генератора; б — от выпрямителя лаборатории АКО /Л.АВ — аккумуляторная батарея; Г — генератор постоянного тока; BGi — выпрямитель селеновый; А и Ai — амперметры; V — вольтметр; В и By — выключатели; R — реостат регулировки зарядного тока; ШП — то же, шунтовой в цепи возбуждения генератора; Hi — шунт амперметра; ШР — штепсельная розетка на напряжение 12 в постоянного тока; Яр, Пр-x и Яра — плавкие предохранители; Hi — восьмикоптактная соединительная муфта.ров принимается при разряде равным 1 в и в редких случаях 0,9—0,8 в на элемент. При заряде напряжение па каждый аккумулятор доводят до 1,85 в. В свинцовых аккумуляторах катодом служит губчатый свинец, анодом — свинцовые решетки, заполненные окисью свинца; электролитом — серная кислота удельного веса 1,15—1,20.
а — от зарядного генератора; б — от выпрямителя лаборатории АКО /Л.
АВ — аккумуляторная батарея; Г — генератор постоянного тока; BGi — выпрямитель селеновый; А и Ai — амперметры; V — вольтметр; В и By — выключатели; R — реостат регулировки зарядного тока; ШП — то же, шунтовой в цепи возбуждения генератора; Hi — шунт амперметра; ШР — штепсельная розетка на напряжение 12 в постоянного тока; Яр, Пр-x и Яра — плавкие предохранители; Hi — восьмикоптактная соединительная муфта.
а — от зарядного генератора; б — от выпрямителя лаборатории АКО /Л.
АВ — аккумуляторная батарея; Г — генератор постоянного тока; BGi — выпрямитель селеновый; А и Ai — амперметры; V — вольтметр; В и By — выключатели; R — реостат регулировки зарядного тока; ШП — то же, шунтовой в цепи возбуждения генератора; Hi — шунт амперметра; ШР — штепсельная розетка на напряжение 12 в постоянного тока; Яр, Пр-x и Яра — плавкие предохранители; Hi — восьмикоптактная соединительная муфта.
Зарядка аккумуляторов производится по схемам, изображенным на рис. 125.
Электролит должен быть приготовлен на дистиллированной воде. При приготовлении электролита и заливке аккумуляторов нужно соблюдать меры предосторожности, так как растворы едкого калия и серной кислоты при попадании па ткани ’ разрушают их и оставляют ожоги на теле.
Ламповые выпрямители
Ламповые электронные (кенотронные) и ионные (газотрониыо) выпрямители или вентили одно время широко применялись для питания инклинометров и в некоторых случаях для зондов, с которыми производится измерение кажущегося сопротивления в скважинах.
Так как ламповые выпрямители в настоящее время почти повсеместно вытеснены более удобными полупроводниковыми выпрямителями, то описание ламповых выпрямителей в настоящей работе не приводится; интеро- •сующиеся читатели могут ознакомиться с ними в ранее вышедших руководствах [5, 13, 79].
Полупроводниковые выпрямители
Из полупроводниковых выпрямителей в практике промысловой геофизики широкое применение получили двухполупсриодные мпогосекциошше селеновые выпрямители с питанием от серии вторичных обмоток w„ силового трансформатора Т по схеме, приведенной на рис. 126. Такой выпрямитель даст возможность получать па выходе различные напряжения от 2 до 250 в в зависимости от числа последовательно включенных групп селеновых вентилей Вг—В10 при силе тока до 2 а.
Каждый элемент селенового выпрямителя представляет собой две металлические пластины — электроды, между которыми помещен селеновый полу»
Рис. 126. Схема селенового выпрямителя измерительных промысл ов о-ге оф из ических л аб ор ат ор ий
Т-р — трансформатор; wi — первичная обмотка трансформатора; wa — вторичные обмотки; Bi — Вю —секции селеновых столбов (вентили); П — переключатель выпрямленного напряжения; Щ и С2 — конденсаторы фильтра;.
D — дроссель фильтра.
проводник. На поверхности полупроводника в результате специальной1 обработки создаются два слоя: тонкий, запирающий слой толщиной Юг*4 — 10—6 мм высокого сопротивления и более толстый слой нормальной электропроводности.
Если к электроду, соприкасающемуся со слоем селена нормальной; электропроводности, приложить положительный потенциал, а к электроду, прилегающему к запирающему слою, — отрицательный потенциал, то элскт- троны будут двигаться от слоя малой проводимости в слой высокой проводимости. При этом в запирающем слое создается ряд дополнительных вакантных энергетических уровней, повышающих электропроводность полупроводника. При изменении полярности напряжения, приложенного к электродам- выпрямителя, электроны будут передвигаться от слоя с нормальной проводимостью в запирающий слой пониженной проводимости. При таком включении электроны, заполняя вакантные энергетические уровни, увеличивают сопротивление и ограничивают возможность дальнейшего точения тока.
Для получения двухполупериодного выпрямления селеновые вентили соединяются по схеме со средней точкой а, питающей обмотки трапсформа-
тора (вентили Вг —В4 на рис. 126), или по схеме моста cdef (вентили В5~В^, на рис. 126). Из этих схем видно, что в течение каждого полупериода переменного тока селеновые вентили будут пропускать ток и во внешней цепи возникнет ток постоянного направления.
Для сглаживания пульсации выпрямленного тока па выходе выпрямителя устанавливается фильтр, состоящий из дросселя D и двух конденсаторов, и С2.
Генераторы переменного и постоянного тока
Рис. 127. Схема электрических соединений синхронного генератора типа АПИ.Рис. 127. Схема электрических соединений синхронного генератора типа АПИ.ОВ — обмотка возбуждения генератора; Г —генератор; Я — входная панель; ШР —шунтовой реостат.ОВ — обмотка возбуждения генератора; Г —генератор; Я — входная панель; ШР —шунтовой реостат.Генераторы переменного тока применяются для питания сети измерительных лабораторий и самоходных подъемников промыслово-геофизических станций. Для этих целой используются передвижные электростанции. ЭСЛ-3/2, в которых бензиновый двигатель Л-3 или Л-3/2 спарен с однофазным генератором переменного тока с самовозбуждением АПН-10. В болео мощных генераторных группах устанавливается бензиновый двигатель Л-6, спаренный с однофазным генератором: переменного тока АПН-28,5 или АПН-45. Основные данные о генераторах АПН-10, АПН-28,5 и АПН-45 приведены в табл. 12. Электрическая схема соединений генератора показана па рис. 127.
Рис. 127. Схема электрических соединений синхронного генератора типа АПИ.
Рис. 127. Схема электрических соединений синхронного генератора типа АПИ.
ОВ — обмотка возбуждения генератора; Г —генератор; Я — входная панель; ШР —шунтовой реостат.
ОВ — обмотка возбуждения генератора; Г —генератор; Я — входная панель; ШР —шунтовой реостат.
Четырехтактный одноцилиндровый бензиновый двигатель Л-3 (Л-3/2 и
Л-6), с которым спарен генератор, имеет водяное охлаждение и зажигание от магнето высокого напряжения. Двигатели Л-3 и Л-6 снабжены центробежным регулятором, управляющим дроссельной заслонкой. Регулятор поддерживает число оборотов двигателя постоянным (1500 об/мин^ при. котором обеспечивается частота переменного тока 50 г^ и (при нормальном! возбуждении) напряжение на клеммах генератора 120 в.
Генераторы постоянного тока применяются иногда для питания инклинометра и зондов. Для этого обычно используются генераторы ПН-2,5 или ПН-5 напряжения 230 в с шунтовым возбуждением и мощностью 0,15 — 1 кет. (табл. 12). Генераторы обычно приводятся в движение от асинхронного двигателя, двигателя автомашины, через трансмиссионный вал лебедки, или (при генераторах малой мощности) непосредственно от вентиляторного шкива автомобильного двигателя. В настоящее время генераторы постоянного тока заменены болео удобными в эксплуатации селеновыми выпрямителями, питаемыми от .сети переменного тока. Такая замена дает возможность:
'J) применить переменный ток для питания вспомогательных устройств измерительной лаборатории и самоходного подъемника (автосиниая передача, радиосвязь и др.);
использовать при наличии энергию промысловой сети;
получить от секционного выпрямителя широкий диапазон напряжений постоянного тока, необходимых для питания измерительных установок,, применяемых при геофизических исследованиях скважин.
Таблица 12
Генераторы, применяемые при геофизических исследованиях скважин
' Параметры
Марка генератора
АШМО
АПН-28,5
АПН-45
ПИ-2,5
ПИ-5
Характеристика тока . . .
Число фаз
Возбуждение
Напряжение, в
Мощность, кеа
Максимальная сила тока, а
Номинальное число оборотов в минуту
Общая длина, мм
Ширина, мм
Расстояние между центрами крепежных отверстий, мм; по длине
» ширине
Высота оси, мм
Вес, кз
■ Область использования . .
Переменный, 50 зц
Постоянный
'Однофазный
Шунтовое
120 0,85
7
1500 494 270
240
210
140
60
Для п изморите самоход!
120 1,7 14
1500
90
итания сило льных лабор ых подъем пт
120
2,25
19,6
1500
565
320
275
245
170
117
вой сети
аторий и
шов
230 0,25-0,7 0,65—3
2870 310 184
130 145 100 18,5
Для питг номотров, 3 рядки ак] (применяют новках стар ций)
230 0,5—1 2,1—4,3
2870 419 230
210 180 118
42
пия инкли- опдов и за- {умуляторов ся ' в уста- .IX конструк-
§ 37. КАБЕЛИ И СОЕДИНИТЕЛЬНЫЕ ПРОВОДА
При геофизических исследованиях скважин для спуска и подъема «скважинных приборов, подвода к ним тока и присоединения измерительной аппаратуры, установленной ’ на поверхности, применяются специальные электрические кабели.
По условиям эксплуатации кабель для геофизических исследований ■скважин должен иметь:
высокое механическое сопротивление разрывным усилиям, возникающим при подъеме из скважины измерительных приборов, вследствие большого их веса и веса кабеля и в особенности вследствие возможных прихватов приборов обвалившимися породами; .
низкое электрическое сопротивление жил;
высокое электрическое сопротивление изоляции, мало изменяющееся при повышении давления, температуры и содержания в среде, окружающей кабель, солей и нефти;
достаточно высокую эластичность, позволяющую наматывать кабель на лебедку и пропускать его через блок-баланс без боязни повредить его жилы и изоляцию. " •
Кабели, выпускаемые отечественными заводами для геофизических исследований скважин, основные данные о конструкции которых и области использования приведены в табл. 13, разделяются па три группы: кабели с хлопчатобумажной оплеткой; кабели, запрессованные в резиновый шланг,
ЧП 8BHB8 ер
Кабели для промыслойо-геофизпческих работ
Наименование и область применения кабеля
Кабель трехжильный в пропитанной льняной или джутовой оплетке. Разрывное усилие до 1 пг. Применяется для исследования скважин глубиной до 700 л» (при растворах небольшого удельного веса) и для наращивания нижнего конца кабеля с большим разрывным усилием при исследовании более глубоких скважин
Кабель трехжильный в пропитанной льняной или джутовой оплетке. Разрывное усилие до 2 пг. Применяется для исследования скважин глубиной до 1500 л» (при растворах небольшого и среднего удельного веса) и для наращивания нижнего конца кабеля с большим разрывным усилием при исследовании более глубоких скважин
Кабель трехжильный в пропитанной льняной оплетке. Разрывное усилие до 4 пг. Применяется для исследования глубоких скважин . . . .
Кабель семижильный в пропитанной льняной оплетке. Разрывное усилие до 3 пг. Применяется при одновременном опускании в скважину на глубину до 2000 ль нескольких измерительных установок и при экспериментальных работах
Кабель семижильный в пропитанной льняной оплетке. Разрывное усилие до 8 пг. Применяется при экспериментальных работах в глубоких скважинах с тяжелыми глинистыми растворами
Таблица 13
Марка кабеля
Конструкция жилы
3
§
g К
у ^
&"«
о Д
5 ^
3 о
у я к
S н - у Я м
яса
о °
я я-^.
О г! О
5*5-
6 - R о О Я-—'. И Ь ч м з
§ § 5
£ Я Я
А л?
Й о ^ О у
Я Я ь
Й с*
Гоб
О R Я
о
i s
я s
» Я кя А к
Я к
s е
R=S s О О □ ь я ^
S S
§ S
я. 5 g §
КТО-1
1X0,41
18x0,4
2,0
1,4
4,8
16
290
1000
62
1,6
КТО-2
1X0,52
18X0,5
2,5
1,8
6,1
18,8
420
1800
42
1,75
КТО-4
1X0,52
48x0,5
4,5
2,0
8,5
22,8
730
3600
22
1,85
КСО-3
1X0,4
18X0,4
2,0
1,4
4,8
19,4
484
2800
60
—
КСО-8
1X0,5
48x0,5
4.5
2,0
8,5
30,5
1376 1
8000
20
—
ОБОРУДОВАНИЕ
Наименование и область применения кабеля
Марка кабеля
Конструкция жилы
Рч Ь О g Й
в
§40
о в
»я S
S 4 у к й Ьй
Я, to g| а ^ О о й ^ ^-Ч
S К - о я я ^я В
о, _
о § о 5
§ g 5
lil
ч
я
S
R
go
О § Н 1-1 о а и
6 ^ ^ § 5 ч.
& Е Д
2 о 2
§ S *
н о о о К й
=8 о Я
1
Рч 1
I S
s 5 ■ tt я
о и -
S S to я
Рч д « 8 s * Н s Й=Й 2 0 0 2 Ы Я Ч
3 т R ^ Я
^| 2 о 3 к о « й
Кабель трехжильный в резиновой шланговой оболочке. Разрывное усилие до 0,3 т. Применяется при исследовании скважин глубиной до 400 м
КТШ-0,3
7X0,25
12x0,25
1,25
1,0
3,25
12,4
150
300
50
1,3
Кабель трехжильный в резиновой шланговой оболочке. Разрывное усилие до 2т- Применяется для исследования скважин глубиной до 1500 .и, для наращивания нижнего конца кабеля с большим разрывным усилием нри исследовании более глубоких скважин и для изготовления зондов
КТШ-2
1X0,52
18X0,5
2,5
1,8
6,1
19,4
480
1800
42
1,65
Кабель трехжильный в шланговой оболочке из нефтеупорной резины. Применяется, как и кабель КТШ-2, для исследования скважин с растворами, содержащими нефть и газ и при перфорации обсадных колонн
КТШН-2
1X0,52
18X0,5
2,5
1,8
6,1
19,4
560
1800
42
1,9
Кабель трехжильный в резиновой шланговой оболочке. Разрывное усилие до 4 т. Применяется для исследования скважин глубиной свыше 1500 .и и для изготовления зондов
КТШ-4
1X0,52
48Х 0,5
4,5
2,0
8,5
25,6
905
3600
22
1,78
Кабель трехжильный в шланговой оболочке из нефтеупорной резины. Применяется при исследовании скважин с растворами, содержащими нефть и газ и при перфорации обсадных колонн
КТШН-4
1X0,52
48x0,5
4,5
2,0
8,5
25,6
990
3600
22
1,92
Продолжение табл, 13
МЕТОДЫ ПРОМЫСЛОВОЙ ГЕОФИЗИКИ. АППАРАТУРА И ОБОРУДОВАНИЕ
Наименование и область применения кабеля
Марка кабеля
Конструкция жилы
|
>. 5
Й
6
§ &
о с
^т Ес
с -
g §
§ °
5 «
я
>-
О §
S н е Ч ° я о S
и к К
2 о о' S Я и
6
§ о
я |
5 2 §
R й сЗ
§ § ^ н о о о я и
я
| S
§ 5
в s н И
5 ^
5
В ^
Кабель трехжильный в резиновой шланговой оболочке, морской. Применяется для соединений наземной аппаратуры и для подвода промышленного тока
КТШ-М
10X0,5
7X0,4
2,2
1,4
5,0
16,0
350
600
10
Кабель одножильный в двойной стальной оплетке (броне). Разрывное усилие до 4 т. Применяется для измерений по схеме с одножильным кабелем (станция О КС) и при перфорации
КОБД-4
19X0,32
1) 20x0.8:
2) 21X1,1
2,1
0,94- 0,4
4,7
8,4
270
3600
12
5,2
Кабель одножильный в двойной стальной оплетке (броне). Разрывное усилие до 8 т. Применяется как и кабель КОБД-4, но для исследования скважин большой глубины
КОБД-8
7X0,52
1) 23x1,1;
2) 25X1,3
3,5
0,94- ОД
7,5
13,2
590
15
5,0
Кабель трехжильный в двойной стальной оплетке (броне). Разрывное усилие до 8 т. Применяется для измерений в глубоких скважинах с тяжелыми растворами и при перфорации
КТБ-8
12X0,3
1) 29x1,1;
2) 29X1,3
1,6
0,9
3,4
14,6
680
20
4,5
Кабель семижильный в двойной стальной оплетке (броне). Разрывное усилие до 8 т. Применяется для измерений с комплексной стан- цией на семижильном кабеле
КСБ-8
12x0,5
1) 31X1,1;
2) 33X1,3
1,6
0,9
3.4
17,0
850
20
4,25
Продолжение табл. 13
Примечание. Цифры 1 и 2 в колонне 4 обозначают число и диаметр проволок внутреннего и внешнего повивов.
ОБОРУДОВАНИЕ
ааРис. 128. Кабели для геофизических исследований ■скважин.Рис. 128. Кабели для геофизических исследований ■скважин.а — одножильный бронированный:; б — трехжильный в оплетке.1 — жилы кабеля; 2 — резиновая изоляция; з и d — изоляционная лента; 5 — льняная или джутовая оплетка; а — стальная проволочная броня.а — одножильный бронированный:; б — трехжильный в оплетке.1 — жилы кабеля; 2 — резиновая изоляция; з и d — изоляционная лента; 5 — льняная или джутовая оплетка; а — стальная проволочная броня.и кабели с металлической (стальной) оплеткой (броней) — так называемые бронированные кабели. Кабели маркируются условным сочетанием букв и цифр, указывающих основные параметры кабеля: первая буква «К», общая для всех кабелей, указывает тип провода — «кабель» (ранее каротажный кабель); вторая буква обозначает число жил (О — одножильный, Т — трох- жильпый, С — семижильный); третья — характер верхней оболочки (О — оплетка из хлопчатобумажной, льняной или джутовой пряжи, Ш — резиновый шланг, Б — металлическая стальная броня); четвертая — дополнительные данные, указывающие на специфичность конструкции кабеля (У — утяжеленный — увеличенного удельного веса; в кабеле вместе с изолированными жилами скручены свинцовые провода; Н — пефтоупррпый — изоляция кабеля из нофто- упорной резины; М — морской — с малым электрическим сопротивлением жил, используемый для подводки тока к электрическим установкам; Д — кабель с двойной металлической оплеткой —стальной броней).
а
а
Рис. 128. Кабели для геофизических исследований ■скважин.
Рис. 128. Кабели для геофизических исследований ■скважин.
а — одножильный бронированный:; б — трехжильный в оплетке.
1 — жилы кабеля; 2 — резиновая изоляция; з и d — изоляционная лента; 5 — льняная или джутовая оплетка; а — стальная проволочная броня.
а — одножильный бронированный:; б — трехжильный в оплетке.
1 — жилы кабеля; 2 — резиновая изоляция; з и d — изоляционная лента; 5 — льняная или джутовая оплетка; а — стальная проволочная броня.
До последнего времени в практике геофизических исследований скважин наиболее широко использовался трехжилышй кабель следующей конструкции (рис. 128,6): жилы кабеля скручены из большого числа луженых или оцинкованных проволок из высококачественной стали
с разрывным усилием от 170 кг/мм2 (проволоки диаметром 0,5 ж) до 240 кг/ммй (проволоки диаметром 0,25 мм). В центре жилы для понижения электрического сопротивления пропускается одна или несколько луженых медных проволок. Жила кабеля после скручивания покрывается резиновой изоляцией толщиной 1—2 мм (в зависимости от типа кабеля).
У кабелей с оплеткой типа КТО каждая из жил после изоляции покрывается слоем прорезиненного полотна, окрашенного в черный, белый, красный или синий, белый и красный цвета. Три разноцветные жилы скручиваются с шагом 35—45 см- и покрываются сперва двумя слоями миткалевой ленты и затем двумя слоями оплетки из крученой льняной пряжи, дважды пропитанной противогнилостным составом с температурами плавления 50 'и 90° С. Прорезиненная лента и оплетка предназначаются для защиты рози’ новой изоляции жил кабеля от механических повреждений. Между жилами 'иногда помещается: заполнитель — пеньковый или резиновый шнур.
■ В шланговых кабелях типа КТШ жилы кабеля опрессовываются в рози' новый шланг без предварительного покрытия их слоем прорезиненного полотна. При этом расцвечивается резиновая изоляция жил. В пефтоупорных кабелях шланг сверху покрывается тканью и оболочкой из нефтеупорной резины. '
■ Бронированные кабели, получающие с каждым годом все более и более широкое' применение при геофизических исследованиях скважин, имеют следующую-конструкцию (рис. 128, а).
Жилы кабеля скручены из медных луженых проволок, покрытых снаружи двойной резиновой изоляцией толщиной 0,9 и 0,4 мм. Полученный
таким образом провод покрывается тканью и оплетается снаружи двумя (или роже одним) слоями стальных проволок диаметром 0,8— d ,1 жм с разрывным усилием до 150 кг/мм.
Каждая жила скважинного кабеля перед выпуском проходит испытание гехническим переменным током под напряженном 3000 в в течение 5 мин. после погружения па 12 час. в воду при температуре 50° С. При испытании сопротивление изоляции жилы не должно быть ниже 50 Мом. на 1 км при температуре 20° С. .Это сопротивление должно сохраниться и пос не скручивания жил и повторного испытания кабеля под напряжением 3000 с в точение 5 мин. при температуре 20° С.
Срок службы кабеля при правильной его эксплуатации довольно длителен и приблизительно определяется 100—600 тыс. м протяжки, считая спуски и подъемы.
Для продления срока службы кабеля при ого эксплуатации необходимо выполнять следующие предосторожности.
По подвергать кабель механическим повреждениям — ударам, порезам вследствие которых может быть нарушена изоляция жил.
Но опускать излишнего кабеля в скважину; при этом кабель образует петли, которые трутся о стенку скважины, что приводит к преждевременному износу изоляции кабеля.
При намотке кабеля на барабан лебедки укладывать кабель виток к витку с равномерной натяжкой, по допуская образования перекатов кабеля. При перекатах отдельные витки кабеля могут оказаться под другими витками, что может привести к повреждению изоляции жил кабеля при последующей его размотке. При намотке кабеля на скважине с ого поверхности предварительно должны быть смыты осадок глинистого раствора и нефть.
Осторожно работать в крепленых скважинах, где оболочка кабеля легко может быть повреждена заусенцами в муфтовых соединениях обсадных труб.
Изолировать своевременно места повреждений и не допускать работы в скважинах кабеля с нарушенной оболочкой.
Не работать с кабелями, имеющими изоляцию жил из обычной резины, в скважинах с газированным глинистым раствором и содержащих нефхть. Для исследования таких скважин необходимо использовать кабель, изоляция жил и оболочка которого изготовлены из пофтестопкой резины
При работе кабелей с изоляцией из обычной резины нефть, разъедая резину резко ухудшает изоляцию кабеля. Газ при высоких давлениях в скважине поглощается оболочкой из обычной резины и при быстром извлечении кабеля и уменьшении внешнего давления прорывается наружу, нарушая прочность резиновой изоляции.
По прикладывать к жилам кабеля высоких напряжений, опасных для изоляции жил. Не рекомендуется также разрывать токи большой силы; при этом возникают значительные э. д. с. самоиндукции, иногда достаточные для пробоя изоляции жил кабеля, находящегося в скважине в условиях высоких температур.
По допускать промерзания кабеля и работы с кабелем с промерзшей и пеоттаяв- шой оплеткой.
Но оставлять длительное время сырой кабель пепросушепным и, особенно, не допускать храпения влажного кабеля, у которого оплот ка загнивает и быстро разрушается.
Ремонт жил кабеля
Жилы небронированного кабеля ремонтируют в следующем порядке:
натягивают между двумя тисками поврежденный отрезок жилы;
снимают полотняную лепту 7 (рис. 129, а) на участке жилы, на 10 см большем длины места повреждения жилы;
удаляют резиновую изоляцию 2 в месте повреждений; обрезают резину на конус, как это показано на рис. 129, б, и тщательно зачищают ее поверхность;
покрывают проволоки жилы 5 и зачищенную резиновую оболочку жилы 2 слоем резинового клея и дают ему несколько просохнуть:
наматывают по спирали в 2—3 слоя с растяжкой резиновую лепту 4 (рис. 129, в), покрывая при каждом последующем обороте ленты предыдущий оборот на половину ее ширины;
наматывают туго в два слоя лепту ив прорезиненного полотна 5 (рис. 129. с).
Для улучшения изоляции целесообразно вулканизировать место изоляции. Если в партий отсутствует лента из сырой резины, изоляцию производят резиновой лентой «парой» [2, 51.
После ремонта жилу укладывают па се место в кабеле. Поврежденное место обматывают несколькими слоями изоляционной ленты и перевязывают шпагатом в 2—-3 местах.
у / д///кртщп7лд^ШТТП\У 2 _ . 1. _ 2 <36у / д///кртщп7лд^ШТТП\У 2 _ . 1. _ 2 <36Рис. 129. Изоляция поврежденной жилы ка-беля.Рис. 129. Изоляция поврежденной жилы ка-беля.а, б, в и г — последовательные операции изоляциижилы; 1 — прорезиненная полотняная лепта; 2 — ре-зиновая оболочка; 3 — проволоки жилы кабеля; 4 —лента ив сырой резины или лепта «пара»; 5 — изоля-ционная лента.а, б, в и г — последовательные операции изоляциижилы; 1 — прорезиненная полотняная лепта; 2 — ре-зиновая оболочка; 3 — проволоки жилы кабеля; 4 —лента ив сырой резины или лепта «пара»; 5 — изоля-ционная лента.Соединение жилнебронированного кабеля
у / д///кртщп7лд^ШТТП\
У 2 _ . 1. _ 2 <36
у / д///кртщп7лд^ШТТП\
У 2 _ . 1. _ 2 <36
Рис. 129. Изоляция поврежденной жилы ка-беля.
Рис. 129. Изоляция поврежденной жилы ка-беля.
а, б, в и г — последовательные операции изоляциижилы; 1 — прорезиненная полотняная лепта; 2 — ре-зиновая оболочка; 3 — проволоки жилы кабеля; 4 —лента ив сырой резины или лепта «пара»; 5 — изоля-ционная лента.
а, б, в и г — последовательные операции изоляциижилы; 1 — прорезиненная полотняная лепта; 2 — ре-зиновая оболочка; 3 — проволоки жилы кабеля; 4 —лента ив сырой резины или лепта «пара»; 5 — изоля-ционная лента.
Рис. 130. Сращивание жилы кабеля.Рис. 130. Сращивание жилы кабеля.а, б, виз — последовательные операции сращивания гнилы; 1 — прорезиненная лепта; 2 — резиновая оболочка гнилы кабели; з — бандаж из тонкой медной проволоки; 4 — проволоки гнилы;5, 6 и 7 — бандажи из тонной медной проволоки, пропаянные после их установки.а, б, виз — последовательные операции сращивания гнилы; 1 — прорезиненная лепта; 2 — резиновая оболочка гнилы кабели; з — бандаж из тонкой медной проволоки; 4 — проволоки гнилы;5, 6 и 7 — бандажи из тонной медной проволоки, пропаянные после их установки.При геофизических исследованиях скважин часто приходится соединять отрезки кабеля для присоединения зондов
Рис. 130. Сращивание жилы кабеля.
Рис. 130. Сращивание жилы кабеля.
а, б, виз — последовательные операции сращивания гнилы; 1 — прорезиненная лепта; 2 — резиновая оболочка гнилы кабели; з — бандаж из тонкой медной проволоки; 4 — проволоки гнилы;
5, 6 и 7 — бандажи из тонной медной проволоки, пропаянные после их установки.
а, б, виз — последовательные операции сращивания гнилы; 1 — прорезиненная лепта; 2 — резиновая оболочка гнилы кабели; з — бандаж из тонкой медной проволоки; 4 — проволоки гнилы;
5, 6 и 7 — бандажи из тонной медной проволоки, пропаянные после их установки.
Стягивают луженой модной проволокой проводники жилы в центре оголенного участка и накладывают па них бандаж 5 из нескольких витков этой проволоки; той же проволокой стягивают проводники жил у концов и накладывают па них бандажи 6 и 7 (рис. 130, «). Длина каждого бандажа но должна превышать 10 мм.
После соединения всех трех жил сращиваемого кабеля его натягивают и выравнивают длину жил.
При помощи паяльника пропаивают жилы кабеля в местах 5, 6 и 7 (рис. 136, й). Припой должен проникнуть тонким слоем между проволоками кабеля па участке длиной около 15 ж.
Подравнивают места спая напильником.
После окончания спайки места сращивания изолируют в том же порядке, как это делается при исправлении повреждений изоляции кабеля.
Разъемные соединения кабеляРазъемные соединения жил кабеля выполняются: 1) при помощи соеди-Разъемные соединения кабеляРазъемные соединения жил кабеля выполняются: 1) при помощи соеди-нительных патронов, состоящих из внутри коническую выточку и снаружи нарезку, па которую навинчивается соединительная муфточка 3; 2) при помощи соединительных муфт Парфенова — Пигрова (рис. 132). Последние применяются для присоединения к кабелю скважинных приборов.Соединительные патроны выпускаются для соединения жил двухтонного с двухтонным (см. рис. 131, а), двухтонного с четы- рехтонным (рис. 131,6) и четырехтонного с четырехтонным кабелем (рис. 131, в).Соединение кабеля при помощи патронов производится в следующем порядке.1) Па один из концов присоединяемых отрезков кабеля надевают брезентовый шиапг длиной 1 м, диаметрнительных патронов, состоящих из внутри коническую выточку и снаружи нарезку, па которую навинчивается соединительная муфточка 3; 2) при помощи соединительных муфт Парфенова — Пигрова (рис. 132). Последние применяются для присоединения к кабелю скважинных приборов.Соединительные патроны выпускаются для соединения жил двухтонного с двухтонным (см. рис. 131, а), двухтонного с четы- рехтонным (рис. 131,6) и четырехтонного с четырехтонным кабелем (рис. 131, в).Соединение кабеля при помощи патронов производится в следующем порядке.1) Па один из концов присоединяемых отрезков кабеля надевают брезентовый шиапг длиной 1 м, диаметрниппелей 1 и 2 (рис. 131), имеющихниппелей 1 и 2 (рис. 131), имеющихРис. 131. Соединительные патроны для кабеля.Рис. 131. Соединительные патроны для кабеля.Рис. 132. Соединительная муфта Парфенова — Пигрова.Рис. 132. Соединительная муфта Парфенова — Пигрова.Л — токоведущий стержень с коническим расширением 2; 3 — гнездо; 4 — резьбовое соединение; 5 — изолирующая втулка; 6 — патрон; 7 — волнообразные выточки; 8 — шлиц; 9 и 11 — соединительные головки; 10 — шлиц; 12 — шпоночные выступы; 13 — шайба из изоляционного материала; 14 — букса с нарезанным хвостовым соединением 16; А и Б — полумуфты; В — соединительная гайка.Л — токоведущий стержень с коническим расширением 2; 3 — гнездо; 4 — резьбовое соединение; 5 — изолирующая втулка; 6 — патрон; 7 — волнообразные выточки; 8 — шлиц; 9 и 11 — соединительные головки; 10 — шлиц; 12 — шпоночные выступы; 13 — шайба из изоляционного материала; 14 — букса с нарезанным хвостовым соединением 16; А и Б — полумуфты; В — соединительная гайка.а — двух-двухтоппый; б — двух-четырех-топный; в — четырех-четырехтонпый; 1 и2,— ниппели; 3 — соединительная муф-точка.а — двух-двухтоппый; б — двух-четырех-топный; в — четырех-четырехтонпый; 1 и2,— ниппели; 3 — соединительная муф-точка.
Разъемные соединения кабеля
Разъемные соединения жил кабеля выполняются: 1) при помощи соеди-
Разъемные соединения кабеля
Разъемные соединения жил кабеля выполняются: 1) при помощи соеди-
нительных патронов, состоящих из внутри коническую выточку и снаружи нарезку, па которую навинчивается соединительная муфточка 3; 2) при помощи соединительных муфт Парфенова — Пигрова (рис. 132). Последние применяются для присоединения к кабелю скважинных приборов.
Соединительные патроны выпускаются для соединения жил двухтонного с двухтонным (см. рис. 131, а), двухтонного с четы- рехтонным (рис. 131,6) и четырехтонного с четырехтонным кабелем (рис. 131, в).
Соединение кабеля при помощи патронов производится в следующем порядке.
1) Па один из концов присоединяемых отрезков кабеля надевают брезентовый шиапг длиной 1 м, диаметр
нительных патронов, состоящих из внутри коническую выточку и снаружи нарезку, па которую навинчивается соединительная муфточка 3; 2) при помощи соединительных муфт Парфенова — Пигрова (рис. 132). Последние применяются для присоединения к кабелю скважинных приборов.
Соединительные патроны выпускаются для соединения жил двухтонного с двухтонным (см. рис. 131, а), двухтонного с четы- рехтонным (рис. 131,6) и четырехтонного с четырехтонным кабелем (рис. 131, в).
Соединение кабеля при помощи патронов производится в следующем порядке.
1) Па один из концов присоединяемых отрезков кабеля надевают брезентовый шиапг длиной 1 м, диаметр
ниппелей 1 и 2 (рис. 131), имеющих
ниппелей 1 и 2 (рис. 131), имеющих
Рис. 131. Соединительные патроны для кабеля.
Рис. 131. Соединительные патроны для кабеля.
Рис. 132. Соединительная муфта Парфенова — Пигрова.
Рис. 132. Соединительная муфта Парфенова — Пигрова.
Л — токоведущий стержень с коническим расширением 2; 3 — гнездо; 4 — резьбовое соединение; 5 — изолирующая втулка; 6 — патрон; 7 — волнообразные выточки; 8 — шлиц; 9 и 11 — соединительные головки; 10 — шлиц; 12 — шпоночные выступы; 13 — шайба из изоляционного материала; 14 — букса с нарезанным хвостовым соединением 16; А и Б — полумуфты; В — соединительная гайка.
Л — токоведущий стержень с коническим расширением 2; 3 — гнездо; 4 — резьбовое соединение; 5 — изолирующая втулка; 6 — патрон; 7 — волнообразные выточки; 8 — шлиц; 9 и 11 — соединительные головки; 10 — шлиц; 12 — шпоночные выступы; 13 — шайба из изоляционного материала; 14 — букса с нарезанным хвостовым соединением 16; А и Б — полумуфты; В — соединительная гайка.
а — двух-двухтоппый; б — двух-четырех-топный; в — четырех-четырехтонпый; 1 и2,— ниппели; 3 — соединительная муф-точка.
а — двух-двухтоппый; б — двух-четырех-топный; в — четырех-четырехтонпый; 1 и2,— ниппели; 3 — соединительная муф-точка.
которого несколько больше, чем диаметр кабеля; этот шланг протягивают на 1—2 м от конца.
На расстоянии 60 см от начала жил снимают оплетку и прорезиненную ленту.
Разрезают жилы в порядке, указанном в п. 2 правил неразъемного соединения кабелей, используя для этого мерные трубки.
С конца каждой жилы па участке длиной 100—-120 мм снимают прорезиненную ленту 7 (рис. 133, д).
Смазывают вазелином резиновую оболочку ^ и надевают па нее резиновую трубку 3 длиной 100 мм (рис. 133, б); внутренний диаметр трубки 3 должен быть несколько меньше наружного диаметра резиновой изоляции жилы, трубку надевают так, чтобы ее конец не доходил до конца жилы па 50 о.
Резиновую трубку перевязывают суровой ниткой в трех местах, в ее середине 4 и по краям 5 на расстоянии 5 мм от концов трубки; трехкратная обвязка предотвращает проникновение влаги внутрь трубки.
Удаляют изоляцию жилы па участке длиной 30—40 лм* от края резиновой трубки, раскручивают проволоки 6 и очищают их от окислов и грязи наждачной бумагой (рис. 133, в).
Вводят проволоки жилы кабеля в ниппель 7 соединительного патрона, доводят его до изоляции жилы, ставят бандаж из тонкой медной проволоки и затем загибают
Рис. 133. Соединение жил кабеля соединительными патронами.Рис. 133. Соединение жил кабеля соединительными патронами.а, б, в, а, 8, в, ж, з и и — последовательные операции соединения; 1 — прорезиненная лента; 2 — резиновая оболочка; 3 — резиновая трубка; 4 и 5 — бандажи из суровых ниток; 6 — проволоки жилы кабеля; 7 — ниппель; 8 — заклинивающий конус; 9 — конец ниппеля 7; ю — резиновая трубка; 11 — соединительная муфточка; 12 — медиан проволока; 13 — бандажи из суровых ниток.а, б, в, а, 8, в, ж, з и и — последовательные операции соединения; 1 — прорезиненная лента; 2 — резиновая оболочка; 3 — резиновая трубка; 4 и 5 — бандажи из суровых ниток; 6 — проволоки жилы кабеля; 7 — ниппель; 8 — заклинивающий конус; 9 — конец ниппеля 7; ю — резиновая трубка; 11 — соединительная муфточка; 12 — медиан проволока; 13 — бандажи из суровых ниток.концы проводников так, как что показано па рис. 133, е; затем втягивают загнутые концы проволоки в коническое отверстие патрона.
Рис. 133. Соединение жил кабеля соединительными патронами.
Рис. 133. Соединение жил кабеля соединительными патронами.
а, б, в, а, 8, в, ж, з и и — последовательные операции соединения; 1 — прорезиненная лента; 2 — резиновая оболочка; 3 — резиновая трубка; 4 и 5 — бандажи из суровых ниток; 6 — проволоки жилы кабеля; 7 — ниппель; 8 — заклинивающий конус; 9 — конец ниппеля 7; ю — резиновая трубка; 11 — соединительная муфточка; 12 — медиан проволока; 13 — бандажи из суровых ниток.
а, б, в, а, 8, в, ж, з и и — последовательные операции соединения; 1 — прорезиненная лента; 2 — резиновая оболочка; 3 — резиновая трубка; 4 и 5 — бандажи из суровых ниток; 6 — проволоки жилы кабеля; 7 — ниппель; 8 — заклинивающий конус; 9 — конец ниппеля 7; ю — резиновая трубка; 11 — соединительная муфточка; 12 — медиан проволока; 13 — бандажи из суровых ниток.
Вместо загиба концов проволок можно применить заклинивающий конус; в атом случае резиновая трубка устанавливается на расстоянии 30 ими от конца жилы; этот отрезок жилы очищают от окислов и грязи, затем надевают соединительный патрон так, как это показано на рис. 133, 0, и вводят заклинивающий модный конус 8 в коническое отверстие патрона.
Заматывают шпагатом конец ниппеля в место 9, что предотвращает вытекание припоя из ниппеля при пайке.
Тщательно припаивают проводники в конусе ниппеля (рис. , 133, е). Прогревая ниппель паяльной лампой, остерегаются перегрева жил кабели и порчи резиновой изоляции. К торцу одного из ниппелей припаивают модную проволоку диаметром 0,5—1 мм.
Очищают ниппель напильником от заусенцев и припоя и в случае необходимости прогоняют ого резьбу через плашку.
Надевают на один конец присоединяемых жил резиновую трубку 10, диаметр которой несколько больше, чем внешний диаметр рапсе надетой трубки 3 (рис. 133, ж*). С этой целью сперва надевают через трубку припаянную модную проволоку, конец которой закрепляют в тисках, и затем под пятяжкой жилы надевают трубку, предварительно заполнив ее вазелином. Трубку протягивают несколько далее края соединитель
ного патрона (рис. 133, ж).
Закончив операции, указанные в п. 4—12, со всеми тремя жилами кабеля, свинчивают соединительными муфточками 11 ниппели, установленный па проводниках, имеющих одинаковую расцветку. При свинчивании необходимо следить, чтобы все три жилы кабеля имели равномерную натяжку. Для обеспечения надежности электрического соединения припаивают медные проволоки 1*2, замыкающие накоротко ниппели патрона
Патроны покрывают вазелином и па месте соединения натягивают резиновые трубки 10 (рис. 133, к). На концах трубки накладывают бандажи 13 из шпагата или суровых ниток. Под бандаж рекомендуется подложить кусок прорезиненной ленты, чтобы избежать повреждения резиновой трубки при обвязке.
Место сращивания покрывают тавотом и натягивают па пего отрезок брезенто- вого шланга, на который накладывают с концов бандажи из толстого шпагата.
В тех случаях, когда изоляция соединительных патрончиков производится без резиновых трубок, после соединения патрончиков муфточкой место соединения изолируется по правилам изоляции мест сращивания жил кабеля, приведенных выше.
Обычно это делают при соединении отрезков кабеля.
Соединение кабеля муфтами Парфенова—Ппгрова
Соединительные муфты Парфенова — Питрова состоят из двух полумуфт Л и Б (см. рис, 132), сшшчпваомых между собой гайкой В. По оси полу муфт Л и Б проходят стальные токоведущие стержни .7. Один конец каждого стержня имеет коническое расширение' 2, в котором проточено цилиндрическое гнездо 3. На другом конце стержня нарезана резьба 4. Стержень запрессован в эбонитовую втулку 5, которая вставлена в стальную втулку —патрон 6.
Патрон 6 полумуфты Л имеет на поверхности две волнообразные выточки 7, шлиц для гаечного ключа 8 и соединительную головку 9, на поверхности которой нарезана резьба и выфрезеровапы два. продольных шлица 10. Патрон полумуфты Б имеет также две волнообразные выточки и соедини-
2315 23 1k 7 5 8 9 12 3 2 5 5 23
Рис. 134. Соединение жил кабеля муфтой Парфенова—Нитрона.
/ — токоведутие стержни; 2 — коническое расширение; з — гпеодо; 4 — резьбовое соединение; 5 — иаолирующая втулка; 6 — патрон; 7 — волнообразные выточки; s — шлиц под гаечный ключ; о и И — соединительная головка; К) — шлиц; 12— шпоночные выступы; 13— шайба; 14— буксы с нарезными хшхуговыми соединениями 1б\ Ki — контактный штифт; 17 — резиновая прокладка; 18 и 19 — резиновые! трубки; 20 — ниппели соединительных патронов; 21 — соединительные муфточки;
22 и 23 -- бандажи из суровых питон; А и Б — полумуфты; В — соединительная гайка.
тельную головку 11. На этой головке имеются два выступа 12, которые при свинчивании входят в шлицы 10 полумуфты Л.
На концы 4 токоведущих стержней надевается эбонитовая шайба 13 и навинчивается букса 14, оканчивающаяся хвостом с нарезанной на нем резьбой 15, соответствующей резьбе муфточек обычных соединительных патронов.
Соединение отрезков кабеля при помощи соединительных муфт производится в следующем порядке.
1) Надевают па один конец кабеля брезентовый шланг, внутренний диаметр которога
несколько больше наружного диаметра кабеля, и снимают па расстоянии 1 л от конца кабеля оплетку и прорезипоппую ленту.
Разрезают жилы кабеля в порядке, указанном в п. 2 правил сращивания проводов.
Снимают па жилах кабеля прорезипоппую лепту па участке длиной 12 см.
Надевают на каждую жилу резиновую трубку 18 длиной 200 мм диаметром 14 X 17 — 18 мм (рис. 134).
Натягивают с вазелином резиновую трубку 19 длиной 175 мм. Внутренний диаметр трубки должен быть несколько меньше наружного диаметра жилы или равен ему. Обычно применяются резиновые трубки диаметром 7X9 мм.
Разделывают концы жил и припаивают к ним ниппели соединительных патронов. 20 (см. пи 7, 8, 9, и 10 правил соединения кабеля патронами).
Навинчивают па ниппели муфточки 21 и па свободный конец муфточки, находящейся па конце кабеля со стороны барабана лебедки, навинчивают полумуфту В, предварительно надев па нее гайку В.
К свободному концу муфточки, закрепленной па конце кабеля, идущего со стороны зонда или другого скважинного снаряда, привинчивают полумуфту Л.
Тщательно очищают торцовые части полумуфты от влаги, протирая их в случае' необходимости чистым вазелином, бензином или спиртом. Затем вставляют в гнездо 3‘ контактный штифт 16 и смазывают вазелином торцовые части присоединяемых полумуфт.
Надевают на соединительный штифт резиновую прокладку 17 и стягивают обе- полумуфты гайкой В. При свинчивании патрон детали А удерживается за шлиц 8 гаечным ключом, в то время как другим ключом навинчивается гайка В. Соединение гайки В с винтовой резьбой полумуфты А должно быть сделано с большой затяжкой,
Рис. 135, Сращивание ' жилы одножильного бронированного кабеля,Рис. 135, Сращивание ' жилы одножильного бронированного кабеля,Z700Z700
Рис. 135, Сращивание ' жилы одножильного бронированного кабеля,
Рис. 135, Сращивание ' жилы одножильного бронированного кабеля,
Z700
Z700
И) Соединив все три жилы кабели гайками, зажимают концы кабеля в тисках и далее, поворачивая соединительные муфточки 21^ выравнивают длину соединенных жил кабеля. Для надежности электрического соединения припаивают краспомедные проволочки между ниппелями и хвостовыми частями соединительных полумуфт.
На патроны натягивают с вазелином резиновые трубки 19 (до торца буксы 14). На концах трубки со стороны кабеля накладывают два бандажа 22 из шпагата, подложив под них слои резинового полотна
Натягивают с вазелином резиновые трубки 18 до положения, указанного па рис. 134, и накладывают па них бандажи из суровых ниток или шпагата в местах прогиба волнистой поверхности 7 букс 14 и патронов" 6‘ и па концах трубок 18.
Покрывают места соединения всех трех жил кабеля тавотом и натягивают брезентовый шланг, предварительно надетый, как об этом указывалось выше, на один из концов кабеля. Концы шланга обвязывают толстым шпагатом.
Сращивание бронированных кабелей
Для сращивания бронированных кабелей А. В. Тучиным и Г. М. Гусевым [87] рекомендуется следующий способ.
Отмеряют от конца кабеля 270 см и ставят бандаж 1 (рис. 135, а) из медной проволоки или изоляционной ленты, намотанной в несколько слоев.
а и б — разделка одного конца кабеля; виз — то же, другого конца; 5 — соединение концов; 2 и 5 - Оапдажи верхней брони 2; 5 и в — бандажи нижней брони 4; 7 — проволоки жилы; s — резиновая оболочка жилы, сточенная иа конус Р; ю —обвязка нитками; 11 — отрезок удаляемой резиновой оболочки; 12 — участок оболочки, обмотанной нитками 13; 14 — резиновая оболочка жилы кабеля, конец обрезан иа конус 15; 16 — изоляция резиновой лептой «пара»; 17 — обвязка нитками.
Раскручивают проволоки 2 верхней брони и обрезают так, чтобы каждая последующая проволока (в направлении против часовой стрелки) была иа 15 см короче предыдущей.
Второй конец присоединяемого кабеля разделывают также, но бандаж 3 (рис. 135, в) ставят па расстоянии 275 см от конца кабеля.
После раскручивания проволок верхней брони 2 первого конца отгибают их: в сторону и ставят на нижней броне 4 второй бандаж 5 па расстоянии 25 см от первого бандажа.
Раскручивают одну из проволок нижней брони 4 и обрезают ее у бандажа.
Раскручивают остальные проволоки," из которых первые восемь (по ходу часовой 'стрелки) обрезают так, чтобы каждая последующая была па 10 см длиннее предыдущей. Отмеряют от конца девятой проволоки 50 см и остальные восемь обрезают также через каждые 10 см. „
На втором конце соединительного кабеля разделку делают так же, но второй: бандаж 6 ставят па расстоянии 40 см от первого бандажа;
На первом конце присоединяемого кабеля отмеряют 138 см от бандажа 1 и обрезают медную жилу 7; затачивают изоляцию 8 жилы иа конус 9 (рис. 135, а); вершину конуса перевязывают суровой ниткой 10 и снимают с участка длиной 7 см изоляцию 11 j
Раскручивают медные проволоки и обрезают через 1 см одну от другой '(рис. 135, б).
Отрезают пторой конец присоединяемого кабеля па расстоянии 143 см от первого бандажа 3.
Обматывают суровой ниткой 12 (рис. 135, в) участок 13 изоляции длиной 12 см отступая на 12 см от конца жил.
Очищают поверхность рпзипы от матерчатой оплетки 12 так. чтобы не повредить изоляцию.
Смазывают поверхность резины 14 вазелином и закатывают с конца резиновую изоляцию па отрезок изоляции, обмотанной ниткой. Конец закатываемой резины на рас стоянии 4 одолжен быть заточен па конус 15.
Обрезают па 5 см проволоки мед пой жилы, а па оставшихся 7 см раскручивают проволоки. Затем в последовательности скрутки обрезают каждую из проволок па 1 см короче другой.
Скручивают медные проволоки 7 сращиваемых концов кабеля, укладывая при нтом их в стык и слегка пропаивая (в отдельных точках).
Покрывают соединенные, концы тремя слоями возможно более тонко растянутой ленты «пара» 16 и обвязывают со топкой ниткой 17.
Смазывают резиновым клеем конусные заточки 9 и 15 и до высыхания клея скатывают резину так, чтобы заточки 9 и 15’легли друг па друга.
Покрывают место сращивания одним слоем изоляционной лепты;
Соединяют проволоки нижней брони; сперва берут у второго присоединяемого конца кабеля самую длинную проволоку и накручивают ее. па жилу кабеля до стыка с самой короткой проволокой первого конца. Далее продолжают навив других проволок, -следуя но часовой стрелке. Концы прополок второго конца тщательно обрезают в стык с проволоками первого конца; наблюдают за плотной укладкой проволок.
Снимают бандажи нижней брони и укладывают самую длинную проволоку верхней брони второго конца до стыка с самой короткой проволокой верхней брони первого конца.
Укладывают все остальные проволоки верхней брони, следуя в направлении, обратном часовой стрелке, и тщательно обрезают их в стык с концами проволоки первого присоодпшшпого отрезка кабеля.
Место соединения покрывают несколькими слоями изоляционной лепты и в дальнейшем следят за сохранностью этого покрытия, чтобы избежать раскручивания проволок.
Таким же способом ершцизают и многожильные бронированные кабели с тем лишь отличием, что места сращшишия каждой из жил должны располагаться на расстоянии 21) см друг от друга.
Другой способ сращивания одножильных бронированных кабелей, предложенный JL И. Хубатуллипым, заключается в применении специальных колец.
При атом способе сращивания концы кабеля разделываются так, как показано на рис.. 136, а. На участке длиной L = 91)0 мм раскручиваются проволоки внешнего повива и па участках длиной / ^ 300 мм (у левого куска) и I = 500 мм (у правого куска) проволоки внутреннего новива Последние обрезаются па длине 200 мм. После сращивания медных проволок жилы (без припоя) па участке длиной 30 мм место сращивания тща- ччмп.цо изолируется резиновой и изоляционной лептами. Затем накладывают проволоки внутреннего новива па место соединения, передвигают ранее надетое кольцо 1 с выфрезе- роваппыми па его поверхности канавками и, загнув проволоки внутреннего повива па 180° (рис, 136, б), пропускают их через канавки. Уложив далее эти проволоки с сохранением направления повива, устанавливают бандажи 4 из стальной проволоки (рис. 136, в\ Аналогично производится сращивание проволок внешнего повива, которые пропускаются в канавки кольца внутреннего повива и затем закрепляются бандажами 4.
(Х)ЕДИПИТЕЛЬПЫЕ ПРОВОДА
Соодипительпыо провода применяются для сборки схем электрических соединений, в частности для соединения измерительной лаборатории и подъ- омпика.
В практике геофизических методов исследования скважин используются гибкие одножильные и многожильные (двух-, трех-, шести- и двенадцати- жильные) соодипительпыо провода. Токоведущие жилы соединительных проводов скручиваются из большого числа модных проволочек диаметром 0,2—0,4 мм (в зависимости от марки провода) с общим сечением жилы 0,75--2,5 .мА Каждая из жил опрессовывается в вулканизированную резиновую оболочку. Жилы многожильных соединительных проводов различаются по цвету оплетки (провода ПРШМ) или верхнего слоя рсаипы (шпуры ШРПС).
Соединение проводов между собой и присоединение проводов к изм**!*11^ тельным панелям и приборам производятся при помощи сосдинитель^ь1- вилок п муфт. Однополюсные вилки (рис. 137, п) состоят из карболитов* >1 '^ тела 7, в которое ввинчивается штифт 2 с каналом 3. В этот кана-
Рис. 136. Сращивание бропиронаппого кабеля при помощи колетеРис. 136. Сращивание бропиронаппого кабеля при помощи колете
Рис. 136. Сращивание бропиронаппого кабеля при помощи колете
Рис. 136. Сращивание бропиронаппого кабеля при помощи колете
а, б, виз — последовательные операции сращивания; Ни I —■ длины отдельных концов проволок внешнего и внутреннего полива; 1 и 2 — кошод для сращивании проволок внутреннего и внешнего повива; з — временные бандажи из изоляционной лепты; 4 -— бандажи из стальной проволоки.
впаивается или закрепляется на винте присоединяемый провод 4. Дпуххко— люсные штепсель-вилки имеют карболитовое или резиновое шло / (рис. 137, б и в), в которое вштампованы буксы 5 с гаечной резьбой. В буксьь
Рис. 137. Соединительные вилки.Рис. 137. Соединительные вилки.
Рис. 137. Соединительные вилки.
Рис. 137. Соединительные вилки.
а — однополюсная; б — резиновая двухполюсная штепсель — вилка; в — то же нарОылцч >г; 1—тело вилки; 2 — штифт с каналом 3; 4 — присоединяемый провод; 5 — буксы; « i
7 — штифты.*
могут быть завинчены гнезда 6 или штифты 7 в зависимости от того, пущ i1 < > j j к иметь соединительное приспособление в виде штепселя или в вид о пил кМ- В тех случаях, когда при соединении двухжильных проводов пообх < >д111 ^<о быть уверенным в сохранении их полярности, в одну из букс ввинчипа(уГсЯ
гнездо, а в другую — штифт (рис. 137,й), что исключает возможность изменения полярности присоединений проводников между собой.
Для приключения соединительных проводов к электрическим цепям измерительных лабораторий, подъемников и блок-балансов применяются двух-, трех-, шести-, восьми- и двепадцатиклеммные муфты со штырьковыми (рис. 138, а) и ножевыми (рис. 138, б) соединениями. Каждая муфта состоит из карболитовых полумуфт 1 и 2, вмонтированных в металлические обоймы 3 и 4. В полумуфто 1 закреплены гнезда 5, в лолумуфтс 2 (колодке) —
Рис. 138. Мпогоконтактивы соединительные муфты и колодка.
« — соединительная шестикоптактпан штырьковая муфта; б — ножевая соединительная восьмикоптактпая колодка; 1 и 2 — «арболитовые полумуфты: з и <Z — обоймы; б — гнезда; 6 — штифты; 7 — ножи; 8 — направляющий штифт; у — гаечный замок крепления и герметизации; 10 — крышки.
штифты 6 (рис. 138, а) или ножи 7 (рис. 138, б). Полумуфты 1 устанавливаются на конце присоединяемого отрезка кабеля, полумуфты 2 — на панели, к которой присоединяется кабель. Полумуфты снабжены направляющим штифтом 8, исключающим возможность неправильного их соединения. На штырьковых полумуфтах установлен гаечный замок ,9, обеспечивающий надежность и достаточную герметичность соединения полумуфт. Для предохранения контактов штырьковых полумуфт от загрязнения полумуфты в рас- соедипетшом состоянии плотно (на резьбе) закрываются крышками 10.
Использование кабеля для определения глубин
Размет к а кабеля и ого д е ф о р м аци и. п р и э к с п л у а т а ц и и
Кабели, применяемые при геофизических исследованиях скважин, ■одновременно со своим основным назначением (спуск и подъем скважинных приборов, подвод к ним тока и присоединение поверхностной измерительной аппаратуры) служат для определения глубин (например, глубин залегания
выделенных пластов; точек, в которых измеряются угол и азимут искривления скважин; участков притоков и затрубной циркуляции вод; мест отбора, пород боковыми грунтоносами и перфорации колонн и точек, в которых проводились другие операции). Эти глубины устанавливаются путем измерения длины кабеля, па котором опускаются в скважину те или иные измерительные устройства (зонды, инклинометры, термометр и др.) и скважинные приборы (перфораторы, боковые грунтоносы, торпеды).
Длина кабеля, опущенного в скважину, приближенно измеряется по указателю (счетчику) глубин и точно по моткам. Счетчик при помощи зубчатой и автосипной (или гибкой) передачи подсоединяется к калиброванному ролику блок-балаиса, через который кабель опускается в скважину. При этом число оборотов счетчика, проградуированного в метрах, пропорциональное числу оборотов ролика, дает возможность определить длину кабеля, прошедшего через * ролик. Однако вследствие возможного пробуксовапия кабеля при его спуске и подъеме, а дакже изменения диаметра расчетной окружности, совпадающей с центром кабеля, огибающего ролик, в связи с загрязнением желоба ролика и износом оплетки, глубина местоположения точки наблюдения определяется по счетчику только приближенно, причем погрешности могут достигать единиц и даже десятков метров.
Более точно определение глубины спуска скважинной аппаратуры производится по меткам. Метки устанавливаются на кабеле до спуска его в скважину на точно измеренных расстояниях, равных 40, 50 и 100 ж. Эти расстояния необходимо систематически проверять, так как в процессе эксплуатации длина кабеля изменяется вследствие: а) упругого удлинения жил, созданного весом груза и кабеля и силами трения кабеля о стенку скважины; б) удлинения, обусловленного раскручиванием жил; в) удлинения,, вызванного повышением с глубиной температуры среды, окружающей кабель.
В начало эксплуатации нового кабеля его вес, вес груза и раскручивание жил кабеля создают удлинение, стабилизирующееся с течением времени и достигающее до 2 м на 1 км. Это удлинение исключается при повторном промере кабеля, произведенном после нескольких спуско-подъемных операций. Кроме постоянного удлинения, кабель при эксплуатации дает временное удлинение, исчезающее после снятия нагрузки. .
Временное упругое удлинение Adi отрезка кабеля сечением s пропорционально его длине dl и величине усилия Р, действующего па этот отрезок:
Adl = ™ • — dl^Pdl, Е s
где Е — модуль упругости; 6У — коэффициент удлинения, равный -^ В статическом состоянии полное удлинение кабеля длиной
(78)(78)Л = 4- f Р”й = by f P^dl.
(78)
(78)
Es Г 00
Р” слагается из веса груза и измерительного скважинного прибора
Ррр = ргрН —а также веса кабеля P« = рк1\1 —в заполняющей ' °гр /\ «к /
скважину жидкости.
Здесь Ргр — вес груза и измерительного прибора; р« — вес единицы длины кабеля и д?к, <5гр и дк«— соответственно удельные веса раствора^ заполняющего скважину, груза и измерительного прибора и кабеля.
Подставив в формулу (78) вместо Р® его значение
ртл ^к \ ।7 Л ^щ \
I „ rrp 1puL 2—
\ дгр\ Ок /
и проинтегрировав полученный результат, находим
^ = Ыргрр-^и^и_М1.(79)
«Значения коэффициента 6У для кабелей различных марок приведены в табл. 14.
Тип кабеля
Коэффициент ^У временного упругого удлинения кабеля, мл^ка м
Коэффициент bt температурного удлинения кабеля, ЛШ/°С At
Коэффициент by удлинения кабеля в связи с раскручиванием жил, мм,кг м
Раскручивающий момент, 8 At/кг
КТО-1
0,011
11,510
0,005
КТО-2
0,0067
11,510
0,0051
0,24
КТО-1
0,0025
11,510
0,0051
0,30
ксо-з
0,0037
11,510
0,0057
0,52
Таблица 14
Некоторые упругие коэффициенты кабелей, применяемых при промыслово-геофизических работах
При движении кабеля к статической нагрузке прибавляется динамическая нагрузка, созданная силами инерции кабеля, скважинного прибора и груза и нагрузка сил трения кабеля и груза о буровой раствор и стенки скважины.
Динамическая нагрузка
F = Mw,
где М — масса кабеля, груза и скважинного прибора:
М =М =
М =
М =
w - - ускорение. При достижении номинальной скорости подъема у [ж/час]1 в течение 2 сек. с момента начала подъема ускорение
w =w =V7200V7200
w =
w =
V
7200
V
7200
Динамическая нагрузка наблюдается лишь в моменты резкого изменения скоростей движения кабеля и при нормальных скоростях обычно не превосходит 0,2 статической нагрузки. Поэтому динамическая нагрузка обычно по учитывается при расчете удлинения кабеля.
Силы трения в буровом растворе достигают наибольших значений в скважинах, заполненных вязким глинистым раствором, и особенно в искривленных скважинах. Сила трения Ft кабеля о раствор определяется величиной статического напряжения v сдвига раствора, причем
Ft = 1,1 (лд -ф- s?p) # = 7 (zkZ + rrpZrp) 91, где .*?к—полная поверхность кабеля; б’гр — поверхность груза и измерительного прибора; /у, и ггр — радиусы кабеля и прибора; Z — длина кабеля;
Рис. 139. К выводу формулы, определяющей величину дополнительной нагрузки па кабель, возникающей вследствие трения кабеля о стейку скважины.'Рис. 139. К выводу формулы, определяющей величину дополнительной нагрузки па кабель, возникающей вследствие трения кабеля о стейку скважины.'и, следовательно, ии, следовательно, иdT = jNdldT = jNdl
Рис. 139. К выводу формулы, определяющей величину дополнительной нагрузки па кабель, возникающей вследствие трения кабеля о стейку скважины.'
Рис. 139. К выводу формулы, определяющей величину дополнительной нагрузки па кабель, возникающей вследствие трения кабеля о стейку скважины.'
и, следовательно, и
и, следовательно, и
dT = jNdl
dT = jNdl
/гр — длина груза и измерительного прибора; 1,1 — коэффициент, учитывающий увеличение поверхности, по которой происходит разрыв сплошности раствора в связи с наличием слоя раствора, адсорбированного оболочкой кабеля.
Так как хгр обычно не превосходит 0,1 sH, то с точностью, достаточной для практики, можно принять, что
Ft =-ЖкЖ
При растворах большой вязкости, для которых й ~ 0,1 г) см*, для кабеля КТО-4 (/к =1,14 ent), опущенного в скважину глубиной 2000 л», получим
Ft 8 X 1,14 X 2 X 105 X Ю“4 = 182 кг.
В искривленных скважинах к статической и динамической нагрузкам и силам трения кабеля о раствор прибавляются силы трения кабеля о стенку скважины. Величина последних может быть установлена следующим расче-
том.
Допустим, что вследствие искривления скважины кабель соприкасается со стенкой скважины ио дуге радиуса К (рис.. 139) Выделим элемент длины кабеля dl — Bda, ограниченный сечениями щ и о.,. Обозначим через 7’величину тягового усилия и сечении щ. В сечении пй тяговое усилие соответственно равно Т -|- dT. Разность тяговых усилий Т -|- (IT — Т = dT уравновешивается силой трения кабеля о стенку скважины.
Спроектируем па касательную и нормаль к криволинейной образующей поверхности скважины силы, действующие па отрезок кабеля в средней точке элемента dl. Обозначим через N величину нормальной составляющей реакции стенки скважины, отнесенную к единице длины кабеля. Для тангенциальной составляющей действующих сил получим
(71 + ^Т) cos ™ - Т cos ™ = /Ж/,
.где / — коэффициент трения кабеля о стенку скважины.
Для нормальной составляющей действующих сил будем иметь
(7’ + dT) sin — -I- Т sin ^ = NdL
Вследствие малости угла da
da ,. da da
cos 1 и sin^^^ ——-
Tda = Ndl.
Исключая из последних двух равенств Ndl, получим
плиI’сличилаплиI’сличилаДТ __ jdl Т — R *;7’ - Q^ + fdT,bДТ __ jdl Т — R *;7’ - Q^ + fdT,b(80)(81)(80)(81)
пли
I’сличила
пли
I’сличила
ДТ __ jdl Т — R *
;7’ - Q^ + fdT,b
ДТ __ jdl Т — R *
;7’ - Q^ + fdT,b
(80)
(81)
(80)
(81)
где (>гр — сумма весов Р”р груза и измерительного прибора в буровом растворе и сил трения этих приборов о раствор.
Подставляя (81) в формулу (80), будем иметь
ат _ jdi
IК
(^-\-]'ат
о
Последнее уравнение наиболее просто может быть решено приближенным путем. Дли этого разделим кабель, находящийся в скважине, на равные отрезки Al и положим в пределах каждого из отрезков Т постоянным и равным значению тягового усилия в па- чале'отрезка. Обозначив через ^“ сумму веса единицы длины кабеля в глинистом растворе и сил трепня его о раствор и проинтегрировав равенство (80) в пределах каждого к-к—1 отрезка, найдем значения тяговых усилий в конце каждого из указанных отрезков:
41, 4_1_
т.т.} 41( 4141
т.
т.
КС?»» 81 + <i”^i = ^«ЭД» *•+«;л
и, наконец, послед пос тяговое усилие (у барабана лебедки)
Щ4£ZH
^-{■■4Ш’к 8l+^4l)e ^Д^в +
у 41у Л у Л
4 ДЛЦ е Ju -j- у’к ^0 « 2,6 • • -h' Jiw + Ук & =
Из последней формулы после ряда элементарных преобразований [76] находим величину приращения тягового усилия АТ, созданного трением кабеля о стенку скважины:
/17' = 7’п —■ Q'ry + Чк пЛ1 = <?’Гр |М^т^ + -j^ +- ■ - + -д^ "Ь
/ /1 / /111л
' к, 1 Ла 1+и„|,/ 1 _L 2 _L 3 _|_4-
+!1LL ] + Ч”Д11 ]Д1 ^ + -^ + д; +• • •+
16 заказ 714.
. п—1\ . (W ( 149,, n—1 \2
Rn р ~2 (д^ IV R?IV j
"ТОГ "^ "iTr—^ ‘'И—7Г~) ‘
Это приращение при больших углах искривления скважины (малых V может достигать значении, превышающих величину тягового усилия в вертикальной скважине.
Увеличении тягового усилия вследствие трения кабеля о стенку искривлений скважины создаст дополнительное удлинение кабеля ДЦ, величина которого может быть учтена лишь при размотке кабеля под натяжкой непосредственно в скважине.
Рис. 140. Принципиальная схема разметочной установки.Рис. 140. Принципиальная схема разметочной установки.1 — лебедка разметочной установки; 2 — лебедка подъемника; з и 4 — неподвижные ролики; 5 — подвижный ролик динамометра 6; ав— база (эталонный прогон) длиной 20 или би м.1 — лебедка разметочной установки; 2 — лебедка подъемника; з и 4 — неподвижные ролики; 5 — подвижный ролик динамометра 6; ав— база (эталонный прогон) длиной 20 или би м.
Рис. 140. Принципиальная схема разметочной установки.
Рис. 140. Принципиальная схема разметочной установки.
1 — лебедка разметочной установки; 2 — лебедка подъемника; з и 4 — неподвижные ролики; 5 — подвижный ролик динамометра 6; ав— база (эталонный прогон) длиной 20 или би м.
1 — лебедка разметочной установки; 2 — лебедка подъемника; з и 4 — неподвижные ролики; 5 — подвижный ролик динамометра 6; ав— база (эталонный прогон) длиной 20 или би м.
Удлинение формулеУдлинение формулекабеля вследствие раскручивания жил подсчитывается покабеля вследствие раскручивания жил подсчитывается по
Удлинение формуле
Удлинение формуле
кабеля вследствие раскручивания жил подсчитывается по
кабеля вследствие раскручивания жил подсчитывается по
аналогичной формуле (79).
Значения коэффициента &р удлинения кабеля вследствие раскручивания жил кабеля различных марок приведены в табл. 14.
Для уменьшения удлинения кабеля вследствие раскручивания скрутку проволок, составляющих жилу кабеля, и скрутку жил производят в противоположные стороны. У бронированных кабелей проволоки стальной брони накладывают в два слоя с противоположным направлением скрутки.
Увеличение длины кабеля, вызванное повышением температуры, рас считывается по формуле
41, = 6,z (ьр - <„) = м Г-■=+4?»'. _ Д
где icp — средняя температура кабеля; Г —- температура, при которой был произведен промер кабеля на поверхности; Г. с — температура верхнего слоя почвы; Гор — среднее значение градиента температур в скважине в °С/ж; bt — температурный коэффициент удлинения жил кабеля, приведенный в табл. 14.
' Суммарное удлинение кабеля
41 = 4ly + 2tZp + 41, = (by -I- b^ f T31 + b,l (Д:ДЬ»1 _ /„ 0\
Удлинение кабеля под действием проложенных нагрузок частично стабилизируется в процессе работы и сохраняется до тех пор, пока к кабелю не будет приложено более высокое натяжение.
Для наибольшего снижения погрешности в определении длины кабеля,, созданной его временным удлинением, необходимо при разметке кабеля по возможности воссоздать динамические условия его работы.
I азметка кабеля производится при помощи стальной калиброванной ме рной ленты длиной 20 или 25 л. Для повышения точности разметки и Учета условий работы разметку следует производить при опущенном в скважину кабеле или на специальной разметочной установке.Для разметки кабеля на скважине (см. ч. II, § 98) используют сква- - жину, заполненную раствором, вязкость, удельный вес и температура кото- poi о по возможности соответствует наиболее часто встречающимся (стандартным для района) в скважинах района, где будет эксплуатироваться кабель.IIри разметке кабеля па специальной установке (рис. 140) кабель предварительно перематывается па барабан лебедки 1 размоточной установки,I азметка кабеля производится при помощи стальной калиброванной ме рной ленты длиной 20 или 25 л. Для повышения точности разметки и Учета условий работы разметку следует производить при опущенном в скважину кабеле или на специальной разметочной установке.Для разметки кабеля на скважине (см. ч. II, § 98) используют сква- - жину, заполненную раствором, вязкость, удельный вес и температура кото- poi о по возможности соответствует наиболее часто встречающимся (стандартным для района) в скважинах района, где будет эксплуатироваться кабель.IIри разметке кабеля па специальной установке (рис. 140) кабель предварительно перематывается па барабан лебедки 1 размоточной установки,откудаоткудаон вновь порематы-он вновь порематы-кается па лебедку 2 подъем-кается па лебедку 2 подъем-ника.ника.При обратной поро-При обратной поро-мотке кабель пропускается через неподвижные ролики 3 и 4 и подвижный ролик 5 динамометра 6. Размотка ка- беля производится на горизонтальном эталонном прогоне ab1 с точно отмеренной длиной в 20 пли 50 м. Необходимое1 натяжение кабеля, величина которого борется по данным экспериментальных работ в скважинах, в которых предполагается эксплуатировать кабель1, и определяется по динамометру 6*, создается торможением барабана лебедки 1.При резком торможениимотке кабель пропускается через неподвижные ролики 3 и 4 и подвижный ролик 5 динамометра 6. Размотка ка- беля производится на горизонтальном эталонном прогоне ab1 с точно отмеренной длиной в 20 пли 50 м. Необходимое1 натяжение кабеля, величина которого борется по данным экспериментальных работ в скважинах, в которых предполагается эксплуатировать кабель1, и определяется по динамометру 6*, создается торможением барабана лебедки 1.При резком торможенииРис. 141. Кривые зависимости натяжения кабеля от условий работы и глубины исследования (по С. Г. Комарову).Уд. вес бурового раствора 1,22. Кабель КТО-2.Рис. 141. Кривые зависимости натяжения кабеля от условий работы и глубины исследования (по С. Г. Комарову).Уд. вес бурового раствора 1,22. Кабель КТО-2.1—натяжение кабеля в состоянии покоя; 2—тоже, при малой скорости подъема; з — тоже, при большой скорости подъема; d — то же, в момент остановки при малой скорости подъема; 5 — тоже, в момент остановки при большой скорости подъема.1—натяжение кабеля в состоянии покоя; 2—тоже, при малой скорости подъема; з — тоже, при большой скорости подъема; d — то же, в момент остановки при малой скорости подъема; 5 — тоже, в момент остановки при большой скорости подъема.кабеля в процессе подъема его натяжениекабеля в процессе подъема его натяжениестановится ниже. Это объясняется инерционным смещением кабеля, сопровождающимся разгрузкой его веса. На рис. 141 приведены результаты исследования натяжения па кабель. При спуске кабеля вследствие действия сил инерции и трения в направлении, обратном весу кабеля и груза (т. о. вверх), взаимное расположение кривых изменится. Новые кривые будут близки к зеркальным изображениям кривых 2, 3, 4 и 5 относительностановится ниже. Это объясняется инерционным смещением кабеля, сопровождающимся разгрузкой его веса. На рис. 141 приведены результаты исследования натяжения па кабель. При спуске кабеля вследствие действия сил инерции и трения в направлении, обратном весу кабеля и груза (т. о. вверх), взаимное расположение кривых изменится. Новые кривые будут близки к зеркальным изображениям кривых 2, 3, 4 и 5 относительнокривой 1. При спуске кабеля внезапное торможение нагрузки на кабель.кривой 1. При спуске кабеля внезапное торможение нагрузки на кабель.вызывает увеличениевызывает увеличение
I азметка кабеля производится при помощи стальной калиброванной ме рной ленты длиной 20 или 25 л. Для повышения точности разметки и Учета условий работы разметку следует производить при опущенном в скважину кабеле или на специальной разметочной установке.
Для разметки кабеля на скважине (см. ч. II, § 98) используют сква- - жину, заполненную раствором, вязкость, удельный вес и температура кото- poi о по возможности соответствует наиболее часто встречающимся (стандартным для района) в скважинах района, где будет эксплуатироваться кабель.
IIри разметке кабеля па специальной установке (рис. 140) кабель предварительно перематывается па барабан лебедки 1 размоточной установки,
I азметка кабеля производится при помощи стальной калиброванной ме рной ленты длиной 20 или 25 л. Для повышения точности разметки и Учета условий работы разметку следует производить при опущенном в скважину кабеле или на специальной разметочной установке.
Для разметки кабеля на скважине (см. ч. II, § 98) используют сква- - жину, заполненную раствором, вязкость, удельный вес и температура кото- poi о по возможности соответствует наиболее часто встречающимся (стандартным для района) в скважинах района, где будет эксплуатироваться кабель.
IIри разметке кабеля па специальной установке (рис. 140) кабель предварительно перематывается па барабан лебедки 1 размоточной установки,
откуда
откуда
он вновь порематы-
он вновь порематы-
кается па лебедку 2 подъем-
кается па лебедку 2 подъем-
ника.
ника.
При обратной поро-
При обратной поро-
мотке кабель пропускается через неподвижные ролики 3 и 4 и подвижный ролик 5 динамометра 6. Размотка ка- беля производится на горизонтальном эталонном прогоне ab1 с точно отмеренной длиной в 20 пли 50 м. Необходимое1 натяжение кабеля, величина которого борется по данным экспериментальных работ в скважинах, в которых предполагается эксплуатировать кабель1, и определяется по динамометру 6*, создается торможением барабана лебедки 1.
При резком торможении
мотке кабель пропускается через неподвижные ролики 3 и 4 и подвижный ролик 5 динамометра 6. Размотка ка- беля производится на горизонтальном эталонном прогоне ab1 с точно отмеренной длиной в 20 пли 50 м. Необходимое1 натяжение кабеля, величина которого борется по данным экспериментальных работ в скважинах, в которых предполагается эксплуатировать кабель1, и определяется по динамометру 6*, создается торможением барабана лебедки 1.
При резком торможении
Рис. 141. Кривые зависимости натяжения кабеля от условий работы и глубины исследования (по С. Г. Комарову).
Уд. вес бурового раствора 1,22. Кабель КТО-2.
Рис. 141. Кривые зависимости натяжения кабеля от условий работы и глубины исследования (по С. Г. Комарову).
Уд. вес бурового раствора 1,22. Кабель КТО-2.
1—натяжение кабеля в состоянии покоя; 2—тоже, при малой скорости подъема; з — тоже, при большой скорости подъема; d — то же, в момент остановки при малой скорости подъема; 5 — тоже, в момент остановки при большой скорости подъема.
1—натяжение кабеля в состоянии покоя; 2—тоже, при малой скорости подъема; з — тоже, при большой скорости подъема; d — то же, в момент остановки при малой скорости подъема; 5 — тоже, в момент остановки при большой скорости подъема.
кабеля в процессе подъема его натяжение
кабеля в процессе подъема его натяжение
становится ниже. Это объясняется инерционным смещением кабеля, сопровождающимся разгрузкой его веса. На рис. 141 приведены результаты исследования натяжения па кабель. При спуске кабеля вследствие действия сил инерции и трения в направлении, обратном весу кабеля и груза (т. о. вверх), взаимное расположение кривых изменится. Новые кривые будут близки к зеркальным изображениям кривых 2, 3, 4 и 5 относительно
становится ниже. Это объясняется инерционным смещением кабеля, сопровождающимся разгрузкой его веса. На рис. 141 приведены результаты исследования натяжения па кабель. При спуске кабеля вследствие действия сил инерции и трения в направлении, обратном весу кабеля и груза (т. о. вверх), взаимное расположение кривых изменится. Новые кривые будут близки к зеркальным изображениям кривых 2, 3, 4 и 5 относительно
кривой 1. При спуске кабеля внезапное торможение нагрузки на кабель.
кривой 1. При спуске кабеля внезапное торможение нагрузки на кабель.
вызывает увеличение
вызывает увеличение
§ 38. ГРУЗЫ
Грузы служат для облегчения спуска кабеля в скважину, особенно в тех случаях, когда измерительное устройство имеет небольшой вес (зонд, термометр) или когда наблюдения производятся в скважине, заполненной тяжелым и вязким глинистым раствором, удельный вес которого близок или превышает удельный вес кабеля. В последнем случае необходимо применять тяжелые грузы специальной конструкции, общий вес которых иногда доходит до 500—700 кг.
Стандартные грузы имеют цилиндрическую форму и обычно изготовляются из чугуна и роже из свинца. Большой удельный вес свинца дает воз- можпость изготовить грузы относительно небольшого размера, облегчающего спуск груза в скважину, причем малая твердость свинца позволяет
Рис. 142. Стандартный чугунный разъемный груз.Рис. 142. Стандартный чугунный разъемный груз./ — стяжной стержень; 2 и 3 — верхняя и нижняя годовки груза; 4 — чугунные диски; 5 — соедини- ,тельный наконечник; 0 — соединительная муфта.
Рис. 142. Стандартный чугунный разъемный груз.
Рис. 142. Стандартный чугунный разъемный груз.
легко разрушить груз долотом в случае потери груза в скважине. Однако дороговизна и дефицитность свинца и полная возможность замены его чугуном (особенно при использовании бронированных кабелей, требующих при-
ююРис. 143.Рис. 143.различныхразличныхконструк-конструк-Свинцовые грузы ДИЙ.Свинцовые грузы ДИЙ.менения грузов относительно небольшого веса) привели к целесообразности перехода на производство преимущественно чугунных грузов.
ю
ю
Рис. 143.
Рис. 143.
различных
различных
конструк-
конструк-
Свинцовые грузы ДИЙ.
Свинцовые грузы ДИЙ.
На рис. 142 изображен стандартный чугунный груз, деталями которого является железный стержень 1, верхняя и нижняя головки 2 и 3 и чугунные диски 4. Верхняя головка 2 груза заканчивается наконечником 5, при помощи которого груз присоединяется к подвесу, прикрепленному к концу кабеля или к соединительной муфте измерительного прибора. Нижняя головка, груза 3 заканчивается муфтой 6, к которой присоединяется наконечник 5 второго груза в тех случаях, когда требуется увеличение общего их веса. Применяются также
чугунные грузы, отличаю - от рассмотренного лишь тем, что тело
а и б — свинцовые грузы с железным каркасом; в и а — гибкие грузы; 1 — трубчатый перфорированный каркас; 2 и з — верхняя и нижняя головки грузов; rf — штифты; 5 — свинец; в — стержень; 7 — наконечник; 8 — подвес нижний; 9— брезентовый шланг; 10 — картечь; и — бандаж; 12 — свинцовый шар; 13 — железный стержень; 14 — шарнир.
щиеся выше груза Однущиеся выше груза Однупредставляет собой деталь, отлитую изпредставляет собой деталь, отлитую изхрупкого чугуна.На рис. 143, а дан чертеж стандартного свиицо-хрупкого чугуна.На рис. 143, а дан чертеж стандартного свиицо-вого груза. В этом грузе трубчатый перфорированный каркас 1\ обеспечивающий прочность груза, .соединен с верхней и нижней головками 2 и 3 штифтами 4 и облит свинцом 5. Перфорировка каркаса обеспечивает прочность его соединения со свинцовой: кассой груза и облегчает разбуривание груза при оставлении его в скважине -
щиеся выше груза Одну
щиеся выше груза Одну
представляет собой деталь, отлитую из
представляет собой деталь, отлитую из
хрупкого чугуна.
На рис. 143, а дан чертеж стандартного свиицо-
хрупкого чугуна.
На рис. 143, а дан чертеж стандартного свиицо-
Грузы других конструкций показаны на рис. 143, б, в и г. Груз, изображенный на рис. 143, б, отличается от груза рис. 143, а тем, что вместо перфорированной трубы выставлен стержень 6 со штифтами 4.
Рацее применились грузы с наружной латунной трубой, в некоторых случаях облитой свинцом. Такие грузы легче разбуривались при оставлении в скважине, что являлось их преимуществом перед грузами с железным каркасом. Однако они дороги и поэтому заменены'чугунными и свинцовыми грузами.
Если в скважине имеются уступы, вместо жестких цилиндрических грузов применяются гибкий груз или гирлянда сферических грузов. Гибкий груз (рис. 148, в) представляет собой отрезок брезентового или резинового
Рис. 144. Подвесы для присоединения кабеля к грузу.
а — стандартный; б — грозненский; в — для тяжелых грузов; 1 — муфта; 2 — полостьдля закрепления жил кабеля; з —.колпачок; 4 — волнообразная поверхность; 5 —полость для хвостового соединения ' груза; в — штифт для крепления груза; 7 — про-резь для чеки; 8 — отверстие для каната «легости».
шланга <9, заполненного свинцовой дробью или картечью 10. Концы шланга надеты на головки 2 и 3, к которым они прочно прикрепляются бандажами 11, Такой груз легко проходит уступы в скважине. Сферический груз (рис. 143, а) представляет собой гирлянду свинцовых шаров 12 с железными стержнями 13, соединенными между собой шарнирами 14. Последние служат для гибкого сочленения шаров между собой и присоединения верхнего из них к подвесу. Иногда шарнир заменяется отрезком цепи. Вместо гирлянды сферических грузов применяют также цилиндрический груз, к концу которого присоединяется сферический.
При некоторых специальных геофизических исследованиях скважин используются изолированные грузы. Изолированный груз представляет собой обычный цилиндрический груз, на который натягивается резиновый мешок, или поверхность груза обматывается лентой из натуральной резины, которая затем вулканизируется.
Выбор веса груза зависит от удельного веса и вязкости глинистого раствора, глубины исследуемой скважины и удельного веса кабеля. В сква-
Рис. 1-45. Изолированные подвесы для грузов.Рис. 1-45. Изолированные подвесы для грузов.<t • - г.таидартиый, подвес.; б--изолирующий иереиод- пик; « ii;io,iiiipyioimttt иодвеч-. с муфтами Парфенона— Пигрова; I - ■ муфта; 3 —■ колпачещ; в ■— штифт; 7 —. ирорсаь для чеки; 8 -- отверстое для каната «легости»; » латунный стершею.; 10. изолирующая втулка;И • соединительный патрон; Ю-соединительные головки муфты Парфенова— Лиг рова.<t • - г.таидартиый, подвес.; б--изолирующий иереиод- пик; « ii;io,iiiipyioimttt иодвеч-. с муфтами Парфенона— Пигрова; I - ■ муфта; 3 —■ колпачещ; в ■— штифт; 7 —. ирорсаь для чеки; 8 -- отверстое для каната «легости»; » латунный стершею.; 10. изолирующая втулка;И • соединительный патрон; Ю-соединительные головки муфты Парфенова— Лиг рова.жилах глубиной до 1500 м, заполненных глинистыми растворами уд. веса 1/1 1,3, обычно применяются грузы весом 60—100 кг. При более тяжелых растворах приходится применять болею тяжелые грузы, суммарный вес которых доходит до 300—700 кг^ пли (что много лучше) использовать брониро- папныо кабели. Грузы весом 8, 10, 24 и 40 кг применяются при работах в крелпуспых и неглубоких скважинах вращательного бурения.
Рис. 1-45. Изолированные подвесы для грузов.
Рис. 1-45. Изолированные подвесы для грузов.
<t • - г.таидартиый, подвес.; б--изолирующий иереиод- пик; « ii;io,iiiipyioimttt иодвеч-. с муфтами Парфенона— Пигрова; I - ■ муфта; 3 —■ колпачещ; в ■— штифт; 7 —. ирорсаь для чеки; 8 -- отверстое для каната «легости»; » латунный стершею.; 10. изолирующая втулка;
И • соединительный патрон; Ю-соединительные головки муфты Парфенова— Лиг рова.
<t • - г.таидартиый, подвес.; б--изолирующий иереиод- пик; « ii;io,iiiipyioimttt иодвеч-. с муфтами Парфенона— Пигрова; I - ■ муфта; 3 —■ колпачещ; в ■— штифт; 7 —. ирорсаь для чеки; 8 -- отверстое для каната «легости»; » латунный стершею.; 10. изолирующая втулка;
И • соединительный патрон; Ю-соединительные головки муфты Парфенова— Лиг рова.
Присоединение груза к кабелю производится при помощи подвесов. Стандартный подвес (рис. 144, а) представляет собой муфту I, в верхней части, которой проточена ,,. полость 2. В этой полости закрепляется жила ка-
■ ' боля, проволоки которой предварительно загибаются «ершом» и затем пропаиваются оловом (как это делается при заделке кабеля в соединительные патроны). Для большей прочности на верхней части муфты навинчивается колпачок 3, предварительно надеваемый на жилы кабеля. Для предохранения стальных проволок жилы от ржавления и вследствие этого потери их прочности место | присоединения изолируется резиновой лентой. Для прочности изоляции некоторые подвесы (рис. 144, б) имеют волнообразную поверхность 4. В нижней части муфты проточена полость 5, в которую вставляется наконечник головки груза. Наконечник закрепляется штифтом 6. Для тяжелых грузов с усиленными наконечниками применяется подвес, изображенный па рис, 144, в. Крепление наконеч
ника груза с подвесом производится при помощи чеки, вставленной в прямоугольную прорезь 7. Отверстие (S’ служит для стержня, за который зацепляется канат «.погости», при помощи которой груз опускается
в скважину.
Имеете стандартного подноса иногда применяются изолированные подвесы. Такой люднее состоит из стандартного подвеса (рис. 145, а) и изолирующего переводника, (рис. 145, б), закрепляемого в муфте 1 подвеса вместо груза. Деталями переводника являются: латунный стержень .9, верхний конец которого вставляется в подвое; изолирующая эбонитовая втулка /9, навинченная па стержопь 9, и цилиндрический патрон 11, кропящийся на винтовой резьбе па эбонитовой втулке. К этому патрону при помощи штифта 6* присоединяется наконечник груза.
На рис. 145, в изображен изолированный усиленный подвес конструкции конторы электроразведки Лэпсфтокомбипата. Присоединение жил кабеля к этому подвесу производится при помощи кабельных соединительных муфт Парфенова — Пигрова (см. § 37), которые навинчиваются па соединительные головки 12 без установки контактных штифтов 16 (см. рис. 134), Про имущества этого подвеса заключаются л большой его прочности, так как жилы кабеля в мостах соединения их с электродами зонда можно не разрезать, й в легкости отсоединения подвеса от кабеля.
Пронированные кабели обычно присоединяются к скважинным измерительным приборам при помощи специальных устройств’—свечных мостов (см. § 93).
§ 39. ЛЕБЕДКИ. И. САМОХОДНЫЕ ПОДЪЕМНИКИ
Лебедки предназначаются для спуска в скважину и последующего подъема кабеля и скважинных приборов, а также для транспорта кабеля от базы к месту работ партии.
, Основными деталями лебедок являются: барабан, па который навивается кабель; коллектор для подсоединения источников тока и измерительных приборов к жилам кабеля; привод для вращения барабана, трансмиссии или редуктор для изменения скорости подъема кабеля и рама, на которой крепятся барабан, трансмиссии и привод. .
Отечественные заводы изготовляют различные лебедки, конструкции которых в основном определяются емкостью барабана и грузоподъемностью кабеля, для которого рассчитана лебедка. Условно лебедки подразделяются па три типа: легкие-—для исследования скважин глубиной до 1000 м, средние — для скважин глубиной до 2000 ж и. тяжелые —- для более глубоких скважин.
Из большого числа различных конструкций ранее выпускавшихся лебедок [5, 13, 14, 79] наплучшими были следующие: *
легкая металлическая лебедка ЛМ-400 с ручным приводом Для 400 м кабеля КТШ-0,3 (см. рис. 146, а);
металлическая лебедка сродного типа ЛМ-1200 (ЛК-20) с механическим приводом, рассчитанная па 1200 .« кабеля (050 м КТО-1 и 550 м КТО-2) (см. рис. 147, а);
металлическая лебедка сродного, типа ЛМ-2000 (ЛК-52) с емкостью барабана на 2000 м кабеля КТО-1 и КТО-2 или 1750 м кабеля КТО-2 (см. рис. 147, 4);
тяжелые металлические лебедки с механическим приводом, Л М-3000 (ЛК-100 и ЛК-135) и другие, рассчитанные па 2000—3500 м кабеля КТО-2 и КТО-4.
последние годы заводы нефтяной промышленности перешли па выпуск новейших типов усовершенствованных лебедок, монтируемых в закрытом кузове автомашины, которые получили название самоходных подъемников. В зависимости от емкости барабана лебедки эти подъемники сокращенно обозначаются СКП-2000, СКП-3000, СКП-4000, СКП-6000 и СПП-3. В производственных партиях нефтяной промышленности самоходные подъемники почти повсеместно заменили лебедки ЛМ-2000 и ЛМ-3000. Выпускаются также самоходные! подъемники облегченной конструкции (станции АЭКС-900 и ПЛКС-750), смонтированные в одном кузове с измерительной аппаратурой. Описание самоходных подъемников в настоящем руководстве дается после краткого ознакомления читателя с элементами конструкции некоторых из
наиболее распространенных лебедок болео ранних выпусков, что, в частности, позволит установит!, преимущества самоходных подъемников перед применявшимися ранее лебедками.
Лебедка ЛМ-400
Лебедка ЛМ-400 предназначается для исследований скважин небольшой глубины; она имеет следующую конструкцию (рис. 146). На легкой сварной трубчатой раме 1 па шариковых подшипниках 2 установлен барабан 3. Варабап изготовлен из алюминиевой трубы, посаженной па две стальные ступицы, к которым привинчены текстолитовые щеки 4. На одной из ступиц закреплена звездочка 5, па другой — тормозной диск 6. Звез-
Рис. 146. Легкая лебедка ЛМ-400.
J — рама лебедки; 2 — подшипники; 3 — барабан лебедки; 4 — щеки бара-бана; б •— авсадочка; 6 — тормозной диск; 7 — цепная передача; <8 — звез-дочка; о — трансмиссионный вал; Ю — храповое колесо; и — предохрани- •тельная собачка; 12 — рычаг управления тормозом; 13 — собачка; 14 — сто-порная гребенка тормоза.
дочка 5 (z = 39 ) соединяется цепной передачей 7 (шаг 15,9 мм) со звездочкой 8 (z = 13), посаженной жестко па трансмиссионный вал 9. Вал 9 приводится во вращение ручкой, вставляющейся с торца в трубчатую полость вала. Ручка закрепляется на штифте, заходящем в шлицы, пропиленные на оси ручки. На трансмиссионном валу 9 закреплено храповое колесо 10, с которым соединяется предохранительная собачка 11. На лебедке установлен тормоз, колодки которого плотно прижимаются к тормозному диску стальной пружиной. Сила торможения регулируется при помощи рычага 12, на котором закреплена собачка 13, сцепляющаяся со стопорной гребенкой 14. Давление колодок па тормозной диск (сила торможения) зависит от положения собачки па зубчатом секторе. На один конец полуоси барабана 3 навинчивается дисковый коллектор с тремя кольцами, с которыми контактируют щетки. Щетки закрепляются в щеткодержателях, завинчивающихся в железную пластинку (суппорт), установленную на станине лебедки .
Лебедки ЛМ-1200 и ЛМ-2000
Лободки ЛМ-1200 (ЛК-26)2 — 2 и ЛМ-2000 (ЛК-52/2-4) были сконструированы для исследования скважин глубиной до 1000 м (лебедка ЛМ-1200) и до 1750 м (лебедка ЛМ-2000) и в течение долгих лет широко использовались промыслово-геофизической службой. Опи отличаются друг от друга емкостью барабана и незначительными изменениями их конструкции, детали которой видны из чертежа (рис. 147, а и б). Описание лебедок дано в ряде руководств [5, 13, 79, 86 и др.) и в настоящей работе не приводится.
Лебедка ЛК-2-3000
Станина лебедки ЛК-2-3000 конструкции Азпефтемаша представляет собой прямо- угольпую горизонтальную раму (рис. 148, а и б), изготовленную из трех сваренных между собой швеллеров (одного поперечного 1 и двух продольных 2) и трубы 3. Для уменьшения веса лебедки в швеллерах вырезаны круглые отверстия.
На швеллерах 2 па двух двурядных шариковых подшипниках 4 установлен барабан лебедки, представляющий собой полый стальной цилиндр 5, с торцов которого закреплены щеки 6, отлитые со ступицами и полуосями и усиленные ребрами 7. По периферии щек проточена выточка для тормозной стальной лепты 8 с феррадо. На наружной стороне одной из щек закреплена звездочка 9 цепной передачи 10 (шаг 44,4 мм^ приводящей барабан лебедки во вращение; на. другой щеке — храповое колесо 11, с которым может быть соединена собачка 72, стопорящая барабан лебедки.
Со звездочкой 9 (z — 56) при помощи цепной передачи 10 соединяется звездочка 13 (z = 12), сидящая па фасонной ступице 14, закрепленной свободно па трансмиссионном, валу 15 (рис, 148, в). Вал 15 установлен на двух шариковых подшипниках 16, один из которых закреплен па продольном швеллере 2, второй — на консоли 17, приваренной к трубе 3.
Звездочка 13 соединяется с трансмиссионным валом 15 при помощи фрикционной муфты, имеющей следующее устройство
Две чугунные шайбы 18 и 19 соединены болтами 20 с фасонной ступицей 14. Шайбы 18 и 19 установлены между ведущими дисками 21, 22 и 23. Диск 21 па втулке 24 жестко- посажен на трансмиссионном валу 15 и соединен болтами 25 с дисками 22 и 23. Диск 23 при помощи шарнирного механизма 26 соединен с втулкой 27. В выточке втулки 27 закреплен хомут 28, соединенный с рычагом 29 (рис, 148, а), управляющим фрикционной муфтой. Ла торцовых поверхностях дисков 21—23 для улучшения фрикции закреплены деревянные колодки 30.
В отключенном состоянии пружины 31 разжимают ведущие диски 21, 22, и 23 и освобождают шайбы 18 и 19. При повороте рычага 29 хомут 28 и втулка 27 смещаются вправо и рычаги 26 шарнирного механизма, смещая диски 22 и 23, зажимают колодками 30 шайбы 18 и 19, обеспечивая тем самым соединение фасонной ступицы 14 и звездочки 13 с трансмиссионным валом 15. . 1 -
Трапе мисс ионный вал 15 приводится во вращение от звездочки <32, соединенной цепной передачей 33 (шаг 31,8 жл,) со звездочкой 34 (рис. 148, зц закрепленной жестко- па конце оси 35 редуктора 36. Движение к редуктору поступает от двигателя автомобиля через коробку передач 37, коробку отбора мощности 38, добавочный карданный вал 39 и ведущую ось 40 редуктора 36. В редукторе па оси 40 закреплена шестерня, соединяющаяся со второй шестерней, установленной па оси 35.
Стальные тормозные лепты 8 с феррадо при торможении рычагом 41 прижимаются к щекам барабана. Положение рычага может быть закреплено фиксатором 42, сцепляющимся с одним из зубьев гребенки 43. Для подвода тока применяются цилиндрический коллектор 44 или дисковый подогревный коллектор (бакинский). Жилы кабеля присоединяются к коллектору через отверстие, выточенное в полуоси ступицы, па которой крепится барабан лебедки.
Вариантами конструкции лебедки ЛК-2-3000 были лебедки ЛК-4000 и ЛК-2000. Лебедка ЛК-4000 отличалась от лебедки ЛК-2-3000 ббльшими размерами барабана, повышенной прочностью конструкции, сдвоенными цепными передачами от редуктора па трансмиссионный вал и от последнего к барабану лебедки Лебедка ЛК-2000 по сравнению- с лебедкой ЛК-2-3000 имела меньшие размеры; и иную конструкцию фрикционной муфты, соединяющей трансмиссионный вал со звездочкой, приводящей в движение барабан лебедки.
Описание этих лебедок, а также распространенной в свое время грозненской тяжелой лебедки дано в ранее вышедших работах [5, 13].
САМОХОДНЫЕ ПОДЪЕМНИКИ
Самоходные подъемники СКП-2000 и СКП-3000
Самоходные подъемники СКП-2000 и СКП-3000 Мытищинского приборостроительного завода (МПЗ) смонтированы в закрытом кузове (рис. 149) автомашины ЗИЛ-151 (ранее ЗИС-151).
Кузов 1 (рис. 150) автомашины 2 разделен перегородкой 3 на лебедочное отделение 4 и кабину лебедчика 5.
В лебедочном, отделении находятся лебедка 6 ЛКМ-2000 или Л КМ-3000 соответственно с емкостями барабана па 1850 и па 2750 м кабеля 1ГГ0-4, кабслсукладчик 7 с ручным управлением, генераторная группа А*, блок- баланс 9, грузы 10, катушки с соединительными проводами и шанцевый инструмент.
В кабине 5 лебедчика расположены приборы управления спуско-подъемными операциями: рычаг 11 тормоза лебедки и рычаг 12 включения храпового механизма, штурвал 13 укладчика кабеля, дублеры: 14 — рычага
Рис, 147. Легкие лебедки для гоофи
,а — ЛМ-1200 (ЛК-20);
1 — рама лебедки; 2 — подшипники; 4 — щеки барабана; 6 — звездочка; 7 — цепная передача: зицы; 18 — суппорт коллектора; 19 — трансмиссионный вал; 21 — звездочка; 22 — трансмиссионный ной передачи; 81 — влектродвига
.управления подачей горючего в двигатель автомашины, 15 — рычага коробки передач, 16 — педали сцепления вала двигателя автомашины, 17 — ключа зажигания автомашины, 18 — включения стартера и 19 — автосигнала; рычаг 20 управления коробкой отбора мощности и контрольная панель 21 лебедь и; в кабине лебедчика также установлены перфораторная панель^, панель 23 коллекторного провода, панель управления ^, силовой блок 25, двухскоростпон редуктор 26, управляемый рычагом 27, и реостат возбуждения генератора.
В кабине водителя автомашины расположены приборы управления автомобилем: штурвал 28 рулевого управления с кнопкой сигнала, педаль "29 сцепления, кнопка 30 стартера, педаль 31 ножного тормоза, педаль 32 регулировки подачи горючего, ключ 33 зажигания, ручка 34 управления составом газовой смеси, включатель 35 дублера зажигания, рычаг "36 раздаточной коробки, рычаг 37 переднего моста, рычаг 38 ручного тормоза-автомашины и рычаг 39 коробки передач.
Лебедки ЛКМ-2000 и ЛКМ-3000
Установленные на самоходных подъемниках СКП-2000 и СКП-3000 лебедки ЛКМ-2000 и ЛКМ-3000 имеют однотипную конструкцию и различаются емкостью барабана. Сварная прямоугольная рама 44 (рис. 151) лебедки укрепляется 10 болтами с пружинными шайбами па раме кузова подъемника. На раме лебедки установлены роликовые подшипники 45. В подшипники входят полуоси двух ступиц 46 стального литья, на которых установлен барабан лебедки. Барабан изготовлен из стальной цилиндрической трубы диаметра 325 мм, сваренной со ступицами, и двух щек (тормозных шайб) 47 диаметра 1000 AMt у лебедки ЛКМ-2000 и 1200 мм у лебедки
зических исследований скважин.
б —ЛМ-2000 (ЛК-52);
12 — рычаг управления тормозом; Ы — стопорная гребенка тормоза; Ы — стальной вал; 16 — сту- вал; 23 — ручки; 24 —29 — звездочки; 34 — рычаг переключения скоростей; 35 и 36 — шкивы ремеи- тель; 38 — ленточный тормоз.
а
Рис. 148.
Рис. 148. Лебедка ЛК-2-3000.
«а и б — общий вид лебедки; в— транс-миссионный пал; а — привод от двига-теля автомобиля.
1 и 2 — швеллеры рамы; з — труба 8"; ■4 — шариковый подшипник; 6 — ци- .липдр барабана; 6 —• щеки; 7 — ребра «дек; 8 — тормозная лента; 9 — звездочка; 10 — цепная передача; 11 —- храповое колесо; 12 — собачка храпового колеса; 13 —- звездочка; 14 —- фасонная ступица; 16 — трансмисоиоп- Шый вал; 10 —- шариковые подшип- шики; 17 — консоль; 18 и 19 — чугуй- шые шайбы; 20 — болты; 21, 22 и 23 — ведущие Диски; 24 — втулка; 26 — болты; 20 -— шарнирный механизм; 27 --втулка; 28 — хомут; 29 — рычаг фрикциона; 30 — деревянные колодки; 31 — пружины; 32 и 34 — .звездочки; 33 — цепная передача;
36 -— ось редуктора S8; 37 — коробка передач; 38 — коробка отбора мощно-
сти; 39—карданный вал; 40— с редуктора; 41 —- рычаг тормоза; 42 фиксатор; 43 — гребенка; 44 ■ - .линдрический коллектор.
ось
33
W
3936
^ - Ци- 77^^777775^7^7^^
г
Рис 149 Самоходный промыслово-геофизический подъемник
СКП-3000.
Рис. 150. Самоходный подъемник типа СКИ.
I—кузов автомашины 2; з — перегородка; 4 — лебедочное отделение; 5- киОини л«*г ><*дч и rta г 6 — лебедка; 7 — кабелеуиладчии; з — генераторная группа; У — блок-баланс-; /а груаы; 11 _ рычаг тормоза лебедки; 12 — рычаг включении храпового мехапиама; 13-■ штурвал i еа Оеле.- укладчика; дублеры: 14 — рычаг управления подачей горючего; 16--рычаг нороПки передач; 16.—педаль сцепления; 17—-ключ зажигания; 13 — включатель стартера; 19— hiuikimutcjii, инто- сигнала; 20 — рычаг управления коробкой отбора мощности; 21 — контрольная панель; УН пер
фораторная панель; 23 —- панель коллекторного провода; 24 — панель управлении; ДЛ сплоной блок; 26 — двускоростной редуктор; 27 — рычаг управлении редуктором; 28 - ■ штурплл рулевого управления; 26 — педаль сцепления; 30 — кнопка стартера; з/— педаль шинного тормоаа; 32 — педаль регулировки подачи горючего; 33 — ключ зажигания; 34 — ручка управлении еое/гпном газовой смеси; 35 — выключатель дублера важигапия; Зв — рычаг раздаточной коротки; иг рычаг переднего моста; 38 — рычаг ручного тормоза; 39 — рычаг коробки передач; 40 - • нречыш /н-Педчииа; 41 — плафоны освещения кабины лебедчика аккумуляторного питания; 42 -осветители «‘.е/гел*<»га питания; 43 — прожектор освещения буровой скважины.
ЛКМ-3000. Для повышения прочности щеки имеют усиливающие рцдрю-пъ- ные ребра 48. По периферии щек проточена выемка, в которой улоисотты стальные тормозные ленты 49 с феррадо. Натяжение, лент регул и руотся стяжками 50, а отжим — устройством 51. Торгмоз управляется рычаг' ом 11 со стопорной гребенкой 52, фиксирующей положение рычага. К одной ив щек прикреплено храповое колесо 53, собачка 54 которого уирниляотся рычагом 12 (рис. 150). На другой щеке установлена звездочка цотшоГе поРе~ дачи от двухскоростного редуктора.
К а б е л е у к л а д ч и к. Деталями укладчика кабеля (рис . 1 52) являются направляющие 55, по которым при помощи штурвала 13, r^oittiom передачи 56, промежуточного вала 57 и троса 58 может перодгигатт.еи ^а- ретка 59. На каретке установлены стойки 60 с надетыми па них трубами—Р°“ ликами 61, между которыми проходит укладываемый кабель. Подпотт тока к жилам кабеля, находящегося на лебедке, производится при помогшие пол-
255.
Рис. 151. Лебедка ЛКМ-2000 (ЛКМ-3000).
11 — рычаг тормоза; 12— ручка собачки 54 храпового колеса 53; 13— штурвал кабелеукладчикар 41 рама; 45 — роликовые подшипники; 46 — ступицы; 47— щеки барабана лебедки* 48 — ребра;
49 - тормозиап лепта; 5» —стяжка; 51 — отжимное устройство; 52 —стопорная гребенка тормозного, рычага; 58—храповое колесо с собачкой 54; во—стойки кабелеунладчика.
Рис. 152. Кабелеукладчик лебедок ЛКМ-2000 и ЛКМ-3000
13 — штурвал кабелеунладчика; 55 — направляющие каретки; 56 — цепная передача; 57 — дромежу-. точный вал- 58— трос, передвигающий каретку 59 кабелеунладчика; во — направляющие стоики;.
*61 — направляющие ролики.
лектора. Барабан лебедки приводится во вращение цепной передачей 54 от двухскоростного редуктора 26 (см. рис. 150), который соединен карданным валом с коробкой отбора мощности МПЗ-20. Полная кинематическая схема привода лебедки с указанием числа оборотов валов и зубьев колес передачи приведена на рис. 153, а и б. В зависимости от положения рычагов коробки передач и двухскоростного редуктора при номинальном числе оборотов автомобиль-
Двигатель ЗИЛ-120Двигатель ЗИЛ-120'Медленно'МедленноРазЗаточнан коробка ЗИЛ-151РазЗаточнан коробка ЗИЛ-151коробка х отбора мощностикоробка х отбора мощности2=35 ■2=35 ■Коробка , - передач -< {ЗИЛ-151Коробка , - передач -< {ЗИЛ-151ПМакс-,и80°6/кмин пмпн -192,5 о6/миьПМакс-,и80°6/кмин пмпн -192,5 о6/миь7=167=162=302=6 .2=302=6 .^ Л КМ-2000^ Л КМ-2000-Ф326--Ф326-БыстрЫ^ТБыстрЫ^Т2=252=25Ф1000 -Ф1000 -йнтшийнтши2 = 70 2=002 = 70 2=00пмакс = 225°б/минИмин = 4,15а6/минпмакс = 225°б/минИмин = 4,15а6/минпмакс = 72 об/мин пмин =1,30 °б/минпмакс = 72 об/мин пмин =1,30 °б/минРедукторРедуктор__3|Е эе- СШ&ЕШ±__3|Е эе- СШ&ЕШ±ЛПМ-2 ЛКМ-3000ЛПМ-2 ЛКМ-3000Двигатель ЗИЛ-120Двигатель ЗИЛ-120■151■151Л макс*■,,Пмин=1325oO jмин V=r-Л макс*■,,Пмин=1325oO jмин V=r-коробка ’’ отбора мощности 7.-10коробка ’’ отбора мощности 7.-102=002=00быстрбыстр2=252=252=75'2=75'552:2:Редактор 2=301Редактор 2=301РазВатояная коробкаРазВатояная коробка2=702=70ФЧ2ВrwФ1000ФЧ2ВrwФ1000пмокс=220об1мцн\22^об^Пмин=0,1 об)мин пмиИ=1,58об/мин;1рВоб/мшпмокс=220об1мцн\22^об^Пмин=0,1 об)мин пмиИ=1,58об/мин;1рВоб/мш
Двигатель ЗИЛ-120
Двигатель ЗИЛ-120
'Медленно
'Медленно
РазЗаточнан коробка ЗИЛ-151
РазЗаточнан коробка ЗИЛ-151
коробка х отбора мощности
коробка х отбора мощности
2=35 ■
2=35 ■
Коробка , - передач -< {ЗИЛ-151
Коробка , - передач -< {ЗИЛ-151
ПМакс-,и80°6/кмин пмпн -192,5 о6/миь
ПМакс-,и80°6/кмин пмпн -192,5 о6/миь
7=16
7=16
2=30
2=6 .
2=30
2=6 .
^ Л КМ-2000
^ Л КМ-2000
-Ф326-
-Ф326-
БыстрЫ^Т
БыстрЫ^Т
2=25
2=25
Ф1000 -
Ф1000 -
йнтши
йнтши
2 = 70 2=00
2 = 70 2=00
пмакс = 225°б/мин
Имин = 4,15а6/мин
пмакс = 225°б/мин
Имин = 4,15а6/мин
пмакс = 72 об/мин пмин =1,30 °б/мин
пмакс = 72 об/мин пмин =1,30 °б/мин
Редуктор
Редуктор
__3|Е эе- СШ&ЕШ±
__3|Е эе- СШ&ЕШ±
ЛПМ-2 ЛКМ-3000
ЛПМ-2 ЛКМ-3000
Двигатель ЗИЛ-120
Двигатель ЗИЛ-120
■151
■151
Л макс*■,,
Пмин=1325oO jмин V=r-
Л макс*■,,
Пмин=1325oO jмин V=r-
коробка ’’ отбора мощности 7.-10
коробка ’’ отбора мощности 7.-10
2=00
2=00
быстр
быстр
2=25
2=25
2=75'
2=75'
5
5
2:
2:
Редактор 2=301
Редактор 2=301
РазВатояная коробка
РазВатояная коробка
2=70
2=70
ФЧ2ВrwФ1000
ФЧ2ВrwФ1000
пмокс=220об1мцн\22^об^
Пмин=0,1 об)мин пмиИ=1,58об/мин;1рВоб/мш
пмокс=220об1мцн\22^об^
Пмин=0,1 об)мин пмиИ=1,58об/мин;1рВоб/мш
Рис. 153. Кинематические схемы привода лебедок самоходных дромыслово-геофизиче- ских подъемников. ■
а—СКП-2000; б — СКП-3000 и СПП-3.
ного двигателя (1200 об/мин) барабан лебедки ЛКМ-2000 вращается со скоростью 1,34—72 об/мин и барабан лебедки ЛКМ-3000 —.со скоростью 1,1 — 59 об/мин, что дает примерный диапазон изменения скоростей перемещения кабеля 75—240 м/час при наименьшей скорости и 4000—13500 м/час при наибольшей скорости. Значения скоростей перемещения кабеля для подъемников СКП-2000 и СКП-3000 (ПСПГ-3000) при среднем диаметре барабана лебедки с намотанным кабелем и указанном выше числе оборотов автомобильного двигателя указаны в табл. 15.
Контрольная панель. Для наблюдения за спуско-подъемными операциями служит контрольная панель (рис. 154), на лицевой стороне которой расположены: радиоприемник 1 типа «Москвич»; ручка 2 переключателя к приемнику, позволяющего использовать приемник 1 для приема радиопередач (ручка переключателя находится в верхнем положении «Радиовещание») и для разговора (ручка переключателя опущена книзу «Переговор. устр.»); ручка 3 переключателя приемника на прием и передачу;
Тип подъемника и лебедки
Средний диаметр барабана с кабелем, М.И
Число оборотов двигателя в минуту
Число оборотов; скорость перемещения кабеля
Положение рычага двухскоростного редуктора
«Быстро»
|«Медленно»
Положение рычага коробки передач автомобиля
I
11
III
IV
А’
задний
ход
I
II
| III
1
IV
А"
задний
ход
СКП-2000,
ЛКМ-2000
660
1200
Число оборотов в минуту
9,3
i
■ 18
31
58
| 72
8,7
j 1,34
2,5
4,4
8,3
10,3
1,25
Скорость кабеля, mJ час
1150
2180
3800
7300
9000
| 1070
160
310
550
1030
1300
150
СКП-3000,
ЛКМ-3000
760
1200
Число оборотов в минуту
7,6
15
25
47
59
1 7,1
11
2,0
। 3,5
6,8
8,5
1,0
Скорость кабеля, м/час
1100
2100
3500
6400
8400
1000
150
290
500
970
1200
140
спп-з, спп-з-окс
565
1200
Число оборотов в минуту
9,3
18
31
58
72
8,7
1,34
2,5
4,4
8,3
10,3
1,25
Скорость кабеля, м[час
1000
1900
3300
6200
7700
900
140
270
470
900
1100
130
СКП-4000
862
1500
Число оборотов в минуту
9,6
17,5
33
59,3
76
8,9
1,38
2,5
4,7
8,6
И
1,27
Скорость кабеля, м/час
1600
2800
5400
9600
12000
1500
220
400
770
1400
1800
210
СКП-6000-ОКС
1025
1500
Число оборотов в минуту
5,5
10
19
34
44
5,1
0,8
1,4
2,7
4,8
6,3
0,73
Скорость кабеля, м}час
1000 |
1900
3700
6600
8500
970
150
280
500
940
1200
140
17 заказ 714.
Таблица 15
Число оборотов барабана и средние скорости перемещегпя i а Геля у лебедок самоходных промыслсво-гесфпзических подъемников
ОБОРУДОВАНИЕ
Рис. 154. Контрольная панель самоходного промыслов о-геоф изического подъемник а.Рис. 154. Контрольная панель самоходного промыслов о-геоф изического подъемник а.
Рис. 154. Контрольная панель самоходного промыслов о-геоф изического подъемник а.
Рис. 154. Контрольная панель самоходного промыслов о-геоф изического подъемник а.
« —- па ноль;.' б — разрез и горизонтальной плоскости; в — обгний вид панели одной гз конструкций. 1 — радиоприемник «Москвич»; 2— ручка переключения! приемника от радиопередачи к neper онору, з — ручка переключателя «Прием—передача»; 4 — е.игпмьнпя кнопка в лабораторию; 5 — выключатель приемника в автосипной передачи; 7 — сигнальная лампа ив лаборатории; S — тоже, от блок-балаиса; 9 — указатель (счетчик) глубин; Ю — ручка сброса показаний счетчика на Атуль; 11 — тахометр скорости спуска и подъема кабеля; 12 — присоединительные " две- н а дцати копта ктн ые муфты; 13 — колпаки к муфтам.
сигнальная кнопка 4 для ио дачи сигналов в лабораторию; выключатель 5 приемника 6 автосипной передачи; сигнальные лампы 7 для приема сигналов из лаборатории и 8 от блок-балаиса (датчик глубин); 9 — счетчик глубин; ручка 10 сброса на нуль показаний счетчика; тахометр 11, по которому определяется скорость спуска и подъема кабеля. Тахометр соединен с тахогенератором, приводящимся в движение от приемника 6 автосииной передачи. Соединение панели с лабораторией и датчиком глубин па блок-балансе про-
изводится двумя двенадцатижильными двепадцатиконтактпымп муфтами 12. Жилы емиик с лабораторией, имеют следующее 4 и 5 — ротор автосиниой
кабелями, заканчивающимися провода, соединяющего подъ- назначение: 1 и 2 — статор; 5,кабелями, заканчивающимися провода, соединяющего подъ- назначение: 1 и 2 — статор; 5,передачи; 6'-—сигнал в лабораторию; 7 (вместе со второй жилой) — сеть с напряжением 110 в; 8, 9 и 11 — вход, средняя точка и выход переговорного устройства; 10 — сигнал в лабораторию; 12 -—земля.
кабелями, заканчивающимися провода, соединяющего подъ- назначение: 1 и 2 — статор; 5,
кабелями, заканчивающимися провода, соединяющего подъ- назначение: 1 и 2 — статор; 5,
Назпачопис проводов двонадцатижильпого кабеля, соединяющего подъемник с б л (> к-бал а псом, сл о дующее-: 1 и 2 — статор и 3, 4 и 5 — ротор автосиниой передачи; 6‘, 7 и 8 — вход, средняя точка и выход переговорного устройства; 9 и 11 — свободные; 10 — сигнал на подъемник; 12 —земля.
С и л о в о й б л о к. Силовой блок служит для прообразевания напряжения 220, 380 и 500 в промысловой сети в напряжение 110 в1 используемое для питания и змсритол ьпо й лаборатории, приборов синхронной передачи и переговорного устройства и для преобразования напряжения ПО в в
Рис. 155. Пульт управления силовым блоком.Рис. 155. Пульт управления силовым блоком.1 — вольтметр; 2 — переключатель «Генератор — сеть» подключения силового блока к генератору или к промысловой сети; 3 — контрольная лампочка «Напряжение подано»; 4—ручка регулировки напряжения «Напряжение возрастает»; 5 — переключатель питания освещения автомашины от трансформатора или аккумулятора; 6 — сигнальная лампа; 7 — включатель частотомера; 8 — двух- коитактиая муфта; 9 — клемма заземления подъемника; 10 — розетка подключения отопления; 11 — предохранители; 12— вилка переключателя напряжения.1 — вольтметр; 2 — переключатель «Генератор — сеть» подключения силового блока к генератору или к промысловой сети; 3 — контрольная лампочка «Напряжение подано»; 4—ручка регулировки напряжения «Напряжение возрастает»; 5 — переключатель питания освещения автомашины от трансформатора или аккумулятора; 6 — сигнальная лампа; 7 — включатель частотомера; 8 — двух- коитактиая муфта; 9 — клемма заземления подъемника; 10 — розетка подключения отопления; 11 — предохранители; 12— вилка переключателя напряжения.напряжение 12 в для освещения; 6 в для сигнализации; 160, 210, 310, 360 в для перфораций и 220 в для обогрева станции. Мощность трансформатора, установленного в силовом блоке, 1,5 ква.
Рис. 155. Пульт управления силовым блоком.
Рис. 155. Пульт управления силовым блоком.
1 — вольтметр; 2 — переключатель «Генератор — сеть» подключения силового блока к генератору или к промысловой сети; 3 — контрольная лампочка «Напряжение подано»; 4—ручка регулировки напряжения «Напряжение возрастает»; 5 — переключатель питания освещения автомашины от трансформатора или аккумулятора; 6 — сигнальная лампа; 7 — включатель частотомера; 8 — двух- коитактиая муфта; 9 — клемма заземления подъемника; 10 — розетка подключения отопления; 11 — предохранители; 12— вилка переключателя напряжения.
1 — вольтметр; 2 — переключатель «Генератор — сеть» подключения силового блока к генератору или к промысловой сети; 3 — контрольная лампочка «Напряжение подано»; 4—ручка регулировки напряжения «Напряжение возрастает»; 5 — переключатель питания освещения автомашины от трансформатора или аккумулятора; 6 — сигнальная лампа; 7 — включатель частотомера; 8 — двух- коитактиая муфта; 9 — клемма заземления подъемника; 10 — розетка подключения отопления; 11 — предохранители; 12— вилка переключателя напряжения.
На пульте управления блоком (рис. 155) установлены: вольтметр 7; переключатель 2 «Генератор — сеть» для приключения силового блока к промысловой сети или к генератору генераторной
Рис. 156. Панель управления лебедкой.Рис. 156. Панель управления лебедкой.1 — выключатель зажигания автомашины; 2 — кнопка стартера; 3 — кнопка сигнала автомашины; ^—выключатель вентилятора; 5 — выключатель освещения отделения лебедки; в и 7 — выключатели освещения кабины лебедчица; 8 — выключатель прожектора.1 — выключатель зажигания автомашины; 2 — кнопка стартера; 3 — кнопка сигнала автомашины; ^—выключатель вентилятора; 5 — выключатель освещения отделения лебедки; в и 7 — выключатели освещения кабины лебедчица; 8 — выключатель прожектора.группы; контрольная лампочка 3 «Напряжение подано», загорающаяся при подключении подъемника к промысловой сети; ручка 4 переключателя «Напряжение возрастает» для плавной регулировки напряжения на выходе силового блока; сдвоенный переключатель 5 для переключения питания освещения подъемника от трансформатора к аккумулятору автомашины; сигнальная лампа 6 «Внимание», загорающаяся при включении
Рис. 156. Панель управления лебедкой.
Рис. 156. Панель управления лебедкой.
1 — выключатель зажигания автомашины; 2 — кнопка стартера; 3 — кнопка сигнала автомашины; ^—выключатель вентилятора; 5 — выключатель освещения отделения лебедки; в и 7 — выключатели освещения кабины лебедчица; 8 — выключатель прожектора.
1 — выключатель зажигания автомашины; 2 — кнопка стартера; 3 — кнопка сигнала автомашины; ^—выключатель вентилятора; 5 — выключатель освещения отделения лебедки; в и 7 — выключатели освещения кабины лебедчица; 8 — выключатель прожектора.
освещения от аккумулятора; включатель 7 частотомера. На левой стороне панели установлены: двухкоптактпая муфта 8 для подключения силового •блока к промысловой сети, клемма У для заземления подъемника и штепсельная розетка 10 для подключения печи обогрева. В нижней части пульта расположены плавкие предохранители 11 и вилка 12 переключателя напряжения (110, 220, 380, 550 в) в первичной обмотке трансформатора.
Панель у п р а в л е п и я л о б с д к о й. На панели управления лебедкой (рис. 156) установлены: выключатель 1, дублирующий зажигание автомашины; кнопка 2, дублирующая включение стартера двигателя автомобиля; йнопка 8 сигнала автомашины; выключатели 4 (вентилятора), 5 •(цепи освещения лебедочного отделения), 6 (осветительной сети напряжением
110 й), 7 (осветительной сети напряжением 12 в в кабине лебедчика) и 3 (задней фары — прожектора).
К о л, л е к торная па н ель. Коллекторная панель служит для подключения коллектора лебедки к перфораторной панели и подключения коллекторного провода. На панели имеются четыре гнезда с гравировкой А (жила А), В (жила В), М (жила М^ и ЗП (заземление подъемника), подключенные к коллектору и корпусу подъемника.
II о р ф о р а т о р и а я пане л ь. Установленная в кабине лебедчика перфораторная панель используется при прострелочпых работах (перфорации колонн, отборе грунтов, торпедировании). На панели смонтированы: переключатель напряжения от 160 до 360 в (см. описание силового блока), реостат для регулирования тока запала и амперметр для измерения этого
Рис. 158. Самоходный перфораторный подъемник СП П-3.Рис. 158. Самоходный перфораторный подъемник СП П-3.1 — купон автомашины 2; 3 -— лебедка ЛПМ-3; 4 — баг рабан лебедки; б — двухскоростпой редуктор; О - бензиновый двигатель; 7 - ■ синхронный генератор; 8 — запасный баллон; у — блок-баланс; to -датчик глубин; 11 — рычаг ручного тормоза; 12 - - штурвал кабелеуштдшша; Ы - силовой блок; 14 — дублер сцепления; 15 — контрольная панель; 16 — входная коробка; 17 — панель управления лебедкой; 18 — кабина водителя; 19 — рулевое колесо автомашины; 20 — педаль сцепления; 21 — то же, тормоза; 22 — то же, регулировки подачи горючего; 23 -- рычаг коробки передач; 24—то же, ручного тормоза; 25—тоже, переднего моста; 26 — то же, раздаточной коробки; 27 — включатель дублера зажигания; 28 — ручка управления составом газовой смеси; 29 — ключ зажигания.1 — купон автомашины 2; 3 -— лебедка ЛПМ-3; 4 — баг рабан лебедки; б — двухскоростпой редуктор; О - бензиновый двигатель; 7 - ■ синхронный генератор; 8 — запасный баллон; у — блок-баланс; to -датчик глубин; 11 — рычаг ручного тормоза; 12 - - штурвал кабелеуштдшша; Ы - силовой блок; 14 — дублер сцепления; 15 — контрольная панель; 16 — входная коробка; 17 — панель управления лебедкой; 18 — кабина водителя; 19 — рулевое колесо автомашины; 20 — педаль сцепления; 21 — то же, тормоза; 22 — то же, регулировки подачи горючего; 23 -- рычаг коробки передач; 24—то же, ручного тормоза; 25—тоже, переднего моста; 26 — то же, раздаточной коробки; 27 — включатель дублера зажигания; 28 — ручка управления составом газовой смеси; 29 — ключ зажигания.тока, кнопка включения цепи «Огонь», блокированная ключом, и переключатель для по- очередпого подключения под напряжение одной из жил кабеля .
Рис. 158. Самоходный перфораторный подъемник СП П-3.
Рис. 158. Самоходный перфораторный подъемник СП П-3.
1 — купон автомашины 2; 3 -— лебедка ЛПМ-3; 4 — баг рабан лебедки; б — двухскоростпой редуктор; О - бензиновый двигатель; 7 - ■ синхронный генератор; 8 — запасный баллон; у — блок-баланс; to -датчик глубин; 11 — рычаг ручного тормоза; 12 - - штурвал кабелеуштдшша; Ы - силовой блок; 14 — дублер сцепления; 15 — контрольная панель; 16 — входная коробка; 17 — панель управления лебедкой; 18 — кабина водителя; 19 — рулевое колесо автомашины; 20 — педаль сцепления; 21 — то же, тормоза; 22 — то же, регулировки подачи горючего; 23 -- рычаг коробки передач; 24—то же, ручного тормоза; 25—тоже, переднего моста; 26 — то же, раздаточной коробки; 27 — включатель дублера зажигания; 28 — ручка управления составом газовой смеси; 29 — ключ зажигания.
1 — купон автомашины 2; 3 -— лебедка ЛПМ-3; 4 — баг рабан лебедки; б — двухскоростпой редуктор; О - бензиновый двигатель; 7 - ■ синхронный генератор; 8 — запасный баллон; у — блок-баланс; to -датчик глубин; 11 — рычаг ручного тормоза; 12 - - штурвал кабелеуштдшша; Ы - силовой блок; 14 — дублер сцепления; 15 — контрольная панель; 16 — входная коробка; 17 — панель управления лебедкой; 18 — кабина водителя; 19 — рулевое колесо автомашины; 20 — педаль сцепления; 21 — то же, тормоза; 22 — то же, регулировки подачи горючего; 23 -- рычаг коробки передач; 24—то же, ручного тормоза; 25—тоже, переднего моста; 26 — то же, раздаточной коробки; 27 — включатель дублера зажигания; 28 — ручка управления составом газовой смеси; 29 — ключ зажигания.
11рипципиальпая схема электрических соединений подъемников СКП-2000 и СКП-3000 приведена па рис. 157.
Самоходный подъемник СПП-З
Самоходный подъемник СПП-З (самоходный перфораторный подъемник, третья модель) предназначается для производства прострел очно-взрывных работ и геофизических исследований скважин по схемам с одножильным кабелем.
В самоходном подъемнике СПП-З в закрытом кузове 1 (рис. 158) грузового автомобиля 2 ЗИС-151 установлена лебедка 3 (рис. 159) ЛПМ-3 с емкостью барабана 4 до 5000 м кабеля КОБ Д-4. Лебедка приводится в движение, от двигателя автомашины через коробку передач, коробку отбора мощности и двухскоростной редуктор 5. Кузов автомашины разделен па два отделения: лебедочное и кабину лебедчика.
13 лебедочном отделении, кроме лебедки ЛПМ-3, установлена генераторная группа, состоящая из бензинового двигателя 6 Л-6, сочлененного с синхронным генератором 7 ЛПМ-28,5 переменного тока, и запасный баллон 8 автомашины. При переездах здесь же устанавливается блок-баланс 9 с датчиком глубин 10 и укладываются грузы и другие сква- жиппыо приборы.
В кабине лебедчика рас
положены механизмы управления спуско-подъемными операциями: рычаг редуктора 5, рычаг 11 ручного тормоза, штурвал 12 кабелеукладчика, силовой блок 13, дублер сцепления 14, контрольная панель 15 с установленными на ней приборами связи и наблюдения за движением кабеля, входная коробка 16 и панель управления 17.
Рис. 159. Лебедка перфораторная ЛПМ-2.
4 -- барабан лебедки; 22 — рычаг ручного тормоза; 22 — штурвал кабеле- укладчшы; 30 •- рама; 31 — роликовые, подшипники; 32 — ступицы; 33 и 34 — щеки барабана; 35 ■— храповое колесо; 36 — звездочка; 37 — кожух; <38 — коллектор; за - собачка храпового колеса; 40 — ручка управления собачкой;
41 и 42—червячный механизм; 43—кабелсукладчик.
В кабине 18 водителя расположены приборы управления автомобилем, обозначения которых приведены в подрисуночной подписи к рис. 158.
Лебедка ЛПМ
Лебедка ЛПМ представляет собой раму 30 (рис. 159) из швеллерного желоза, на которой на роликовых подшипниках 31 установлен барабан 4 лебедки. Барабан состоит из двух ступиц 32 с проточенными полуосями. Ступицы между собой соединены стальной трубой. На ступицах жестко посажены тормозные шайбы 33 и 34, одновременно являющиеся щеками барабана. К щеке 33 прикреплено храповое колесо 35; к щеке 34 — звез-
дочка 36 цепной передачи от двухскоростного редуктора; передача ограничена защитным кожухом 37; на полуоси ступицы закреплен коллектор 38. Собачка 39 храпового механизма управляется ручкой 40. На полуоси со стороны щеки 33 установлен червячный механизм 41 и 42, передающий движение от вала лебедки к автоматическому кабелоукладчику 43 (рис. 160). Обозначения узлов кабелеукладчика приведены в подрисуночной подписи к рис. 160.
В табл. 15 приведены значения скоростей перемощения кабеля при среднем диаметре витков кабеля, находящегося па барабане лебедки, и числе
полумуфта;полумуфта;ведомаяведомаядачидачиукладчика; п fia в.1иио1Пме;укладчика; п fia в.1иио1Пме;на Гюли; Ледки; - чина;на Гюли; Ледки; - чина;- каретка■ю — па-- каретка■ю — па-- пал; 4У — педу-- пал; 4У — педу-/а - подшиппик; полый нал; 50 шан полумуфта;/а - подшиппик; полый нал; 50 шан полумуфта;•1 — барабан лебедки;12 — штурвал укладчика•1 — барабан лебедки;12 — штурвал укладчика• ведущий и• ведущий и- червячная шестер- 53 — приводной вал;1 55 — ценные ш*1 е- червячная шестер- 53 — приводной вал;1 55 — ценные ш*1 е— ведомый валики укладчика кабели..— ведомый валики укладчика кабели..Рис. 160 Автоматический укладчик кабеля.Рис. 160 Автоматический укладчик кабеля.; зо — рама ле- 44 — рама уклад-; зо — рама ле- 44 — рама уклад-
полумуфта;
полумуфта;
ведомая
ведомая
дачи
дачи
укладчика; п fia в.1иио1Пме;
укладчика; п fia в.1иио1Пме;
на Гюли; Ледки; - чина;
на Гюли; Ледки; - чина;
- каретка
■ю — па-
- каретка
■ю — па-
- пал; 4У — педу-
- пал; 4У — педу-
/а - подшиппик; полый нал; 50 шан полумуфта;
/а - подшиппик; полый нал; 50 шан полумуфта;
•1 — барабан лебедки;
12 — штурвал укладчика
•1 — барабан лебедки;
12 — штурвал укладчика
• ведущий и
• ведущий и
- червячная шестер- 53 — приводной вал;
1 55 — ценные ш*1 е
- червячная шестер- 53 — приводной вал;
1 55 — ценные ш*1 е
— ведомый валики укладчика кабели..
— ведомый валики укладчика кабели..
Рис. 160 Автоматический укладчик кабеля.
Рис. 160 Автоматический укладчик кабеля.
; зо — рама ле- 44 — рама уклад-
; зо — рама ле- 44 — рама уклад-
оборотов двигателя 1200 об/мин, и зависимости от положения рычагов, коробки передач и редуктора скорости подъема кабеля.
Кинематическая схема подъемника СПП-3 и схема электрических соединений приведены соответственно па рис. 153 и 157.
Самоходный подъемник СКП-4000
Самоходный подъемник СКП-4000 (рис. 161) Мытищинского приборостроительного завода треста Союзгоопефтоприбор отличается от подъемников СКП-2000 и СКП-3000 большой емкостью барабана лебедки, рассчитанного- на укладку 4000 м, трехжилыюго чотырехтоппого кабеля, и повышенной прочностью ее конструкции..
Лебедка 1 ЛК-ЗМ-4000 с укладчиком, 2 кабеля и маслонаполненным коллектором 3 смонтирована на шасси открытой грузовой пятитонной автомашины 4 ЯАЗ-210. Привод лебедки осуществляется от двигателя автомашины через коробку 5 передач, карданный вал 6, коробку 7 отбора мощности, вспомогательный: карданный вал 8 и двухскоростной редуктор 9, с которым барабан лебедки соединен двухрядной цепью 10 с-шагом 31,8 мм. На платформе кузова 11 автомашины в капоте 12 установлена генераторная группа, состоящая из бензинового двигателя 13 Л-6 и синхронного генератора АПН-28,5. Здесь же при перевозках закрепляется блок-баланс 14 и катушки 15 с соединительными проводами. Под платформой кузова в ящике 16 укладываются грузы 17.
Рис. 161. Самоходный подъемник СКП-4000
оборудование
1 — лебедка ЛК-3 М-4000; 2 — укладчик кабеля; 3 — коллектор; 4 — автомашина ЯАЗ-210; 5 — коробка передач; 6 — карданный вал; 7 — коробка отбора мощности; 8 — карданный вал; 9 — двухскоростной редуктор; io — цепная передача; 11 — кузов автомашины; 12 — капот генераторной группы; 13 — бензиновый двигатель; 11 — блок-баланс; 15 — катушки с соединительными проводами; 16 — ящик для грузов 17; 18 — кабина лебедчика- 29 — штурвал укладчика кабеля; 20—рычаг ленточного тормоза 21; 22 — рычаг переключения скоростей редуктора; 2з — рычаг дублера переключения рроростей коробки передач автомашины; 24 — рычаг включения коробки отбора мощности; 25 — силовой блок; 26 — пульт управления; 27 — винто- * "'. вое нресло; 28 — диван; 29 — прожектор.
Механизмы управления лебедкой находятся в кабине 18, расположенной у переднего борта автомашины. В кабине установлены: штурвал 19 укладчика 2 кабеля, рычаг 20 двухлепточного с обшивкой феррадо тормоза 21 лебедки, рычаг 22 переключения скоростей редуктора 9, рычаг 23 дублера переключения скоростей коробки 5 передач автомашины, рычаг 24 включения коробки 7 отбора мощности, силовой блок 25 с пультом управления, контрольная панель, перфораторная панель и панель управления. В кабине управления лебедкой находятся также кресло 27 для лебедчика и диван 28, в ящике которого уложены приборы и мелкое оборудование. Во время работы лебедка и блок-баланс освещаются прожектором 29. Средние значения скоростей перемощения кабеля при работе с подъемником СКП-4000 приве- .депы в табл. 15.
Самоходный подъемник СКП-6000
Самоходный промыслово-геофизический подъемник СКП-6000 Мытищинского приборостроительного завода треста Союзгоопофтеприбор (рис. 162) предназначается для исследования сверхглубоких скважин с бронированным восьмитоппым кабелем. Подъемник смонтирован на грузовой пятитонной автомашине 1 ЯАЗ-210.
Лебедка 2 ЛК-2М-6000 с автоматическим укладчиком 3 кабеля и маслонаполненным коллектором 4 установлена на платформе открытого кузова 5 .автомашины. Лебедка имеет стальной барабан 6 диаметром 700 мм и длиной 1200 мм, вмещающий 6300 м кабеля КОБД-8. Стальные щеки 7 барабана лебедки диаметром /1350 мм имеют по периферии проточенную выемку 8 для тормозных лепт 9 с обшивкой феррадо. Управление тормозом ручное (рычаг 10) и пневматическое (кран 11).
Автоматический кабелеукладчик однотипный кабелоукладчику лебедки подъемника СПП-3 имеет ручную корректировку от штурвала 12.
Привод лебедки осуществляется от двигателя автомашины через коробку передач, карданный вал 13, коробку 14 отбора мощности, вспомогательный карданный вал 15, двухскоростной редуктор 16, репную передачу 17 (шаг 31,8 жж), трансмиссионный вал 18 z фрикционной муфтой и цепную передачу 19. В случае отказа в работе двигателя автомашины привод лебедки может быть осуществлен от электродвигателя 20 АО-63-6 мощностью 10 кет, при условии работы па малых числах оборотов.
to СЧ
ОБОРУДОВАНИЕ
Рис. 163, Промыслово-геофизическая станция CKC-6UO.Рис. 163, Промыслово-геофизическая станция CKC-6UO.
Рис. 163, Промыслово-геофизическая станция CKC-6UO.
Рис. 163, Промыслово-геофизическая станция CKC-6UO.
1 — автомашина ГАЗ-63;2 — перегородка; 3 —
отделение лаборатории; 4 — лебедка; б и 6 — полуавтоматические регистраторы с потенциометрами: 7 — пульсатор: 8 — измерительная панель; 9 — привод регистраторов; ю — радиоприемник; 11 —стол; 12 — выпрямитель; 13 — силовой блок; 14 — рычаг управления ленточным тормозом; 15 — ручка управления храповым механизмом; 16 — педаль дублера сцепления; 17 — ручка дублера газа; 18 — панель управления; 19 — распределительный щиток; 20 — реостат генератора; 21 ■— винтовые стулья; 22 — отделение лебедки; 23 — барабан лебедки; 24 — редуктор; 25 — цепная передача; 26 — тормоз лебедки: 27 — храповой механизм; 28 — генераторная группа; 29—катушки с проводами; 30 — блок-баланс; 31 — грузы; 32 — инклинометр; зз — прожектор.
Механизмы управления лебедкой, так же как и в станции СКП-4000, сосредоточены в кабине 21. Здесь расположены рычаг 10 ручного и край 11 пневматического управления тормозом лебедки, манометр 22, указывающий давление в пневматической системе, педаль 23 дублера сцепления, рычаг 24 дублера переключения скоростей коробки передачи автомашины, рычаг 25 переключения скоростей двухскоростного редуктора, рычаг 26 включения коробки отбора мощности, рычаг 27 пневматического управления лебедкой, ручка 28 управления подачей горючего, ножной переключатель 29, штурвал- 12 укладчика кабеля, силовой блок 30 с пультом управления, контрольная панель 31*, панель 32 управления двигателем автомашины, силовой щиток 33 с магнитным пускателем 34 и реостатом 35 управления электродвигателем 20 н коллекторная панель 36. В кабине установлено два кресла 37 для обслуживающего персонала.
На платформе автомашины, кроме лебедки, находятся: установленная в кожухе 38 гшюраторпая группа, состоящая из бензинового двигателя и синхронного генератора, компрессорная установка 39 «016», обеспечивающая работу тормозной системы и фрикционной муфты при аварийном приводе, крепление для блок-балапса 40, катушки 41 с соединительными проводами, основной скважинный снаряд 42 станции О КС с зондом 43. Под платформой кузова находится гнездо для крепления чугунных грузов 44. В ящике 45, закрепленном под бортом автомашины, укладываются съемная перфораторная панель, датчик натяжений, датчик глубин, пульт блок-баланса, магнитный меткоуловитель и размагничивающее устройство. Значения средних скоростей перемещения кабеля для самоходного подъемника СКП-6000 приведены в табл. 15.
Кроме самоходных подъемников большого тоннажа, оборудованных тяжелыми, лебедками, выпускаются легкие подъемники, в которых на одной автомашине смонтированы измерительная лаборатория и лебедка. К числу таких установок относятся полуавтоматическая станция СКС-600 производства Мытищинского завода треста Союзгоонофтсприбор, полуавтоматические станции ИКС-400 и ПКС-750 производства Барнаульского завода геофизического приборостроения Министерства геологии и охраны недр и автоматическая станция АЭКС-900, разработанная Конструкторским бюро нефтяного приборостроения.
Промысле во-геофизическая станция СКС-600
Промыслово-геофизическая полуавтоматическая станция СКС-600 -смонтирована в закрытом кузове грузовой автомашины 1 ГАЗ-63 (рис. 163). Кузов перегородкой 2 разделен на два отделения. В переднем отделении 3 находится измерительная установка и механизмы управления лебедкой 4.
Полуавтоматическая измерительная установка состоит из двух регистраторов 5 в 6 с потенциометрами, пульсатора 7, измерительной панели 8, привода 9 лентопротяжных механизмов регистраторов и радиоприемника 10, смонтированных па столе 11, выпрямителя 12 и силового блока 13, конструкции которых аналогичны конструкциям соответствующих узлов измерительной лаборатории станции ПКС (см. § 31, рис. 88). Управление лебедкой'производится при помощи рычага 14 ленточного тормоза лебедки, ручки 15 храпового механизма, педали 16 дублера сцепления, ручки 17 дублера газа и дублеров управления двигателей автомашины, расположенных па панели 18. На перегородке закреплены распределительный щиток 19 и реостат 20 генератора генераторной группы. В отделении для операторов и лебедчика установлены три винтовых стула 21.
Легкая лебедка 4 ЛКМ-900, установленная в заднем отделении 22, рассчитана на 900 м кабеля КТО-1. Барабан 23 лебедки приводится во вра-
Параметры
Таблица 16
Основные параметры некоторых промыслово-геофизических лебедок
Тип лебедки
о
ocl
о
2
в
1
«!3
в
3 в
В
S
в
Емкость барабана, Эл
5
20
21,5
26
52
128
52
86
127
177
125
Тип кабеля
Длина L кабеля, вмещаемого бараба-
КТШ-0,3
КТО-1
КТО-1
КТО-1
КТО-2
КТО-4
КОБД-4
КТО-4
КТО-4
КТО-4
КОБД-8
ном 1, м . . .. . .
370
860
930
1120
1600
2750
5ии0 2
1850
2750
3850
6000 s
Диаметр бочки барабана, мм . . . .
196
200
215
290
300
340
425
326
326
325
700
Длина бочки барабана, мм
420
700
580
600
730
1230
8 и и
1220
1220
122и
1200
Диаметр щек барабана, мм
450
630
720
800
1000
1200
1000
ЮиО
1200
14о0
1350
Звездочка цепной передачи бараба-
80
на число зубьев (z)
39
36 и 63
59
100
100
56
65
65
80
65
Звездочка цепной передачи привод-
ного вала (редуктора) число зубьев (z)
13
9
13
13
13
12
21
21
21
21
16
Шаг цепи цепной передачи на бара-
19,1
бан, мм
15,9
19,1
25,4
19,1;
31,75
44,4
31,75 з
31,75 з
31,75 з
31,75 з
44,4 з
Элементы передачи от двигателя к
барабану лебедки
Тип коллектора
Привод- ной вал
Специальный дисковый
Приводной вал
КЦ-4
Двухскоростной редуктор (специальный)
Кольцевой или трехдисковый
Трансми валы е двухско реду1 (z =
КЦ-4
ссионные цепным ростным втором
15,9)
КД-2; КЦ-4
Приводной вал
КП
Двухскоростной редуктор МПЗ
Кольцево
Двухскорс
i или трех,
стной реду
ХИСКОВЫЙ
ктор МПЗ
Двухскоростной редуктор МПЗ и фрикционная муфта
Габариты лебедки, мм:
ширина
890
900
1030
1110
1230
1680
1330
2000
2000
2200
2320
длина . . . .
650
800
976
1450
1630
1810
1420
1600
1600
2080
2545
высота
Приблизительный вес (без кабеля),
570
740
920
900
1120
1320
—
1400
—
1350
1350
кг
60
—
440
600
840
—
—
—
2100
2520
1 IV
1 Длина L в метрах кабеля, вмещающегося на барабан лебедки, приближенно рассчитывается по формуле L =• —^— 10* [м], где d—диаметр кабеля в мм, V—емкость барабана в дл.
* При неполном заполнении барабана,
8 Двухрядная роликовая цедь.
МЕТОДЫ ПРОМЫСЛОВОЙ ГЕОФИЗИКИ. АППАРАТУРА И ОБОРУДОВАНИЕ
щение от двигателя автомашины через коробку отбора мощности, дополнительный карданный вал, червячный редуктор 24 и цепную передачу 25' (шаг 25,1 лш). Лебедка снабжена ленточным тормозом26 с обшивкой феррадо, управляемым рычагом 14 и храповым механизмом 27. '
В заднем отделении кузова, кроме лебедки, находятся: генераторная группа 28, катушка 29 с проводами и крепления для блок-баланса 30, грузов: 31 и. инклинометра 32. Прожектор 33 служит для освещения кабеля и блок- баланса при спуско-подъемных операциях. .
Самоходный подъемник АЭКС-900
Самоходный подъемник станции АЭКС-900 (рис. 164) смонтирован' в закрытом кузове 1 автомашины 2 ГАЗ-63. Перегородкой 5 кузов разделен, на два отделения 4 и 5. В отделении 4 находится стенд 6 измерительной лаборатории станции с электронным потенциометром ПАСК-8 (см. § 33, рис. 109) и приборы управления лебедкой 7 — дублеры управления двигателем автомашины (дублер 8 управления коробкой передач, дублер 9 управления сцеплением, дублер подачи горючего и т. д.), рычаг 10 ручного тормоза,, ручка 11 управления храповым механизмом 12 и штурвал 13 укладчика, кабеля 14.
Лебедка 7 Л КМ-900, установленная в отделении 5, рассчитана на 950 ж кабеля КТО-1. Привод лебедки выполнен от двигателя автомашины через.- коробку 15 отбора мощности, карданный вал 16, редуктор 17 и цепную передачу. В отделении 5 установлены генераторная группа крепления для блок-баланса 18 и устройство для смотки кабеля с катушками 19. Для обслуживающего персонала станции установлен диван и три винтовых кресла 20.
Самоходный тракторный подъемник
Для исследования разводочных скважин, расположенных в труднопроходимой местности, заводами выпускается самоходный подъемник на- гусеничном тракторе 1 С-80 (рис. 16 5) с лебедкой 2 ЛКМ-2000. Лебедка закреплена в задней части трактора на швеллерной раме 3. Движение лебедке сообщается от двигателя трактора через коробку передач, коробку 4' отбора мощности и двухскоростной редуктор 5. Управление лебедкой расположено в кабине водителя, в которой находятся: штурвал 6 кабелеукладчика 7, рычаг 8 ручного тормоза лебедки, силовой блок 9, контрольная 10, коллекторная 11 и перфораторная 12 панели обычных конструкций.
В табл. 16 приведены некоторые основные данные о промыслово-геофизических лебедках заводов нефтяной промышленности.
КОЛЛЕКТОРЫ
Подвод тока и присоединение измерительных приборов к жилам кабеля, намотанного на барабан лебедки, производятся при помощи коллектора. Коллекторы лебедок бывают трех типов: дисковые, у которых контакт щеток с кольцами коллектора осуществляется в осевом направлении; цилиндрические или кольцевые — с радиальным расположением щеток и ртутные — с жидкостным (ртутным) контактом. Из большого числа различных конструкций коллекторов наиболее широкое применение получили трехдисковыо и модернизированный дисковый коллекторы, устанавливаемые на лебедках ЛКМ-2000, ЛКМ-3000 и ЛКМ-4000. Коллекторы других конструкций используются значительно реже, главным образом в лебедках, устаревших конструкций.
Рис. 164. Самоходный подъемник АЭКС-9ОО.Рис. 164. Самоходный подъемник АЭКС-9ОО.МЕТОДЫ ПРОМЫСЛОВОЙ ГЕОФИЗИКИ. АППАРАТУРА И ОБОРУДОВАНИЕМЕТОДЫ ПРОМЫСЛОВОЙ ГЕОФИЗИКИ. АППАРАТУРА И ОБОРУДОВАНИЕ
Рис. 164. Самоходный подъемник АЭКС-9ОО.
Рис. 164. Самоходный подъемник АЭКС-9ОО.
МЕТОДЫ ПРОМЫСЛОВОЙ ГЕОФИЗИКИ. АППАРАТУРА И ОБОРУДОВАНИЕ
МЕТОДЫ ПРОМЫСЛОВОЙ ГЕОФИЗИКИ. АППАРАТУРА И ОБОРУДОВАНИЕ
1 — закрытый кузов автомашины 2; 3 — перегородка; 4 — отделение измерительных прибор св; 5 —отделение подъемника; 6 — стенд с измерительной аппаратурой; .' — лебедка ЛМ-956; 8 — дублер управа гния коробкой передач; 9 — дублер управления сцеплением; 10 — рычаг ручного тормоза; П — ручка управления храповым механизмом 12; 13 — штурвал укладчика кабеля 14; 15 — коробка отбора мощности; 16 — карданный вал; 17 — редуктор; IS — блок-баланс; 19 — катушки с соединительными проводами; 20 — кресла для операторов п лебедчика.
Дисковые коллекторы
Тр охдиск овый маслонаполненный коллектор. Трехдисковый коллектор (рис. 166) состоит из трех латунных контактных дисков В, А и М (N, М и А), закрепленных на эбонитовой втулке 1, надетой на стальную ось 2; последняя при помощи крестовины 3 присоединяется к полуоси ступицы лебедки. Ось коллектора на шариковых подшипниках 4 и 5, закрепленных в эбонитовом корпусе 6 и в стальном корпусе 7, устанавливается в кожухе 8 коллектора. С каждым контактным диском контактируют три щетки 9, прижимаемые к дискам пружинами 10. Щетки закреплены в эбонитовых колодках 11. Жилы коллекторного провода присоединяются к щеткам 9 через вводы 12 при помощи гибких проводников 13. Соединение контактных дисков с жилами кабеля осуществляется проводниками 14. Коллектор заливается трансформаторным маслом 15.
Наличие карданного соединения и параллельно контактирующих щеток обеспечивает надежную работу коллектора (даже при наличии продольного люфта и барабана лебедки).
Д и с к о в ы й модернизированный к о л л е к т о р. Дисковый модернизированный коллектор лебедок ЛКМ-2000 и ЛКМ-3000 (рис. 167), называемый также кольцевым коллектором, представляет собой стальной диск 1, на котором на винтах 2, проходящих через втулки 3 из изоляционного материала, крепятся три латунных кольца А (внутреннее), М (среднее) и N (наружное). Кольца обозначаются также римскими цифрами Z, II, III или буквами В, С, и Н. Подвод тока к кольцам осуществляется при помощи медных щеток 4, установленных в обоймах 5 щеткодержателей 6, ввинчиваемых в корпус 10 коллектора. Нажим щеток производится пружинами 7 и регулируется винтом 8. В винте 8 проточено отверстие 9 для штифта однополюсной вилки, устанавливаемой на конце присоединяемой жилы кабеля. Суппорт 1 на винтах 15 закрепляется на торце гайки 11, навинченной па полуось 12 ступицы 13 барабана лебедки и застопоренной винтом 14. Корпус 10 коллектора прикрепляется к корпусу 16 шарикового подшипника 17 винтами 18. Концы жил кабеля, намотанного на барабан лебедки, присоединяются к кольцам коллектора при помощи кабельных наконечников 19.
Другие конструкции дисковых коллекторов, как, например, дисковый коллектор КД-2 и дисковый коллектор КП с подогревом, могут встретиться лишь на лебедках старых конструкций; они подробно описаны в более ранних руководствах по промысловой геофизике [5, 13, 79].
. Цилиндрические (кольцевые) коллекторы
Цилиндрический коллектор КЦ-41. Цилиндрический коллектор КЦ-4 (рис. 108) состоит из трех колец Л, В, М, закрепленных па эбонитовых втулках 7, уст а нов л о иных па полой оси 2. Втулки 1 разобщены экранными кольцами 3, соединенными с осью и корпусом лебедки. С кольцами А, В, М соприкасаются щетки 4, установленные в латунных обоймах 5 в щеткодержателях О, закрепленных в корпусе 10 коллектора. Подвод тока к щеткам осуществляется через контактные винты. В гнездо 9 винтов 7 вставляются вилки, присоединенные к жилам коллекторного провода. Для улучшения контакта щеток с токоведущими кольцами на поверхности последних иногда протачивается винтовая резьба. Ось 2 коллектора закрепляется в полуоси 11 ступицы барабана лебедки; второй конец оси 2 — в шариковом подшипнике 12, установленном в корпусе 13 на торце корпуса 10 коллектора. Подвод тока к кольцам производится при помощи контактных болтов 14, с которыми соединяются жилы 15 кабеля 10. Коллектор устапавли-
1 Более ранние модели цилиндрических коллекторов КЦ-1, КЦ-2 и КЦ-3 повсеместно заменены более совершенными коллекторами, в связи с чем их конструкции в настоящем руководстве не рассматриваются. Интересующиеся читатели могут познакомиться с этими коллекторами в ранее изданных руководствах [5, 13].
18 Заказ 714.
аики. АППАРАТУРА И ОБОРУДОВАНИЕ
Рис. 166. Трехдисковый коллектор.
А, В и М — контактные диски; 1 — втулка; 2 — ось; з — крестовина; 4 и 5 — шариковые подшипники; 6 и^ — корпусы подшипников; 8 — кожух коллектора; 9 — щетки; 10 — пружины; Л—колодки;
12 — вводы; 13 и 14 — соединительные проводники; 15 — трансформаторное масло.
Рис. 167. Дисковый модернизированный (кольцевой) коллектор.
А (В), М '(О и N (И) — внутреннее, среднее и наружное кольца коллектора; 1 —суппорт колец; 3 — винт; з — втулка изолирующая; 4 — медная щетка; 5 — обойма; 6 — щеткодержатель; 7 — пружина; 8 — винт регулировочный; 9 — отверстие для штифта однополюсной вилки; 10 — корпус коллектора; 11 — тайка; 12 — полуось; 13 —ступица барабана лебедки; 14 — стопорный винт; 15 — кожух коллектора; 16 — корпус шарикового подшипника 17; 18 — винты крепления коллектора; 19 — кабельные наконечники.
ваотся па корпус 17 шарикового подшипника 18. Для чистки колец в корпусе имеется смотровое окно 19, закрывающееся крышкой 20 на винтах с барашками 21; гнездо 22 служит- для заземления корпуса коллектора. Отсутствие влияния’осевых смещений коллектора,, наблюдающихся при продольном лифте барабана лебедки, на контакт щеток является достоинством цилиндрического коллектора. Однако по изоляционным качествам он уступает маслонаполненному трехдисковому и дисковому модернизированному коллекторам,, которые получили наиболее широкое применение.
772772Рис. 168. Цилиндрический коллектор КЦ-4.3Рис. 168. Цилиндрический коллектор КЦ-4.3
772
772
Рис. 168. Цилиндрический коллектор КЦ-4.3
Рис. 168. Цилиндрический коллектор КЦ-4.3
а — чертеж общего вида коллектора; б — фотография собранного коллектора; В, "А и М — кольца коллектора; 1 — эбонитовые втулки; 2 — полая ось; з — экранные кольца; -/ — щетки; 5 — латунная обойма; у — щеткодержатель; 7 — втулка; 8 — контактный впит; у — гнездо; ю— корпус коллектора; 11 — полуось ступицы барабана лебедки; 12 — шариковый подшипник; 13 — корпус подшипника; 14 — контактные болты; 15 — жилы кабеля 16; 17 — корпус шарикового подшипника 18 крепления барабана лебедки; 19 — смотровое окно, закрывающееся крышкой 20; 21 — винты с барашками, закрепляющими крышку 20; 22—гнезда заземления корпуса коллектора.
Ртутные коллекторы
Р т у т п ы й к о л л е кт о р типа КР. Ртутный коллектор типа КР (рис. 169) представляет собой мпогосекциопный (по числу колец) корпус 1 из изоляционного материала. В полости 2 секции корпуса залита ртуть. Контактные диски 3 из нержавеющей стали установлены на оси 4 коллектора и частично погружены в ртуть, заполняющую секции корпуса. К дискам подключаются жилы 5 кабеля, находящегося па барабане лебедки; к ртути через штуцеры 6 (электрические свечи) — жилы 7 коллекторного провода. Стабильность контакта является преимуществом ртутного коллектора перед коллекторами со щеточными контатками. Однако сложность обеспечения падежной изоляции между дисками в связи с разбрызгиванием ртути ограничила возможность широкого применения ртутных коллекторов.
Рис. 169. Ртутпый коллектор.
х — корпус коллектора; 2 — полости секций; 3 — контактные диски; 4 — ось; б — подводка к жилам кабеля; с — штуцеры (свечи); 7 —жилы коллекторного провода.
Присоединение кабеля к коллектору
При присоединении кабеля к коллектору берется отрезок двухтонного трохжиль- ного кабеля длиной 2—5 м. Один конец этого отрезка продевается через ступицу и полость
полуоси барабана и оси коллектора (у коллекторов КЦ-4), и с его конца на длине 10—20 см снимается наружная оплетка. Жилы кабеля расплетаются, с конца оголяются па 1 см и подпаиваются к кабельным наконечникам (в коллекторах КЦ-4, дисковом модернизированном и КД-2) или к однополюсным вилкам (в коллекторах ДП). Затем на расстоянии 60—80 см от разделанного конца кабеля ставится зажимная втулка (зажимной шарик) (рис, 170). Второй конец кабеля
Разрез поА0Разрез поА02 12 1Рис. 170, Зажимные втулки (шарики) различных конструкций.Рис. 170, Зажимные втулки (шарики) различных конструкций.-д--iM'--д--iM'-1 — разрезанная втулка; 2 — стяжные винты;з — резьба.1 — разрезанная втулка; 2 — стяжные винты;з — резьба.линии натяжения кабеля. С этой же целью оставлять на барабане лебедки 5—10 витковлинии натяжения кабеля. С этой же целью оставлять на барабане лебедки 5—10 витковвыводится наружу через отверстие в стенке барабана и разделывается по правилам, изложенным в §37.
Разрез поА0
Разрез поА0
2 1
2 1
Рис. 170, Зажимные втулки (шарики) различных конструкций.
Рис. 170, Зажимные втулки (шарики) различных конструкций.
-д-
-iM'-
-д-
-iM'-
1 — разрезанная втулка; 2 — стяжные винты;з — резьба.
1 — разрезанная втулка; 2 — стяжные винты;з — резьба.
линии натяжения кабеля. С этой же целью оставлять на барабане лебедки 5—10 витков
линии натяжения кабеля. С этой же целью оставлять на барабане лебедки 5—10 витков
Зажимная втулка (рис. 170) состоит из двух половин 7, свинчивающихся между собой четырьмя винтами 2. По оси втулки проточено круглое отверстие, диаметр которого на 1—4 мм меньше диаметра кабеля. На внутренней поверхности отверстия нарезана прямоугольная кольцевая резьба 3, увеличивающая прочность крепления втулки па кабеле. Чтобы при затяжке половин втулки и при сильных нагрузках на кабель втулка не повредила изоляции жил кабеля, 'па его поверхность на участке крепления втулки предварительно накладывается бандаж из медной или желез пой проволоки диаметра 0,8—1 мм. Зажимная втулка, упираясь в стопку барабана лебедки, разгружает конец кабеля, присоединенного к коллектору лебедки, и тем самым предохраняет возможность нарушения контактов в местах присоединения жил к коллектору уси- при спуске кабеля в скважину следует перазмот энного кабеля.
ПРИВОДЫ К ЛЕБЕДКАМ
Барабаны лебедок, как об этом уже говорилось выше, приводятся во вращение: вручную (см. рис. 146, а); от электродвигателя (см. рис. 146, б и в и рис. 150); от заднего моста автомобиля (см. рис. 146, б и в); от коробки отбора мощности (см. рис. 148 и 153) и от специального бензинового двигателя.
Ручной привод барабана лебедки установлен на лебедках легкого типа ЛМ-400 (ЛК-5 и ЛК-15). У барабанов лебедок среднего типа (Л М-1200 и ЛМ-2000) ручной привод используется при авариях или в тех случаях, когда нужно обеспечить очень медленную скорость подъема кабеля (например, при опытных работах).
Для электрического привода применяются трохфазные асинхронные электродвигатели переменного тока с кольцами МКА-13, МКА-14, МКА-15, МКМА-11, МКМА-12 и МКМА-15 закрытого типа, напряжения 220/380 а, 1000—1500 об!мин. Концы фазовых обмоток статора выведены на входную панель и могут быть включены звездой (при напряжении сети 380 в) или треугольником (при напряжении сети 220 в).
Трехфазная обмотка ротора двигателя соединена звездой. Концы обмотки выведены к кольцам, к которым присоединяются пусковой и регули-
Рис, 171. Схема присоединения электродвигателя.
I—электродвигатель; 2—трехжильпый соединительный кабель КТШМ-0,6; з— распределительный щиток; 4 — пружинные зажимы ' «крокодилы»; 5 — входная па- шшь электродвигателя; 6 — амперметр; 7 — вольтметр; 8 — рубильник; 9 — регу- .лировочный реостат.
ровочпый реостаты. Реостат обеспечивает плавный пуск двигателя с достаточно большим начальным пусковым моментом и последующее регулирование числа оборотов двигателя в процессе работы.
Присоединение двигателя к сети производится по схеме, изображенной на рис 171. Ток к электродвигателю 1 подводится трехжильным кабелем 2 КТШМ-0,6. На конце жил кабеля 2, присоединяемых к распределительному щитку 3 силовой сети, устанавливаются пружинные зажимы 4, образно называемые «крокодилами». На другом конце (со стороны электродвигателя) кабель заканчивается трехконтактной соединительной муфтой, подключаемой к гнездам входной колодки, с которой соединена входная панель 5 электродвигателя. На панели 5 установлены амперметр 6 и вольтметр 7, указывающие силу тока и напряжение в цепи электродвигателя, и рубильник 8 для включения электродвигателя в цепь.
При работе с электродвигателем нельзя включать его в сеть напряжения, отличающегося от номинального, указанного на щитке электродвигателя. Включение электродвигателя на напряжение ниже номинального резко уменьшает его мощность. Мощность электродвигателя может оказаться недостаточной для подъема кабеля, в результате чего может произойти прихват измерительного прибора или кабеля, нередко заканчивающийся оставлением приборов в скважине. При включении электродвигателя в сеть с напряжением выше номинального обмотки электродвигателя перегреваются и может произойти пробой изоляции.
При подключении кабеля, подводящего ток к электродвигателю, рубильник сети должен быть выключен. Необходимо соблюдать все правила предосторожности от поражения током при работе с электрическими установками высокого напряжения. В этих же целях при включении электродвигателя в сеть его корпус должен быть заземлен.
Привод барабана лебедки от заднего моста автомобиля обычно осуществляется при помощи ременной передачи, надеваемой на баллон заднего колоса автомашины и шкив, закрепленный па конце трансмиссионного вала лебедки. Реже решенная передача надевается па тормозной диск или на специальный шкив, закрепленный па месте наружного колоса автомашины. J3 лебедках некоторых конструкций была установлена цепная передача. Ведущая звездочка этой передачи крепилась к тормозному диску полуоси заднего моста, а ведомая —• па трансмиссионном, валу лебедки.
При приводе лебедки от заднего моста автомашины мост приподнимается па домкратах. Если натяжка ременной или цепной передачи недостаточна, подставляют второй домкрат под шасси автомобиля и, поднимая его, регулируют величину натяжения цепи.
Привод барабана от коробки отбора мощности в настоящее время применяется во всех лебедках последних конструкций. Привод лебедки от коробки отбора мощности наиболее удобен; он требует минимального времени для подготовки лебедки к работе и даст возможность, управляя коробкой передач автомобиля и подачей горючего, плавно и в широких продолах регулировать скорость подъема кабеля.
Привод лебедок от отдельного двигателя применяется в районах Крайнего Севера, где лебедки устанавливаются на санях, транспортируемых трактором к мосту работы. Для привода используются бензиновые двигатели автомобилей ГАЗ-61 или ЗИС-150. Двигатель соединяется с трансмиссионным валом лебедки через муфту сцепления, коробку передач и редуктор.
БЛОК-БАЛАИСЫ
Блок-баланс с установленными па ном приборами служит для направления кабеля в скважину, определения глубин местоположения измерительных установок, привода лентопротяжного механизма регистрирующего прибора и наблюдения за натяжением кабеля.
Число оборотов ролика блок-балаиса, пропорциональное длине кабеля, опущенного в скважину, передается лентопротяжному механизму регистрирующих приборов автосинпой или, реже, механической гибкой передачей и отсчитывается счетчиком глубин.
Блок-балансы, используемые при геофизических исследованиях скважин, имеют однотипную конструкцию, лишь немногим отличающуюся, для работы с кабелями различных марок.
В практике исследования глубоких скважин наиболее часто применяются блок-балансы ББ-4-4.
Б л о к - б а л а п с ББ-4-4 (рис. 172) для трехжилщюго двух- и че- тырехтонпого кабеля состоит из алюминиевого ролика .7, свободно вращающегося па шариковых подшипниках 2 на оси 3. Обь 3 устанавливается эксцентрично па призмах 4 подставки 5, обычно имеющей треугольную' сварную или клепаную и, реже, иную конструкцию. На оси ролика укреплены две щеки 6 с прорезями 7, а на ступице ролика —шестерни 8. В прорези 7 закрепляются датчик автосинпой передачи, редуктор блок-баланса„ сигнальный контактор со счетчиком глубин или только этот счетчик. Если датчик автосинпой передачи не имеет счетчика глубин, то на одной щеке- блок-баланса закрепляется датчик, а на второй — счетчик глубин (см.„ например, рис. 174). .
Между концом щек и станиной блок-баланса закрепляется пружинный, электрический и, реже, гидравлический динамометр 9 (см. рис. 172). Динамометр указывает силу Т натяжения кабеля. Натяжение кабеля необходимо знать для безаварийного проведения спуско-подъемных операций^
Рис. 172. Блок-баланс Б Б-4-4.
1 — ролик, 2 - П1арпксттлй подшипник; 3 — ось ролика; 4— призма; 5— подставка; 6— щеки;. 7 — прорези дли креплении датчика счетчика глубин; 8 — шестерни; 10 — сектор корректора глубину 11 — канавка ролика; 18 —винт регулировки сектора корректора глубин; 13— пружинный динамометр.
и, следовательно,и, следовательно,динамометра.динамометра.Рис. 173. Схема действия индикатора натяжения кабеля.Рис. 173. Схема действия индикатора натяжения кабеля.
и, следовательно,
и, следовательно,
динамометра.
динамометра.
Рис. 173. Схема действия индикатора натяжения кабеля.
Рис. 173. Схема действия индикатора натяжения кабеля.
особенно при прихвате кабеля и измерительных устройств. Схема определения натяжения кабеля при помощи динамометра изображена на рис. 173. Из схемы следует, что моменту je силы
/-27’ cos 45° = Г/2, стремящемуся опрокинуть ролик с призмы, на которой он установлен,, противодействует момент Fb натяжения IIри спуске и подъеме кабеля момен
ты сил Т i 2 и/г уравновешиваются:
<-т V^^ ^ъ
У блок-балансов, применяемых в и ра ктике, отношение
= 1,41 -^~ ™ 1,41 X ®/зза = ^/зо»
т. е. сила, действующая на динамометр, равна з0 натяжения кабеля.
Однотипную конструкцию с блок-балансом ББ-4-4 имеют ранее изготовляв шиося блок-балансы ББ-2-4 и ББ-1-51 для двух- и однотонного кабеля.
Для одножильного кабеля промышленностью изготовляются бло!^ балансы (рис. 174) подъемника СПП-3, отличающиеся от блок-баланс^ ББ-4-4 диаметром ролика 1 и профилем ого канавки. Между подставкой и щеками 6 установлен динамометр 9. Датчик глубин 10 и счетчик глуби^ 11 крепятся в щеках 6. На подставке также закреплены размагничивающей устройства 12 и мсткоуловитель 13 магнитных меток. В комплект блоН^ входит пульт 14 сигнально-переговорного устройства с громкоговорителей
15 и микрофоном 16.
Для работы с кабелем КТШ-03 (лебедка ЛК-400) выпускается блой* .. __ ^ ^ меньшим размером ролика 1 и трубчатой
подставкой 2. Каждый (q оборот ролика пропускаем
баланс ББ-ЛК-400 (рис. 175,
Н6
11*
Рис. 17/j. Вл еж-бал а и с для одножильного кабеля
I — ролик; <5 — подставка; б — теин; 7 — прореви дли крепления датчики и счетчика глубин; 9 — динамометр; 10 — датчик глубин; 11 — счетчик глубин; 12 — размагничивающее устройство; 13 — мсткоуловитель; Ы — пульт сигнально-переговорного устройства; 15 — громкоговоритель; 16 — микрофон; п—соединительные провода.
1 м кабеля. Ролик бло#" баланса ББ-ЛК-400 зз^ крспляется на цапфах
в подшипниках . 5 ставки. Смещение цапф относительно ролика обеспечивает
М0Ж ПОСТЕ боля.
Для скважин обсадной
натяжения
по^" ОСК оей возка-
исследования: с выступающей колонной И Я
тех случаях, когда у устья скважины но имеется достаточной поверхности (стол ротора, пол буровой) для установки блок- балапсов обычной кои-
струкции, изготовляется: специальный блок-баланс. Он представляет собой отрезок стальной трубы 6 (рис. 175, б) с приваренными к ней фасонным
фланцем с кронштейнами 7, на которых устанавливается ролик 1. Если блок-баланс предназначается для исследования скважин через бурилыпле трубы, конец трубы 6 заканчивается коническим резьбовым соединением под муфту замка бурильной трубы.
Автосинхропная дистанционная передача
Автосинхропная (автосипная, сельсинная) передача представляет собой электрическую дистанционную синхронизированную передачу, состоящую из двух идентичных соединяемых между собой электрических моха- низмов — датчика и приемника (рис. 176). Автосипная передача дает возможность при помощи приемника, соединенного с лентопротяжным механи змом регистрирующего устройства, воспроизвести на расстоянии в точносхтг движение датчика, приключенного к ролику блок-баланса, и тем самым обеспечить пропорциональность продвижения ленты, на которой производится запись измеряемых величин, длине опущенного кабеля.
Датчик и приемник автосинной передачи представляют собой электрические механизмы, по конструкции идентичные двигателям переменило тока, деталями которых являются двухполюсный статор и трехфазный рот^р.
Рис. 175. Блок-балапсы для кабеля КТП1-ОЗ (а) и для исследования скважин с выступающей обсадной колонной (б).
Рис. 176. Электрическая схема авто- сипхропиой передачи.Рис. 176. Электрическая схема авто- сипхропиой передачи.1— обмотка возбуждения датчика; 2 — тоже, приемника; з — трехфазный ротор дат-чика; 4 — то же приемника.1— обмотка возбуждения датчика; 2 — тоже, приемника; з — трехфазный ротор дат-чика; 4 — то же приемника.
Рис. 176. Электрическая схема авто- сипхропиой передачи.
Рис. 176. Электрическая схема авто- сипхропиой передачи.
1— обмотка возбуждения датчика; 2 — тоже, приемника; з — трехфазный ротор дат-чика; 4 — то же приемника.
1— обмотка возбуждения датчика; 2 — тоже, приемника; з — трехфазный ротор дат-чика; 4 — то же приемника.
I — ролик; 2 — трубчатая подставка; 3 — щеки; 4 — цапфы; 5 — подшипники подставки; 6 — стальная труба; 7 — фасонный фланец с кронштейнами; 8 — динамометр.
Обмотки ротора соединены звездой, и их концы выведены к кольцам. Эти обмотки у датчика и приемника включаются навстречу друг другу. Обмотки статора (обмотка возбуждения), датчика и приемника подключаются в сеть переменного тока и соединяются параллельно при напряжении питающей сети 127 в и последовательно при напряжении 220 в.
Переменный ток, проходящий в
•обмотке статора, индуцирует в обмотках ротора э. д. с. При одинаковой ориентировке обмоток роторов относительно направления магнитного поля, созданного обмоткой статора, э. д. с., индуцированные в обмотках роторов датчика и приемника, будут одинаковы. В этом случае ток в цепи роторов будет отсутствовать, и момент, вращающий ротор равен нулю. Если повернуть ротор датчика па угол <р, равновесие в цепи роторов нарушится. Воз-
никшее при этом магнитное поле тока
в цепи ротора приемника, взаимодействуя с магнитным полем его статорной обмотки, создает вращающий момент, под действием которого ротор приемника повернется на тот же угол <р, на который был. повернут ротор датчика. Таким образом, ротор приемника воспроизведет движение ротора датчика и при использовании автосинной передачи в схеме промысловогеофизических измерений в точности передаст приемнику вращение ролика блок-баланса, с которым датчик соединен зубчатой передачей.
Датчик автосинной передачи 1 (рис. 177) установлен в герметическом цилиндрическом корпусе 2 (рис. 178), который при помощи направляющей
Риг.. 177. Датчик глубин
а — разрез датчика одной из конструкций; б — схема плектричесних соединений датчика глубин.
— датчик автосинпой передачи; 2 — корпус датчика; 3 — направляюща л; 4 — установочный винт;
— шестерня; соединительные муфты: 6—двепадцатикоитактнан к входной панели станции;
— шестиконтактнан к пульту блок-баланса; я —двухконтактная к датчику натяжений; 9 — к размагничивающему устройству; 10 — к миткоулавливателю; 11 — кнопка нанесения магнитных меток;
12 — кнопка ручной метки.■
и установочного винта 4 закрепляется на щеке блок-баланса. Датчик автосинной передачи соединяется шестерном 5 с шестерной, закрепленной на ступице ролика блок-баланса. Ток подводится при помощи двопадцати- контактной соединительной муфты 6, пять клемм которой соединяют обмотки статора и ротора датчика, три клеммы — громкоговоритель с сигнальной панелью лаборатории и подъемника, две клеммы — сигнальную кнопку
устройства (см. рис. 174), рис. 178) —для присоединения устройства и моткоуловителя.устройства (см. рис. 174), рис. 178) —для присоединения устройства и моткоуловителя.Рис. 178. Датчик глубин.Рис. 178. Датчик глубин.2 —^корпус датчика глубин; 3 — направляющие; 4 — установочный пинт; 6 — шестерня привода от блок- баланса к датчику глубин; 6 — двенадцатиконтактная соединительная муфта; 7—тоже, шестиконтактна я; 8 — то же, двухкоптактиал к датчику натяжений; 9 — то же, двухкоятактпая к размагничивающему устройству; 11 — кнопка нанесения магнитных меток; 12 — кнопка ручной метки.2 —^корпус датчика глубин; 3 — направляющие; 4 — установочный пинт; 6 — шестерня привода от блок- баланса к датчику глубин; 6 — двенадцатиконтактная соединительная муфта; 7—тоже, шестиконтактна я; 8 — то же, двухкоптактиал к датчику натяжений; 9 — то же, двухкоятактпая к размагничивающему устройству; 11 — кнопка нанесения магнитных меток; 12 — кнопка ручной метки.редуктор блок-баланса (смредуктор блок-баланса (смРис . 179. Указатель (счетчик) глубин.Рис . 179. Указатель (счетчик) глубин.13 ручка сброса показаний счетчика глубин; 14 — шестерня привода указателя глубин от блок-баланса.13 ручка сброса показаний счетчика глубин; 14 — шестерня привода указателя глубин от блок-баланса.
устройства (см. рис. 174), рис. 178) —для присоединения устройства и моткоуловителя.
устройства (см. рис. 174), рис. 178) —для присоединения устройства и моткоуловителя.
Рис. 178. Датчик глубин.
Рис. 178. Датчик глубин.
2 —^корпус датчика глубин; 3 — направляющие; 4 — установочный пинт; 6 — шестерня привода от блок- баланса к датчику глубин; 6 — двенадцатиконтактная соединительная муфта; 7—тоже, шестиконтактна я; 8 — то же, двухкоптактиал к датчику натяжений; 9 — то же, двухкоятактпая к размагничивающему устройству; 11 — кнопка нанесения магнитных меток; 12 — кнопка ручной метки.
2 —^корпус датчика глубин; 3 — направляющие; 4 — установочный пинт; 6 — шестерня привода от блок- баланса к датчику глубин; 6 — двенадцатиконтактная соединительная муфта; 7—тоже, шестиконтактна я; 8 — то же, двухкоптактиал к датчику натяжений; 9 — то же, двухкоятактпая к размагничивающему устройству; 11 — кнопка нанесения магнитных меток; 12 — кнопка ручной метки.
редуктор блок-баланса (см
редуктор блок-баланса (см
Рис . 179. Указатель (счетчик) глубин.
Рис . 179. Указатель (счетчик) глубин.
13 ручка сброса показаний счетчика глубин; 14 — шестерня привода указателя глубин от блок-баланса.
13 ручка сброса показаний счетчика глубин; 14 — шестерня привода указателя глубин от блок-баланса.
«Мотка» и «Датчик натяжений». Шестиконтактная муфта 7 служит для
подсоединения нульта сигнально-переговорного и двухконтактные муфты S, 9 и 10 (см. датчика натяжений размагничивающего Метки наносятся при помощи кнопки 11. На пульте сигнально-переговорного устройства (см. рис. 174) находятся: громкоговоритель 19, микрофон 20, электрический сигнальный звонок и сигнальная
лампочка. Сигнально-переговорное устройство смонтировано в брызго-непроницаемом кожухе и устанавливается па переносной подставке. Для ручной отмотки моток на датчике установлена кнопка 12 (см. рис. 177 и 178). При установке на блок- балансо датчиков описанной
конструкции счетчик глубин (см. рис. 179) закрепляется отдельно на второй щеке блок-баланса (см. рис. 174). В датчиках первых конструкций указатель глубин был
смонтирован в корпусе дат
чика.
При передаче движения ролика блок-баланса лентопротяжным механизмам регистрирующих устройств при помощи гибкого вала в прорези щеки блок-баланса на месте датчика автосинной передачи устанавливается
рис. 61, г), к которому приключается конец гибкого вала, второй конец которого присоединяется к лентопротяжному механизму регистрирующего прибора.
При точечном методе измерений в прорезь щеки ролика при помощи винта с барашком закрепляются прямоугольный кронштейн, па котором устанавливается счетчик глубин и контактор. Последний служит для подачи сигналов через равные отрезки (0,5; 1 и 2 Л1) кабеля, проходящего через ролик. Контактор
включает цепь электрического звонка или электрической лампочки, по сигналу которых подъем кабеля приостанавливается и производятся измерения и отсчет глубин [5, 13].
Динамометры
Для определения натяжения кабеля применяются пружинные динамометры визуального наблюдения (рис. 180) и пружинные динамометры с электрической передачей показаний (рис. 181). 13 динамометре последней конструкции (см. рис. 181) с пружиной динамометра 1, работающей па сжатие, соединен ползунок реостата датчика натяжений 2. К концам реостата
датчика подключена батарея питания Б1. Между ползунком и одним из концов реостата включен измерительный прибор ИП2 — указатель натяжения кабеля, установленный на контрольной панели XII1. Шкала указателя проградуирована в величинах натяжения кабеля. При помощи переключателя П4 последовательно с прибором ИП2 может быть включен второй указатель натяжения — измерительный прибор ИП1, установленный на па-
Рис 180. Пружинные динамометры.
а — грозненский; б — треста Азпсфтегеофиаи- ка; 1 — пружина; 2 — стрелка; з — шкала; 4 и 5 — крюки; 6 — корпус динамометра; 7 и 8 — винтовые пробки; 9 — подвижной фланец; ю — гребенка; 11 — шестерни; 12 — крышка корпуса динамометра; 13 — корпус шкалы (циферблата); 14 — крышка шкалы; 15 — застекленное I окошко.
пели XX в кабине лебедчика. При помощи переключателя П2 схема переводится в положение градуировки, при котором в цепь батареи Б1 вместо реостата датчика подключается равное ему сопротивление R2. В этом положении, изменяя силу тока реостатом HR устанавливают стрелку измерительного прибора на деление, соответствующее максимальному натяжению кабеля, и затем переключают батарею Б1 питания к датчику натяжений.
Тахометры
Скорость кабеля определяется по тахометру, который представляет собш! вольтметр (см. рис. 104, 107), подключенный к тахогенератору — асинхронному двигателю с двумя взаимно-перпендикулярными обмотками. Одна из обмоток тахогенератора включена в сеть переменного тока лаборатории, ко второй через двухполупериодный селеновый выпрямитель подсо-
единен показывающий прибор (вольтметр). Последний
имоет два продела измерения скоростей движения кабеля (0—1000 и 0-5000 м/час) и релейную блокировку, отключающую прибор при перегрузках.
Л втома тп ч ескис мо^коуловптелп
Дляопределения
автоматического
меток
шпотся различные
приме- мотко-
уловители, индукционные (в самопишущем потенциометре ПС-2), контактные и магнитные (в станциях последних конструкций). Об индукционном меткоуловитоле см. § 23.
В контактных мотко- уловителях (например, метко- уловителе В. Д. Михайлова-
Рис. 181. Схема электрического указателя натяжения кабеля.
и др.) применяются электрические или магнитные кон-
такты, замыкаемые или размыкаемые пружинным устройством, приводящимся в действие мотками (утолщениями) , установленными на кабеле. Пружинные устройства моткоуловителя устанавливаются па станине блок-балапса над скважиной или желобом ролика. Надежность действия контакт-
1 — пружинный динамометр; 2 — датчик указателя натя- жения; XII — входная панель; XIII — контрольная панель; XVI — датчик глубин; XIX — контрольная панель лебедчика; XX—панель указателя натяжения кабеля; Б1 — батарея из двух сухих элементов; ИП1 — указатель натяжения у лебедчика; ИП2—тоже, на контрольной панели стенда лаборатории; П2 — переключатель указателя натяжения кабеля «Натяжение, выкл., контроль, датч. лаб., датч. под.»; ТЫ—переключатель указателя натяжения кабеля на последовательную работу с подъемником «Подъемник»; R1 -— реостат проволочный «Установка тока», 60 ом; Д2 — сопротивление проволочное, 100 ом; R3 — то же, 75 ом; R4 и R5 —то же, 1850 ом; К1 — двенадцатиконтактные соединительные муфты; К2 — то же, восьмшеоптактные; Кз — то же, трехконтантные; СП2 — соединительный двенадцатижильный провод.
пых меткоуловитслой в значительной степени ограничивается помехами, созданными изменением диаметра кабеля при порче поверхностной изоляции в местах соединений и на участках загрязнения его оболочки.
В магнитном меткоуловитоле небольшие участки кабеля предварительно намагничиваются при помощи намагничивающего устройства 1 (рис. 182), закрепленного на подставке блок-баланса 2 (см. также рис. 174).
Это устройство, оно же является и меткоуловителем, представляет собой катушку 3, па которой уложено 20 000 витков медной эмалированной проволоки. Катушка посажена на Я-образный сердечник 4, установленный по отношению к кабелю 5 так, как это показано на рис. 182. При нанесении
Рис. 182 Магнитный мотко- уловитоль.Рис. 182 Магнитный мотко- уловитоль.
Рис. 182 Магнитный мотко- уловитоль.
Рис. 182 Магнитный мотко- уловитоль.
мотки точка кабеля, на которой должна быть поставлена метка, устанавливается по середине катушки моткоуловитоля, и через ее обмотку от токовой панели станции пропускается постоянный ток максимальной силы.
Для отметки меток катушка при помощи переключателя 114 (см. рис. 107) подключается к электронной схеме. Двухкаскадиый усилитель (лампа Л21 рис. 183) этой схемы усиливает э. д. с., возникающие в катушке при прохождении намагниченного участка кабеля, и при помощи электронного реле, собранного на лампе ЛЗ, обесточивает электромагнитное реле Р1. При этом замыкаются контакты цепи метки, подключенные параллельно кнопке «Мотка», установленной па панели (см. рис. 102) управления осциллографом.
Магнитные метки могут быть сняты при помощи размагничивающего устройства 14
£одота°в^(см- Рис- 174)’ по Конструкции аналогичного
тушка, намотанная медной эмали- МОТКОуЛОВИТОЛЮ.
RaBHW^WДЛЯ СНЯТИЯ МОТОК ЧСрОЗ обмОТКу КатуШКИ
размагничивающего устройства пропускается переменный ток напряжения 110 в. Магнитное поле, созданное этим
током, размагничивает ранее намагниченные участки кабеля.
ВСПОМОГАТЕЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ, МАТЕРИАЛЫИ ТРАНСПОРТНЫЕ СРЕДСТВА
При производстве промыслово-геофизических исследований скважин, кроме специального оборудования, описание которого было дано в предыдущих параграфах, применяется вспомогательное оборудование, инструменты и материалы, к числу которых относятся катушки с подставками для соединительных проводов, приборы для измерения силы тока, напряжения и сопротивления (авометр), мерная лепта для размотки кабеля, треноги для установки регистраторов, потенциометров и других измерительных приборов, резиновые коврики под батареи, брезенты и зонты от дождя и солнца (при отсутствии в партии измерительных лабораторий) и ремонтный инструмент: дрель с набором сверл разных размеров, метчик и плашки ходовых размеров, тиски настольные и ручные, отвертки, плоскогубцы, круглогубцы и острогубцы, ключи простые, гаечные, торцовые и разводной, пилы слесарные различных ласечек и профилей, надфили, пила ножовочная, рубанок, молоток, монтерский нож, ножницы, набор часового инструмента, паяльная лампа, паяльники (обыкновенные и электрические), а также лопата, кирка и лом1.
В партии должны находиться в достаточном количестве: соединительные патроны и муфты, типы и размеры которых соответствуют применяемым кабелям; штепсели и однополюсные вилки для соединений проводов; подвесы для грузов; щетки и щеткодержатели с предохранительными резиновыми колпачками и различные материалы, как то: лента из натуральной резины, тонкая резиновая лепта (пара), лепта из прорезиненного полотна (изолировочная лепта), резиновые трубки разных размеров для осдицония и изоляции жил кабеля, резиновые наконечники (пальцы), брезентовый шланг для электродов, электродная свинцовая проволока, железная и луженая медпая проволоки диаметром 0,3; 0,5; 0,8 и 1,2 мм, резиновый клей, вазелин, тальк, химически чистый уксуснокислый свинец и хлористый калий для пеполяризующихся электродов (см. § 92), соединение бора, парафин и свинец при нейтронных исследованиях, канифоль, нашатырь, соляная кислота, припой (третник), шпагат, суровые нитки и фотоматериалы (пленка, фотобумага, проявитель, закрепитель и квасцы).
Рис. 183. Схема соединений магнитного моткоуловителя.
I — фоторсгистратор; // — панель управления фоторегистратяром; XII— входная панель; XIII — контрольная панель; XVI— датчик глубин, XVII — миткоуловитель; XVIII — раамагни- чшшюиич; устройство; III — переключатель метки «Ручная, магнитная, памагпичнв.»; R4— сопротивление прополочное, 2о ом; НО — сопротивление неироволочное типа СП-L 1 мом; R7 — сопротивление шшронолочпое типа ВС, 0,! ком; R8 — то же, 5! ком; Нэ — то же. 30 ком; НЮ и Ни — то же, ЗоО ком; R 12 и R13 —■ то же, 5,1 ком; R 14 —■ то же, I мом; R IS — то же, 100 ком, НЮ — то же, 1 ком; R /7 —■ то же, 1 аюм; U2 в СЗ — конденсаторы электролитические, 20 миф; С4 и С5 — то же, типа НВГ-МН, 0,5 миф; СО и С7 — то же, 2 миф; С8 н Си — то же, 0,1 м>;ф\ С1» — то же, 0,5 л^.ф; Л1 — лампа минпатюрнан; Л2 — радиолампа 6II0C; Лз — то же, 6II3C; Л4 — то же, 6Ц5С; Лб — газовый стабилизатор СГ4С; Tpl и Тр2 — трансформаторы; Р1 — реле постоянного тона; Ki — ножевая восьми- коптактнап колодка; Кг — двенадцитикоптактпая вилка; Нз — то же, двухконтактна я; Кн — кнопка для напессиш! меток; СП2 — двецадцатижильный соединительный провод; С11-7 — то же, двухжвльный;
BCI — выпрямитель селеновый.
Для транспортирования оборудования и персонала партии на скважину применяется автотранспорт. Рекомендуется использовать грузовые автомашины полутоппые ГАЗ-69 (для лебедок ЛМ-400). полуторатонные ГАЗ 51 и ГАЗ-63 (для лебедок ЛК-1200 и ЛК-15), трехтопные 3IIJL 150 и ЗИЛ-151 (для лебедок ЛМ-2000 и ЛМ-3000 и подъемников ПСПГ (СКП '-2000 и ПСПГ (СКП)-ЗООО) и иятитоииые ЯАЗ-210 (для лебедок JJM-4000, ЛМ 6000 и подъемников ПСПГ (СКП)-40()0 и ПСПГ (СКП)-бООО). Измерительные лабо- Ёатории обычно монтируются па грузовых полуторатонных машинах ГАЗ-51 им ГАЗ-63, районах с плохими дорогами и изрезанным рельефом при осенней и весенней распутице для перевоза оборудования рекомендуется использовать iрехосцые машины повышенной проходимости, вездеходы и тракторы на гусеничном ходу.
19 Заказ 714.
Г Л АВА V
ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ АППАРАТУРА И ОБОРУДОВАНИЕДЛЯ ГЕОФИЗИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ СКВАЖИНЗАРУБЕЖНЫХ СТРАН
Из числа установок для геофизического исследования скважин, выпускаемых за рубежом, наиболее известны комплекты аппаратуры и оборудования, изготовляемые Венгерским заводом геофизических приборов (Geo- fizikai Merdmuszerek Gyara) и фирмами Шлумберже (Schlumberger, Халли- бартоп (Halliburton), Лайн Веллс К° Lane Wells Со) и Видко (Well Instrument Developing Со). Ниже приводится описание некоторых из этих установок, представляющих интерес.
ПРОМЫСЛОВО-ГЕОФИЗИЧЕСКАЯ СТАНЦИЯВЕНГЕРСКОГО ЗАВОДА ГЕОФИЗИЧЕСКИХ ПРИБОРОВ
Промыслово-геофизическая станция, выпускаемая заводами Венгерской Народной Республики [921, предназначена для измерения кажущегося сопротивления и потенциалов собственной поляризации, определения угла и азимута падения пород и искривления скважины, измерения температуры и диаметра скважин, отбора пород боковым грунтоносом и перфорации колони. Измерения производится па четырохжилытом кабеле.
Станция смонтирована в одной десятитонной автомашине Татра 111 (рис. 184). В задней части 1 кузова установлена лебедка 2 с каболеуклад- чиком 3 и мерным блоком 4 и блок-баланс 5. Во время работы машина стопорится упорами 6. В передней части 7 кузова в отделении измерительных приборов расположены стол (рис. 185) с пульсатором 1 и фоторогистра- тором II, стенд III измерительных панелей (рис. 186) и панель управления IV лебедкой.
Фоторегистратор II (рис. 185) имеет пять гальванометров 1, при помощи которых регистрируют три кривые (две кривые сопротивлений и одну кривую потенциалов собственной поляризации). Две из этих.кривых одновременно регистрируются во втором, в десять раз более.мелком масштабе измеряемых величин. Регистрация производится на плойке шириной 160 мм в масштабах глубин 1 : 100; 1 : 200; 1 : 500 и 1 : 1000 со скоростью до 3600 м/час. Для наблюдения за движением бликов гальванометров служит визуальная шкала 2. Привод лентопротяжного механизма фоторегистратора осуществляется от мерного блока 4 (см. рис. 184) при помощи жесткой передачи 3 (см. рис. 185). Устройство 4 служит для корректировки глубин, чтобы отмеченные на пленке глубины точно соответствовали глубинам меток.
™ХгИ”^ иа М—1ЛЬНЫЙ ток 0,5 а, установлен в спе-^”?1 П“Д ос,’иллотРафом и подсоединяется при помощи ноже-
AJ Ам ^Х. Ai ДА Л V/ 1 V О «
naiitui иnaiitui иЧ? упРаилсиия (Рис- 186) закреплены: панель а питания, и о | ПН каналов измерения сопротивления, панель а канала СП,
naiitui и
naiitui и
Рис. 184. Промыслово-геофизическая станция Венгерского завода геофизических приборов.Рис. 184. Промыслово-геофизическая станция Венгерского завода геофизических приборов.
Рис. 184. Промыслово-геофизическая станция Венгерского завода геофизических приборов.
Рис. 184. Промыслово-геофизическая станция Венгерского завода геофизических приборов.
/ — лебедочное отделение станции; 2 — лебедка с четырех- жилыгым кабелем; 3 — кабелсукладчпк; 4 — мерный блок;
6 -- блок-баланс; 6 — упоры; 7 — отделение измерительныхприборов.
панель Э термометра, панель е каверномера, панель ж пульсатора, перфоратора и фоторегистратора и входная панель з. Дополнительно к станции прилагается контрольная панель фотоинклинометра и наклономера.
На панели а питания установлены: вольтметр 7 и миллиамперметр 8 с переключателем пределов 9 для измерения напряжения и силы тока пита-
пия, переключатели 10 и 11 рода работ, реостаты 12 и 13 для регулирования тока питания-, переключатель 14 подаваемого напряжения, включатель 15 Папря/кепия 12 в и сигнальные лампочки 16 и 17.
На двух однотипных панелях б и в каналов сопротивления сверху вниз расположены: переключатели 18 пределов измерения, реостаты 19 корректировки сопротивления цепи гальванометров, компенсатор полярч Замни 20 (0—10 .ve), переключатель 21 рода работ, переключи гель 22 ата- Л( иных сопротивлений; сигнальные лампы 23 и входные гнезда М и N,
Рис. 185. Отделение измерительных приборов промыслово-геофизической станции Венгерского завода геофизических приборов
/ — пульсатор; П — фоторвгпетратор; ИГ — стенд измерительных панелей; IV — панель управления лебедкой; 1 — гальванометры фоторегистратора; 2 — шкала визуальных наблюдений; 3 — жесткая передача от мерною блока; * — корректирующее устройство; 5 — указатель глубин; в — соединительные вилки; <5 — штурвал кабелеукладчина.
На панели г сверху вниз установлены: переключатель 18 пределов измерения, реостаты 19 корректировки сопротивления цепи гальванометра, трехдекадные компенсаторы поляризации 20 (0—10 мв^ 24 (0—100 лее) и 25 (О—500 .м), переключатель 2 6 полярности, переключатель 27 цепи СП в один из каналов ценой КС и входного гнезда М и N.
На панели д термометра находятся: переключатель 28 панели на вход одного из каналов КС, сигнальная лампа 29. ручки управления 30 и 31 компенсатора -температур, переключатель 32 полярностей и входные гнезда 33 питания термометра и измерения температур.
На панели е каверномера расположены: переключатель 34 панели в один из каналов КС, блокированный сигнальными лампами 35 переключатель 36 эталоиировки каверномера и входные гнезда 37 питания каверномера и измерительной схемы.
На объединенной панели ок установлены: вольтметр 38 в цепи питания пульсатора выключатель пульсатора 39, реостат 40, амперметр 41 с переключателем. 42 пределов, ключ 43 запала перфораторов, включатель 44 секций перфораторов, вольтметр 45 в цепи канала ламп фоторегистратора с реостатом 46, выключатель 47 и сигнальные лампы 48.
На панели е расположены гнезда жил кабеля и. заземлений.
На пульте управления лебедкой (см. рис. 185) находятся штурвал 49 кабелоукладчика и рычаги управления двигателем автомашины и лебедкой.
Рис. 186. Стенд измерительных панелей промысл ово-п-офизнчс'с кой с, акции Венгерского завода геофиз иноекпх "приборов.
а — панель пита пип: б в в — панели каналов КС; и — то нее, канала СП; 0 — то те, термометра; е — то же, каверномера; ж — панель пульсатора, перфоратора и фочорегп- стратора; a — входная панель; 7 — вольтметр; s — миллиамперметр с переключателем пределов 0; И) и и — переключатели рода работ; 12 и и — реостаты регул пропни тока в цепи питании; // — переключатель напряжения питании; 15 — включатель напряжения 12 в; /А, 17, 23, 29, 35 И 48 — сигнальные, лампы; 18 — переключатели пределов измерения; 19 — ревещты корректировки сопротинлонин цепи гальванометра; 20, 24 п 25 — компент оры поляризации; 21 — переключатель рода работ; 22 — то же, эталонных сопротивлений; 25 — то же, полярности; 27 — переключатель капала СП в один из каналов КС; 28 — переключатель панели термометра па один из каналов КС; 30 и 31 — компенсаторы нуля термометра; 32 — переключатель полярности; 33 и 37 — гневна; 34 — переключатель панели каверномера в один из каналов КС, за — то же, эталопнровни каверномера; 38 — вольтметр цепи пульсатора; 39 — выключатель пульсатора; 40 — реостат; 41 — амперметр с переключателем пределов 42; 43 — ключ запала перфораторов; 44 — включатель секций перфораторов; 45 — вольтметр; 40 — реостат; 47 — выключатель цепи освещения фоторегистратора.
§ 45. АППАРАТУРА И ОБОРУДОВАНИЕ ФИРМЫШЛУМБЕРЖЕ
В автоматической измерительной станция фирмы Шлумберже полный комплект аппаратуры и необходимого оборудования расположен в закрытом кузове тяжелого трехосного грузового автомобиля (рис. 187, а и б) [88, 91]. Кузов разделен на два отделения. В переднем отделении 1 — лаборатории — установлены измерительные приборы и приборы управления спуско-подъемными операциями (рис. 188). В заднем отделении 2 — подъемнике (см. рис. 187) -—смонтирована лебедка 3 и генераторная группа 4. В этом жр отделении закреплены катушки 5 с соединительными проводами в специальных ящиках 6 уложены скважинные приборы и при перевозках устанавливается блок-баланс 7* . ]
У ю -;<
ятпу
небедна;
4 — генераторная ■ группа;
2 — отделение подъемника;
приборов
9 — каретка водплышка; -упоры.
сооднпшеи.ыымп проводами; - ящики для скважинных лапе; 8 — водилышк для укладки кабеля;
блок; II
Рис. 187. Общий вид промысл о в о-гоофиз ичосн их- ст аппий Шлумбержо и Халлибартоп.
>>
з и б — станция фирмы Шлум- берже; в —- то же, фирмы Халли- бартон; 1 — приборное отделение;
5 — катушки с
7 — блок-ба-
10 — мерный
J.^l1---
4 У
Ш я®
1 6
12
1'^
1*26
■I
W
41
V,-
8
О
24
25
Я
X*.
ИНГ
^%1^&Л
Рис. 188 Отделении измеритель-ных приборов промыслопо-геофи-зической станции ’ фирмы Шлум-берже
I — фоторегистратор;
лительпая панель клинометра и i
П — распреде- IV — панель ни-
пластового на телоио-
мера; V -- панель перфорации; VII — генераторная панель; / — стол фоторе-
гистратора;
управления;
лебедкой; печатный рей; 7 — стритора; кассет с кассеты;
2 — центральный пульт а — пульт управления
4 — фотолаборатория; 5 —
станок;
приемная
б —. шкаф для Пата-
кассета
8 — ячейки дляфотопленкой; 9 -
фотореги- запасных - запасные
10 — отделение пульсатора;
11 — передача к лентопротяжному
коробки скоростей
автомобильного дви-
механизму фоторегистратора; 12 — рычаг сцепления „_ г,...
гателя; 13 — рычаг коробки скоростей; 11 — рычаг управления муфтой сцепления барабана лебедки;
15 —-кран пневматического тормоза; 10 — ручка управления дроссельной заслонкой автомобильного двигателя; 17 — указатель скорости подъема и спуска кабеля; 18 — указатель нагрузки на кабель;
19 — ручка запасного ленточного тормоза; 20 — щиток со счетчиком глубин; 21 — штурвал водпльника; 22 — плафон освещения лебедки; 23—занавес фотолаборатории; 24 и 25— цлафон освещения фотолаборатории белым и красным светом; 26 — магазинная кассета фоторегистратора.
В лаборатории (рис. 188) установлены: стенд фоторегистратора I, центральный пульт 2 управления станцией (см. рис. 189, VIII), пульт 3 управления лебедкой, фотолаборатория 4, печатный станок 5, шкаф 6 для батарей, ящики для инструментов и материалов и шкаф 7 для одежды обслуживающего персонала.
Стенд фоторегистратора
Стенд фоторегистратора (рис. 188) представляет собой легкий металлический стол 1, па котором смонтированы фоторегистратор, ячейки 8 для запасных кассет 9 и в отделении 10 пульсатора. В фоторсгистраторе установлено девять зеркальных гальванометров, блики от зеркал которых попадают на две фотопленки, передвигаемые лентопротяжным механизмом с различными скоростями. Фотопленка помещается в съемных магазинных 26 и приемных 27 кассетах. Наличие двух скоростей движения пленки дает возможность зарегистрировать кривые изучаемых параметров в двух различных масштабах глубин: в масштабах 1 и 5 дюймов пленки па 100 футов скважины (в масштабах 1 :1200 и 1 : 240); в масштабах 2 и 5 дюймов пленки на 10 0 футов скважины (1 : 6 00 и 1 : 240) и в специальном масштабе 1 дюйм пленки и а 20 дюймов скважины (1 : 20), используемом при записи кривых измерителя падения пластов.
Часть светового луча от зеркал гальванометров отражается па шкалу 28 (рис. 189, I) визуального наблюдения, позволяющую оператору следить за работой гальванометров в процессе регистрации кривых. При помощи специальных осветителей производится вертикальная и горизонтальная разграфка пленки. Вертикальная разграфка жирными линиями выделяет три рабочие полосы и колонку глубин. Каждая из рабочих полос в свою очередь разграфляется более топкими масштабными вертикальными линиями. Горизонтальная разграфка пленки производится линиями различной толщины через 100, 50, 10 и 2 футов. Кроме вертикальной и горизонтальной разграфки пленки, в колонке глубин фотографируются, цифры масштаба глубин. Привод лентопротяжного механизма фоторсгистратора осуществляется от мерного блока 10 (см. рис. 187), находящегося па водилышке лебедки, при помощи жесткой передачи 11 (см. рис. 188).
Пульсатор, установленный в нижней части стола фоторсгистратора, имеет двухколлекторпую конструкцию с расположенным посредине электродвигателем, питаемым от аккумуляторной батареи автомашины.
Центральный пульт управления
Управление процессом регистрации кривых различных параметров, измеряемых в скважине, и работой скважинных приборов производится с центрального пульта управления (см. рис. 1.89, VIII). На металлическом каркасе пульта управления расположены:
распределительная папе л ь II (см. рис. 189); на этой панели сосредоточены приборы распределения тока по электрическим цепям станции и схемы подключений к фоторогистратору панелей управления, используемых при различных методах исследования скважин;
папе л ь III и п д у к т и в н о г о метода с приборами, необходимыми для контроля за работой и эталонированием показаний индукционного зонда;
панель IV измерителя падения пластов и фотоинклинометра; на левой стороне этой панели установлены приборы управления наклономером сопротивлений, .а на правой —наклономером потенциалов собственной поляризации пород;
Рис. 189, I и М.
Подпись см. на стр. 298,
. Рис. 189, Ш—У.
Подпись см. на стр. 298.
Рис. 189. Фоторегистратор и измерительные панели центрального пульта управления станции фирмы Шлумберже.
I — фоторегистратор; II —, распределительная панель; III — панель индуктивного метода; IV — панель измерителя падения пластов и фогоишипшометра; V — панель перфорации и отбора проб пород; VI — панель электрометрии (стандартные методы); VII —генераторная панель; VIII — панель каверномера; IX — общий вид центрального пульта управления; 26 — магазинная и 27 — приемная кассеты фоторегистратора; 28 — шкала визуального наблюдения; 29 — ввод передачи от мерного блока; 30 — переключатель масштабов; 31 — счетчик глубин; 32 — корректоры; зз — соединительные муфты; 34 — включатель запасных батарей; 35 — гнезда для подключения измерительного прибора; 36—38 — переключатели схем измерений; 39 — градуированный компенсатор постоянного тона; 40 — амперметр постоянного тока; 41 и 42 — амперметр и вольтметр цепи переменного тока; 43 — конденсатор переменный; 41— переключатель чувствительности; 45— переключатель усиления; 46 — переключатель эталонного сигнала; 47 — 'регулятор балансировки; 48 — включатель электродвигателя; 49 — контрольная лампа; 5-0 — регулировка чувств ительпостей гальванометров; 51 — счетчик кадров; 52 — включатель; бз и 54 — регуляторы элекгродвигателя и осветительной сети; 55 и 56 — амперметры в цепи переменного и постоянного тона; 57 — переключатель чувствительности гальванометров капала сопротивлений; 58 — переменный конденсатор; 59 и во — включатель и переключатель схем; 61 —компен- юаторы поляризации: 62 — переключатель чувствительности гальванометров канала СП; оз — кон-
панель F перфорации и отбора пород, на которой расположены приборы управления процессами перфорации и отбора пород боковыми грунтоносами и устройства для наблюдения за спуском перфораторов и точного определения интервала перфорации и отбора образцов пород;
панель VI электрометрии с к в а ж и и ы, на которой находятся, приборы для измерения и регулирования силы тока питания зондов, переключатели масштабов регистрации кривых кажущегося сопротивления и потенциалов собственной поляризации; трехдекадный компенсатор поляризации (1 X 10 + 10 X 10 + 100 X 4 л<б); переключатели I альвапометров на регулировку и измерение и схем на измерения различных параметров (кажущееся сопротивление, потенциалы собственной поляризации пород и температура);
г е п е р а т о р и а я па н ель VII, на шасси которой закреплены трансформатор, выпрямитель и фильтр; па генераторной панели установлены контрольные приборы за напряжением и силон тока в цепях переменного и постоянного тока и включатели этих ценой, блокированные сигнальными лампами.
13 шщрисупочпой надписи к рис. 189 указаны назначения измерительных приборов и ручек управления, находящихся на перечисленных выше панелях.
При необходимости в ячейках стенда могут быть также установлены панели радиоактивных методов, каверномера и метода экранированного заземления, на которых расположены приборы для регулирования тока питания и сигналов, поступающих из скважинных устройств.
Применение многожильного кабеля дает возможность при помощи восьми гальванометров одновременно регистрировать три кривые кажущегося сопротивления и кривую потенциалов собственной поляризации в масштабах [89], указанных в табл. 17.
Пульт управления лебедкой
Пульт 3 управления лебедкой (см. рис. 188) установлен близ перегородки, отделяющей лабораторию станции от подъемника; перегородка застеклена широким поднимающимся стеклом, дающим возможность оператору, управляющему лебедкой, наблюдать за процессом спуска и подъема кабеля. Назначение рычагов, расположенных на пульте управления лебедкой, указано в подрисуночной подписи к рис. 188.
Лебедка
Лебедка тяжелой конструкции жестко закреплена в отделении подъемника (см. рис. 187). Барабан лебедки вмещает 5800 м шестижильного бронированного кабеля, имеет пневматический и ручной тормоза и семикольцевой коллектор. Кабель укладывается при помощи водилы-гика 8, на конце которого установлена каретка 9 с мерным блоком 10. Число оборотов мерного
■трольная лампа; 64 и 65 — вольтметр и амперметр постоянного тока; 66 — контрольный гальванометр; 67 ц 68 — компенсатор поляризации; 69 — переключатель пределов компенсатора; 70 — переключатель жил кабеля; 71 и 72 — то же, рода тока и схем; 73 — контрольная лампа: 74—77 —переключатели регулировки цепей; 78 и 79 — приборы для измерения силы тока; 80 и S1 — реостаты регулировки -силы тока; 82 и 83 — переключатели масштабов регистрации кривых; 84 — градуированный компенсатор поляризации; 85 — то же, пеградуированный канала КС; 86—88 — переключатели гальванометров и каналов; 89—91 — включатели цепи питания; 92 — корректор термометра; 93 — переключатель по- Лярп'ютп градуированного компенсатора поляризации; 94—96 — амперметр, вольтметр и частотомер цепи переменного тока; 97 и 98 — амперметр и вольтметр цепи постоянного тока; 99 — регулятор напряжения; 100 — переключатель питания постоянного и переменного тока; 101 и 102 — включатели цепей, 'блокированные лампами Юз.
Таблица 17 блока, пропорциональное-
Регистрируемый параметр, о гшнительная величи на мае* шт аба регисч рации
Порядковый номер галышпо- меч ра, регистрирующего кривую
Верхний предел измерения
Потенциалы собствен-
ной поляризации пород
Кажущееся со а рот и вм- мие:
1. потенциал-или гра- дионт-зинд небольшого размера:
G-1
20; 40; 100;
200 и 300 Ate
крупный масштаб
стандартный мае-
G-2
2; 4 и
20 ОМ М
штаб
. G-3
10; 20, 100 ом м
мелкий масштаб . .
2. потенциал- или гра- диепт-зопд большого размера.
стандартный мае-
G-4
100; 200 и 1000 ом м
штаб
G-6
10; 20 и 100 041 44
мелкий масштаб . .
3. 'третий потопциал- или градиент-зонд любого размера:
стандартный мае-
G-7
100; 200 и
1000 041 44
штаб
G-8
10; 20 и
100 ОМ 44
мелкий масштаб . .
G-9
100; 200 и
1000 044 44
Назначение гальванометров у осциллографа станции Шлюмберже и масштабы регистрации
Примечание: Гальванометр'1 G-5 запасвой.
длине опущенного или поднятого кабеля, передается при помощи жесткой передачи па лентопротяжный механизм регистратора.
Установка мерного блока на водильпико лебедки и с к лю ч а ет необходимость применения автостшой передачи. Погрешности в отсчете глубин мерным блоком устраняются корректирующим механизмом, позволяющим ускорить или замедлить продвижение лентопротяжного механизма в зависимости от того, отстают показания счетчика от действительного положения меток или опережают его.
Станция комплектуется: 1) набором зондов для измерения кажущегося сопротивления и потенциалов собственной поляризации пород, смонтированных па металлических каркасах, изолированных снаружи слоем синтетической пефтоупорпой резины, в пазах которой закреплены свинцовые электроды; 2) микрозондами;. 3) зондами для метода экранированного заземления с управляемым током; 4) зондом для индуктивного иссло-
дования разрезов скважин;
5) аппаратурой для радио
метрии скважин; 6) локатором для определения местоположения муфт обсадной колонны; 7) фотоинкли
нометром для определения угла и азимута искривления скважины; 8) пластовым наклономером; 9) каверномером; 10) скважинным термометром; 11) стреляющим боковым грунтоносом; 12) стреляющими перфораторами [91].
На рис. 190—193 приведены блок-балансы, используемые некоторыми зарубежными фирмами для спуска кабеля в скважину.
§М6. АВТОМАТИЧЕСКИЕ СТАНЦИИ ФИРМЫ ХАЛЛИБАРТОН
Одвркапальвая станция
Одпокапальпая автоматическая станция фирмы Халлибартон предназначается для производства геофизических исследований в скважинах с одножильным кабелем.
Рис. 191. Блок-баланс фирмы Лайн-Веллс К.0, кропящийся на устье скважины.Рис. 191. Блок-баланс фирмы Лайн-Веллс К.0, кропящийся на устье скважины.Рис 192. Подвесной блок фирмы Шлумберже.Рис 192. Подвесной блок фирмы Шлумберже.Рис. 193. Блок-баланс фирмы Халлибартон.Рис. 193. Блок-баланс фирмы Халлибартон.
Рис. 191. Блок-баланс фирмы Лайн-
Веллс К.0, кропящийся на устье скважины.
Рис. 191. Блок-баланс фирмы Лайн-
Веллс К.0, кропящийся на устье скважины.
Рис 192. Подвесной блок фирмы Шлумберже.
Рис 192. Подвесной блок фирмы Шлумберже.
Рис. 193. Блок-баланс фирмы Халлибартон.
Рис. 193. Блок-баланс фирмы Халлибартон.
Оборудование станции смонтировано в двух отделениях закрытого* кузова тяжелой грузовой автомашины (см. рис. 187, в). В лабораторном' отделении установлен фоторегистратор и пульты1 .- .... управления, во втором отделении подъемника —
।лебедка, генераторная группа, катушки с соодипи-
’ ительными проводами; там же при перевозках
|Vукладывается блок-баланс и скважинная измерм-
;‘; тельная аппаратура.
। Первые модели станции фирмы Халлибартон 1собраны по принципиальной схеме, изображенной
Г^“Ипа Рис- -l*^1 Питание скважинного снаряда осу-
g В।щоствляотся от генератора Дпеременного тока
» И;частоты 500 гц. Переменный токподается по цеп-
В Иiтральной жиле кабеля ЦЖК в скважинный снаряд,
'где при помощи переключателяПД управляемого
Й“ .4 ц ! электромагнитным роле Pl, Р2, поступает па один
>' Я : ■. из электродов Л, В, С, D и Е зонда. Шесть позиций
Рис. 190 Подвесной блок фирмы Лайи- BeajK К0.
zx—подвес с динамометром; б—подвесной блок.
переключателя дают возможность измерять: 1) потенциалы собственной поляризации и сопротивление заземления электрода Е; 2) кажущееся сопро^ тивлоние с градиепт^зоцдом А1ДМО№ 3) то же, с градиент-зондом
АЗ,7М0,6А^ (при различных коэффициентах ослабления измеряемой разности потенциалов); 4) кажущееся сопротивление с градиент-зондом Л5,2MQ\QN и 5) то же, с потенциал-зопдом N5,2A0,6M. Роле работают от переменного тока частоты 60 з^. Измерительные электроды зонда через делитель напряжения RI — R4 подключаются к первичной обмотке трансформатора Т1, вторичная обмотка которого соединена с усилительно-выпрямительной
Рис. 194. Принципиальная схема одножильной станции фирмы Халлибартоп.
ОС — скважинный снаряд; ИА — наземная аппаратура; ИП — измерительная панель; I П — градуировочная панель; КИС — компенсатор иуль-сигиала; 7'7 — входной трансформатор; 7'2 и Тз — силовые трансформаторы; Pl, Р2 — реле управления переключателем зондов II 7; Л1 я Л2 — влентрониые лампы; Ф — фильтр; А, В, С, D и К — электроды зонда; К1 — 114 — делитель напряжения; ЦЖК — центральная жила бронированного кабеля; 07С — оплетка кабеля; Ди — Др2 — дроссели; Cl — С2 — конденсаторы; Пз — переключатель схем измерения и коммутации; Д — генератор переменного тока частоты 500 ад; V — вольтметр; мА — миллиамперметры; Г — гальванометр;
Кн1 — кнопка включения компенсатора пуль-сигнала; УПТ — усилитель постоянного тока.
схемой, собранной на лампе Л7. Питание лампы осуществляется от силового трансформатора Т2 и выпрямительной лампы Л2. Выпрямленные разности потенциалов через фильтр Ф1 по центральной жиле кабеля ЦЖК подаются на поверхность, где поступают в схему КНС компенсации пуль-сигнала (схема питается от трансформатора ТЗ") и далее через два параллельно включенных двухкаскадных усилителя достоянного тока па гальванометры Г фоторегистратора. Обычно измеряемые величины регистрируются в двух масштабах. При помощи трехпозиционного многоплатного переключателя П2 осуществляется включение схемы на измерение потенциалов Пси и сопротивления заземдения (1-я позиция), коммутацию в скважинном сна-
ГВОФИЗИЧЕОКЛЯ АППАРАТУРА И ОБОРУДОВАНИЕ ЗАРУБЕЖНЫХ СТРАН 303 ряде (2-я позиция) и измерение кажущегося сопротивления (3-я позиция).
Стабилизация тока в скважинном снаряде обеспечивается системой дросселей Д1 и Д2 и конденсаторов С1 и С2..
1 радуировочиая панель ГП служит для подачи в измерительную пень заданных разностей потенциалов постоянного и переменного (частота 500 гц) токов и подключения эталонных сопротивлений.
Узлы 1газ(‘М1)()й аппаратуры в станции Халлибартон смонтированы па аппаратном пульте (рис, 195).
В фоторегистраторе станции Халлибартон (рис. 194) установлено два гальванометра, осветитель с. оптической системой, лентопротяжный механизм, приводящийся в действие приемником автосинпой передачи, и камера с фотопленкой. Горизонтальная разграфка фотопленки производится" при помощи газосвотовой лампы, управляемой релейным устройством. Изменение масштаба регистрации и направление движения пленки лентопротяжного механизма производятся мри помощи механического переключателя, блокированного сигнальными лампами, указывающими направление и масштаб регистрации.
Измерительная нацель /7 станции состоит из двух секций: секции измерения потенциалов собственной поляризации СИ и секции полного сопротивления Z питающей цепи, называемой «секцией импеданца».
В секции СП установлен двухкаскадпый стабилизированный усилитель постоянного тока с регулировкой напряжения, подаваемого па вход усилителя и коэффициента усиления. ‘ .
В секции полного сопротивления Z питающей пени находится усилитель постоянного тока па сопротивлениях, сочлененный с ламповым генератором переменного тока и выпрямителем. Генератор дает напряжение, пропорциональное полному сопротивлению внешней цени генератора, в которую входит сопротивление заземления А. Усилитель постоянного тока секции % может быть также использован для записи кривой разности потенциалов собственной поляризации в другом масштабе.
На лицевой стороне контрольной панели. III сосредоточены механизмы управления цепями освещения фоторогистратора, синхронной передачи и зарядки аккумуляторов. Па шасси этой напели установлены аккумуляторные батареи для питания низковольтных пеней станция и выпрямители для зарядки аккумуляторов. .
На градуировочной панели 7К закреплены ручки четырех декадных магазинов 0,1 х К)’ 1 'Л 10; 10 X 10; 10 X 100 ом, которые дают возможность включить сопротивление от 0 до 1111 ом с интервалом в 0,1 ом или разности потенциалов от 0 до 1111 ме. со ступенями в 0,1. мл.
На генераторной напели К станции расположены приборы для измерения напряжения, силы и частоты питающего тока, а также ручки регулирования напряжения и включения токов частоты 60 и 500 ец„ ‘
Панель VI электрометрии включает устройства, обеспечивающие постоянство силы тока в цепи зэпда, отсев токов высокой частоты и компенсацию первоначального фона. Кроме того па панели помещены переключатели управления схемами измерения кажущегося сопротивления, полного сопротивления, потенциалов собственной поляризации и коммутацией зондов в скважинном снаряде.
‘11а панели VII каверномера установлены приборы включения каверномера, эталонирования его показаний, регулирования и измерения тока питания каверномера.
Па панели VIII термометра расположены необходимые приборы для градуирования термометра компенсации нулевого фона и управления селекторным устройством, устанавливающим температуру равновесия термометра.
Иа панели IX перфорации находятся приборы управления процессом перфорации — датчик и индикатор селекторного устройства и ключ воспламенения запалов.
Присоединение электрометрической, генераторной, термометрической, перфораторной панелей и панели каверномера производится при помощи специальных двенадцати контактных соединительных муфт. В подрис у ночной подписи к рис. 196 указаны назначения приборов, расположенных на перечисленных выше панелях.
В кузове подъемника установлена малогабаритная лебедка с автоматическим водиль- ником. Управление лебедкой производится со стороны отделения лаборатории. В специальном отделении кузова находится бензиновый двигатель, спаренный с генераторами переменного тока 60 и 500 ги. ’
Кабель опускается в скважину через калиброванный блок, соединенный с динамометром (см. рис. 193). Показания: динамометра ичисло оборотов блока, пропорциональное длине опущенного кабеля, передаются при помощи автосинпой передачи на пульт управления лебедкой.
По сравнению с отечественной станцией ОКС эта станция Халлибартон менее стабильна в работе, что ограничивает возможность качественной регистрации диаграмм ук
Pkc^ 195. Измерительные приборы станции фирмы Халлибартоп.
а— стоил фоторогцетратора; б — стенд панелей управлешш.
фоторегистратор; II — измерительная панель; III — контрольная панель; IV — градуировочная панель; V— генераторная панель; VI —электрометрическая панель; V'// —панель каверномера; VIII — панель термометра; IX — панель перфорации; / и 2 — отделении фоторегистратора; 3 — галь- «апомстры; 4— осветитель; 5— лентопротяжный механизм; в — газосветная лампа гориаоитальпой разграфки; 7—контрольная лампа; 9—счетчик глубин; 10 и 11— потенциометры; 12 и 13 — компенсаторы поляризации; 14 и 20 — миллиамперметры; 15 — переключатель .каналов; 10 п 17 — переключателя масштабов регистрации; 18 и 18 — компенсаторы фоновых разностей потенциалов; 21.22, . 23 — включатели освети тельных ламп фоторегиетратора;
24 и 25 — включатели обшей сети и автоеппной передачи; 26 и 27 — реостаты регулировки накала ламп, и линий глубин; 28, 29 и 30 — измерительные приборы в цепях аккумулятора, освещения и автоеппной передачи; 31, 32, зз и 34 — четырсхлекадный магазин (магазин сопротивлений и потенциометр); 35 — включатель батареи; 36 — миллиамперметр в пени компенсационного тона; 37 — переключатель для подключения четырехдекадпого магазина в разные каналы; 38 — вольтметр; 39 -— переключатель -цепей измеряемого напряжении; 40 — амперметре включателем 41; 42 — реостат регулировании папрл* жепия генератора; 43 — включатель добавочного сопротивления; 44 — гнезда подключении приборов; 45, 46 и 17 — ручки управлении ламповой схемой; 48 — включатель переключении зондов; 49 — переключатель измеряемых параметров; 50 — включатель; 51 и 52 — реостаты регулировки показаний каверномера; 5з — корректор масштаба записи; 54 — реостат фильтра; 55 — миллиамперметр .для измерения тока, питающего каверномер: 56 — миллиамперметр для измерения силы тока, питающего термометр; 57 и 58 — компенсаторы фона нарастании температуре глубиной; 59 — градуировочный потенциометр; оо — потенциометр с включателем; 61 — компенсации пулевого фона; 62 — потенциометр регулировки шкалы регистрации; 63 — переключатель рода тока; 04 ■— омметр поетоянпогс тока; 65 и 66 — реостаты регулировки показания омметра; 67 — включатель мотора селектора; 08 и 69 — ключ зажигания и кнопка «Огонь»; 7 0 — переключатель последовательного прострела камер перфоратора; 71—соединительная пожеван муфта,
■при больших значениях коэффициентов зондов и малых величинах измеряемых кажущихся -сопротивлений. Недостатком станции является также малое число позиций переключателя зондов, не позволяющего использовать станцию для измерения кажущегося сонро- -т явления с зондами различных типов и размеров
Комплексная станция
В последние годы фирмой Халлибартоп выпущена комплексная станция па одножильном кабеле с частотпо-модулироваппой телеизмерительпо! схемой разделения и передачи па поверхность измеряемых разностей потен
циалов [91]. Станция дает возможность одновременно регистрировать до четырех кривых кажущегося сопротивления с двух-, трех- и четырехэлектродными зондами различных размеров, а также кривые сопротивления заземления, потенциалов собственной поляризации, кажущегося сопротивления микрозондами, сопротивления экранированного заземления, интенсивности естественного и нейтронного гамма-излучений, температуры, скорости распространения упругих волн, а также замерять азимут и угол искривления скважины инклинометром, азимут и угол пяданист
Рис. 196. Комплексная станция фирмы Халлибертон на одножильном кабеле.
I — стенд частпчпо-модулировашюй телеизмерительной схемы; II — стенд регистратора; III — стендпанелей различных операций;
1 — восемпадцатикапальпый двухмаыптабпый фоторегистратор; панели: 2 — измерительная, з — градуировочная; 4 — генераторная, 5 — перфорации, 6 — инклинометра, 7 — термометра, 8 — каверномера.
пластов наклономером, перфорировать обсадные колонны и отбирать образцы пород боковыми грунтоносами.
Измерительная аппаратура новой станции Халлибартон (рис. 196) смонтирована на трех стендах 7, 77 и 777. На стенде 7 расположена аппаратура приема и дискриминации сигналов при частотно-модулировапиой схеме одновременной регистрации кривых кажущегося сопротивления. На стенде 77 установлен восемнадцатиканальный фоторегистратор 7, позволяющий осуществить фотозапись диаграмм в двух масштабах глубин, а также измерительная 2 и градуировочная 3 панели. На стенде 777 находятся панели: генераторная 4, перфорации 5, инклинометра 6, термометра 7, каверномера 8.
Панели измерительная, градуировочная, термометра, каверномера и перфорации аналогичны однотипным панелям одноканальной станции.
20 заказ 714.
306 МЕТОДЫ ПРОМЫСЛОВОЙ ГЕОФИЗИКИ. АППАРАТУРА И ОБОРУДОВАНИЕ
§ 47. ПОРТАТИВНЫЕ УСТАНОВКИ
Для исследования скважин мелкого бурения за рубежом выпускаются портативные автоматические установки.
Портативные установки Венгерского заводагеофизических приборов
Портативная установка для геофизических измерений в скважинах, изготовляемая Венгерским заводом геофизических приборов, состоит из двух блоков — батарейного 7 (рис. 197) и измерительного П.
Переносная установка дает возможность одновременно регистрировать две кривые КС и СП.
Рис. 197. Портативная измерительная установка Венгерского завода геофизических приборов
I — батарейный блок; II — измерительный блок; 1, 2 и з —выключатели пульсатора, батарей и освещения; 4 — миллиамперметр с переключателем пределов 5; переключатели; С —цепи тока; 7 —схем измерений; 8 — напряжения питания; s — эталонных сопротивлений; 10 и 11 — сопротивлений в цепи АВ; 12 и 13 — гнезда А, 13, М, N и N'; 14 и 16 — переключатели пределов измерения КС и СП; 16 и 17 —• то же, сопротивлений каналов КС и СП; 18—20 — то же компенсатора поляризации;
121 — реостат в цепи освещения; 22 — кассета фоторегистратора.-
Портативная установка фирмы Халлибартон
В комплект портативной установки фирмы Халлибартон [89] входят: переносный самопишущий прибор с панелью управления и малогабаритная лебедка, установленная на легкой станине. Лентопротяжный механизм самопишущего прибора соединен гибким валом с блок-балансом. Барабан лебедки приводится в движение от электромотора, питаемого переменным
скважинах, бурящихся при сейсмораз-скважинах, бурящихся при сейсмораз-потенциалов собственной поляризации пород (10, 20 и 50 мв в дюйме бумаги), в пяти масштабах сопротивления зазем-потенциалов собственной поляризации пород (10, 20 и 50 мв в дюйме бумаги), в пяти масштабах сопротивления зазем-
скважинах, бурящихся при сейсмораз-
скважинах, бурящихся при сейсмораз-
потенциалов собственной поляризации пород (10, 20 и 50 мв в дюйме бумаги), в пяти масштабах сопротивления зазем-
потенциалов собственной поляризации пород (10, 20 и 50 мв в дюйме бумаги), в пяти масштабах сопротивления зазем-
током от генератора, спаренного с бензиновым двигателем. Барабан рассчитан на 1750 м одножильного бронированного кабеля диаметра 8 мм, который наматывается при помощи кабелеукладчика.
Портативная установка Халлибартон спроектирована для измерения: потенциалов собственной поляризации пород, сопротивления заземления и диаметра скважины. Замор потенциалов собственной поляризации пород и сопротивления заземления производится раздельно. ,
Портативная установка фирмы В идк о
Портативная установка фирмы Видко предназначается для измерения
сопротивления заземления и потенциалов собственной поляризации пород
в мелких скважинах, в частности, в водочных работах [89, 90].
Лебедка 1 (рис. 198), элек- - , тронный потенциометр 2 и па- : ноль управления 3 смонтиро- , ваны на легкой станине 4.
Лентопротяжный механизм потенциометра приводится в движение при помощи гибкой передачи 5 от мерного блока 6, установленного над барабаном 7 лебедки. Питание установки производится от переносной станции, состоящей из бензинового двигателя и генератора переменного тока (110 а, 60а^).
Потенциометр имеет переключатели масштабов и полярностей и компенсаторы поля- । ризации. Кривые могут быть i записаны в трех масштабах
Рис. 198. Портативная установка фирмы Видко 1 — лебедка; 2 — измерительный прибор; з — панель управления; 4 станина лебедки; 5 — гибкая передача; 6 — мерный блок; 7 — барабан лебедки.
ления (2, 5, 10, 25, 50 и
100 ом в дюйме бумаги) и в трех масштабах глубин (1: 240,1 : 600 и 1 :1200).
Измерение сопротивления заземления производится по схеме, приве
денной на рис. 9, г. Небольшой вес установки и применение автоматического
потенциометра для регистрации кривых являются достоинствами установки фирмы Видко.
ЧАСТЬ ВТОРАЯ
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ
ИССЛЕДОВАНИЯ СКВАЖИН
ГЛАВА VI
УДЕЛЬНОЕ И КАЖУЩЕЕСЯ СОПРОТИВЛЕНИЯГОРНЫХ ПОРОД, зонды
§ 48. УДЕЛЬНОЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕГОРНЫХ ПОРОД
Способ бсскериовой геологической документации горных пород в скважи* нах методом сопротивления основан на различии горных пород по их удель^ пым электрическим сопротивлениям. В практике геофизических методов исследования скважин числовое значение этого параметра относится к 1 ж3 породы с поперечным сечением 1 л(2 и длиной 1 лг, единицей измерения удельного электрического сопротивления является ом м^/м или ом м.
Удельное электрическое сопротивление горных пород2 изменяется в широких пределах от долей ом м до сотен тысяч и даже миллионов ом м {рис. 199). Эта особенность обеспечивает возможность детального изучения горных пород по их удельным электрическим сопротивлениям.
Горные породы в естественном состоянии обычно содержат водные растворы солей. Вследствие этого удельное электрическое сопротивление пород зависит не только от удельного сопротивления твердых минералов, образующих скелет породы, и химического состава и концентрации водных растворов, заполняющих поровое пространство породы, но и от содержания этих минералов и растворов в единице объема породы и ее температуры. Кроме того, как показывают наблюдения, удельное сопротивление пород зависит от формы и размеров зерен породы и ее структуры.
Электропроводность горных пород по своей природе может быть электронной и ионной. Первой обладают частицы породы, а второй ,— воды, насыщающие поровое пространство, некоторые легко гидролизующиеся минералы, обычно входящие в состав глин, и в очень малой степени —кристаллы других минералов, составляющих породу. Для большинства горных пород и особенно пород осадочного комплекса преобладает ионная электропроводность.
УДЕЛЬНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ МИНЕРАЛОВ И ВОД, СОСТАВЛЯЮЩИХ ' ПОРОДУ в
Незначительная диссоциация кр металлов и отсутствие достаточного количества свободных электронов обусловливают весьма малую электропроводность большинства минералов. Удельное сопротивление минералов,
8а исключением самородных металлов, сульфидов, некоторых окислов, графита и высококарбонизированных ископаемых углей, определяется тысячами и миллионами ом м (табл. 18).
Таблица 18
Удельные электрические сопротивления g главнейших породообразующих и рудных минералов '
Минералы
g, ом м
Минералы
g, ом м
Ангидрит
К)7 -г 10го
Пирит
КГ^'-гЮ™1
Галенит
10"5 -г 10"3
Пиролюзит
1 -Г 10
Гематит
К.)4-10°
Пирротин
10"Ь 4- К)"4
» железный блеск .
10—210-1
Половые шпаты
10 й 4-1012
Графит
10"° ~ 10"4
Сера
10124-Ю>5
Кальцит
107-г101а
Сидерит
104-103
Каменная соль
1С)'»Ч- 10LS
Сильвии
1043-~1015
Кварц
lOia-^oia
Слюды
1014-~ 101В
Лимонит
10" ~ 108
Сфалерит
10® 4- 107
Магнетит
К)™4 4- 10"2
Уголь антрацит
10"44-10™2
Марказит .
10“2~-102
» каменный
102-гЮ°
Мусковит
10^ 4-Ю12
Халькопирит .
КГ3 4-10"1
Нефть '
10° 4-Ю10
По значению удельного сопротивления минералы можно разделить на следующие классы:
минералы сверхнизкого удельного сопротивления (ниже 10"6 ом м) — самородные металлы (золото, платина, серебро и др.) и природные твердые растворы металлов;
м и и с р ал ы очень низкого сон р о т и в л е и и я (от 10-6 до 10"" ом ль) —борнит, кобальтин, ковеллин, никелин и др.;
м и пера л ы низкого сон р о т и в л о н и я (от 10"2 до- 102 ом м) — браунит, ильменит, марказит и др.;
м и пч* р а л ы среднегос о п р о т и в л о и и я (от 103 до
Ю6 ом м) — боксит, галлуазит, гематит (железная слюдка) и др.;
м и ид) р а л ы высокого сон р о т и в л е и и я (от 10° до 1010 ом ль) —ангидрит, киноварь, шеелит и др.;
минера л ы о ч е п ь высокого с о п рот и в л о и и я (от 1010 до 1014 оль ль.) — кальцит, кварц, половые пшаты, сора и др.;
минералы сверхвысокого с о п р о т и в л о и и я (свыше 1014 ом ль) — галит, сильвин, слюды, нефть.
В приведенной классификации указана лишь наиболее вероятная принадлежность минералов к тому или другому классу. В природных условиях в зависимости от физического состояния минерала (его кристаллической структуры и примесей, загрязняющих поверхность) удельное сопротивление может оказаться соответствующим соседнему классу. Так, например, пирит и многие другие сульфиды, обычно являющиеся минералами очень низкого сопротивлений, в ряде случаев имеют сопротивление, превышающее 10"2 ом, м. Гидрохимические осадки и гидролизующиеся алюмосиликаты резко снижают свое удельное сопротивление при самом незначительном (гигроскопическом) увлажнении породы.
Удельное электрическое сопротивление @в вод, насыщающих горные породы, зависит от химического состава и концентрации солей, растворенных в этих водах.
Удельное сопротивление горных пород пропорционально удельному сопротивлению вод, насыщающих породу, величина которого
Qq = . [W л(](82)
зависит от количества г-акв са анионов и си катионов в растворе; их электролитических подвижностей ?а и 1и и коэффициентов электропроводностей Да И /вк. Величины последних зависят от концентрации, с растворенных солей и их химического состава.
Для электролита, диссоциирующегося на два иона,
где 03 — количество см3 растворителя, необходимого для растворения 1 г/мол соли для получения раствора заданной концентрации; / — коэффициент электропроводности соли при заданной концентрации.
Зависимость удельного сопротивления растворов от
2 (ca^a/sa 4* Си^и/еи)
определяет связь этой константы с химическим составом раствора. Однако скорости ионов, присутствующих в достаточно больших количествах в пластовых и буровых водах, незначительно отличаются одна от другой. Вследствие этого влияние химического состава насыгцающих вод на величину
<5 ■
со <О -у- СО СУ^з"
О Я
3 4- & 80,01 2 3 4 6 8 0,1 2 3 4 6 8 12 3 4 6 8102 3 4 6 81001000
Ю_ 100100010000 мг-зке
Нижний масштаб йля кривой „ а мг-зкв ”
омм
О ОО Со
удельного сопротивления горных пород относительно невелико. Последнее подтверждается рис. 200, па котором изображены кривые рв = Кс) Для растворов различных солей. Поэтому при расчетах удельного сопротивления пластовых вод часто бывает возможным заменить все растворенные соли эквивалентным количеством той из них, содержание которой в растворе наиболее велико. Такой солью обычно является хлористый натрий. Затем удельное сопротивление раствора приближенно определяется по его плотности в абсолютных значениях, или в градусах Боме, либо по процентному
Рис. 201. Зависимость удельного сопротивления дв растворов хлористого натрия от концентрации с, плотности °13о, удельного веса д и температуры t.
содержанию соли NaCI. Для определения удельного сопротивления растворов хлористого натрия по указанным данным используются кривые, приведенные па рис. 201. В некоторых случаях удельное электрическое сопротивление вод удобно определять по эквивалентному содержанию анионов, для чего используется соответствующая кривая, изображенная на рис. 200.
Так как при малых концентрациях солей скорости ионов практически не зависят от величины последних, то удельное сопротивление вод, насыщающих поровое пространство, можно считать обратно пропорциональным концентрации растворенных солей: .
гдегде
где
где
зависит от химического состава растворенных солей и при достаточно высоких значениях их концентрации от величины последней.
В природных условиях концентрация солей, растворенных в водах, колеблется в широких пределах — от долей миллиграмма на 1 л (поверхностные пресные воды) до сотен граммов па 1 л (соленые пластовые воды). Поэтому и удельные сопротивления вод и пород, насыщенных этими водами, варьируют также в широких пределах. Удельное сопротивление вод изменяется от сотых долой ом м до 150 ом м и выше, т. е. более чем в 10 000 раз.
ЗАВИСИМОСТЬ УДЕЛЬНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ПОРОДЫ ОТ МИНЕРАЛЬНОГОСОСТАВА ЕЕ ТВЕРДОЙ ЧАСТИ
Удельное электрическое сопротивление горных пород, обычно имеющих крайне разнообразный минеральный состав, зависит от удельного сопротивления минералов, составляющих породу, и их объемного содержания. Вследствие огромного диапазона значений удельных сопротивлений минералов, образующих породу, со удельное сопротивление в сухом состоянии определяется в основном содержанием минералов с очень низким и низким сопротивлениями. В том случае, когда проводящие минералы имеют близкое между собой удельное сопротивление рм и присутствуют в породе в объемном количестве 7см, зависимость удельного сопротивления породы рп от содержания проводящих минералов определяется соотношением
Рп = PmQm — / (А’м) <?М1
где Рм — параметр минерального состава. Рм является функцией содержания проводящих минералов в единице объема породы при заданном удельном сопротивлении рпм остальных (породообразующих) минералов высокого сопротивления.
При оценке влияния содержания проводящих минералов на удельное сопротивление осадочных пород удобнее пользоваться несколько иной зависимостью:
5п = Рм5пм>
где Р*—параметр минерального состава породы в заданных условиях. При 7см-*0, бп^^пм И при км-> 1, Р* епм-->ом.
Приближенные зависимости параметра Рм* от процентного содержания проводящих минералов в породе приведены па рис. 202. Эти зависимости дают представление о характере изменения параметра Рм*; при этом возможны существенные отклонения, обусловленные особенностями структуры и текстуры породы. Из зависимостей, приведенных па рис. 202, следует, что в тех случаях, когда содержание проводящих минералов в породе велико (исчисляется десятками процентов), Рм* становится много меньше единицы, и, следовательно, удельное сопротивление горной породы может снизиться до весьма малых величин, исчисляемых единицами и долями ом м даже при высоком удельном сопротивлении остальных компонентов породы. Если же содержание проводящих минералов в породе становится ниже 5% от общего объема породы, то при отсутствии в ней влаги Рм* асимптотически стремится к единице и удельное сопротивление породы приближается к удельному сопротивлению минералов, вмещающих рудные включения. В таких усло-
виях вследствие разобщенности вкраплений проводящих минералов сопротивление сухой породы практически не зависит от присутствия проводящих минералов и при ничтожной пористости может достигать тысяч, а иногда и миллионов ом м. Так как породы и особенно породы осадочного комплекса содержат влагу, то в условиях- их естественного залегания сопротивления
Рис. 202. Зависимость параметра Рм* от содержания проводящих минералов 7см в горной породе
Шифр кривых — отношение сопротивления непроводящих минералов к сопротивлению проводящих минералов.
горных^ пород, за исключением гидрохимических осадков, обычно бывают значительно меньше указанных выше цифр и редко превосходят 105 ом м. Удельное сопротивление осадочных пород, обычно имеющих высокую влажность, значительную минерализацию .вод и ничтожное содержание проводящих минералов, за редким исключением, мало зависит от количества последних в горной породе.
ЗАВИСИМОСТЬ УДЕЛЬНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД ОТ СОДЕРЖАНИЯ В НИХ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ
Удельное электрическое сопротивление вод, насыщающих горные породы и обычно обладающих достаточно высокой минерализацией, значительно меньше удельного сопротивления большинства породообразующих минора-
лов (за исключением указанных выше групп минералов высокой электропроводности). Как следствие этого, удельное электрическое сопротивление' горных пород уменьшается с увеличением степени насыщения их поровыми водами. Эту зависимость можно рассматривать как функцию пористости породы (при полном водонасыщении порового пространства) и как функцию процентного содержания воды в порах породы (при их частичном водона- сыщении). Характер указанных связей при одинаковом содержании поровых вод в единице объема породы несколько различен.
Зависимость сопротивления горных породот пористости
Зависимость удельного сопротивления пород от пористости в породах однородной структуры может быть установлена теоретически. Такие расчеты для идеальных пород, сложенных непроводящими зернами одинакового размера и формы, приведены во многих работах. Наиболее вероятная зависимость удельного сопротивления рвп водонасыщснной несцементированной породы, сложенной частицами одного размера, по форме близкими к сферическим или кубическим, определяется следующим уравнением [5,7]:
1 +0,25 X/1 —Ь'П п@впя~- 5в РП0В)
l-]/(l-/fn)2
где рв — сопротивление жидкости, насыщающей поры породы; 7с„ — коэффициент пористости в долях единицы объема породы; Ри — коэффициент пропорциональности сопротивления породы сопротивлению насыщающих вод, определяемый по формуле
рп = 1+04Д2+2.. (83)
/(1-Ап)»
Величина Рп определяет зависимость относительного сопротивления породы от ее пористости и сокращенно называется параметром пористости,. Вид функции Рп = /(^п) в билогарифмической системе координат изображен на рис. 203. Из формулы (83) и этой кривой следует, что параметр Ри, а значит, и сопротивление увп породы резко возрастают при уменьшении пористости и при малых ее значениях могут считаться обратно пропорциональными коэффициенту пористости.
В породах неоднородной структуры, сложенных непроводящими зернами, зависимость сопротивления горной породы от пористости имеет более- сложный вид. В этих породах рвп зависит также от коэффициента отсорти- рованности1 породы и степени ее цементации.
Для расчета сопротивления несцементированных пород, сложенных непроводящими зернами различных размеров, иаилучшио результаты дают формулы, выведенные методом последовательного заполнения, разработанным А. С. Семеновым [102].
Коэффициентом отсортированное™ G^ ^ называется отношение разности между средним диаметром с?ор частиц, составляющих породу, и средневзвешенным отклонением 2 ^Pi от среднего диаметра к с?ср:
с^Р-2
/(В)с/ор
где У{ — доля содержания частиц диаметром йг в исследуемой породе. Чем более равнозерниста (более отсортирована) порода, тем ближе Gу (В) к единице.
В этом случае для пород со сферическими зернами
24-Vo ]lg(l-«o)е"”“ [тК^у] е».
где г0 — коэффициент последовательного заполнения породы фракцией^ заданного размера1.где г0 — коэффициент последовательного заполнения породы фракцией^ заданного размера1.Рис. 203. Кривые зависимости параметра пористости Рп от коэффициента пористости к№ (объемной влажности w^ для различных случаев.Рис. 203. Кривые зависимости параметра пористости Рп от коэффициента пористости к№ (объемной влажности w^ для различных случаев.
где г0 — коэффициент последовательного заполнения породы фракцией^ заданного размера1.
где г0 — коэффициент последовательного заполнения породы фракцией^ заданного размера1.
Рис. 203. Кривые зависимости параметра пористости Рп от коэффициента пористости к№ (объемной влажности w^ для различных случаев.
Рис. 203. Кривые зависимости параметра пористости Рп от коэффициента пористости к№ (объемной влажности w^ для различных случаев.
1 — зависимость Рп = / (hn ), рассчитанная по формуле (83); 2, з и 4 — то же, для сферических зерен, рассчитанная по формуле (87) соответственно при коэффициентах первоначального заполнения «о = = 10, 25 и 50 %; 6, 6 и 7 — то же, для эллиптических сплюснутых зерен, рассчитанная по фоумуле (88) соответственно для тех же коэффициентов заполнения «о; 8, 9 и 10—тоже, рассчитанная по формуле (80) для тех же коэффициентов во заполнения; 11, 12 и 13 — среднеквадратичная зависимость
|/" ■РуР^” / №п) Для эллиптических сплюснутых зерен (отношение осей эллипсоидов равно пяти)
соответственно для указанных коэффициентов го заполнения; 14 — зависимость рп = / (/гп ) для песчаников нижнего палеозоя Башкирии и Татарии (экспериментальные данные); 16 — то же, для песчаников и плохо отсортированных алевролитов палеогена Северного Кавказа; 16 — то же, для рыхлых песчаников и хорошо отсортированных алевролитов палеогена Северного Кавказа.
При выводе формулы (84) предполагается, что неотсортированная порода состоит из фракций, каждая из которых на величину v0 заполняет поровое пространство, оставшееся после заполнения предыдущими' фракциями. Так, например, первая фракции заполняет объем v0, вторая (1 — Vo) "о» третья (1 — vo)2vo и так до тех пор, пока оставшийся свободный объем (1—v0)n не будет равен заданному коэффициенту кп пористости породы. ' '
Для пород с зернами, имеющими форму эллипсоидов вращения, сопротивление вдоль оси вращения
[Лт(1 —Уо))[Лт(1 —Уо))lg hn1g (1—Do)^в
[Лт(1 —Уо))
[Лт(1 —Уо))
и сопротивление в перпендикулярном оси вращения направлении
(86)
В последних двух уравнениях параметры
,3
(1 — еа) (Arth е — е)
где е = |/ 1 — (“) — эксцентрицитет эллипсоидов (а и b— соответствен по полуоси эллипсоидов вдоль оси вращения Z и в плоскости XY, перпендикулярной этой осп);
',2г3.
е — (1 — с'4) Arih е
изменяются от к — 0 и Z — оо (сильно сплюснутые эллипсоиды) до к ■-- оо и Z — 1 (сильно вытянутые эллипсоиды). При сферических зернах к = I = — 2..,
Параметр пористости, определенный из формул (84), (85) и (86), имеет следующие значения.
Для породы, сложенной сферическими зернами:
ig
Для породы, сложенной эллиптическими зернами, в направлении оси вращения эллипсоидов:
(88)(88)(89)(89)П,Г k-V^
(88)
(88)
(89)
(89)
11[/С(1-Уо)]
и в направлении, ему перпендикулярном:
1g лп
Г / I 11'1 1g (1"™ Do)
п [Z(l— у0)|
Как видно из формул' (87), (88) и (89) и кривых, изображенных па рис. 203, параметр пористости зависит не только от коэффициента пористости породы, ио и от коэффициента заполнения породы фракцией того или иного размера, т. е. от коэффициента отсортировапности породы. Чем меньше v0, т. е. чем менее отсортирована порода и чем сложнее форма ее зерен, тем выше Рп при заданной пористости (ср. кривые 2, 3, 4, 11, 12 и 13па рис. 203).
Сопротивление сцементированных неоднородных пород при отсутствии твердых проводящих включений, как показывают многочисленные исследования (см. рис. 203, кривые 14, 15 и 16), находится в обратно степенной зависимости от коэффициента пористости породы и при пористости, изме-
няющейся от 3—4% до 20 —40%, с достаточной точностью удовлетворяет эмпирическому уравнению'
(90)(90)На рис. 204 приведены кривые зависимостей Рп = /(/сп), построенные автором на основании обобщения многочисленных измерений параметра, пористости, выполненных советскими и зарубежными исследователями.На рис. 204 приведены кривые зависимостей Рп = /(/сп), построенные автором на основании обобщения многочисленных измерений параметра, пористости, выполненных советскими и зарубежными исследователями.Рис. 204. Зависимость параметра Рп от коэффициента пористости кп (объемной влажности w).Рис. 204. Зависимость параметра Рп от коэффициента пористости кп (объемной влажности w).р = ап
(90)
(90)
На рис. 204 приведены кривые зависимостей Рп = /(/сп), построенные автором на основании обобщения многочисленных измерений параметра, пористости, выполненных советскими и зарубежными исследователями.
На рис. 204 приведены кривые зависимостей Рп = /(/сп), построенные автором на основании обобщения многочисленных измерений параметра, пористости, выполненных советскими и зарубежными исследователями.
Рис. 204. Зависимость параметра Рп от коэффициента пористости кп (объемной влажности w).
Рис. 204. Зависимость параметра Рп от коэффициента пористости кп (объемной влажности w).
1 — рыхлые пески; 2 — слабосцемептировалные песчаники; з — среднесцементированиые песчаники; 4 — ракушники и рыхлые известняки; 5 — известняки и доломиты крупнокристаллические, средней уплотненности; в — известняки и доломиты плотные, тонкокристаллические; евп— удельное электрическое сопротивление водонасыщенной породы; ев —■ удельное электрическое сопротивление воды, насыщающей поры породы.
Для этих кривых коэффициент пропорциональности ац и показатель степени т имеют следующие значения (табл. 19).
Таблица 19
Значения ап и т'
Параметры
№ кривых
1
2
3
4
5
6
«П
1
0,7
0,50
■ 0,55
0,6
0,8
т
1,3
1,9
2,2
1,85
2,15
2,3
21 Закаа 714.
Из сопоставления теоретических и экспериментальных кривых, приведенных на рис. 203 и 204, видно, что теоретические зависимости, изображенные на рис. 203, достаточно хорошо подтверждаются экспериментально. При этом чем менее отсортирована несцементированная идеальная порода, для которой произведен расчет @Вп и Рц, и чем более несимметрична конфигурация ее зерен (кривые 2, 3, 11, 12 и 13 на рис. 203), тем ближе расчетные значения ее сопротивления и параметра пористости к сопротивлению и пористости, определенным экспериментально для сцементированной породы.
Кроме того, чем менее отсортирована и более сцементирована порода, тем резче зависимость параметра пористости от /сп. Физически это объясняется тем, что с уменьшением степени отсортироваиности и с увеличением цементации породы возрастает вероятность удлинения токопроводящих путей или, как это принято называть, возрастает извилистость Т поровых каналов. Под этим термином понимают отношение сродней статистической длины ZK порового канала к среднестатистическому кратчайшему расстоянию Z от начала канала до его конца по прямому пути.
Так как полное сопротивление цилиндра (призмы) породы с основанием о»
Rm == 0в —■ = 5вп ,
где сок— среднее статистическое сечение поровых каналов, то
Juевп „ Г _ т
to to
и так как коэффициент пористости
тото^к<°к/со^к<°к/согр to ?гр to ?Тй>кtoТй>кtoТ* ^пТ* ^п(91)(91)
то
то
^к<°к/со
^к<°к/со
гр to ?
гр to ?
Тй>кto
Тй>кto
Т* ^п
Т* ^п
(91)
(91)
Т = V РПкиТ = V РПкиИз формулы (91) следует, что параметр Рп пористости пропорционален квадрату извилистости Т поровых каналов, величина которой, как это следует из сопоставления формул (90) и (91), в свою очередь зависит от коэффициента пористости породы!
Т = V РПки
Т = V РПки
(92)
На рис. 205 приведены кривые зависимости извилистости поровых каналов от коэффициента пористости пород, для которых на рис. 204 приведена зависимость Ри = К^п).
Кривые, приведенные на рис. 204, дают возможность определять величину коэффициента пористости породы, если известны удельные сопротивления породы и насыщающих вод, производить расчет ^Вп при известных ки и дв, а также расчет qb при известных рвп и кц [7]. Кривые, приведенные на рис. 205, дают возможность определять извилистость поровых каналов Т при известном типе пород и коэффициенте кп ее пористости.
Зависимость удельного сопротивления горных пород от влагонасыщенност и порового пространства
Зависимость удельного сопротивления горных пород от содержания к» водных растворов солей в порах породы определяется коэффициентом
(93)(93)о _ 6 бнпДТП Х= ,
(93)
(93)
5впбвп
который показывает, во сколько раз возрастает сопротивление породы q при частичном насыщении ее пор водой (в количество кв долей объема порового пространства) или во сколько раз изменяется сопротивление рНп нефтеносной (газоносной) породы нри частичном насыщении ее пор нефтью или газом
1 — рыхлые пески; 2—слабосцементировашше песчаники, ракуш-ники и глинистые известняки; з — известняки и доломиты крупно-кристаллические, средней уплотненности; rf -— среднесцемеитирован-ные песчаники; б — известняки и доломиты^, плотные, тонкокристал-лические.
(в количестве ки =1 — кй долей объема порового пространства) по отношению к сопротивлению @вп той же породы при условии полного заполнения порового пространства минерализованной водой.
Коэффициент Рц называется коэффициентом относительного сопротив-* ления при нефто- или газонасыщении породы или параметром насъыцения (нефтенасыщения, водонасыщения) порового пространства породы.
На основании большого числа экспериментальных исследований между коэффициентом кв водонасыщения порового пространства породы и параметрами Рн установлена следующая зависимость
(94)(94)п ан®н
(94)
(94)
Н^(1-W1
Коэффициент ан и показатель степени п имеют следующие значения: а) для песчано-глинистых пород (при кв < 40%) ан = 0,6 и”п'в= 2,25; б) для карбонатных пород (при кв < 25%) Оц — 0,4 и п = 2,1.
На рис. 206 приведены кривые Рн = /17св(7си)], удовлетворяющие указанным значениям ан и п для песчано-глинистых и карбонатных пород1.
1 Кривая 1, изображенная на рис. 206, построена с учетом новейших многочисленных экспериментальных данных и несколько отличается от аналогичной кривой, ранее приводившейся автором (см., например, [7]).
21»
По кривым, приведенным на рис. 206, можно определять коэффпц^ кн нефтегазонасыщения породы, если известны ее удельное сопротив^^^ит рнп и сопротивление рвп той же породы при полном заполнении пор Пл^^0® выми водами.хо-*
Рис. 206. Зависимость параметра Рц от коэффициента ка (/св, /сг) пофтеиасыщения (водо- насыщения, газоцасыщсшия) породы.
/-песчано-глинистые породы; 2 — карбонатные породы (по АгсЫе); q — удельное елеятри^е0*0* сопротивление пород; енп — удельное электрическое сопротинлепие пефтепасыщеипых пород; еш * удельное электрическое сопротивление газонасыщепных пород; спн — удельное электрическое . сопротивление водопасышенных пород при 100%-ном водонасыщепии.
ЗАВИСИМОСТЬ УДЕЛЬНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД ОТ Ж^ ТЕКСТУРНЫХ И СТРУКТУРНЫХ ОСОБЕННОСТЕЙ
Удельное сопротивление слоистых горных пород зависит от напр^0Ле"' ния, в котором определяется этот параметр, по отношению к плоскостям напластования. Породы, обладающие этим свойством, носят название ti'X^.— аотропньгх. К ним относятся: сланцевые глины, глинистые сланцы, каме11^1116 угли, мергели, глины с тонкими пропластками песков и многие породы. Анизотропные породы состоят из часто чередующихся тонкий з^-Р
слоев (рис. 207,а) плотных пород и пород, характеризующихся повышен** ными пористостью, влажностью и содержащих менее дисперсный материал (например, присыпки песка). Обозначая удельное сопротивление плотных прослоев через рр, а прослоев повышенной пористости через д8 и полагая, что суммарная мощность первых в единице объема породы в v раз больше суммарной мощности вторых (рис. 207,6), получим следующие формулы, определяющие величину удельного электрического сопротивления породы:
а) вдоль напластования
Корень квадратный из от-абКорень квадратный из от-абношения рп к Qtношения рп к QtРис. 207..Модель анизотропной среды.Рис. 207..Модель анизотропной среды.
Корень квадратный из от-аб
Корень квадратный из от-аб
ношения рп к Qt
ношения рп к Qt
Рис. 207..Модель анизотропной среды.
Рис. 207..Модель анизотропной среды.
1/ g^ = 1/1 । v (qp—qs?V Ql ¥ (v + l)a QpQs
называется коэффициентом анизотропии породы.
Так как (рр—уя)2 положительно, то X всегда больше единицы и, следовательно, > Qt, т. е. удельное сопротивление слоистых (анизотропных) пород в направлении, перпендикулярном напластованию, всегда выше, чем сопротивление тех же пород вдоль напластования. Среднее удельное сопро-» тивление анизотропной среды
Qm ”* Vtii^t — *^г — XQt.
Числовые значения коэффициента анизотропии для некоторых осадочных пород приведены в табл. 20.
Таблица 20
Значения коэффициентов анизотропии Л и отношений -^Ь.
для некоторых осадочных пород
Горные породы
Л
Ql
Глины слабослоистые
1,02—1,05
1,04—1,10
» с прослоями песков
1,05—1,15
1,10—1,32
Песчаники слоистые
1,10—1,59
1,20—1,65
Сланцеватые глины
1,10—1,59
1,20—2,50
Глинистые сланцы
1,41—2,25
2,00—5,00
Каменные угли
1,73—2,55
3,00—6,50
Антрациты
2,00—2,55
4,00—6,50
Графитовые и углистые сланцы . . . .
2,00—2,75
4,00—7,50
В связи с включением в однородную толщу пород слоев с иными сопротивлениями при электрометрии скважин часто приходится сталкиваться с анизотропией в макроскопическом масштабе, или макроанизотропией. Под этим термином будем понимать анизотропию толщи слоев, состоящих из
литологически различных однородных пород, например прослоев мергелей, известняков и гипса среди глин, глин среди песков и песчаников и т. п. ■Такие прослои увеличивают удельное сопротивление пород в направлении, перпендикулярном напластованию, по отношению к удельному сопротивлению, измеренному вдоль напластования. Каждый из прослоев может представлять однородную тонкослоистую породу, анизотропии которой присваивается название мипроанизотропии. Неоднородная среда, состоящая из ряда порозиь^однородиых и анизотропных пород, будет характеризоваться общим коэффициентом анизотропии, величина которого будет больше коэффициента анизотропии каждого слоя в отдельности [7].
Удельное сопротивление горных пород зависит также от размера частиц, составляющих породу. Установлено, что сопротивление ряда молкозерпи- стых пород, насыщенных пресными водами, меньше, чем сопротивление средне- и грубозернистых пород с тем же объемом и сопротивлением поровых вод. Обратное явление наблюдается при высокой минерализации поровых вод.
Повышение удельного сопротивления тонкозернистых пород может наблюдаться при насыщении породы водами высокой минерализации. При этом^вслодствие адсорбции часть ионов, содержащихся в растворе, переходит в двойной электрический слой, где вследствие иного физического состояния среды (другой вязкости и сил электростатического притяжения) уменьшает свою подвижность, что приводит к некоторому понижению электропроводности породы.
Понижение удельного сопротивления тонкодисперсных пород при насыщении порового пространства водами малой минерализации объясняется влиянием так называемой поверхностной проводимости. Поверхностная проводимость объясняется частичным гидролизом минералов, составляющих породу, и особенно гидролизом минералов, образующих глинистые частицы. Продукты гидролиза, диссоциируя, образуют ионы, сообщающие породе дополнительную электропроводность. Чем больше в породе содержится глинистых частиц и, следовательно, чем больше удельная поверхность породы, тем в большей степени уменьшается удельное сопротивление породы под влиянием поверхностной проводимости.
Таким образом, в топкодисперсных породах и особенно в породах, содержащих глинистый материал,‘^зависимость удельного сопротивления от пористости (объемной влажности) и значение параметра пористости будут более сложными, чем это дано формулами (84), (85), (86), (87), (88) и (89).
Вследствие влияния поверхностной проводимости удельное сопротивление породы будет уменьшаться в тем большой степени, чем более заглипизи- рована порода и выше удельное электрическое сопротивление насыщающих вод. Одновременно с этим глинистые частицы будут несколько повышать удельное сопротивление поровых каналов за счет адсорбции части ионов, особенно заметной при высоких концентрациях растворов, заполняющих поровые каналы, и за счет уменьшения сечения последних вследствие набухания глинистых частиц в растворах небольшой минерализации. Так как все перечисленные факторы действуют одновременно и имеют различную степень влияния в областях низких и высоких концентраций растворов, то зависимость между удельным сопротивлением глинистой породы, пористостью и степенью ее глинизации имеет сложный вид.
Предполагая, что глинистые частицы образуют токопроводящие пути, включенные параллельно поровым каналам, что, по-видимому, справедливо для пород, содержащих достаточное количество глинистого материала, для электропроводности последних можно написать следующее выражение:
<г„„ = а,(1 + ар) + (98) / О
где аг и Ов — удельные электропроводности глинистых частиц и поровых вод; а — коэффициент, учитывающий уменьшение электропроводности за счет адсорбции ионов частицами породы, находящийся в прямой зависимости от отношения полной поверхности соприкосновения твердых частиц породы с поровыми водами к объему последних; р — коэффициент, учитывающий уменьшение подвижностей ионов в адсорбированном слое; РП1 о — параметр пористости при удельном электрическом сопротивлении поровых вод, стремящемся к нулю; 1 4- у — показатель степени, учитывающий увеличение сопротивления поровых каналов породы в связи с набуханием глинистых частиц при низкой минерализации (высоком удельном сопротивлении поровых вод). Коэффициенту уменьшается с понижением удельного сопротивления поровых вод и стремится к нулю при рв -> 0.
Умножая левую и правую части последнего равенства на рв, получим
^ВП^ “п” * &vQb (1 +* II
Так как набухание глинистых частиц наблюдается в области низких минерализаций норовых вод, т. е. при достаточно высоких сопротивлениях (рв >0,5 ом м\ а влияние адсорбции наиболее велико при высоких концентрациях, то зависимость между 1/Рп и gB должна иметь следующий вид. В области высоких концентраций эта зависимость должна быть близка к линейной вследствие малости коэффициента у и некоторой компенсации процессов убывания электропроводности поровых каналов и возрастания электропроводности глинистых частиц в связи с адсорбцией. С уменьшением концентрации солей, растворенных в поровых водах (увеличением сопротивления последних), зависимость между 1/Рп и рв должна становиться все менее и менее интенсивной, что подтверждается экспериментальными данными [111]. Решая последнее уравнение относительно Рп, получим
(99)(99)р _ pi + у1
(99)
(99)
п’° <^(14-0^+/+!”«’
При Рв —>0 и <z--->0 Ри—^Рд^^.
В результате обработки материалов лабораторных исследований, выполненной X. Хиллом и И. Мильберном [111 ], получена следующая эмпирическая зависимость между параметром пористости и сопротивлением поровых вод:
Р„ = рп_ 01—,(100)
ь 1g ——
где Рп, о — параметр пористости при достаточно низком удельном электрическом сопротивлении gB, о поровых вод; Ъ —коэффициент, значение которого возрастает с увеличением глинистости породы. Коэффициент b может быть определен по емкости поглощения породы, величина которой зависит от тех же факторов — количества и минерального состава глинистого материала, находящегося в породе, от которого зависит электропроводность, созданная глинистыми частицами. По данным X. Хилла и И. Мильберна, между коэффициентом о и емкостью поглощения Q ■^г^бъёма’пор) существует следующая коррелятивная связью
b = 0,135^4- 0,0055.
Эта связь позволяет рассчитать коэффициент о, если известна емкость поглощения породы, измеренная на образцах. Коэффициент b в некоторых случаях может быть также определен по данным измерений потенциалов собственной поляризации.
На рис. 208 приведены зависимости отношения Ai/Pn; 0,01 от рв; удельное сопротивление рв> о = 0,01 ом м и соответствующий этому сопротивлению параметр пористости обозначен РП; o,oi- Кривые, приведенные на
Рис. 208/ Зависимость отношения Рп1Рщ 001 от удельного сопротивления раствора, насыщающего породу при различном степени глинистости породы; определяемой величиной коэффициента Ь {шифр кривых) [111]»Рис. 208/ Зависимость отношения Рп1Рщ 001 от удельного сопротивления раствора, насыщающего породу при различном степени глинистости породы; определяемой величиной коэффициента Ь {шифр кривых) [111]»рис. 208, показывают, что при высоких сопротивлениях поровых вод и большой глинистости породы влияние носледней на величину параметра пористости огромно.
Рис. 208/ Зависимость отношения Рп1Рщ 001 от удельного сопротивления раствора, насыщающего породу при различном степени глинистости породы; определяемой величиной коэффициента Ь {шифр кривых) [111]»
Рис. 208/ Зависимость отношения Рп1Рщ 001 от удельного сопротивления раствора, насыщающего породу при различном степени глинистости породы; определяемой величиной коэффициента Ь {шифр кривых) [111]»
Резкое уменьшение удельного сопротивления особенно часто наблюдается в глинистых нефтеносных и газоносных породах. Это объясняется не только значительно ббльшим относительным влиянием поверхностной проводимости глинистых частиц, но и много ббльшим содержанием капиллярных вод в мелкозернистых нефтеносных и газоносных породах, чем в крупно* зернистых, т. е. понижением коэффициента нефте- и газонасыще- ния мелкозернистых коллекторов.
ЗАВИСИМОСТЬ удельного сопротивления1;горных ПОРОДОТ ТЕМПЕРАТУРЫ
Электропроводность электролитов, к которым относятся воды, насыщаю* щие поры пород, линейно зависит от температуры. Повышение электропро* водности водных растворов с температурой объясняется возрастанием подвижности ионов в связи с уменьшением вязкости растворителя. Как следствие этого, удельное сопротивление растворов постоянной концентрации и пород, насыщенных этими растворами, при повышении температуры понижается и при температуре t
где pise — удельное сопротивление раствора или породы при температуре 18° [С; Pt— —коэффициент, определяющий зависимость 218°
удельного сопротивления породы от температуры (параметр температуры); at — температурный коэффициент электропроводности, числовое значение которого в среднем близко к 0,025° С-1.
Из формулы (101) и рис. 209 следует, что удельное сопротивление гор* ных пород уменьшается, примерно в два раза при возрастании температуры на 40е С (от 18 до 58° С) и при очень высоких температурах (до 100—150*), наблюдающихся в глубоких скважинах, может достигнуть 1/3—1/4 его вначепия при температуре 20е С.
На основании приведенных выше сведений можно дать обобщающую формулу, определяющую зависимость удельного сопротивления рп породы от ее пористости, степени водоиасыщения порового пространства, темпера*
туры, минерального состава и дисперсности твердой части породы, химиче- ского состава и концентрации поровых вод:
(Ю2)(Ю2)еп-ВаРмРпР^е. = .^b^PuPb^i
(Ю2)
(Ю2)
где ACl Bd, Рм! Рп» Ри и Pt и 5в — известные параметры; с — концентрация поровых вод.
Несмотря па кажущуюся сложность формулы (102), в частных случаях, с которыми обычно приходится встречаться в практике, эта формула зна
чительно упрощается. Температура, а следовательно, и параметр Pt обычно известны; в большинстве осадочных пород влиянием проводящих минералов можно пренебречь, в связи с чем Рм считают равным единице; в породах, не содержащих глинистого материала, и в породах, насыщенных сильно минерализованными водами, В а — 1. Таким образом, во многих случаях сопротивлению осадочных пород и особенно пород, являющихся коллекторами нефти и газа, определяется тремя известными параметрами: PU) Рн и рв (или РП) Рн и Ас/с). Зная удельное сопротивление породы и два из указанных параметров (температуру полагаем известной), можно определить третий. На этом основана методика определения пористости и нефтепасы- щениости пород но данным электрометрии скважин методом сопротивлений.
ИЗМЕРЕНИЕ УДЕЛЬНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ОБРАЗЦОВ ГОРНЫХ ПОГОД
И РАСТВОРОВ
Удельное сопротивление образцов горных пород и растворов может быть измерено в лаборатории различными способами, описание которых дается во многих руководствах [5, 94, 95. 99]. Для измерения удельного сопротивления кернового материала наиболее удобной является четырех-
электродная установка, разработанная лабораторией промысловой геофизики МНИ.
В этой установке электрический ток I от батареи 1 вводится в керн 2 при помощи электродов А и В (рис. 210); между электродами М и N измеряется разность потенциалов AU.
Удельное сопротивление керна подсчитывается по формуле
2 =2 =mdItMZ7411mdItMZ7411(103)(103)
2 =
2 =
mdItMZ7
411
mdItMZ7
411
(103)
(103)
Рис. 210. Схема установки МНИ для определения удельного сопротивления образца породы.Рис. 210. Схема установки МНИ для определения удельного сопротивления образца породы.— батарея; 2 — образец породы (нерп); з — компенсатор поляризации; 4 — зеркальный гальванометр;— потенциометр; о — конденсатор; 7 — эталонные сопротивления для измерения тока; 8 — выключатель тока; 9 — ключ; 10 — сопротивление, равное критическому сопротивлению гальванометра; И—компенсационный элемент; 12 —- потенциометр; 13 — вольтметр для измерения компенсирующего напряжения потенциометра; 14—выключатель компенсационного элемента.— батарея; 2 — образец породы (нерп); з — компенсатор поляризации; 4 — зеркальный гальванометр;— потенциометр; о — конденсатор; 7 — эталонные сопротивления для измерения тока; 8 — выключатель тока; 9 — ключ; 10 — сопротивление, равное критическому сопротивлению гальванометра; И—компенсационный элемент; 12 —- потенциометр; 13 — вольтметр для измерения компенсирующего напряжения потенциометра; 14—выключатель компенсационного элемента.ным) подключается к гальванометру 4. Еслиным) подключается к гальванометру 4. Если
Рис. 210. Схема установки МНИ для определения удельного сопротивления образца породы.
Рис. 210. Схема установки МНИ для определения удельного сопротивления образца породы.
— батарея; 2 — образец породы (нерп); з — компенсатор поляризации; 4 — зеркальный гальванометр;
— потенциометр; о — конденсатор; 7 — эталонные сопротивления для измерения тока; 8 — выключатель тока; 9 — ключ; 10 — сопротивление, равное критическому сопротивлению гальванометра; И—компенсационный элемент; 12 —- потенциометр; 13 — вольтметр для измерения компенсирующего напряжения потенциометра; 14—выключатель компенсационного элемента.
— батарея; 2 — образец породы (нерп); з — компенсатор поляризации; 4 — зеркальный гальванометр;
— потенциометр; о — конденсатор; 7 — эталонные сопротивления для измерения тока; 8 — выключатель тока; 9 — ключ; 10 — сопротивление, равное критическому сопротивлению гальванометра; И—компенсационный элемент; 12 —- потенциометр; 13 — вольтметр для измерения компенсирующего напряжения потенциометра; 14—выключатель компенсационного элемента.
ным) подключается к гальванометру 4. Если
ным) подключается к гальванометру 4. Если
где I — расстояние между центрами электродов М и N в м; dtl — диаметр
керна в м.
Электроды А и В представляют собой подушки из топкой проволоки, пропитанные и покрытые сверху агар-агаром, сваренным в насыщенном
растворе медного купороса или хлористого калия. Электроды прижимаются к торцам керна 2 при помощи винтового пресса, изолированного от корна. Приемные электроды М и N изготовляются из стальной или бронзовой проволоки, плотно обкрученной вокруг керна. Расстояние между электродами М и N берется 5—20 мм. Электроды М и N через компенсатор поляризации 3 и зеркальный гальванометр 4 присоединяются к потенциометру 5.
В тех случаях, когда удельное сопротивление керна велико и переходные сопротивления электродов М и N значительны, разность потенциалов замеряется по схеме с конденсатором. При этом при пропускании тока сперва заряжается конденсатор 6, который затем (ток остается включон- измеряемая разность потенциа
лов не равна разности потенциалов, установленной на потенциометре, при подключении конденсатора к гальванометру блик светового луча откло
нится в ту или другую сторону в зависимости от того, перокомпеисиро- вана или педскомпенсирована измеряемая разность потенциалов. При до- -стижении компенсации световой луч, отраженный зеркальцем гальванометра в момент подключения конденсатора к гальванометру, не отклоняется.
Для измерения потенциометром силы тока в цепь электродов А и В включен набор эталонных сопротивлений 7. Питание потенциометра осуществляется от элемента 11. Подаваемое напряжение регулируется потенциометром 12 и контролируется вольтметром 13.
При измерении удельного сопротивления образцов горных пород необходимо уделять особое внимание подготовке образца к измерениям.О^рагел, должен быть предварительно приведен к природным условиям — насыщен до естественной влажности водами, химический состав и минерализация которых соответствуют естественному состоянию образца [95]. Реко-
мендуотся также при отборе пород для определения удельного сопротивления при помощи герметической упаковки предохранять образец'от изменения влажности.
Удельное электрическое сопротивление растворов измеряется приборами, называемыми резистивиметрами. Резистивиметр 1 представляет собой трубку из изоляционного материала, в которую вставлены электроды Л, М, N и В.
2 ,12 ,1Рис. 211. Установка для измерения удельного электрического сопротивления растворов.Рис. 211. Установка для измерения удельного электрического сопротивления растворов.— резистивиметр; 2 — раствор; з — источник тока;— питающий коллектор пульсатора; 6 — коллектор пульсатора измерительной цепи; 6 — потенциометр;— реостат для регулирования силы тока; 8 — эталонное, сопротивление для измерения силы тока; А и В — питающие электроды; М и N — измерительные электроды.б^к;.^--’ (104)— резистивиметр; 2 — раствор; з — источник тока;— питающий коллектор пульсатора; 6 — коллектор пульсатора измерительной цепи; 6 — потенциометр;— реостат для регулирования силы тока; 8 — эталонное, сопротивление для измерения силы тока; А и В — питающие электроды; М и N — измерительные электроды.б^к;.^--’ (104)Трубка заполняется исследуемым раствором 2. Электроды А и В при- . соединяются к источнику тока — батарее 3. Для исключения погрешностей в измерениях, вызванных поляризацией электродов, ток от батареи 3 преобразуется питающим коллектором 4 пульсатора в пульсирующий ток переменного направления. Переменные разности потенциалов AUMN, возникающие между электродами М и N при прохождении тока в цепи АВ, пропорциональные удельному электрическому сопротивлению раствора, выпрямляются приемным коллектором 5 пульсатора и измеряются потенциометром 6. Реостат 7 ■служит для изменения тока, величина которого измеряется потенциометром при помощи эталонного сопротивления 8. Удельное электрическое сопротивление раствора вычисляется по формуле
2 ,1
2 ,1
Рис. 211. Установка для измерения удельного электрического сопротивления растворов.
Рис. 211. Установка для измерения удельного электрического сопротивления растворов.
— резистивиметр; 2 — раствор; з — источник тока;
— питающий коллектор пульсатора; 6 — коллектор пульсатора измерительной цепи; 6 — потенциометр;
— реостат для регулирования силы тока; 8 — эталонное, сопротивление для измерения силы тока; А и В — питающие электроды; М и N — измерительные электроды.
б^к;.^--’ (104)
— резистивиметр; 2 — раствор; з — источник тока;
— питающий коллектор пульсатора; 6 — коллектор пульсатора измерительной цепи; 6 — потенциометр;
— реостат для регулирования силы тока; 8 — эталонное, сопротивление для измерения силы тока; А и В — питающие электроды; М и N — измерительные электроды.
б^к;.^--’ (104)
где Кр — постоянная резистивиметра.
Для определения постоянной Кр берется раствор химически чистого хлористого калия или хлористого натрия концентрации 0,01, 0,1 или 1 н, сопротивление которого у® при температуре раствора t точно известно {табл. 21). Резистивиметр заполняется раствором, включается ток I9 и измеряется разность потенциалов AU®. Постоянную резистивиметра Кр вычисляют по формуле
Для более точного определения постоянной Кр берут среднее из нескольких измерений AU® и I9, проведенных с растворами различных концентраций при температуре 18* С.
При определении электрического сопротивления растворов и пород указывается их температура.
§ 49. КАЖУЩЕЕСЯ СОПРОТИВЛЕНИЕ ГОРНЫХ ПОРОД
Расчет удельного электрического сопротивления по формулам (8), (9) и (10) или (14), (15) и (16), приведенным в § 1, как об этом там указывалось, не позволяет определить истинное удельное электрическое сопротивление
Таблица 21
Удельное сопротивление (в ом м) водных растворов хлористого калия и хлористого натрия
Растворы хлористого калия KG1
Растворы хлористого натрия NaCl
Темпе-
ратура, °C
концентрация раствора в е КС1 на 1 л раствора при 18° и в нормалях
концентрация раствора в d NaCl на 1 л раствора при 18° и в нормалях
74,59
7,459
0,7459
58,45
29,23
5,845
2,923
0,5845
0,2923
1 н
0,1 и
0,01 и
1 н
0,5 и
0,1 и
0,05 и
0,01 и
0,05 н
0
0,1529
1,399
12,89
0,211
0,386
1,73
3,36
15,82
31,2
2
0,1452
1,321
12,13
0,200
0,368
1,65
3,19
15,1
29,0
4
0,1382
1,250
11,47
0,190
0,352
1,57
3,02
14,3
28,1
6
0,1317
1,185
10,86
0,182
0,336
1,49
2,86
13,7
26,7
8
0,1257
1,126
10,31
0,174
0,320
1,42
2,73
12,9
25,
10
0,1202
1,072
9,80
0,165
0,304
1,35
2,57
12,3
23,9
12
0,1151
1,021
9,35
0,157
0,288
1,28
2,43
11,7
22,6
14
0,1103
0,976
8,92
0,149
0,274
1,21
2,31
11,1
21,4
16
0,1059
0,933
8,53
0,142
0,260
1,15
2,19
10,5
20,3
18
0/1018
0,894
8,16
0,135
0,248
1,09
2,09
9,8
19,3
20
0,0980
0,857
7,83
0,129
0,238
1,04
2,00
9,5
18,4
22
0,0944
0,823
7,51
0,123
0,228
1,00
1,92
9,0
17,6
24
0,0911
0,791
7,22
0,117
0,219
0,96
1,84
8,6
16,8
26
0,0879
0,762
6,94
0,210
0,93
1,76
8,2
16,2
28
—
0,734
6,68
0,200
0,87
1,68
7,9
15,6
30
—
0,708
6,44
—
0,191
0,84
1,61
7,5
14,9-
32
0,684
6,21
—
0,183
0,80
1,55
7,2
14,3
34
—
0,661
6,00
0,176
0,77
1,49
6,9
13,7
Примечание. Сопротивление растворов для промежуточных значений температур определяется интерполяцией.
пород, составляющих неоднородную среду, и дает некоторую, до известной степени'осредпенную величину, называемую кажущимся удельным электрическим сопротивлением горных пород или, сокращенно, кажущимся сопротивлением. Этот параметр в зависимости от сопротивления и размеров изучаемых неоднородностей может быть больше или меньше удельного электрического сопротивления среды, в которой находятся электроды зонда, а также равным ему.
Определяя ДИ из уравнения (21) и сравнивая полученный результат с формулой (12), приходим к выводу, что кажущееся сопротивление неоднородной среды равно истинному сопротивлению фиктивной однородной среды, создающей при заданных расстояниях между питающими и приемными электродами А, М и N и токе I питания одинаковую разность потенциалов ди.
Зависимость между кажущимся сопротивлением, измеренным градиент- зондом, и истинным сопротивлением среды, в которой находятся приемные
электроды, может быть получена из равенства (22). Приведем это равенство ж следующему виду:
^К “ J ' 0
Выражение, стоящее в знаменателе правой части последней формулы, равно плотности тока /о в однородном и изотропном пространстве, и так как
■^ ^MN’
где / и qmn — истинные значения плотности тока и сопротивления среды между электродами М и то
9-1= 4-(105)
Из последней формулы следует, что кажущееся сопротивление, измеренное с градиент-зондом, пропорционально истинному сопротивлению среды, в которой находятся электроды М и N. Коэффициент пропорциональности равен отношению истинного значения плотности тока в этой среде к ее величине в однородном и изотропном пространстве.'
Из последней формулы также следует, что отношение
(106)(106)ек „» / ^^
(106)
(106)
, 5 мл;41 о^
т. о. отношение кажущегося сопротивления, измеренного с градиент-зондом, к истинному удельному сопротивлению среды, в которой находятся измерительные электроды, равно отношениям, истинных значений плотности тока j или градиента потенциала Е электрического поля между электродами М и N ких величинам /о и Eq в однородной и изотропной среде с сопротивлением 6mn’ Равньгм сопротивлению среды, заключенной между электродами М и N,
В потенциал-зонде взаимная связь ^к с сопротивлением среды, в которой находится электрод М, определяется уравнением, подобным уравнению (103). В случае, когда пространство от электрода М в направлении, на котором расположено заземление Л, заполнено однородной и изотропной средой, потенциал точки М определяем по формуле
ОООООООООО
Um=J -уи = /' Edz = j" ]eM=odz - еМоо f «^ = -^ е„оо / ^ •IMLLLL
где а = 4- —f(z) и рМоо — сопротивление среды, простирающейся от точки М до бесконечности.
Используя теорему о среднем, напишем
П =П =^Моо / (z)cP Г° &I
П =
П =
^J ^■ = 5Mooacpz^
L
(106')(106')и далее, подставив найденное значение 17 в формулу*(2О), получим
(106')
(106')
рк — 4tiL —у!— «сррМоо — РМоо1\ /о/сР
При этом среднее значение (77/о)Ср будет в основном определяться величинами соотношений 7770в породах, расположенных от заземления М на расстояниях, но превышающих 5—10 размеров зонда L, причем влиянии ;7/о в точках изучаемого интервала на величину (j/j0)e^ резко уменьшается при удалении этих точек от электрода М.
Если полупространство, находящееся от электрода М в направлении, противоположном расположению питающего электрода, будет частично заполнено средами с удельными сопротивлениями, отличными от удельного сопротивления рпм вмещающего их пространства, кажущееся сопротивление будет зависеть но только от характера распределения токового поля в окружающей среде, по и от усредненного значения сопротивления пород, слагающих указанное выше полупространство.
В этом случае потенциал электрического поля в точке М
ООСОООсо
Им = f Е& - J i№ = J" ед^ = -^ f .(1O7>
LLLL
Так как в данном случае ар = ^(z), то, применяя, как и рапсе, теорему о среднем и интегрируя правую часть выражения (107), получим
-£2/срМоо-£2/срМоо(108)(108)
-£2/срМоо
-£2/срМоо
(108)
(108)
Рк —Рк —срМоосрМоо
Рк —
Рк —
срМоо
срМоо
где индексом «ср М оо»* показ ан о, что среднее значение произведения 4- ^
1 о берется для интервала от точки М до бесконечности. Однако, как и в случае
однородного полупространства [ 4- о) в ос-
\ 7о , 'срМ оэ
иовном определяется значениями 4- р в точ-
/о
ках, расположенных близ электрода М (как указывалось выше, в пределах участка, не превышающего 5—10-кратпый размер L зонда).
Подставляя значение UM из формулы (108) в правую часть равенства (20), будем иметь
(109)
Рис, 212. Пересечение по- Можно показать, что кажущееся сопротивление тенциал-зопдом трех сред будет тем более отличаться от сопротивления рвм вме- различных сопротивлений, щающей среды (рис. 212), чем ближе находится порода с отличным электрическим сопротивлением р2 к электроду М» чем больше ее объем и чем больше разнится д2 от сопротивления рвм. Это положе
ние легко может быть доказано, например, для случая, когда порода с сопротивлением 62, отличным от сопротивления gBM вмещающей среды, представляет собой пласт мощностью /г, расположенный на расстоянии Z от электрода £М. Если границы пласта перпендикулярны прямой АМ, потенциал электрического поля в точке М
ООСОСОZ1Zl+ДОО
им = $ — dU = J Edz = ]’ Q]dz = f gBM/dz + J eJdz -|- J eBM/^- .
£АДJbJtizi+h
Заменяя в среднем интеграле правой части последнего равенства у2 через (ба " бвм) + евм и полагая / = а/0, получим
■zfZi+h00Zi+h ,
^=евм(/ а/о^ + J ojtidz + J а/о^) + (ей—5вм) $ ^l^*
Lzizi+/izi
Используя теорему о среднем, приходим к следующему выражению для потенциала:
имимПЛИПЛИим =им =4л4лZ1ГJ 2»LZ1ГJ 2»Lzi+h। Г Да"Га2СР f -^221zi+h। Г Да"Га2СР f -^221сосоZ1+/1diZ1+/1diа2сР"«1ср । «зсР — а2ср\ , ,хh "]а2сР"«1ср । «зсР — а2ср\ , ,хh "]
им
им
ПЛИ
ПЛИ
им =
им =
4л
4л
Z1
Г
J 2»
L
Z1
Г
J 2»
L
zi+h
। Г Да
"Га2СР f -^2
21
zi+h
। Г Да
"Га2СР f -^2
21
со
со
Z1+/1
di
Z1+/1
di
а2сР"«1ср । «зсР — а2ср\ , ,хh "]
а2сР"«1ср । «зсР — а2ср\ , ,хh "]
Но так как а20р — «юр и азСр — а2Ср обычно много меньше а1Ср, nzx из^-к больше L, то приближенно
ГТ ~ ^ [ евмаюр | /„\ „^
м ~ 1л I Z Н ((?2 "" 6вм) “2СР (М^
и, следовательно,6? ии, следовательно,6? и4л£Е7м4л£Е7м5вм I “icp + ^—— и2СРевм5вм I “icp + ^—— и2СРевмkL "I(ziH~Zi) zij 'kL "I(ziH~Zi) zij '
и, следовательно,
6? и
и, следовательно,
6? и
4л£Е7м
4л£Е7м
5вм I “icp + ^—— и2СРевм
5вм I “icp + ^—— и2СРевм
kL "I
(ziH~Zi) zij '
kL "I
(ziH~Zi) zij '
Так как (см. рис. 212) sx = L -{- Z, то последняя формула подтверждает указанную выше зависимость кажущегося сопротивления от расстояния I между электродом М и породой с сопротивлением у»; мощности к этой породы и превышения-^ — двм ее электрического сопротивления $3 над сопротивлением дВм среды, в которой эта порода находится.
Из формулы (109) можно получить также зависимость кажущегося сопротивления от характера- изменения потенциала электрического поля в связи с включением в исследуемое пространство тех или иных неоднородностей. Умножив и разделив среднюю часть равенства (106') на Ln получим
4л£2 UU
I Lj0L‘
тоилитоилиНо так как при однородной среде
то
или
то
или
Рк — "у^6о>
(НО)(НО)РкU
(НО)
(НО)
е»"и?
т. е. отношение кажущегося сопротивления к сопротивлению однородной среды р0, в которой находится электрод М, пропорционально отношению потенциала в исследуемой точке данной неоднородной среды к потенциалу, который был бы получен в этой точке, если бы все исследуемое пространство было заполнено однородной и изотропной средой с сопротивлением р0.
Формулы (105), (106), (109) и (410) определяют физическую сущность кажущегося сопротивления и объясняют особенности конфигурации кривых кажущегося сопротивления в неоднородных средах.
* Uo — потенциал электрического поля в однородной среде сопротивлением q-
НЕКОТОРЫЕ (ВОПРОСЫ ТЕОРИИ ЗОНДОВ, ПРИМЕНЯЕМЫХ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КАЖУЩЕГОСЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ ГОРНЫХ
ПОРОД. ПРИНЦИП ВЗАИМНОСТИ
Измерение сопротивления горных пород в скважине, как об этом говорилось в § 1, производится при помощи трех- и реже двух- и чотырехэлектрод- ных измерительных установок, называемых зондами. Последние в зависимости от соотношения расстояний между питающими и измерительными электродами, подразделяются на потенциал- и градиент-зонды и в зависимости от выбора цепи для питания — на зонды прямого и взаимного питания. В этом параграфе рассмотрим более подробно особенности зондов и их классификацию.
Потенциал-зонды
Как указывалось выше (§ 1), потенциал-зондами называются зонды, у которых расстояние между парными электродами (электродами одной цепи: А и В — питающей или М и N — измерительной) значительно больше расстояния от любого из них до ближайшего электрода другой цепи ^АВ ^ АМ или MN ^> АМ) (табл. 22 № 1, 2, 3, 4, 5 и 6). Потенциал-зонд с электродом N(B), удаленным в бесконечность, является идеальным потен^иал-зон- дом (табл. 22 № 1 и 2). При измерениях qk идеальным потепциал-зоидом, как это следует из формулы (20), кажущееся сопротивление определяется величиной потенциала электрического поля в точке М. Практически идеальным потенциал-зонд ом считается любой трехэлектродный зонд, у которого при измерении по схеме прямого питания потенциал UN точки N не превышает 5% потенциала UM точки М. В однородной среде таким зондом будет зонд с расстоянием I = MN (АВ) ^ 20АМ = 20L. В слоистой среде с коаксиальными и плоскими границами раздела расстояние I между парными электродами должно превышать мощность пластов, составляющих эту среду, и быть тем больше 20АМ, чем выше их сопротивление.
В практике электрометрии скважин обычно примопящтся трехэлектродные (не идеальные) потенциал-зонды (табл. 22, № 3,4,5 и 6). Использование идеальных (двухэлектродных) потенциал-зондов при производстве работ с небронированными кабелями затрудняется возникновением значительных электродвижущих сил индукции в жиле кабеля, соединяющей электрод М с прибором, измеряющим разность потенциалов AU. Эти э. д. с., искажая регистрируемые разности потенциалов, тем самым вносят, за редкими исключениями, большие погрешности в замеры кажущегося сопротивления горных пород.
Индукционный эффект резко снижается у трехэлектродиых зондов, у которых в связи с бифиляриой проводкой измерительных или питающих (у зондов взаимного питания) жил кабеля резко уменьшается коэффициент взаимной индукции Ч .
Градиент -зонды
Градиент-зоидами (см. § 1) называются зонды, у которых расстояние между парными электродами (М и А, А и В) значительно меньше расстояния от любого из них до ближайшего заземления другой цепи (MN < АМ,
АВ <^ МА) и, следовательно, расстояния АМ и AN {МА и МВ) близки друг другу (табл. 22, № 7, 8, 9 и 10).
Градиент-зонд с бесконечно малым расстоянием MN является идеальным. Для идеального градиент-зонда величина кажущегося сопротивления пропорциональна градиенту потенциала электрического поля Е в точке О, расположенной посредине между электродамиМnN зонда [см. формулу (22)].
Градиеит-зонды, с которыми производятся измерения кажущегося сопротивления в скважинах, не идеальны, так как изготовить идеальный градиент-зонд и произвести с ним измерения рк невозможно, так как во-первых, нельзя установить электроды М и N -(Л и В) бесконечно близко друг к другу и, во-вторых, при значительном сближении этих электродов измеряемая разность потенциалов АВ столь уменьшается, что производство точных измерений AВ становится неосуществимым.
Практически идеальным градиент-зоидом может считаться градиент- зонд, у которого отношение ДВ jMN отличается не более чем на 5% от величины напряженности Е электрического поля в точке О. В однородной среде это условие соблюдается [103] при расстоянии между сближенными электродами зонда 2
I = 0.436L,
В неоднородной горизонтально-слоистой среде расстояние I не должно превышать O,1Z/ и мощности исследуемых пластов. Это условие справедливо и для сред с коаксиально-цилиндрическими поверхностями раздела.
В градиоит-зоидах, применяемых в практике, расстояние I между сближенными электродами зонда в зависимости от размера зонда берется 0,05—2 м. Его приходится брать тем большим чем больше размер L зонда и чем меньше сопротивление исследуемых отложений.
Это требование вытекает из формул (9), (15) и (21), из которых следует, что чем меньше q или больше произведение RAM RAJV, том больше должно быть I -- Ran — RAM Для получения достаточно больших разностей потенциалов АВ. '
В практике, как указывалось выше, применяются главным образом установки взаимного питания {двухполюсные зонды, табл. 22, № 5, 6, 9 и 10); они дают возможность одновременно замерять кажущееся сопротивление и потенциалы собственной поляризации пород. Установки прямого питания {однополюсные зонды, табл. 22, № 3, 4, 7 и 8) используются только при заморах кажущегося сопротивления зондами большого размера в глубоких скважинах при наличии интенсивных переменных блуждающих токов. Эти токи при расположении электрода N на поверхности (при схеме взаимного питания) создают в цепи MN значительные разности потенциалов, наличие которых может привести к недопустимым ошибкам при определении кажущегося сопротивления.
Возможность измерения кажущегося сопротивления пород с двухполюсными зондами основана, как указывалось выше, па принципе взаимности, сущность которого сводите)! к следующему.
Потенциал UAM поля источника тока А в любой точке М исследуемого пространства, находящейся на расстоянии RAM от точки А, равен потенциалу ПМА, который был бы создан в точке А источником тока равной силы, расположенным в точке М.
В частности, в однородной среде в соответствии с формулой (4)
и АМ Ачт * ВиАМ
и так как ВАМ = НМА, то и UAM=UMA.
22 заказ 714.
Зонды, применяемые при олсктри
Идеальный потенциал-зонд
Потепциал-зонды
Гра
Типы
прямого питания
взаим-
однополюсные или прямого питания
двуполюспыо или
взаимного питания
однополюс прямого
кого
питания
последовательный
обращенный
последовательный
обращенный
щгследова- тельпый I
Схемы
8 <»Л
0><
Хм
аМ
0*
®Я
♦Я
/7^
ОМ
<
0>
)А/
)М
: ।
м
А/1
<
►я
хМ
f Я
QM о-
Размер зонда
АМ
Ял/
АМ
АМ
АМ
А М
Ад
ф я я
и со О
Ю О
Ф О
Я Я
R д
ГО И"
ы о
О со
Й ч 8
Е ^ 8
^ l!* 4?
N
I3 ^ я
О|
к'
ш Я я
о и
я я я
я
о g
а о
П со
и я о
ri я Я я
Я Я ф Я
2 ® И н
№ О
к 2 03 S я ^ Й к
и я о со И со
Я к щ Я Ф Я
К я
Я аЯ _ з 2 я ° ф 1
нн И
К я
1 и Я те
Ф ь о Н Я 1=1 о
И 2 И а А Я R СФ 2 К
2§ к г о со
И я
и: я о
я м
я tf и
о 2
и 2
1 к и и я о
0 2 cd Я О, «
VO а О Я
Еч К
’§ Е Й го Ф.д « у
2 о и ri У я я 2 я я ПУД
и m
R те я Я М ' 5 §
° S и я »и я
К о я 5 а х^те О я
н я ф я
те g
1Я н я и ф ° “ 2 со ffl ад
ф- и 5 я ° о К го
№ по порядку
1
2
3
4
5
6
7
Условные обозначен ин: черный кружок — питающие заземления А и В; светлый (точка О); треугольник— точка замера потенциала собственной поляризации пород; квадрат —точка При символическом обозначении зондов наименования электродов указываются сверху вниз.
Таблица 22
чсских исследованиях скважин
диент-зоиды
С п ец и а л ы 1 ы е зонды
пыс или питания
двухполюсные или взаимного питания
обращенный
после
довательный
обращенный
Фл/
Ом ОМ
’Ll с^
Фд м
о/]
QM
| Ом
оЯ хим
М'
4w
4м
)(Я
1'
м
or
on
ОМ
Nb
1 <w
АО
до
АО
АО
А0 = А0'
АО = ВО
00'
ч]
ч;'
|4
14 №
Cq
1ч,
15 1 ч;
i^
14
1ч ч
14
19
eq
Fs
19 14 ч;
05
14
и: и о
н
И ф
И
3 w
СО
И й и о
Q О
.Рий ю рц О й
Н й ф й к W й cti и Ри ей й Н .м Я "Я Д 5 2 Ч о Ф и М S О ”
5 «
К м
К И о со
н И
н 5
И Й
& i
н
и ° и ^ is
О и
о й О м о д о Ри О
VO СО
со
н: и о со
и и о со
К
§ g
й о
’ И и
о « и Ч
и®
!Й И И й к Ри
3 и “
pq
и &
со Ри й
й о Ри
Й
Ф ? Рин
Н ф
ч
3 R Р
4 О . й й
ГД
8
9
10
И
12
13
14
1а
кружок — измерительные электроды М и N; крестин — точка замера кажущегося сопротивлении замера потенциала вызванной поляризации пород; АВ, MN — расстояния между электродами в м.
Для доказательства принципа взаимности в неоднородной среде воспользуемся законами электростатики.
Обозначим через U Ам и UMA потенциалы точек М и >1, созданные равными электрическими зарядами QA и QM, соответственно находящимися в точках Л и М. По законам электростатики потенциал, индуцированный в проводнике, рас положен пом в иоле другого заряженного проводника;
АМ —PamQa и, следовательно,
UМА — PmaQmi
где РАм и рМА— индукционные коэффициенты. Эти коэффициенты из энергетических соображений должны быть равны друг другу. Так как Qa™Qm’ т0 и ^ am = Uma* Если Qa=^Qm, условие
U АМ = U МА заменяется другим, ему равнозначным:
^АМ _ ^МА
. Аналогия между электростатическим поломи полом постоянного токаи трехмерном пространстве дает возможность распространить указанные положения на электрические поля, изучаемые в скважинах. Для этого случая последнее равенство может быть записано в следующем виде:
U AMUMA.....
где 1А и ^м —Т01(и, эмиссируомые заземлениями А и М в окружающее пространство.
На основании равенства (11L) нетрудно установить, что величина кажущегося сопротивления не изменится, если, сохранив расстояние между электродами зонда, взаимно заменить их назначение. Эго положение можт быть доказано для любых зондов, в частности для зондов, у которых некоторые из электродов отнесены в бесконечность и их потенциалы или отданные ими поля равны пулю.
При обычном питании зонд,а (через заземление А и В)
_ 1Z Ди _UAM~UAN
^^AMN " ^AMN ~j &AMN J ’
где eKylMAr —кажущееся сопротивление, замеренное с зондом AMN\ Kamn— коэффициент этого зонда.
При питании той же установки через электроды М и N и измерении разности потенциалов между заземлениями А и В
— Т7 ^—77UmA """ UmB
@КМАВ ^МАВ ] А МАВj1
где е^МАЦ —кажущееся сопротивление, замеренное с зондом МАВ; КМАВ — коэффициент этого зонда.
По так как UАм = UмА, Uan ” ^мв и во всох случаях, как в этом легко убедиться расчетом, KAMN = К^АВ’
то
Q“AMN ~ ° «МА О ’(П2)
что и требовалось доказать.
В однородной среде величина измеряемого сопротивления не зависит от последовательности расположения питающих и измерительных электродов. В неоднородных средах, с которыми приходится встречаться при изучении электрического сопротивления пород в скважинах, это положение (за исключением идеального потенциал-зонда) не сохраняется. Поэтому
в практике- следует знать последовательность расположения электродов зонда по оси скважины.Зонды, у которых парные электроды М и N по схеме прямого питания или /I и // по схеме взаимного питания расположены ниже непарного, называются зондами с последовательным расположением электродов, ’ или последовательными зондами [зондами с М и N (Л и 5) внизу], или подошвен- пыми зондами (табл. 22, № 3, 5, 7 и 9), а зонды с парными электродами ^М и В у однополюсных зондов и А и В у двухполюсных зондов), расположенными выше непарного А (М), — зондами с обращенным расположением электродов, или обращенными зондами [зондами с М и N (А и 5) вверху], или кровельными зондами1 (табл. 22, № 4, 6, 8 и 10).Зонды обозначаются последовательным (сверху вниз) сочетанием буквенных названий электродов с обозначением расстояний между указанными электродами в метрах2.Как указывалось выше (см. § 1), у идеальных потеи- циал-зондов точка замера кажущегося, сопротивления находится в середине отрезка ЛМ (МА). У идеальных гради- ент-зоидов точкой замера является точка О, расположеи- п ая посредине между парными электродами зонда (электродами М и N при прямом питании и А и В при взаимном питании). В пражтико^когда расстояния~МА и МВ (потсн- циал-зонд) и МО и А13 (градиент-зонд) соизмеримы друг с другом, точка замера смещается относительно середины сближенных электродов. Так, например, если взять установку ВАМ (NMA) и расположить электроды по схеме градиепт-зопдов, соблюдая условие МО у> Л В (рис. 213), точка_замора будет находиться в середине интервала А В (MN). Вели оставить электроды М (Л) и B(N) неподвижными и перемещать электрод А(М) от элекв практике- следует знать последовательность расположения электродов зонда по оси скважины.Зонды, у которых парные электроды М и N по схеме прямого питания или /I и // по схеме взаимного питания расположены ниже непарного, называются зондами с последовательным расположением электродов, ’ или последовательными зондами [зондами с М и N (Л и 5) внизу], или подошвен- пыми зондами (табл. 22, № 3, 5, 7 и 9), а зонды с парными электродами ^М и В у однополюсных зондов и А и В у двухполюсных зондов), расположенными выше непарного А (М), — зондами с обращенным расположением электродов, или обращенными зондами [зондами с М и N (А и 5) вверху], или кровельными зондами1 (табл. 22, № 4, 6, 8 и 10).Зонды обозначаются последовательным (сверху вниз) сочетанием буквенных названий электродов с обозначением расстояний между указанными электродами в метрах2.Как указывалось выше (см. § 1), у идеальных потеи- циал-зондов точка замера кажущегося, сопротивления находится в середине отрезка ЛМ (МА). У идеальных гради- ент-зоидов точкой замера является точка О, расположеи- п ая посредине между парными электродами зонда (электродами М и N при прямом питании и А и В при взаимном питании). В пражтико^когда расстояния~МА и МВ (потсн- циал-зонд) и МО и А13 (градиент-зонд) соизмеримы друг с другом, точка замера смещается относительно середины сближенных электродов. Так, например, если взять установку ВАМ (NMA) и расположить электроды по схеме градиепт-зопдов, соблюдая условие МО у> Л В (рис. 213), точка_замора будет находиться в середине интервала А В (MN). Вели оставить электроды М (Л) и B(N) неподвижными и перемещать электрод А(М) от элекЛ О/лрЛ О/лрМОЩ'!МОЩ'!Д b(MlМО(Д)бД b(MlМО(Д)бРис. 213. Схема, илл юстрирующая перемещение точки замера при переходе от градиент- зопда (а) к потен- циал-зонду (6).Рис. 213. Схема, илл юстрирующая перемещение точки замера при переходе от градиент- зопда (а) к потен- циал-зонду (6).
в практике- следует знать последовательность расположения электродов зонда по оси скважины.
Зонды, у которых парные электроды М и N по схеме прямого питания или /I и // по схеме взаимного питания расположены ниже непарного, называются зондами с последовательным расположением электродов, ’ или последовательными зондами [зондами с М и N (Л и 5) внизу], или подошвен- пыми зондами (табл. 22, № 3, 5, 7 и 9), а зонды с парными электродами ^М и В у однополюсных зондов и А и В у двухполюсных зондов), расположенными выше непарного А (М), — зондами с обращенным расположением электродов, или обращенными зондами [зондами с М и N (А и 5) вверху], или кровельными зондами1 (табл. 22, № 4, 6, 8 и 10).
Зонды обозначаются последовательным (сверху вниз) сочетанием буквенных названий электродов с обозначением расстояний между указанными электродами в метрах2.
Как указывалось выше (см. § 1), у идеальных потеи- циал-зондов точка замера кажущегося, сопротивления находится в середине отрезка ЛМ (МА). У идеальных гради- ент-зоидов точкой замера является точка О, расположеи- п ая посредине между парными электродами зонда (электродами М и N при прямом питании и А и В при взаимном питании). В пражтико^когда расстояния~МА и МВ (потсн- циал-зонд) и МО и А13 (градиент-зонд) соизмеримы друг с другом, точка замера смещается относительно середины сближенных электродов. Так, например, если взять установку ВАМ (NMA) и расположить электроды по схеме градиепт-зопдов, соблюдая условие МО у> Л В (рис. 213), точка_замора будет находиться в середине интервала А В (MN). Вели оставить электроды М (Л) и B(N) неподвижными и перемещать электрод А(М) от элек
в практике- следует знать последовательность расположения электродов зонда по оси скважины.
Зонды, у которых парные электроды М и N по схеме прямого питания или /I и // по схеме взаимного питания расположены ниже непарного, называются зондами с последовательным расположением электродов, ’ или последовательными зондами [зондами с М и N (Л и 5) внизу], или подошвен- пыми зондами (табл. 22, № 3, 5, 7 и 9), а зонды с парными электродами ^М и В у однополюсных зондов и А и В у двухполюсных зондов), расположенными выше непарного А (М), — зондами с обращенным расположением электродов, или обращенными зондами [зондами с М и N (А и 5) вверху], или кровельными зондами1 (табл. 22, № 4, 6, 8 и 10).
Зонды обозначаются последовательным (сверху вниз) сочетанием буквенных названий электродов с обозначением расстояний между указанными электродами в метрах2.
Как указывалось выше (см. § 1), у идеальных потеи- циал-зондов точка замера кажущегося, сопротивления находится в середине отрезка ЛМ (МА). У идеальных гради- ент-зоидов точкой замера является точка О, расположеи- п ая посредине между парными электродами зонда (электродами М и N при прямом питании и А и В при взаимном питании). В пражтико^когда расстояния~МА и МВ (потсн- циал-зонд) и МО и А13 (градиент-зонд) соизмеримы друг с другом, точка замера смещается относительно середины сближенных электродов. Так, например, если взять установку ВАМ (NMA) и расположить электроды по схеме градиепт-зопдов, соблюдая условие МО у> Л В (рис. 213), точка_замора будет находиться в середине интервала А В (MN). Вели оставить электроды М (Л) и B(N) неподвижными и перемещать электрод А(М) от элек
Л О/лр
Л О/лр
МОЩ'!
МОЩ'!
Д b(Ml
МО(Д)б
Д b(Ml
МО(Д)б
Рис. 213. Схема, илл юстрирующая перемещение точки замера при переходе от градиент- зопда (а) к потен- циал-зонду (6).
Рис. 213. Схема, илл юстрирующая перемещение точки замера при переходе от градиент- зопда (а) к потен- циал-зонду (6).
трода B(N) к электроду_М(Л), то в продело, когда расстояние МА будет значительно меньше МВ, зонд станет потенциал-зондом (см. рис. 213) и точка замера О' передвинется па середину АМ. Таким образом, при переходе от градиент-зонда к потопциал-зопду при перемещении среднего электрода и при сохранении местоположения остальных электродов, точка замера переместится па расстояние 71?С^рад, 80Ид. — Ж зопд — МА град. зонд.
Поэтому если сопротивление измеряется зондами, у которых расстояние МО (Л 0) лишь немногим превышает AB(MN) (градиент-зонд) или расстояние МА (АМ) немного меньше, чем MB (АВ) (потепциал-зоид), точку замера следует смещать по отношению к точкам О и О' в сторону отдаленного электрода М(А) у градиент-зов да и B(N) у потепциал-зонда. Так как н этом случае трудно определить точное положение точки замера кажущегося сопротивления и действительный размер зонда, то в практике стремятся не пользоваться зондами, у которых расстояния МА и АВ (АМ и MN) близки друг к другу- В потепциал-зопдах расстояние АВ (MN) желательно брать больше 10 МА (10ЛМ), а в градиент-зопдахЖ) (ЛО) должно быть по возможности не меньше 10ЛБ (M)MN), о чем уже говорилось выше.
' Коэффициент пропорциональности кажущегося сопротивления потенциалу (идеальный потенциал-зонд), разности потенциалов (трехэлектродный зонд) или напряженности электрического поля (идеальный градиент- зонд) — коэффициент зонда, знание которого необходимо для вычисления кажущегося сопротивления, рассчитывается по формулам (17), (18) и (19)
или (для идеального потенциал-зопда и трехэлектродных зондов) находится по кривым зависимостей'
К = 4лАм(-^- +.
\ MN /\ MN У
Эти кривые (рис. 214) позволяют определить значение коэффициента К зонда для различных АМ по известному отношению увеличенному на единицу. Для других значений АМ коэффициент зонда
К = К АМ
где А’-^.^ — значение коэффициента зонда при АМ = 1 ль
Зонды для специальных исследований
Кроме стандартных зондов, данные о которых приведены в табл. 22, при некоторых исследованиях разрезов скважин применяются специальные зонды.•
Д и ф ф о р с п ц и а л ь н ы й зонд А. И. Заборовского (табл. 22, № И) состоит из двух однополярных заземлений А и А', между которыми установлены измерительные электроды М и N. Зонд предназначен для расчленения пород высокого сопротивления.
Отличительной особенностью м и.к р о п о т о и ц и а л -з о п д а В. Н. Дахпива (табл. 22, № 12) является то, что измерительной электрод М установлен между двумя сближенными однополярными питающими заземлениями А. Это дает возможность измерять величину потенциала близ электрода А, числовое значение которого зависит от электрического сопротивления среды, окружающей электрод. Микропотенциал-зонд применяется для измерения кажущегося сопротивления одновременно с потенциалами вызванной поляризации пород.
Сдвоен н ы й или с и м м о т р и ч и ы й градиент-зонд (табл. 22, № 13) состоит из одного питающего заземления А и двух пар измерительных электродов ММ' и NN'. Такой зонд дает симметричные кривые @к, более точно отражающие характер изменения истинного сопротивления исследуемых пород чем кривые обычных трехэлектродпых зондов. Сдвоенный градиент-зонд используется для расчленения карбонатных отложений и изучения их коллекторских свойств..
Ч е т ы р о х э л о к т р о д н ы й г р а д и е п т-з о н д , (табл. 22, № 14) состоит из двух (обычно крайних) питающих заземлений А и В и двух средних измерительных электродов М и N. Электроды А, В, Ми N расположены симметрично относительно середины зонда — точки О, к которой относится величина измеряемого сопротивления. Размер зонда определяется расстоянием от точки О до любого из крайних электродов А и В. Этот зонд дает симметричные кривые кажущегося сопротивления и применяется при измерениях кажущегося сопротивления зондами большого размера в схемах с многожильным кабелем.
Для изучения топких пластов при работе с многожильным кабелем может быть использован также дипольный зонд (табл. 22, № 15), обладающий достаточно высокой расчленяющей способностью, но мало еще изученый.
§ 51. СОПРОТИВЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОДОВ (ЗАЗЕМЛЕНИЙ) ЗОНДА
Одной из величин, характеризующих зонд, является электрическое сопротивление его электродов (заземлений). Измерение этого параметра, как об этом указывалось в § 2, дает возможность при определенных условиях изучать сопротивление среды, окружающей электрод, и в той или иной степени сказывается на силе тока, проходящего через заземление. Можно показать, что сопротивление заземления в основном определяется ого размерами, формой и сопротивлением близ расположенной среды и мало зависит от удельного сопротивления основной массы пород, слагающих часть пространства, удаленного от заземлителей.
Справедливость данного положения докажем для заземлений различных форм и размеров, применяемых в практике.
Сферическое заземление
Допустим, что сферическое нополяризующееся заземление А радиуса Ra, соединенное с источником питания, эмиссирующим ток Z, установлено в однородной изотропной проводящей среде с удельным электрическим сопротивлением д. В любой точке Р этой среды, находящейся па расстоянии Rp от центра заземлителя, потенциал электрического поля
и 1 4лНр *
Следовательно, разность потенциалов между заземлением и точкой Р ди ар ——
и полное сопротивление сферического объема с внешним радиусом Rp ^UAp q / ii \
Нар— 7—Rp)-
Полагая в последней формуле Rp —► со, получаем выражение для сопротивления В.д контура, состоящего из сферического металлического- заземления радиуса R3 и однородного изотропного бесконечного пространства удельного электрического сопротивления g:
(из>
Величина R^ называется теоретическим (расчетным) сопротивлением сферического заземления или просто сопротивлением сферического заземления. Из формулы (ИЗ) следует, что сопротивление сферического заземления, обратно пропорционально его радиусу и пропорционально удельному электрическому сопротивлению окружающих пород.
Сопротивление пространственного проводника, находящегося вне сферы любого радиуса, определим по формуле
Rpao =— •(114)
Сопоставляя между собой формулы (ИЗ) и (114), легко прийти к выводу,, что ббльшая часть сопротивления заземления сосредоточена в зоне, непосред-
из равенстваиз равенстваствопно прилегающей к заземлению. Так, например, радиус сферы R в объеме которой сосредоточено 90% сопротивления заземления, в случае однородном безграничной среды находится
из равенства
из равенства
е _ 11 \ _ - е
4Цк3 RPy
из которого следует, что
Rp = 10R3.
Таким образом, у сферического заземления радиуса 2,5 см (радиус, близким к радиусу электродов, установленных иа кабеле), 90% его сопротивления сосредоточено в сфере диаметром 0,5 м, т. е. в объеме, диаметр которого но намного превышает диаметр скважины.
Если сферическое заземление радиуса R3 находится в среде удельного электрического сопротивления g0, которая ограничена сферической поверхностью Ор радиуса R р концентрической поверхности заземлителя, и за пределами поверхности SP расположена безграничная среда удельного электрического сопротивления ри, сопротивление заземления
Нр ,оо
/’ е° R 1_ ео / 11 \ । еп 1 _
J 4лП= ■ J 4лП® 4лДн3 RpP 4л Rp “
9%RP* \ 8 Р/ р
(115)(115)
(115)
(115)
Из формул (113), (114) и (115) следует, что при заземлениях небольшого- радиуса, обычно применяемых па зондах, изготовленных из отрезков кабеля (см. § 92), сопротивление электродов зависит от сопротивления пород, окружающих скважину, лишь в том случае, если эти породы расположены вблизи от заземления и их сопротивление значительно превышает сопротивление р0 бурового раствора. При исследовании разрезов скважин, сложенных породами небольшого и незначительно изменяющегося сопротивления, зондами с небольшими размерами заземлений их сопротивление, а следовательно, и сила питающего тока и чувствительность регистрирующего прибора, подключенного К измерительным электродам, сохраняются достаточно постоянными. Это дает возможность во многих случаях при записи диаграмм почти не корректировать силу тока и величину сопротивления цепи фоторогистратора, что облегчает и ускоряет регистрацию диаграмм кажущегося сопротивления.
Цилиндрическое заземление
Сопротивление цилиндрического заземления
RT ео_ 1п^_з = 0 367 бо. ig(116)
где La, da и Га—длина, диаметр и радиус заземления, также пропорционально сопротивлению g0 среды, окружающей заземление, и зависит от его размеров.
Как и в случае сферического заземления, породы, расположенные на достаточном расстоянии от цилиндрического заземления, в значительно меньшей степени влияют на величину сопротивления заземления, чем породы, находящиеся в непосредственной близости от поверхности заземлителя.
Так, например, согласно формуле (335), сопротивление среды, расположенной за пределами эллипсоида, окружающего заземление и имеющего малую полуось г,
6о (^’+1/ />п + 4г2)"~ ™4nLa4г»" 6о (^’+1/ />п + 4г2)"~ ™4nLa4г»"0,367^ 1g А'+Г^+^0,367^ 1g А'+Г^+^(117)(117)Рис. 215 Кривые зависимости контактного сопро-' тивлоция гк единицы поверхности заземления от частоты vn и температуры t.Рис. 215 Кривые зависимости контактного сопро-' тивлоция гк единицы поверхности заземления от частоты vn и температуры t.а — зависимость у ^ f ( уп); / — медные ваземления, 3 = 0,07 лга/си2; 2 — то же, j = 0,27 Ata/cAi2; 3 — то же, j = 0,54 ла/см2; 4—свинцовые заземления, з— 0,35л1а/см2; 5 — то же, j = 0,09 лш/синз, qq — 1,78 ом* (во всех случаях); б — зависимость у = / (О, v — 7,2 вц, ео= 2,5 ом м; шифр кривых — плотность тока з [ма/см»1; в—то же, ио при со = 1 ом м-а — зависимость у ^ f ( уп); / — медные ваземления, 3 = 0,07 лга/си2; 2 — то же, j = 0,27 Ata/cAi2; 3 — то же, j = 0,54 ла/см2; 4—свинцовые заземления, з— 0,35л1а/см2; 5 — то же, j = 0,09 лш/синз, qq — 1,78 ом* (во всех случаях); б — зависимость у = / (О, v — 7,2 вц, ео= 2,5 ом м; шифр кривых — плотность тока з [ма/см»1; в—то же, ио при со = 1 ом м-при г > 10г3 значительно меньше сопротивления RA заземления, определяемого формулой (116).
6о (^’+1/ />п + 4г2)"
~ ™4nLa4г»"
6о (^’+1/ />п + 4г2)"
~ ™4nLa4г»"
0,367^ 1g А'+Г^+^
0,367^ 1g А'+Г^+^
(117)
(117)
Рис. 215 Кривые зависимости контактного сопро-' тивлоция гк единицы поверхности заземления от частоты vn и температуры t.
Рис. 215 Кривые зависимости контактного сопро-' тивлоция гк единицы поверхности заземления от частоты vn и температуры t.
а — зависимость у ^ f ( уп); / — медные ваземления, 3 = 0,07 лга/си2; 2 — то же, j = 0,27 Ata/cAi2; 3 — то же, j = 0,54 ла/см2; 4—свинцовые заземления, з— 0,35л1а/см2; 5 — то же, j = 0,09 лш/синз, qq — 1,78 ом* (во всех случаях); б — зависимость у = / (О, v — 7,2 вц, ео= 2,5 ом м; шифр кривых — плотность тока з [ма/см»1; в—то же, ио при со = 1 ом м-
а — зависимость у ^ f ( уп); / — медные ваземления, 3 = 0,07 лга/си2; 2 — то же, j = 0,27 Ata/cAi2; 3 — то же, j = 0,54 ла/см2; 4—свинцовые заземления, з— 0,35л1а/см2; 5 — то же, j = 0,09 лш/синз, qq — 1,78 ом* (во всех случаях); б — зависимость у = / (О, v — 7,2 вц, ео= 2,5 ом м; шифр кривых — плотность тока з [ма/см»1; в—то же, ио при со = 1 ом м-
Сопоставляя формулы (116) и (117) и (113) и (114), приходим к выводу, что влияние пород, расположенных вдали от цилиндрического заземления одинакового радиуса со сферическим заземлением (г3 — R^ выше, чем у сферического заземления. Как следствие этого, в методах сопротивления заземления и регистрации тока целесообразно использовать цилиндрические заземления, радиус исследования которых больше, чем у сферического.
Плоское круглое з а з е м л о и и е
В однородной изотропной среде удельного электрического сопротивления д0 сопротивление R'Xn плоского круглого заземления, изолированного с одной стороны (такую конструкцию имеют заземления контактных зондов), удовлетворяет неравенству
4лй3 24 4га ’
где 4 и Гз — диаметр и радиус заземления. Сопротивление плоского заземления пропорционально удельному сопротивлению q0 окружающей среды (пород) и находится в обратной зависимости от его радиуса. Чем больше площадь изолирующей пластины, на которой закреплено заземление, тем ближе значение Ra1 к верхнему пределу неравенства (118).
Влияние сред различного удельного электрического сопротивления, удаленных от заземления па величину его сопротивления, как и в случае сферического заземления, резко убывает с увеличением этого расстояния.
Формулы (ИЗ), (115), (116) и (118) выведены без учета контактного сопротивления Ди поверхности заземления, созданного выделяющимися газообразными и твердыми продуктами электролиза. Величина этого сопротивления обратно пропорциональна поверхности £3 заземления:
rkrkг к^3 ’г к^3 ’(119)(119)
rk
rk
г к
^3 ’
г к
^3 ’
(119)
(119)
где гк — контактное сопротивление единицы поверхности заземления, зависящее от плотности, частоты и направления (для постоянного) тока, температуры и сопротивления среды, в которой находится заземление.
Иа рис. 215, а, б и в приведены экспериментальные кривые, определяющие зависимость переходного сопротивления переменному току при различной частоте, температуре и плотности тока, влияние которых является доминирующим [97 ]. Как видно из рис. 215, а, б и в, контактное сопротивление уменьшается с увеличением плотности и частоты тока, а также температуры среды, в которой находится .заземление.
В реальных условиях исследования скважин величина полного сопротивления заземления слагается из контактного сопротивления RK и сопротивления ДА среды, прибегающей к заземлению, т. е. теоретического (расчетного) сопротивления заземления при отсутствии контактного сопро* тивления: ■
Ra - Ra + R1' .
Этого по следует забывать при интерпретации материалов методов сопротивления заземления, регистрации тока и сопротивления экраниро- ианного заземления.
ГЛАВА VII
ТЕОРИЯ МЕТОДА КАЖУЩЕГОСЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ
§ 52. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О РАСПРЕДЕЛЕНИИЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ В ГОРНЫХ ПОРОДАХ
Величина кажущегося сопротивления., измеряемого в скважинах, как это следует из формул (20), (21) и (22), приведенных в § 1 настоящего руководства, пропорциональна потенциалу, разности потенциалов и напряженности электрического поля, созданного источниками тока в скважине. Поэтому изучение распределения электрического поля в различных случаях залегания пород с различными электрическим^ сопротивлениями является основной задачей в теории электрометрии скважин методом сопротивления.
В каждой точке изучаемого пространства при отсутствии в пей объемных и поверхностных зарядов электрическое поле определяется следующей системой уравнений:
/ = оЕ, или Е = /у,(120)
div/ = diver (grad U) = grad o'grad U — о AU = 0,
где U и. E — потенциал и напряженность электрического поля в исследуемой точке пространства, имеющей удельную электропроводность а и удельное электрическое сопротивление ^; / — плотность тока в этой точке; п — направление нормали к поверхности равного потенциала.
Первое уравнение системы (120) устанавливает взаимную связь между потенциалом электрического поля U и его напряженностью Е\ второе является математическим выражением закона Ома в дифференциальной форме и третье определяет непрерывность токовых линий, проходящих через исследуемый элементарный объем (выражает первый закон Кирхгофа в дифг ферепциалыюй форме)..
В частном случае однородной и изотропной среды (о — — = const! последнее уравнение системы (120) преобразуется в дифференциальное- уравнение Лапласа:
div (o'grad Щ = AU = 0.(121)
Это уравнение в прямоугольной системе координат имеет следующий вид:
+(122)
Уж2 Г Уу3 Уг2 ’'
где ^ у и z — координаты точки М, в которой определяется потенциал U электрического поля.
Последнее уравнение системы (120), а следовательно, и уравнения (121) и (122) устанавливают непрерывность потенциала электрического поля в точках изучаемого пространства, в которых отсутствуют источники тока. Решение этого уравнения дает возможность определить искомую потенциальную функцию U как функцию координат исследуемой точки М. При этом функция U должна удовлетворять также следующим граничным условиям.
Вблизи от источника тока Л, с которым обычно совмещается начало координат, потенциальная функция U должна стремиться к выражению потенциала в однородной и изотропной среде, т. о. при R = |/^+y2 -V^z^—> О
U ин-о
qI
4лК
I
-> оо вида -^ .
(123)
2. В бесконечно удаленных точках (при R —v оо)
(124)
3. В точках, бесконечно близко расположенных к поверхности 8 (рис. 216), ограничивающей любую область щ удельного электрического
■сопротивления Qi от окружающего пространства ^е удельного сопротивления q0 и разделенных этой поверхностью, потенциальные функции Ui (в области щ) и Utt (в области уе), согласно условию непрерывности потенциала, должны быть равными .друг другу, т. о. на поверхности 8
^ 0s — ^0s*
(125)
4. На этой же поверхности 8 должно соблюдаться постоянство нормальной составляющей плотности тока:
Рис. 216. К выводу условий, определяющих вид потенциальной функции.
(126)
Распределение электрического поля точечного источника тока в трехмерном проводящем пространство изучено для следующих частных случаев:
однородного изотропного пространства (см. рис. 217);
однородного анизотропного пространства (см. рис. 218);
среды, состоящей из плоско-параллельных слоев различных мощностей и электрических сопротивлений (см. рис. 220, 221 и 226);
коаксиальных — бесконечно длинных цилиндрических слоев (см. рис. 231) при расположении источника тока на их оси.
Первый и второй случаи встречаются в природных условиях чрезвычайно редко, при исследовании мощных однородных изотропных или анизотропных отложений, когда сопротивление этих отложений но отличается от сопротивления бурового раствора, заполпяюпщго скважину, или когда диаметр скважины "по сравнению с размером зонда столь незначителен, что пертурбирующим влиянием, бурового раствора можно пренебречь.
Третий случай наблюдается при исследованиях пластов различных мощностей и сопротивлений в сухих скважинах или в тех случаях, когда измерения дк проводятся с зондами столь большого размера, что влиянием ■бурового раствора и зоны проникновения его в пласт можно пренебречь.
Четвертый случай может иметь место в практике при пересечении пласта весьма большой мощности скважиной, заполненной буровым раствором, сопротивление которого отличается от сопротивления пород, окружаю-
щих скважину. При этом буровой раствор, проникая в проницаемые породы,, может образовать зону (см. рис. 231),,сопротивление которой обычно отличается от сопротивления бурового раствора и исследуемых пород.
Во всех остальных и более сложных случаях залегания горных пород, характер распределения электрического поля в скважине может быть определен лишь приближенным расчетом или при помощи лабораторного моделирования задачи, что выполнено в настоящее время для пластов конечной мощности, конечного и бесконечного сопротивления [114, 116, 120],
§ 53. ОДНОРОДНАЯ И ИЗОТРОПНАЯ СРЕДЫ
Решение задачи о распределении электрического поля в однородной изотропной и безграничной среде в элементарном виде было дано выше- (см. § 1). Это решение может также быть получено путем интегрирования дифференциального уравнения Лапласа (121).
Для этого воспользуемся сферической системой координат, начало которой расположим в центре источника тока А (рис. 217). В однородной среде вслодст. ие сферической симметрии потенциал U любой точки М, удаленной на расстоянии R от начала координат, нс должен зависеть от полярного угла 6 и азимутального угла ip. При этих условиях уравнение Лапласа может быть представлено в следующем более* простом виде:
Рис. 217. Электрическое поле однородной изотропной среде.
1 — линии равного потенциала; 2 — линии электрических сил; з — линии тока.
в
эн ( эй )
(127)
Интегрируя уравнение (127) дважды по R, после первого интегрирования получим
па аи, - эи. р , с R 5R в" С или 5R ~ Е ~t R2 ’
где С — постоянная.
После второго интегрирования будем иметь
((128)
(129)
Постоянную D находят из условия равенства потенциала Г7 нулю в бесконечно удаленных точках. Полагая в формуле (129) R ~ оо и U — 0, получаем D — 0.
Для определения постоянной С вычислим величину полного тока, отдаваемого в окружающее пространство заземлением А. Для этого проведем вокруг точки А сферическую поверхность 5 произвольного радиуса R.
Так как плотность тока
Е_ _1_.L. ^_
(>осШ " у R3
(130)
постоянна в любой точке, расположенной на поверхности сферы, и интегральное значение потока вектора / сквозь поверхность S равняется полной силе тока I, отдаваемого заземлением А, то, следовательно, .
откуда
С.
4л
Подставляя вычисленное значение С в правые части равенств (128), (129) и (130) и полагая в равенстве (129) D = 0, приходим к следующим формулам:
U = ^ ■(«О
Д=4^- .<132>
* = 4лИ« '’^33)
определяющих характер распределения электрического поля, созданного точечным источником тока в однородном изотропном пространстве.
Решая равенство (131) относительно R и полагая U = const, получаем уравнение, определяющее вид эквипотенциальных поверхностей:
R = —= const,
или в прямоугольной системе координат с началом, расположенным в точке Л: '^-l-^ + z2 = ~^у- = const.(134)
Из последних формул следует, что поверхности равного потенциала электрического поля точечного источника тока в однородной и изотропной среде являются сферами, общий центр которых находится в точке А источника тока.(рис. 217).
Линии электрических сил Е и линии тока образуют семейство радиальных прямых, исходящих из точки А и нормальных к эквипотенциальным поверхностям. Величина напряженности электрического поля и плотности тока убывает обратно пропорционально квадрату расстояния R от источника тока до точки, в которой определяется Е и /.
§ 54. ОДНОРОДНОЕ АНИЗОТРОПНОЕ ПРОСТРАНСТВО
Для изучения электрического поля точечного источника тока в однородном анизотропном (слоистом) безграничном пространстве воспользуемся прямоугольной системой координат AXYZ. Начало системы расположим в центре заземления А (рис. 218) и ось Z ориентируем по нормали к плоскостям напластования. Обозначим через gt и Qn удельные электрические сопротивления исследуемого анизотропного пространства по напластованию и в направлении, ему перпендикулярном.
Для определения потенциала 17 в любой точке исследуемой среды с координатами т, у, г напишем значения составляющих Д, Д и Д вектора плотности тока / по осям координат х, у из:
. _ ^х1 , 5Z7
QtQt 8х ’
i=1 9U
УQtQtду’
.Е~ 1QU
^zбпCn8з
Так как по условию задачи во всех точках изучаемого однородного и анизотропного пространства, за исключением начала координат, источники тока отсутствуют, то в этих точках
div /div /Эх 8у ' 8з у/ \ Эх2 ду2 / ' \ gn 8za )Эх 8у ' 8з у/ \ Эх2 ду2 / ' \ gn 8za )(135)(135)
div /
div /
Эх 8у ' 8з у/ \ Эх2 ду2 / ' \ gn 8za )
Эх 8у ' 8з у/ \ Эх2 ду2 / ' \ gn 8za )
(135)
(135)
Рис. 2'18. Электрическое поло в однородной анизотропной среде.Рис. 2'18. Электрическое поло в однородной анизотропной среде.1 — .шииш равного потенциала; 2 — липин электрических сил; 3 — линии тока.1 — .шииш равного потенциала; 2 — липин электрических сил; 3 — линии тока.(136)(136)
Рис. 2'18. Электрическое поло в однородной анизотропной среде.
Рис. 2'18. Электрическое поло в однородной анизотропной среде.
1 — .шииш равного потенциала; 2 — липин электрических сил; 3 — линии тока.
1 — .шииш равного потенциала; 2 — липин электрических сил; 3 — линии тока.
(136)
(136)
Уравнение (135) легко может быть прообразовано в уравнение Лапласа. С этой целью введем новые координаты £, т? и £, связанные с ж, у и я соотно- шони ми:
£=Уу1Х\ n = yoty и £ = У^,
и, произведя в уравнении (135) замену переменных ж, у и z переменными £, т) и £, приводим его к уравнению Лапласа
_yU_ 8aU . 82U_
в системе координат £, у и £.
Интегрируя последнее уравнение, получим формулу, определяющую потенциал электрического поля в анизотропном однородном безграничном пространстве:
f/^ + ^+f2 С р^^жЧлДЯЧ2^ ’
где С — постоянная интегрирования; Я = V QulQt — коэффициент анизотропии среды.
Для определения постоянной С предварительно вычислим полную величину вектора / плотности тока. Определив составляющие Д, /у и Д век-
тора / по осям координат ж,
у и z
Д —
1
8 U
Ох
Qt
1
дх
8U
8v
(ж2
-н/ + хчу1»1
Су
(137)
Ju — “
Qi
1
8у
эи
е‘”
(а;2
+ ?/2 + л2ч3/2 ’
Cz
/z ™ 1
Qn
да
(к2
+ уг +Л2Ч8/2 ’
маходим
; = У]» _(. j» + J» =^l^+j/ + У.(138)
Введем сферическую систему координат ARQip. Начало системы расположим в центре источника тока А и полярную ось направим вдоль оси Z системы AXYZ, т. е. перпендикулярно слоистости исследуемого анизотропного пространства.
При такой ориентации полярной оси
ха + у2 = R2 sin2 О, 2й R2 GOS2 6 и, следовательно.
^/2R2(sin20 +Л2соб20)8/2e®/2R2 [1 4-(Л2 — 1) cos26]8/2 ''
Опишем вокруг заземления А сферу S произвольного радиуса R. Так как весь ток I, эмиссируемый электродом А, пересекает сферу, то
1 = 5 jds = J J /R2 sin OdQdip!(140)
S0 0
где у и 0 — соответственно азимутальный и полярный углы сферической системы координат.
Подставив в правую часть равенства (140) значение j из формулы (139)а введя новую переменную
— V1 "НЯ3 — 1) cos® 0 cos 6
и проинтегрировав ее, получим
2л л—Л
jС /* Рsin OdQdxp2лС Р dt4лС
” е?/а J J fi + (^ — i)cosae]8/2 ””ё?/я J <‘-"ё^и’ О ОX
откуда
и, следовательно [см, формулу (136)],
Ie™
4^1» Ух» + у2 + ХЧй4лН /1 + (Л2 — 1) cos2 6 *
где 0Ш=]/^П^ —среднее удельное электрическое сопротивление ани» зотропной среды.
Таким образом, в однородной анизотропной среде потенциал U электрического поля убывает обратно пропорционально расстоянию R от источника тока, причем коэффициент пропорциональности -^^ jy^ для заданных вначений Qm и Я зависит от направления (угла 0), вдоль кото* рого изучается характер изменения потенциала от расстояния R.
Из формулы (141) также следует, что равнопотенциальные поверхности удовлетворяют условию
х» 4- У2 + Я2я= =const,(142)
е. представляют собой эллипсоиды вращения вокруг оси Z (см. рис. 218). Величины радиальной составляющей Ек напряженности электриче-
23 заказ 71-4.
ского поля и плотности / тока в однородном анизотропном и безграничном пространстве определяются уравнениями
R dR 4лПа /1 + (Я»— 1)cos»9(
и
• =z/2^ =п f
7 to (я» + у» + Я»2»)’/а 4лП» [1 + (Я» — 1) cos» 0]8/а 8' 47
Таким образом, радиальная составляющая напряженности Е электрического поля и плотность / тока убывают обратно пропорционально квадрату расстояния от источника тока с коэффициентами пропорциональности -"'(для ЕЛ и —^-,7- (для/), зависящими 4л/1 + (Л» —l)cos»9 V4л[1+(Я» —l)cos»6]8/a v и
от направления (угла 0^ вдоль которого изучается характер изменения Еи и / от расстояния до -источника тока А.
Линии электрических сил ортогональными эквипотенциальным поверхностям и образуют в анизотропном пространстве семейство кривых, исходящих от источника тока Л (см. рис. 218).
Линии тока, как это видно из равенств (137)э удовлетворяют условию
/« _ /у _ 7z® у а
' Следовательно, линии тока прямолинейны (см. рис. 218) и не совпадают с направлением линий электрических сил во всех точках анизотропного пространства, за исключением точек, расположенных в плоскости XV и по оси Z.
В любой точке М, находящейся па 'расстоянии R = L от электрода Л по оси Z* фиктивной скважины (бесконечно малого диаметра), пересекающей слоистые (анизотропные) породы под углом л/2 — а(л/2 — 0)г, потенциал
Ьт 16тУ, -- ■• ” 4л; R /1 4- (Я» — 1) cos” 9ItoL /1 +7я»-Л)соз» 9 *
Подставив найденное значение потенциала U вправую часть равенства (20), получаем формулу, определяющую величину кажущегося сопротивления анизотропной среды, измеренного идеальным потенциал-зондом
», = ыД„-г^", -=.(145)
1/ГТ(1» —l)cos«a'
Для определения кажущегося сопротивления анизотропной среды идеальным градиент-зонд ом предварительно вычислим напряженность Е электрического поля в точке М, расположенной на расстоянии В = L от источника тока:
И _8и\7
\ dR 'н-ь 4л£«/1 + (Я» —l)cos»a *
Подставив значение Е в правую часть равенства (22) . получим
'==(I*6)
Iyi + (Я* — 1) еоз» а
a — угол между плоскостью, перпендикулярной оси скважины, и плоскостью напластования; при вертикальной скважине угол а равен углу падения пород.
При конечных расстояниях между электродами Л, М и N формула для расчета кажущегося сопротивления анизотропной среды будет следующей:
4лНамПллг ду
6к та п " г •
При расположении электродов Л, М и N на одной прямой
_ ^^АМ RAH UM—UNкк _—
nAN nAM 1
= Z^AM^ANiQm/£_\ ==
Ran “ ram 4л7 УЧ + (A2—1) cos2 6 VWRA^/ K'l + (^2-^l) cos2 0 *
Из сопоставления формул (145), (146) и (147) следует, что кажущееся сопротивление однородной анизотропной среды
но зависит от типа и размера L зонда, с которым определялось кажущееся сопротивление; 2) пропорционально среднему удельному сопротивлению qm этой среды и 3) зависит от коэффициента анизотропии Я и направления (угла а), в котором измерялось дк.
В частных случаях:
при измерении кажущегося сопротивления по перпендикуляру к напластованию горных пород (а = 0)
Рк (а=о) ~ Ркп == QmjX = р<;(148)
при измерении кажущегося сопротивления вдоль напластования пород (а = зт/2)
Q I я \ ~ ^к< = 6т== VМР — Я^кп = Я^б(149)
К I а=~-1
Так как Я >1, то из последних двух формул следует, что кажущееся сопротивление ркп, измеренное по нормали к напластованию пород, меньше кажущегося сопротивления QKt, измеренного по напластованию пород. Несоответствие между характером изменения кажущихся сопротивлений и характером изменения истинных сопротивлений, для которых рп > Р^ называется парадоксом анизотропии.
Парадокс анизотропии физически объясняется повышением плотности- тока по напластованию горных пород (в связи с повышенным значением электропроводности вдоль этого направления) и уменьшением плотноста тока в направлении, перпендикулярном напластованию.
При этом, как легко убедиться,
IX
LL =дз Рп
,/п IX .. Gt
4лН2А3
и, следовательно,
HQt __ 3 InGw _
/о/о
что соответствует равенству (149), и так как Я > 1, то
QbI 2> Ркп-
На рис. 219 приведены кривые, иллюстрирующие зависимость £К от а гари Я -- const и уи от Я при а = const.
Формулы (148) и (149) имеют большое значение для практики.
Во-первых, в связи с том, что большинство осадочных горных пород .анизотропно и чаще всего (за исключением направленного бурения и бурения скважин па крутых крыльях) пересекаются скважинами под углами Д (близкими к эт/2) к их напластованию, истинное сопротивление этих пород, определенное по данным кажущихся сопротивлений, будет незначительно отличаться от сопротивления, изморенного перпендикулярно напластованию. Последнее, согласно формуле (148), численно равно удельному сопротивлению исследуемых пород в направлении напластования. Как следствие этого,
Рис. 219. Зависимость отношения qkIдт от Я и а, а — от Я при а » const (шифр кривых); б -— от а при Я = const (шифр кривых).
при изучении удельного сопротивления образцов пород и их зависимостей от коллекторских свойств и нофтепасыщсиия пород наибольшее практическое значение имеют измерения сопротивления образцов пород, выполненные по напластованию.
Во-вторых, в достаточно однородных и анизотропных отложениях при переходе от свода структур, где скважины пересекают отложения под прямыми углами (^ = л;/2), к крыльям структур, где скважины входят в пласт под углом /9<л:/2, будет наблюдаться увеличение кажущегося сопротивления.. .Это дает возможность в благоприятных условиях устанавливать положение скважины относительно свода структуры.
§ 55. СРЕДЫ С ПЛОСКО-ПАРАЛЛЕЛЬНЫМИ ПОВЕРХНОСТЯМИРАЗДЕЛА. РЕШЕНИЕ ЗАДАЧИ МЕТОДОМ ЗЕРКАЛЬНЫХИЗОБРАЖЕНИЙ
Формулы, определяющие потенциал электрического поля в средах с плоско-параллельными границами раздела, могут быть получены: а) непосредственным интегрированием дифференциального уравнения Лапласа и б) методом зеркальных изображений Томсона [130].
Первый способ более универсален. Он позволяет определять электрическое поле во многих случаях даже при сравнительно сложной структуре изучаемого пространства. Этим способом мы воспользуемся в дальнейшем, при изучении электрического поля в многослойных средах. В более простых случаях двух однородных и изотропных полупространств 1 и 2 (см. рис. 220), разделенных бесконечной плоскостью, а также при наличии двух плоских
бесконечных границ, разделяющих три порознь однородные и изотропные среды (см. рис. 226), задачу распределения электрического поля целесообразно решать методом зеркальных изображений, так как этот метод дает возможность более наглядно уяснить физическую сущность наблюдаемых явлений.
ОДНА ГРАНИЦА РАЗДЕЛА
При одной бесконечной плоской границе, разделяющей два порознь однородных и изотропных полупространства, заполненных средами упольных сопротивлений ^ и р2 (рис. 220), потенциал электрического поля в каждой средо можно определить методом зеркальных изображений, исходя из следующих положений.
Условия непрерывности электрического поля и граничные условия 1—4 (§ 52) будут выполнены, если предположить следующее.
Рис. 220. Схемы зеркальных изображений источника тока при наличии одной плоской поверхности раздела сред.Рис. 220. Схемы зеркальных изображений источника тока при наличии одной плоской поверхности раздела сред.
Рис. 220. Схемы зеркальных изображений источника тока при наличии одной плоской поверхности раздела сред.
Рис. 220. Схемы зеркальных изображений источника тока при наличии одной плоской поверхности раздела сред.
В среде 2, в которой находится источник тока, потенциал электрического поля будет таким, как в случае однородного безграничного пространства, заполненного средой с сопротивлением, равным сопротивлению полупространства, в котором находится источник тока, при условии, что, кроме этого источника тока, в точке, являющейся зеркальным изображением точки А в плоскости Р раздела сред, находится второй фиктивный источник тока 4', отдающий некоторый ток Г.
В среде 2, в которой источник тока А отсутствует, потенциал электрического поля будет таким, как будто все исследуемое пространство безгранично и заполнено этой средой, но источник тока А при этом отдает фиктивный электрический ток 7"
Обозначая через R и R' расстояния от источников тока А и А' до точек Мг и Му в которых определяется потенциал электрического поля, получим:
(150)(151)(150)(151)для среды 1 (точка Л^)
(150)
(151)
(150)
(151)
4лН4лН- и 1 " 4л R для среды 2 (точка М«^
4лН
4лН
* Верхний индекс у символа U обозначает среду, в которой находится питающий заземлитель, и нижний —сроду, где расположен измерительный электрод. Эта система обозначений сохраняется и далее.
(152)(152)Для определения фиктивных токов Г и I" воспользуемся пограничными условиями (125) и (126). С этой целью положим в формулах (150) и (151) В = И' и, приравняв их правые части друг другу, напишем
(152)
(152)
е1(7+П = е27".
Далее возьмем производные по нормали от равенств (150) и (151) и, разделив соответственно первую на рх и вторую на р2 получим
■1 .9U^ = 1а_ ^^ . dR' =
Pi дп 4л 5R dn "Г" dR' dn J
L / 7 . ^R I 7' . dR' \.,. -д.
~ 4л ^R2 dn R'a dn ) и
I*
1 8U^1 9 IT dR Г dR(ДС.ЛХ
ga дп “ 4л 0R dn ~ " 4лR^ dn *
Так как для точек, расположенных па границе раздела В. = R* и ^- = —^~, то, приравняв правые части равенств (153) и (154) друг другу, получим выражение
(155)
Решая совместно уравнения (152) и (155) относительно.*/' и /', находим следующие формулы:
Г =Г =52 — 5161 4“ 6252 — 5161 4“ 621 = М,1 = М,
Г =
Г =
52 — 51
61 4“ 62
52 — 51
61 4“ 62
1 = М,
1 = М,
/- = о _ «"^р = -^~/ = (1—у /.
\61 + б2/61+б2 V W
Коэффициент к1й =Коэффициент к1й =как бы определяет часть тока /,как бы определяет часть тока /,отраженотражен
Коэффициент к1й =
Коэффициент к1й =
как бы определяет часть тока /,
как бы определяет часть тока /,
отражен
отражен
ного поверхностью раздела в среду 1, а коэффициент 1 —кг4 = 17+52 — часть тока, пропущенного этой поверхностью. Поэтому в дальнейшем коэффициент кга будет условно называться коэффициентом отражения, а коэффициент 1 — к1й условно — коэффициентом пропускания тока границей раздела сред 1 и 2. В частности, если р2 = со, /с12 = 1 и 1 — А^ = 0. В этом случае весь ток будет отражаться границей раздела (средой 2^, в среде 2
токовое поле будет отсутствовать и в среде 1 в точках, достаточно удален
ных от источника тока, плотность тока будет в два раза больше, чем в случае однородного изотропного пространства. При идеально проводящей среде 2 (р2 = 0) Л12 = —1 и 1 — &12 = 2. В этом случае токовые линии не только не будут отражаться границей раздела, а, наоборот, будут полностью втягиваться средой 2. При этом весь ток, вместо того чтобы растекаться от источника тока в телесном угле, равном 4л, будет протекать в среду 2 и распространяться в ней в телесном угле, равном 2л, что будет эквивалентным отдаче источником А фиктивного тока удвоенной силы.
Подставляя найденные значения Г и Г' в формулы (150) и (151), получим искомые значения потенциала: в среде 1
ttW __ Qi^ / 1 । ^12 \ QiJ / 1 । 6а — 611 \
4л R IV J4л В. 614- ga * IV j ’
в среде 2
6а/_ /412g 10а I
4л' R “4л(е1+еа)*Х*
Для дальнейших исследований введем прямоугольную систему координат AXYZ. Начало этой системы поместим в центре источника тока А (см. рис. 220) и ось Z ориентируем перпендикулярно плоскости раздела сред.
Потенциал электрического поля в точках, находящихся на расстоянии L от источника тока на оси Z' воображаемой скважины бесконечно малого диаметра, проведенной под углом а к оси Z (при вертикальной скважине угол а равен углу падения плоскости раздела сред), определится следующими выражениями:
в среде Iх
ГГ(1) „ 61/ Г 1.1
if 1 ". v - 1 J™———• I I ГН III —Л„— ——»—IIIHHI-UI—.» I—1.1 ■—ИШ ми- I •■—I—
" 4л L -б 1sin а 4~ (2гх ^ L cos а)2 J
= Г;(156)
4л/Д2-j-4 (г/41)2/cos2 а J''
в среде 2
и" >,(157)
* 4л (ei4-e2)b''
где гг и z/ —соответственно расстояния от источника тока до поверхности раздела сред по осям координат Z и Z*.
При расположении заземления А в среде 2 и электрода М в средах 1 и 2 потенциал U определяется соответственно следующими формулами;
2gigа/4л (gi 4- ga) L2gigа/4л (gi 4- ga) L^р _ (1 — Wei/14л2|^р _ (1 — Wei/14л2| ^21■j/£24-4(ziz ф L^Z cos2 a ^21■j/£24-4(ziz ф L^Z cos2 a(158)(159)(158)(159)
2gigа/
4л (gi 4- ga) L
2gigа/
4л (gi 4- ga) L
^р _ (1 — Wei/
14л2|
^р _ (1 — Wei/
14л2|
^21
■j/£24-4(ziz ф L^Z cos2 a
^21
■j/£24-4(ziz ф L^Z cos2 a
(158)
(159)
(158)
(159)
где /с21 = -^-r-”- = — kw
62 +ei
Беря производные от равенств (156), (157), (158) и (159) по L, находим значения напряженности электрического поля в точках, находящихся на оси Z':
= — — — gl/ f 1 I W^?2^ cos2 а) )
&L • 4л [L24-4(z/T/) z/cos2a]8/2J ’
,m _^ _ (1-^12)62/ 2giga/
'28L ”4л£2“ 4л(е14-б2)£2 *
ыз) ^ _ (1 -М ej __2е1е2/
— аь ~4л£2” 4л(е1 + еа)£а ’
= _ ^vL_ e^L LL ___М^±2z1'cos2«))
~ dL~ ~ "4л УГУ -Г" [£2^4 (z/^Z,) я/совз а]8/2) '
На рис. 221 приведена картина потенциального и токового поля блив поверхности раздела двух сред при р2 > рх (а) и при p2<pt (б).
Как видно из рис. 221, близ границы раздела равиопотенциальные поверхности втягиваются покрывающей средой высокого сопротивления (см. рис. 221, а) и сжимаются средой низкого сопротивления (см. рис. 221, б). Токовые линии и линии электрических сил, наоборот, отклоняются средой высокого сопротивления и втягиваются средой низкого сопротивления.
Рис. 221. Схема электрического поля у поверхности раздела двух сред.
1 — линии тока; 2 — линии равного потенциала.
В среде, в которой отсутствует источник тока, равнопотенциальные поверхности являются сферами с центром в точке А; линии тока и электрических сил радиальпы, что находится в соответствии с формулой (157).
Для определения кажущегося сопротивления подставим значения llV\ U^\и^ U^ и Е^, Е^\Е& и Е^ В формулы (20) и (22), выражая при этом расстояние zt в размерах L зонда и обозначая отношение -£- через С. Ниже приведены значения рк, полученные при замерах с потенциал- и гра- диент-зондами.
П о т е и ц и а л «з о н д
Заземления А и М находятся в среде 1: тг(1) Г1"
p^i = W, -у- = 1 + -==2^==^^ рх. Г(160)
’1 L Kl-HOlRcos’a7
Заземление А паходйтся в среде К’иЪлектрод М— в среде 2:
. да^Шд^-”^-^2’”^?'(161)
Заземление А установлено в среде 2 и электрод М '— в среде 1:
да = №^ = <1-м^ ^7-t(i62)
Заземления А и М находятся в среде 2:
(2)4л LU^Qk, 2 =у=(2)4л LU^Qk, 2 =у=уГ-р^Щсоз^ауГ-р^Щсоз^а(163)(163)
(2)4л LU^
Qk, 2 =у=
(2)4л LU^
Qk, 2 =у=
уГ-р^Щсоз^а
уГ-р^Щсоз^а
(163)
(163)
Градиент-зонд
Заземления А, М и N находятся в среде 1;
, то ^1^I ^12 (1 Т2С cos2 a)
1 I [1-H(W)£ C0S2a]s/2 )Л
Заземление А находится в среде 2, электроды М и N — в среде 2: е<,‘>2 = 4лу41 = (1-^1)е2 = -5у^7-(185}
Заземление А находится в среде 2, электроды М и N — в среде 1: 8£\ = №^ = (l-k^8i = -^;.(166)
Заземления Л, М и N находятся в среде 2:
/ та ^2 (л I ^21 (1±2£cos® а) )/лет.
7) ^[1-р(£± i)£Cos2a]8MV '
В частном случае, когда ось Z' пересекает перпендикулярно границу раздела сред (а = 0, cos а = 1), каянущесся сопротивление будет выражаться следующими формулами. Электроды зонда находятся в среде 1:
для потенциал-зонд а
eti = (l + -2^r)ffi,(168)-
для градиент-зопда'
^‘.’^[l Tipper] ft-(169).
Электроды зонда находятся в среде 2:
для потенциал-зонда
.^ = (1 + 2^4) ft;(170)
для градиент-зонда
.^-[idip^rlft.(171)
Если электрод А находится в среде 7, а электрод М (MN) ** в среде 2 или наоборот, то как для потенциал-, так и градиент-зонда
Из формул (161), (162), (165), (166), и (172) следует, что в тех случаях, ■когда питающий и измерительные электроды находятся в разных средах^ замеренное кажущееся сопротивление
2 ^а
2610201^2,1
~ 014-02™^ 0я ^“l+^.l
где ^2,1 = -у-, не зависит от размера и типа зонда, а также угла 0 = —— а, под которым зонд пересекает границу раздела.,
Когда ось Z* проходит параллельно границе раздела, то при измерении кажущегося сопротивления потенциал-зондом, расположенным в среде 1»
рк = [1+i^L==-l 5i(173)
1 /L2-]-(2z1)a J 1'
и в тех же условиях при измерениях рк градиент-зондом
Из всех приведенных выше формул следует, что величина кажущегося сопротивления пропорциональна удельному сопротивлению среды, в которой находятся измерительные электроды зонда. При этом, как легко убедиться из сопоставления правых частей приведенных выше формул с правыми частями формул (105) и (109), коэффициент пропорциональности равен отношению действительного значения плотности / тока к его величине /0 в однородной среде. Это отношение не зависит от силы / тока, эмиссируомого источником. Когда питающий и измерительный электроды зонда находятся в разных средах, величина кажущегося сопротивления [см. формулы (160), (163), (164), (167), (168), (169), (170) и (171), а также формулы (173) и (174)1 зависит не от абсолютного значения расстояния z1 до поверхности раздела »сред lzx в формулах (173) и (174)] и размера L зонда, а от их соотношения Zi /L.
На рис. 22 2, 223, 224 и 225 приведены кривые кажущегося сопротивле* 'ния, рассчитанные по приведенным выше формулам. Из этих кривых следует, что по мере приближения потонциал-зонда и последовательного гра- диепт-зонда к среде высокого сопротивления (рис. 222, а и 223, а, зонд .движется снизу вверх) кажущееся сопротивление постепенно возрастает. В момепт пересечения границы раздела заземлением А е„ = ^L. [фор- пулы (162) и (166)].
Далее, до пересечения поверхности раздела приемными электродами М ‘(потенциал-зонд) или электродами М и N (градиент-зонд), кажущееся сопротивление остается постоянным (равным-~^-j. После пересечения поверхности раздела электродом М и при дальнейшем продвижении потепциал- •зонда на кривой рн наблюдается плавное увеличение кажущегося сопротивления (см. рис. 222, а), причем кажущееся сопротивление асимптотически приближается к сопротивлению покрывающей среды. На кривой кажущегося 'сопротивления, зарегистрированной последовательным градиент-зондом (рис. 223, а), при пересечении поверхности раздела электродами М и N, отмечается скачок кажущегося сопротивления с последующим постепенным
-снижением его до величины, равной истинному удельному сопротивлению покрывающей среды, Кривая рк для обращенного градиент-зопда имеет иную конфигурацию (рис. 224, <2). По мере приближения обращенного гра- диепт-зонда к поверхности раздела кажущееся сопротивление понижается. Затем, при пересечении границы раздела электродами М и N, кажущееся сопротивление увеличивается до величины, определяемой формулой (172), и до пересечения границы раздела заземлением А остяется постоянным;
Рис 222. Теоретические кривые кажущегося сопротивления для случая пересечения потенциал-зонд ом (MN —► —► ос) границы двух сред.
а — С1 < б2; б — ci > 02. Пунктиром даны графики удельногосопротивления сред.
длина участка с постоянным значением @к равна размеру зонда L = АО ^МОу После перехода заземления А в докрывающую среду кажущееся сопротивление плавно возрастает и асимптотически достигает истинного сопротивления 02 этой среды. При переходе зондов из среды высокого сопротивления кривые 5к имеют вид, изображенный на рис. 222, б, 223, б и 224, б. Характерные участки кривых ук (точки максимума, минимума и положение площадок равных сопротивлений) дают возможность определить местонахождение границы раздела сред. Подробно это излагается в курсе интерпретации результатов геофизических исследований скважин [6, 7],
Уменьшение величины угла Р = у — а, под которым ось Z' пересекает поверхность раздела, приводит к сглаживанию кривых кажущегося сопротивления, том большему, чем меньше Р или больше угол а (рис. 225).
Решение задачи о распределении электрического поля в случае одной плоской поверхности раздела методом непосредственного интегрирования дифференциального уравнения Лапласа в виде примера будет изложено в следующем параграфе.
Рис, 223. Теоретические кривые кажущегося сопротивления для случая пересечения последовательным градиент-зов дом (MN —► 0) границы двух сред.
а — ei < <?2 (оз = 1 о-м лО; б — 62 '< 01 (ез = 1 oju jh). Пунктиром даны гра-фики удельных сопротивлений сред.
ДВЕ ГРАНИЦЫ РАЗДЕЛА
Задача сводится к определению потенциальных функций в трех порознь однородных и изотропных средах 1, 2 и 3 с сопротивлениями рх, р2 и р3г отделенных друг от друга двумя плоско-параллельными поверхностями раздела Р и Q. Для решения задачи воспользуемся цилиндрической системой координат, начало которой расположим в центре источника тока •— точке 4 (рис. 226). Ось Z системы ориентируем перпендикулярно плоскостям Р и Q. Допустим, что ось Z' воображаемой скважины бесконечно малого диаметра пересекает плоскости раздела сред под углом встречи пласта Р = = -^—а. При вертикальной скважине угол а соответствует углу падения плоскости раздела сред. Вдоль оси Z* передвигаются питающее заземление 4 и измерительные электроды М и N. Предположим также, что мощности сред 1 и 3 бесконечно велики и среда 2 (пласт) имеет ограниченную мощность й.
Еслц источник тока 4 отдает в окружающее пространство ток силой I и находится в среде 1 на оси воображаемой скважины (рис. 226, а) на рас-
Рис. 224. Теоретические кривые, кажущегося сопротивления для случая пересечения обращенным градиент-зонд ом (MN —► 0) границы двух сред.Рис. 224. Теоретические кривые, кажущегося сопротивления для случая пересечения обращенным градиент-зонд ом (MN —► 0) границы двух сред.
Рис. 224. Теоретические кривые, кажущегося сопротивления для случая пересечения обращенным градиент-зонд ом (MN —► 0) границы двух сред.
Рис. 224. Теоретические кривые, кажущегося сопротивления для случая пересечения обращенным градиент-зонд ом (MN —► 0) границы двух сред.
-а — 62 > 01 (01 =• 1 ом м); б — 01 > ой (02 = t ом м). Пунктиром даны графики удельных сопро-тивлений сред.
стоянии 21 от подошвы Р пласта, то для соблюдения пограничных условий на плоскости Р необходимо, чтобы в среде 2 на оси Z в точке с координатой 2^ = 2zjcos а был бы расположен фиктивный источник Л12) тока силой 1гк1й. Источник тока 4^2) создаст в среде 1 дополнительный потенциал
^2) =^2) =4л уТа^йп^сГ+ТЗ^^ ’4л уТа^йп^сГ+ТЗ^^ ’
^2) =
^2) =
4л уТа^йп^сГ+ТЗ^^ ’
4л уТа^йп^сГ+ТЗ^^ ’
где L — расстояние между источником тока А и точкой М, в которой определяется потенциал электрического поля.
Рдс. 225. Кривые кажущегося сопротивления при пересечении потенциал- и градиент-зондами наклонно залегающих пла-стов.
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ СКВАЖИН
Р^с. 226. Схему: зеркальных изображений источника тока при наличии двух плоско-параллельных поверхностей раздела сред.Р^с. 226. Схему: зеркальных изображений источника тока при наличии двух плоско-параллельных поверхностей раздела сред.
Р^с. 226. Схему: зеркальных изображений источника тока при наличии двух плоско-параллельных поверхностей раздела сред.
Р^с. 226. Схему: зеркальных изображений источника тока при наличии двух плоско-параллельных поверхностей раздела сред.
При введении фиктивного источника тока Л12) пограничные условия н& границе Р будут соблюдены полностью, причем электрическое поло в сред® 2 будет таким, как будто все изучаемое пространство однородно и изотропно и заполнено этой средой, но источник тока, находящийся в точке Л, отдает в окружающее пространство фиктивный ток 7(1—/с12).
Для соблюдения граничных условий на границе Q необходимо наличие в среде 3 фиктивного источника Л i3), отдающего ток
Д8> = 41 -к^к^,
где
Этот источник тока должен быть расположен на оси Z в точке Л ^3) с координатой z — 2 (А + z/cosa), т. е. на расстоянии от границы Q^ равном расстоянию до этой границы от источника тока Л.
Наличие источника тока Л !3) нарушит граничные условия па поверхности раздела Р. Для соблюдения этих условий в среде I потребуется новый фиктивный источник тока Л^° силой I (1— /с12) к^к^ гДе
51 5а L
Этот источник должен быть расположен на оси Z в точке с координатой 2 е* •— 2k»
Присутствие фиктивного источника тока Л ^нарушит пограничные условия на границе Q и для их выполнения потребует наличия в среде 3 нового фиктивного источника Л ^3), отдающего ток силой / (1 — к^)кмкпк23 и находящегося на оси Z в точке с координатой z — 2 (2h -}- гД — 2(2h + + Zt cosa). Продолжая подобные рассуждения, далее приходим к следующему выводу: для соблюдения пограничных условий на границах Р и Q требуется наличие двух серий фиктивных источников тока, расположенных по' оси Z в средах 1 и 3. В среде 1 каждый из этих источников тока Л^^ (н = 1, 2, 3 . . .) находится в точке с координатой z^ = — 2nh и отдает в окружающее пространство фиктивный ток 1п\ равный I (1 — кх^ (кыкъз)п. В среде 3 фиктивные источники тока Лп3) (и = 1, 2, 3. , ,) располагаются в точках с координатами
Zn3> = 2 (nA + z'tcos a)
и эмиссируют токи
7^3) = 1Ц_
Электрическое поле в среде 1 будет таким, как будто все исследуемое пространство однородно и безгранично и заполнено средой с сопротивлением щ, нов нем, кроме действительного источника тока Л, расположенного в начале координат (z = 0), на оси Z находятся:
в точке с крординатой z2 = 2zt = 2zi cos а фиктивный источник тока Л^, эмиссирующий ТОК СИЛОЙ Z/ci2, и
в точках с координатами 2^ = 2 (nh + zt) = 2 (^nh + z* cos a) фиктивные источники Л^3), отдающие токи 1^\ соответственно умноженные на коэффициент пропускания тока из среды 2 в среду 1 границей Р, т. е. на 1 — /си = 1 + /л 2.
При определении потенциала в среде 1 фиктивные источники тока4п\ находящиеся в этой среде, но должны учитываться, так как при их учете потенциальная функция будет обращаться в бесконечность в точках расположения этих источников, т. е. в точках, имеющих координаты z^ = —2nh, что противоречит физическим условиям задачи.
Таким образом, потенциал электрического поля в точке М, лежащей на оси z' в среде 1 на расстоянии L от заземления 4, будет иметь следующий вид:
^18^18^12)^23 X^12)^23 X
^18
^18
^12)^23 X
^12)^23 X
П=”ООX V 5^МП-1п«*1П=”ООX V 5^МП-1п«*1Qil ( 1 ।^12^ I //ЛзЩ’а + ^/ЯР^созЯаQil ( 1 ।^12^ I //ЛзЩ’а + ^/ЯР^созЯа
П=”ОО
X V 5^МП-1
п«*1
П=”ОО
X V 5^МП-1
п«*1
Qil ( 1 ।^12
^ I //ЛзЩ’а + ^/ЯР^созЯа
Qil ( 1 ।^12
^ I //ЛзЩ’а + ^/ЯР^созЯа
п—оо+ (1 —■ /1*12) ^28 2 п—1п—оо+ (1 —■ /1*12) ^28 2 п—1УV sin2 а 4" V^1 4" (^i' ~F ^) cos а1® 9УV sin2 а 4" V^1 4" (^i' ~F ^) cos а1® 9(175)(175)
п—оо
+ (1 —■ /1*12) ^28 2 п—1
п—оо
+ (1 —■ /1*12) ^28 2 п—1
УV sin2 а 4" V^1 4" (^i' ~F ^) cos а1® 9
УV sin2 а 4" V^1 4" (^i' ~F ^) cos а1® 9
(175)
(175)
где АМ, А^М и А^М — расстояния от точки М до действительного (в среде I) и фиктивных источников тока (в средах 2 и 3).
В среде 2 потенциал электрического поля будет таким, как будто все исследуемое пространство однородно, безгранично и заполнено этой средой (с сопротивлением ра), но в нем, кроме действительного источника тока 4, отдающего фиктивный ток I (1 — Ап), находятся серии фиктивных источников тока 4„ > и 4п'\ соответственно расположенных в средах 1 и 3 и эмиссии рующих указанные выше токи. При этих условиях в среде 2 потенциал электрического поля
* 4л 4* 4л 471*00■у С^М1-^ 4*>м71*00■у С^М1-^ 4*>мI п=ооI п=оо71* 171* 1(^21^21)^^л^Тм(^21^21)^^л^Тм
* 4л 4
* 4л 4
71*00
■у С^М1
-^ 4*>м
71*00
■у С^М1
-^ 4*>м
I п=оо
I п=оо
71* 1
71* 1
(^21^21)^^л^Тм
(^21^21)^^л^Тм
п»«оо
61 / (Л и X f (^21^2з)П 1
4л '12' |^^[£аз1п2а-j-(2n/i-J-Lcosa)2]^ "*"
(176)*(176)*у(W^s) 11
(176)*
(176)*
^^ У^а sin2 а 4» {2«Л-|-(^i'—Z)cosaj2 /
t$ среде о потенциал электрического поля будет таким, как и в случае однородного изотропного безграничного пространства с сопротивлением р3, в котором, кроме действительного источника 4, отдающего ток I (1 — /сп)Х X (1^— /с2з), находится серия фиктивных источников 4^^ с токами 1^\ равными I (1 —- kt^ (1 — М (ЛАзУ^ гДе 1 — Ьз — коэффициент пропускания тока 1^ границей Q.
При этом потенциал электрического поля
еД 4леД 4л(l-^jd-^,,,) У B^aL =(l-^jd-^,,,) У B^aL =п=со4л^^ у La sin2 а-|-(2п/д-|—^ cos а)2п=со4л^^ у La sin2 а-|-(2п/д-|—^ cos а)2(177)*(177)*Беря с обратным знаком производные по L от равенств (175), (176) и (177), получаем выражения для составляющих по оси Zi напряженностей электрического поля Е^, Е^ и EV^ в точках М, расположенных на этой оси в средах 7, 2 и 3, когда действительный источник тока А находится в среде 1:Беря с обратным знаком производные по L от равенств (175), (176) и (177), получаем выражения для составляющих по оси Zi напряженностей электрического поля Е^, Е^ и EV^ в точках М, расположенных на этой оси в средах 7, 2 и 3, когда действительный источник тока А находится в среде 1:Е\^= —Е\^= —9U^^ Qil / 1L т 2Z/ COS2 а8L — 4л12 ^Ч\йЧ + (2z/^Z,)2 cos2 a]8/z9U^^ Qil / 1L т 2Z/ COS2 а8L — 4л12 ^Ч\йЧ + (2z/^Z,)2 cos2 a]8/zn=ao+ (1 — A12) ^23 X71=1n=ao+ (1 — A12) ^23 X71=1^^ЧаТ 1 {Z^ [2nZi + 2z/ cos a] cos a)(Z2 sin2 a + [2n/i + ^'^Ц cos a]2}8/2^^ЧаТ 1 {Z^ [2nZi + 2z/ cos a] cos a)(Z2 sin2 a + [2n/i + ^'^Ц cos a]2}8/2(178)(178)4n =4n =_ dU^ = ^Z n k X Cv Q4Mn {L-V^h^a)9L 4л 12' \[£2 gin2 a _|_ ^nh -VL cos a)2]8/2_ dU^ = ^Z n k X Cv Q4Mn {L-V^h^a)9L 4л 12' \[£2 gin2 a _|_ ^nh -VL cos a)2]8/2у J^i^®12_L1^izzJj^^^ U2sin2a + [2n/t+ (2z/ — L) cosa]2)8/2/ ’у J^i^®12_L1^izzJj^^^ U2sin2a + [2n/t+ (2z/ — L) cosa]2)8/2/ ’(179)(179)
еД 4л
еД 4л
(l-^jd-^,,,) У B^aL =
(l-^jd-^,,,) У B^aL =
п=со
4л^^ у La sin2 а-|-(2п/д-|—^ cos а)2
п=со
4л^^ у La sin2 а-|-(2п/д-|—^ cos а)2
(177)*
(177)*
Беря с обратным знаком производные по L от равенств (175), (176) и (177), получаем выражения для составляющих по оси Zi напряженностей электрического поля Е^, Е^ и EV^ в точках М, расположенных на этой оси в средах 7, 2 и 3, когда действительный источник тока А находится в среде 1:
Беря с обратным знаком производные по L от равенств (175), (176) и (177), получаем выражения для составляющих по оси Zi напряженностей электрического поля Е^, Е^ и EV^ в точках М, расположенных на этой оси в средах 7, 2 и 3, когда действительный источник тока А находится в среде 1:
Е\^= —
Е\^= —
9U^^ Qil / 1L т 2Z/ COS2 а
8L — 4л12 ^Ч\йЧ + (2z/^Z,)2 cos2 a]8/z
9U^^ Qil / 1L т 2Z/ COS2 а
8L — 4л12 ^Ч\йЧ + (2z/^Z,)2 cos2 a]8/z
n=ao
+ (1 — A12) ^23 X
71=1
n=ao
+ (1 — A12) ^23 X
71=1
^^ЧаТ 1 {Z^ [2nZi + 2z/ cos a] cos a)(Z2 sin2 a + [2n/i + ^'^Ц cos a]2}8/2
^^ЧаТ 1 {Z^ [2nZi + 2z/ cos a] cos a)(Z2 sin2 a + [2n/i + ^'^Ц cos a]2}8/2
(178)
(178)
4n =
4n =
_ dU^ = ^Z n k X Cv Q4Mn {L-V^h^a)
9L 4л 12' \[£2 gin2 a _|_ ^nh -VL cos a)2]8/2
_ dU^ = ^Z n k X Cv Q4Mn {L-V^h^a)
9L 4л 12' \[£2 gin2 a _|_ ^nh -VL cos a)2]8/2
у J^i^®12_L1^izzJj^^
^ U2sin2a + [2n/t+ (2z/ — L) cosa]2)8/2/ ’
у J^i^®12_L1^izzJj^^
^ U2sin2a + [2n/t+ (2z/ — L) cosa]2)8/2/ ’
(179)
(179)
(180)(180)eaZ H , W/| r . у (кйзМУЧЬ-У^Ь cos a)
(180)
(180)
4л '^28 n”j [Z2sin2a + (2n/i+Zcosa)2]8/2 '
Если источник тока А расположить в среде 2 на расстоянии zt от поверхности Р (см. рис. 226,6), то для соблюдения пограничных условий па поверхности Р необходимо, чтобы в среде 1 в точке с координатой — 2zt' cos a находился фиктивный источник тока Л^ силы Z^ = ikn. Для соблюдения пограничных условий на поверхности Q потребуется наличие в среде 3 на оси Z другого фиктивного источника тока Л}3), расположенного в точке с координатой z == 2 (А — z^ = 2 (h — zt cos <х) и отдающего ток I^ = = Ikla. Наличие фиктивных источников тока Л.1^ и Л S3^потребует для соблюдения пограничных условий на поверхностях раздела Р и Q новых фиктивных источников тока: одного в среде 3 в точке Л^3) с координатой z — 2А, отдающего ток силой Д3) = 1кгхкг»п и другого Л iP с током 1^=1 Wlu» в среде 1 в точке с координатой z =^ — 2h. Продолжая так, далее получим серию фиктивных источников тока, находящихся:
в среде 1 в точках с координатами а = —2[(?г — 1) h 4- zj = — —2[(п—1)/г+ zicosa], отдающих токи силой 1км (7с217с2з)п" \ где п = 1, 2, 3. . . (источники тока Л^);
в среде 1 в точках с координатами z = —2nh, отдающих токи силой I (7с217с2з)п (источник тока ЛУ^;
в среде 3 в точках с координатами z = 2 (nh — а^) — 2 (nh — — zi cos а), отдающих токи силой 1км (7с217с2з)п-1 (источники тока Л„а));
в среде 3 в точках с координатами z — 2п./г, отдающих токи силой I (^21/с2з)п (источники тока ЛУ^.
Электрическое поле в среде 1 будет создано основным источником тока, эмиссирующим фиктивный ток I (1 — 7с21), и сериями фиктивных источников тока, находящихся в среде 3, токи которых должны быть умножены на коэффициент пропускания тока границей Р. Таким образом, в точке М, нахрдяг щейся в среде 1 па расстоянии от источника тока Л, значение потенциала,
п=ооп=соп=ооп=со+ к» У - 4- (1(у<" I л K-TL2 sin2 a 4- ^2-nh 4- L cos a)2n=ln—011+ к» У - 4- (1(у<" I л K-TL2 sin2 a 4- ^2-nh 4- L cos a)2n=ln—01171=00.I(^81^2з)П1Г 23/J?sbT2T+f2^^ Л) COS a]2 J '71=00.I(^81^2з)П1Г 23/J?sbT2T+f2^^ Л) COS a]2 J 'Электрическое поле в среде 2 создается основным источником тока Л и фиктивными источниками тока, находящимися в средах 1 и 3. В точке М2 (см. рис. 226,6) потенциал этого поляЭлектрическое поле в среде 2 создается основным источником тока Л и фиктивными источниками тока, находящимися в средах 1 и 3. В точке М2 (см. рис. 226,6) потенциал этого поляу 4^ Рг724лу 4^ Рг724лп=оо■ 1 I /с у (^зГ"Ам"' 21 а^МL71=1п=оо■ 1 I /с у (^зГ"Ам"' 21 а^МL71=171=0071=00gj ) 1 4л I Lgj ) 1 4л I L(^аУ£2з)П *А^М(^аУ£2з)П *А^М71=0071=СО_V tiL»*»)L 4- V <*»>*»•)” ti^M„t, 4=>'л/ .71=0071=СО_V tiL»*»)L 4- V <*»>*»•)” ti^M„t, 4=>'л/ .71= СО71= СО(/<217£2з)п(/<217£2з)п^^ 1//,2 sjn2a + [2 (тг — 1) Д -|- ^z/^L) cos «]2^^ 1//,2 sjn2a + [2 (тг — 1) Д -|- ^z/^L) cos «]271=00,28 ^ VЦ- sin1 a + I2nh — (2z/ ± L) cos a]271=004- У(/£21/£2B)n^" )/L2sin2 a-B[2n/i±Lcos a]2 171=004- У(ЬМУ\| =n ^ yZ,2sin2a-|_[2n^"F:-^cosa]2 /71=00,28 ^ VЦ- sin1 a + I2nh — (2z/ ± L) cos a]271=004- У(/£21/£2B)n^" )/L2sin2 a-B[2n/i±Lcos a]2 171=004- У(ЬМУ\| =n ^ yZ,2sin2a-|_[2n^"F:-^cosa]2 /
п=ооп=со
п=ооп=со
+ к» У - 4- (1(у
<" I л K-TL2 sin2 a 4- ^2-nh 4- L cos a)2
n=ln—011
+ к» У - 4- (1(у
<" I л K-TL2 sin2 a 4- ^2-nh 4- L cos a)2
n=ln—011
71=00.
I(^81^2з)П1
Г 23/J?sbT2T+f2^^ Л) COS a]2 J '
71=00.
I(^81^2з)П1
Г 23/J?sbT2T+f2^^ Л) COS a]2 J '
Электрическое поле в среде 2 создается основным источником тока Л и фиктивными источниками тока, находящимися в средах 1 и 3. В точке М2 (см. рис. 226,6) потенциал этого поля
Электрическое поле в среде 2 создается основным источником тока Л и фиктивными источниками тока, находящимися в средах 1 и 3. В точке М2 (см. рис. 226,6) потенциал этого поля
у 4^ Рг7
24л
у 4^ Рг7
24л
п=оо
■ 1 I /с у (^зГ"
Ам"' 21 а^М
L71=1
п=оо
■ 1 I /с у (^зГ"
Ам"' 21 а^М
L71=1
71=00
71=00
gj ) 1 4л I L
gj ) 1 4л I L
(^аУ£2з)П *А^М
(^аУ£2з)П *А^М
71=0071=СО_
V tiL»*»)L 4- V <*»>*»•)” ti^M„t, 4=>'л/ .
71=0071=СО_
V tiL»*»)L 4- V <*»>*»•)” ti^M„t, 4=>'л/ .
71= СО
71= СО
(/<217£2з)п
(/<217£2з)п
^^ 1//,2 sjn2a + [2 (тг — 1) Д -|- ^z/^L) cos «]2
^^ 1//,2 sjn2a + [2 (тг — 1) Д -|- ^z/^L) cos «]2
71=00,
28 ^ VЦ- sin1 a + I2nh — (2z/ ± L) cos a]2
71=00
4- У(/£21/£2B)n
^" )/L2sin2 a-B[2n/i±Lcos a]2 1
71=00
4- У(ЬМУ\| =
n ^ yZ,2sin2a-|_[2n^"F:-^cosa]2 /
71=00,
28 ^ VЦ- sin1 a + I2nh — (2z/ ± L) cos a]2
71=00
4- У(/£21/£2B)n
^" )/L2sin2 a-B[2n/i±Lcos a]2 1
71=00
4- У(ЬМУ\| =
n ^ yZ,2sin2a-|_[2n^"F:-^cosa]2 /
4л \ L ^ х 21 l/^2sin2a + [2(M —1)/г + (2з/=Р^) cosaj8
j^23I^21^23, I
/iXsin2^-' [2n/i Н^71ГЦсск^ " УТ? sin2 u + [2n/i ± L cos a]2
+И .(182)
УL^ sin2 a ~p [2n/z 4- L cos a]2//
В среде 3 электрическое поле будет создано основным источником тока, посылающим в окружающее пространство фиктивный ток силы 7 (1 — км), и серией фиктивных источников тока, находящихся в среде 1 и отдающих указанные выше фиктивные токи, умноженные на коэффициент (1 — км) пропускания тока границей Q. В точке М, расположенной па оси Z* иа расстоянии L от источника тока, потенциал этого поля
ГД2) — ^з£ /Л К \ Г 1 I V1 (^21^2з)П I
п—1 п
/с(^АзУ1 1 1 _ _6з2/1 к \(^'21^2з)П1
J 4л - 28Ч^ /X2 Sin2 а + ^пк + L cos a)2 ~
П^ОО..
1 к уj^C2=====) ri
21/I,2 sin2 a + [2 (п — l)/i-|-(2z1'4-L)cosa]2)
Напряженность электрического поля по оси Z' в средах 1, 2 и 3 соответственно будут равны:
5<2) = _ _^_ — ^L — к ) / У (7г2Лз)п(г-+2иЬсо8а)
9L 4л 21 \ ^«j[L2 sin2 a-I-(2rt/t-|-L cos a)2]*/®
n**0
. k \ 1 (7^2i7f28)n~1 [7 + (2n/i — 2zxz cos a) cos a] \ .
+ 23 {L2sin2a + [2n/i—(2z1/—L)cosa]1}3/2 / ’
L n—l
/ kai^L^V^^n — 1) 7i + 2z1/cos aj cos a),X \{L2 sin2 a + [2 (n — 1) /г + ^V ^L) cos a]2}8/2
।7c23 [L± (2nh'—2Z!'cos a) cos a] .
(L2 sin2 a 4- [2n/z — (2zV ±L) cos aj2ja/2
.kaik23 (ZL±2ra/i cos a)kalkaa (L T 2nfe cos a) \ 1
+ [Z2sin2a + (2^±Zcosa)2]3/2 + [£2 sin2 a + (2nh^ Дсоз a)2]8/2 /J ’
= _ ?E^ = OjlL (А — к(Zc2i^23)n(rv + 2n7?,cosa)
n—00n-dn—00n-ddi» 4л 23 \^J [L2 sin2 a-|-(2n/i + I, cosa)2J8/2
n—00
n-d
n—00
n-d
(7c2i7f28)n 1 {L + [2 (n — 1) 7i + 2Z/ cos a J cos a) {Л2 sin2 a + [2(n-l)H (2zV +:Z) cos a]2}8/2
(М^зГЛ}3>М(М^зГЛ}3>Мpj4лpj4л(1 + уну2л О(1 + уну2л ОУLa sin2 а 4- (2nh 4-Х cos о)2УLa sin2 а 4- (2nh 4-Х cos о)2(187)(187)
(М^зГЛ}3>М
(М^зГЛ}3>М
pj
4л
pj
4л
(1 + уну2
л О
(1 + уну2
л О
УLa sin2 а 4- (2nh 4-Х cos о)2
УLa sin2 а 4- (2nh 4-Х cos о)2
(187)
(187)
Если электрод А находится в среде 3, а электрод М — последовательно в средах 1, 2 и 3, то зависимости, определяющие величину потенциала и составляющей напряженности электрического поля по оси Z' в точке М, находящейся па этой оси, будут иметь следующий вид (рис. 226, в).
Точка М находится в среде 1:
П>™ СО
43> =43> =<(1+^(1+^
43> =
43> =
Лее» О
(188)(188)61/ Л| I J, s/4 I ь \ \?(W"23)n (X + 2nh cos a)
(188)
(188)
[X2 sin2 a + (2nh. + L cos a)2J 12
Точка M находится в среде 2:
Т1а* ООТ1а* ООn—oo
Т1а* ОО
Т1а* ОО
4я ; L^ 43)м4я ; L^ 43)мП»« ОП»« О1П1П— ^12— ^12А^МА^М
4я ; L^ 43)м
4я ; L^ 43)м
П»« О
П»« О
1П
1П
— ^12
— ^12
А^М
А^М
^23^23"AM AV2)M"AM AV2)MU**CQ(i-ki^k^ n=lU**CQ(i-ki^k^ n=lA^MA^M(189)(189)(190)(190)
^23
^23
"AM AV2)M
"AM AV2)M
U**CQ
(i-ki^k^ n=l
U**CQ
(i-ki^k^ n=l
A^M
A^M
(189)
(189)
(190)
(190)
п**оо
4л + 23' [^ У X2 sin2 a + ^пН + L cos a)2”
Ч(^21^2з)П 1'I
■^ У La sin'2 a + [2 (n — 1) h 4- (2z/ — X) cos a]2/
'4л ^'23Ц^ [X2sin2a 4-(2пХ4-Хсо8а)2У2
V (^21^2з)П—1 ^ — [2 (n — 1) /г 4" 2^1' cos a] cos a}\~ C12^ T^sin2 a 4- {2 (n - 1) /1 + (2z/—L) cos a)2}8/2 / ‘
Точка M находится в среде 3;
63/ (^-23
4л | L у J? gin2 a + [(2^!'iL) cos a—/1]2
H / 2 W21'^23) ( .(191)
( — f23; ^12 ^ y ^2 sin2 a 44T(n=Tr) h + (2z/ ±L) cos a]2 I ’
„(3) jhl_ /1^23 \L 4- (2z/ cos a—/1) COS a]
3 ~ 4л (у2{X2 sin2 a-|-[(22/±L) cos a—куУ^
4_ri^i/vti^2i!MAZlAAtiAfcML±25A52^^(192)
12^ 12 Zd {X2 sin2a 4-[2 (/z — 1)/i4-(2z1,±L)cosa]2} /a )
n—1
(193)194)195)(196)(193)194)195)(196)(197)(197)(198)(198)
(193)
194)
195)
(196)
(193)
194)
195)
(196)
(197)
(197)
(198)
(198)
Подставляя значения U и Е в равенства (20) и (22) и выражая при этом расстояние zi и мощность к пласта в размерах L зонда, получим формулы, определяющие зависимость кажущегося сопротивления для идеальных потенциал- и градиепт-зопдов от истинных сопротивлений изучаемых сред ^ да и рз, их соотношений kvi и /сгз и соотношений %=^ и С =^ между мощностью к пласта, расстоянием zi и размером L зонда.
П о т о н ц и а л - з о п д
Электрод А находится в среде 1:
( У sin2a + (2C Т I)2 cos2 a
Леи ОО
+12 123 ^ Йsil12 u -VV^ -I- V^ T1) cos a]2) 61
q^2 (i -/f ) / vн
’ v 1 ysin2<z-K2»Z4-cosa)2
n=oo
i l.(^т^азУ) „
У sin2 a-{-[2n^-j-(2C—1) cos aJ2J
8^3 = g3 (1 - *12) (1 - 7cag) У
7i 0 ^Sina a + (2zzX-|-cos a)
Электрод А находится в среде 2:
n=oo
$\ = (i - /г21) [ у .-/==^??^«)"==+
i Д И sin2 a-|-(^-f-cos a)2
I (^21^2з)п 1|
23 j”^ У sin2 <z + [2zzZ—(2£— 1) cosa]8/ 1’
n=oo,
pH^ VWW l/si^a-l-^^ —i)Z+(2CTl)cosa]8
n= 1
J^28
У sin8 a + [2zi% — (2f ± l)cos<z]
i^21^28I^21^28
У sin2 a-к [2n% ± cos a]2 ysin2 a + (2nX ^ cos cz]2
n*oo
К’28 ( ^ Уsin2 а+ (2n%-|-cos a)2
^ У sin2 а + [2 (zz — 1) X + (2f — 1) cos a f2
(199)(199)(200)(200)(201)(201)Д1) 6k, 2Д1) 6k, 2П"ОО,VI (^21^2з)п~1 {1 -F [2nX4-2^ cos a] cos a}П"ОО,VI (^21^2з)п~1 {1 -F [2nX4-2^ cos a] cos a}71= 171= 1{sin2 a+ [2nZ-|-(2g T 1) cos a]2){sin2 a+ [2nZ-|-(2g T 1) cos a]2)6i,6i,(202)(202)д, \ / у (^21^2з)П (1- Ч~2иХ cos a) 12 \ [sins a4-(2nX4~cos a)2]8b n=»0^ (^21М2211У21^-|-2£с^^д, \ / у (^21^2з)П (1- Ч~2иХ cos a) 12 \ [sins a4-(2nX4~cos a)2]8b n=»0^ (^21М2211У21^-|-2£с^^{sin2 a+ [2п%+ (2g—1) cos a]2}3/2{sin2 a+ [2п%+ (2g—1) cos a]2}3/2(203)(203)nV (У2з)п(1 + 2тгХ cos a) ей, в - бз (i -- ад*Электрод А находится в среде 2:n—oonV (У2з)п(1 + 2тгХ cos a) ей, в - бз (i -- ад*Электрод А находится в среде 2:n—oo(204)(204)6k, 16k, 1(^21^2з)П(1 + 2nZ cos a) . [sin2 a-{- (2nX4-cosa)2]8/2(^21^2з)П(1 + 2nZ cos a) . [sin2 a-{- (2nX4-cosa)2]8/2n=co,у (^^зГ"1 [l+(2nZ—2gcos a) cos a]n=co,у (^^зГ"1 [l+(2nZ—2gcos a) cos a]ti»i»=0Oti»i»=0O{sin2 a + [2«Z— (2g—1) cos a]2){sin2 a + [2«Z— (2g—1) cos a]2)6i,6i,(205)(205)J2) -Sk, 2 —J2) -Sk, 2 —^21 {1 T [2 (n—1) X4-2^ cos a] cos a} {sin2 a+ [2 (n—1)%+(2C T l)cosa]2)^21 {1 T [2 (n—1) X4-2^ cos a] cos a} {sin2 a+ [2 (n—1)%+(2C T l)cosa]2)
(199)
(199)
(200)
(200)
(201)
(201)
Д1) 6k, 2
Д1) 6k, 2
П"ОО,
VI (^21^2з)п~1 {1 -F [2nX4-2^ cos a] cos a}
П"ОО,
VI (^21^2з)п~1 {1 -F [2nX4-2^ cos a] cos a}
71= 1
71= 1
{sin2 a+ [2nZ-|-(2g T 1) cos a]2)
{sin2 a+ [2nZ-|-(2g T 1) cos a]2)
6i,
6i,
(202)
(202)
д, \ / у (^21^2з)П (1- Ч~2иХ cos a) 12 \ [sins a4-(2nX4~cos a)2]8b n=»0
^ (^21М2211У21^-|-2£с^^
д, \ / у (^21^2з)П (1- Ч~2иХ cos a) 12 \ [sins a4-(2nX4~cos a)2]8b n=»0
^ (^21М2211У21^-|-2£с^^
{sin2 a+ [2п%+ (2g—1) cos a]2}3/2
{sin2 a+ [2п%+ (2g—1) cos a]2}3/2
(203)
(203)
nV (У2з)п(1 + 2тгХ cos a) ей, в - бз (i -- ад*
Электрод А находится в среде 2:
n—oo
nV (У2з)п(1 + 2тгХ cos a) ей, в - бз (i -- ад*
Электрод А находится в среде 2:
n—oo
(204)
(204)
6k, 1
6k, 1
(^21^2з)П(1 + 2nZ cos a) . [sin2 a-{- (2nX4-cosa)2]8/2
(^21^2з)П(1 + 2nZ cos a) . [sin2 a-{- (2nX4-cosa)2]8/2
n=co,
у (^^зГ"1 [l+(2nZ—2gcos a) cos a]
n=co,
у (^^зГ"1 [l+(2nZ—2gcos a) cos a]
ti»i
»=0O
ti»i
»=0O
{sin2 a + [2«Z— (2g—1) cos a]2)
{sin2 a + [2«Z— (2g—1) cos a]2)
6i,
6i,
(205)
(205)
J2) -
Sk, 2 —
J2) -
Sk, 2 —
^21 {1 T [2 (n—1) X4-2^ cos a] cos a} {sin2 a+ [2 (n—1)%+(2C T l)cosa]2)
^21 {1 T [2 (n—1) X4-2^ cos a] cos a} {sin2 a+ [2 (n—1)%+(2C T l)cosa]2)
Электрод Л находится в среде 3:
п—оо
й\ =51(1 + М (1 + к^ £ —- ^^,
У sin2 «+(2nZ+cosa)
n««oo
I^q У sin2 a + (2ziZ4-cos a)2
71=00
_ /, V(J^V11 „
^ Vsin2«+ [2 (n—1) Z + (2g-l) cos a]2/
l У sin2 a + [(2C ± 1) cos a —X]2
n»"OO
— (1 - Й)*^ У
^ у^к^ + [2(л-1)Х + (2С ± l)cosa]2
Г p а д и e и т - 3 о H д
Электрод А находится в среде 1: 6к°1 = /1 + 14^ _|_
\[sin2 a + (2g 4= 1)2cos2 a]8/2
Ae8 [1 ± 2 (nZ—geos a) cos a]^21^23 [1 ± 2nZ cos a]
,{sinaa + [27iZ—(2g ± 1) cos a]2}8/2 Г [sin2a + (2nZ ± cosa)2]’/2
■W23 [1 T 2тгХ cos a] \1
[sin2 a + (2nZ T cos a)2]8^2 /]
_ ,л \ ( V Цч^Ч^^А-^Х cos а)
Рк, 3I Л1 г • о I ।
\[sin2 а-}-(2м-|-cos а)2] ,2
— к У kUiMn-i (1+[2(п—l)X+2tcosa] cosa} \
12{sin2a442(/z—l)% + (2C+l)cosaP)3/aГ3’ k 7
Электрод А находится в^среде 3:
@=оо
ей = л (1 + У С + У 2 ±^Х+Д^'(208)
**0 (5111 CL -j— ^ПЛ "р COS CL) j
бк’+ 28 \”0 [sin2a + (2n% + cosa)2]a/2
-» Xi (^-21^23) * (^ 2 [(п. 1) %-]-£ cos a] cos а] \(209) 12 Д " {sin2a + [2(n—1)% + (2: — 1) cosa]2)8/2 )’
А28 [1 —(2^ cos а— %) cosa]
(210)(210)£Ktl3 -]sin2a + [(2£±l)cosa—Я]2}8'2
(210)
(210)
k 23' 12 (sin2 а-Ц2 (?г —1) % + (2^ ± 1) cosa]2} 8/2
На рис. 227, 228, 229, и 230 изображены кривые кажущегося сопротивления, рассчитанные по формулам (193)—-(210) для случая пересечения потенциал- и градпеит-зондами пластов различных мощностей, сопротивление которых превышает сопротивления подстилающей и покрывающей сред. Анализ приведенных кривых позволяет прийти к следующим заключениям.
Кривые кажущегося, сопротивления для потенциал-зондов симметричны (при равных сопротивлениях 51 подстилающей и 53 покрывающей сред, что часто наблюдается при исследованиях скважин). При р2 > ^ (д3) пласты мощностью А, большой размера L зонда, отмечаются зоной повышенных кажущихся сопротивлений с максимумом, расположенным в центре пласта. Максимальное значение кажущегося сопротивления не превосходит удельного электрического сопротивления ра пласта, стремится к нему с возрастанием мощности пласта и практически достигает @2 при h >(10 4- 20)L. Границы высокого сопротивления относятся к серединам наклонных площадок ab и cd кривой @к, равных по длине размеру L зонда. При h<L пласты высокого сопротивления отмечаются минимумом gK, расположенным в центре пласта, и небольшими экранными максимумами на расстояниях L/2 от границ пласта,
Кривые кажущегося сопротивления для градиент-зондов асимметричны. При мощности пласта h> L на кривых последовательного зонда максимальные значения кажущегося сопротивления наблюдаются в подошве пласта, минимальные — в кровле. На кривых обращенного зонда максимум рк расположен в кровле пласта и минимум — в подошве. При этом максимальные значения qk превышают величину истинного сопротивления 52 пласта. При h<L пласт отмечается небольшим максимумом (обычно 0канс<С02) и глубокой экранной депрессией, расположенной под пластом (ркИИ<51) на кривых рк последовательного градиент-зонд а и над пластом (екИИ<6з)
Рис. 227. Кривые кажущегося сопротивления, получерные при пересечении потенциал-зонд ом пластов различных мощностей и сопротивлений (по
Г. Гюйо).
а — е«'=100Хп (ет = :е3); б — е2=9 ег (ci = е3); 1— графини изменения истинного удельного элех:- трического сопротивления; $2 — кривые кажущегося сопротивления, полученные на моделях пластов; сопротивление бурового раствора е0= ег= рз диаметр скважины dQ = U.V5L; 3 — рассчитанные кривые кажущегося сопротивления ^MN -* со).
Рис. 228. Кривые кажущего-, сяон рот ив ле-
ния, полученные npnj пересечении градиент-зондом пластов различных мощностей и сопротивлений (по
Г. Гюйо).
а — 52 = 100 51 (51= 53); б — 52 = 9 61(51 =
= ед); 1—графики изменения истинного удельного электрического с опротивления;
2 — кривые кажущегося сопротивления, полученные на модели пластов; сопротивление бурового раствора ео = = 01= рд, диаметр скважины do = = 0,05 L, MN = = 1/9 АО; 3 —
рассчитанные кривые кажущегося сопротивления (MN -* 0).
Рис. 229. Кривые кажущегося сопротивления потенциал- зонда (по данным С. Я. Литвинова); шифр кривых
L ( АМ \ . h \ h /’
р1=р3=1 ол<. .и;
Qa = 10 ом М.
а — против горизонталь-ного пласта; бив —против наклонных пла-стов высокого сопротив-ления.
Рис. 230. Кривые ка
жущегося сопротивления обращенного градиерт-зонда (по данным С. Я. Литвинова); шифр кривых
Lh
АО\ .h )’
Si = g3 1 ом м'}5г = Ю Ом м.
а — против горизонталь-ного пласта; бив —против наклонных пла-стов высокого сопротив-ления.
на кривых рк обращенного зонда. Наклон пластов изменяет конфигурацию» кривых, особенно для градиент-зопдов, у которых с увеличением угла наклона наблюдается уменьшение кажущегося сопротивления в точках максимума кривых и увеличение в точках минимума (рис. 230).
§ 56. СРЕДЫ С ПЛОСКО-ПАРАЛЛЕЛЬНЫМИ ПОВЕРХНОСТЯМИ РАЗДЕЛА. РЕШЕНИЕ ЗАДАЧИ МЕТОДОМ ИНТЕГРИРОВАНИЯ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОГО УРАВНЕНИЯ ЛАПЛАСА
Для определения потенциала электрического поля, созданного точечным источником тока в среде с плоско-параллельными границами раздела методом интегрирования дифференциального уравнения Лапласа, воспользуемся цилиндрической системой координат AXXZtp. Начало этой системы расположим в центре источника тока А и ось Z ориентируем перпендикулярно плоскостям раздела сред.
Потенциальные функции Ui. . . Ui . . . Un, определяющие электрическое1 поле в средах 1. . . I. . . п, должны удовлетворять дифференциальному уравнению Лапласа:
ди = о
и пограничным условиям 1—4 (см. § 52). В частном случае плоско-параллельных поверхностей раздела граничные условия 3 и 4 [формулы (125) и (126)1 задаются следующими соотношениями:
— (^7г+1)г—г{ 1— (^7г+1)г—г{ 1dUi )= 1 . Л^+к )dz jz=z^ \dUi )= 1 . Л^+к )dz jz=z^ \(211)
— (^7г+1)г—г{ 1
— (^7г+1)г—г{ 1
dUi )= 1 . Л^+к )
dz jz=z^ \
dUi )= 1 . Л^+к )
dz jz=z^ \
(212)
где Qi и gi^!— сопротивления in z 4- 1 сред; zz — координата поверхности их раздела.
Так как в условиях поставленной задачи электрическое поло в цилиндрической системе координат ARZy должно обладать осевой симметрией и, следовательно, потенциал этого поля по должен зависеть от азимутального угла у, дифференциальное уравнение Лапласа ДИ— 0 будет иметь следующий вид:
d^U . 1 QU . d^U л
р. = о.(213)
дга ‘гdr ' дз2''
Для решения уравнения (213) воспользуемся методом Фурье и будем искать частный интеграл этого уравнения в виде произведения
(214)(214)и=Цг^^
(214)
(214)
двух функций, из которых функция / (г) зависит только от переменной г и функция (z) — только от переменной z.
Продифференцировав произведение (214) дважды по г и z и подставив, результаты дифференцирования в формулу (213), получим выражение
Г И у И + 4- f И ч^-Н И <р’ (4 = 0.
Разделив последнее равенство па произведение / (г) ср (z), получим- формулу
Пй, + ^Гр1 + 5^ = 0.(215)
/ (г)1 г / (г) 1 tp(z)х z
По условию выбора функций / (г) и у (z) первые два слагаемых равенства (215) ио содержат переменной z; следовательно, и третье слагаемое не должно зависеть от z. А так как в свою очередь ср (z), а следовательно, и ф" (z) по содержат г, то очевидно, что отношение ср" (^!<p (z) может быть только постоянной величиной. Обозначив эту величину через т\ приводим диф- -феропциальпоо уравнение (215) в частных производных к двум обыкновенным дифференциальным уравнениям:
^ (z)<Ж~^ (z)<Ж~— ТО2 = О— ТО2 = О
^ (z)
<Ж~
^ (z)
<Ж~
— ТО2 = О
— ТО2 = О
№ , 1/(Г) Г№ , 1/(Г) Г+ т2 = О+ т2 = О
№ , 1
/(Г) Г
№ , 1
/(Г) Г
+ т2 = О
+ т2 = О
или после приведения их к общему знаменателю к уравнениям
гр" (z) — тЧр (z) = 0(216)
и
Г И + ~j' (г) + тп^ (г) = 0.(217)
Частными интегралами уравнения (216) являются показательные функции e~mz и emz, а уравнения (217) — цилиндрические функции (функции Бесселя) Jo (тит) и Уо (mr) пулевого порядка первого и второго рода действительного аргумента.
. Функция Уо (mr) при г = 0, т. е. во всех точках, расположенных на •оси У, обращается в бесконечность, что противоречит условию конечных значений потенциала в изучаемой области. Поэтому при составлении общего интеграла уравнения (213) коэффициенты при членах, содержащих функции Уо (mr), должны быть равными пулю. Таким образом, общее решение уравнения (213) будет представлено совокупностью произведений /о (mr) ё~тг и Jo (mr) emz. Так как постоянная т выбрана произвольно, то наиболее полное решение уравнения (213) может быть написано суммой следующих интегральных выражений: ,
и = J А (т) Jo (mr) в""dm + " В (m) Jo (mr) e™ dm,(218)
где А (т) и В (т) — функции параметра т. Аналитическое выражение этих функций будет различным для различных сред. В частных случаях функции А (т) и В (т) могут быть постоянными.
На основании формулы (218) напишем общее выражение для потенциала электрического поля в среде 1:
U^ J Ах (m) Jo (mr) е mz dm^-j Вх (т) Jo (mr) emI dm. (219) оо
Если источник тока расположен в этой же среде, то формула, определяющая потенциал электрического поля в среде 1, может быть написана еще и в следующем виде [см. граничное условие 1, формула (123)]:
tf1=4-17!*,tf1=4-17!*,(220)(220)
tf1=4-17!*,
tf1=4-17!*,
(220)
(220)
где U-t* — потенциальная функция, удовлетворяющая уравнению Лапласа; эта функция конечна и непрерывна во всем изучаемом пространстве, за исключением бесконечно удаленных точек, в которых Ui* обращается в нуль.
Равенства (219) и (220) сопоставляются между собой, если положить. Л1 (т) = §хИ4л и воспользоваться интегралом Вебера—Липшица:
/ 70 (mr) е mz dm = •—===-.
01/7-2 + 22
Тогда
Ut = -~ I J0(mr) e~mz dm -I- I В x(m) J Q(rn,r)emz dm.(221).
bо '
Во второй и следующих средах потенциал
Ui ~ J Л (т) Jo (mr) e~mz dm + { Bi (т) Jo (mr) emz dm.(222)
оb
В последней среде, простирающейся в бесконечность, для соблюдения условия Un = 0 при z=oo необходимо равенство нулю функции Вп(т), в связи с чем
Un = I An (т) JJ(mr) e~mz dm.(223)
b
Для удобства дальнейших вычислений умножим функции В^т) Ai(m)„. Bi(m^ и Ап(т) па постоянные величины ^IqJ, ^n/QU, ^nj^il, ^л^п! и, введя новые функции:
°хИ ^^Г3^’
Ci (т) — —у Ai (т),
Di(m) = ™Bi(m),
Сп(т) = -^Ап(т))
приведем уравнения (221), (222) и (223) к следующему виду:
Ut = ^~ Г f Jo (mr) е"тг dm-V J Dx (m) Jo (mr) ^ dme
UiUico
Ui
Ui
Ci (m) Jo (mr) e"mz dm-\- ( Di (m) JQ (mr)
Un = ^-1 Cn(m) Jo (mr) e mz dm.о
Для числовых расчетов потенциала электрического поля яеобходимо найти явный вид функций Dx (m)v . . , Ci (т), Di (т) и Сп (ш). Для этого воспользуемся пограничными условиями (211) и (212). Эти условия дают
возможность получить две системы из и — 1 уравнений^каждая с 2(п — 1) неизвестными функциями Di (т),. . ., Ct (т), Di (т) и Сп (т).
Выполняя первое граничное условие
(Z7i)z—Zi = ^i+l)z=z^,
на каждой из поверхностей раздела получим первую систему из и — 1 уравнений:
61 [J Jo (mr) e~mZi dm + J Dx (m) JQ (mr) emZ1 dm\ =
= 62 I f ^2 (m) Jo (^r) c”mzi dm + J D2 (m) J0(mr)"emZ1 dm\ , b0‘
(225)(225)Qi [J Ci(m) J0 (mr) e mZl dm-V- J Di (m) Jo (mr) emZi dm\ =о0J
(225)
(225)
= ^4.1 IJ Ci+i (m) J 0 (mr) e"mZi dm 4- J* Д+1 (m) Jo (mr) emZi dm\,о0J
pn-i Cn—i (m) J0 (mr) edm 4- J Dn„i (m) Jo (mr) emZn~l dm\ =
Lo0J
= Qn J Cn (m) Jq (mr) е~тХп~1 dm.
0
Из второго граничного условия
/ 1 М,\1 / д^г+1 \
\ Qi 8s )z—zi^i+1 X ®z /z*!*zi
для каждой из м — 1 поверхностей раздела получаем вторую систему п — 1, уравнений:
— Г Jq (mr) e~mZ1 mdm -4 f Dt (m) J0 (mr) emn mdm —
0b
= — J Сй (m) JQ (mr) e—w,Zvindm 4- J ^2 (m) Jo (mr) e^ mdm,
b0
■ (226),■ (226),— f Ci (m) Jti (mr) e mXi mdm, 4- J Di (m) Jq (mr) ,emZl mdm. =^. b0
■ (226),
■ (226),
OOco
= — J Ci+i (m) Jo (mr) e-mZi mdm 4- J A+i (m) JQ (mr) emti mdm, о0
— J Cn_-y (m) J0 (mr) e-1712”-! mdm 4- J D^x (m) J^ (mr) emZn~1 mdm = 0, ,0 -
OO
= —J Cn (m) Jq (mr) e"mZn^1 mdm.
0
Перенеся правые части уравнений (225) и (226) в их левую часть и заменяя сумму интегралов интегралом от суммы подынтегральных функций, приведем системы уравнений (225) и (226) к следующему виду:
ОО
/ (: г™‘ + А (т) ^'Че, - 1^2 W г^ + о
+ Da (т) emZ1] р2) A (mr) dm = О,
ео
(227)(227)/ ([A (m) e—t + А (та) е^ № - [А+i (тУ^ + о
(227)
(227)
+ ПцДт) em$‘] Pi+1} /0 W ^ = О,
7([^п-1(т)е"т^-* -Н
о
+ Dn_v (т) е^”-1] pn_f — Сп (т) e“mzn-i gn) Jo (mr) dm = О, “e-mzi + пх Hf1"1 4" А И "mZ1 - D^ (т) в™1} Л И)\mdm^ О, е
••«•••«вааяяе*»»**»*■•••••
/[- С(Н e”mzi + Dt И етч + А-цИ e-mzi - А+1 И emzA X о
X Jo (mr) mdm = О,
ОО
/ [- А-. W е"™-1 + А-i (т) е”1 -> + О
+ СДт) е ^г1-1] /0 (mr) mdm = 0.
Уравнения (227) и (.228) удовлетворяются в любых точках поверхностей раздела, т. е. при любых значениях г, при условии равенства пулю выражений, стоящих под знаком интеграла в фигурных [уравнения (227)] и квадратных [уравнения (228)] скобках, т. е. при
Qxe”mz^ + qxDx (m) етч - еаС2 (т) е^ - e2Da (т) етн = 0,
РгА(т)е~^ +
+ SiA (/и) emZi — ^i+± A+i (т) е тг^ — £г-цА+1 (rn)emZi = 0,
■■•евеиеиеме • в я в •••• а • w ••■
е»-1 А-1 (т) с-"“"-1 + gn-iS^ (т) ет1"-1 — е„С„ (т) е'"’"'-1 = О,- е-”‘ + А (т) е"“> + С, (т)- А («) е"^ = О,
- С, (т) е^ + A (m) е™ < + A+i W е^ - A+i (т) е™1 = 0.
- С^ (ml е-”"-1 + Д„_, (т) е“”-‘ + С„ (т) е-"“"-1 = 0.
Решение системы уравнений (229) дает возможность определить функции Dx (тп),.. ., G (m), Dt (m)^ .. иСп(^) и после подстановки их значения в формулы (224) и интегрирования получить окончательные выражения для потенциала электрического поля в средах с плоско-параллельными границами раздела. Дальнейшее решение задачи приведем для заданного числа границ раздела и исследуемых сред.
ОДИА^ГРАНИЦА РАЗДЕЛА
В частном случае двух безграничных полупространств, разделенных плоской границей раздела, при расположении питающего заземления в среде 1 получим
- ОООО
i1 = “^" [ Г ^° ^r^ e—mZ ^m + J ^i (m) J° ^mr^ ^ ^m](230)
Lb0
и
U^p = S1I_ f o2 (m) jQf^mr) e~mxdm.(231)
На границе раздела, т. с. при 3 = 3!,^
(^^H^z-zp
Иf
\ 0Х 8z / z = Zj\ 02 8z Jz™?y
и, следовательно,
01 [ f Jо (^ e"mZ1 dm-V JDx (m) Jo (mr) emZ1 dm =bо
= 02 f Сг (m) J^ (mr) e~mZ1 dmb
и
■— f Jo (^И ^—WZ1 mdm-\- j Dt (m) J0 (mr) emZ1 mdm =оb
= — I* C2 (m) Jo(mr) e-mZ1 mdm, b
или
j’ ([e-mzi+i)1 (W) emzi] ei—ea сй И e-mz4 Jo (mrydm = 0(232)
b
и
J 61-т21 + 7)1 (m) cmli^-Ca (m) e^mZ1] Jo (mr) mdm = 0.(233)
0
Последние два равенства удовлетворяются при любых г, если выражения, стоящие в фигурных [уравнение (232)] и квадратных [уравнение (233)] скобках, будут равны пулю, т. е. при
eie-mzi+01D1 Н е^—бгСг (т) e-mZ1 = 0
и
„ e-mzi+P1 (w) emzi + C2 (т) е ~т^ = 0, ■
25 Заказ 714,
Решая последнюю систему уравнений относительно DT (т) и С2(т), находим неизвестные функции:
Di (m) = -^—^-2mzi 7fl2C-2rnzi
у ez+ei •
Сг (т) =Сг (т) =2j?iei + ez2j?iei + ez= 1 — к1й.= 1 — к1й.
Сг (т) =
Сг (т) =
2j?iei + ez
2j?iei + ez
= 1 — к1й.
= 1 — к1й.
Подставив значения функций Z>i(m) и С2 (т) в формулы (230) и (231) и воспользо» вавшись интегралом Вебера—Липшица, получим
СООО
7/^1) „ ^__ [J j0 (mr) е""тг dm-V-k14 J Jo (mr) e—m (2zi~z> ^nj =
Qj Г 1 . ^la "^ L V^M-ZS У"/'2+(2/1!— z)2
J4л J4л (7)1 + 62)|/г2 + з2
nW — J^lL. Г-11 4л £nW — J^lL. Г-11 4л £Обозначив, как и ранее, через L расстояние от точки А до электрода М вдоль оси 2' воображаемой скважины, через 2^ расстояние от точки А до поверхности раздела сред вдоль той же оси и через а угол между осью 2 и осью 2', после простейших преобразований будем иметь ■
nW — J^lL. Г-1
1 4л £
nW — J^lL. Г-1
1 4л £
У £2 + 4(2/-—L) zx' cos а
г,( 1)2g1£2^_ Рг (I —^12) Г
24л(б1 + еа)£4л£
т. е. формулы (156) и (157), ранее выведенные методом зеркальных изображений. Аналогичным способом можно получить формулы, определяющие потенциалы электрического поля и для случая, когда питающее заземление А находится во второй среде.
Две границы раздела
При двух плоских поверхностях, отделяющих пласт мощности к, удельного электрического сопротивления q2 от подстилающего и покрывающего безграничных полупространств 1 и 3, заполненных средами удельного электрического сопротивления у2 и б8, в случае нахождения источника тока А в среде 7 потенциалы электрического поля в каждой из сред будут удовлетворять следующим уравнениям:
^^ == "^т" [J Jo(^)e—mKdjn^fD1(iTi.')Jo(mr')eYMdm'\,(234)
^^ ”^~ [ ^ ^2 ^m^ ^° ^mr^ e~mZ dm A- J ®4 (m) ^o (wr) emz rf/n^ ;(235)
00
^^ " "^г/ ^a (m) J« ^mr^ c-mZ ^m-(236)
Для определения неизвестных функций 1)л (?п), С2 (т), В2 (т) и Cs (т) воспользуемся граничными условиями (211) и‘(212). Положив вначале z = zx в формулах (234) и (235) и приравняв их правые части друг другу, затем положив z = zt + к в формулах (235) и (236) и также приравняв их правые части, поступают аналогичным образом с производными по z от равенств (234) и (235), (235) и (236), предварительно разделив
эти равенства соответственно на g1? р2 и бз- После ряда преобразований (о которых говорилось выше) получают систему уравнений, определяющих искомые функции:
Щ^х (m)—QaDa (m) — p^-2"^1 Са (m) +e1e-2mZ1 = О,
e^2w (Z1+/l) D, (m) + 6aca W-eA w = o,
JJj. (m) + e—2mZ1 C2 (m.)—Pa (m)—e—2mzi = Д(237)
— Ca И + D2 (m) e2m (zi+,l) + С» (m) = 0.
Решив систему уравнений (237) (проще всего при помощи определителей), получим
Л> (т) = »„,-2^i+ (1 -^J к,"^*,)"-1 е~г” ("W,П = 1
Са (/н) = (1 — Адг) 2 (^21^зз)П е 2mn/i, п*»0'
1)йН = ^"М каа ^к^к^"1 е~2т^+^\
С8 И = ^"М V~ka3~^(kai^п=0'
Подставив значения функций Pi(m), Са^т'), Dz(m) и С8(т) в формулы (234), (235) и (236) и изменив затем порядок интегрирования и суммирования, приходим к суммам интегралов следующего вида:
Р Jo (mr) е m (2n?l+2zi:tz)^m О
С J0(mr) e—m^2nh'^:Z^dm,
0
которые вычисляются по формуле Вебера—Липщица. При дтом любой
J» (mr)J» (mr)(238)(238)- m [2nh+2Z1± d[H =
J» (mr)
J» (mr)
(238)
(238)
^ JoQnr) e"m^nh±2)dm =b^ JoQnr) e"m^nh±2)dm =b1У"г2 + (2«/i± я)»1У"г2 + (2«/i± я)»/гй + (2nh -f- 2ii ±i)a
^ JoQnr) e"m^nh±2)dm =
b
^ JoQnr) e"m^nh±2)dm =
b
1
У"г2 + (2«/i± я)»
1
У"г2 + (2«/i± я)»
Проинтегрировав почленно суммы приведенных интегралов и подставив полученные результаты в формулы (234), (235) и (236), приходим к решению задачи. Фушщиж
nW — Jl£14л:nW — Jl£14л:1Vг2 4- Z21Vг2 4- Z2уГ2+(2Я1я=яГуГ2+(2Я1я=яГ
nW — Jl£
14л:
nW — Jl£
14л:
1
Vг2 4- Z2
1
Vг2 4- Z2
уГ2+(2Я1я=яГ
уГ2+(2Я1я=яГ
(239)(239)+(i-^)^2 ,-^g^)
(239)
(239)
1п=1 ^+(2мк + 211Т я)2)
И** ОО
" 4л( ^ j/"r2 _р ^2nh + z)2
,(^21^2з)^88 ami у*г» -р ^2nh + 2zx—z)s.,(^21^2з)^88 ami у*г» -р ^2nh + 2zx—z)s.^^^(l....^) (1„/C23^^^(l....^) (1„/C23^У^-Н^И^^У^-Н^И^(240)(24.1)(240)(24.1)
,(^21^2з)^
88 ami у*г» -р ^2nh + 2zx—z)s.
,(^21^2з)^
88 ami у*г» -р ^2nh + 2zx—z)s.
^^^(l....^) (1„/C23
^^^(l....^) (1„/C23
^У^-Н^И^
^У^-Н^И^
(240)
(24.1)
(240)
(24.1)
определяют потенциал электрического поля, создаппого точечным источником тока в го- ризоптально-слоистой среде при двух плоско-параллельных поверхностях раздела. Опи тождествеппы формулам (175), (176) и (177), полученным ранее методом зеркальных изображений.
Аналогичным образом могут быть выведены формулы для потенциала электрического поля в случаях, когда источник тока находится во второй и третьей средах. Определив значение потенциалов U и напряженности электрического поля Е = — -^ = дП
= — ^ и затем воспользовавшись формулами (20) и (22), получаем совокупность ранее выведенных равенств (193) — (210), устанавливающих величины кажущегося сопротивления для потенциал- и градионт-зопдов при различных положениях питающего заземления и измерительных электродов относительно границ раздела сред.
§ 57. СРЕДА С БЕСКОНЕЧНЫМИ ЦИЛИНДРИЧЕСКИМИКОАКСИАЛЬНЫМИ ПОВЕРХНОСТЯМИ РАЗДЕЛА
Теоретической задаче распределения электрического поля в среде с бес
конечными цилиндрическими коаксиальными поверхностями раздела при расположении питающего заземления и измерительных электродов па общей
оси цилиндров в практике изучения разрезов скважин соответствует случай распределения электрического поля, созданного питающим заземлением А,
Рис. 231. Схема неоднородной среды с коакси- аль ио-цилиндрическими поверхностями ),раздела.Рис. 231. Схема неоднородной среды с коакси- аль ио-цилиндрическими поверхностями ),раздела.уставов лепным на оси скважины диаметра do, заполненной буровым раствором удельного электрического сопротивления р0, пересекающей пласт очень большой мощности, удельного электрического сопротивления рп- При этом между скважиной и пластом может находиться зона проникновения фильтрата бурового раствора в пласт внешним диаметром D и средним значением удельного электрического сопротивления q^ .
Рис. 231. Схема неоднородной среды с коакси- аль ио-цилиндрическими поверхностями ),раздела.
Рис. 231. Схема неоднородной среды с коакси- аль ио-цилиндрическими поверхностями ),раздела.
Поставленная для решения задача в общем случае может быть сформулирована так.
На оси бесконечно длинного цилиндра (скважины) удельного электрического сопротивления ро и радиуса го — do/2 (рис. 231) находится питающее заземление А. Цилиндр с удельным электрическим сопротивлением р0 (скважина) окружен цилиндрической средой удельного электрического сопротивления ри (зона проникновения фильтрата бурового раствора) и внешнего радиуса гп. Эта среда находится в безграничном пространстве с удельным сопротивлением рп. Требуется определить потенциальные функции в любых точках исследуемых сред и, в частности, на общей оси
цилиндров, по которой передвигаются измерительные электроды М и N^ и дать формулы для расчета кажущегося сопротивления.
Для решения задачи воспользуемся цилиндрической системой координат A\XZtps ось Z которой совместим с осью цилиндров (осью скважин) и начало — с источником тока — точкой А. Для удобства последующих расчетов введем новые переменные r=rlra и г*= z/ro, т. о. координаты г и z будем измерять в единицах радиуса го скважины.
Функции Uо (г, z), Uи (г, z) и Uхх (г, z), определяющие потенциал в скважине и в окружающих ос средах, должны отвечать следующим требованиям. '
Удовлетворять уравнению Лапласа
AU - О
в любой точке исследуемого пространства; за исключением начала координат — точки, в которой находится питающее заземление Л. В связи с аксиальной симметрией поля функции UOl Un и Пп не должны зависеть от азимутального угла у- Поэтому в цилиндрической системе координат дифференциальное уравнение Лапласа будет иметь следующий вид:
8411OU 8418г^г8г' dz^8411OU 8418г^г8г' dz^= 0.= 0.(242)(242)
8411OU 841
8г^г8г' dz^
8411OU 841
8г^г8г' dz^
= 0.
= 0.
(242)
(242)
В бесконечно удаленных точках, т. е. при R = ]/г2 4- z2 -> оо, обращаться в нуль.
При приближении к точке А, где находится источник тока, фунция Uo должна стремиться к значению потенциала Под точечного источника тока в однородной изотропной среде с сопротивлением ро:
.А»1.L— ~ Оо££„ п/243)
°/гй+г«-*0 4л yra^_za 4лг0 у^_^ Я'
и при R = ]/r2-|-z2 —>0 обращаться в бесконечность вида 1/R. Поэтому функция По может быть представлена еще и в следующем виде:
(244)(244)По - Под + По*,
(244)
(244)
где И*о — коночная и непрерывная функция, удовлетворяющая уравнению Лапласа в любых точках среды 0 (скважины), за исключением бесконечно удаленных точек, где функция По* обращается в нуль.
На границах раздела сред удовлетворять условию непрерывности потенциала:
(У„)_(yV)(245)
7=17 = 1
(246)(246)(Нг/) г, , = (Пп)
(246)
(246)
На границах раздела сред удовлетворять условию постоянства нор
мальной (радиальной) составляющей плотности тока:
(А, 8АЛ — / 8иА
W 8; - х ей 9П- х ’<247)
' г = 17=1
Не зависеть от знака а вследствие симметрии поля относительно плоскости <2, проходящей через источник тока и перпендикулярной оси скважины.
Для решения дифференциального уравнения (242) воспользуемся методом Фурье и будем искать частный интеграл уравнения (242) в виде произведения двух функций:
U = f (г)ф (z),
в котором фуиция / (г) зависит только от г, а функция у (z) — только от z. Дифференцируя последнюю формулу дважды по г и по z, подставим произведение в правую часть равенства (242) и , разделив полученный результат па произведение / (г) ^(z), получим
В связи с независимостью функций / (г) от яи у (z) отг, JL^l. должно
<Р<Х)
быть постоянным (см. стр. 381). Полагая
— _ ^2 „ const , У (z)
приводим дифференциальное уравнение (249) в частных производных к двум обыкновенным дифференциальным уравнениям:'
Ф* (z) -р т2ф (z) = О и
Г Й + 4 f " тЧ1г) = °-
Частными интегралами первого уравнения будут функции sinmz и cos mz, второго — функции Бесселя первого и второго рода /о (тг) и Ко (тг) нулевого порядка от мнимого аргумента. Следовательно, уравнение (242) должно иметь частными интергалами произведения Io (mr) sin та, Io (mr) cos та, Ко (mr) sin та, Ко (mr) cos mz.
, Так как по условию 6 потенциал U не зависит от знака z, то при составлении общего интеграла уравнения (242) следует положить равными нулю коэффициенты у^тастных интергалов, содержащих произведения Io (mr) sin та и Ко (mr) sin та.
Таким образом, общее решение уравнения (242) может быть представлено суммой следующих интегралов:
U — /* Л (т) 1й (mr) cos mzdm + [ В (m) Ko (mr) cos mzdm,(250)
о6
где A (m) и В (m) — функции параметра m. В частном случае они могут быть постоянными величинами.
В среде 0 (в скважине) потенциальная функция должна удовлетворять также условию (244). Так как с учетом интеграла Вебера—Липшица функция
U <>gU <>g4лг04лг0со= Sy / ^о W cos mzdmсо= Sy / ^о W cos mzdm(251)(251)
U <>g
U <>g
4лг0
4лг0
со
= Sy / ^о W cos mzdm
со
= Sy / ^о W cos mzdm
(251)
(251)
и функция Uy* конечна и непрерывна во всем исследуемом пространстве и, следовательно, пе^может содержать функций Ко (тг), обращающихся в бесконечность при г -> 0, то для удовлетворения условия (244) и соотношений (250) и (251) необходимо положить
Т00__
Во (т) = ^а— и Uо* = J Ло (т) Го (mr) cos mzdm.
Следовательно, потенциал электрического поля в среде 0 будет определяться следующим выражением:
ОООО
Uo = 2^.~ У* Ко (m^cosmzdm 4- ^ Ло (m) Zo (mr) cos mzdm. (252) ° бб
В среде п' потенциальная функция
ОООО
Un' = / ^п' (т) /о (mr) cos mzdm + J В У (т) Ко (mr) cos mzdm.(253)
оо
Во внешней среде п, в которой решения уравнения (242) не могут иметь членов, содержащих функцию 1о (тг) (в связи с беспредельным возрастанием этой функции при г —оо)
Un = J Вп (т) Кй (mr) cos mzdm.(254)
о
Для упрощения дальнейших вычислений умножим функции Л0(т), Лп (т), Вп (т) и Вп(т) соответственно на , -^у-» ~ууу и —и введем новые функции: бп*
Со (т) =Ло (т),
су (т) =ду (т),
В„Чтп) = ^уВ111\т-),
D„ (т) =
После этого равенства (252), (253) и (254) примут следующий вид: оова
Uо =[ / ^о (m^) c°s mzdm + / Cq (т) Jo (mr) cos mzdm ,(255)
L00
Un — -f1- — \ f Си (m) /0 (mr) cos mzdm + о
оо
+ f Dxv' (т) Ко (mr) cos mzdm "о
Uu
ОО
/ Du (т) K0(mr) cos mzdm.
2л2г0 J \ / и \/
О
(256)
(257)
Для определения неизвестных функций Со(т), Са(т), Da(m) и Da(m) воспользуемся пограничными условиями (245) —(248). Полагая в (255) и (256) г = 1 и в (256) и (257) г — гпи приравнивая друг другу правые части каждой пары перечисленных уравнений, получим
СО
2^7» [/*^° И/оИсоо
s mzi
со
о
cos mzdm
00
2лаг 0
или
cos mzdm 4- J* Du' (m) Ko (m) cos mzdm о■
J'(po [Co (m) 70 (m) + KOH1 ~ Si/ t^n' H Io (m) + 0
-VDU' (m) K^ (m)]} cos mzdm = 0,(258)
^7~^J Ca'(m)I0(mra')cosmzdm+ J Dn* (m) K0(mrn') cos mzdrn^ = оb
00
= ^ f ^n (m) ^0 (^ll ) C0S ^2^o‘
или
Леп' KV (m)70(mrn') 4" Dn (m) Ko (mru'Y\ — о
— QssDn (m) Ko (^ru')^ cos mzdm = 0.(259)
Равенства (258) и (259) соблюдаются при любых z, если равны нулю выражения, стоящие в фигурных скобках, т. е. при
qA (m) Iо (т) -]- q0K (т) — рп' Си' (т) /0 (т) --
— Рп' Da (m) Ко (т) = О
(260)
Рп'СпДт) JQ (тга')]+ £>п'Д/ (jn) Ко (тгп'У— QnDn (т) Ко (тт') = 0. (261)
Для использования пограничных условий (247) и (248) предварительно вычислим производные по г от потенциальных функций (255)—(257). Воспользовавшись при этом известными из теории бесселевых функций соотношениями [117, 121]
Го (ж) = h (ж), Ко' (ж) = -Кх (хУ
в которых Го(х) и Ко' (х) — производные функции Бесселя первого и второго рода нулевого порядка аргумента x;h (ж) и Кх (ж) — функции Бесселя первого и второго рода первого порядка от того же аргумента, получим
8U /°°°°
"^ = f^ [ f ^° ^ ^°' ^,пг^ COS т^^т + J* Ко W)cos mzmdmA =
ооJ
~ St* [ J* ^ ° ^ ^1 ^r)cos mzm&m — J4~ St* [ J* ^ ° ^ ^1 ^r)cos mzm&m — J4OO00
~ St* [ J* ^ ° ^ ^1 ^r)cos mzm&m — J4
~ St* [ J* ^ ° ^ ^1 ^r)cos mzm&m — J4
Kx (mr) cos mzmdm ,о0J
^Ь- " S^ [ J £“' ^ (mr^cos mzm^m + J ^n (вг) Ko' (mr) cos mzmdmA =
,0000
= ^— I Сг/(/и.) 7 г(тг) cosmz mcZm — j Da' (m) Kx (mr) cos mzmdmA , (263)
/ D (m) /< ' imr\ cos mzmdm =
= — ^™- / ^n (m) Kx (mr) cosmzmdm.(264)
Разделив равенство (262) на go и равенство (263) на ди, положив в этих равенствах г — 1 и приравняв их друг другу [см. условие (247)], получим
оо00„
JСо (т) 1Х (т) cos mzmdm — J Кх (m) cos mzmdm =,
оо
0000
= J CV (m) /x (m) cos mzmdm — J Dn' (zb) Kx (m) cos mzmdm о0
или
” [Co (m) Ix (m) - Kx (m) - CC (m) It (m) + b
+ Da' (m) Kx (m)\ cos mzmdm = 0.(265)
Разделив далее равенство (263) на ди' и равенство (264) на ри, взяв г = Гп и приравняв затем полученные, выражения друг другу [см. условие (248)], приходим к следующему уравнению:
00 00__
JCU' (т) 1х(тгд) cos mzmdm —J Д/ (т) Кх (mrC) cos mzmdm = оо
= — J" Оп (т) Кх (тгп) cos mzmdm b
или 00,
J [Сп' (т) Jx (mrn) — Dn (т) Кх (тгаг) + 0’_
+ Dtt (т) Кх (тгпл)] cos mzmdm = 0.(266),
Равенства (265) и (266) удовлетворяются при любом г в том случае, если выражения, стоящие в квадратных скобках, равны нулю, т. е. при
Со М A (^) — К л (т) " Си* (т) ^ (???) + Оп (???) Кг (???) = 0,(267)
Сп' (???) А ИА) — Dn (?А Кг (тга') + Д/ (???) Кл (m?V) = 0.(268)
Соотношения (260), (261), (267) и (268) образуют систему четырех уравнений с четырьмя неизвестными функциями Со (m), CV^m), Ои' (???) и 7)п(???), решение которой дает возможность определить эти функции.
Так как измерительные электроды зонда находятся в буровом растворе (среда 0), то из всех перечисленных функций практический интерес представляет отыскание функции Со (?п), входящей в уравнение (255). Решая эту задачу методом определителей, получим
С,(т) =,
где ^Сои ^ — определители, составленные из коэффициентов и свободных членов, входящих в систему уравнений (260), (261), (267) и (268):
^о^о Н0^Ч И0^о^о Н0^Ч И0— @П'А (???)— рг/7<0 (???)0
^о^о Н0
^Ч И0
^о^о Н0
^Ч И0
0п 1 0 (????’п )6п Ко (????'И ) QnKg (?ПГп )
— АН ^^_0
/ х (????•„')— Кг (тг7) Кг (тгц)
= ten - • 2н') (&' - бо) [А (^•пА Кг (т) - 1\ (???) Кг (????V)] Ко (???) Ко (тгл’) 4-
+ (е„ - е™') еп к" ^^<1 +(61/ - е„) ^Ш,(269)
mтгп
WoW
—Qu' Zo(???)
— Qn'K0 (m)
0
d =
0
en'/0(??l?‘i/)
^’Kq (/пгц')
QnK0 (nirn )
/1 (???)
— A M
Kx(m^
0
0
/x (???.?•„')
— Kt (mr^)
Kt (mrn)
■= (Gii — eV) (eV — So) [А И Кг (mrV) + Тг (mrn') Ко (m)] Zх (???) Ко (mrV) 4-
+ (ft, - ей А е, ^WK,^ +_^ у™^ + ^(270)
mrnт2гп
Умножим правые части выражений (269) и (270) на m^VlQoQn, введем •новые обозначения дП', о — QVjeo и дп, п" = eVeV и, разделив затем первое из них на второе, получим
С0(?п) =
— L{i^^2^i^Lzz£i^l^L^2i22£i^ll£i^^
[Zo w К1 (mra')-^^ (m?V) ^0 (??»)] Zt (m) 2T0 (mTn') (^ 0 — 1) (дП( п,— 1) m2^ +
+ KQ (m?V) AT (m^') (^ п, — 1) гл , om7a' +^"0 (m) Kx (m^ ^n, 0— 1) m
—>==!=. • (2 /1)
+ Ii t??^/) Kti (mr^) (/дП| п,— 1) mrn' + h (тп) Ko (m) (дп/] 0— 1) m 4- 1
В точках, расположенных на оси Z, для которых г = 0 и, следовательно, /0(^7) = Д(0) = 1,
0 Ц
ОООО
+ / со (m) cos mzdml = ~^~ [-^=- + ^ CQ (m) cos mzdmV (272)
Положив в правой части равенства (272) z = С — L/r0 и подставив полученное выражение в формулу (20) § 1, получим формулу, определяющую величину кажущегося сопротивления, измеренного потенциал-зондом:
Рк = 2о 11 + -^- J С0 (m) cos mLdmVС^^
откуда■
— — d + -^- / Сй (т) cos mLdm.^^
■’ о
Для вывода формулы, устанавливающей величину кажущегося сопротивления, измеренного градиент-зондом, предварительно вычислим напряженность электрического поля в точках М, расположенных на оси Z па расстоянии z — L — L/rQ от источника тока:
Со (m) sin mLmdmСо (m) sin mLmdm
Со (m) sin mLmdm
Со (m) sin mLmdm
откудаоткуда ОО ОО(275)(276)(275)(276)Подставив значение Е в формулу (22), находим искомое
откуда
откуда
ОО
ОО
(275)
(276)
(275)
(276)
— = 1 4- -^— / С0(т) sin mLmdm.доп j •
о
Для получения числовых значений gK или отношений 5К/р0, которые широко используются при интерпретации результатов электрометрии скважин, необходимо получить числовые значения интегралов, стоящих в правых частях равенств (273) —(276). Эти интегралы непосредственно не берутся, и их вычисление сопряжено со значительными трудностями. Для выбора метода вычисления изучим характер подынтегральных функций Со (иг) cos mL и Со (т) sin mL в интервале интегрирования от 0 до оо.
При конечных значениях аргумента т функция Со (т) конечна, так как ни числитель, ни знаменатель дроби (271), определяющей значение функ-
ции Со (т), не обращается в нуль или бесконечность [функции Zo (m), h (щ)^ Ко (т), Кл (т??,), /1 (тпгц ), Ко (шп ) и Ki (тт^) конечны].
При т -^ О
7O(W)->1,
, , X тт / —Чтгп
К ^ —> у > ^1 (^ ?п)~ ,
К, (т)- (in -^ + с), Ко (т7„) -+ - (in ^ + С
Кх (т) -> А и Кг ^0,
тгп
где С ™ 0,577215 и, следовательно,
Со (^)т
^п_1т 1АиНЬАлу^ у^п_1т 1АиНЬАлу^ у, тт 7Г, тт 7Гп jп jтг \_Ш-у+С I (д^ 0— 1)(^щ п,—l)™^ —тг \_Ш-у+С I (д^ 0— 1)(^щ п,—l)™^ —
^п_1т 1
АиНЬАлу^ у
^п_1т 1
АиНЬАлу^ у
, т
т 7Г
, т
т 7Г
п j
п j
тг \_
Ш-у+С I (д^ 0— 1)(^щ п,—l)™^ —
тг \_
Ш-у+С I (д^ 0— 1)(^щ п,—l)™^ —
_An _„ + с\hn __—vc \ ^г> ^^ (^ ^„i)^^.
тгп 11/ т \ 1
Ш ___4- €7 I —у (дп, и, — 1) дп, f от Гп — Щ -у + С 1 — (д 1V) 0—1) т
/72-тт\/ ТУК \
— — I ]п —_|- О ) (р,д п, — 1) Trt г п~-у I In -х—р С I (дп/ п — 1) т -р 1
(1ПГ„In —у(1ПГ„In —у^, о - 1) 1П 4 + с^, о - 1) 1П 4 + сеп6оеп6о6п н ! _ т ? п | /f) t / Рп бо /\/\ Со6п н ! _ т ? п | /f) t / Рп бо /\/\ Согатгат' Qo' Qo1) in m+^L_£z In Ги-I (In2-C) =/Qo\ Qo I1) in m+^L_£z In Ги-I (In2-C) =/Qo\ Qo I^ — 1 ) In 772 + D,Qo^ — 1 ) In 772 + D,Qo(277>(277>где D = (— 1\ (In 2 — C) —^—— In ?’□ — величина, не зависящая от\ So /Qoпеременной т.Из последнего равенства следует, что при т -^ 0 и ^п ^ 6» функция Со (та) обращается в бесконечность вида In т, причем при рп > Go с уменьшением т функция С0(т) будет стремиться к -Роэ и при рп<Ро к —00•При бесконечном увеличении аргумента тг = хгде D = (— 1\ (In 2 — C) —^—— In ?’□ — величина, не зависящая от\ So /Qoпеременной т.Из последнего равенства следует, что при т -^ 0 и ^п ^ 6» функция Со (та) обращается в бесконечность вида In т, причем при рп > Go с уменьшением т функция С0(т) будет стремиться к -Роэ и при рп<Ро к —00•При бесконечном увеличении аргумента тг = х1й (ж) ->, It (.т) -> у ,1й (ж) ->, It (.т) -> у ,
(1ПГ„
In —у
(1ПГ„
In —у
^, о - 1) 1П 4 + с
^, о - 1) 1П 4 + с
еп
6о
еп
6о
6п н ! _ т ? п | /f) t / Рп бо /\/\ Со
6п н ! _ т ? п | /f) t / Рп бо /\/\ Со
га
т
га
т
' Qo
' Qo
1) in m+^L_£z In Ги-I (In2-C) =
/Qo\ Qo I
1) in m+^L_£z In Ги-I (In2-C) =
/Qo\ Qo I
^ — 1 ) In 772 + D,
Qo
^ — 1 ) In 772 + D,
Qo
(277>
(277>
где D = (— 1\ (In 2 — C) —^—— In ?’□ — величина, не зависящая от
\ So /Qo
переменной т.
Из последнего равенства следует, что при т -^ 0 и ^п ^ 6» функция Со (та) обращается в бесконечность вида In т, причем при рп > Go с уменьшением т функция С0(т) будет стремиться к -Роэ и при рп<Ро к —00•
При бесконечном увеличении аргумента тг = х
где D = (— 1\ (In 2 — C) —^—— In ?’□ — величина, не зависящая от
\ So /Qo
переменной т.
Из последнего равенства следует, что при т -^ 0 и ^п ^ 6» функция Со (та) обращается в бесконечность вида In т, причем при рп > Go с уменьшением т функция С0(т) будет стремиться к -Роэ и при рп<Ро к —00•
При бесконечном увеличении аргумента тг = х
1й (ж) ->, It (.т) -> у ,
1й (ж) ->, It (.т) -> у ,
Учитывая, что при этом
[ ^ 1 И'п) Кг (m) — It (m) Kt kmrnY =
К^<окт^=-^
2m]/ rn
Ko(mr'u) Kt (mr^ = ™=r en
2mrn
И
KMKxH = -^e-^,
получим ври in —ч оо числитель в формуле (271)
I и (^/*и) кх Н — 1г {т} А/ (щ/ц)] Ао (m) KQ (тТ^ км, 0 ~ 1) км, п, — 1) тМп +
+ /^щ о (/'ж, и — 1) Ко (тги) Кх к™^ mri 4- Ао (иг.) А/ (т) (дП', о — 1) т х
1Л m(r'—1) -т(Ц-7')
XГ 66кМ П' 1) (Дп, 0 1) ТП?Гц 4-
2т Ги ‘Лту Ги
+ Дп', о км И' — 1) е 11 тг^ 4- е"2т км, 0 — 1) т =
™- "4™ км, о —~ 1) (,мп, п' — 1) е+ -у Дп км п' — 1) е 4~
4“ "у“ км, о — 1) е 2т —> О и Со (т) также стремится к пулю.
На рис. 232 приведены графики функции Со(пг) для 5и > р0 (кривые 1, 2, и 5), рц = р0 (кривая ^) и рп < Go (кривая 5).
Выражения, стоящие под знаком интегралов в правых частях равенств (272) — (276), представляют собой осциллирующие функции с амплитудой, изменяющейся по закону изменения •функций Со к^) и тСо k^Y ПРИ изменении переменной пг от 0 до оо период осцилляции этих функций возрастает в тех же пределах.
(278)(278)Рис. 232. Кривые зависимости функции С6 (т) =Рис. 232. Кривые зависимости функции С6 (т) =/(т). Шифр кривых -^- , ££ , АЛ ц12].бо бо/(т). Шифр кривых -^- , ££ , АЛ ц12].бо боОбращение функции Со (тп) в бесконечность при m -> 0, осциллирование подынтегральных функций с изменяющимся периодом от 0 до оо (рис. 233, кривые 5 и ^) и бесконечность предела интегрирования определяют практическую невозможность вычисления интегралов, стоящих в правых частях равенств (272) — (276) без специальных преобразований, которые сводятся к следующему [112].
(278)
(278)
Рис. 232. Кривые зависимости функции С6 (т) =
Рис. 232. Кривые зависимости функции С6 (т) =
/(т). Шифр кривых -^- , ££ , АЛ ц12].
бо бо
/(т). Шифр кривых -^- , ££ , АЛ ц12].
бо бо
При дп =L Qo и малых значениях аргумента т вводят вспомогательную функцию Фо (??г), удовлетворяющую следующим двум условиям.
а) Сумма функций Со (т) = Со (т) 4- Фо (т) представляет собой конечную и непрерывную функцию для любых значений пг от 0 до то, где то — произвольное наперед заданное число, для которого функция Со (т) конечна. При т > то полагают Фо (т) = 0. Это дает возможность привести интеграл в правой части равенств (272) и (275) к сумме следующих интегралов:.
У* Со (m) cos mLdm = j [Со (т) + Фо (^)] cos mLdm — об
то
— j Фо (т) cos mLdm*.
о
Св(т); С^т^соктЬСв(т); С^т^соктЬРис. 233, Кривые зависимостей функции Со Im) =J(m) и Сй {т} cos mL = F (т\а — в области 0 < m < 3; б — в области 1,8 < m < 3,5 (в десять раз более крупном масштабе); 1 — кривая зависимости Со (т) = / (т); 2 — то же, для —Со (т) = / (т); з -^ кривая зависимости Со (т) cos_mL = F (т) для t = st/2 L= 0,16;4 — ТО же, для Т = л/2 L = 0,32; б — тд’жеГдля’*' т = 0,64;в — то же, для г = 1,28 [И2].Рис. 233, Кривые зависимостей функции Со Im) =J(m) и Сй {т} cos mL = F (т\а — в области 0 < m < 3; б — в области 1,8 < m < 3,5 (в десять раз более крупном масштабе); 1 — кривая зависимости Со (т) = / (т); 2 — то же, для —Со (т) = / (т); з -^ кривая зависимости Со (т) cos_mL = F (т) для t = st/2 L= 0,16;4 — ТО же, для Т = л/2 L = 0,32; б — тд’жеГдля’*' т = 0,64;в — то же, для г = 1,28 [И2].
Св(т); С^т^соктЬ
Св(т); С^т^соктЬ
Рис. 233, Кривые зависимостей функции Со Im) =J(m) и Сй {т} cos mL = F (т\
а — в области 0 < m < 3; б — в области 1,8 < m < 3,5 (в десять раз более крупном масштабе); 1 — кривая зависимости Со (т) = / (т); 2 — то же, для —Со (т) = / (т); з -^ кривая зависимости Со (т) cos_mL = F (т) для t = st/2 L= 0,16;
4 — ТО же, для Т = л/2 L = 0,32; б — тд’жеГдля’*' т = 0,64;
в — то же, для г = 1,28 [И2].
Рис. 233, Кривые зависимостей функции Со Im) =J(m) и Сй {т} cos mL = F (т\
а — в области 0 < m < 3; б — в области 1,8 < m < 3,5 (в десять раз более крупном масштабе); 1 — кривая зависимости Со (т) = / (т); 2 — то же, для —Со (т) = / (т); з -^ кривая зависимости Со (т) cos_mL = F (т) для t = st/2 L= 0,16;
4 — ТО же, для Т = л/2 L = 0,32; б — тд’жеГдля’*' т = 0,64;
в — то же, для г = 1,28 [И2].
б) Вычисление интегралаб) Вычисление интегралане представляет затруднений.не представляет затруднений.
б) Вычисление интеграла
б) Вычисление интеграла
не представляет затруднений.
не представляет затруднений.
7710
J Фо (m) cos mLdmо
Функцию Ф0(т'), удовлетворяющую поставленным условиям, найдем, воспользуясь асимптотическим значением функции Со (т) при m —> 0:
Со (m) = — (—In m + D.\ eo /
Положим
Фй (mA = (——In m +
Постоянную (\ определим из граничного условия т = тй:
Фо (^о) =— Й In т0 + Сх = 0,
\/
следовательно,'
Ci = — (-^2- — In m0\ go /.
ж
(279)
При таком выборе Фо (т) при m —> 0 функция
= (^ — 1) (In 2 — In m0 -С) — -^- In Гп' = const
не обращается в бесконечность ни при каких значениях т, изменяющихся в пределах от 0 до оо.
Функция Фо (т) полностью удовлетворяет и второму условию ее выбора.
Интеграл, содержащий эту функцию, легко вычисляется:
тот.о
/ Фо (mA cos mLdm = (/ In — cos mLdm —
оx 7 о
6n_1 ?—en .j'
--^=-™Si(m.0L),(280)
- L о mLL.
где символом Si (moL) обозначен интегральный синус; его значения табулированы.
При расчетах для удобства вычислений то берут равным 0,04, тогда °а64еп1
.У Фо (т) cos mLdm =^_— Si (0,64 27)
оL
и, следовательно,
Со (m) cos mLdm = J Со* (т) cos mLdm + -^—— Si (0,64 L\(281)
ОоL•
причем функция Со* (т) = Со (иг) 4- Фо (ттг), как об этом указывалось выше, остается конечной и непрерывной на всем интервале интегрирования.
Для^ исключения бесконечного предела интегрирования заменяют интеграл в правой части равенства (281) суммой интегралов с конечными пределами-——; "l^—’ где & = 0; 1; т- е- приводят его к виду
2 (fe+1) ”
ооh=ca L
f Со* (т) cos mLdm = 2 J Со* ^ cos ^^^ ^
Оh=0 2hn
2л
L /г=со
=а У ^ ^0* (п + 44^4 COS nLdn =
О Jt=O
лл
2L /i=ooL k^co
= / 5 ^°* (n "^ cos п^п "^ / ^ С0*(п + "-=~\ cos nLdn +
О k=0л 1 h=0
2L
л
Т /г=со
+ J ^ С0* Ln 4- 4^-^ cos nLdn 4-л л=о
Z
.где.где2/ст2/ст(282)(282)п = т—п = т—
.где
.где
2/ст
2/ст
(282)
(282)
п = т—
п = т—
Произведя [замену переменных: во втором интеграле п на -^п", тс2/ТС
в третьем интеграле п на ~ 4~,г'" и в четвертом интеграле п на —п"",
опустив штрихи у п и заменив букву п буквой т., получим
со2L h”oo
f C0*(m)cos Ldm, = Г V Г(70*4-(—4"--л: — т
оо h= оL х’4'
— Сй* (-2-=i"— л 4- тп \ 4- Со*(л cos mLdm. U I1I • VI1 I
Таким образом, интегрирование от 0 до оо приводится к интегрированию в пределах от 0 до nUL. На рис, 234 приведено несколько преобразованных кривых зависимости подынтегральной функции Со* (тп)8 созт/гС от т для различных значений параметра %/2С. Определение площадей^этих кривых не представляет большой сложности.
Вычисление интегралов, стоящих в правой части равенств (275) и (276), не требует введения функции Фо (т) и сводится лишь к преобразованию интеграла с бесконечными пределами интегрирования к интегралу с пределами от 0 до тс/2 L:
+ /—^ Л — nA Со f -^У—— / -А "t1 ЛС0 (-^У^- тс 4- тп) —\/\J \jL#j+ /—^ Л — nA Со f -^У—— / -А "t1 ЛС0 (-^У^- тс 4- тп) —\/\J \jL#j
+ /—^ Л — nA Со f -^У—— / -А "t1 ЛС0 (-^У^- тс 4- тп) —
\/\J \jL#j
+ /—^ Л — nA Со f -^У—— / -А "t1 ЛС0 (-^У^- тс 4- тп) —
\/\J \jL#j
(283)(283)2^42\ п / 2^4-2\"1 . у 7
(283)
(283)
—4— тс — тп С0 ——'— тс — m sin TnLdm.
L\ L/
При отсутствии цилиндрической зоны проникновения фильтрата глинистого раствора решение задачи значительно упрощается. В этом случае потенциалы электрического поля в сква- .
жине и в окружающей среде определи- c"Mscosmi
ются следующими формулами:
- ОО__и о = ^7 [J ко (тпг) cos mzdm + ° исо+ J С о (т) 7 0 (mr) cos mzdm^- ОО__и о = ^7 [J ко (тпг) cos mzdm + ° исо+ J С о (т) 7 0 (mr) cos mzdm^ГТ QlJUn ™ 2^Г0ГТ QlJUn ™ 2^Г0ООJ Du (т) К^ (mr) cos mzdm. оООJ Du (т) К^ (mr) cos mzdm. оРис. 234. Кривые зависимости преобразованной подынтегральной функцииРис. 234. Кривые зависимости преобразованной подынтегральной функцииПограничные условия дают возможность составить систему двух уравнений:б А (^) + qA И I о ^—QnDn H Кй (т) =Пограничные условия дают возможность составить систему двух уравнений:б А (^) + qA И I о ^—QnDn H Кй (т) =— К3 (m) + Со (j^l^m) -J- Dn (тп) Кх (тп) == 0,решение которых, определяет искомую функцию С0(т):Со (тп) =^п~^к° WKi (тп) =(бп—So) 7 1 (тп) Ко (тп) 4- —■~ Т^щО — ^ихИКо^гН^- ’— К3 (m) + Со (j^l^m) -J- Dn (тп) Кх (тп) == 0,решение которых, определяет искомую функцию С0(т):Со (тп) =^п~^к° WKi (тп) =(бп—So) 7 1 (тп) Ко (тп) 4- —■~ Т^щО — ^ихИКо^гН^- ’Со* (тп)8 cos mL =Со* (тп)8 cos mL =для различных значений параметра т = — (шифр кривых) при нали- u Lчии зоны: проникновения фильтрата бурового раствора; gn' = 40^о; D == 1,5с?0; еп = ео[И2].для различных значений параметра т = — (шифр кривых) при нали- u Lчии зоны: проникновения фильтрата бурового раствора; gn' = 40^о; D == 1,5с?0; еп = ео[И2].cos mLcos mL
- ОО__
и о = ^7 [J ко (тпг) cos mzdm + ° и
со
+ J С о (т) 7 0 (mr) cos mzdm^
- ОО__
и о = ^7 [J ко (тпг) cos mzdm + ° и
со
+ J С о (т) 7 0 (mr) cos mzdm^
ГТ QlJ
Un ™ 2^Г0
ГТ QlJ
Un ™ 2^Г0
ОО
J Du (т) К^ (mr) cos mzdm. о
ОО
J Du (т) К^ (mr) cos mzdm. о
Рис. 234. Кривые зависимости преобразованной подынтегральной функции
Рис. 234. Кривые зависимости преобразованной подынтегральной функции
Пограничные условия дают возможность составить систему двух уравнений:
б А (^) + qA И I о ^—QnDn H Кй (т) =
Пограничные условия дают возможность составить систему двух уравнений:
б А (^) + qA И I о ^—QnDn H Кй (т) =
— К3 (m) + Со (j^l^m) -J- Dn (тп) Кх (тп) == 0,
решение которых, определяет искомую функцию С0(т):
Со (тп) =^п~^к° WKi (тп) =
(бп—So) 7 1 (тп) Ко (тп) 4- —■
~ Т^щО — ^ихИКо^гН^- ’
— К3 (m) + Со (j^l^m) -J- Dn (тп) Кх (тп) == 0,
решение которых, определяет искомую функцию С0(т):
Со (тп) =^п~^к° WKi (тп) =
(бп—So) 7 1 (тп) Ко (тп) 4- —■
~ Т^щО — ^ихИКо^гН^- ’
Со* (тп)8 cos mL =
Со* (тп)8 cos mL =
для различных значений параметра т = — (шифр кривых) при нали- u L
чии зоны: проникновения фильтрата бурового раствора; gn' = 40^о; D =
= 1,5с?0; еп = ео[И2].
для различных значений параметра т = — (шифр кривых) при нали- u L
чии зоны: проникновения фильтрата бурового раствора; gn' = 40^о; D =
= 1,5с?0; еп = ео[И2].
cos mL
cos mL
обращающуюся в бесконечность при m —> 0«
Исследуя правые части формул (274) и (276), приходим к заключению, что отношение кажущегося сопротивления рк к удельному электрическому сопротивлению рп бурового раствора, численно равное ///q, как для градиент-, так и для потенциал-зондов является функцией отношения размера 26 Заказ 714.
зонда L к радиусу tAl — —) или диаметру с?0 (£d — J1 = скважины \ Гц /\Йо " /■
и отношений — = /гп о и -^- = /zn\ о удельных электрических сопротивле-
00’00’
ний рп и рп исследуемых пород и зоны проникновения в них фильтрата бурового раствора к удельному электрическому сопротивлению последнего. От этих отношений зависит функция ^(т).
При беспредельном уменьшении размера L зонда и отношения
у L ( т L \.
'L — I ИЛИ— I
Го \“о /
— 00
"^~ / ^° ^cos ^^^
О
Ж'
оо
'2^~^ тСй (т) sin mLdm —> 0.
Поэтому при L -> О
.Wl-o ’’
или
(^h)l — 0 “^О»
т. е. при уменьшении размера зонда кажущееся сопротивление, замеренное по оси скважины, стремится к удельному электрическому сопротивлению бурового раствора. Следовательно, зависимости — = / (La) для потен- 00
циал- и градиент-зондов имеют левую асимптоту, уравнение которой — = 1 ИЛИ Рк = р0.
При беспредельном возрастании размера потенциал-зов да
2 <Н-1)л
_ ооh=co L
I — Г С0* (m) cos mLdm I = I — X Г £0* (m) COs mLdm I 0.
0h»0 2йл
Для доказательства последнего соотношения [1121 проинтегрируем его среднюю часть по. частям:
2 (h+1) л'
Л=оо L
— Х Г ^о* (w) cos mLdm =
Л Аее ./
/ц=0 2Дл
L
2£
к=оо
о* I —=—— л j sin (2^-[- 2) л —
2 (А+1)л^=оо L2 (А+1)л^=оо L~CQ*~CQ*
2 (А+1)л
^=оо L
2 (А+1)л
^=оо L
~CQ*
~CQ*
dCV(m) •'
—=-i—- sin mLdlm от
h=oo
"Г I У Гс*0л^ Sin (2/с+2) л—С0*(Sin Ут - '
' ^ ^ UX ^f\ jLij
(2ft+1) л■
дС0* (т) .—'
— I —L sin mLdm
J ■ от
2йл'■
Но так как sin 2 (к + 1) л и sin2far равны нулю, то
и
/ 2/с + 2
\ £
л j sin (2/с+ 2) л—Со*
sin 2ктс = 0
К=0 ShuК=0 ShuйСй* (т) дпгйСй* (т) дпгLLsin mLdm.sin mLdm.
К=0 Shu
К=0 Shu
йСй* (т) дпг
йСй* (т) дпг
L
L
sin mLdm.
sin mLdm.
/ Со* (m) cos mLdm = л ,/
■0'
При достаточно большом L и, следовательно, малой величине интервала интегри-
ас0*(т)„„
рования, производную ——- можно принять постоянной, в связи с чем каждый из интегралов •
2 (Д+1)л2 №)«
Тт
/‘8С0* (иг) . V, дС0* (m) Г • т ?
в.—У Д—L sin mLdm= “ ■ - • / sin mLdm л=
.7dmdm J
2/гл2Ал
77L
—[cos Ут — cos 2 (&-M) л] — 0
jr 8m 1
и, следовательно, —— / Co* (m) cos .mLdm = 0..
л J1
Поэтому при больших значениях L. t
00— mo_
f (m) cos mLdm =/ Фо (m) cos mLdm =
л Po'
Ио так как при L->oo S1(?h/7) —> -у-, то при L—> со
ОО■.
-— f С a (т) cos mLdm -> еяп--~л J' Ро
о■
26*
Следовательно, при А —> оо
/ ек \I еп—ео 1 _ еп
\ ео _оо L ' е° J 9»
(284)(284)или
(284)
(284)
^i^L юо “* @п>
т. е. при безграничном увеличении потенциал-зонда кажущееся сопротивление стремится к удельному электрическому сопротивлению исследуемых пород, т. е. кривая зависимости ^ =/(^-) имеет правую асимптоту, у д ов л етв оря ющу ю у р а в пению
0К _0П
Ро0о ’
ИЛИ
Рк — рп.
Аналогично доказывается существование асимптоты к правой ветви кривой — = / (А), удовлетворяющей последним двум уравнениям, и для гради ент-з он да.
' На рис. 235, 236 и 237 приведены примеры кривых зависимостей — = _ ■ 00
— / (А) для потенциал- и градионт-зоидов при отсутствии и наличии зоны проникновения фильтрата бурового раствора. Эти кривые подтверждают сказани ее выше.
При отсутствии зоны проникновения фильтрата бурового раствора при увеличении размера зонда кажущееся сопротивление постепенно переходит от значения р» = Qo к ри — рп. Ири этом в случае достаточно больших величин Ьд кривые QhIq0 = / (А^) имеют четко выраженные максимум (при рп>р0) и минимум (при £и<е0), на участке которого рп или превышает бп (при Рп>Ро), или становится меньше рп (при рп<ро), что объясняется характером распределения плотности тока. При наличии зоны проникновения фильтрата бурового раствора кажущееся сопротивление с увеличением размера зонда La сперва стремится к рп', а при дальнейшем увеличении La стремится к #п. .
Рассматривая теоретические кривые бокового электрического зондирования при р0 = ^ц и ри' > р0 и различных значениях D^, легко убедиться в том, что ординаты кривой бокового электрического зондирования возрастают как с увеличением р.тпопюнпя D(dH так и с увеличением отношения Qn /бо* При этом можно подобрать такие различные значения отношений Djdo и gu'/go, при которых конфигурация кривой практически но изменится. Эти значения D/dQ и pi//y0 могут быть установлены, исходя из следующих соображений. ; ■
Плотность тока в скважине, пропорциональная величине кажущегося сопротивления, и характер изменения плотности тока по оси скважины в зависимости от расстояния до питающего заземления А определятся соотношением между полным сопротивлением среды, окружающей скважину, и сопротивлением скважины. Очевидно, что при заданных постоянных 50, §п и d0 и изменяющихся £д и D это соотношение в основном должно определяться величиной, пропорциональной полному дополнительному радиальному сопротивлению промежуточного слоя, отнесенного, допустим, к еди-
Рис. 235. Палетка кривых зависимо-
0К 4 / В \ сти — = 7 —г—
Qo ' do ' при еп/ео = сопнь- Потенциал--зонд (палетка БЭЗИ ПЗ). Шифр кривых <иП10-еп/ео:
Ип — Ип' — линии геометрических мест точек Ук = (?п? Вц—Вп — линии геометрических мест экстремальных значений — (макси- мальпых для gn > >р0 и минимальных для еп<е0)-
Рис. 236 Палетка кривых зависимости QHl6o — - “^тУ1^ -n/t?0=” = const. Градиопт- зопд (палетка
БЭЗ-1-ГЗ). Шифр кривых ^П) q = = 6?п/бо> ^г—^г — линии геометрических мест точек; 0к= 0п> By — Вг — линии геометрических мест экстремальных значений ек/бо (максимальных ДЛЯ дп > д0 и минимальных для еп < е0).
нице его длины h и углу при вершине а в один радиан и к удельному сопротивлению р0 бурового раствораг, т. е. величиной
D
Tj ^п I 1 Г QU Qn J I Qu gn 1 D gn'— gn , D
go I go ./ a™ |a=lrdgo"0go“o
ro '
С другой стороны, числовые значения рк/до» как это следует из формул (274) и (276), определяются значением функции Со (т), причем, как можно убедиться из сопоставления кривых, аналогичных приведенным на рис. 232, вид функций Со (т) = / (т) при р0 = рп и р0 < рг/ > §п в основном за
висит от начального значений этой функции:
C.(m).
'go<
Убеждаясь в идентичности”'правых частей последних двух формул, приходим к выводу, что числовые значения qk/qo и конфигурация кривой бокового электрического зондирования при д0< Qn > Qn должна определяться величиной
U = _^LZZM in -Р-. go “о
Это положение полностью подтверждается сопоставлением рассчитанных кривых бокового электрического зондирования, из которых следует, что при глубоких проникновениях
Рис. 237. Палетка БЭЗ-2-10-ЙЗ, ГЗ. Шифр кривых gn/go> 7) = 2<; gn = 10 g0 = const- Сплошные кривые — градиент-зонды; пунктирные — потен- циал-зоцды.Рис. 237. Палетка БЭЗ-2-10-ЙЗ, ГЗ. Шифр кривых gn/go> 7) = 2<; gn = 10 g0 = const- Сплошные кривые — градиент-зонды; пунктирные — потен- циал-зоцды.фильтрата бурового раство
Рис. 237. Палетка БЭЗ-2-10-ЙЗ, ГЗ. Шифр кривых gn/go> 7) = 2<; gn = 10 g0 = const- Сплошные кривые — градиент-зонды; пунктирные — потен- циал-зоцды.
Рис. 237. Палетка БЭЗ-2-10-ЙЗ, ГЗ. Шифр кривых gn/go> 7) = 2<; gn = 10 g0 = const- Сплошные кривые — градиент-зонды; пунктирные — потен- циал-зоцды.
ра, когда отношение D/d0 для различных Qh/qo 116 превосходит наибольших значений D/do, указанных ниже для случая Qn/Qo = 0:
при рп7ро < 8203560100150200
D/d0 < 23 45678
определяется величинойопределяется величинойконфигурация кривой рк/р0 = / (Ьд) вполне
определяется величиной
определяется величиной
у— ^п — gn . goу— ^п — gn . go, DШ-з- d0, DШ-з- d0произведения
у— ^п — gn . go
у— ^п — gn . go
, D
Ш-з- d0
, D
Ш-з- d0
называемого параметром U эквивалентности кривых бокового электрического зондирования (см. ниже стр. 410) или, что то же самое, величиной дополнительного радиального сопротивления области проникновения фильтрата бурового раствора в пределах клина, имеющего единичную мощность и угол при вершине в один радиан и отнесенного к удельному электрическому сопротивлению до среды, заполняющей скважину.
1 Так как ординаты gK/go кривой бокового электрического зондирования определяются не абсолютными значениями сопротивлений gn' и gn, а их отношениями к сопротивлению g0. . .
На рис. 238 приведены кривые ^к/^о — / (J^), рассчитанные для постоянных значений параметра U при ри/ро = 1 и рп/ро = Ю.
Сопоставляя между собой кривые бокового электрического зондирования для потенциал- и градиент-зоидов, следует прийти к заключению, что для потенциал-зондов кривые зависимости рк/ро = 1 {L^) [рк = / (7v) ] при различных отношениях рп/р0 достаточно резко отличаются друг от друга.
У градиент-зопдов значительная дифференциация кривых р„/р0 = = / ^L^ [рк = / (7) 1 для различных отношений рп/р0 наблюдается лишь при малых значениях рн/ро и при больших размерах: зондов 7 > (10 -г 100) do. При малых и средних размерах градиепт-зондов по мере возрастания удельного электрического сопротивления пород, окружающих скважину, кривые зависимости рк/ро = / (7d) стремятся сблизиться с предельной кривой рк/ро = / (Ld\ рассчитанной для пород бесконечно большого сопротивления. Последняя имеет своей асимптотой прямую, наклоненную к оси абсцисс под углом v = 63°26' (tgv = 2), пересекающую эту ось в точке с координатой L, = 0,354, что подтверждается следующим элементарным подсчетом.
При бесконечном сопротивлении пород, окружающих скважину, ток, отдаваемый заземлением Л, протекает только по стволу скважины, причем половина его направляется вверх и половина вниз от заземления А. При достаточно больших размерах зондов (практически при L > 0,5 с/о) эти токи протекают по сечению скважины с постоянной плотностью
/2Z
7 =ч— = —~г
2
4
и создают напряженность электрического поля
Подставляя значение Е в формулу (22), получим
R / Г \2
ри = 4^4- = 8 Ш р0
или
fs = 8 Ш” = 8У.
Следовательно, при достаточно больших значениях Ld зависимость кажущегося сопротивления от размера зонда в логарифмической системе координат определяется уравнением
lg-2" =21gZ,d + lg8,
которому отвечает прямая с угловым коэффициентом, равным 2, пересекающая ось абсцисс в точке с координатой lg Ld = —^- = —0,451 или Ld= = 0,354, что и требовалось доказать.
На особенности зависимости рк = / (7) стремиться к ро при беспредельном уменьшении размера зонда и к рп при беспредельном увеличении размера зонда основан способ определения удельных электрических сопротивлений пород, а иногда и глинистого раствора, получивший название боко-
Рис/ 238. Палетки БЭЗ-С/ (иди палетки эквивалентных кривых), а — палетка. БЭЗ-СМ-ПЗ, ГЗ, Qa/Q0 = 1; б — палетка БЭЗ-У-Ю-ПЗ, ГЗ, qhjQo = 1()- Шифр кривых U. Сплошные кривые — градиент зонды; пунктирные — потепциал-зонды; Вп— Вп — линия геометрических мест точек максимума Qk/q0 для потенциал-зопдов; Вт—Вт —
то же, для градиент зондов (составлена по данным МНИ и ВНИИГеофизики),
вого электрического (или бокового каротажного') зондирования (сокращенно БЭЗ или БКЗ).
Сущность бокового электрического зондирования сводится к измерению в скважине серии кривых кажущегося сопротивления с различными (все возрастающими) размерами зондов и последующему построению для каждого из пластов исследуемого разреза кривых зависимости рк от размера L зонда. Боковое электрическое зондирование, выполненное с потепциал- зондами, иосит название бокового электрического потенциал-зондирования, сокращенно потенциал-зондирования или БЭПЗ, а зондирование, выполненное при помощи градиеит-зондов, — бокового электрического градиент- зондирования, сокращенно градиент-зондирования или БЭГЗ.
Выбор типа зондирования зависит от мощности и электрического сопротивления исследуемых пластов и характера задачи, для решения которой ставится зондирование.
Построенные кривые бокового электрического зондирования
/ t f АМ \ ри сопоставляются с теоретическими кривыми Рн/ро = Т\—я—)и— = .\ “о / во
_ / / АО \би Ou' п.у
/ ПРИ "во" ’ и Т" "cons^ рассчитанными по формулам (274) и (276). Эти кривые сгруппированы в палетки (см., например, рис. 235—238). Сопоставление наблюденных (интерпретируемых) кривых бокового электрического зондирования с теоретическими дает возможность во многих случаях определить удельное электрическое сопротивление исследуемых горных пород, а также установить наличие зоны проникновения (дать прогноз о проницаемости породы). В некоторых благоприятных случаях это сопоставление позволяет также определить удельное электрическое сопротивление зоны фильтрации бурового раствора и примерно оценить фиктивный диаметр этой зоны С Методика перечисленных определений излагается в специальных курсах интерпретации результатов геофизических исследований скважин [6, 7, 123].
СРЕДА С ПЛОСКО-ПАРАЛЛЕЛЬНЫМИ И КОАКСИАЛЬНОЦИЛИНДРИЧЕСКИМИ ПОВЕРХНОСТЯМИ РАЗДЕЛА
Задача распределения электрического поля при одновременном наличии плоских и цилиндрических поверхностей раздела имеет лишь приближенное решение. Для общего случая, когда сопротивления пластов, слагающих раз-
Теория электрического поля, изложенная в настоящем параграфе, выведена для ■случая, когда зола проникновения фильтрата бурового раствора образует область постоянного удельного электрического сопротивления еп, ограниченную цилиндрической поверхностью диаметра D, ось которой совпадает с oci ю скважины. В действительности же вода бурового раствора, фильтруясь в породы и оттесняя жидкость, насыщающую поровое пространство, постепенно смешивается с пой и изменяет свое удельное сопротивление. Поэтому при наличии зоны проникновения фильтрата бурового раствора удельное сопротивление этой зоны изменяется в радиальном направлении по так, как показано на рис. 239 (кривые 1), для которых рассчитано большинство трехслой пых теоретических кривых бокового электрического зондирования, а по пунктирным кривым 2. Диаметр йф зоны проникновения фильтрата бурового раствора в этом случае будет значительно ■больше диаметра D фиктивной цилиндрической однородной зоны, создающей одинаковое изменение кажущегося сопротивления. Удельное сопротивление рпп зоны проникновения в непосредственной близости от стенок скважины может быть меньше (рис. 239, а) или больше (рис. 239, б) удельного сопротивления дц, определяемого при интерпретации бокового электрического зондирования. Это следует иметь в виду при использовании сопротивления зоны проникновения для изучения коллекторских свойств изучаемых пород.
Аналитическое решение задачи для реального случая, при котором наблюдается постепенное изменение сопротивления зоны проникновения фильтрата бурового раствора, ■отсутствует, и эта задача в настоящее время решается при помощи электромоделирования (см. §59).
аа
а
а
Ряс. 239. Характер изменения удельного электрического сопротивления пород в радиальном направлении от оси скважины при наличии зоны проникновения фильтрата бурового раствора в исследуемые породы.
— график изменения сопротивления пород, для которого рассчитаны теоретические кривые бокового электрического зондирования; г — действительный характер изменения удельного электрического сопротивления пород в радиальном направлении.
роз скважины, конечны, приближенное решение весьма сложно и не определяет затрат па производство числовых расчетов. Эта задача значительно проще и, главное, точное решается способом электромодёлировапия (см. 3 59). .
В частном случае, когда пласт имеет бесконечно высокое сопротивление и пересекается скважиной, заполненной проводящим глинистым раствором с сопротивлением р0, равным сопротивлению р3 = р3 среды, окружающей пласт и проведенной перпендикулярно границам пласта, решение задачи значительно упрощается. Так как в этом случае распределение электрического поля близко к случаю распределения поля в пласте высокого сопротивления и условие q0 ~ р3 ~ р8 наблюдается весьма часто, то решение задачи распределения электрического поля в скважине, пересекшей пласт бесконечно высокого сопротивления, имеет большое практическое значение.
В зависимости от того, против какой из сред (подстилающей пласт, в пласте или покрывающей пласт) находятся в скважине питающий и приемные электроды, решение поставленной задачи будет различным.
Питающее заземление А и измерительные электроды М (потенциал-зонд) или М и N (градиент- зонд) находятся на участке, окруженном средой, подстилающей пласт (рис. 240, а). •
Для решения задачи заменим скважину в сечении скважина—подошва пласта плоским заземлителем S диаметра do, равного диаметру скважины, заземлитель принимает из полупространства, подстилающего пласт, ток is, равный току, уходящему через скважину в полупространство 3, покрывающее пласт. При такой замене потенциал электрического поля, созданного источником тока.Л в любой точке М полупространства 1, расположенной па расстоянии L от источника А, равный потенциалу электрического поля, при наличии скважины может быть представлен суммой потенциала (/А электрического поля источника тока А при отсутствии скважины, пересекающей пласт, и потенциала Us электрического поля, созданного током i8, эмиссируемым в среду 1 плоским заземлителем S. Величина тока is пропорциональна потенциалу источника тока А в точке р, в которой ось скважины пересекает подошву пласта, и обратно пропорциональна полному сопротивлению Ra, состоящему из сопротивления НР зоны входа тока из - подстилаю-
щей среды в скважину, сопротивления Rh скважины, окруженной пластом, и сопротивления Rq зоны выхода тока из скважины в покрывающую среду. Сопротивления зон входа и выхода численно равны сопротивлению 7? = = круглого заземлителя диаметром do, находящегося на поверхности проводящего полупространства удельного электрического сопротивления ^а (см. § 51).
ааРис. 240. К выводу формул, определяющих потенциал электрического поля при пересечении скважиной пласта бесконечно высокого сопротивления (случай одновременного наличия плоских и цилиндрических" поверхностей раздела)Рис. 240. К выводу формул, определяющих потенциал электрического поля при пересечении скважиной пласта бесконечно высокого сопротивления (случай одновременного наличия плоских и цилиндрических" поверхностей раздела)
а
а
Рис. 240. К выводу формул, определяющих потенциал электрического поля при пересечении скважиной пласта бесконечно высокого сопротивления (случай одновременного наличия плоских и цилиндрических" поверхностей раздела)
Рис. 240. К выводу формул, определяющих потенциал электрического поля при пересечении скважиной пласта бесконечно высокого сопротивления (случай одновременного наличия плоских и цилиндрических" поверхностей раздела)
Потенциал UA вычисляется по формуле (156). Полагая в этой формуле-
^12 —^12 —029191+92029191+92= 1 (так как р2 = °°)> а = 0 и z/ = zx, получим= 1 (так как р2 = °°)> а = 0 и z/ = zx, получим4 л4 л(285)(285)
^12 —
^12 —
0291
91+92
0291
91+92
= 1 (так как р2 = °°)> а = 0 и z/ = zx, получим
= 1 (так как р2 = °°)> а = 0 и z/ = zx, получим
4 л
4 л
(285)
(285)
Для определения потенциала Us введем цилиндрическую систему координат К Z Р. Начало системы поместим в точке р и ось Z направим по оси скважины, ориентировав ее положительное направление вниз от точки р. Потенциал Us электрического поля должен удовлетворять следующим условиям:’
обладать аксиальной симметрией и во всех точках среды! удовлетворять уравнению Лапласа
8ЭД8 . 1 dU8 . Э^и8 n
р = 0;(286)
.уг2 'г ОГ0^
обращаться в нуль в бесконечно удаленных точках;
быть постоянным по величине на поверхности заземлителя, т. е. (7s =
— Uq = const при £ = 0 и г < го = -у .
Решение дифференциального уравнения (286) будем искать в виде произведений двух функций
Us = Цг) <р (О,.
из которых фукция / (г) зависит только от переменной г и функция у (£) зависит только от переменной £. Так как потенциальная функция IIs не может обращаться в бесконечность в точках, расположенных на оси (г = 0), и в бесконечно удаленных точках (в частности, при £ —> со), то в общем решении уравнения (286) должны отсутствовать частные интегралы, содержащие ^функции Yo (тг) и ^. В связи с этим .
Vs = I A (m) Jo (mr) с~т^ dm..
■ ■ 6
Для определения неизвестной функции А (т) воспользуемся условием "3. Согласно этому условию при £ = 0 и г < го
и®Т<тй £=о) = / A (w) JQ (mr) dm = Uo = const.(287)
о
Равенству (287) удовлетворяет функция
а и = -FF^ v ^' (288)
так как, согласно теории интегралов, содержащих функции Бесселя, при г < г0 1.
Т sin пгг0 т , х 7 лJ ___— J^m.^dm = -T
и, следовательно, при подстановке равенства (288) в формулу (287) последняя удовлетворяется тождественно.
Таким образом, для потенциала Us получаем следующее выражение:
= А /7? 7 Jo w dm.
В точках, расположенных на оси скважины (г — 0), JQ(m?) = l. В этих точках
(Is _dm = arc tg =
л J ттс ° с
0
— —— arc tg А =arc sin.(289)
6 ^£ лV 4£2+ti02'•
Для дальнейшего решения задачи определим Uq. Для этого вычислим -силу тока —is, принимаемого из среды 1 плоским заземлителем 5 с полной поверхностью S = тег.^х •.
Но так как
, о .,ОО
^-JoWe"mSdm\ =^-JoWe"mSdm\ ='— /9и \ - \2LnBuL Г
^-JoWe"mSdm\ =
^-JoWe"mSdm\ =
's(e=o) ас Д=о " л и° ас J
о
= " Uy j sin mrQJ0(mr) dmb
и, согласно теории интегралов, содержащих функции Бесселя, приг<Го, со.
f sin mrJ л (тт\ dm = ■■■,
О/г02-Г2
то
г0 2я
— t = 1 Гр as = 2 ^ f ds 2 ./ Г rdrdQ =
s Qo J s m Qo J V rQ2 — Г2 л go ' ' / r02—Г2
ss r °о 0'
ro
4 rrs /4z'q rrSzooax
= — Un i -7=^- = — Uq.(29O>
go J ]/ Z-02 — r200
Из формулы (290) получим
tjS gois go1'»
L 0 ™4r0 -2d.
и, следовательно, [см. формулу (289)]
C/S=__w£.arct(291)1
md(l 6 2Cx z
Сила тока ^ приближенно равна отношению потенциала Up электрического поля источника тока А в точке р к полному сопротивлению скважины,, равному, как об этом говорилось выше, сумме Rs сопротивления стволам скважины в зоне пласта
^igo4/igp
mdQ2nd.2
и сопротивлений Rp и Ra зон входа и выхода тока из пласта
т? _ р „' 0 _ g»
Пр —— —Т- —,
Is Zuq
B1 = Rll + Rp + Ha-^ + 2^-=^№ + ™a6).
Но так как (при zx = Ц
UUр =р =2л^1 ’2л^1 ’
U
U
р =
р =
2л^1 ’
2л^1 ’
то
Up _ 6о£_ #1Id.1
R. &ч • ^=- 2^(/А+л<г01
лйо2
и, следовательно [см. формулу (291)],
' UsgpZ^o агг ^Р
u ~2?zz1(4/i + M)g X *■
Заменяя в последней формуле £ равнозначной величиной zx — L и суммируя Us со значением 17^=0, получим-
у — _g°L LL j^arc —1(292)
и 4л [L2ч—LZ1(4/i + ^o) g 2 (zx—L) j* V J '
Подставив найденное значение U в формулу (20), определим величину кажущегося сопротивления для потенциал-зонда:
(293)(293)Гл I Ь2Т^. do 1
(293)
(293)
Qk — Qn 1 Т ”n— ~таГС CO 7т . . ко[ 1 2.4—L^ (4/1-]-лс?0)6 2(zi— Ьц
Для вычисления- кажущегося сопротивления, измеренного градиент- зондом, следует, определив предварительно величину напряженности электрического поля (Е = —dU/dE), подставить ее значение в формулу (22),. после чего получим
„ _ „ U ^।4L2d0a)/on/л
£к —^4—L)2 1 я^Щ-Ьл^) [4 (s^—b)2-h^02] J*
Если z, — L > d0 и h > L, to arc tn ---^——
2
И
47^2_
.Zi (4A-j- ло?о) [4zj—-Z>)2-f-/Zq2]
малы по сравнению c 1 + и 1 — ж,-^•
В этом случае при измерении потенциал- и градиент-зондом соответственно получим следующие выражения:
+Q« ~ [1 - (2^ZT)2j ^-(295>
Формулы (295) тождественны формулам (168) и (169) при Ж12 = 1 (g2 = = оо). Таким образом, при, расположении электродов А и М на расстоянии от пласта, много большем диаметра скважины, наличие скважины в пласте- практически не изменяет величины кажущегося сопротивления.
Заземление Л расположено в части скважины, окруженной средой, подстилающей пласт; электрод М (электроды М и N для градиент-вонда) -—в части скважины, пересекающей пласт (рис. 240, б). '
U ™ isRMooU ™ isRMooВ этом случае потенциал точки М равен полному падению напряжения электри-- ческого поля, созданного током zs между точкой М и оо:
U ™ isRMoo
U ™ isRMoo
2zx (47i + лй0) ^о2 | k2 J
(296).(296).■ g°^8 (^ + гг — £)4-л:^о
(296).
(296).
4лгхАН + лс?0 *
Подставляя полученное значение U в формулу (20), получаем для потенциал-зонда
(297).(297).ll(^+fKz^H2^1^zi (4/г-{- зг(/0)
(297).
(297).
Взяв от равенства (29(5) производную по L и подставив ее значение с обратным знаком в формулу (22), находим величину кажущегося сопротивления для градиепт-зоцда:
(298)(298)_871=
(298)
(298)
Zi (4/i + m/0) 00 ‘
3 а з о м л е п не А р а с ц о л о ж е н о в ч а с т и с к в а ж и и ы, о к р у - ж описи с р о д о й, поде т и л а ю щ ей пласт; электрод М (потенциал- зонд) и л и э л е к т р о д ы И и N (градиент-зонд) — в части скважин ы, « а х о д я щ о й с я и а д плас т о м.
Для этого случая потенциал U электрического поля источника тока А в точке М равен потенциалу 77s, созданному в этой точке током заземлителя диаметра с/0, расположенного в кровле пласта:
(299)(299)и _ Go's_ go^oi.„ ^o
(299)
(299)
яЛ0 g 2 [Z — (siH-/z)j " 2лг1(4^ + ^о)Lg2[L —(z\ + /i)] "
Подставив найденное значение U в формулу (20), получим величину кажущегося сопротивления для потецциал-зопда:
6k = ___ urc lg _____ .
(300)
Взяв производную по L от равенства (299) и подставив ее с обратным знаком в формулу (22), находим gK для градиепт-зонда:
zx Х^к -|- л^) (4 [ L — (zi + li)]2 -|- о^2} ‘
(301)
Формулы (299) и (300) справедливы при zx > с?0/2.
4. 3 азом л е и и е А р а с п о л о ж оно в части с к в а ж и и ы, о к р у - ж о п и о й п л а с т о м; э л о к т р о д М (потенциал -зонд) или электроды М и N (градиопт-зоид) — в част и с к важины, пересекающей сред у, п од ст ила ю щ у ю пласт (рис. 240, в).
Электрический ток, отдаваемый источником тока А, расходится в подстилающую и покрывающую среды обратно пропорционально сопротивлениям участков скважины, расположенных ниже и выше электрода Л. Потенциал U электрического поля в точке М, находящейся в подстилающей среде, равен потенциалу Vs, созданному в этой точке плоским заземлителем диаметра dOl находящимся в подошве пласта и отдающим в подстилающую среду ток
Следовательно,
4 (h 2i) gp । go
лс/08 2iZ0 ^8 (Л — Zi) -f-л(70/
4/i g0g04h-\-7id02
trtdQ2d0
S _ [8 (/i —г^ + л^] go^ f __^o_ 2лй0 (4/1 -I- nt/0) v ° 2 (L — zx) ‘
(302)
Подставляя значение U в формулу (20), получаем для потенциал-зонда (L>zx)
п — 2Z<,n ^ (/г —zQ + ^p]dQ
ен d0 (4/i-hM)g2(L — zx)*
(303)
Дифференцируя равенство (302) no L и подставляя полученную производную с обратным знаком-!) формул.? (22); определяем gK для градиент-зонда (L > zx):
__4L2 [8 (h— 21)4-л<70]
ек “ W^UH^WT^00 ■
(304)
5. 13 с о электроды (Л и М — потенциал-зонд или А, М и N — градиент- зонд) находятся в части скважины, окруженной пластом (рис. 240, е),
1 Формулы (297) и (298) дают возможность определить величину кажущегося сопро тивления только в точках, для которых соблюдается неравенство zx > d0!2 [5].
Потенциал в точке М определяется величиной полного падения напряжения тока 4gozi । go
7i:ti02270 j_ Szi + л^о I
г ^go I go 4/1-|-л^о2
лс?02 d0
на участке от точки М до бесконечности. Так как сопротивление этого участка
„_ Г 4 (Д— zx—L) 7 1_ 8 (7г— zx — £) + л^0
лd02 + 2У0]е°"‘2лс/0200 ’
то .
U — ns—iR - (8я1 + М)[8 (h — zx — L) + ^0]e07
и -isRMro^^(4^+^•J305)
Подставив значение U в формулу (20), находим величину кажущегося сопротивле ния для потснциал-зонда
(306)(306)L (Зях + ^ЦЛб (/г — zi — £)-|-л<70]ек“^ + л^0)й02^
(306)
(306)
Беря производную по L от равенства (305) и подставляя ее с обратным знаком в формулу (22), получаем значение §к для градиент-зонда:
go-go-(307)(307)8£2(8г1 + л70)бк У02 (4/г + лУо)
go-
go-
(307)
(307)
Заземление А находится в части с к в. а ж и и ы, пересекающей среду, покрывающую пласт; электрод М (потенциал зонд), или электроды М и N (градиент-зонд) — в части скважины, о к.р уженной пластом (рис. 240, д).
Для данного случая при zt — h > у величина потенциала U в точке М опреде
ляется полным падением напряжения тока
7702
2 (zi-j-/i)(4/i-|-лс?о)
от точки М до бесконечно удаленной точки в среде, подстилающей пласт: .U = i8RMcc.
Но так как в данном случае
р — (Z1 — ^ -|-л70м*2л^0®е°’
то
U — I-3 (Z1 — ^ +^0] go/_
4л (zx — /1) (4/i + лйр) ‘
Потенциал U [равенство (308)] и его производная по L, взятая с обратным знаком, подставленные в выражения (20) и (22), определяют значения кажущегося сопротивления для потенциал-зонда: .
и для градиент-зонда:и для градиент-зонда:(309)(310)(309)(310). [8 (2.1 — 7Д -[-л<70] L(zi —/1)(4/1-|-лй0)
и для градиент-зонда:
и для градиент-зонда:
(309)
(310)
(309)
(310)
_8Z-2
6к~ (зх-.-^^/г + лУо) 00
В с е электроды (А и М — потенциал-зонд А, М nN— градиент-зонд) находятся в скважине, пересекшей среду, покрывающую пласт (рис. 240, е).
27 заказ 714.
Значение потенциала в точке М и кажущихся сопротивлений для потенциал-и гра- диент-зопдов определяются следующими формулами:
+(2i._/t)(4/l+^o)
e"01 = [1 ^2(^hHL~"-^Г/Др”/?^^ arc^^"(L+^Ji)]g°’(312)
rp L .b2^W1 /ЧГП
e« + [2(Z1-/0 + LF(21-/6(Wi + ^o)[4(L+^^v
аналогичными формулами (292), (293)" и (294).
Рис. 241. Кривые кажущегося сопротивления потенциал-зонда в пластах бесконечно высокого сопротивления различной мощности; MN —> оэ; L = 2 dQ; р0 =Рис. 241. Кривые кажущегося сопротивления потенциал-зонда в пластах бесконечно высокого сопротивления различной мощности; MN —> оэ; L = 2 dQ; р0 =На рис. 241 и 242 для иллюстрации приведены кривые кажущихся сопротивлений для потенциал- и градиент-зондов, рассчитанные по приведенным выше формулам. Как видно, эти кривые имеют много общего с кривыми ри для случая, когда скважина отсутствует (см. рис. 227 и 228). В частности, на кривых кажущегося сопротивления градиент-зондов наблюдаются характерные точки максимума и минимума ^к соответственно в кровле и подошве пласта (обращенный градиент-зонд) и в подошве и кровле пласта (последовательный градиент-зонд). На кривых кажущегося сопротивления потенциал-зонда в случаях мощных пластов отмечается симметричная аномалия повышенных сопротивлений; в пластах малой мощности она переходит в симметричную депрессию. Эта общность в кривых кажущегося сопротивления для пластов конечного сопротивления при отсутствии скважины и пластов бесконечно высокого сопротивления при наличии скважины дает возможность предполагать, что в практике против пластов конечного сопротивления, пересеченных скважиной конечного диаметра, запол
Рис. 241. Кривые кажущегося сопротивления потенциал-зонда в пластах бесконечно высокого сопротивления различной мощности; MN —> оэ; L = 2 dQ; р0 =
Рис. 241. Кривые кажущегося сопротивления потенциал-зонда в пластах бесконечно высокого сопротивления различной мощности; MN —> оэ; L = 2 dQ; р0 =
= рх = g3 = 1 ом м. Шифр кривых — .= рх = g3 = 1 ом м. Шифр кривых — .ненной раствором, удельное сопротивление которого отличается от сопротивления окружающих горных пород, кривые кажущихся сопротивлений будут иметь вид, промежуточный между кривыми, приведенными па рис. 227, 228 (кривые 5) и на рис. 241 и 242. Последнее подтверждается многочисленными лабораторными исследованиями, результаты которых изображены, например, па рис. 227 и 228 (кривые 2). О некоторых из этих исследований будет сказано ниже (см. рис. 246). Это даст возможность во многих случаях изучать разрезы скважин, используя имеющиеся расчетные материалы, несмотря па то, что теоретическое решение задачи для данных условий отсутствует.
= рх = g3 = 1 ом м. Шифр кривых — .
= рх = g3 = 1 ом м. Шифр кривых — .
§ 59. МОДЕЛИРОВАНИЕ ЗАДАЧ ЭЛЕКТРОМЕТРИИ СКВАЖИН
Электрические поля в разнородных средах, идентичных средам, исследуемым в скважине аналитически, изучены лишь для сравнительно ограниченного числа наиболее простых случаев залегания пород отличного удель-
а — обращенный градиент-зонд; б — последовательный градиент-зонд.
кого электрического сопротивления, о которых говорилось выше. При остальных, даже сравнительно несложных, неоднородностях, как, например, в простейшем случае пласта ограниченной мощности коночного удельного сопротивления рп, пересеченного скважиной диаметра <70, заполненной раствором удельного электрического сопротивления р0, отличающегося от рп и равного удельному электрическому сопротивлению рВм пород, подстилающих и покрывающих пласт (не говоря уже о более сложных разрезах), аналитическое решение задачи и расчет распределения электрического поля оказываются столь трудными, что затрата средств и времени на эти расчеты становится нецелесообразной.
Электрическое поле в трёхмерном пространстве сложного строения и характер изменения кажущегося сопротивления значительно проще могут быть изучены экспериментально на электроинтеграторе с плоскими (обычно проволочными) сетками и на пространственных электролитических моделях. Методика решения задач электрометрии скважин при помощи электроинтегратора была впервые разработана лабораторией элсктромоделирования Московского нефтяного института имени акад. И. М. Губкина [116]. Опыт показал, что при помощи электроинтегратора можно быстро и точно решать большинство задач электрометрии скважин для самых разнообразных случаев залегания пород отличного удельного электрического сопротивления. Эта методика в настоящее время находит широкое применение при решении разнообразных задач электрического исследования скважин [127, 128, 129].
Электроинтегратор с плоской сеткой представляет собой набор переменных или заранее рассчитанных постоянных, обычно проволочных, сопротивлений, установленных рядами в двух взаимно-перпендикулярных направлениях (рис. 243). В местах пересечения взаимно-перпендикулярных рядов сопротивления соединены и образуют узлы сотки. К узлам сетки подклю- 27*
Рис.' 243. Схема электроинтегратора с проволочной сеткой.Рис.' 243. Схема электроинтегратора с проволочной сеткой.ЭИ — электроинтегратор; Г_ — источник постоянного тока; Р — реостат, регулирующий силу тока; И — измерительный прибор (потенциометр); А и В — точки подключения тока ппташмцМ и N — точки подключения измерительного прибора.
Рис.' 243. Схема электроинтегратора с проволочной сеткой.
Рис.' 243. Схема электроинтегратора с проволочной сеткой.
чаются источник питания, создающий электрическое поле в моделируемой области, и клеммы измерительных приборов, при помощи которых изучаются потенциалы и разности потенциалов этого поля. Электроинтегратор даст возможность изучать распределение электрического поля в неоднородной моделируемой среде, обладающей аксиальной симметрией.
ббПринцип моделирования задач электрометрии скважин при помощи электроинтегратора с плоской сеткой основан на следующих положениях.
б
б
При аксиальной симметрии изучаемой среды, т. е. в тех случаях, когда удельные электрические сопротивления исследуемого неоднородного пространства не зависят от азимутального угла, вектор плотности тока имеет лишь составляющие по осям г и Z. Составляющая плотности тока по углу ^ равна нулю ^ = О'). При этих условиях возможно, разбив изучаемое
Рис. 244. Схема замены элементарных объемов моделируемого пространства прямоугольной сеткой линейных сопротивлений электроинтегратора.
а — разделение моделируемой области на коаксиально-цилиндрические объемы ^; б — коаксиальноцилиндрические объемы моделируемого . пространства сведены к объемам цилиндрического сектора с малым углом а при вершине.
пространство плоскостями Pi с координатами Zi, перпендикулярными оси симметрии Z, расположенными друг от друга на расстоянии Аг-= zi + 1 — — Zi = const, и коаксиальными цилиндрическими поверхностями 5г радиуса ?ч, отстоящими друг от друга па расстоянии Дг = г. + 1 — п, на элементарные объемы Дуг (рис. 244, а), заменить каждый из полученных кольцевых объемов Ду^ имеющих удельное сопротивление р, двумя сопротивлениями:
одним, расположенным параллельно оси
e/Jzг (rf+1 — ^)
и равным сопротивлению объема Дуг в"направлении оси Z, и
другим, установленным вдоль радиуса
^i+1ri+1
о(^р„ Г _Р^1 г ^
г’ 1 J 2mzdzr ~ 2^Jz J г
ИИравным сопротивлению объема Дуг в радиальном направлении.
И
И
ССДля наглядности дальнейших преобразований исследуемое пространство азимутальным углом, у = 2л можно заменить клипом (рис. 244, б) с ма
С
С
лым углом а при вершине. Умножая при этом на а/2% удельное сопротивление исследуемой среды, получают осевое и радиальное сопротивления любого из элементарных объемов Ду^ составляющих клин с равными сопротивлениями ЛЧ^ и B^i^ цилиндрических объемов Ду^ частью которых являются объемы zlvi, составляющие клин.
Сопротивления В^д^ и В^д^ элементарных объемов заменяют проволочными сопротивлениями. Узлы этих сопротивлений размещают в центрах моделируемых объемов. При этом сопротивления Вг, i, моделирующие осевые сопротивления элементарных объемов Ду^ (осевые ряды сопротивлений), рассчитываются по формуле
где pZit и pz, i+i—удельные электрические сопротивления в осевом направлении объемов пород, ограниченных параллельными, плоскостями Pi — P^i и Pi+i —- -Pi+2 с координатами Zi, zi+i и zt+2 и коаксиально-цилиндрическими поверхностями Si и 5i+i с радиусами н и ri+p
Сопротивления взаимно-перпендикулярного ряда сетки, моделирующие радиальные сопротивления объемов (радиальные ряды сопротивления), вычисляются по формуле
1/т-2
Дт>1 I ln г^+п 6т-1 1П
X■2
1/12/-,,.. ri+ri+l \
где pi, {_( и pr, i — удельные электрические сопротивления в радиальном направлении объемов пород, ограниченных коаксиально-цилиндрическими поверхностями ^_1—Si и и плоскостями Pi и А+ь
В целях максимального приближения дискретной сетки электроинтегратора к моделируемому сплошному пространству радиусы моделируемых объемов, прилегающих к оси скважины, и расстояния между плоскостями
Рис. 245. Сотка электроинтегратора. Показаны радиальные Нт и осевое Rz сопротивления. Остальные сопротивления условно изображены линиями, соединяющими еузлы сетки •(черные кружки).Рис. 245. Сотка электроинтегратора. Показаны радиальные Нт и осевое Rz сопротивления. Остальные сопротивления условно изображены линиями, соединяющими еузлы сетки •(черные кружки).(314)(314)где ^р ТОЙ Z.где ^р ТОЙ Z.zi "Ь zi+l2zi "Ь zi+l2zi+i +zi+22е°р^zi+i +zi+22е°р^Q^dz,Q^dz,(315)(315)— среднее значение сопротивления для точек моделируемой области с координа-— среднее значение сопротивления для точек моделируемой области с координа-Если удельное сопротивление изучаемого объема изменяется и в радиальном направлении, тоЕсли удельное сопротивление изучаемого объема изменяется и в радиальном направлении, то
Рис. 245. Сотка электроинтегратора. Показаны радиальные Нт и осевое Rz сопротивления. Остальные сопротивления условно изображены линиями, соединяющими еузлы сетки •(черные кружки).
Рис. 245. Сотка электроинтегратора. Показаны радиальные Нт и осевое Rz сопротивления. Остальные сопротивления условно изображены линиями, соединяющими еузлы сетки •(черные кружки).
(314)
(314)
где ^р ТОЙ Z.
где ^р ТОЙ Z.
zi "Ь zi+l
2
zi "Ь zi+l
2
zi+i +zi+2
2
е°р^
zi+i +zi+2
2
е°р^
Q^dz,
Q^dz,
(315)
(315)
— среднее значение сопротивления для точек моделируемой области с координа-
— среднее значение сопротивления для точек моделируемой области с координа-
Если удельное сопротивление изучаемого объема изменяется и в радиальном направлении, то
Если удельное сопротивление изучаемого объема изменяется и в радиальном направлении, то
Pi в этой области подбираются возможно меньшими, что осуществляется применением специальной более густой сетки сопротивлений, моделирующей приосевую часть изучаемого пространства (рис. 245);
Возможно большое увеличение моделируемой области на интеграторе конечных размеров достигается увеличением приращения d/ч каждого следующего радиуса r.L + t цилиндрической поверхности, ограничивающей модели
руемые объемы в геометрической прогрессии:
М 74+1 —Гг = d^^-1,
где dr, — величина приращения радиуса между первой и второй коаксиально-цилиндрическими поверхностями; а — знамецатсль прогрессии, величина которого выбирается в пределах от 1,1 до 1,25.
Для исключения искажений электрического поля, создаваемых ограниченными размерами интегратора при моделировании задач бокового электрического зондиро-
вания, удаленные узлы сетки обычно закорачиваются по радиусу Лк. В этом случае распределение потенциала электрического поля на внешней границе моделируемой области становится тож
дественным распределению потенциала в однородной среде, при котором выполняется условие' существования правой асимптоты. рк — рп у кривых бокового электрического зондирования.
Между закороченными по радиусу сопротивлениями и отрицательным полюсом источника тока, имитирующим бесконечность, включают дополнительные сопротивления, числовые значение которых рассчитывают по фор
муле
Когда удельное электрическое сопротивление изучаемой среды изменяется непрерывно в осевом направлении, сопротивление Кг между узлами сетки рассчитывается по формуле ■
«ср = __г+1Ч-Н
2 Г
Л Qtz тг
где q1z — сопротивление элементарного объема da с координатами центра г и z.
13 этом случае, подставив значение оср из последней формулы в формулу (315), будем иметь
2i-H + 4+22
(316)(316)„1/ ’dz
(316)
(316)
•K-Zi — “7Г~/"T
2л 7’4+1
zi + zi+l Г rdr
ri
Для сопротивлений RT радиального ряда получим
(317)
где qc‘P — С1)едпао удельное сопротивление элементарных объемов моделируемой области с координатой г.
Когда удельное сопротивление объема J vt изменяется также и в осевом направлении,
рСР — .
/* dz
J er?
13 этом случае
’г + гг+12’г + гг+12
’г + гг+1
2
’г + гг+1
2
При наличии плоской поверхности, разделяющей среды различного сопротивле- щия щ и g2, перпендикулярной оси Z и проходящей на расстоянии Sz от плоскости узлов сетки, сопротивления *RZ и RT в области, включающей поверхность раздела, рассчитываются по следующим формулам:
я2 = _* (ei5z+e,(zlz_&)],(319)
“W+l-T)
п + н-н2
1л /. dzAz „ \
J Г V 0-1+0„/J Г V 0-1+0„/
J Г V 0-1+0„/
J Г V 0-1+0„/
—№1П.(320)
2^ (е,-е1)&+(е1+8,)^.-it *
При другом частном случае, т. е. при наличии коаксиально-цилиндрической границы радиуса rs (гг<г8 < ri+1),
2i-H + zi+2
Рис. 246. Изменение конфигурации кривых кажущегося сопротивления.
а — последовательного градиент-зонда в зависимости от соотношения мощности пласта и диаметра сква-жины (расстояния между электродами зонда даны в единицах мощности пласта); ео * ei = ев = евм;еп = 10 евм; б — последовательного градиент-зонда против пласта высокого сопротивления ограничен-ной мощности ,(L > h) в зависимости от отношения сопротивления оп пласта к сопротивлению еЙМ вме-щающей среды, (шифр кривых); со = щ = е3 = свм.
омакс
б
Рис. 247. Палетки ПКМ-МНИ для градиент-зондирования в пла-стах высокого сопротивления ограниченной мощности.
Рис. 248.
тде gi й ge— соответственно сопротивление сред, расположенных внутри-и снаружи „/ri—1 ~Н ггI'i + ri 4-1 \
•цилиндрической поверхности радиуса rs, и I при g< rs <2—~ )
ri + ri+lri + ri+l(322)(322)
ri + ri+l
ri + ri+l
(322)
(322)
Для облегчения расчетов при моделировании ограниченных сред их границы обычно проводят так, чтобы они совпадали либо с плоскостями Pt и ^i, либо с плоскостями, проходящими через узлы сетки.
Сопротивления сетки интегратора заранее рассчитываются для однородной среды род. Те же из сопротивлений, которые моделируют область отличного сопротивления р, увеличиваются или уменьшаются пропорционально отношению удельного сопротивления р этой области к удельному ' сопроти- лзлению. род вмещающей однородной среды.
Рис. 248. Пилотки кривых бокового электрического потепциал-зоидирования для пла- •стов конечной мощности высокого сопротивления (палетки составлены по материалам фирмы Шлумберже).
При моделировании задач электрометрии в тех случаях, когда удельное сопротивление изменяется только по радиусу ‘ (пласт бесконечно большой мощности) электрод Л располагается в одном из углов сетки. В этом случае сопротивления, установленные в радиальном ряду, проходящем через электрод Л, и сопротивление Кд удваиваются.
При измерениях кажущегося сопротивления при помощи электроинтегратора один из полюсов Л источника тока и клеммы М и N измерительного прибора поочередно (иногда при помощи автоматического переключающего устройства) подключаются к узлам сетки, расположенным вдоль оси Z моделируемой области. Расстояния между точками Л, М и /V измеряются аз единицах расстояния между узлами сетки. В единицах этого расстояния набирается и вся модель — мощности пластов радиусы скважины и зоны проникновения фильтрата бурового раствора.
Использование электроинтегратора для моделирования задач электрометрии скважин дало возможность получить кривые изменения кажущегося -сопротивления в пластах конечных мощностей и сопротивлений, пересеченных скважиной, заполненной средой, сопротивление которой отличается
от сопротивления пласта и вмещающих его пород (рис. 246). По этим данным в дальнейшем были построены палетки кривых бокового электрического зондирования (палетки пластов конечной мощности Московского нефтяного института — палетки ПКМ-МНИ [7, 120]). Две из таких палеток приведены на рис. 247 Б
Были также получены кривые бокового электрического зондирования для пластов практически бесконечной мощности при реальных условиях постепенного изменения сопротивления пласта в зоне проникновения филь-
Рис. 249. Сопоставление кривых бокового электрического зондирования.
а — сопоставление кривых бокового электрического зондирования, рассчитанных для случая проникпо- вепия бурового раствора с четко ограниченной внешней границей (кривые I, сплошной график па схеме б), с опытными кривыми для случая постепенного изменения сопротивления с глубиной проникновения (кривая 2, пунктир па схеме б); в — сопоставление опытных кривых бокового электрического, аоидировапия для различных отношений O^ldQ; 3 — Вц/Д0=ж1; 4—D^ld0^2; 5 — D^ldn^ 3.33;. 6—D^/d^G. Пц — диаметр окружности, на которой расположен центр тяжести фигуры е — /(г). . ■ Шифр кривых — параметр U; в квадратных скобах указаны отношения ец/о0.
трата бурового раствора [127, 128]. Эти кривые (рис. 249) дали возможность установить необходимые коррективы, которые следует вводить, интерпретируя кривые бокового электрического зондирования при помощи теоретически рассчитанных кривых при наличии зоны проникновения фильтрата бурового раствора.
Электролитическая модель представляет собой ванну, заполненную раствором соли (обычно раствором хлористого натрия или хлористого калия), моделирующим вмещающую среду, в которой устанавливаются исследуемые пласты, изготовленные из полупроводящих материалов — керамики различной пористости, полупроводящей резины или наборных секторов из изоляционного материала [126]. Измерительная установка представляет собой небольшой зонд, перемещающийся при помощи электродвигателя по поверхности раствора (при горизонтальных электролитических моделях) или по оси моделируемой скважины (при вертикальных электрических моделях). Отношения мощностей пластов и размеров измерительных установок
На рис. 248 приведена для сопоставления палетка кривых бокового электрического потепциал-зоядирования в пластах коночных мощностей по данным фирмы Шлум- берже. Как видно, кривые потопциал-зондирования в левой своей части, так же как и в случае пластов бесконечной мощности более дифференцированы, чем кривые градиент- зондирования (см. рис. 247). Это предопределяет целесообразность применения потен- циал-зондирований при исследовании пластов достаточно большой мощности.
к диаметру скважины и сопротивлений пластов к сопротивлению вмещающей среды у модели и у моделирующей среды должны быть одинаковыми.
Кривые кажущегося сопротивления регистрируются полуавтоматическим или автоматическим потенциометром или фоторегистратором.
По сравнению с электролитическими моделями электроинтегратор с плоской сеткой имеет ряд преимуществ и ряд недостатков, в связи с чем выбор того или иного способа моделирования задач электрометрии скважин определяется характером решаемой задачи.
Преимуществом электроинтегратора с плоской соткой является возможность осуществления модели среды с любым характером изменения сопротивлений в радиальном и. осевом направлениях при условии аксиальной симметрии задачи и изучения характера распределения потенциала электрического поля в любых точках этой среды.
К числу недостатков электроинтегратора относятся:
сложность получения кривых кажущегося сопротивления (и других параметров) с большим числом точек исследования в моделируемой области;
невозможность решения неак си а льно-симметричных задач (например, изучение электрического поля в пластах с наклонными границами раздела), что может быть легко выполнено на электролитических моделях;
необходимость затраты в некоторых случаях много большего времени на сборку модели, чем это требуется на электролитической установке.
В тех случаях, когда требуется получить непрерывные кривые изменения кажущегося сопротивления или когда изучаемая среда не имеет аксиальной симметрии, а также при исследовании некоторых специфических полей (например, полей потенциалов вызванной поляризации горных пород) вместо интегратора с плоскими сетками применяются электролитические модели.
Г л А В А VIII
ОСНОВЫ ТЕОРИИ МЕТОДОВ СОПРОТИВЛЕНИЯЗАЗЕМЛЕНИЙ, РЕГИСТРАЦИИ ТОКА И СКОЛЬЗЯЩИХ
КОНТАКТОВ
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ. ЭФФЕКТИВНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ
При изучении разрезов ’ скважин методами сопротивления заземления,, регистрации тока скользящих контактов и экранированного заземления, общие сведения о которых были изложены выше (см. ч. I, § 2), определение- горных пород производится по данным' измерения, полного сопротивления КА заземления Л, передвигаемого вдоль исследуемой скважины, или тока, проходящего через это заземление. Сила I этого тока находится в обратной, зависимости от величины сопротивления заземления ЛА.
Применение перечисленных методов для решения задач бескерновой геологической документации разрезов скважин требует знания зависимости величины сопротивления RA заземления от удельных электрических сопротивлений и геометрии исследуемых пород, сопротивления бурового раствора, и диаметра скважины, а также формы и размеров заземления.
Из теории электрического поля известно, что в однородном безграничном пространство [см. формулы (ИЗ), (И6) и (И8) 1 сопротивление заземления пропорционально удельному электрическому сопротивлению р среды^ в которой находится заземление, и зависит от его формы и размеров.
В неоднородном пространстве сопротивление заземления зависит нетолько от его формы и размеров и удельного электрического сопротивления среды, непосредственно прилегающей к заземлению, но и от удельного со- * противления и размеров включений, заполняющих, остальную часть изучаемого неоднородного пространства главным образом в области, расположенной вблизи от заземления.
В практике методов сопротивления заземления и регистрации тока применяются заземления,' форма которых изменяется от почти сферической, до цилиндрической. В методе скользящих контактов иногда пользуются плоскими заземлениями с одной изолированной поверхностью. Поэтому основным вопросом теории методов сопротивления заземлений и регистрации тока ( в частности, метода скользящих контактов) является изучение зависимости сопротивления RA заземлений от сопротивлений и размеров включений, заполняющих изучаемое неоднородное пространство, в котором находится заземление. При этом основное внимание должно быть.уделено рассмотрению- неоднородностей, идентичных наблюдающимся при исследовании разрезов; скважин. ••
При изучении сопротивлений заземления любой формы, находящегося: в неоднородной среде, целесообразно ввести понятие эффективного удельного*
электрического сопротивления ра этой среды. Под термином эффективное у дель-ное сопротивление неоднородной среды будем понимать удельное электрическое сопротивление такой фиктивной среды, в которой сопротивление RA зазем-. ления имеет ту же величину, что и в данной неоднородной среде.
Как видно, понятия аффективного и кажущегося сопротивлений столь близки друг другу, что их можно считать равнозначными *. Некоторое отличие эффективного сопротивления от кажущегося может заключаться лишь в том, что эффективное сопротивление всегда находится в прямой зависимости от удельных электрических сопротивлений сред, слагающих пространство располо женное вблизи от заземления, в то время как для кажущегося сопротивления такая зависимость может не наблюдаться. Так, например, в пласте малой мощности h высокого сопротивления эффективное сопротивление всегда будет выше эффективного сопротивления вмещающих пород, в то время как кажущееся сопротивление в тех же условиях, измеренное потенциал-зондом размера АМ > 1г, будет ниже их удельного сопротивления.
СОПРОТИВЛЕНИЕ СФЕРИЧЕСКОГО ЗАЗЕМЛЕНИЯ
Сопротивление сферического заземления в неоднородной среде
п ез_ бэ_= 4лН3 ~’
где Нз и da — соответственно радиус и диаметр заземления.
Отсюда
№ = 4л Ra RA = 2MRA .(323>
Коэффициент пропорциональности эффективного удельного электрического сопротивления ра среды полному сопротивлению RA заземления А называется коэффициентом К3 заземления. '
Для сферического заземления
. Ка — 4л R- = 2лй3.
Коэффициент заземления имеет размерность длины и измеряется в метрах.
Как было сказано выше, в неоднородной среде рэ является функцией, удельных электрических сопротивлений и размеров включений, составляющих среду, окружающую заземление. Чем дальше расположена среда отличного сопротивления от заземления, тем меньше ее влияние на величину эффективного ‘сопротивления. Это положение может быть подтверждено расчетом эффективного сопротивления для следующего элементарного случая.
Допустим, что сферическое заземление радиуса Rg находится в среде удельного, электрического сопротивления р0, которая ограничена сферической поверхностью 50 радиуса Ro концентричной поверхности заземления. За пределами поверхности 50 расположена безграничная среда, удельного,
Термин «эффективное сопротивление» научно более обоснован, чем термин «кажущееся сопротивление», в связи с чем было бы правильнее нс пользоваться термином «кажущееся сопротивление», как это делали многие геофизики [132, 136]. Однако в связи, с тем, что термин «кажущееся сопротивление» глубоко вошел в практику метода сопротивления, автор не нашел возможным произвести такую замену в настоящем руководстве, сохранив термин «эффективное сопротивление» лишь для методов сопротивления заземлений, при описании которых термин «кажущееся сопротивление» пока пе применялся.
электрического сопротивления рп. В этих условиях полное сопротивление заземления
R
go. / 1
1л ( R3
1 \ I gnRo J г 4л Ro
go 4 л К3
gngo
и, следовательно, эффективное сопротивление
Ра 4л? R3/? . = On Г1 —|- тт— (——
А^0 \ go
(324)
На рис. 250 приведена зависимость отношения величины эффективного
^сопротивления рэ к
Q01
1,5 /
5 it О
2
1,5
■0,1
Юи 1,5 2 3 45 100 ^а
А
Рис. 250. Зависимость ~ =
удельному электрическому сопротивлению р0 среды, прилегающей к заземлителю, от отношения R0/R3 для различных значений рп/р0. Из кривых, приведенных на рис. 250, следует, что на расстояниях Ro, превышающих ЮВз, влияние внешней среды удельного сопротивления рп может быть значительным лишь при условии, когда ее сопротивление более чем в 10 раз превосходит удельное электрическое сопротивление р0 среды, соприкасающейся
4
3
2
1,5
0,01
г 1,5 2 3
= / (—^-) для сферического зазем- \ IX3 • .
ления радиуса R3, помещенного в центр сферического объема с сопротивлением qq и радиусом R„, окруженного безграничной средой с сопротивлением дп«
с заземлением. Чем выше сопротивление внешней среды, тем больше величина эффективного сопротивления и тем при большем расстоянии Ro от заземления может быть установлено наличие внешней среды высокого сопротивления. При рп < ро уменьшение сопротивления рэ за счет внешней среды низкого сопротивления практически будет наблюдаться лишь при Ro < 10R3, причем это влияние становится достаточно резким, когда Ro становится меньше 2R3. Из рассмотренных кривых, изображенных на рис. 250, и из всего сказанного выше следует, что зависимость эффективного сопротивления от сопротивления внешней
«среды будет наибольшей при повышенных значениях последнего.
Случай сферически симметричных сред в практике электрометрии скважин нс встречается. Он был разобран лишь для того, чтобы показать, как -влияют породы, удаленные от заземления, в случае, поддающемся точному расчету.
В реальных условиях исследования скважин наиболее простой задачей является изучение эффективного сопротивления в скважине, заполненной буровым раствором удельного электрического сопротивления у0, пересекающей среду практически неограниченной мощности удельного электрического •сопротивления рп. Для этих условий величина сопротивления заземления Л может быть приближенно рассчитана на основании следующих рассуждений. • '
Рис. 251. Схема расчета (а) и кривые зависимости -^-=(б) для сферического заземленияРис. 251. Схема расчета (а) и кривые зависимости -^-=(б) для сферического заземленияв пласте бесконечной мощности Сплошные кривые рассчитаны по формуле (327), пункт ирные получены на электроинтеграторе Шифр кривых рп/еа-в пласте бесконечной мощности Сплошные кривые рассчитаны по формуле (327), пункт ирные получены на электроинтеграторе Шифр кривых рп/еа-У = Уо + УпУ = Уо + УпО Л^о®4 бо^В'О Л^о®4 бо^В'24л: J Ra sin 6d6 . го arc sin24л: J Ra sin 6d6 . го arc sin^oa I2g0dR' +^oa I2g0dR' +
Рис. 251. Схема расчета (а) и кривые зависимости -^-=(б) для сферического заземления
Рис. 251. Схема расчета (а) и кривые зависимости -^-=(б) для сферического заземления
в пласте бесконечной мощности Сплошные кривые рассчитаны по формуле (327), пункт ирные получены на электроинтеграторе Шифр кривых рп/еа-
в пласте бесконечной мощности Сплошные кривые рассчитаны по формуле (327), пункт ирные получены на электроинтеграторе Шифр кривых рп/еа-
У = Уо + Уп
У = Уо + Уп
О Л^о®
4 бо^В'
О Л^о®
4 бо^В'
2
4л: J Ra sin 6d6 . го arc sin
2
4л: J Ra sin 6d6 . го arc sin
^oa I
2g0dR' +
^oa I
2g0dR' +
Направленно тока радиально вблизи и на достаточно больших расстояниях от заземления Айв плоскости, перпендикулярной оси скважины; в породах высокого сопротивления оно близко к осевому па боль
шей части сечения скважины. Поэтому можно допустить, что сопротивление заземления А равно сопротивлению среды, состоящей из бесконечного количества бесконечно близких другу другу слоев, сферических в пространстве удельного электрического сопротивления рп, окружающем скважину, и плоских на участках сечения их скважиной радиуса /*о, заполненной средой с удельным сопротивлением 50 (рис. 251, а).
Проводимость Y каждого элементарного слоя, удаленного от заземления на расстояние R, будет слагаться из проводимости Уо окошек радиуса го, заполненных средой с сопротивлением 50, и проводимости У„ остальной —сферической — части слоя удельного электрического сопротивления 5а:
+ 4л Ri
eu^B 2eo/Ra—V^R endR
так кай
dW = cZR cos 5 - ^a^°- dR.
Сопротивление элементарного слоя
- 1 _г^п/В2-^^_0п/^_ Ifo
у ” Wen + 8л (ш-гоа) ео] в “7
Rеп
где х = -— и /<ц о = ~, ГоРо
28 Заказ 714.
и, следовательно, полное сопротивление заземления
R3 । 2^512^1 С^ жа—■*■ ^ж
(325)
Интеграл
У"а?2—1 dx
подстановкой ]/жа — 1 = г приводится к легко интегрируемому виду:
^п, о
2
^п, 0 1
2
Подставив значения НА в формулу (323), получим
О» — 5о 1
и, следовательно,
На рис. 251, б приведена зависимость р8/р0 = / (™), вычисленная для различных значений Qu/qo. Сопоставляя приведенные кривые с кривыми, изображенными на рис. 250, можно сделать заключение о достаточно большом влиянии проводимости бурового раствора, заполняющего скважину. При малых отношениях П9/го наличие пород высокого сопротивления, пересеченных скважиной, незначительно увеличивает величину общего сопротивления. Кривые, изображенные на рис. 251, б пунктиром, получены путем моделирования данной задачи при помощи электроинтегратора. Как видно, теоретические кривые, рассчитанные приближенно, близки к экспериментальным кривым при малых значениях дп, 0 и. располагаются ниже экспериментальных при больших значениях //п, о и-$-™> 1. Это объясняется недоуче
том увеличения плотности тока в скважине вблизи заземления, что приводит к увеличению его сопротивления.
В пласте бесконечно большого сопротивления, мощности Л, пересеченном скважиной диаметра do, заполненной средой сопротивления р», сопротивление сферического заземления диаметра do
(328)(328)
(328)
(328)
где z—расстояние от центра заземления [до подошвы пласта, hd и zd —■ значения h и г, выраженные в диаметрах скважины hd =. -т- и zd = -г-).
\ «О“о /
Максимальное значение сопротивления заземления наблюдается в центре пласта Zd . В этой точке
RT‘° 6« [4hd + 2 № _ J. 43')].(329)
4ttcZ0 I\'
ПриПриhd > 4 Ар - ^^)hd > 4 Ар - ^^)пмакс Кдпмакс КдqAi7idttqAi7idtt(330)(330)
При
При
hd > 4 Ар - ^^)
hd > 4 Ар - ^^)
пмакс Кд
пмакс Кд
qAi
7idtt
qAi
7idtt
(330)
(330)
Из формул (329) и (330) получаем выражения для эффективного сопротивления в пласте бесконечно высокого сопротивления:
рэ = 4л;Вз/?д = р0 ^рэ = 4л;Вз/?д = р0 ^8 Qid — sd) Н~ 28 Qid — sd) Н~ 2_9 do_9 do4^+2^ —1,434^+2^ —1,43(331) ‘(331) ‘
рэ = 4л;Вз/?д = р0 ^
рэ = 4л;Вз/?д = р0 ^
8 Qid — sd) Н~ 2
8 Qid — sd) Н~ 2
_9 do
_9 do
4^+2^ —1,43
4^+2^ —1,43
(331) ‘
(331) ‘
и в центре пласта
za0 I\ ^3/ |za0 I\ ^3/ |(332)(332)
za0 I\ ^3/ |
za0 I\ ^3/ |
(332)
(332)
(333)
Из последних формул следует, что максимальное значение эффективного сопротивления в центре пласта бесконечного сопротивления линейно возрастает с увеличением hd и при hd достаточно большом с увеличением отношения— (т. е. в скважине заданного диаметра с увеличением диаметра заземления и мощности пласта).
Формулы (325), (328), (329) и (330) не учитывают контактного сопротивления R“ на поверхности заземления, созданного выделяющимися газообразными и образовавшимися твердыми нерастворимыми продуктами электролиза.
При исследовании скважин исключить величину контактного сопротивления возможно, определяя сопротивление заземления НА к в колонне
D ~ 5°А,к 2лс/3D ~ 5°А,к 2лс/3fl —-)- R ,\ “к /fl —-)- R ,\ “к /
D ~ 5°
А,к 2лс/3
D ~ 5°
А,к 2лс/3
fl —-)- R ,
\ “к /
fl —-)- R ,
\ “к /
где dK — внутренний диаметр колонны, или в породах, удельное электрическое сопротивление которых точно известно. Наиболее удобными для этой цели являются глины, сопротивления которых рГл близки к сопротивлению go бурового раствора, в связи с чем среду можно считать однородной.
В последнем случае
гл— 2лйз” U ’
где НА гл — сопротивление заземления в глинах.
Из последних двух формул следует, что контактное сопротивление
- •R"
или
ЯК = Яа гл - "Л" •(334)
2лй347
Для определения истинного сопротивления заземления в какой-либо точке скважины необходимо из измеренной величины Я'А вычесть найденное указанным выше способом контактное сопротивление:
Ra = Ra-Hu= Ha-Ra^-V- -A-fl = RT —Ra гл +•
Контактное сопротивление может быть различным на разных глубинах в связи с изменением температуры и химического состава бурового раствора и частоты питающего тока. Поэтому для нахождения истинных сопротивлений заземлений величины R1' следует определять на различных интервалах глубин, на которых сопротивления пород хорошо известны.
§ 62. СОПРОТИВЛЕНИЕ ЦИЛИНДРИЧЕСКОГО ЗАЗЕМЛЕНИЯ
Для расчета сопротивления цилиндрического заземления диаметра dl3 и длины La рассмотрим электрическое поле, создаваемое цилиндрическим заземлением в однородной среде удельного электрического сопротивления @0. Для этого введем цилиндрическую систему координат ARZ у, начало которой расположим в середине заземления (рис. 252, а).
При полном заряде заземлителя
■ -'V 4л ’
на Единицу его поверхности приходится заряд
“ 4nnd3La 4nadaLi
В любой точке однородного пространства с координатами г и z потенциал U электрического поля, созданного цилиндрическим заземлением с равномерно распределенным зарядом поверхностной плотности д, определяется уравнением
Рис. 252. Электрическое поле цилиндрического заземления. .Рис. 252. Электрическое поле цилиндрического заземления. .
Рис. 252. Электрическое поле цилиндрического заземления. .
Рис. 252. Электрическое поле цилиндрического заземления. .
а — поверхности равного потенциала и линии тока цилин-дрического заземления; б — к выводу формулы, определяю-щей сопротивление экранированного цилиндрического зазем-ления.а — поверхности равного потенциала и линии тока цилин-дрического заземления; б — к выводу формулы, определяю-щей сопротивление экранированного цилиндрического зазем-ления.При достаточно большом г >• -у- слагаемым d8, можно пренебречь. При этих условияхПри достаточно большом г >• -у- слагаемым d8, можно пренебречь. При этих условияхпод корнем, содержащимпод корнем, содержащим
а — поверхности равного потенциала и линии тока цилин-дрического заземления; б — к выводу формулы, определяю-щей сопротивление экранированного цилиндрического зазем-ления.
а — поверхности равного потенциала и линии тока цилин-дрического заземления; б — к выводу формулы, определяю-щей сопротивление экранированного цилиндрического зазем-ления.
При достаточно большом г >• -у- слагаемым d8, можно пренебречь. При этих условиях
При достаточно большом г >• -у- слагаемым d8, можно пренебречь. При этих условиях
под корнем, содержащим
под корнем, содержащим
^3АТ 2л2Q8J // d^do. Q81/* d^l^2^ J J 1/,.2+(z_ £)2 ” 4Й3 J -!/■ ra_p(z—^)2^3АТ 2л2Q8J // d^do. Q81/* d^l^2^ J J 1/,.2+(z_ £)2 ” 4Й3 J -!/■ ra_p(z—^)2^3 °_ Лз22^3 °_ Лз22(335)(335)
^3А
Т 2л2
Q8J // d^do. Q81/* d^
l^2^ J J 1/,.2+(z_ £)2 ” 4Й3 J -!/■ ra_p(z—^)2
^3А
Т 2л2
Q8J // d^do. Q81/* d^
l^2^ J J 1/,.2+(z_ £)2 ” 4Й3 J -!/■ ra_p(z—^)2
^3 °_ Лз
22
^3 °_ Лз
22
(335)
(335)
Уравнение равнопотепциальной поверхности U = const удовлетворяется при
илиилиОбозначив эту величину через D, получимОбозначив эту величину через D, получимПосле освобождения ~ от радикалов будем иметьПосле освобождения ~ от радикалов будем иметьг2 (Z)2 - I)2 + z4D ф - I)2 = L^D ф + I)2,г2 (Z)2 - I)2 + z4D ф - I)2 = L^D ф + I)2,Т 2^3 (Р—1)®Т 2^3 (Р—1)®2аL32 P^JL ?4 ^’ — 1/2аL32 P^JL ?4 ^’ — 1/
или
или
Обозначив эту величину через D, получим
Обозначив эту величину через D, получим
После освобождения ~ от радикалов будем иметь
После освобождения ~ от радикалов будем иметь
г2 (Z)2 - I)2 + z4D ф - I)2 = L^D ф + I)2,
г2 (Z)2 - I)2 + z4D ф - I)2 = L^D ф + I)2,
Т 2^
3 (Р—1)®
Т 2^
3 (Р—1)®
2а
L32 P^JL ?
4 ^’ — 1/
2а
L32 P^JL ?
4 ^’ — 1/
Таким образом, равнопотенциальные поверхности представляют собой эллипсоиды вращения вокруг оси Z с малой и большой полуосями
h l^Vd J^.A±1
D = (pZTi) ’ а = 2 Р — 1
Расстояние от центра эллипсоида до его фокусов
2 '2 '
2 '
2 '
Следовательно, фокусы эллипсоидов находятся на концах заземления.
Эквипотенциальную поверхность, прилегающую непосредственно к заземлению, можно рассматривать как поверхность эллипсоида вращения с большой полуосью, равной Ра/2, и малой <W2. Поверхность такого эллипсоида будет удовлетворять уравнению
(336)(336)4ra 4za _ ,
(336)
(336)
Для этого эллипсоида
/V _ «а „ (Р-М)2 +2 “ Ь2 “ 4Р '
Из последнего соотношения получаем уравнение
D^-\-2DD^-\-2D/ г \21 1-2^]]+ 1 = 0,/ г \21 1-2^]]+ 1 = 0,определяющее постояннуюопределяющее постоянную22Если 4 >4=- = 0,707, что заземлителей, тоЕсли 4 >4=- = 0,707, что заземлителей, тообычно наблюдается у цилиндрическихобычно наблюдается у цилиндрическихD ~ №V\ ^8 /D ~ №V\ ^8 /и, следовательно, потенциал поверхности заземленияи, следовательно, потенциал поверхности заземленияU = ЬСопротивление такого заземленияU = ЬСопротивление такого заземленияб+2Р32лраdaб+2Р32лраdaR, = ВIn ^5 = 0,367 -5- 1g ^.I 2л£3 da ’ La 6 daR, = ВIn ^5 = 0,367 -5- 1g ^.I 2л£3 da ’ La 6 da
D^-\-2D
D^-\-2D
/ г \21 1-2^]]+ 1 = 0,
/ г \21 1-2^]]+ 1 = 0,
определяющее постоянную
определяющее постоянную
2
2
Если 4 >4=- = 0,707, что заземлителей, то
Если 4 >4=- = 0,707, что заземлителей, то
обычно наблюдается у цилиндрических
обычно наблюдается у цилиндрических
D ~ №V
\ ^8 /
D ~ №V
\ ^8 /
и, следовательно, потенциал поверхности заземления
и, следовательно, потенциал поверхности заземления
U = Ь
Сопротивление такого заземления
U = Ь
Сопротивление такого заземления
б+2Р3
2лраda
б+2Р3
2лраda
R, = ВIn ^5 = 0,367 -5- 1g ^.
I 2л£3 da ’ La 6 da
R, = ВIn ^5 = 0,367 -5- 1g ^.
I 2л£3 da ’ La 6 da
В неоднородной среде (при достаточно большом 2Zo/(Za)
Ra™ 0,367-^ 1g ^,(338)
откуда получаем формулу для расчета эффективного сопротивления, замеренного с цилиндрическим заземлением:
(339)(339)е, = 2.73-^В, ,lg X
(339)
(339)
и величину коэффициентаи величину коэффициентацилиндрического заземленияцилиндрического заземления
и величину коэффициента
и величину коэффициента
цилиндрического заземления
цилиндрического заземления
К3К3При маломОдПри маломОди, следовательно,и, следовательно,н = —4лЬн = —4лЬ= 5,46 —1g= 5,46 —1g2лХз _ n ryQ L3“ ~"2La """2La*lnx1ех2лХз _ n ryQ L3“ ~"2La """2La*lnx1ех08 = 2,303 1g08 = 2,303 1g(340)(340)(341)(341)
К3
К3
При малом
Од
При малом
Од
и, следовательно,
и, следовательно,
н = —
4лЬ
н = —
4лЬ
= 5,46 —
1g
= 5,46 —
1g
2лХз _ n ryQ L3
“ ~"2La """2La*
lnx1ех
2лХз _ n ryQ L3
“ ~"2La """2La*
lnx1ех
08 =
2,303 1g
08 =
2,303 1g
(340)
(340)
(341)
(341)
Так как эквипотенциальные поверхности представляют собой эллипсоиды вращения, то линии тока, ортогональные к поверхностям равного потенциала,
Г2 ,Z2Л/О/П\
8 ф-1)2двухполостных гиперболоидов вращения,8 ф-1)2двухполостных гиперболоидов вращения,L^D
8 ф-1)2
двухполостных гиперболоидов вращения,
8 ф-1)2
двухполостных гиперболоидов вращения,
(D—I)2
образуют семейство поверхностей удовлетворяющих уравнению
Z2
а2 Ь2 л"
Для определения числовых значений осей гиперболоидов а и b воспользуемся условиями, согласно которым:
гиперболоид пересекает эллипсоид, эквивалентный поверхности за- землеиия, в точках z == — , где I — расстояние между сопряженными поверхностями гиперболоида вдоль образующей поверхности заземления;
в связи с чемв связи с чем
в связи с чем
в связи с чем
эллипсоид и гиперболоид, удовлетворяющие уравнениям (342) и (343), имеют общие фокальные точки.
Согласно первому условию, полагая в формулах (336) и (343) z = -у и исключая г, получим
/2\
4а24b2/
и согласно второму условию будем иметь
и, следовательно, л2 является корнем уравнения
Решение последнего уравнения для частного случая будет рассмотрено ниже.
§ 63. СОПРОТИВЛЕНИЕ ПЛОСКОГО КРУГЛОГО ЗАЗЕМЛЕНИЯ
В случае плоского круглого заземления, установленного на неограниченной изолирующей поверхности в однородной среде удельного электрического сопротивления р0, потенциал электрического поля
(345)
(^-pf-H2)2
где I — сила тока, отдаваемого заземлением; га — радиус заземления; г и х — координаты точки, в которой определяется потенциал х.
Поверхности равного потенциала в этих условиях удовлетворяют уравнению
= D = const,
(,2 + г2+ж2)2 J
которое является уравнением эллипсоидов вращения вокруг оси X (рис. 253)
с полуосями
Ь = ^-/1 -D*
1 Вывод формулы (345) дан в работе [132].
(346)(346)= 1 и, следовательно,= 1 и, следовательно,Рис. 253. Электрическое полекруглого плоского заземления.Рис. 253. Электрическое полекруглого плоского заземления.1 — линии тока; 2 — линии рав--ного потенциала.1 — линии тока; 2 — линии рав--ного потенциала.В неоднородной средеВ неоднородной среде(347)(347)
(346)
(346)
= 1 и, следовательно,
= 1 и, следовательно,
Рис. 253. Электрическое полекруглого плоского заземления.
Рис. 253. Электрическое полекруглого плоского заземления.
1 — линии тока; 2 — линии рав--ного потенциала.
1 — линии тока; 2 — линии рав--ного потенциала.
В неоднородной среде
В неоднородной среде
(347)
(347)
и фокусами, расположенными на расстоянии
с = Уа -№=г,=^, г до da— диаметр заземления.
Линии электрических сил и тока, ортогональные к поверхностям равного- потенциала, представляют собой гиперболы, фокальные точки которых общие с фокальными точками равпопотонциальпых эллипсоидов.
Линии тока удовлетворяют уравнению
г2 ж2.
И/2* '
V2 )
На поверхности заземления (при х = 0) D
U = Q^I __ g07 2?ГГд . 2 — 4гд
и сопротивление плоского круглого заземления
р ^ _ go _ goА~ I - 4га - 2cZ3 ’
что было ужо получено ранее (см. § 58).
Так как размеры изоляционных пластин, на которых в практике промысловой геофизики устанавливаются круглые плоские заземления ограничены, то
Таким образом, эффективное сопротивление плоского заземления
^ > 2^з Ra = KaRA, где Ka Т> 2da — коэффициент плоского заземления.
В связи с ограниченностью размеров изоляционной пластины на достаточном расстоянии |А2 -|-ж2)§> га от пластины эквипотенциальные поверхности, заданные уравнением (344), обращаются в сферы с центром, совпадающим с центром пластинчатого заземления.
При малых размерах заземления его коэффициент находится опытным путем. Для этого заземление помещают в металлический водоем большого размера и, пропустив пульсирующий ток, измеряют силу I тока и приложенное напряжение U. Вторым заземлением В служит корпус водоема, удаленный от заземления Л не менее чем на 20 его диаметров. Зная U и I, рассчитывают величину полного сопротивления RA заземления.
Далее берут два идентичных плоских заземления и при помощи распор-- ного изолирующего кольца внутренним диаметром, равным диаметру зазем-
ления, устанавливают их на расстоянии ж друг от друга. Пропустив через заземление тот же ток I, находят величину контактного сопротивления:
17' 4о0ж
Як =
где U' — разность потенциалов, приложенная к заземлениям; ро — удельное электрическое сопротивление раствора, в котором находится заземление. Определив RK, рассчитывают искомый коэффициент заземления:
Ка =Ка =Qo H—RKQo H—RK(348)(348)
Ка =
Ка =
Qo H—RK
Qo H—RK
(348)
(348)
IQo лс?д
§ 64. СОПРОТИВЛЕНИЕ ЭКРАНИРОВАННОГО ЦИЛИНДРИЧЕСКОГО ЗАЗЕМЛЕНИЯ В ОДНОРОДНОЙ СРЕДЕ
В методе экранированного заземления определяются сопротивления НА цилиндрического или плоского заземления А (метод сопротивления экранированного заземления в модификации скользящих контактов), экранированного одним или двумя однополярными с ним заземлениями Э. Зависимость ■ сопротивления цилиндрического экранированного заземления от удельного электрического сопротивления окружающей среды и размеров экранирующих электродов может быть получена следующим расчетом.
■ При одинаковых потенциалах измерительного и экранных заземлений цилиндрическое экранированное заземление (исходя из положений, указанных в § 62) может быть заменено эллипсоидом вращения (рис. 252, б) с большей осью, равной сумме La длин измерительного и экранирующих электродов, и малой осью, равной их диаметру d3.
В цилиндрической системе координат с началом, расположенным в в центре эллипсоида, и осью Z, направленной вдоль его большой оси; поверхность такого эллипсоида удовлетворяет уравнению (336).
Ток, отдаваемый измерительным заземлением, распространяется в пространстве, ограниченном двумя сопряженными поверхностями S' и S" .двухполостного гиперболоида, удовлетворяющего ранее приведенному уравнению .
z2г2_ - 1
а2 Ь2
Так как у экранированного зонда ось 2а гиперболоида меньше длины I измерительного заземления и, следовательно, значительно меньше общей длины La экранированного и экранирующих заземлений, а также диаметра 4а зонда, то
(349)(349)/ Ь3 \2 / ^8 \2
(349)
(349)
\ 2 / \ 2 /
Решая уравнение (344) относительно а2, получим,
а2 ~а2 ~ЛY/ ^з \2
а2 ~
а2 ~
9 /9"
Ц V/х'
Подставив найденные значения а2 и &2 в уравнение (343), приводим его к явному виду: .
^^З4га ,
l^-d^L3—d3 ~ 1
Зная характер распределения тока в пространстве, окружающем заземление, можно рассчитать сопротивление любой части заземления, отдающего в пространство ток, заключенный в объеме, ограниченном поверхностями тока. Так как обычно экранированное заземление устанавливается посредине между двумя экранирующими заземлениями одинаковой длины, то при L3^> I с достаточно хорошим приближением эквипотенциальные поверхности, ограниченные поверхностями тока 5' и 5", можно считать цилиндрическими. При этих условиях задача определения сопротивления экранированного заземления сводится к отысканию радиального сопротивления цилиндрической области, ограниченной сверху и снизу поверхностями S' и S" двухполостного гиперболоида. Для решения поставленной задачи опишем две бесконечно близкие цилиндрические поверхности с общей осью, ■совпадающей с осью заземления, и радиусами, соответственно равными
Пересечение этих поверхностей с поверхностями гиперболоида S' и S" выделит цилиндрический объем высотой 2г, средним радиусом г и толщиной dr. Радиальное электрическое сопротивление этого объема
hr — 6dr —
2лг2г 4лзг ’
где q — сопротивление среды, заключенной между цилиндрическими поверхностями; z — расстояние от плоскости Q симметрии до поверхности гиперболоида.
Согласно уравнению (343)
z = а "У -^- + 1 = -^- ]/г2 + Ь2
и, следовательно, dR =edr
4.Л -^— Г У Г2 + ?)2
Интегрируя последнее равенство от г =-- до бесконечности, получим величину полного сопротивления экранированного заземления в однородной среде:.
ООсо
jr Рgdr ob Р dr _
А J 4Л " гуТчТ2 Wa J г Уг2 + Ь2
^ bd3
22
о ^^ У d3^ -[- 4/>2 -|- 2Ь4лаda "
Подставляя значения а и b из равенства (349) и (350), получим
D _ 6-^3 ^з+У ^З2 — ^32
А 2л1 V L^—d^da •’
ИЛИ
R. =1П (U + |/Zg2 —1) , A mV Lj-
В неоднородной среде
(351)(351)RA = ^1= In (Z, + / Za«-1).
(351)
(351)
2лI V L32—1
Следовательно, величина сопротивления, замеренного с экранированным зондом:
I — теоретическая кривая; 2 — эксперимента ль- п n„nn„nt,„v 1 // т „ 7 О и ная кривая.при значениях L ,L3 И Lg >
коэффициент Ка зависит только от отношения L3/d3 (рис. 254). Это положение подтверждается экспериментальными исследованиями, выполненными на электрических моделях [7].
При малых значениях L3/d3 теоретическая кривая Ка/1 = / (7а) располагается выше экспериментальной. Это объясняется изолированностью' торцовых поверхностей зонда, вследствие чего токовые линии сжимаются вблизи измерительного заземления в большей степени, чем при эллипсоидальной поверхности зонда, для которой выведена формула (353). Различие в сопротивлениях действительного и эллипсоидального зондов том меньше, чем больше отношение LJda. Из кривых, приведенных иа рис. 254, следует,, что при Ьъ№3 > 2,7 расхождение между ними не превышает 5%.
Коэффициент зонда, определенный по экспериментальному графику KJ I = j(L3/d3), является более точным, чем найденный по формуле (353), особенно для малых размеров зонда (sLJd3< 2,5).
При измерении сопротивления экранированного заземления по потенциальной схеме
где I и 1Д—соответственно силы полного тока, питающего экранированный зонд, и части его, проходящей через экранированный электрод А.
. Следовательно, при измерении сопротивления экранированного заземления по потенциальной схеме
R = Z Рэ _ Р»,
■-A La К aj^ '
где Ку — коэффициент экранированного заземления при измерении его сопротивления по потенциальной схеме:
(355)(355)rzn Larz 2,72 (Z3 / £32 —1
(355)
(355)
JXy— A а =_-:_^=:= •
z ]g (£3 -h/ ^32-l
§ 65. СОПРОТИВЛЕНИЕ ЭКРАНИРОВАННОГО ЦИЛИНДРИЧЕСКОГОЗАЗЕМЛЕНИЯ В ПЛАСТЕ БЕСКОНЕЧНО БОЛЬШОЙ МОЩНОСТИ
(356)”(356)”Если среда, окружающая экранный зонд, в радиальном направлении неоднородна и незначительно отличается по электрическому сопротивлению от сопротивления бурового раствора, то при большой длине зонда La/da ^ 1 (тем большей, чем выше различие в указанных сопротивлениях) линии тока от экранированного заземления имеют конфигурацию, близкую к их конфигурации в однородной среде. В этих условиях в случае пласта бесконечно большой мощности сопротивление экранированного заземления
(356)”
(356)”
'A" ^Л/‘ К^Ч^О^ЬвНз 'Ыd°
где do — диаметр скважины; p0— удельное сопротивление бурового раствора;
Qn — удельное сопротивление пласта.
При наличии зоны фильтрации бурового раствора с сопротивлением рп', в общем случае изменяющемся по радиусу
НА = InА 2Л4НА = InА 2Л4( |/ £324-(/о2 4*7'я) ^3( |/ £324-(/о2 4*7'я) ^3(357)(357)
НА = In
А 2Л4
НА = In
А 2Л4
( |/ £324-(/о2 4*7'я) ^3
( |/ £324-(/о2 4*7'я) ^3
(357)
(357)
где 0г = / 0") — функция, определяющая характер изменения удельного «сопротивления зоны проникновения фильтрата бурового раствора в радиальном направлении, равная р'п при г = dja и рп при г —> ос.
Умножая выражения (356) и (357) на коэффициент зонда, получаем значения эффективных удельных электрических сопротивлений пласта большой мощности при отсутствии и наличии проникновения фильтрата бурового раствора. Так как в случае L/dy > 1
‘Ы 2,121
то, следовательно, при отсутствии слоя фильтрации бурового раствора
рэ =рэ =0о0оIn •In •^3-^3-] n (/^ + ^i2 + La) d0(V^a3 4- dp2 4~ ^з) ^з.] n (/^ + ^i2 + La) d0(V^a3 4- dp2 4~ ^з) ^з.+ <“п, о In+ <“п, о In/Z-д2 + (/р2 4'^'3/Z-д2 + (/р2 4'^'3dodo(358)(358)
рэ =
рэ =
0о
0о
In •
In •
^3-
^3-
] n (/^ + ^i2 + La) d0(V^a3 4- dp2 4~ ^з) ^з.
] n (/^ + ^i2 + La) d0(V^a3 4- dp2 4~ ^з) ^з.
+ <“п, о In
+ <“п, о In
/Z-д2 + (/р2 4'^'3
/Z-д2 + (/р2 4'^'3
do
do
(358)
(358)
■я при наличии этого слоя
рз =рз =00002£а2£а«Л^'Д m —«Л^'Д m —1(/-^з2 “b^324"-^в) (/р,(/Ьаа -|- d0» 4" £а) d,a1(/-^з2 “b^324"-^в) (/р,(/Ьаа -|- d0» 4" £а) d,a2,д2,д2go ••do2go ••do22rV r +vrV r +v
рз =
рз =
00
00
2£а
2£а
«Л^'Д m —
«Л^'Д m —
1(/-^з2 “b^324"-^в) (/р,
(/Ьаа -|- d0» 4" £а) d,a
1(/-^з2 “b^324"-^в) (/р,
(/Ьаа -|- d0» 4" £а) d,a
2,д
2,д
2go ••do
2go ••do
2
2
rV r +v
rV r +v
значительное отличаютсязначительное отличаютсяШифр кривыхШифр кривыхванного цилиндрического заземления в случае пластов бесконечно большой мощностиванного цилиндрического заземления в случае пластов бесконечно большой мощностиLB при ■— ОдLB при ■— Од5п/0о •Сплошные кривые рассчитаны по формуле (358), пунктирные получены па эл ектроипт егр ат оре.5п/0о •Сплошные кривые рассчитаны по формуле (358), пунктирные получены па эл ектроипт егр ат оре.
значительное отличаются
значительное отличаются
Шифр кривых
Шифр кривых
ванного цилиндрического заземления в случае пластов бесконечно большой мощности
ванного цилиндрического заземления в случае пластов бесконечно большой мощности
LB при ■— Од
LB при ■— Од
5п/0о •
Сплошные кривые рассчитаны по формуле (358), пунктирные получены па эл ектроипт егр ат оре.
5п/0о •
Сплошные кривые рассчитаны по формуле (358), пунктирные получены па эл ектроипт егр ат оре.
Выражения (358) и (359) достаточно точно определяют величины эффективных сопротивлений лишь тогда, когда длина экранированного заземления достаточно велика, причем, как сказано было выше, тем бблыпая, чем
бп и рп от р0. При малой длине экранного заземления и gn » (?о и @п /> 0о ток от зонда будет стремиться распространиться по скважине, в связи с чем поверхности, ограничивающие ток от измерительного заземления, будут отличаться от гиперболоидов. Таким образом, ис-
ходные условия, для которых выведены формулы (358) и (359), нарушаются, что иллюстрируется рис. 255.
На этом рисунке приведены кривые зависимости рэ/р0 = / (tZoMO для различных дЦ1 и и L8/tZ3 = 5, рассчитанные по формуле (358) (сплошные линии) и определенные экспериментально на электрических моделях (пунктирные линии).
Уменьшение эффективных сопротивлений, полученных экспериментально, по сравнению- с рассчитанными по формуле (358), объясняется возрастающим ответвлением экранирующих токов в буровой раствор. В связи с этим уменьшается эффект экранирования и ток от экранированного заземления распространяется в значительно большой области, что приводит к уменьшению сопротивления экранированного заземления.
Влияние электрической неоднородности пород и бурового раствора на характер распространения тока от экранированного заземления может быть значительно уменьшено применением схемы измерений с автоматической регулировкой экранного тока. В этой модификации метода (см. § 69), впервые разработанной Г. Доллем (фирма Шлумберже), в значительной степени исключается влияние- неоднородности среды на радиальность, истечения тока от экранированного заземления и тем самым резко повышается эффективность метода сопротивления экранированного заземления .
§ 66. СОПРОТИВЛЕНИЕ ЭКРАНИРОВАННОГО ЦИЛИНДРИЧЕСКОГОЗАЗЕМЛЕНИЯ В ПЛАСТАХ КОНЕЧНОЙ МОЩНОСТИ
При исследовании разрезов скважин, сложенных породами небольших ограниченных мощностей, величина сопротивления экранированного заземления, а следовательно, и эффективное сопротивление зависят не только от соотношений @П/0О и ^nVp0, ио и от соотношений между сопротивлениями пласта рп и вмещающих пород @вм, а также между размером La зонда и мощностью h пласта..
В пластах конечной мощности высокого сопротивления некоторая доля экранирующего тока (тем большая, чем меньше мощность и выше со-
противление пласта) уходит в покрывающую и подстилающую среды. При этом уменьшается плотность экранирующего тока 1а вблизи от заземления А.. Ток 1А растекается в больших объемах, что приводит к уменьшению сопротивления RA экранированного заземления. Максимальное эффективное сопротивление в середине пласта будет тем ближе к истинному удельному сопротивлению пласта, чем больше отношение WLa и меньше отношение рп/рвм. При достаточно больших размерах зонда дальнейшее увеличение размера зонда практически не приводит к возрастанию сопротивления.
При пересечении тонкого пласта низкого сопротивления будет наблюдаться обратная картина. При расположении зонда в пласте ток, отдаваемый экрани
рующими заземлениями, устремляясь в проводящий пласт, ограничивает область растекания тока 1А, что приводит к возрастанию сопро- тивлення экр анировэнного заземления, а следовательно, и эффективного сопротивления.
В пласте очень высокого (практически бесконечного) сопротивления мощности h. < La зависимость воличипы сопротивления экранированного заземления А от размера La зонда, мощности h пласта и диаметра d0 скважины может быть полу
чена аналитически.Рис. 256. К расчету сопротивления экранирован-
В наиболее простом для пого заземления в центре пласта бесконечно высо- расчета и наиболее инте-кого сопротивления.
росном случае, когда экра
нированное заземление А находится в центре пласта бесконечно высокого сопротивления, окруженного однородной средой удельного электрического сопротивления р0, равного сопротивлению среды, заполняющей скважину, ток 1А, отдаваемый экранированным заземлением, будет, растекаться поровну в подстилающую и покрывающую пласт среды.
Так как сопротивление пласта бесконечно велико, то ток распространяется только вдоль скважины и лишь по выходе из пласта растекается в проводящей среде, вмещающей пласт. В связи с симметрией задачи относительно плоскости, проходящей через середину пласта и центр зонда, ограничимся рассмотрением лишь верхнего полупростран
ства.
Экранирующий ток, область распространения которого па рис. 256 заштрихована, сжимает токовые линии, исходящие из экранированного заземления. Сопротивление пути тока от измерительного заземления можно разбить па пять участков.
На участке аЬ ток имеет вначале преимущественно радиальное направление, которое сменяется затем на осевое. Приближенно средний диаметр, на котором токовые линии меняют свое направление от радиального на осевое, можно принять равным полусумме диаметров зонда и скважины. Поэтому сопротивление LU участка пути аЪ может быть вычислено как ра-
диальное сопротивление цилиндрического слоя с внутренним диаметром cZ8 tig tin
и наружным диаметром —~—- :
КаЪ = —^ 1П^1
2лL 2“8
На участке Ъс ток IА/2, от измерительного заземления Л распространяется в осевом направлении через постепенно сужающееся сечение цилиндрического слоя. Часть SА площади свободного поперечного сечения скважины, занимаемой этим током, пропорциональна отношению силы тока /л/2, эмиссируомого половиной измерительного заземления, к сумме этого тока и тока /а/2, отдаваемого частью экранирующего заземления, расположенной ниже данного сечения:
Й -№ - Л) -№ - s*
JA . УэJA Т-'э
2'2
о ж/оао лДдЛ
где 50 = —^-площадь поперечного сечения скважины; 58 = —^пло-
щадь поперечного сечения зонда.
При постоянной поверхностной плотности экранирующего тока (у сек-
можно заменить отношениемможно заменить отношениемэти токи, или отношением длин этих по*эти токи, или отношением длин этих по*циоиного зонда) отношение токов —.-
можно заменить отношением
можно заменить отношением
эти токи, или отношением длин этих по*
эти токи, или отношением длин этих по*
поверхностей зонда, отдающих верхностей:
Таким образом, площадь SA поперечного сечения скважины, заполняемого током от измерительного заземления на участке 6с, будет изменяться по закону
Сопротивление току 1А на элементарном участке dz с координатой z
dRbc =dRbc =^А^А8pnzdzn(d02— ti82) /8pnzdzn(d02— ti82) /
dRbc =
dRbc =
^А
^А
8pnzdzn(d02— ti82) /
8pnzdzn(d02— ti82) /
и полное сопротивление всего участка 6с:
Я6с =Г «to = iT^Tix,•
Я (ti02tig2) Z JЛ(аойtig2) I ''
2
Так как L^ > Z2, величиной Z2 в последней формуле можно пренебречь ж считать
^(do'—^r
На участке cd (изолированная верхняя часть зонда) ток от измерительного заземления распространяется в цилиндрическом слое постоянного сечения
Сопротивление этого участка
р Ро^1 4goMiZ<3
SA
где т — высота изолированных цилиндрических поверхностей, ограничивающих зонд с концов.
На участке dq (в связи с относительно небольшим размером головки зонда и малостью диаметра d^ кабеля по сравнению с диаметром скважины) ток от измерительного заземления течет через практически постоянное сечение
ndq п I Ttd^^l
Поэтому сопротивление участка
X (\ т
о 4 22 J3 „2 (h-La-2m) L^o
Сопротивление зоны выхода тока из скважины можно рассматривать как сопротивление круглого плоского заземления, из которого ток распространяется в верхнее полупространство. Его полное сопротивление
Для тока 1А, отдаваемого измерительным заземлением, это сопротивление будет в LJI раз больше
Таким образом, полное сопротивление экранированного заземления ДГ° в центре пласта бесконечно высокого удельного сопротивления будет равно полусумме перечисленных пяти сопротивлений:
омансRah Н- Rbc Н~ Red "h Rdq Т" Rq
т. е.т. е.гдегдеПА ”2’
т. е.
т. е.
где
где
пманс Qo Г i У+^з, d । Lga , 4m L3
a - 2VfL ч d i dd
— 2 (X + 2m) Lad^a -f- 2L?da< aha HC_^_-^ ,(360)
tC^g V" //TYL .К
a»'d = -a;’ и==и;’ m"iZ’ 14 = X"
29 заказ 714.
При равных плотностях экранного и измерительного токов в соответствии с формулой (353)
макс,Ямакс = -IL(361)
и, следовательно,
£а / (L^ I у^макс _ / (^з) )ц + ^в, d ।
QoСо ^ 2л2<7а, д
н _ ^з +4m) + у^^ d
— 2 (La 4- 2 m) L3da, а 4—^ ^^з, d. •
(362)(362)На рис. 257 приведены кривые зависимостей pn^Vgo ^ / (^/^п)г рассчитанные по формуле (362), для зонда с отношением La/da -- 2,5.
(362)
(362)
Экспериментальные точки этих же зависимостей, полученные при
Рис. 257. Кривые зависимости едаис/е0 ^ = /(h/do) для пластов бесконечно высокого сопротивления. Шифр кривых dajdQ.Сплошные кривые рассчитаны теоретически по формуле (362), крестиками обозначены экспериментальные точки, полученные при помощи электрических моделей.Рис. 257. Кривые зависимости едаис/е0 ^ = /(h/do) для пластов бесконечно высокого сопротивления. Шифр кривых dajdQ.Сплошные кривые рассчитаны теоретически по формуле (362), крестиками обозначены экспериментальные точки, полученные при помощи электрических моделей.помощи электрических моделей, показаны крестиками. Эти точки хорошо согласуются с расчетными данными, подтверждая тем самым достоверность теоретических выводов и экспериментальных наблюдений.
Рис. 257. Кривые зависимости едаис/е0 ^ = /(h/do) для пластов бесконечно высокого сопротивления. Шифр кривых dajdQ.
Сплошные кривые рассчитаны теоретически по формуле (362), крестиками обозначены экспериментальные точки, полученные при помощи электрических моделей.
Рис. 257. Кривые зависимости едаис/е0 ^ = /(h/do) для пластов бесконечно высокого сопротивления. Шифр кривых dajdQ.
Сплошные кривые рассчитаны теоретически по формуле (362), крестиками обозначены экспериментальные точки, полученные при помощи электрических моделей.
Изучение эффективного сопротивления в пластах конечной мощности конечного сопротивления было выполнено на электроинтеграторе. На рис. 258 приведены кривые сопротивления экранированного заземления, полученные в пластах различных мощностей и сопротивлений. Как видно из рис. 258, кривые эффективного сопротивления в пластах конеч
ных мощностей симметричны. С увеличением мощности пласта экстремальные значения эффективного сопротивления возрастают, стремясь к пределу. Этот предел достигается при тем меньшей мощности пласта, чем менее отличается ого удельное сопротивление от удельных сопротивлений бурового раствора и вмещающих
пород, о чем говорилось выше.
На основании этих работ Е. А. Нойманом были составлены палетки, определяющие зависимость отношения экстремального эффективного сопротивления £эИСтр (сопротивления, замеренного в середине пласта) к удельному электрическому сопротивлению р() бурового раствора от отношения мощности h пласта к диаметру d^ скважины, т. е.
рЭкстр
—7— = Н-т-\ Для различных отношений -— = 0,5: 0,8; 1,35; 2,5; 4 и 8 и СО' «о /ug
-^ = 0,3; 0,4; 0,5; 0,6 и 0,7 (шифры палеток) и отношений у- = 2; 5; 10; 20; 50; 100 и ^ = 1 и 5 (шифр кривых).
На рис. 259 приведена одна из таких палеток для =2,5 и —- = «3«о
= 0,5. Сплошные кривые получены для отношения ^ = 1, штриховые — для — = 5.
^ f?.23456
Рис. 258, Кривые, эффективного сопротивления против одиночных пластов различных мощностей и удельных сопротивлений, а — qx = да = р0, д2 = 5 р0; б — 61 “ 6з — 6о> 6s —" 2^ goi й 61 — 6з — ^ 6о> 6s = 20 5о; ц — дг = д8 = 5 е0> ба = е0-
Приведенные семейства кривых дают возможность построить кривую ^mtcTp/^ __ у у^/д^ дЛЯ любого промежуточного значения рвы/бо* Такая кривая в правой части должна сливаться с кривыми палеток того же модуля Qn/e°i а 13 левой части иметь асимптотой прямую со значением ^IKOTI’/^o? равным значению 5эИСтр/ео в пласте бесконечной мощности с модулем рп/^о == ?вм/^о- Промежуточные точки искомой кривой получаются путем пропорционального деления расстояний между сплошными и штриховыми кривыми в отношении, в котором асимптота к левой части искомой кривой делит расстояние между асимптотами сплошных и штриховых кривых. •
Палетки СЭЗ дают возможность при известных LB, da, h, do, go и gBM определить значение удельного электрического сопротивления однородного пласта или осредненное значение его сопротивления при наличии зоны проникновения фильтрата бурового раствора.
29*
Изучение зависимости сопротивления экранированного заземления от сопротивления окружающей среды, размера L3 зонда, мощности 7г пласта и диаметра do скважины и от соотношений плотностей токов на экранированном и экранирующем заземлениях, выполненное в лабораторных условиях, позволило установить следующее.
Сопротивление экранированного заземления зависит от следующих параметров:
длины L3 экранирующих заземлений; с увеличением длины экранирующих заземлений сопротивление Вд заземления А возрастает;
Рис. 259. Палетка кривых зависимости 5эИСтр/ео = КН^ эффективного сопротивления, замеренного методом сопротивления экранированного заземления.
длины Z экранированного заземления; при увеличении / сопротивление Вд уменьшается;
диаметра da экранированного заземления; увеличение da так же, как и увеличение I, приводит к уменьшению Вд.
Работами, проведенными Е..А. Нейманом на электроинтеграторе, было установлено, что безразмерный параметр
1 _ Л L3 \
,Qo \ ^9 /
является функцией только отношений L3fd3, q^Qo и 5им/у0.
Максимальное: сопротивление экранированного заземления приурочено к центру пласта высокого сопротивления и увеличивается с возрастанием отношения gnj(>o. Наличие зоны проникновения фильтрата бурового раствора высокого сопротивления, как указывалось выше, значительно увеличивает сопротивление заземления Вд и эффективное сопротивление #9 и затрудняет определение удельного электрического сопротивления пород, находящихся за зоной проникновения фильтрата бурового раствора. Проникновение фильтрата,раствора, понижающего сопротивление пород, в меньшей степени искажает величину эффективного сопротивления рэ и точность определения удельного электрического сопротивления пород, находящихся за зоной проникновения фильтрата бурового раствора.
§ 67. СОПРОТИВЛЕНИЕ ПЛОСКОГО ЭКРАНИРОВАННОГОЗАЗЕМЛЕНИЯ
Для определения сопротивления плоского круглого экранированного заземления введем цилиндрическую систему координат ARXy>, начало которой расположим в центре заземления и ось X системы направим перпендикулярно его плоскости. Обозначим через г3 радиус заземления и через гА радиус ого экранированной части.
Поверхности тока, ортогональные равпопотенциальным поверхностям,представляют собой гиперболы, фокусы которых (общие фокусы равно-потенциальных эллипсоидов) расположены на расстоянии г3 от центра за-земления. Поверхности тока удовлетворяют уравнениюг2 ж2 .
Т2" “Т^Ь2 = ъ
Для поверхности, ограничивающей заземлениям, радиуса гд < r3, Ъ = тА Уравнение этой поверхности
ток, отдаваемый экранированным (см. рис. 253).
г2 я2 .
гзаг— г^
(363)
В однородной среде удельного сопротивления рп сопротивление экранированного заземления равно полному осевому сопротивлению области, ограниченной поверхностью, выражаемой уравнением (363). Следовательно,
ОО
ОООО, 99 . ,, 99 .
г 0п^ = Геп (^ —гa) dx = ^82122-
/л?'2/ яг2 (^^^„^яг2
. / , /АГ
\ zs / еп г 1 — »?а _ бп
' (гА\г ~ 2гв»7а Кз
X
8 ТА
О
где г) = — и К3 — коэффициент плоского круглого экранированного зазе- z‘a'
мления, определяемый по формуле•
Отношение
(365)
представляет собой безразмерный параметр. Зависимость этого параметра от 7? = -^- приведена на рис. 260 1.
Г8
При ——
Гз
—И последняя формула не верна. В этом случае отношение —- для
плоского экранированного заземления должно стремиться к отношению
4г3.
-— = 4для
плоского нсэкранированного заземления, расположенного в безграничном проводящем
полупространстве.
В общем случае, когда плоское экранированное заземление прилегает к глинистой корке сопротивления ргк и имеется зона проникновения фильтрата бурового раствора в породу, удельное сопротивление которой изменяется по закону рп' = / (^), величина эффективного сопротивления, измеренного плоским экранированным заземлением,
(366)(366)
(366)
(366)
К3К3Рис. 260. Зависимость отношения коэффициента Кэ плоского экранированного заземления к его радиусу га от отношения Гд(га.Рис. 260. Зависимость отношения коэффициента Кэ плоского экранированного заземления к его радиусу га от отношения Гд(га.
К3
К3
Рис. 260. Зависимость отношения коэффициента Кэ плоского экранированного заземления к его радиусу га от отношения Гд(га.
Рис. 260. Зависимость отношения коэффициента Кэ плоского экранированного заземления к его радиусу га от отношения Гд(га.
где Ипл — толщина глинистой корки и hu' — глубина зоны проникновения фильтрата бурового раствора.
Следует заметить, что формула (366) выведена из предположения, что изменение сопротивления среды в направлении, перпендикулярном плоскости заземления (вдоль оси X), не изменяет существенно характера распространения тока от плоского экранированного заземления. Так как в действительности изменение сопротивления в направлении оси X оказывает тем большое влияние на характер распространения тока, чем резче это сопротивление изменяется, то формула (366) будет тем более справедливой, чем в меньшой степени отличаются значения ргк и оп' от рп и чем больше размеры изолирующей пластины, на которой установлены заземления А и Э. Для максимально возможного исключения влияния неоднородности среды в направлении оси X па величину эффективного сопротивления в настоящее время начинает широко
применяться схема измерения сопротивления плоского экранированного заземления (схема микро-СЭЗ) с управляемым экранным током (см. § 69).
Для оценки возможности изучения удаленных пород методом плоского экранированного заземления представляет практический интерес определение характера приращения полного сопротивления заземления вдоль оси X.
Воспользовавшись формулой (364), можно написать
^^i-Xi-l^^i-Xi-l
^^i-Xi-l
^^i-Xi-l
arc tg ——arc tg ——- arc tg\ = Qc аге tg -7=
arc tg ——
arc tg ——
VA-AV А
Г ' з А /V гз
= qCF (ж),(367)
где xi—х и Xi — расстояния от границ области, имеющей сопротивление АН, до заземления; С — постоянная величина для зонда данной конструкции, определяемая по формуле
лг2 лт;2?^ *
Безразмерная величина АН/qC определяет зависимость приращения сопротивления АН от расстояния х от участка цепи, на котором определяется это приращение, до экранированного заземления.
На рис. 261 изображен график зависимости функции АН/qC = F (х) от расстоя
ния х, выраженного в радиусах г8 зазе- Рис. 261. График функции F (г), мления. При этом функция F (х) задана в долях ее значения в интервале х, изменяющемся от нуля до х = г8. Как видно ив рис. 261, по мере удаления от заземления величина приращения сопротивления резко уменьшается. В частности, на пространство, отстоящее от заземления на расстоянии х > 6 г8, падает всего лишь 10% общего сопротивления. Как следствие этого, плоские экранированные зонды в основном должны использоваться для определения удельного электрического сопротивления пород близ стенки скважины и, в частности, для определения удельного сопротивления зоны проникновения фильтрата бурового раствора.
ЗАВИСИМОСТЬ СОПРОТИВЛЕНИЯ ЗАЗЕМЛЕНИЯ На ОТ СООТНОШЕНИЯ ТОКОВ, ПОДАВАЕМЫХ В ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ
И ЭКРАННЫЕ ЭЛЕКТРОДЫ
Приведенные выше формулы и экспериментальные графики получены для равных значений плотностей токов на поверхностях экранных и измерительного электродов, т. е. для случая, когда отношение токов 1^/1А экранного к измерительному равно отношению длин этих электродов:
В некоторых случаях целесообразно изменять соотношение указанных токов. Это приводит к сжатию или расширению пространства, в котором рас-
пространяется измерительный ток 1Д таким образом, что на некотором расстоянии от зонда плотности токов снова выравниваются. Последнее иллюстрируется рис. 262, на котором изображены токовые и эквипотенциальные поверхности при различных соотношениях токов. Электрическое поле, подобное полю, изображенному на рис. 262, б или в (без учета тонкого слоя толщиной Jr, прилегающего к зонду), могло быть создано зондом с равной плотностью токов, исходящих из экранных и измерительного электродов, при длине измерительного^электрода V = Ев у—^ г > отличной от действи-- тельной длины (/' < Zb случае б и V > I в случае в).
Рис. 262. Распространение тока от измерительного заземления при различных соотношениях экранного и измерительного токов.Рис. 262. Распространение тока от измерительного заземления при различных соотношениях экранного и измерительного токов.
Рис. 262. Распространение тока от измерительного заземления при различных соотношениях экранного и измерительного токов.
Рис. 262. Распространение тока от измерительного заземления при различных соотношениях экранного и измерительного токов.
а — плотности токов экранного и измерительного заземле-ний равны друг другу; б — плотность экранного тока вышеплотности измерительного тока; в — плотность экранноготока нише плотности измерительного тока.
При этом коэффициент зонда К может быть вычислен приближенна по формуле
и, следовательно, в однородной среде
На =На =[go (Z^+Zg)[go (Z^+Zg)ZАZА(368>(368>
На =
На =
[go (Z^+Zg)
[go (Z^+Zg)
ZА
ZА
(368>
(368>
Если А>^з 1 (ряс. 262, б), то величина На, вычисленная по фор- муле (368), оказывается несколько меньшей, а при ^<^2-22^ (рис. 262, в) — несколько большей, чем действительное сопротивление заземления. Это объясняется тем, что формула (369) не учитывает наличия слоя толщиной Jr, в пределах которого плотности экранного и измерительного Стоков еще не полностью выравнялись.
СОПРОТИВЛЕНИЕ ЭКРАНИРОВАННОГО ЗАЗЕМЛЕНИЯПРИ АВТОМАТИЧЕСКОЙ РЕГУЛИРОВКЕ ЭКРАННОГО ТОКА
Наибольшие расхождения между величиной эффективного сопротивления р|кстр, замеренного в центре пласта, и величиной его удельного электрического сопротивления вызываются стремлением тока, отдаваемого экранирующими заземлениями, распространиться по скважине и уйти в окружающие проводящие породы в пластах высокого сопротивления и, наоборот,.
отклониться к середине зонда в пластах низкого сопротивления. В связи с этим эффективное сопротивление, измеренное экранированным зондом, в нласте высокого сопротивления оказывается значительно . меньшим, атв пласте низкого сопротивления бблыпим его истинного сопротивленияв Для получения значений рэ наиболее близких к рп необходимо поддержать плотность тока на экранирующих заземлениях Э такой,, при которой истечение тока из заземления Л было бы радиальным. Для обеспечения этого применяется специальная схема измерений с автоматически управляемым экранным током с экранированными семиэлектродным, цилиндрическим (рис. 263, а) или четырехэлектродным, плоским (рис. 263, б) зондами. Эти зонды, как уже указывалось выше, состоят из двух Э1 и Эг (см. рис» 263, а)
N М А 3N М А 3Рис. 263. Схемы зондов метода сопротивления экранированного заземления с управляемым экранным током.Рис. 263. Схемы зондов метода сопротивления экранированного заземления с управляемым экранным током.
N М А 3
N М А 3
Рис. 263. Схемы зондов метода сопротивления экранированного заземления с управляемым экранным током.
Рис. 263. Схемы зондов метода сопротивления экранированного заземления с управляемым экранным током.
а — схема семиэлектродного цилиндрического зонда; б — схемачетырехэлектродного контактного зонда. Область истечения тонаив центрального (измерительного) заземления А заштрихована.
или одного Э (см. рис4263, б) экранирующих заземлений и среднего заве® мления, включенных в цепь питания по. схеме, применяемой в методе экранированного заземления, и четырех Mi, Ma и Ni и Na, попарно замкнутых между собой (см. рис. 263, а), или двух М и N (см. рис. 263, б) контрольных электродов. При радиальном истечении тока из заземления Л разность потенциалов между электродами М и N равна нулю. При отсутствии радиального истечения тока между электродами М и N возникает разность потенциалов. Эта разность потенциалов в зависимости от ее знака указывает на необходимость увеличения или уменьшения плотности экранирующего тока, что может осуществляться автоматически при помощи устройства, установленного на поверхности (например, идентичного по принципу действия тиратронному или электронному потенциометру). Мотор этого устройства передвигает ползунок реостата в цепи экранирующих заземлений Э» '5’вйзжчт^я или уменьшая силу экранирующего тока.
В том случае, когда электроды А и Э отдают токи 1А и 1В, имеют малые размеры и могут считаться точечными (рис. 264), а изучаемая среда одно® родна, условие равенства потенциалов
+
2ЭйМ1)
4л \ AN
2ЭЖ
/» \
29aNx /
Рис. 264. Схема распространения тока в методе экранированного заземления с точечными питающими заземлениями (латерлог фирмы Шлумоерже).Рис. 264. Схема распространения тока в методе экранированного заземления с точечными питающими заземлениями (латерлог фирмы Шлумоерже).
Рис. 264. Схема распространения тока в методе экранированного заземления с точечными питающими заземлениями (латерлог фирмы Шлумоерже).
Рис. 264. Схема распространения тока в методе экранированного заземления с точечными питающими заземлениями (латерлог фирмы Шлумоерже).
контрольных электродов М и N приводит к следующему соотношению между токами I д и :
А __ diMldiNl^M^S^Ny
А “ AMyANy (ЭШуЭ^у™ ‘
2
Таким образом, потенциалы электродов М и N
uM = uN =+
^п[аМ \Э1Мх S2Mi/J
В случае неоднородной среды по аналогии с методом кажущегося сопротивления будем иметь
Um = Un =[ ■==“ + ^ f'V-vF—
4л ДМ \ ЭхМх
Э2М1 4л \ АМ Э1МхЭ2М1)
Последняя формула дает возможность определить величину эффективного сопротивления:•
(370)(370)„4л
(370)
(370)
АМ* Э1М1Э2Мх
где Ка — коэффициент экранированного зонда с управляемым экранным током и точечными питающими электродами, определяемый по формуле
■р-т4л
АМ Э1МхЭаМх
Подставляя в формулу (370) из гл. VII значения потенциалов UM для различных случаев изучаемого разреза скважины, можно рассчитать эффективное сопротивление и определить зависимости @а от величин отношений сопротивлений рп пород и £п' зоны проникновения фильтрата бурового раствора к его сопротивлению ^0 и от отношения диаметра D зоны проникновения фильтрата бурового раствора к диаметру d0 скважины.
МЕТОД РАЗНОСТИ СОПРОТИВЛЕНИЙ ЗАЗЕМЛЕНИЙ
В "методе разности сопротивлений заземлений в скважину опускается шаровой зонд. Этот зонд состоит из измерительного заземления А, образующего шаровой пояс, и двух соединенных между собой заземлений С сравнения (см. рис. 10, д и е). Заземления С расположены по обе стороны от изме-
рительного заземления Л и их суммарная поверхность равна поверхности заземления Л.
При питании заземлений Л и С током силы ц равной половине общего тока [. в питающей жило кабеля между заземлениями Л и С возникает разность потенциалов
и; = и л - ис = 4 R* ~ Лс = 4 !Да + да- фс + Дс)| == А(Лл-Лс) = ^,
где Ra и 7?"—полные сопротивления заземлений Л и С; RA и ^—сопротивления тех же заземлений без контактных сопротивлений R1! и Rc’ практически равных друг другу вследствие равенства плотностей токов, проходящих через заземления Л и С; AR — разность сопротивлений RA и Rc
Заземления сравнения С расположены со стороны скважины, и их сопротивление Rc в малой степени зависит от сопротивления пород, окружающих скважину. Заземление Л обращено к изучаемым породам, и его сопротивление RА в основном определяется их удельным электрическим сопротивлением. Следовательно, и разность сопротивлений AR = RA — Rc будет зависеть главным образом от сопротивления изучаемых отложений, причем будет возрастать па участках скважины, сложенных породами высокого сопротивления. ■ ■
Так как поверхности заземлений А и С равны друг другу, то
“ ка“ ка
“ ка
“ ка
где р^ и ^ — эффективные сопротивления сред, расположенных со стороны заземлении А и С; da и Ka = 7tda — диаметр и коэффициент шарового зонда.
В породах относительно небольшого сопротивления
•6^ ~ е0;.
лтт IAR I , X 1 л
2" 2Яз^э е°) ” 2^^8’
гд о
Л^0=^э—Ро и Aqa — KaAR.(371)
Fla рис. 265 приведена серия кривых, определяющих зависимость — у прИ — const.
001 \ "о /00
Эти кривые получены экспериментально на электроинтеграторе для случая, когда И > dQ. Как видно, смещение зонда с оси скважины изменяет величину Адэ.4
Разность эффективных сопротивлений Аоэ в основном определяется удельным электрическим сопротивлением пород, непосредственно прилегающих к стенке скважины, вследствие чего при наличии зоны проникновения фильтрата бурового раствора zFpa определяется в основном сопротивлением рп этой зоны.
Рис. 265. Кривые зави- Д ря - , / do \ симости —— = f (\
6о \d0 J при h > du дли зонда разности сопротивления заземлений. Шифр кривых отношения рд/ р0. а — зонд расположен по оси скважины; б — зонд находится у стенки скважины.
1,0 0,80 0,60
ОДО 0,20 0,15 .0,10
< к» ^ Is 0,05
0,01 0,005 0,001 0,0001 О - 0,0001 - 0,001 -0,005 -0,01
-0,05
— 0,10 -0,15 -0,20
1
/
ПЯЛЕТКД РОЗ-2
Зонд у стенки скважины h^d0
Шифр кривых— —fio _ -
5°^ го^ 1о_
-3
1,5^
-
_1 -
J
—
20,2ОД0,60,81
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ СКВАЖИН
8^
6 а°
§ 71. МЕТОДЫ РЕГИСТРАЦИИ ТОКА И СКОЛЬЗЯЩИХ КОНТАКТОВ
Теоретические основы метода регистрации тока непосредственно вытекают из теории методов сопротивления заземления. При описании принципа метода регистрации тока, приведенного в § 2, было указано, что сила тока в линии АВ
/ = Е
А 2д+да’
W ^Я — сумма всех сопротивлений цепи АВ, за исключением сопротивления RA заземления А.
Величина сопротивления RA пропорциональна эффективному сопротивлению qb среды, окружающей заземление:
При увеличении RA на ^ВА сила тока в цепи АВ уменьшится на
А/д =—=-•-Zl^g ===-=-•А——J^9.(372)
' (5д+1;° 2й+х
Из последней формулы следует, что при пересечении заземлением А пород отличного удельного электрического сопротивления в том случае, если SR достаточно велико по сравнению с RA, сила тока будет изменяться пропорционально А§а. Ток будет возрастать на участках разреза скважины, сложенных породами пониженного сопротивления, и уменьшаться против пород повышенного сопротивления. При сферическом заземлении радиуса га (К3 = 4 ЛГа)
П о цилиндрическом заземлении радиуса г3, длины I ^ га
,21
1П 7
z!7=^^gr-zlse.(374)
4л;/,
Уй + еэ-т-г'
В методе скользящих контактов заземление А обычно выполняется в виде щетки, изолированной от бурового раствора и соприкасающейся со стенкой скважины.
Если изолирующая пластина, на которой установлено заземление, имеет достаточные размеры по сравнению с размерами заземления, его сопротивление приближенно может рассматриваться как сопротивление плоского заземлителя радиуса г3, величина этого сопротивления
о 5а5э
А " 4лгвКа ‘
Так как радиус заземления А мал, то сопротивление заземления значительно. В связи с этим в методе скользящих контактов при относительно
небольшом изменении сопротивления пород наблюдается значительное изменение силы тока
обычно много больше, чем в методе регистрации тока. При этом для обеспечения пропорциональности между AI и zlpQ необходимо, чтобы -j- ^-» Лр0.
Если породы, окружающие скважины, имеют высокое эффективное сопротивление, то при малом значении SR по сравнению с НА
А()а =■А()а =■JAqqJAqq(375)(375)
А()а =■
А()а =■
JAqq
JAqq
(375)
(375)
В этим случае
^7 ^Сз
7 Сэ
(376)
Из последней формулы следует, что, зная силу тока I па участке скважины с известным сопротивлением да и изменение А1 силы тока при переходе заземления к другой породе с эффективным сопротивлением @э', можно приближенно рассчитать величину последнего.
ГЛАВА IX
ИНДУКЦИОННЫЙ МЕТОД ИССЛЕДОВАНИЯ СКВАЖИН
Индукционный метод исследования разрезов скважин, принципиальная схема которого приведена в § 3, представляет большой практический интерес для исследования разрезов сухих скважин и скважин, заполненных буровым раствором, приготовленным на нефтяной основе. В этих условиях, надежный контакт между окружающей средой и питающими и измерительными электродами обычных зондов трудно осуществим, что резко ограничивает возможность использования методов кажущегося сопротивления и сопротивления заземления. Вторым преимуществом индукционного метода перед обычными электрическими методами является возможность более легкого выделения топких, особенно проводящих, прослоев вследствие особенностей распространения токов, индуцированных в породах, окружающих скважину. Эти токи, протекая в плоскостях, перпендикулярных оси скважины, при угле встречи скважины со слоистыми осадочными породами, близком к л/2, не пересекают пород различного сопротивления, как это имеет место в методе кажущегося сопротивления.
Подобное распространение тока, как будет видно из дальнейшего, значительно облегчает теорию, а следовательно, и практическое использование индукционного метода.
§ 72. ОСНОВЫ ТЕОРИИ ИНДУКЦИОННОГО МЕТОДАИССЛЕДОВАНИЯ СКВАЖИН
При изложении теории индукционного метода исследования скважин будем считать, что скважина пересекает породы различного удельного электрического сопротивления по нормали к границам раздела этих пород. Если генераторная катушка индукционного зонда находится на оси скважины, линии токов, индуцированных в породах, окружающих скважину, будут представлять собой окружности, расположенные в плоскостях, перпендикулярных оси скважины с центрами, находящимися па со оси.
Задача, требующая решения, заключается в определении величины э. д. с., индуцированной в приемной катушке в зависимости от электропроводностей и мощностей окружающих пород, и расположения зонда относительно поверхностей их раздела.
При питании генератора токами относительно небольшой частоты (до 20 /сг^) можно пренебречь процессам становления тока в горных породах, прилегающих к скважине. В этом случае с достаточным приближением^ подтверждаемым опытом, можно рассматривать вторичные магнитные поля как поля токов низкой частоты, т. е. предположить, что э. д. с., индуциро-
ZZ«Рис. 266. К выводу формул, определяющих ве- -личины э. д. с., индуцированных в приемной .катушке зонда индуктивного метода исследования скважин.«Рис. 266. К выводу формул, определяющих ве- -личины э. д. с., индуцированных в приемной .катушке зонда индуктивного метода исследования скважин.ПК — приемная катушка; ГК — генераторная катуш->ка; Т — элементарный виток сечения ds; Г — гене-ратор; У — усилитель; пг и зг — число витков иплощадь витка генераторной катушки; пп и sn — то же,приемной катушки.ПК — приемная катушка; ГК — генераторная катуш->ка; Т — элементарный виток сечения ds; Г — гене-ратор; У — усилитель; пг и зг — число витков иплощадь витка генераторной катушки; пп и sn — то же,приемной катушки.Н =Н =2wpSpf2wpSpfлиг8г7ср sin сотлиг8г7ср sin сот
Z
Z
«Рис. 266. К выводу формул, определяющих ве- -личины э. д. с., индуцированных в приемной .катушке зонда индуктивного метода исследования скважин.
«Рис. 266. К выводу формул, определяющих ве- -личины э. д. с., индуцированных в приемной .катушке зонда индуктивного метода исследования скважин.
ПК — приемная катушка; ГК — генераторная катуш->ка; Т — элементарный виток сечения ds; Г — гене-ратор; У — усилитель; пг и зг — число витков иплощадь витка генераторной катушки; пп и sn — то же,приемной катушки.
ПК — приемная катушка; ГК — генераторная катуш->ка; Т — элементарный виток сечения ds; Г — гене-ратор; У — усилитель; пг и зг — число витков иплощадь витка генераторной катушки; пп и sn — то же,приемной катушки.
Н =
Н =
2wpSpf
2wpSpf
лиг8г7ср sin сот
лиг8г7ср sin сот
званные в приемной катушке, не зависят от диэлектрических свойств среды и находятся в фазе с током в генераторной катушке.
Для решения задачи введем цилиндрическую систему координат О ХНУ7. Начало системы отнесем к точке О (рис. 266), расположенной посредине между генераторной и приемной катушками. Расстояние между этими катушками обозначены через £и. Это расстояние в дальнейшем будем называть
размером индукционного зонда.
, , Ось Z координатной системы ////, ориентируем вдоль оси сква- //// жины. Разобьем все исследуе-
мое пространство на элементарные тороиды Т квадратного сечения. Такой тороид произвольного радиуса г и сечения ds = drdz будем называть условно элементарным витком..
Далее допустим, что размеры питающей и приемной катушек столь малы по сравнению с размером элементарных витков и расстояниями от этих витков до центра катушки, что катушки можно считать точечными. Это практически вполне соответствует соотношениям между размерами катушек и объемом исследуемого пространства.
Предположим, что генераторная катушка имеет пг витков, площадью St каждый, и питается переменным током i =J№TOSmtot = ^I^ sin сот, где /мано и /^ — соответственно максимальное и среднее значение переменного тока; со = = 2лу —угловая частота тока (v — частота тока и т — время).
В элементарном витке радиуса г, расположенном в плоскости, нормальной к оси зонда (оси скважины) и находящейся от центра зонда (точка .0)
на расстоянии | z | < -у ток г, циркулирующий в витках первичной катушки,
создает магнитное поле напряженности
1! L \2
где Др = |/ г2 I-X2 4- z — расстояние от центра генераторной катушки до оси элементарного витка.
Магнитное поле Н, изменяясь во времени, индуцирует в элементарном витке э. д. с..
dФ ,2 tZZ/ 2л8УГ271г$г/Ср COSCOT
с?тdx ~]77"\21®/1"
r+^+^J
Под действием э. д. с. е в элементарном витке возникает ток индукции
Д[ — е —Д[ — е —сгтАгпгЗг/^соз сот dsсгтАгпгЗг/^соз сот dsadsads
Д[ — е —
Д[ — е —
сгтАгпгЗг/^соз сот ds
сгтАгпгЗг/^соз сот ds
ads
ads
где o' — удельная электропроводность среды, в которой расположен виток.
Ток di создает в окружающем пространстве магнитное поле. В точке пространства, где находится приемная катушка, это поле имеет напряженность
птт 2mradlптт 2mradlЗлг^^г^г^г/0® cos сот dsЗлг^^г^г^г/0® cos сот ds
птт 2mradl
птт 2mradl
Злг^^г^г^г/0® cos сот ds
Злг^^г^г^г/0® cos сот ds
где Rn = I/ г2 -7 \ ~ — zY г v 2/ной катушки.Изменяясь во времени, э. д. с.где Rn = I/ г2 -7 \ ~ — zY г v 2/ной катушки.Изменяясь во времени, э. д. с.— расстояние от элементарного витка до прием- магнитное поле генерирует в приемной катушке— расстояние от элементарного витка до прием- магнитное поле генерирует в приемной катушке
где Rn = I/ г2 -7 \ ~ — zY г v 2/
ной катушки.
Изменяясь во времени, э. д. с.
где Rn = I/ г2 -7 \ ~ — zY г v 2/
ной катушки.
Изменяясь во времени, э. д. с.
— расстояние от элементарного витка до прием- магнитное поле генерирует в приемной катушке
— расстояние от элементарного витка до прием- магнитное поле генерирует в приемной катушке
deu =deu =dФdxdФdxdHn Ид$п 1 "д" —dHn Ид$п 1 "д" —^р^г^прЗтПпЗца!0^ sin сох ds^р^г^прЗтПпЗца!0^ sin сох ds
deu =
deu =
dФ
dx
dФ
dx
dHn
Ид$п 1 "д" —
dHn
Ид$п 1 "д" —
^р^г^прЗтПпЗца!0^ sin сох ds
^р^г^прЗтПпЗца!0^ sin сох ds
где пи — число витков приемной катушки и sn — площадь каждого витка. Сроднее значение индуцированной э. д. с.
= KyBypds,= KyBypds, 4w4v2r8nrsrnnSnfZcp ^8
= KyBypds,
= KyBypds,
„.\218/аГ/Ьи^Р/а
1 2 I12/ I
где Ки —- коэффициент зонда; Ви ~— параметр пространства.
Ки определяется конструкцией зонда (числом пг и пи витков генераторной и приемной катушек, размерами площадей sr и sn каждого из витков и силой питающего тока 7):
/^ —: ^т4,,,апГ8Тпп8п1?^■(377)
Ви определяется взаимным расположением единичной петли по отношению к зонду размера Ьи:.
(378)(378)
(378)
(378)
Введение множителя ZH/2 дает возможность интеграл jBnds свести s
к безразмерной величине, равной единице в случае однородной среды, что
30 Заказ 714.
будет доказано ниже. Выражая г, 2, dr и dz в единицах размера зонда и обо- rdrdz
значая через ^ = у—, С = т— , аг; = -у- и аС = у—, получим
Таким образом, в случае однородной среды удельной электропроводности <7 в приемной катушке зонда будет индуцироваться э. д. с.
= Х„а f 7 7^S—со 0 2 ^® -j- ( -^—j- С j^7^ Н- I ~2I= Х„а f 7 7^S—со 0 2 ^® -j- ( -^—j- С j^7^ Н- I ~2I
= Х„а f 7 7^
S—со 0 2 ^® -j- ( -^—j- С j^7^ Н- I ~2I
= Х„а f 7 7^
S—со 0 2 ^® -j- ( -^—j- С j^7^ Н- I ~2I
гдеНогдеНо
где
Но
где
Но
так какОООО
du 1 ! и I _ 2
1/.1~2С\1
1+2Ц12 )2 *
467467индукционный метода исследования скважин
467
467
При |z | > ^ (| £ | > -у^ путем аналогичных вычислений получим
Таким образом, для однородной среды
1
22
е= К^$В^ = К.а\$ <lcl>L^+ $+
В„ооь 2_1_ Ь 1 2
2
L оо22со
У
* г/ 1 Г d^ 1 г . 1 /' dC
J= jx-yp J—г"=
222
^zc^-L + ^+A^^,(380)
т. е.
( Buds = 1
е и —— s= о.
В тех случаях, когда среда состоит из серии пластов, координаты кровли которых обозначены через zt, выражение (380) приводится к следующему виду:
е « Ки R J J Bxxd^drj + а2 J J Bad^ + . .. <гп J |/ Вп^№ =
—оо 0fj 0Сп । О
= K„5Z^,(381)
где
^г оо
п »
Последний интеграл имеет размерность удельной электропроводности. Как следствие этого, и отношение
е
Кд
= 2 4°
имеет также размерность электропроводности, которой в дальнейшем присваиваем название эффективной электропроводности <тэ:
£1 ооfa оооо оо
04 _[ / ВхД1;(1т1 + п. f f Bxid^ + . . . + <r„ f f BxxdCdi]. (332)
—co 0Ci 04 0
В частном случае, когда пласт мощности А, электропроводностью 04, пересечен скважиной радиуса г0, заполненной средой электропроводности <т0, отличной от электропроводности од и аа подстилающих и покрывающих пород, при наличии зоны проникновения фильтрата бурового раствора в пласт с электропроводностью од' и радиусом проникновения Гф, отношение определяется следующей формулой:
Л И■
4i 00от от^к ^ф
А = о-э = ог I Г Bxvd^ + од f f Rxxd№ + f |a2' f BndT) +
-CO ^Си ^Cn Vo
00CO ^O
cr2 J BndT] I d^ -f- од J' j'Bnd№,(383)
где £u — ~ и ^к =— координаты подошвы zu и кровли zK пласта,
выраженные в размерах зонда; % ™ S 97Ф "’ ^8 ~ Т^ ’ ГзРаДиУс
зонда.
При изучении влияния проводимости удаленных слоев па величину э. д. с. е и на значение эффективной электропроводности удобно выражение для коэффициента Вп привести к несколько иному виду. С этой целью рассмотрим синус угла у, заключенного между радиусами Rr и Rn, проведенными к элементарному витку из питающей и приемной катушек:
sin у = sin a cos ^ + cos я sin ^
где а и /? — углы между радиусом витка и радиусами Rr и Кп. Подставив в последнюю формулу значения sin a, sin р, cos а и cos ^, получим
sin v ~ —— ———-— г 4-sin v ~ —— ———-— г 4-Вц ~|” ^^Вц ~|” ^^Ви1'J^pZ?QВи1'J^pZ?Q
sin v ~ —— ———-— г 4-
sin v ~ —— ———-— г 4-
Вц ~|” ^^
Вц ~|” ^^
Ви1'J^pZ?Q
Ви1'J^pZ?Q
• Сопоставляя последнюю формулу с формулой (378), приходим к заключению, что
■(384)
Из формулы (384) следует, что значение Ви для единичной петли определяется величиной угла у, заключенного между радиусами Rr 'и Ип. Таким образом, элементарные витки имеют одинаковое влияние на величину э. д. с. е, индуцированную в приемной катушке, при одинаковых значениях угла у (рис. 267). Как следствие этого, область с одинаковым значением Вп должна ограничиваться кругами, проходящими через центры питающей и приемной катушек (как это показано на рис. 268, где приведены линии одинаковых значений угла у, ограничивающие области, в пределах которых интегральное значение Ви равно 0,1, т. с. 10% от полного значения этого фактора для безграничного однородного пространства),
Для изучения характера изменения эффективной электропроводности вдоль скважины, пересекающей пласт отличной удельной электропроводности от электропроводности вмещающей среды, разобьем исследуемое пространство на бесконечно тонкие пласты мощностью dz и для каждого из этих
Рис. 267. Элементарные витки с одинаковым пространственным фактором.
а — местоположение витков с одинаковым пространственным фактором, sin8 60° = sin8 120° = 0,65; б —- элементарные витки с различными пространственными факторами, sin 90° = 1 и sin3 60°= sin» 120°= 0,65.
Рис. 268. Области с одинаковым интегральным значением пространственного фактора (йп = ОД) в случае однородной среды.
пластов определим интегральное значение пространственного фактора. Пренебрегая влиянием бурового раствора, заполняющего скважину, полу-# чим:
а) для бесконечно тонких пластов, расположенных в пространстве, заключенном между генераторной и приемной катушками зонда (|С| < Vs).
. б) для бесконечно тонких слоев, расположенных за генераторной и приемной катушками, т. е. с координатами слоя | £ | > -^-. б) для бесконечно тонких слоев, расположенных за генераторной и приемной катушками, т. е. с координатами слоя | £ | > -^-
. б) для бесконечно тонких слоев, расположенных за генераторной и приемной катушками, т. е. с координатами слоя | £ | > -^-
. б) для бесконечно тонких слоев, расположенных за генераторной и приемной катушками, т. е. с координатами слоя | £ | > -^-
Значения J^ в дальнейшем будем называть дифференциальным радиальным пространственным фактором.
Из сопоставления последних двух формул следует, что при заданной электропроводности щ бесконечно тонкого слоя, расположенного между генераторной и приемной катушками, влияние этого слоя на величину <г8, определяемое величиной дифференциального радиального пространственного фактора, постоянно и не зависит от координаты £ — расстояния z подошвы слоя от плоскости, перпендикулярной оси скважины и проходящей через центр зонда; при. расположении же бесконечно тонкого слоя за пределами катушки его влияние убивает обратно пропорционально квадрату £.
Для изучения характера изменения эффективной электропроводности при пересечении зондом горизонтального пласта проводимостью аг, подстилаемого средой с удельной электропроводностью сц и покрытого средой с удельной электропроводностью о5, обозначим через h мощность пласта, через zt расстояние от подошвы пласта до середины зонда (точка О) и через % и £х мощность h и расстояние zi, выраженные в размерах зонда ЕИ. Учитывая далее, что любой из интегралов
ъ
J ^ "" ^ b а
и любой из интегралов.
получим следующие выражения. “
При ч> ^rUi>
_ 1L
22Ci
= J ТГ+~2~ / ^ + "8",/'
4 —00L JL 1 b/
2 .2'
Cl+%00
1 °2 Г d£ 1 С3 Г ^ , _ 1 ^ / °a °i 1 ^з °a \/oqk\
+XjJ + ””+ C.+* ■( 5)
CiC1+X.
При 2^“ > 21 > 0 (~ > Cl > 0)
И
2,
—co_SJ
' 2"
2~Ci+X00
+ ‘'•(-3- / «+-3- J "S)+"8" J S
CljCi+z
2
CTl + ^Z I °i — °й
При 0 > 2j > -А ^о > и > -yj 1
2-Ci2
<®8 = <Ц J* -£2~ + ~2~ / ^)+<,af~5- /
-0°_х у-Cl
2
ОО
оа Г d^ _^oi4-aa , aa — ai . .
+ 8/ £2 G 2*2
X-Ci
При — 4-- > zx > — (л — -^ [L > ^ > — (
-Ci"22
Г ^/ 1 Г ^ 1 f
8 J £282 J
-00—tx_ 1
2
ffa f d^, Ox — O» , ga— <72., 1
+ 8 У ^ ^8Ci ' ’"s'^ —Ci) ^a+ 8
При> Zx> h\-(x
X-Cl
2
mr-Ti ■(387>
x—
2 )
*-Ci
<+■7/ "F") +
T
/ сгх — cra . ff8 —£a\(4qg\
л и v(388)
-Cl2-lл
°^ Г ^/ 1 f—
<T8 = -g- J+ о г 1J^2^2
-oo-Ci_
CO
1 f_ oa-V-aa Ox— cra
8£2^21 8Ci
При — h > zx > — ^h + -^-^ — % > Ci > —
Cz + ^s । Ci—da । Сд —
3 “218?i12
при -^+^ > Z1^^;+Aj > C1j
-Cl— (Ci—x)2
* ‘8 J C2 1 8 J+ I 8 J
—oo—Ci— (Cl—X)
-a 1 8Cx 1 S^! —X)8
I
Z-Ci2
J dC^+Ca^-^- J ^C4~
±V x-ci
2'
L ^2 ~^l^
12^2;*
1^8 (^KZ^y(389)
2*00
■^+4- y^xj к)” “TT
/^о,+Г^=.\(390)
\ 1111—л /
Если мощность пласта H<Ltt, то при
Рис. 269. Кривые зависимости cJ^ = / (С).Рис. 269. Кривые зависимости cJ^ = / (С).а — для различных положений индукционного зонда относительно пласта с электропроводностью »2 = 5<rj = 5а3, Л= Ln; б — для пластов различных мощностей ^Zi = ~Ln, h = 2Ln и h = 5Ln) с удельной электропроводностью org = 5 oi = 5 <r3 при расположении зонда в середине пласта.а — для различных положений индукционного зонда относительно пласта с электропроводностью »2 = 5<rj = 5а3, Л= Ln; б — для пластов различных мощностей ^Zi = ~Ln, h = 2Ln и h = 5Ln) с удельной электропроводностью org = 5 oi = 5 <r3 при расположении зонда в середине пласта.задачу изучения электропроводности в среде, состоящей из коаксиальноцилиндрических слоев бесконечной протяженности. В этом случае призадачу изучения электропроводности в среде, состоящей из коаксиальноцилиндрических слоев бесконечной протяженности. В этом случае прирасположении зонда по оси коаксиальных цилиндроврасположении зонда по оси коаксиальных цилиндров
Рис. 269. Кривые зависимости cJ^ = / (С).
Рис. 269. Кривые зависимости cJ^ = / (С).
а — для различных положений индукционного зонда относительно пласта с электропроводностью »2 = 5<rj = 5а3, Л= Ln; б — для пластов различных мощностей ^Zi = ~Ln, h = 2Ln и h = 5Ln) с удельной электропроводностью org = 5 oi = 5 <r3 при расположении зонда в середине пласта.
а — для различных положений индукционного зонда относительно пласта с электропроводностью »2 = 5<rj = 5а3, Л= Ln; б — для пластов различных мощностей ^Zi = ~Ln, h = 2Ln и h = 5Ln) с удельной электропроводностью org = 5 oi = 5 <r3 при расположении зонда в середине пласта.
задачу изучения электропроводности в среде, состоящей из коаксиальноцилиндрических слоев бесконечной протяженности. В этом случае при
задачу изучения электропроводности в среде, состоящей из коаксиальноцилиндрических слоев бесконечной протяженности. В этом случае при
расположении зонда по оси коаксиальных цилиндров
расположении зонда по оси коаксиальных цилиндров
На рис. 269, а приведены кривые, иллюстрирующие зависимость
^ = /(Ci)-
Из приведенных кривых следует, что влияние подстилающей и покрывающей сред, пропорциональное площадям $х и s3, ограниченным кривой oJ^ = /(Сх), в пределах этих сред невелико [за исключением пластов малой мощности (Л < 2LH)]. Поэтому кривые эффективной электропроводности четко отмечают пласты различного сопротивления даже относительно небольших мощностей, что видно из рис. 270, а, на котором приведены расчетные кривые рэ = 1/<тв = /(г) для случая пересечения скважиной пластов различных удельных сопротивлений.
Сложное вычисляется эффективная электропроводность при наличии зоны проникновения фильтрата бурового раствора, изменяющего удельную электропроводность пород в радиальном направлении. В пластах достаточно большой мощности (практически в пластах мощности h > 5Z/H) эту задачу можно решать как
^ о ООЧф соОООО
^8 =^0 / / B^dyd? + / ,f B^rd^dt,+^п / / B^d^,(392)
s3 —оо»70—ООПф—ОО
где со и аи -—удельные электропроводности бурового раствора и пород, не измененных проникновением фильтрата бурового раствора; ат — элек^ тропроводность зоны проникновения фильтрата, в общем случае изменяю^
аб
Рис. 270. Конфигурация кривых эффективного сопротивления еэ ~ V°0 пРи пересечении индукционным зондом пластов различных удельных сопротивлений и мощностей.
а — кривые ед для двухкатушечпого зонда; б — то же, для зонда с фокусирующими катушками.
1 — пласт удельного сопротивления 0,048 омм; 2 —то же, 1 ом'м; a —то же, 21 ом At; <1 — сопротивление среды, равное бесконечности.
щаяся по радиусу г; 7?3, туо и г/ф — соответственно радиусы индукционного зонда, скважины и зоны проникновения фильтрата раствора, выраженные в размерах индукционного зонда. .
В частном случае, при от = const = Од и со = 0 (скважина заполнена газом или нефтью):
cr9 = сгп' J ( / Bnd^ dri + or„ / ^ j'Bnd^ dll = огп' f J^] + сгп J J^.(393)
^0-°0”ф^0’?ф
Рис. 271. Кривая зависимости дифференциального осевого пространственного фактора J^ от радиуса Я = г/£н бесконечно топкого цилиндра, к которому ОТНОСИТСЯ J-.Рис. 271. Кривая зависимости дифференциального осевого пространственного фактора J^ от радиуса Я = г/£н бесконечно топкого цилиндра, к которому ОТНОСИТСЯ J-.
Рис. 271. Кривая зависимости дифференциального осевого пространственного фактора J^ от радиуса Я = г/£н бесконечно топкого цилиндра, к которому ОТНОСИТСЯ J-.
Рис. 271. Кривая зависимости дифференциального осевого пространственного фактора J^ от радиуса Я = г/£н бесконечно топкого цилиндра, к которому ОТНОСИТСЯ J-.
Здесь [142]
= /ДА = 4- ■ T?W t(“3 + 3) (И^Й^ - 1) к (sin а)-— (и2 — 1) (]/и2 + 1 4- 1) Е (sin а)],
где и = 2'7 =; sin а ~ 2 у м "г 1 о1
К (sin а) н Е (sin а) — полные значения эллиптических интегралов первого и второго рода:
К (sin а) = Г,
У 1 —sin2 a sin2 0
Е (sin а) = J ]/ 1 — sin2 а sin2 0 dO. и
Расчет эффективной электропроводности в этом случае сводится к вычислению при помощи таблиц значения функции последующего построения кривой/; — / (77) и ее графического интегрирования. На рис. 271 приведен вид функции /; = / (77). Относительное влияние любого слоя, находящегося па расстоянии г от оси скважины и имеющего мощность Z1 г (например, слоя проникновения фильтрата бурового раствора --см. рис. 271), пропор
ционально отношению площади SV кривой в пределах от г до г -|- Л г к площади 5 — 5о + 5п'- -|- 5n кривой в пределах от г = 0 и до г = оо. Из кривой, изображенной на рис. 271, следует, что порода, расположенная от оси скважины на расстоянии, превышающем 3—5размеров зонда, незначительно изменяет величину эффективной электропроводности в однородной среде.
В том случае, когда среда неоднородна, влияние каждого слоя увеличивается или уменьшается пропорционально его электропроводности. Это дает возможность рассчитать кривые зависимости эффективной электропроводности для различных случаев изменения удельной электропроводности пласта по радиусу и, в частности, для случая постепенного се изменения. Последнее наблюдается при проникновении фильтрата бурового раствора, имеющего сопротивление, отличное от сопротивления пластовых вод.
Кривые эффективного сопротивления, приведенные на рис. 270 для случая пересечения пластов различных мощностей и сопротивлений (электропроводностей), показывают на относительно небольшое различие между эффективным и удельным сопротивлениями в центре пласта, особенно в случае ила- ютов низкого сопротивления. Это является следствием незначительного влияния пород повышенного сопротивления, расположенных за пределами зонда.
Установка дополнительных фокусирующих и компенсационных катушек за пределами генераторной и приемной катушек дает возможность получить еще более дифференцированные кривые эффективного сопротивления. Численные значения последнего в зондах с фокусирующими катушками практически достигают истинных значений удельного сопротивления слоя при всех пластах, мощность которых превышает пять диаметров скважины (см. рис. 270, б).
ГЛАВАХ
МЕТОД ПОТЕНЦИАЛОВ СОБСТВЕННОЙ ПОЛЯРИЗАЦИИПОРОД
§ 73. ЕСТЕСТВЕННАЯ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ ГОРНЫХ . ПОРОД
Электрические поля собственной поляризации горных пород наблюдаются в скважинах при следующих физико-химических процессах:
диффузии солей из пластовых вод в буровой раствор и из раствора в воды пласта и адсорбции их ионов частицами породы;
окислительно-восстановительных реакциях, происходящих на поверхности соприкосновения минералов, составляющих породу с окружающей их средой;
фильтрации пластовых вод и вод бурового раствора в поровом пространство породы.
Свойство горных пород создавать электрические поля собственной поляризации в дальнейшем будем называть собственной электрохимической активностью горных пород. В зависимости от того, какой из указанных выше процессов порождает электрическое поле, различают:
диффузионно-адсорбционную (сокращенно адсорбционную) активность, возникающую при наличии диффузионно-адсорбционных процессов;
окислительно-восстановительную активность, наблюдающуюся при окислении и восстановлении минералов, составляющих горную породу;
фильтрационную активность, порождаемую процессами фильтрации пластовых вод и вод бурового раствора в порах пород.
ДИФФУЗИОННО-АДСОРБЦИОННЫЕ ПОТЕНЦИАЛЫ И ДИФФУЗИОННО-АДСОРБЦИОННАЯ АКТИВНОСТЬ ГОРНЫХ ПОРОД
При соприкосновении растворов солей различного химического состава и концентрации наблюдается диффузия ионов из раствора с большей концентрацией в раствор с меньшой концентрацией. Так как скорость движения различных ионов различна, то при свободном соприкосновении растворов раствор с пониженной концентрацией приобретает заряд, тождественный по знаку заряду ионов, движущихся с большей скоростью. В частности, при диффундировании раствора NaCl, для которого скорость иона С1 превышает скорость иона Na+, менее концентрированный раствор заряжается отрицательно по отношению к более концентрированному раствору.
ДИФФУЗИОННЫЕ ПОТЕНЦИАЛЫ
Для наиболее простого случая соприкосновения двух растворов одной и той же соли различных концентраций формула, определяющая величину .диффузионного потенциала, может быть получена следующим образом.
Допустим, что молярные концентрации более и менее концентрированного раствора равны сп и со. Выделим в растворе элементарный объем, ограниченный плоскостями 6*1 и 5г (рис. 272), перпендикулярными направлению диффузии с координатами ж и х + dx. Пусть в плоскости 51 парциальные давления катионов и анионов и концентрация раствора будут соответственно рк, ра и с. Тогда в плоскости 5 г осмотическое давление будет равно Рн — dpK и Ра — dpa и концентрация с — de. На каждый ион, находящийся в растворе, заключенном в объеме, ограниченном плоскостями 51 и 5а,. имеющем поперечное сечение я, будут действовать силы:
а) на катион
,= [Срк—<>Ы—Рк] з _1 dpu .к cNvK$dxс^к ^ 1,= [Срк—<>Ы—Рк] з _1 dpu .к cNvK$dxс^к ^ 1Рис. 272. К выводу формул, определяющих величину диффузионного (а)" и диффузионно-адсорбционного (б) потенциалов.Рис. 272. К выводу формул, определяющих величину диффузионного (а)" и диффузионно-адсорбционного (б) потенциалов.
,= [Срк—<>Ы—Рк] з _1 dpu .
к cNvK$dxс^к ^ 1
,= [Срк—<>Ы—Рк] з _1 dpu .
к cNvK$dxс^к ^ 1
Рис. 272. К выводу формул, определяющих величину диффузионного (а)" и диффузионно-адсорбционного (б) потенциалов.
Рис. 272. К выводу формул, определяющих величину диффузионного (а)" и диффузионно-адсорбционного (б) потенциалов.
б) на анионб) на анион1 ' dpacNva dx ’1 ' dpacNva dx ’
б) на анион
б) на анион
1 ' dpacNva dx ’
1 ' dpacNva dx ’
[(Ра— dtp д') — ра] scNvaSdx
где ги и ф& — число катионов и анионов, образующихся при ионизации молекулы растворенного вещества, и N -— число Авогадро, равное 6,06 X 1023.
Под действием этой силы через сечение s за время dx будет проходить количество катионов
^-^ "~"Р^Г cNv^P,Ksdr F4kN dx ^Т и анионов
dn^а = "Й^ сЖЬ- ^ = ^^Т sd^
где ZK и Za — соответственно электролитические подвижности катионов; zK и za — их валентности; е = FjN — единичный заряд иона; F — число Фарадея^ округленно равное 96 500 кулонам.
Вследствие различной подвижности катионов и анионов на ионы будут накладываться силы электростатического взаимодействия. Обозначив через Е значение потенциала электрического поля, определим, что на каждый катион и анион будет действовать соответственно сила
, dE, dE
ии /9>a_ ^zae.
Под действием сил /0> к и /8, а через сечение s за время d-t будет проходить:
катионов
^э, и= -p” fcNvKfa, Ksdr = — -^- jcNvKzKe -~ sdr = — -— /*к -^J- sdr;
анионов
dna, а = -™ jcNva ^- sdr.
В последних двух формулах через / обозначен коэффициент активности.
Вследствие нейтральности диффундирующего раствора должно выполняться условие
2кв (dnPi К-Ш, к) — zae (dnP) а-Нп9, а), или
1। / dE \7 / 1 dpa , dE\
/CZaVa J •
Решая последнее уравнение относительно dE, получим
d£= - ^.(394)
7' / с Zk2kV к -р lazav а
При небольшой концентрации растворов диффузия ионов подчиняется закону Клапейрона. В этом случае парциальное давление катионов
ВТ,
/?к = -у = RlVxdc и анионов'
RT/
7?а = _ = RlVajc,
где г? — объем раствора, содержащего грамм-молекулу соли.
Отсюда
dpK = RTvKd (jc), dpa = RT^d (jc)•
и, следовательно,
Интегрируя последнее равенство в пределах от /дСц до foco, получим ■со/о
Е — ^^^kVk — LavaГ ^(fc) =
д F 1^гкУк~\~1агаУа J fcсп^ п,
' =1п /п£п,(396)
Г1кгкУн + Т-а^аУа/ о со
где /о и /п — значения коэффициентов активностей при концентрациях €0 И Сц.
Последняя формула определяет величину изменения потенциала в среде «О» относительно потенциала в среде «Я» (см. рис. 272).
Если катионы и анионы раствора имеют одинаковую валентность
(397)
Величина разности потенциалов Ед называется диффузионной разностью потенциалов или потенциалом диффузии.
Из формул (396) и (397) следует, что при одинаковом отношении концентраций соприкасающихся растворов различного химического состава величина и знак диффузионного потенциала определяются отношением разности к^к — кз>а к сумме /кзиук + kzaVa- Так каку различных химических элементов скорости ионов различны (см. табл. 23), то отношениеоп
ределяет зависимость диффузионного потенциала от химического состава растворенного вещества. В частности, при соприкосновении растворов кислот вследствие весьма высокой подвижности иона водорода (ZK| н = 313) Гг^+Е^ > 0 и меиее концентрированный раствор заряжается положительно по отношению к раствору большей концентрации.
Так как сопротивление электролитов обратно пропорционально концентрациям диссоциированных ионов, то формула (396) может быть приведена к следующему виду:
Е, = А- ^ "-"тг5—1п— = 2.3 -^ • r^T#"’- lg-SL = Z„ lg ^, (398) /к^к^к + ^а^^а6nF Ikzhvk-\~ kzava (?n° 6n
где p0 и Qa — удельные электрические сопротивления растворов с концентрацией с0 и с2; Кд — коэффициент диффузионной э. д. с., определяемый во формуле
= 2'3 ” •(3">
Значение Кд зависит от температуры Т растворов, химического состава ХС и валентности z растворенных солей и в незначительной степени от их концентрации с, обусловливающей (величину электролитической подвижности ионов к и к. ‘
Для растворов NaCI, наиболее часто встречающихся в природе, посла подстановки в формулу (397) числовых значений Я, Т, z, F, ZK и к получим
Е^ -11,61g ^- [«|(400)
или при достаточно высоких концентрациях близкий к этой величине диффузионный потенциал.
Значения коэффициентов диффузий для других солей приведены в табл. 23.
Из табл. 23 следует, что величина коэффициента диффузионной э. д. с., в хлоркальциевых и хлормагниевых водах более отрицательна, чем в водах,, содержащих хлористый натрий, а в водах с сернокислым и углекислым натрием и калием Кй положительна. Следовательно, присутствие в пластовых водах солей хлористого кальция и магния повышает величину э. д. с. диффузии, а наличие сернокислого и углекислого натрия и калия понижает значение Ед. .
В тех случаях, когда в соприкасающихся растворах содержатся соли: различных элементов в различных концентрациях сг, величина диффузиоя-
Таблица 23
Электролитические подвижности ионов, значения отношений—
/н^к^к т< а ^а^аи коэффициенты Кр диффузионной э. д. с. для различных соединений,встречающихся в пластовых водах и в буровом растворе при 18° С
ф
S
CD
И И ВС
о
M о Bl H co И
и о Bl Bl <1
При бесконечном разбавлении
При концентрации 0,1
Подвижность, ом""1 см2
Л3
св е*
KJ
+
К
й м
Подвижность, 2 ОМСМ
CO
L к
св
+
о к ь СО СО и и
СО и о и W со
о в; н cd Cd К М
cd Bl О В
cd
NaCl
Na
Cl
43,5
65,5
—0,202
—11,6
36,25
55,5
—0,209
—12,7
КС!
К
Cl
64,6
65,5
—0,0069
—0,4
55,0
55,5
—0,0025
—0,1
СаС12
Ga
Cl
51,6
65,5
-0,339
—19,6
31,5
55,5
—0.457
—26,4
MgCl8
Mg
Cl
45,0
65,5
—0,389
—22,5
27,5
55,5
—0,
503
—29Д
Na2SO4
Na
VaSO,
43,5
67,9
0,086
5,0
36,25
40,0
0,213
12,3
k2so4
К
VaS04
64,5
67,9
0,231
13,4
55,0
40,0
0,368
21,3
CaSO4
VaCa
VaSO4
51,6
67,9
—0,136
-7,9
31,5
40,0
—0,119
—6,9
MgSO4
VeMg
VaSO4
45,0
67,9
—0,203
—11,7
27,25
40,0
—185
—10,7
NaHGOg
Na
HCO.a
43,5
40,7
—0,0378
2,2
Na2CO8
Na
VaCO3
43,5
60,0
0,13
7,5
36,25
38,0
0.232
13,5
KHCOa
К
HCO8
64,6
46,7
0,161
9,3
K2CO8
К
V2CO3
64,6
60,0
0,277
16,0
55,0
38,0
0.387
22,4
Са(ПСО8)2
VaCa
MCO3
51,6
46,7
—0,212
—12,3
■III*
■—
CaCO8
№
V2CO3
51,6
60,0
—0,076
—4,4
31,5
38,0
—0,0935
—5,4
Mg (HCO8)a
VaMg
HCO3
45,0
46,7
—0,264
—15,2
—
MgC08
VaMg
VaCO»
45,0
60,0
—0,143
—8,3
27,5
38,0
0,16
9,3
H2SO4
H
so4
31,5
67,9
0,734
42,4
—-
—
—
HC1
H
Cl
31,5
65,5
0,656
37,9
0,665
38,3
H2S
H
HS
31,5
42,5
0,762
44,0
—
H2COa
и
HCO3
31,5
46,7
0,806
46,6
—
NaOH
Na
OH
43,5
174
0,600
34,7
—
—
него потенциала приближенно может быть рассчитана по уравнению Гендер- c. он а:
(401)(401)нт ((/.-^-(^-^ ч/W
(401)
(401)
F (^ЧР/Н^аЧМ ГАЧ^а"
В этом уравнении
U1 = ^‘
i = 1
г *n
у3f
i—n
^1 = S^i
причем индексом один штрих обозначены концентрации а и скорости щ и «г ионов в менее концентрированном растворе, индексом два штриха — концентрации а и скорости iti и щ ионов в более концентрированном растворе; zv и z/' — валентности этих ионов.
ДПФФУЗИОИНО-АДСОРБЦИОППЫЕ ПОТЕНЦИАЛЫ
Теория диффузионных потенциалов, основы которой были изложены выше, рассматривает процесс переноса иоиов при свободном соприкосновении растворов. Однако в условиях скважины соприкосновение чистых растворов не соблюдается, так как буровой раствор содержит в большом количестве глинистые частицы и воды, заполняющие поровое пространство, соприкасаются с частицами горных пород. В этих условиях, как показывают многочисленные наблюдения, характер прохождения диффузионного процесса изменяется и разность потенциалов, возникающая при соприкосновении двух растворов, находящихся в порах породы при заданном отношении концентраций взятых растворов, за исключением крупнопористых пород (песков, ситчатых и кавернозных известняков), ио удовлетворяет уравнениям (397) и (40'1). 13 частности, если при соприкосновении растворов хлористого натрия, свободных от примесей твердых частиц, раствор с пониженной концентрацией заряжается отрицательно и разность потенциалов при десятикратном отношении концентраций близка к —11,6 мв, то в случае соприкосновения тех же растворов, из которых один насыщает глину, раствор пониженной концентрации заряжается положительно, причем разность потенциалов может достигать Д-30 же и более. Столь резкое изменение величины и знака диффузионного потенциала при соприкосновении растворов в присутствии глины объясняется следующим.
Твердые частицы горных пород и, в частности, коллоидальные частицы глин и глинистых растворов адсорбируют из растворов ионы. Явление адсорбции ионов в настоящее время хорошо изучено, и многочисленными работами установлено, что из числа ионов, находящихся в растворе, возможна адсорбция:
ионов, общих с попами, составляющими кристаллическую решетку твердых частиц породы;
ионов, образующих с твердыми частицами породы труднорастворимые соединения; 1 '
ионов, индифферентных по отношению к ионам твердых частиц породы; эти ионы избирательно адсорбируются вследствие различия их валентности и гидратных радиусов.
В первом случае— при наличии в растворах ионов, содержащихся в кристаллической решетке, вследствие различных значений термодинамического потенциала ионы в различной степени переходят из одной фазы в другую, что сопровождается образованием двойного электрического слоя.
Так, например, если поместить кристалл кальцита СаСО3 в раствор хлористого кальция СаС12 ионы кальция Са++ будут стремиться достроить кристаллическую решетку кальцита и образовать тем самым па поверхности, кальцита слой положительных иоиов (рис. 273), сообщив тем самым поверхности кристалла положительный заряд. Если поместить кальцит в раствор углекислого натрия Na2CO3, то на достроение кристаллической решетки будут идти отрицательные ионы COg--. Преобладающая сорбция этого иона приведет к отрицательному заряду поверхности кальцита и к положительному заряду жидкости, окружающей поверхность. Таким образом, в зависимости от химического состава раствора, в котором находится кальцит, будет наблюдаться преобладающая адсорбция положительных или отри-
дательных иоиов и соответствующий им положительный или отрицательный заряд поверхности кальцита.
Аналогичный процесс наблюдается па поверхности некоторых минералов (преимущественно из класса алюмосиликатов), гидролизирующихся в водной среде. При атом молекулы, расположенные в поверхностном слое минерала, диссоциируют па ионы, одни из которых (в естественных условиях обычно анионы) более прочно удерживаются поверхностью минерала. При этом частицы пород указанного состава, например частицы глин, приобретают электрический (обычно отрицательный) заряд и на их поверхности образуется двойной электрический слой, прочно связанный с частицей.
Неизмененный ра стб ор
Cl~ сГ С1~ диффузный слой Na* Na* Na* неподвижный +■.. +, +.. + h.
Cl Cl Cl Cl слои No Na Na Na Na1 7n++“L+ +""^"^тён^йал^прГ "~ ~ ~ ~ ~ Z ““ _ rn_ _
ьи ua ca La делающие ионы С03 Сщ C03C03C03
ядр0 77777777777777777^^
CaCO3'CaC03
5г8
Рис. 273. Строение поверхностных слоев различных минералов
а — кальцита в растворе хлористого кальция; б — то же, в растворе углекислого натрия; в — глинозема в щелочной среде; а — то же, в кислой среде; 8 — кремнезема (при достаточно большом pH).
Так как некоторые из окислов, входящих в состав минералов, амфотерны, то при гидролизе в зависимости от значения pH окружающей среды образуются молекулы, при диссоциации которых могут образовываться ионы, содержащие элементы, общие с элементами твердой фазы как положительного, так и отрицательного знака. В связи с этим в зависимости от pH среды может наблюдаться как отрицательный, так и положительный заряд частицы.
Так, например, частица гидроокиси алюминия А1(ОН)з в водной щелочной среде диссоциирует на катионы Н+ и анионы АЮГ- Последние более прочно удерживаются поверхностью частицы и сообщают ей отрицательный заряд. В водной кислой среде А1(ОН)з диссоциирует на ион алюминия А1+++ и гидроксильный ион ОН . Катионы алюминия прочно удерживаются поверхностью частицы, заряжая ее положительно. s
Во втором случае— при наличии в растворах ионов, входящих в реакцию с твердыми частицами породы, процесс адсорбции отличается от разобранного выше лишь тем, что адсорбированные ионы образуют с частицами породы новые, трудно растворимые химические соединения.
31 Заказ 714.
рах хлористого калия в различных горных породах.— глинистый сланец (Урал);— глина ПК промысла им. Орджоникидзе; а — глина кил (Крым); 4 — известняк; 5 — песчаник; 6 — антрацит; 7 — мергель; 8 — боксит; 9 — песок кварцевый; 10 — доломит; 11 — подмосковный ожелезненный песок; 12 — каолин.рах хлористого калия в различных горных породах.— глинистый сланец (Урал);— глина ПК промысла им. Орджоникидзе; а — глина кил (Крым); 4 — известняк; 5 — песчаник; 6 — антрацит; 7 — мергель; 8 — боксит; 9 — песок кварцевый; 10 — доломит; 11 — подмосковный ожелезненный песок; 12 — каолин.Поэтому приПоэтому припороду, должны впервыепороду, должны впервые
рах хлористого калия в различных горных породах.
— глинистый сланец (Урал);
— глина ПК промысла им. Орджоникидзе; а — глина кил (Крым); 4 — известняк; 5 — песчаник; 6 — антрацит; 7 — мергель; 8 — боксит; 9 — песок кварцевый; 10 — доломит; 11 — подмосковный ожелезненный песок; 12 — каолин.
рах хлористого калия в различных горных породах.
— глинистый сланец (Урал);
— глина ПК промысла им. Орджоникидзе; а — глина кил (Крым); 4 — известняк; 5 — песчаник; 6 — антрацит; 7 — мергель; 8 — боксит; 9 — песок кварцевый; 10 — доломит; 11 — подмосковный ожелезненный песок; 12 — каолин.
Поэтому при
Поэтому при
породу, должны впервые
породу, должны впервые
В третьем случае— при адсорбции индифферентных электролитов адсорбция ионов вызвана различной степенью их гидратации. Этот
вид адсорбции, по-видимому, играет также существенную роль в горных породах. Монсе гидратированные ионы вследствие их меньшого радиуса притягиваются ненасыщенными атомами или ионами кристаллической решетки с большей силой, чем более гидратированные ионы. Это приводит к образованию на поверхности частицы ионного слоя с зарядом, соответствующим заряду менее гидратированного иона. Так как одновалентные отрицательные ионы менее гидратированы, чем положительные, то в этих условиях поверхность твердой фазы приобретает отрицательный заряд.
Вследствие адсорбции будет наблюдаться следующее.
Во-первых, будет изменяться состав диффундирующих ионов. Так, например, некоторое количество отрицательно заряженных иоиов, прочно адсорбированных поверхностью частиц, будет обладать нулевой подвижностью. Состав диффундирующих ионов в некоторых случаях может изменяться также и за счет обменной адсорбции, заключающейся в обмене катионов раствора на катионы, находящиеся в ионном слое, окружающем твердую частицу. При этом в раствор могут перейти катионы с большей подвижностью (например, водорода) по отношению к катио- сИ*м‘ иам и апиоиам, находящимся в' пом.
Во-втор1ых, двойной электрический слой адсорбированных ионов, являясь диффузным, будет создавать в прилегающих областях электрическое поле. Потенциал этого поля будет зависеть от плотности и характера распределения зарядов в двойном слое, определенных адсорбционными свойствами породы. Поле будет воздействовать на диффундирующие ионы, замедляя или ускоряя их движение. Последнее приведет к изменению изучаемого
Рис. 274. Диффузиошю-адсорб- потенциала диффузии.
циоиные потенциалы в раство- Таким образом, величина потенциала.
возпикающего при соприкосновении, породы, насыщенной растворами соли одной концентрации, с раствором другой концентрации (или породой, насыщенной последним), будет зависеть от адсорбционных свойств породы. Последние определяются химическим составом твердой и жидкой фаз и величиной полной поверхности частиц породы, соприкасающихся с единицей объема раствора, насыщающего наличии породы диффузионные потенциалы
зависеть от перечисленных факторов. Данное положение было подтверждено работами, выполненными в Лаборатории про-
Рис. 275Л Диффузиопио-адсорбциониыо потенциалы в глинах различной влаж- вост и.Рис. 275Л Диффузиопио-адсорбциониыо потенциалы в глинах различной влаж- вост и.1 — старогрознспская глина, влажность 36,5%; 2 — то же, влажность 47,5%; а — карачухурская глина, влажность 12%; 4— то же, влажность 25 %; 5—то же, влажность 35 %,1 — старогрознспская глина, влажность 36,5%; 2 — то же, влажность 47,5%; а — карачухурская глина, влажность 12%; 4— то же, влажность 25 %; 5—то же, влажность 35 %,
Рис. 275Л Диффузиопио-адсорбциониыо потенциалы в глинах различной влаж- вост и.
Рис. 275Л Диффузиопио-адсорбциониыо потенциалы в глинах различной влаж- вост и.
1 — старогрознспская глина, влажность 36,5%; 2 — то же, влажность 47,5%; а — карачухурская глина, влажность 12%; 4— то же, влажность 25 %; 5—то же, влажность 35 %,
1 — старогрознспская глина, влажность 36,5%; 2 — то же, влажность 47,5%; а — карачухурская глина, влажность 12%; 4— то же, влажность 25 %; 5—то же, влажность 35 %,
мысловой геофизики МНИ [149]. Этими работами было установлено, что разности потенциалов, возникающие на границе раствор — горная порода, зависят от:
химико-минералогического состава горной породы; различные горные породы в одних и тех же условиях создают разные потенциалы как по величине, так и по знаку (рис. 274);
химического состава вод, насыщающих поры породы, и их концентрации; с увеличением концентраций разности потенциалов падают, а при
наличии многовалентных ' катионов могут также изменять и свой знак;
степени насыщения породы растворами солей; чем меньше насыщены поры породы электролитом, тем в большей степени отличаются измеряемые разности потенциалов от диффузионных разностей потенциалов, наблюдающихся при свободном соприкосновении растворов (рис. 275);
плотности горной породы; чем плотнее горная порода, тем более отличаются измеряемые разности потенциалов от потенциалов диффузии (рис. 276, а);
степени дисперсности породы; увеличение дисперсности изменяет измеряемые разности потенциалов так же, как и уменьшение влагоиасыще- ния и увеличение плотности породы (рис. 276, б).
Последние три фактора указывают на то, что измеряемые разности потенциалов на границе раствор — порода тем более отличаются от потенциалов на границе чистых растворов, чем больше отношение поверхности соприкосновения частиц породы с жидкостью к объему последней.
Разности потенциалов, возникающие при диффузии солей в присутствии породы, будем называть диффузионно-адсорбционными х.
В литературе эти разности потенциалов называются также мембранными, а в американской — потенциалами Маунса. Этими терминами мы пользоваться не будем по следующим причинам.
Наименование «мембранный потенциал» не определяет физической сущности наблюдаемого явления и, кроме того, не может быть приложено к горным породам, так как по нятие «мембрана» определяется как гибкая, тонкая, упругая перегородка, обычно закрепленная по периметру. Горные породы, заполняющие огромные объемы, этому определению ле удовлетворяют К тому же, как показывают наблюдения, величины диффузионно адсорбционных потенциалов зависят от толщины породы, причем эта зависимость распространяется до значений, намного превышающих толщины мембран в указанном выше определении. .
Потенциал Маунса назван по имени американского исследователя, наблюдавшего эти потенциалы, причем значительно позднее, чем это было выполнено нашими учеными,, что, конечно, полностью исключает возможность подобного наименования диффузионно/ адсорбционных потенциалов.
Аналитические зависимости диффузионно-адсорбционных потенциалов от химического состава диффундирующих растворов и адсорбционных свойств породы были даны многими исследователями. При выводе этих зависимостей их авторы исходили из тех или иных гипотез происхождения диффузионно-адсорбционных потенциалов. Д. А. Шапиро [167], А. М. Нечай, В. И. Дахнов, а также В.Мак Карделл [172] и другие исходили из гипотезы изменения потенциала диффузии вследствие изменения концентрации свободных ионов раствора, вызванной адсорбцией части их поверхностью частиц породы; М. Р. Вилли [173] — из гипотезы влияния катионного обмена па величину потенциалов диффузии и Б. Ю. Вендельштойп [146] —из гипотезы влияния поля заряженных частиц на процесс диффузии ионов. Из числа предложенных зависимостей на современном этапе изучения тех сложных
Рис. 276. Зависимость диффузиошю-адсорбциопяых потенциалов Еда от плотности д глины (а) и зависимость диффузи- 9нпо-адсорбционной активности Лда от дисперсности (эффективного диаметра с?Эфф) песчано-алевритовой породы (б).
явлений, которые происходят при соприкосновении породы, насыщенной растворами солей, с другой породой или просто раствором солей иной концентрации, заслуживает внимание вывод Б. Ю. Веидельштойпа, который используем в настоящей работе.
Как было сказано выше, ионы, содержащиеся в растворе, насыщающем горную породу, находятся в электрическом: поле, созданном двойным электрическим слоем адсорбированных ионов.
В том случае, если поры породы, соприкасающиеся с внешним раствором, соизмеримы с толщиной двойного диффузного электрического слоя, потенциал этого слоя в пределах порового пространства не будет оставаться постоянным (как это было бы в случае идеального двойного электрического слоя). При этом свободные ионы, заключенные в порах слоя породы, приле- ■ тающего к границе А (см. рис. 272, б), отделяющей породу от внешней среды, заполненной раствором (или породой), содержащим иную концентрацию растворенных солей, будут находиться не только под действием, сил осмотического давления и электростатических сил свободных ионов, но и под действием электрических сил поля адсорбированных ионов.
■ Допустим, что молярная концентрация си солей, растворенных в воде, насыщающей породу, больше концентрации со солей в растворе, соприкасающемся с породой. Таким образом, сила осмотического давления будет направлена в сторону раствора. В граничном бесконечно тонком слое раствора, соприкасающегося с породой, ионы будут находиться под действием следующих сил: ' ' ’
осмотического давления.,. .. ). ।
4—^Р^4— ^а -
/Р,к— cNvMdx И~cNv^dx
электрического поля U адсорбированных ионов, соответственно равных для катионов и анионов
,эОТ,э dU
]и^-zKe и ja-—zae1
электростатического взаимодействия свободных ионов, соответственно равных для катионов и анионов'
,LLU,ILL'
/э, к = — -^ 2кв И /0> а - -^ — ZaC.
Под действием осмотического давления ионы будут диффундировать из раствора более высокой концентрации в раствор более низкой концентрации. Количества dnK катионов и dna анионов, продиффундировавших за время dr через сечение s при наличии осмотического давления и сил поля двойного диффузного электрического слоя, будут соответственно равны:
dnu *~¥^7 ^р' ” + cNv^ sdT =/,\
' №K I 11 ~ dpK to ~
\ cNvx< dx /
dna =dna =UNF4KUNF4K/р, к / dx* z«/р, к / dx* z«dp^dxdp^dxsdt,sdt,Fzae \/p, a / dxFzae \/p, a / dxto*. s(k, dxto*. s(k, dx
dna =
dna =
UN
F4K
UN
F4K
/р, к / dx* z«
/р, к / dx* z«
dp^dx
dp^dx
sdt,
sdt,
Fzae \/p, a / dx
Fzae \/p, a / dx
to*. s(k, dx
to*. s(k, dx
где ZK и Za — значения электролитических подвижностей ионов при наличии электрического поля адсорбированных ионов.
Ионы в процессе диффузии будут тормозиться силами электростатического взаимодействия. Число катионов dns, к и анионов dnai а, прошедших через сечение s за время dr под действием указанных сил, будет соответственно равно: .
йПя>и = Д^" 1cNMa, Ksdt = — -^- jcNi^ ~ sdt,
dnti, а = -у- jcNva ^- sdr.
Исходя из условия нейтральности раствора, диффундирующего че;:ез сечение s, должно удовлетворяться равенство (
zKe (dnK + ^э, к) = zae (dna Ч- dnBt а) или
U (dpK + jcz^FdE) =Та (dpa — fczavaFdE),1 '
откуда__
d^—1 . Урк — kdpa_
'icF ’T^vi{ + Tazava ’
или, если учесть, что
получимполучимdpK = RTvKd (f с) и dpa = RTv&d (/с),
получим
получим
со ___
f UKVK — laVa)<iUc') =
*с ( ZhZh^kH- Z а^а) /с
(402)(402)[Zr^k (1 + -^к) — ^а^а (1 — АГа)] ^ (/с)[Zr2kVr (1 + А'к) + Za2a^a (1 Ха)] /с
(402)
(402)
Величины Хк и Ха определяются соотношением сил адсорбционного и электрического полей:
/эЛ®
/р, к^р, к
И Ха =
р Л9
/р, а Д, а
где До Ла, Лр, к и Лр, а — соответственно работа сил /®, /а, /р, к и /р, а при переносе ионов из раствора с концентрацией сп в раствор с концентрацией с0.
Интегрируя равенство (402), получим
RT JkM1±^Z1Z^
F ‘/к^к(1 + ^к) + /а2ц^а(1-^а) Мо
9 Ц ^ Z^Vr (1 -|-Хк) — kv^ (1 — AT) i /пеп iz т /псп’ F ЧА(М1+^0 + ^аМ1-^аГ§ Мо “ Да g /о^о ’
(403)
где /п и /0— коэффициенты активности при концентрации раствора сп и с0; Хда — коэффициент пропорциональности £да логарифму отношений активности раствора:
Да -р Д(2кУк(1+Аги) + ;а^^'
В частном случае, когда zK = za = z, vK — va и Хк = Xa = X,
£ла - zJ?
/K('l+A)-Za(l-AQ
ZK(1+Z) + Za(l-X)
in 4"-°
/oco
RT Zk('4-Az) — Za(i—AT) ■■ /пСп __ yz I /псп z^'z^l + ^-bZaCl-AO /oCoMo •
(404)
При отсутствии электрических сил слоя адсорбированных ионов (X =0) формула (403) обращается в формулу (396):
RT Zk^k — ZaVa i /псп _ о 3 ^^F kznVK-\-kzava loco ’ F
ZKvK—1ауа। /псп
Zk^k^kH- Zazaya foco
Так как при X > 1 действительная подвижность одного из ионов будет отрицательной, что не имеет физического смысла, то верхним пределом X будет значение X = 1, при котором
Еда —
. RT 1 /п^п
±^-1п7^-
(405)
Б. Ю. Вендельштейн, исходя из известного в электрохимии соотношения
х, = ДПп^
и полагая
сп
Л9 == Л э со ~ ,
со
где ЛЭ)00 —значение Л при предельной концентрации раствора сп; b—некоторая постоянная, получил кривые £да = / f 1g —) (см. рис. 274), весьма сходные с экспериментальными кривыми В. Н. Дахпова и В. Н. Кобрано- вои [149, 150].
Следует отметить, что в состоянии, определяемом формулой (405), диффузия ионов отсутствует, так к^к формула (405) является интегралом уравнения нейтральности диффундирующего раствора в частном случае, когда dn^ 4- dn9) к = d/la + ^o, а = 0, т. е. при отсутствии диффузии ионов.
Это положение представляет большой интерес в свете данных геофизических исследований скважин. Этими исследованиями установлено, что в тонкодисперспых глинистых осадках значение Еуа близко к величине, определяемой формулой (405). Таким образом, диффузия солей из тонкодисперсных глинистых осадков может происходить лишь в ничтожных количествах, что объясняет высокую минерализацию вод, насыщающих глины, даже в том случае, когда последние в течение длительных геологических веков находились в соприкосновении с песчаными породами, содержащими интенсивно фильтрующиеся слабоминерализовапные воды (например, глины продуктивных караганских и чокракских отложений Грозненской и СевероДагестанской нефтеносных областей)..
Из анализа формулы (403) следует, что величина диффузионно-адсорбционного потенциала тем больше будет отличаться от потенциала диффузии, чем больше Хк и Ха или чем больше значение электрической силы поля U адсорбированных ионов. Величина последней при заданном химическом составе пород и раствора должна находиться в прямой зависимости от количества ионов, адсорбированных из единицы объема раствора, и от степени диффузности двойного электрического слоя, определяемой величиной С-потенциала. Но так как количество ионов, адсорбированных из единицы объема раствора, пропорционально удельной поверхности 5о породы и обратно пропорционально ее влажности w, то в общем виде
уА ; / о
будет возрастать с увеличением С-потенциала \ а следовательно, и с уменьшением концентрации солей, растворенных в поровых водах, с увеличением удельной поверхности 5о поровых каналов породы, с уменьшением влажности w породы или с уменьшением ее пористости ки и увеличением га- зоиефтсиасыщенности ки порового пространства. Это положение полностью подтверждается результатами экспериментальных исследований (см. рис. 275 и 276).
О С-потенциале будет более подробно сказано в § 76.
Преобразуем коэффициент К№ при логарифме в формуле (403) в следующий вид:
tz р o^^Z. й<ук (1 "Ь^к) — ^а (1 —' ^а) р о ^^ [ Л;ук ^ava ।
Ла ’ F Zhzkvk( L + -^к) + ^^а^а (1— ^а)’ ^ 1 ^к2кук4~ ^azava
, ^к^к/а^а (zk4~ а)(-й к + Ка)И
ОнЗн^к + ^ага^М^кЧ^к (1+^10 + ^а’-'а (1—-^а) I Л . иа?
где Кд — коэффициент диффузионной э. д. с., равный
12-р о . ^к^к — ^ava .й ’ F /к^к + ^а^а ’
Лда — коэффициент диффузионно-адсорбционной активности горных пород, определяемый но формуле
д р р RT ^к^а (2к + ^а)(Кк + Ка)/ХОК^ Ла ’ F(й^кук +^azava)l^zKFiHl 4~^в) 4"4azaya (1 А)]
Величина Дда пропорциональна значениям Хк и Ха и, следовательно, находится в прямой зависимости от ^-потенциала, величины So удельной поверхности породы и в обратной зависимости от влажности породы, что подтверждается экспериментальными исследованиями.
Если при выводе формулы, определяющей величину диффузионноадсорбционных потенциалов, исходить из гипотезы изменения состава диффундирующих ионов под действием сил адсорбции, приближенное решение задачи будет следующим Е
Предположим, что вследствие адсорбции части ионов поверхностью частиц, составляющих породу, количество свободных анионов уменьшилось на долю qa и количество свободных катионов в растворе — на долю qK = = jqa от их первоначального содержания 2.
Под действием осмотического давления за время йт через сечение s будет проходить соответственно катионов и анионов:
^р, к == pz е С ^^к) ^^кр, к^ —
= -Jr-— с (1 — дЛ Nvu (дsdv,FzKe хс (1 — q^) NvKdx )F*zK dx '
Ka=-p^N^sdr,
где dpK и dpa — парциальные давления катионов и анионов.
Под действием электрического поля К, возникающего в связи с различными значениями dn^, к и dnP) а через сечение з за время dr будет дополнительно проходить:
катионов
^э, К = jcAk (1 — Vk) k uSdT = -^- /с (1 — qu) Nv« -^ sdv,
анионов
dn3,a = A /с (1 — qa) Nva ^" sdt.
При установившемся процессе
gIte (c/rtp, к + dne, к) = zae (^р, а + dna, а) и, следовательно,
U [dp^jc (1 — qv^ z^dE] = Za ldpa — /с (1 — ga) zavacZE], откуда
л — _L ^K^Pit — ^a^Aa
Tfc ZuZkVk (1 — <7k) H- bazava (19a) ’
но так как парциальные давления
dp» = (1 — gK) RTv^d (jc) и
dpa = (1 — q.^ RTavd (/c), TO
F — ^^ . ^kVh — ^ — ZaTa (1 — <7a) j n fncn №F ZltzKvK (1 — 9k) + Zazai<a (1— 9a) /oco ’
где а/ и /и'—средняя концентрация и коэффициент активности ионов в растворе, заполняющем поры породы.
Последнее уравнение преобразуется в следующий вид:
Еда —Еда —, о нт-,о -р-, о нт-,о -р-й^к — Zava + (lavaqa — йН'кУк) ZiA^is ~р Zazai'a — (Zi^RTK^ + ZaZatv/a)й^к — Zava + (lavaqa — йН'кУк) ZiA^is ~р Zazai'a — (Zi^RTK^ + ZaZatv/a)lu'elu'e
Еда —
Еда —
, о нт
-,о -р-
, о нт
-,о -р-
й^к — Zava + (lavaqa — йН'кУк) ZiA^is ~р Zazai'a — (Zi^RTK^ + ZaZatv/a)
й^к — Zava + (lavaqa — йН'кУк) ZiA^is ~р Zazai'a — (Zi^RTK^ + ZaZatv/a)
lu'e
lu'e
2 з HT / Ik^h Za^a
_3 b- fn'Cn' =_3 b- fn'Cn' =’ H I ZhZrVk+ZazaVa
_3 b- fn'Cn' =
_3 b- fn'Cn' =
^кЯк^кН-^агаРаИ/кЯкРк (1 — 9K) + Zazava (17a)1
— (Кд + Лда) 1g ~y~~ >— (Кд + Лда) 1g ~y~~ >(407}(407}
— (Кд + Лда) 1g ~y~~ >
— (Кд + Лда) 1g ~y~~ >
(407}
(407}
где Кд — коэффициент диффузионной э. д. с.; Лда — коэффициент диффузионноадсорбционной активности горных пород; эти величины определяются по. формулам: .
zz no НТ Zk^k Zava
ИF * ZKzKTa t lazava ’
(408}(409)(408}(409)л 9 3 НТ .Z^a^K^a(zk+za)(9a Чк)
(408}
(409)
(408}
(409)
Да ’ F ^кА^к-МаЯа^а) [ZkZk^k (1— 9K)H"ZaZaTa (1 9а)] При Zlt = Za — Z, Фи = va и
■ л л А НТ1И1а (Ча — 9к)
Да ’ ZF (Zk+ Za)[ZK + Za — (Zn^K + Za^a)]
При qa > Цн, что чаще всего наблюдается в природных условиях,
л _ / а НТZyZa
(ZH + Za)[ZH + Za(l-ga)] k
и в пределе, при qa —> 1 и qK —> О, л 4,tiRT za
Лда-^ -zF -1к+1а ■
В этих условиях
zz" v i л оо НТ / Zu Za ! 2Za \ _ о о НТ1Лда = Ад + Диа -~zF ~ *
Для растворов хлористого натрия при температуре 18° Кд = — 11,6 мв. Для хлоркальциевых вод, как это следует из табл. 23, Ка может достигать —19,6 м«. В присутствии щелочных латриевых и калиевых солей Кд по абсолютной величине умень ■ шается. При температуре, огличной от 18°, значения Кд, Лда и KRa изменяются пропорционально изменению абсолютной температуры среды.
Адо>м“ заАдо>м“ за-,,,,,——Г1I I2^6810 <2М16 18 20-,,,,,——Г1I I2^6810 <2М16 18 20АдрИ& 30-АдрИ& 30-2020Ю-Ю-О —.^д^6'О —.^д^6'10-10-2 Ч 6 8 Ю (2 К №2 Ч 6 8 Ю (2 К №66гигигде а и /9— постоянные, зависящие от химического состава адсорбента и раствора.Относительное количество ионов, адсорбированных поверхностью, — адсорбционная способность горных породгде а и /9— постоянные, зависящие от химического состава адсорбента и раствора.Относительное количество ионов, адсорбированных поверхностью, — адсорбционная способность горных породО Дд^6'О Дд^6'2 4 6 52 4 6 5•иг•иг10-’О рй.?10-’О рй.?•>^е•>^егггде S' — поверхность частиц породы, приходящихся па единицу объема жидкой фазы.Но так какгде S' — поверхность частиц породы, приходящихся па единицу объема жидкой фазы.Но так как4г 6 8 104г 6 8 10^0M1-^h) ’^0M1-^h) ’Рис. 277. Зависимость диффузионно- адсорбционной активности Лда от объемной влажности w для полимиктовых песчано-глинистых пород доживетских отложений разведочных площадей Башкирии и Татарии (по В. Н. Кобраиовой).Породы: а — с железистым цементом, же-лезистой пленкой вокруг зерен пиритовыми сидеритовым цементом; б — с глини-'■стым, глинисто-серицитовым и контактно-глинистым цементом; в — с опалово-хал-цедоновым цементом; 8 — с доломитовымцементом.Рис. 277. Зависимость диффузионно- адсорбционной активности Лда от объемной влажности w для полимиктовых песчано-глинистых пород доживетских отложений разведочных площадей Башкирии и Татарии (по В. Н. Кобраиовой).Породы: а — с железистым цементом, же-лезистой пленкой вокруг зерен пиритовыми сидеритовым цементом; б — с глини-'■стым, глинисто-серицитовым и контактно-глинистым цементом; в — с опалово-хал-цедоновым цементом; 8 — с доломитовымцементом.где 50 — удельная поверхность твердых частиц породы (поверхность, приходящаяся на 1 см3 породы); w — влажность породы; кп — коэффициент пористости; кн — коэффициент газопефтенасыщенно- сти, тогде 50 — удельная поверхность твердых частиц породы (поверхность, приходящаяся на 1 см3 породы); w — влажность породы; кп — коэффициент пористости; кн — коэффициент газопефтенасыщенно- сти, тоwc MV-Mwc MV-MПодставляя значение q в формулу (409), находимПодставляя значение q в формулу (409), находим■4да ~ 4,6 ^г-■4да ~ 4,6 ^г-l«la (1 —/) «^оl«la (1 —/) «^о(410)(410)
Адо>м“ за
Адо>м“ за
-,,,,,——Г1I I
2^6810 <2М16 18 20
-,,,,,——Г1I I
2^6810 <2М16 18 20
АдрИ& 30-
АдрИ& 30-
20
20
Ю-
Ю-
О —.
^д^6'
О —.
^д^6'
10-
10-
2 Ч 6 8 Ю (2 К №
2 Ч 6 8 Ю (2 К №
6
6
ги
ги
где а и /9— постоянные, зависящие от химического состава адсорбента и раствора.
Относительное количество ионов, адсорбированных поверхностью, — адсорбционная способность горных пород
где а и /9— постоянные, зависящие от химического состава адсорбента и раствора.
Относительное количество ионов, адсорбированных поверхностью, — адсорбционная способность горных пород
О
Дд^6'
О
Дд^6'
2 4 6 5
2 4 6 5
•иг
•иг
10-’
О рй.
?
10-’
О рй.
?
•>^е
•>^е
г
г
где S' — поверхность частиц породы, приходящихся па единицу объема жидкой фазы.
Но так как
где S' — поверхность частиц породы, приходящихся па единицу объема жидкой фазы.
Но так как
4г 6 8 10
4г 6 8 10
^0
M1-^h) ’
^0
M1-^h) ’
Рис. 277. Зависимость диффузионно- адсорбционной активности Лда от объемной влажности w для полимиктовых песчано-глинистых пород доживетских отложений разведочных площадей Башкирии и Татарии (по В. Н. Кобраиовой).
Породы: а — с железистым цементом, же-лезистой пленкой вокруг зерен пиритовыми сидеритовым цементом; б — с глини-'■стым, глинисто-серицитовым и контактно-глинистым цементом; в — с опалово-хал-цедоновым цементом; 8 — с доломитовымцементом.
Рис. 277. Зависимость диффузионно- адсорбционной активности Лда от объемной влажности w для полимиктовых песчано-глинистых пород доживетских отложений разведочных площадей Башкирии и Татарии (по В. Н. Кобраиовой).
Породы: а — с железистым цементом, же-лезистой пленкой вокруг зерен пиритовыми сидеритовым цементом; б — с глини-'■стым, глинисто-серицитовым и контактно-глинистым цементом; в — с опалово-хал-цедоновым цементом; 8 — с доломитовымцементом.
где 50 — удельная поверхность твердых частиц породы (поверхность, приходящаяся на 1 см3 породы); w — влажность породы; кп — коэффициент пористости; кн — коэффициент газопефтенасыщенно- сти, то
где 50 — удельная поверхность твердых частиц породы (поверхность, приходящаяся на 1 см3 породы); w — влажность породы; кп — коэффициент пористости; кн — коэффициент газопефтенасыщенно- сти, то
wc MV-M
wc MV-M
Подставляя значение q в формулу (409), находим
Подставляя значение q в формулу (409), находим
■4да ~ 4,6 ^г-
■4да ~ 4,6 ^г-
l«la (1 —/) «^о
l«la (1 —/) «^о
(410)
(410)
Количество ионов а (в единицах концентрации), адсорбированных единицей поверхности частиц, составляющих породу, находится в прямой -зависимости от концентрации с ионов, находящихся в растворе. Вид функции а = / (с), по данным различных исследователей, различен. Наиболее часто при изучении процесса адсорбции пользуются уравнением Фрейндлиха [153, 160]:
а = а V с ,
Таким образом, при достаточно большой адсорбционной способности породы ее диффузионно-адсорбционная активность и величина диффузионно- адсорбционной разности потенциалов находятся в прямой зависимости от удельной поверхности породы и в обратной зависимости от ее влажности, а следовательно в обратной зависимости от коэффициента пористости породы и в прямой зависимости от коэффициента нефтегазонасыщенности (рис. 277 и 278). Это дает возможность определять по данным измерения потенциалов собственной поляризации в благоприятных условиях пористость и глини-
стость пород, что было впервые показано работами Лаборатории физических свойств пород МНИ.
В связи с зависимостью диффузионно-адсорбционной активности от влажности породы и удельной поверхности, определяемой в основном степенью дисперсности пород, Ада и JE№ зависят также от проницаемости пород (рис. 279), что даст возможность в некоторых случаях использовать значения Ида и ^да для определения этого параметра [149, 159].
Адсорбционные процессы протекают в области соприкосновения пород с буровым раствором. Поэтому в общем случае количество адсорбированных ионов, а следовательно, и значения Ада будут определяться не величиной сп, а некоторым равновесным значением концентрации:
Рис. 278. Зависимость диффузионпо-адсорбциоппой чкитвпосги Лда от проницаемости /Г™ для песчано-але- вритово-глимистух пород палеогена Ильско-Холмского района Краснодарского края.
где т0 и [mn— коэффициенты, величина которых определяется степенью проникновения фильтрата бурового раствора в породу. Однако в связи с относительно небольшим влиянием концентрации с0 во многих случаях можно полагать сц* = си, что и было принято при выводе приведенных выше формул.
Сопоставляя между собой формулы (404) и (407), следует отметить, что они количественно приводят к несколько отличным результатам. Дальнейшие экспериментальные исследования установят, какая из выдвинутых гипотез, а следовательно, и формул является более справедливой. Однако расхождение будет, вероятно, незначительным, так как предварительные расчеты, выполненные по этим и аналогичным им формулам, согласуются качественно с результатами экспериментальных исследований.
В последовательности уменьшения диффузионно-адсорбционной активности горные породы можно расположить в следующий ряд: глинистые сланцы; тонкодисперсные, глубоководные сланцевые глины; морские глины; плотные мергели; песчаные глины; глинистые песчаники; глинистые известняки и доломиты; слабо сцементированные песчаники; мелкозернистые и затем крупнозернистые пески. Ряд горных пород, например чистые известняки и доломиты, некоторые сильно ожелевнеиные пески и каолины, характеризуется отрицательной адсорбционной активностью и выделяется большими значениями отрицательных диффузионно-адсорбционных потенциалов по сравнению с потенциалами диффузии. Некоторые данные о величине диффузионно-адсорбционной активности осадочных горных пород приведены в табл. 24.
Рис. 279. Диффузионно-адсорбционные потенциалы в нефтяных песках.
а — песок, насыщенный сураханской нефтью; б — песок, насыщенный балаханской нефтью.
Кривые зависимости диффузионно-адсорбционных потенциалов от отношении концентрации соирика- CN сающихся растворов,
СМ
NaCljyNaCljv + песок
7 —в системе ; 2 — в системе кт—,; 3 — в системе
yNaClyNaCl
NaCljy + песок + 25% нефти
yNaCl
4 — в системе
NaCl 4- песок + 75% нефти . yNaCl’
5 — в системе
NaCl + песок + 90% нефти
NaCl
Здесь у —условное обозначение различной концентрации раствора.
Таблица 24
Диффузиошю-адсорбциоиная активность Лда некоторых осадочных горных пород (Наиболее вероятные пределы изменения)
Горные породы
У^Дд, Мв
Горные породы
Пески и слабо сцементированные песчаники, хоро-
От —5 до +5
Глины (в том числе але- вритистые)
20—70
шо отсортированные . . .
Известняки чистые (не-
Песчаники средне сцементированные, плохо отсорти-
растворимый остаток до
2%)
От —7 до +5
рованные
2-10
Известняки слабо глини-
Песчаники сильно сцементированные, плохо от-
7—20
стые (нерастворимый остаток 2—10%)
От —5 до +15
сортированные
Известняки глинистые
То же, с карбонатным цементом
5—15
(нерастворимый остаток 10-30%)
10—40
Алевролиты, хорошо от-
Мергели ;.
20—70
сортированные
0—10
Ракушпяки
10—20
Алевролиты глинистые .
5—20
Доломиты глинистые . .
20—55
По мере убывания диффузионно-адсорбционной активности пород наблюдаемые потенциалы UGn все менее и менее отличаются от потенциалов диффузии в чистом виде. В тех случаях, когда породы изучаются в скважинах, заполненных менее минерализованным раствором, чем пластовые воды, на участках залегания пород с пониженной адсорбционной активностью и особенно отрицательной активностью будут наблюдатьей смещения кривой
потенциалов собственной поляризации пород в сторону отрицательных значений потенциала.
Диффузионно-адсорбционная активность горных пород изучается в лаборатории при помощи установки, изображенной па рис. 280.
Многочисленными опытными исследованиями установлено, что зависимости диффузионно-адсорбционных потенциалов от отношения .концентрации растворов, насыщающих породу и соприкасающихся с ней, построенные
и области средних зна-и области средних зна-в полулогарифмическом масштабе Е^
и области средних зна-
и области средних зна-
чений концентраций, имеют прямолинейный участок, удовлетворяющий уравнению
ТЛ If ],» hv-ii ... rz 1^В, о
■Ада — Ада= Ада —
W° еВ| п
1212NN22Рис. 280. Схема установки для определения диффузионно-адсорбционной активности породы.Рис. 280. Схема установки для определения диффузионно-адсорбционной активности породы.где р111() и рВ1П — сопротивление растворов, имеющих концентрации с0 и сп.где р111() и рВ1П — сопротивление растворов, имеющих концентрации с0 и сп./ — образец породы; 2 — парафиновая ванна; з— раствор постоянной концентрации; 4 — раствор переменной концентрации; 5 — агар-агаровые сифоны; в — стаканы с насыщенным раствором хлористого калия; 7 — неполяризующиеся каломелевые электроды; 8 — потенциометр; в — гальванометр; 10— ключ; а—конденсатор; 12— компенсационный элемент потенциометра; 13 — потенциометр, регулирующий напряжение; 14 — вольтметр.а
12
12
N
N
2
2
Рис. 280. Схема установки для определения диффузионно-адсорбционной активности породы.
Рис. 280. Схема установки для определения диффузионно-адсорбционной активности породы.
где р111() и рВ1П — сопротивление растворов, имеющих концентрации с0 и сп.
где р111() и рВ1П — сопротивление растворов, имеющих концентрации с0 и сп.
В данном случае коэффициент К№ можно рассматривать как сумму двух коэффициентов: коэффициента диффузии, характеризующего процесс диффузии солей в чистых растворах, и коэффициента Ада диффузионно-адсорбционной активности, определяющего изменение э. д. с. диффузии в присутствии горной породы.
Когда один или оба раствора имеют высокую концентрацию растворенных солей, линейная зависимость между ^да и Ig f^, заданная послед.и
ним уравнением, нс соблюдается. При этих условиях ,
^да ~ АдаУс 1g ,
"в, п
где ^с— коэффициент, величина которого зависит от концентрации; Ъс тем меньше единицы, чем больше среднее значение логарифмов концентрации растворов. По предварительным данным, наиболее вероятный диапазон изменения коэффициента Ъс лежит в пределах от 1 до 0,6.
Из сопоставления формул (406) и (408) следует, что числовое значение диффузионно-адсорбционной активности определяется отношением разности между величинами диффузионно-адсорбционных потенциалов Тфщ и диф-
фузионных потенциалов Ед, измеренной при концентрациях с' и твора, соприкасающегося с породой \ к логарифму отношения этих траций:
с рас- концен-с рас- концен-д (Еда — Ед)(. — (Еда — ЕД)С-
с рас- концен-
с рас- концен-
Z1na —
!g-
где (Еда—Ед)с, и (Еда — Ед)С" — соответственно разности между диффузионно-адсорбционными потенциалами и потенциалами диффузии при кон-где (Еда—Ед)с, и (Еда — Ед)С" — соответственно разности между диффузионно-адсорбционными потенциалами и потенциалами диффузии при кон-Рис. 281. Пример вычисления коэффициента /1да.1 — зависимость Еда = / (1g с);2 —зависимость Ад = / (1g с).Рис. 281. Пример вычисления коэффициента /1да.1 — зависимость Еда = / (1g с);2 —зависимость Ад = / (1g с).центрациях с' и с" раствора, соприкасающегося с породой (рис. 281).
где (Еда—Ед)с, и (Еда — Ед)С" — соответственно разности между диффузионно-адсорбционными потенциалами и потенциалами диффузии при кон-
где (Еда—Ед)с, и (Еда — Ед)С" — соответственно разности между диффузионно-адсорбционными потенциалами и потенциалами диффузии при кон-
Рис. 281. Пример вычисления коэффициента /1да.
1 — зависимость Еда = / (1g с);2 —
зависимость Ад = / (1g с).
Рис. 281. Пример вычисления коэффициента /1да.
1 — зависимость Еда = / (1g с);2 —
зависимость Ад = / (1g с).
Диффузионно-адсорбционная разность потенциалов наблюдается и на поверхности соприкосновения различных пород. Величина и знак этой разности потенциалов зависят от минералогического состава, плотности и дисперсности соприкасающихся пород и минерализации вод, насыщающих их поровое пространство. При средних значениях концентрации а и сч солей, растворенных в водах, насыщающих горные породы, разность потенциалов
Ki 1 = (Ка + лда, , - Лдл 2) 1g -^- , (411) бв, 1
где Лдй| t и ЛДЯ) 2 — соответственно диффузионно-адсорбционная активности первой и второй породы; рв> i и @Bj 2 — удельные электрические сопротивления вод, насыщающих эти породы.
§ 75. ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫЕ ПОТЕНЦИАЛЫ
Окислительно-восстановительные потенциалы в горных породах паблю- дакЗтся при окислительно-восстановительных реакциях, при которых окисляющаяся среда, отдавая электроны, заряжается положительно, а восстанавливающая, присоединяя их, приобретает отрицательный заряд.
Разность потенциалов, возникающая между окисляющей средой и окислителем, удовлетворяет уравнению
где к — константа равновесия реакции, протекающей в окислительновосстановительной цепи; с' и с" — концентрации веществ, находящихся в высшей и низшей степени окисления.
При электрометрии скважин окислительно-восстановительные потенциалы наблюдаются в зонах оруднения, в породах, содержащих окислы металлов с высшей или низшей степенью окисления по отношению к окислам металлов, находящимся в окружающей их среде, и в угольных пластах.
Окислптелыю-восстаиовителы'ые потенциалы зон оруднения
Наибольшие окислительно-восстановительные потенциалы наблюдаются в зонах сульфидного оруднения в результате окисления сульфидов кислородом воздуха, присутствующего в поверхностных водах (и, в частности,
1 В области концентрации растворов, соответствующих прямолинейному участку кривой J9na — / (1g с) (см. рис. 281).
в буровом растворе). Реакция окисления пирита протекает согласно уравнению
2FcS3+7O2+2H2O=2FeSO4+2H2SO4.
Катионы железа избирательно адсорбируются пиритом, заряжая его. положительно, а воды, насыщающие породу, за счет анионов SO^ приобретают отрицательный заряд. На поверхности рудного тела образуется двойной электрический слой, положительные заряды которого располагаются на его внутренней обкладке. В этих условиях, при отсутствии резко выраженного процесса окисления рудного тела на поверхности сечения его скважиной, рудное тело отмечается на кривых потенциалов собственной поляризации пород повышением потенциала Ucn.
Окислительно-восстановительные потенциалы па границах горныхпород, содержащих соединения металлов с высшей или низшейстепенью окисления
Подобные потенциалы, по-видимому, отмечаются в некоторых глинах. Так, например, на границе между малиновыми и зелеными глинами олиго- цена Ферганской нефтеносной провинции наблюдается резкое изменение потенциала от отрицательных (в малиновых глинах) к положительным, (в золеных глинах) значениям. Такое изменение потенциала может объясняться наличием па контакте зеленых и малиновых глин двойного электрического слоя окислительно-восстановительного происхождения. Положительные заряды этого слоя располагаются со стороны зеленых глин, содержащих соли закиси железа, а отрицательные —- со стороны малиновых,, богатых окислами железа г.
Окислительно-восстановительные потенциалы в угольных пластах
Возникновение естественных электрических полей в угольных пластах обусловлено окислительно-восстановительными реакциями, происходящими в органическом веществе угля и в неорганических (обычно сульфидных) включениях [4]. При окислении углей кислородом воздуха, содержа® щегося в поверхностных водах и в буровом растворе, образуются карбоксильные соединения по следующей схеме:
1 Следует заметить, что аналогичный характер изменения потенциалов собственной поляризаций может наблюдаться также и в связи с различными адсорбционными свойствами пород, содержащих минералы с окислами. имеющими различную степень окисле-. ния.
Рис. 282. Зависимость потенциалов па границе горная порода — раствор от содержания в рас- ‘творе окислителей.Рис. 282. Зависимость потенциалов па границе горная порода — раствор от содержания в рас- ‘творе окислителей.1 — антрацит; 2 — полуантрацит; з — бурый уголь;4 — песчаник; 5 — аргиллит.1 — антрацит; 2 — полуантрацит; з — бурый уголь;4 — песчаник; 5 — аргиллит.
Рис. 282. Зависимость потенциалов па границе горная порода — раствор от содержания в рас- ‘творе окислителей.
Рис. 282. Зависимость потенциалов па границе горная порода — раствор от содержания в рас- ‘творе окислителей.
1 — антрацит; 2 — полуантрацит; з — бурый уголь;4 — песчаник; 5 — аргиллит.
1 — антрацит; 2 — полуантрацит; з — бурый уголь;4 — песчаник; 5 — аргиллит.
В результате происходящего окисления углей и содержащихся в них •сульфидов па поверхности угольного пласта возникает двойной электрический слой, положительные заряды которого располагаются со стороны угольного пласта.
Гипотеза, объясняющая возникновение электрических полой в каменных углях окислительно-восстановительными реакциями, была подтверждена лабораторными исследованиями, проведенными автором над камеи"было установлено, что при
воздействии па каменный уголь окислителей КМпО4, КаСг2О7 и особенно в кислой среде (например, в H2SOJ на поверхности уголь — окисляющая среда возникают интенсивные электрические поля. Наблюдаемые потенциалы резко возрастают при повышении концентрации окисляющих реагентов в углях с высокой степенью карбонизации, как, па- пример, в антрацитах, полуантрацитах и тощих каменных углях.
На рис. 282 в виде примера приведены графики, определяющие характер изменения разности потенциалов на границе уголь —-раствор в зависимости от концентрации окисляющих веществ, содержащихся в растворе. Для сопоставления укажем, что при соприкосновении угля с растворами хлористого натрия и хлористого калия потенциалы, возникающие в области тех же концентраций, мало зависят от величины последних (см. рис. 274). Электрические поля собственной поляризации в каменных углях могут быть созданы не только процессами окисления и восстановления органического вещества угля, но и процессами окисления сульфидов (в частности, пирита), обычно содержащихся в достаточных количествах в каменных углях. В результате окисления сульфидов при пересечении угольных пластов скважиной будут наблюдаться дополнительные аномалии С?сп, идентичные по знаку аномалиям, возникающим при окислении органического вещества углей.
Интенсивные аномалии UGn отмечаются также и в углистых и особенно в графитовых сланцах, с которыми приходится встречаться в угленосных свитах, затронутых контактным метаморфизмом.
§ 76. ПОТЕНЦИАЛЫ ТЕЧЕНИЯ
Потенциалы течения в горных породах наблюдаются при фильтрации пластовых вод в скважину или уходе фильтрата глинистого раствора в проницаемые пласты в зависимости от того, выше или ниже пластовое давление
по отношению к гидростатическому давлению Сурового раствора на уровне исследуемого пласта.
Потенциалы течения возникают в связи с адсорбцией ионов поверхностью частиц, составляющих породу. Вследствие преобладающей сорбции ионов одного знака жидкость, заполняющая поры породы, приобретает заряд по знаку противоположный знаку заряда ионов, адсорбированных в преимущественном количестве. Так, например, при преобладающей сорбции анионов, с чем обычно приходится встречаться в горных породах, пластовые воды или фильтрат бурового раствора, насыщающего поры пород (в связи с повышенным содержанием катионов), заряжается положительно по отношению к прочно адсорбированному слою жидкости или жидкости, поступающей в пласт (рис. 283). При движении жидкости на границах канала, по которому происходит течение, возникает разность потенциалов, называемая
Непооб. часть раствора - -- - - - -
А -At r_t A~_t ± г At z At z в Д ^.Двитсрщаяся ++
часть раствора+ - J
cl
Рис. 283. Схема образования потенциалов течения.
а — распределение зарядов в тонущей жидкости; б — изменениепотенциала у поверхности твердой фазы.
потенциалом течения или фильтрационной разностью потенциалов. Свойство пород создавать потенциалы течения при фильтрации растворов будем называть фильтрационной активностью породы.
Математическое обоснование теории фильтрационных потенциалов впервые было дано Гельмгольцем, который исходил из моиомолекулярной природы этого слоя. Последующими работами Гуи и Штерна было показано, что двойной электрический слой представляет слой с диффузным распределением зарядов. Однако, как показали последующие работы, математическая трактовка теории фильтрационных потенциалов в первом приближении вполне может быть дана в простом изложении Гельмгольца, так как уравнение потенциалов течения, выведенное для диффузного распределения зарядов в двойном слое, превращается в уравнение Гельмгольца при условии, если размер канала, по которому протекает жидкость, достаточно велик по сравнению с толщиной диффузного слоя. Так как это условие соблюдается в крупнопористых породах, то изложение основ теории потенциалов течения в горных породах возможно изложить в указанной выше концепции Гельмгольца.
Предположим, что течение происходит в капилляре постоянного радиуса Га, длиной I ламинарно со скоростью и под действием внешнего давления р. Вязкость и удельное электрическое сопротивление жидкости обозначим соответственно через дир.
Условием установившегося движения жидкости является равенство приложенной извне силы
Р = тсг1р.
силам трения жидкости
Приравнивая правые части последних двух равенств и решая полученное уравнение относительно du, находим
du = — E-dr.
2 pl
32 заказ 714.
На расстоянии г от осижанала скорость ламинарно двигающейся жидкости
Постоянную С определим из условия обращения скорости в нуль на границе канала, т. е. при г = га
иг = та -4ц1 ± о - и,
откуда '£= Р^
4p.l и, следовательно,
и = 4^ ^ ~ Г^‘^^^
Последнее уравнение определяет величину скорости потока на расстоянии та — г от стенок капилляра.
Так как нас интересует скорость жидкости на расстоянии, равном толщине прочно связанного слоя, то, подставляя та — b вместо т в последнюю формулу, находим
“=4^(2^а-^)
и, пренебрегая величиной д2 вследствие ее малости.второго порядка, получим
u=J*.(413)
С этой скоростью происходит перенос ионов, находящихся в подвижной части двойного электрического слоя, текущей жидкостью.
Количество ионов у, передвигающихся со скоростью и, определяется величиной заряда, приходящегося на единицу длины капилляра:
У —= 28
где с—емкость двойного электрического слоя, приходящегося па поверхность $ капилляра радиуса га единичной длины; е — диэлектрическая проницаемость жидкости; £ — разность потенциалов между подвижным и неподвижным слоями жидкости. Эта разность^потенциалов называется электро- кинетическим или ^-потенциалом.^
Величина С-потепциала зависит от природы адсорбированных ионов. В ионах одной валентности С-потенциал возрастает с увеличением степени гидратации иона [161]. Чем больше гидратный радиус иона, тем слабее электростатические силы, удерживающие иол на поверхности, и тем более расширен диффузионный слой.
При увеличении валентности катиона С-потенциал уменьшается по абсолютной величине и для трехвалентных и четырехвалентных ионов меняет знак на обратный, т.е. неподвижный адсорбированный слой жидкости становится положительным по отношению к подвижному слою.
Уменьшение С-потенциала и перемена его знака у многовалентных иоиов объяс» няются увеличением сил электростатического притяжения между многовалентными катионами и отрицательно заряженной частью поверхности твердой фазы. Вследствие этого повышается адсорбируемость катионов, что ведет к понижению (рис. 284, а, кривая 2), а в некоторых случаях и к обращению знака С-потенциала. В этих условиях распределение потенциала вдоль нормали к поверхности твердой фазы будет следующим (рис. 284, а, кривая 3); на поверхности твердой фазы электрический потенциал по отношению к жидкости отрицателен; далее потенциал возрастает и па некотором расстоянии 8 от поверхности твердой фазы, будучи положительным, достигает максимума и затем
убывает, асимптотически приближаясь к потенциалу жидкости в точках, достаточно удаленных от границы раздела жидкость — твердое тело. При толщине д неподвижной части двойного слоя ^-потенциал будет положительным.
При увеличении концентрации растворов в связи с повышением их вязкости тепловое движение ионов затрудняется, двойной электрический слой сжимается и С-потенциал убывает по абсолютной величине (рис. 284, б, кривые 4, 5 и 6). Убывание С-потенциала с повышением концентрации растворов солей наблюдается для любых валентностей ионов, содержащихся в жидкой фазе.
При движении жидкости со скоростью и поток жидкости переносит в секунду
Рис. 284. Кривые зависимости потенциала, созданного адсорбцией ионов поверхностью твердой фазы, от расстояния до этой поверхности.
а — при различных валентностях катионов, содержащихся в электролите; б — при различной кончен® трации электролита; 1 — зависимость потенциала от расстояния для растворов, содержащих одновалентные катионы; 2 — то же, двухвалентные; з — то же, четырехвалелтные; 4 — зависимость потенциала от расстояния для растворов, содержащих одновалентные ионы малой концентрации; 6 — тоже' средней концентрации; 6 — то же, высокой концентрации.
количества электричества, в связи с чем на концах капилляра возникает разность потенциалов Ен. Под действием этой разности потенциалов в капилляре появится электрический ток обратного направления:
т,_ Ен _ Енлгагf R "~ ei ’
гд® R = ^т “~ сопротивление жидкости, заполняющей капилляр.
При установившемся процессе количество электричества, перенесенное в одном направлении, должно быть равным количеству электричества, перенесенному в противоположном направлении I = 1^ и, следовательно,
вргааС __ ЕНпг^4pi gi *'
откуда потенциал течения
Ен ” "^Г ? (формула Гельмгольца).(414)
Из формулы (414) следует, что потенциал течения пропорционален давлению р, под которым происходит фильтрация, С-потенциалу, диэлек-
32*
Ef рEf рРис. 285. Зависимость EfjP от концентрации фильтрующейся жидкост и для растворов хлористого натрия (кривые / и 2) и хлористого алюминия (кривая 3).. Кривая 1 получена при фильтрации раствора через полевошпатовый песок; кривые 2 и 3 — через кварцевый песок.Рис. 285. Зависимость EfjP от концентрации фильтрующейся жидкост и для растворов хлористого натрия (кривые / и 2) и хлористого алюминия (кривая 3).. Кривая 1 получена при фильтрации раствора через полевошпатовый песок; кривые 2 и 3 — через кварцевый песок.трической проницаемости е и электрическому сопротивлению о фильтрующейся жидкости и обратно пропорционален ее вязкости р.
Ef р
Ef р
Рис. 285. Зависимость EfjP от концентрации фильтрующейся жидкост и для растворов хлористого натрия (кривые / и 2) и хлористого алюминия (кривая 3).
. Кривая 1 получена при фильтрации раствора через полевошпатовый песок; кривые 2 и 3 — через кварцевый песок.
Рис. 285. Зависимость EfjP от концентрации фильтрующейся жидкост и для растворов хлористого натрия (кривые / и 2) и хлористого алюминия (кривая 3).
. Кривая 1 получена при фильтрации раствора через полевошпатовый песок; кривые 2 и 3 — через кварцевый песок.
, Из пяти параметров д, s, р, С и р. входящих в формулу (414), первые три д, & и q при всех условиях положительны и поэтому ле изменяют знака потенциала течения. Наоборот, в зависимости от знака £ и р величина потенциала фильтрации может быть положительной и отрицательной.
В наиболее часто встречающемся в природе случае повышенной адсорбции отрицательных ионов, т. о. при отрицательном значении С-потенциала, Ен отрицательно и, следовательно, потенциал точки входа жидкости в породу ниже потенциала точки выхода жидкости.
В более редких случаях преобладающей адсорбции катионов (например, в карбонатных породах), где С-потенциал бывает положительным, Ен положительно и точка входа жидкости в породу имеет более высокий потенциал, чем точка выхода.
Так как С-потепциал и сопротивление р зависят от химического состава и концентрации солей, растворенных в жидкости, насыщающей капилляр, то пропорциональность Ен С-потенциалу и р определяет зависимость потенциалов фильтрации от химического состава и концентрации солей в фильтрующейся жидкости (рис. 285).
Формула Гельмгольца но объясняет причины возникновения потенциалов течения в скважине только на участках разреза, сложенных проницаемыми породами. В самом деле, из формулы (414) следует, что потенциалы фильтрации должны наблюдаться во всех случаях, когда сечение капилляра много больше толщины двойного электрического слоя (с чем приходится встречаться во многих практических непроницаемых грубодисперсных глинистых породах). Так как потенциалы точения, согласно формуле (414), не зави
сят от сечения капилляра, по которому происходит фильтрация, то они и не должны зависеть от проницаемости горной породы.
Эти положения нс подтверждаются экспериментальными исследованиями, которыми установлено возрастание потенциалов течения с проницаемостью пород в области малой их проницаемости. Расхождение между приведенной выше теорией и наблюдаемыми потенциалами в горных породах, по-виДимому, возникает вследствие протекания жидкости в породе не во всем объеме порового пространства. Часть этого пространства, а именно углы пор и углубления в поверхности зерен породы, заполнена так называемой застойной жидкостью.
В связи с этим происходит следующее.
Свободное сечение порового пространства Sf, через которое происходит фильтрация жидкости, оказывается меньшим сечения se, через которое протекает электрический ток. Разница между se и в/ тем больше, чем менее проницаема порода.
Не вся поверхность зерен омывается потоком жидкости. Последний будет переносить лишь часть зарядов, приходящихся на единицу длины пути, при этом тем меньшую, чем больше объем застойной жидкости, т. е. чем менее проницаема порода.
Среднее сопротивление фильтрующейся, жидкости отличается от сопротивления жидкости, поступающей в поры во всех случаях, когда воды, фильтрующиеся через породу, имеют иные концентрацию и химический
состав, чем воды, находящиеся в порах породы, что обычно и наблюдается при исследовании скважин. Разность в сопротивлениях вод будет тем выше, чем больше отличается сопротивление вод, поступающих в поры, от материнских и чем больший объем порового пространства заполнен застойной жидкостью, т. е. чем менее проницаема горная порода. Так как пластовые воды обычно более минерализованы, чем фильтрат бурового раствора, то с уменьшением проницаемости уменьшается сопротивление q фильтрующейся жидкости и ^-потенциал, а следовательно, и потенциал течения.
На основании приведенных рассуждений возможно дать следующий приближенный вывод формулы, определяющий потенциал течения в горных породах.
Для наиболее простых сечений порового пространства скорости п, с которой переносятся ионы внешней подвижной обкладки двойного электрического слоя при течении жидкости сквозь поры, пропорциональна корню квадратному из площади $/ поперечного сечения поры, по которой происходит фильтрация, т. е.
Ц= CxV's?.
Заряд жидкости q (протекающей со скоростью и), приходящийся на единицу длины порового канала, пропорционален периметру о канала и некоторой функции / (/сп , тп), убывающей с увеличением части порового пространства 1^ заполненного застойной жидкостью, и с увеличением параметра т, определяющего шероховатость зерен породы:
q = С2о/ (/сп8, т).
Так как периметр о канала для каналов простых сечений примерно пропорционален корню квадратному из площади канала S/, то
q-C8VM(kn, mY
Возникающий при течении жидкости электрический ток
It = qu = С^ (к*, т)
создает разность потенциалов 15j, под действием которой в жидкости появляется электрический ток I обратного направления:
т
" R ’
где R—сопротивление жидкости, заполняющей канал. При установившемся режиме I = Ij, и, следовательно,
Ef-C^R^m).
Но так как электрическое сопротивление фильтрующейся жидкости прямо пропорционально ее удельному сопротивлению р и обратно пропорционально поперечному сечению зе, через которое проходит ток, то
Площади se и sy в первом приближении пропорциональны открытой пористости породы кп и эффективной пористости 7сдф, через которую про-
ходит фильтрация (суммарной открытой пористости кд за вычетом порового пространства кд, заполненного застойной жидкостью). Удельное электрическое сопротивление фильтрующейся жидкости также зависит от эффективной пористости и соотношений между сопротивлениями §ф фильтратагбуро- вогр раствора и рв2 пластовых вод.
Таким образом,
£7 Г* Т? ! РФ ^И ^п
—— ,—
\ Рва«п
(415)
ния
Так как функция F (— , \ Рв2
Ь О 7. 8 »-П №П
L О l 8п-И — лП
ь 0 /СП
,то и потенциал течения
•) убывает с уменьшением отноше-
будет убывать "по мере уменьшения
30
5:
1?90
■У 1
2
ТсдО
гр
"ГД
Рис. 286. Пример выделения потенциалов течения.
XI
K11W
^СП > м®
—|+
фК>0ММ
01020
’Шо
I — кривая потенциалов собственной поляризации пород при заполнении скважины буровым ^раствором до устья; II — то же, при понижении уровня раствора на 150 м; III — кривая кажущегося сопротивления; 1 — песчаники;
2 — глины и глинистые алевролиты.
шей промывки поровых каналов фильтратом имеющего концентрацию растворенных солей, вых вод,
части порового пространства, через которую возможна фильтрация. Иными словами, потенциалы течения зависят от проницаемости горных пород и при проницаемости, равной нулю, например в глинах, т. е. при кп° — — кд3 = 0, обращаются в нуль.
Проведенные экспериментальные исследования показывают, что в области малых проницаемостой указанная зависимость действительно имеет место и по мере увеличения проницаемости породы потенциалы течения возрастают. Это объясняется не только увеличением части порового пространства knQ — ^nU> через которое происходит фильтрация, ио и повышением числового значения ФУНКЦИИ^-^;—-)
\ 0В2'НГ /
в связи с уменьшением концентрации капиллярных вод по мере уме пыления части порового пространства, заполненного застойной жидкостью, т. е. за счет хоробурового раствора, обычно более низкую, чем у поро-
Понижение концентрации фильтрующейся жидкости в свою очередь приводит к увеличению ^-потенциала. Однако область возрастания потенциалов течения с увеличением проницаемости породы ограничена. В породах проницаемостью порядка нескольких десятков миллидарси дальнейшее увеличение проницаемости ведет к понижению потенциалов течения. Это, вероятно, объясняется характером прохождения электр окинетических
процессов в порах и каналах большого радиуса и возрастающей вероятностью перехода фильтрации из ламинарного в турбулентный режим, при котором потенциалы течения уменьшаются.
Зависимость потенциалов течения от проницаемости пород предопределяет в некоторых благоприятных условиях возможность изучения этого параметра по данным измерения потенциалов течения. Для этого необходимо выделить последние из измеряемых потенциалов собственной поляризации пород, что может быть выполнено путем регистрации двух кривых £7еп при разных давлениях бурового раствора (рис. 286) и последующего построения по ним разностной кривой. Такая кривая называется разностной кривой 17 он при изменении давления [кривой (<5^сп)р или кривой дифференциального ^Усп давления]. Отклонения кривой (г)Усп)р от «нулевой линии» зависят от проницаемости исследуемых горных пород.
Фильтрация вод из бурового раствора в пласт сопровождается образованием глинистой корочки на поверхности пласта. В этом случае, как было показано работами Научно-исследовательского физического института Ленинградского государственного университета [4], наибольшее падение потенциала течения приходится па глинистую корочку.
Методика количественного определения фильтрационной активности горных пород (свойства пород создавать электрическое поле при фильтрации пластовых вод и вод бурового раствора) не разработана. По мнению автора, фильтрационная активность должна оцениваться величиной разности потенциалов, возникающей при фильтрации через породу раствора хлористого натрия (соли, присутствующей в фильтрующихся водах в наибольшем количестве) концентрации 6,7 г/л (0,108 и), при которой сопротивление раствора равно 1 ом м под давлением 1 ^атм при температуре 180Л
ИЗМЕНЕНИЕ ПОТЕНЦИАЛОВ СОБСТВЕННОЙ ПОЛЯРИЗАЦИИПОРОД по оси скважины' в случае однородной среды
Для изучения горных пород в скважинах на основании исследования диффузионно-адсорбционных, окислительно-восстановительных и фильтрационных потенциалов необходимо знать, как распространяются электрические поля, созданные этими процессами в окружающем пространстве и особенно по оси скважины, вдоль которой передвигается измерительный электрод М. Так как второй электрод JV, как об этом уже говорилось выше, устанавливается на поверхности (см. рис. 12) и его потенциал в процессе регистрации кривых J7on остается достаточно постоянным, кривую разностей потенциалов между электродами М и TV можно рассматривать и как кривую изменения потенциала электрода М.
Поле потенциалов собственной поляризации пород в однородной среде
Изучение электрического поля, созданного диффузией и адсорбцией, окислительно-восстановительными реакциями и фильтрацией начнем с наиболее простого случая, когда раствор в скважине и исследуемые породы (пласт и окружающая его среда) изотропны и имеют одинаковое удельное сопротивление о.
Поле двойных электрических слоев
Пласт, на поверхности которого протекают диффузионные и окислительно-восстановительные процессы и в поровом пространстве которого наблюдается фильтрация вод (при наличии глинистой корочки на границе скважина — пласт, где происходит почти полное падение потенциала течения), может быть заменен системой двойных электрических слоев (рис. 287): двумя плоскими слоями 52,1 и 5г,з бесконечного простирания, расположен*
ными в подошве и кровле пласта, и цилиндрическими слоями 5o,i, £0,2 и 5о,з, соответственно находящимися на поверхностях сечения скважиной среды, подстилающей пласт и не ограниченной снизу, пласта и среды, покрывающей пласт и не ограниченной сверху.
Потенциал любой точки М, расположенной в пространстве, окружающем пласт, будет равен алгебраической сумме потенциалов электрических полей, созданных каждым из перечисленных двойных слоев в отдельности:
^^ОЦ— ^1-2 “Ь ^2,3 + U0,1 4~^0,2 + ^0.3,
где индексы 1,2; 2,3; 0,1; 0,2 и 0,3 указывают, каким двойным электрическим слоем создан потенциал, к которому придал индекс.
Рис. 287. К выводу формул, определяющих величину потенциала собственной поляризации пород в скважине.
Из теории поля известно, что в случае однородного 'безграничного пространства потенциал двойного электрического слоя
<^= (416)
где со — телесный угол видимости слояТиз точки, в которой [определяется потенциал; Е — разность потенциалов [между обкладками двойного слоя.
Значение этой разности потенциалов определяется характером физических и химических процессов, протекающих на изучаемой поверхности, например в частном случае, когда двойной электрический слой создан диффузионными и адсорбционными процессами, значение Е определяется формулами (404) или (407).
Воспользуемся формулой (416) для расчета потенциала собственной поляризации пород Ucn. Для решения задачи введем цилиндрическую систему координат OZR У, начало которой совместим с точкой О (рис. 287, б), где ось скважины пересекает плоскость, проходящую через середину пласта, и ось Z направим вдоль оси скважины. Обозначим через Л, йо и z соответственно мощность пласта, диаметр скважины и расстояние точки М от начала координат; через Е^д, Е^, Еод, Eq^ и Ео,з значения разностей потенциалов между обкладками слоев\ расположенных в подошве (-Егд), кровле (^2,3) пласта и на поверхностях скважина — подстилаю-
Порядок цифр у индексов показывает обкладку слоя (первая цифра), потенциал которой измеряется относительно другой обкладки (вторая цифра). Следовательно, для любого слоя Е^ t = — E^ h.
щие породы (J^o.i), скважина — пласт (jE7o,2) и скважина — покрывающие породы (2Уо,з) и через
0)2,1 = 2л: — СОу, «2,з = 2л; — о>д, coo.i = 4л — top,0)2,1 = 2л: — СОу, «2,з = 2л; — о>д, coo.i = 4л — top,0)0,2 = top — tog,<у0,з = toq,0)0,2 = top — tog,<у0,з = toq,
0)2,1 = 2л: — СОу, «2,з = 2л; — о>д, coo.i = 4л — top,
0)2,1 = 2л: — СОу, «2,з = 2л; — о>д, coo.i = 4л — top,
0)0,2 = top — tog,
<у0,з = toq,
0)0,2 = top — tog,
<у0,з = toq,
телесные углы видимости этих слоев из точки М. В последних формулах через top и toq обозначены телесные углы видимости из точки М сечений скважиной подошвы (плоскости Р) и кровли (плоскости 0 пласта (см. рис. 287, о).
Подставив значения телесных углов видимости в формулу (416) и произведя суммирование потенциалов, созданных каждым слоем в отдельности, получим
тт^Л (Op. 2л (Og. 4л (Ор
^сп2=~4^Г" '^2,3 +4Г-^0,1 +
+ “’’/ст"" ■^'012 + ^£« = "5Г 1Ю1|№.* ~Е«л + Код) —
-™д (ЕМ - Е»,3 + Яо,2)1 + ’^-J^ + ;ew. (417)
При расположении точки М на оси скважины
top —- 2 л; (1 — cos Рр^top —- 2 л; (1 — cos Рр^
top —- 2 л; (1 — cos Рр^
top —- 2 л; (1 — cos Рр^
= arc cos= arc cos2z — h2z — hДр = arc cosДр = arc cos= arc cos= arc cos
= arc cos
= arc cos
2z — h
2z — h
Др = arc cos
Др = arc cos
= arc cos
= arc cos
tog —2го(1— со8Дд) = 2л: 1
где Др и pq — углы между осью скважины и образующими конусов, вершины которых расположены в точке М и основаниями являются сечения скважиной подошвы и кровли пласта:
2z -j— /1
У(2z + /г)2 -[-IT" '
Подставляя значения top и toq в формулу (417) и производя соответствующие преобразования, будем иметь
ту = 0 52z+^-^2,3 ~ -^0,3 +Д0,2 _
сп ’ у ^т+^Т-НТ" *2
В практике часто встречаются случаи, когда пласт (например, песчаник или известняк) залегает в толще отличных по литологии однородных пород (например, глин), у которых минерализация поровых вод близ кровли и подошвы пласта практически одинакова. В этих условиях
£2,1 '■= Е^.з и £0,1 = fo,3
и, следовательно,
2z -pi2z — h.Е2Л Eq д + £q[2
"jZ^T^^^f/(2г-/1)24-^ J2
Выражая для удобства численных расчетов координату и точки наблюдения и мощность к пласта в диаметрах скважины и обозначая соответственно а/йй через ад и k/do через кд, получим
UUСПСП2zd 4~ hg y^:ppq~L2zd 4~ hg y^:ppq~L2»д — hgV^-hdp-^i2»д — hgV^-hdp-^iЕ2Д ™ £0,l + f0,22Е2Д ™ £0,l + f0,22
U
U
СП
СП
2zd 4~ hg y^:ppq~L
2zd 4~ hg y^:ppq~L
2»д — hgV^-hdp-^i
2»д — hgV^-hdp-^i
Е2Д ™ £0,l + f0,2
2
Е2Д ™ £0,l + f0,2
2
+ £o,t ~ F (z<t, M——~—-—"—Н £o,i>(419)
где F (zg,kg) —-функция, определяющая характер изменения потенциала £сп по оси скважины:
F рь кд) = —=^±М=—S^==
/(2^4-/^)= + !урч-hg?-^
В точках, удаленных от границ пласта,
F (Zg, ^)z(1- 00 —-F (Zg, ^)z(1- 00 —-2zj 4” hg2zj 4” hg2zd — ^d^zd-M' + l2zd — ^d^zd-M' + l
F (Zg, ^)z(1- 00 —-
F (Zg, ^)z(1- 00 —-
2zj 4” hg
2zj 4” hg
2zd — ^d^zd-M' + l
2zd — ^d^zd-M' + l
Последнее соотношение соблюдается практически даже при относительно небольших значениях этого расстояния (ад—кд12). Так, например, при кд -> 00 и z< — кд12 = 2,F (zd, кд) = 0,0312; при кд -> оо и zg—^/2 — = 3,F (ад, кд) = 0,0149 и пДи А —> оо и zg — кд}2 = 5,£ (zd, hg) = 0,005. При меньших значениях кд величина F^zg,hg) будет еще меньше. Так, например, при кд = 1 и перечисленных величинах Хд — кд/2 значения функции Р^хд,кд) будут соответственно равны 0,0208; 0,0062; 0,00150. Следовательно, при расположении точки М от границы пласта на расстоянии Zg = = Zd —1 kg/2>2,5F(zg, kg) практически может считаться равной нулю и потенциал ■
^сп = Е0Д.
При пересечении пласта электродом М его потенциал по отношению к потенциалу удаленных точек будет изменяться согласно уравнению
ATT
СП иСП[ y^H^jpY
2zg—Hg 1 ^0,1 " -^0,2^2,1 _ р д х ^0,1 — ^0,2^2,1
Vpzg — М’+Д J ^d’ 42
^FtZg.kg'tEs,(420)
где Еа —* сумма скачков диффузионно-адсорбционных ^потенциалов на гра^ ницах исследуемого пласта и скважины.
Сумма Е8 называется статическим потенциалом пласта и вмещающих его пород.
Кривая, удовлетворяющая уравнению (420), симметрична относительно начала координат (середины пласта) и имеет экстремальное значение (минимум или максимум) в зависимости от знака суммы J?o,i — Eq,2 — Ei,2 в точке, где
F (Zd, /2d) =F (Zd, /2d) =2 |/(2Zd +Ad)2 4-1 -2 |/(2Zd +Ad)2 4-1 -2(2zd4-Ad)a2(2zd4-Ad)a(2zd 4~ Ad)2 4“ 1(2zd 4~ Ad)2 4“ 12/(2zd-Ad)24-l2/(2zd-Ad)24-l2(2Z<i-Ad)a2(2Z<i-Ad)a
F (Zd, /2d) =
F (Zd, /2d) =
2 |/(2Zd +Ad)2 4-1 -
2 |/(2Zd +Ad)2 4-1 -
2(2zd4-Ad)a
2(2zd4-Ad)a
(2zd 4~ Ad)2 4“ 1
(2zd 4~ Ad)2 4“ 1
2/(2zd-Ad)24-l
2/(2zd-Ad)24-l
2(2Z<i-Ad)a
2(2Z<i-Ad)a
(2Zd-Ad)8+l
№d4-M24-i]8/2 [(2Zd-Ad)2 4-i]8/2
Последнее равенство удовлетворяется при Zd = 0, т. е. при расположении электрода М в середине пласта. В этой точке экстремальное значение амплитуды изменения потенциала^
^=iT ^7^^ -W -Е^лУ,(421)
При увеличении /г< дробь —7==^===: стремится к единице и при Л^>4
V Кд2 4*1
отличается от единицы меньше чем на 3%. Поэтому при Ай>4 с точностью, достаточной для практики, возможно считать
J^okctp = _(£01 _Е^ -^2,1) = —Es.№
ПлощадьJS,^ограниченная кривой, заданной уравнением (420):
= 2®'f Г ^т'^—1 дч = .
’2 уI /(I^+M'+I-М*+1 J
= о,5£, | № ад /i4~4SF -
— (2zd—ад])/1 + ^1^=(£.ад.
последнее уравнение дает возможность определить мощность hd пласта по "площади S -аномалии и известному значению статического -потенциала Ев:
а также (в силу аддитивности полей, созданных каждымЪластом в отдельности) рассчитать суммарную мощность 2 ^ [пропластков "с отличными диффузионно-адсорбционными свойствами, залегающих' в пачке пород общей мощности И, отмеченной на кривой U0I1 значением AU'^ аномалии, имеющей площадь S'*.
^S=h^S=h^L^n, = ^1Е& Ев^L^n, = ^1Е& Ев
^S=h
^S=h
^L^n, = ^1Е& Ев
^L^n, = ^1Е& Ев
Зная точно мощность^пласта или суммарную ^мощность пропластков (например, по данным микроисследований скважин) и площадь аномалии АЕСП, возможно по последним двум формулам рассчитать величину
статического потенциала Е8 в тех случаях, когда ^UGn < Еа (тонкие пласты). Знание Е8 необходимо для определения диффузионно-адсорбционной активности и затем литологии исследуемых пород (см. § 80).
тт/।\
(423)(423). На границах пласта —в подошве и кровле ^ = ±
(423)
(423)
(Л0Л- £0 2 - £2,1).
V^d+i
Сопоставляя формулы (421) и (423), получаем
^СП = V М + 1 = 0 5 |/"М+1Д^тр у 4М + 1’ Ум+ о,25 '^СП = V М + 1 = 0 5 |/"М+1Д^тр у 4М + 1’ Ум+ о,25 'Рис. 288. Теоретические кривые AU^Ea в пластах различной мощности.Рис. 288. Теоретические кривые AU^Ea в пластах различной мощности.
^СП = V М + 1 = 0 5 |/"М+1
Д^тр у 4М + 1’ Ум+ о,25 '
^СП = V М + 1 = 0 5 |/"М+1
Д^тр у 4М + 1’ Ум+ о,25 '
Рис. 288. Теоретические кривые AU^Ea в пластах различной мощности.
Рис. 288. Теоретические кривые AU^Ea в пластах различной мощности.
а — Ео1=.Еоз; б — Eqi ■ 0,5Eos.
Из последнего соотношения следует, что при кд > 4
"дЁТ^"
т. е.
№тх = 0,5 d^lCTp = 0,5 zl?7^ITp' плU11'U11'
Таким образом, в пластах мощностью к > 4cZ0, однородных с окружающей средой, на диаграмме ^С11 кровля и подошва пласта отмечаются точками, в которых приращение потенциала равно половине наибольшего приращения dt^Tp. На рис. 288 приведены кривые зависимости AU^E* = = F (z<i), рассчитанные по формуле (420), подтверждающие сказанное.
Взяв производную по z в формулах (417) и (418), получим выражение для напряженности электрического поля собственной поляризации пород:
£сп = - У?— = - + [-^ (£2,1 - £<м + £0,2) -инЭхЭз х ’’’ '
1 ( £2,1 -^О,1+^0,2 ^о| [(2Zd-/lci)2 + l]/2
_ £2,3 ^Р.з + ^О.г 1И *0,1 ~*0,2~ *2,1 _[(22d+Ma + l]8/2 Jй° ( [(2^-М2 + Е3/2
Co,3-E8,2-E2i3 I(424)
Из последней формулы следует, что при ha > 3:
в подошве пласта
”то = Ет6г= ~™(Е6Л-Ей,2-Ему,(425)
в кровле пласта
«7СП = egii& = -^ (/г0.3 -Ео,2- е^1),
где <^сп—приращение потенциала собственной поляризации породы на участке dz.
Последние формулы, определяющие экстремальные значения приращений потенциала, дают возможность вычислить порознь суммы
£о,1 —£0,2— Е^д и £о,з— £0,2—£2,3,
что необходимо знать в тех случаях, когда £0,1 =^£о,з и £2,1 ¥= £2,з« ’ Экстремальные значения функции (424) наблюдаются при значениях Zd, тем более близких к i^d/2, чем больше мощность пласта, и практически совпадают с положением границ пласта при На > 3 (рис. 289, а).
При £0,1 — £0,3 и £2,1 — Ез^
1 77'^сп 1 /1
"®'а 011 ~ ~* I ((2щ+Mi + ^I',1
(Ео,1 - Ео,2 -Е2,1) =
= F' ^4, у (Eo.i - Ео,2 - Ем).(426)
В этих условиях характер изменения градиента потенциала £сп по оси скважины определяется функцией
F* hd} =37-.(427)
’ ’[(2^+^ + !)] /2[(2ад-М2 + 1] /2
Если на поверхности сечения проницаемого пласта скважиной глинистая корочка отсутствует, фильтрация вод создаст электрическое поле простого электрического слоя, расположенного на поверхности сечения пласта скважиной.
В однородном и изотропном пространстве потенциал простого слоя
ds Ef Г ds
88•
где a = Ef!4st — плотность зарядов на поверхности этого слоя; £/ — величина э. д. с. фильтрации; R — расстояние от ’ точки, в которой определяется Uh до элементарной поверхности ds слоя; s — полная его поверхность.
Рис. 289. Кривые градиента потенциала собственной поляризации пород.
а — кривые градиента диффузионно-адсорбционных потенциалов; б — то же, потенциалов течения.. Шифр кривых Zi/dg.
Для точек, находящихся на оси скважины, последнее равенство может быть приведено к следующему виду (рис. 290):
Е I -I- d Q ,—Ц—°- In4Е I -I- d Q ,—Ц—°- In42zd 4" ^d + V ^^d, + ^d)2 + 12zd 4" ^d + V ^^d, + ^d)2 + 1
Е I -I- d Q ,
—Ц—°- In
4
Е I -I- d Q ,
—Ц—°- In
4
2zd 4" ^d + V ^^d, + ^d)2 + 1
2zd 4" ^d + V ^^d, + ^d)2 + 1
- In [2zd - ha + V (2zd - haY + 11 =
= ЛЦа [Arsh (2za + hd) — Arsh (2zd — ha)^,(428)
где 3 — расстояние по оси z от точки М до элементарной поверхности nd,}dC-
Рис. 290. К выводу формул, определяющих потенциал фильтрации . на оси скважины.Рис. 290. К выводу формул, определяющих потенциал фильтрации . на оси скважины.Рис. 291. Характер изменения потенциалов фильтрации при пересечении пластов различных мощностей (глинистая корка отсуг- ствует). Шифр кривых — отношение мощности h пласта к диаметру dQ скважины.Рис. 291. Характер изменения потенциалов фильтрации при пересечении пластов различных мощностей (глинистая корка отсуг- ствует). Шифр кривых — отношение мощности h пласта к диаметру dQ скважины.
Рис. 290. К выводу формул, определяющих потенциал фильтрации . на оси скважины.
Рис. 290. К выводу формул, определяющих потенциал фильтрации . на оси скважины.
Рис. 291. Характер изменения потенциалов фильтрации при пересечении пластов различных мощностей (глинистая корка отсуг- ствует). Шифр кривых — отношение мощности h пласта к диаметру dQ скважины.
Рис. 291. Характер изменения потенциалов фильтрации при пересечении пластов различных мощностей (глинистая корка отсуг- ствует). Шифр кривых — отношение мощности h пласта к диаметру dQ скважины.
Ei г 1 12 L /(^d+WTT K(2zd+M2+1Ei г 1 12 L /(^d+WTT K(2zd+M2+1
Ei г 1 1
2 L /(^d+WTT K(2zd+M2+1
Ei г 1 1
2 L /(^d+WTT K(2zd+M2+1
в точках, расположенныхв точках, расположенныхНапряженность электрического поля Uf по оси скважины:
в точках, расположенных
в точках, расположенных
(429)
На рис. 291 и 289, б изображены кривые зависимости потенциала и напряженности электрического поля течения, рассчитанные по формулам (428) и (429). Из приведенных кривых следует, что потенциал этого поля достигает экстремальных значений в центре пласта. На границах пласта величина потенциала UTi° тем менее отличается от половины Z7®KCTpe чш больше мощность пласта.
Кривые напряженности поля течения имеют экстремальные значения в точках, расположенных тем ближе к границам пласта, чем больше его мощность. Практически экстремальные значения Е/ находятся против кровли и подошвы пласта при ha > 4. Из сопоставления кривых, изображенных на рис. 288 и 291, следует, что оба семейства кривых имеют однотипную конфигурацию. Так как потенциалы течения по отношению к диффузионно-адсорбционным потенциалам обычно незначительны и па поверхности сечения проницаемого пласта скважиной имеется глинистая корочка, при наличии которой, как об этом указывалось выше, электрическое поле точения с достаточным приближением можно рассматривать как поле двойного слоя, то расчет поля потенциалов течения в большинстве случаев может быть произведен, исходя из предположения, что это поле создано не простым, а двойным электрическим слоем.
В этом случае при расчете поля потенциалов собственной поляризации в формулах (419), (420), (422) и (424) Eq ,2 следует заменить суммой Eq^ -)— Ef.
Формулы (428) и (429) необходимы для расчета электрического поля течения только в тех редких случаях, когда глинистая корочка па поверхности скважина — пласт отсутствует и потенциалы точения намного превосходят диффузионно-адсорбционные и окислительно-восстановительные потенциалы.
§ 78. ИЗМЕНЕНИЕ ПОТЕНЦИАЛОВ СОБСТВЕННОЙ ПОЛЯРИЗАЦИИПОРОД ПО ОСИ СКВАЖИНЫ В СЛУЧАЕ НЕОДНОРОДНОЙ СРЕДЫ
Когда породы, слагающие разрез скважины, и глинистый раствор имеют различные сопротивления, поло потенциалов собственной поляризации пород, а следовательно, и конфигурация кривых :21?7СЦ иные, чем
Рис. 292. К выводу формул, определяющих величину потенциала собственной поляризации пород на оси скважины в случае, когда удельные сопротивления пласта, вмещающих пород и бурового раствора не равны.Рис. 292. К выводу формул, определяющих величину потенциала собственной поляризации пород на оси скважины в случае, когда удельные сопротивления пласта, вмещающих пород и бурового раствора не равны.в случае однородной среды.
Рис. 292. К выводу формул, определяющих величину потенциала собственной поляризации пород на оси скважины в случае, когда удельные сопротивления пласта, вмещающих пород и бурового раствора не равны.
Рис. 292. К выводу формул, определяющих величину потенциала собственной поляризации пород на оси скважины в случае, когда удельные сопротивления пласта, вмещающих пород и бурового раствора не равны.
Не останавливаясь па точном решении этой задачи, впервые изложенном В. Р. Бурсиа- ном [145], вследствие ого сложности и отсутствия количественных расчетов, определяющих характер изменения потенциала собственной поляризации пород по оси скважины, укажем лишь на общие положения, характеризующие особенности распределения электрического поля в данном случае.
С этой целью рассмотрим
пространство, состоящее из пласта удельного электрического сопротивления рц, среды, вмещающей пласт сопротивления ^пм, и скважины, заполненной буровым раствором сопротивления @0, пересекающей пласт по нормали к поверхности его раздела (рис. 292, а\ Исследуемое пространство разрежем двумя плоскостями: одной Рх радиальной, перпендикулярной плоскости чертежа, и другой Рг, параллельной границам пласта и проходящей через его середину. Рассмотрим один из квадрантов, образованных указанными плоскостями (рис. 292, б).
Допустим, что на поверхности, отделяющей пласт от вмещающей среды, •находится двойной электрический слой с разностью потенциалов Е. Под
действием этой разности потенциалов в пространстве, окружающем пласт, возникает электрический ток
•^вм + ^п + ^о, вм + До, п *
где 7?вм — сопротивление пути тока в среде, вмещающей пласт; Ни — то же, в пласте; Rn, вм— сопротивление пути тока в скважине, окруженной вмещающей средой, и Ro, п — то же, окруженной пластом.
Величина наибольшего изменения потенциала электрического поля собственной поляризации пород в скважине
ATT — iI Р \^^0. вм4~До, п)
^СП - 1 вм 4- п) - Лвм + 2?п +д^ вм + до п
(430)(430)ДвМ 4" ^ПЯвм +Да+Д), вм + ^о, п
(430)
(430)
Сопротивления Но, вм, Но, п, НВм, Ни в правой части равенства (430) могут быть представлены в следующем виде:
Но, вм в ^00, Нвм — ^0ВМ — Ь^1ВМ, о ро,
Но, п = ^/ (A) о0) Нп = b р^ — у^
для вмещающей среды; ,wnMi о = -^-.; №, о = ~ ” ; / (^) и F (к) — функции,SoSoдля вмещающей среды; ,wnMi о = -^-.; №, о = ~ ” ; / (^) и F (к) — функции,SoSoгде а — коэффициент, связывающий полное сопротивление области, заполненной скважиной с ее удельным электрическим сопротивлением; b — то же,
для вмещающей среды; ,wnMi о = -^-.; №, о = ~ ” ; / (^) и F (к) — функции,SoSo
для вмещающей среды; ,wnMi о = -^-.; №, о = ~ ” ; / (^) и F (к) — функции,SoSo
находящиеся в прямой зависимости от мощности пласта.■
Подставив значения /?вм, Ни, Но,вм и Но, п в формулу (430), получим
AU^-E 1AU^-E 1^Qo -“вм, о 4^Qo -“вм, о 4So I ^вм, о +So I ^вм, о +^п. о^п. о= Е= Е1-1-14-/W14-/W= Е 1 —= Е 1 —14-я /'14-я /'(431)(431)
AU^-E 1
AU^-E 1
^Qo -“вм, о 4
^Qo -“вм, о 4
So I ^вм, о +
So I ^вм, о +
^п. о
^п. о
= Е
= Е
1-
1-
14-/W
14-/W
= Е 1 —
= Е 1 —
14-я /'
14-я /'
(431)
(431)
Из последнего равенства следует, что ^Z7cn будет тем больше отличаться от Е, чем меньше будет величина
■сто. 14-/(^)
^ВМ, о 4- р^
т. е.
чем больше ^вм, о = евм^о и Ни, о = Рп/Ро или чем больше удельные электрические сопротивления вмещающих пород и пласта по отношению к удельному электрическому сопротивлению бурового раствора;
чем меньше мощность пласта h; с уменьшением к уменьшаются функции / (h) и F (к), а следовательно, и дробь
1+/W
, ^п, о^ВМ, о4- р^
33 заказ 714.
чем меньше отношение alb, т. е. чем больше диаметр скважины, с увеличением которого а уменьшается.
Вид и пределы изменения функции / (7г) могут быть получены следующим расчетом. Исходя из соотношения сопротивлений 7?0, JR», вы» получим
т-х °- п ей си
/ VL) — д
О, ВМ^СП
Полагая среду однородной (рВм = Рп = Ро), будем иметь
FF. hd
1.1.f^^V М^ЦЛ = W+i
1.
1.
E^Vhd41
)W + i
Из расчета следует, что / (h) обращается в пуль при Ьд = 0 и возрастает до единицы при hd —> оо (рис. 293).
Функция FQI) изменяется в тех же пределах, что и функция / (А). При h —> О, F Qi^ должна стремиться к нулю, так как в этих условиях сопро-
f(h) 4,00,80,60,40,2Оf(h) 4,00,80,60,40,2О0,05 0,1 0,2 ОД /24 6 810 tty.Рис. 293. График зависимости / (7г)от hd.0,05 0,1 0,2 ОД /24 6 810 tty.Рис. 293. График зависимости / (7г)от hd.тивлонио Кп возрастает до бесконечности. При h —> оо, F(К) должно стремиться к единице, так как в этих условиях
f(h) 4,0
0,8
0,6
0,4
0,2
О
f(h) 4,0
0,8
0,6
0,4
0,2
О
0,05 0,1 0,2 ОД /24 6 810 tty
.Рис. 293. График зависимости / (7г)от hd.
0,05 0,1 0,2 ОД /24 6 810 tty
.Рис. 293. График зависимости / (7г)от hd.
Кп Qnйвм Рим
Однако явный вид функции F (h) не может быть установлен простым расчетом и при дальнейших рассуждениях будем учитывать лишь монотонность и пределы изменения этой функции.
Изучая характер изменения S для различных дп, о, Двм и hd, следует прийти к выводу, что при повыше
нии сопротивления вмещающих пород и
пласта уменьшается амплитуда AUGrt, причем в том большей степени, чем
выше сопротивление рп пласта и меньше ого мощность.
Ход решения задачи принципиально по изменится, если вместо плоского- двойного электрического слоя рассмотреть цилиндрический слой, расположенный на поверхности сечения пласта скважиной или на поверхности сечения скважиной вмещающей породы. Решение останется справедливым и для случая сочетания плоских и цилиндрических двойных электрических слоев, наблюдаемого в практике исследования скважин. При этом в формулах (430) и (431) значение разности потенциалов Е следует заменить суммой разностей потенциалов двойных электрических слоев, последовательно включенных в рассматриваемую цепь. В частном случае, о котором говорилось выше (см. стр. 506), суммой J57o,i — Еод — Е^д.
(КХ\ ^0 / *(КХ\ ^0 / *ди
(КХ
\ ^0 / *
(КХ
\ ^0 / *
На рис. 294 изображены кривые зависимости —— = /
приближенно рассчитанные по приведенным выше формулам. Величина J XI
отношения —а следовательно, и величина экстремального значения AU^ в центре пласта (как об этом указывалось выше) тем меньше, чем больше отношение /<п 0 — -~ и чем меньше отношение мощности пласта к диаметру скважины.
Рис. 294. Кривые зависимости ДП^ ]ES — f Ui/d0) для различных значений QnlQ& (шифр кривых); сплошные кривые, для рвм = рп, пунктирные — для рвм = р0.
Так как величина отношения
мало зависит от сопротивления пласта, то условие ———-> 0,5
практически может считаться справедливым для неоднородной- среды.
Наличие зоны проникновения фильтрата бурового раствора, повышающего сопротивление КИ1 будет сказываться так же, как и увеличение удельного электрического сопротивления рп, т. е. при наличии зоны проникновения фильтрата бурового раствора, увеличивающей сопротивление пласта, будет уменьшаться амплитуда аномалии ^^сп.
При этом в связи с удалением двойного электрического слоя на границе соприкосновения фильтрата бурового раствора с пластовыми водами от оси скважины телесные углы видимости этого слоя из точек, расположенных по оси скважины, будут возрастать, а следовательно, будет увеличиваться протяженность аномалии ^^7СП и возрастать влияние мощности пласта.
§ 79. ПОТЕНЦИАЛЫ СОБСТВЕННОЙ ПОЛЯРИЗАЦИИ
ПРИ НАКЛОННЫХ ПОВЕРХНОСТЯХ РАЗДЕЛА
При наклонных поверхностях раздела потенциал поля двойного электрического слоя по оси скважины рассчитывается по формуле (417), причем
в данном случае сор и coq будут телесными углами видимости эллиптических сечений^кровли и подошвы пласта скважиной из точки М, в которой опре-
Рис. 295. К вывЬду формулы, определяющей потенциалы собственной поляризации пород при наклонном залегании границ их раздела.Рис. 295. К вывЬду формулы, определяющей потенциалы собственной поляризации пород при наклонном залегании границ их раздела.деляется потенциал двойного электрического слоя [147].
Рис. 295. К вывЬду формулы, определяющей потенциалы собственной поляризации пород при наклонном залегании границ их раздела.
Рис. 295. К вывЬду формулы, определяющей потенциалы собственной поляризации пород при наклонном залегании границ их раздела.
При расположении точки М на оси скважины телесные углы видимости эллиптических сечений сор и со® (рис. 295) равны углам видимости оснований круговых конусов, вершины которых находятся в точке М и оси которых образуют с осью скважины углы
_ Рхр—Р^р Piq—paq
—,,
где Рхр, Рж, Piq и P2q — СО- отвотствошю плоские углы между осью скважины и образующими конусов, проведенными из их вершин к точкам пересечения больших полуосей эллиптических сечений с поверхностью сква
жины.
Для расчета телесных углов видимости cop и со® определяют величины плоских углов j9p и Pq при вершине указанных выше конических поверхностей
рЭ Рхр4г Рар оэ Piq~V"Paq
Рр21 Р —2
и далее по известным формулам
<^ = 2л (1 -cos®(432)
и
a)q = 2 л (1 — cos ®(432')
э э находят искомые зна ния сор и coq.
В качестве примера подробный расчет произведем для одного из этих сечений, например для сечения, расположенного в подошве пласта. С этой целью сперва преобразуем формулу (432) в следующий вид:
о)^=2л(1====L==--\.(433)
\l/i+ig2^/у
Для вычисления величины tg-^y-^ предварительно определим
■х О -АС , Г0
r0 tg а
И
Здесь г0 — радиус скважины; ^ — расстояние точки М от точки пересечения осью скважины подошвы пласта. Тогда
Го , Гр•
t &р+02р = tg ^lp4-tg ^2Р = Zx-Fotga Z1 + r0 tg a =
°21 —tg Pip tg^2p лro
zx2— r02Lg2a
«2fqZi 4fi
~~ Zx2 — Fp2 (1 + tg2 a) ~ l + tg2a — 4£x2 — see2 a ’
4 где
£i = 2i/^o-
Далее вычислим
* Pip-V PupJS^lzHj’lI^^ =
g 2^g(Pip-VP^
— 4fi2—sec2a I / 4i ' \2 _ л 1
- 4iV^-scc2»)
Подставив найденное значение tg-^y-^P в формулу (433), получим
О)р = 2л Г 1■ т \ = 2 Л /1\ ,
(]/l+tg2 —\
где’
=14= -
р t Pip+PwГт/ . /4"i Г2 Л
tg9 (4Ci2—sec2 a) I/ 14- -тг——г— — 1
2 х1 ( 4Ci—sec2 a J J
У(4^i2—sec2 a)2 + 16 /x2—(4^2—scc2a) '
Таким образом, при пересечении скважиной наклонно залегающего двойного электрического слоя, расположенного в подошве пласта в любой точке М, расположейной на оси скважины, будет наблюдаться электрическое поле, потенциал которого ■
Uca 2 /^ГМ52 /М5* )
Рис. 296. Кривые изменения потенциала собственной поляризации пород при пересечении наклонно залегающих двойных электрических слоев (составлены по даннымБ. 10. Вендель- штейна).Рис. 296. Кривые изменения потенциала собственной поляризации пород при пересечении наклонно залегающих двойных электрических слоев (составлены по даннымБ. 10. Вендель- штейна).
Рис. 296. Кривые изменения потенциала собственной поляризации пород при пересечении наклонно залегающих двойных электрических слоев (составлены по данным
Б. 10. Вендель- штейна).
Рис. 296. Кривые изменения потенциала собственной поляризации пород при пересечении наклонно залегающих двойных электрических слоев (составлены по данным
Б. 10. Вендель- штейна).
На рис. 296 приведены кривые, рассчитанные по формуле (434) для различных значений угла а (от 0 и до 90°) наклона плоскости двойного электрического слоя по отношению к горизонтальной плоскости.
Из рис. 296 следует, что увеличение угла а приводит к возникновению на кривых U^ = / (z) ступени, точка перегиба которой располагается на
а — один слой; б — дна слоя (диффузионно-адсорбционные активности пласта и вмещающих пород различны); 1—а=0°;
2 — а = 30°;3 —
а = 45°; 4—а =76°;
5 — а = 90°.
уровне пересечения осью скважины следа плоскости двойного электрического слоя. Следует, однако, заметить, что эта ступень четко проявляется лишь при углах а > 30°. В данных условиях эта особенность кривых может быть использована для качественных суждений о величине угла падения пород при записи кривых в достаточно крупном масштабе глубин.
При наличии совокупности двойных электрических слоев, расположенных в подошве и кровле пласта, а также на стенках скважины, изменение
потенциала по оси скважины при J^.i = JE/2,3 и Код = Код удовлетворяет следующему равенству:’
(435)(435)дтт / 5ч5р \ ^0,1^0,2 ^2,1
(435)
(435)
2’
где
£ 4 (zd-V^d')
3KW*<H-^[4 (Zd+ V)a—sec a]
и
a d0cos a
и, как и ранее,
§ =4zd
P I/(4zda — sec2 a)2 + 16zd2 — (4zd2 — sec2 a) *
На рис. 296, б приведены кривые изменения потенциала по оси скважины, пересекшей наклонно залегающий пласт. При больших углах падения в середине пласта наблюдается уменьшение аномалии А£/сп(рис. 296, б, кривая 4).
§ 80. СВЯЗЬ МЕЖДУ ИЗМЕРЯЕМЫМИ ПОТЕНЦИАЛАМИСОБСТВЕННОЙ ПОЛЯРИЗАЦИИ И ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙАКТИВНОСТЬЮ ГОРНЫХ ПОРОД
Из сопоставления формул (411), (422) и (435) следует, что в пласте доста® точно большой мощности \ диффузионно-адсорбционные свойства которого отличаются от диффузионно-адсорбционных свойств вмещающих пород в условиях однородной среды и соблюдения линейной зависимости между потенциалами собственной поляризации и логарифмом отношения удельного сопротивления фильтрата бурового раствора к удельному сопротивлению пластовых вод 2, амплитуда изменения диффузионно-адсорбционных потенциалов
Jt^an™= - Е. = - (£»., - £„,2 - £2.1) = - (К», вм 1g-
\св, ВМ
(Ata, вм "Ь ^д. вм) X(Ata, вм "Ь ^д. вм) Xtv- I ^В, О tv"I ^В, II
(Ata, вм "Ь ^д. вм) X
(Ata, вм "Ь ^д. вм) X
Ада, п 1g ~Ада| п_BMlg ~
6в, п @в, вм _6в, п @в, вм _(436)(436)СВ, ПСВ, вм
6в, п
@в, вм _
6в, п
@в, вм _
(436)
(436)
X 1g — ’ (Ада, п + -^д, п) ”(Ада, вм Ада> п + К^ п—вм) 1g
св, вм«в, п
л /$в>°^в, п\ j^в, о т ^в,
Ада, вм 1g ~ lg ~) — Ада, п lg ” lg ~
\ св, вмСВ, ВМ /\ св, пСВ, I
• ВМ Iктг,
\ св, ВМ -“-Д, ВМ СВ, П "-Д, ВМ св, вм /
где Ада1«вм и Ада, п — адсорбционная активность вмещающих пород и пласта; ^д, вм ^"д, п и Кд, п-вм — диффузионные коэффициенты на границах сопри-
косновения фильтрата бурового раствора с водами, насыщающими вмещающие породы и пласт, и между последними; ^да, вм = Аа, вм + Кд, вм. ^да, п = = Мча. п 4" ^д, п 0 Кда, п—вм —-4да, вм —-4да, п 4~-^да, вм—п ДиффузИОШЮ-адСОрб- ционные коэффициенты; @В(0, ^в, вм и gB, п — соответственно удельные электрические сопротивления бурового раствора и вод, насыщающих поровое пространство пород, вмещающих пласт, и поры пласта. При 2£д, вм = = Кд, п = 7^д,п-вМ, как это часто наблюдается в условиях скважины,
ягумакс /кгi^ ^в, оjz 1™ ^в, оуi_ ^в>п \
ыи сп = — 71 да, вм 1g ~-^да, п 1g ~-^да, п—вм 1g "—
\КВ, ВМ=В, ПKfl, ВМ /
— — -^да, вм 1g ~-"да, п 1g 2
кв, пев,п
II При рВ1 вм " @в,п
^S0 = _ (к„, „ - Кда, „) 1g А". -
(437)(437)= -(4a.»M-4«.n)lg-^- = -^lg^,бв.п5в,п
(437)
(437)
где Кп — литологический коэффициент (Кп = Лдае вм —- Лда, п) = ^да, вм — —: -^да, п)*
Формула (437) с учетом поправок за температуру может быть исполь
зована для определения удельного сопротивления и минерализации пластовых вод (при известных А да, вм и Л да, ц или К^ и литологии пород по Лда, вм или Лда,п (при известных ^в п, рв’о и Лдап или Лда вм).
При измерении потенциалов собственной поляризации пород с двумя буровыми растворами, фильтраты которых имеют различную концентрацию и удельные сопротивления р' 0 и р" о, при пересечении пластов, отличающихся диффузионно-адсорбционной активностью от активности вмещающих пород, на кривых Псп будут наблюдаться аномалии
при буровом растворе, фильтрат которого имеет сопротивле
ние Рв, о’
^^сп ^(^да, вм 1g^да, п 1g ~^да,п—вм 1g ~"
Кв, вмкв, пкв, вм
= Мда, вм 4* -^д, вм) 1g Мда, п 4~ ^д, и) 1g "Т^
(438)(438)-В, ВМКВ,П
(438)
(438)
Мда, вм — Aia> п 4" Т^д.п—вм) 1g Т-15
СВ, BM
при буровом растворе, фильтрат которого имеет сопротивление 0В, о»
Д17сп = - (7СИ, вм 1g - Кю, „ IgA» _ Кда, IgAS-вмрв.пвм
Мда, вм + Кд, вм) 1g -—— — (-4да, п+ Кд, п) 1g ^в, ВМкв, п
(439)(439)Мда, вм Aia, п 4" Кд, п—вм) lg ” :•
(439)
(439)
Кв, вм
Разность амплитуд аномалий
»сп = dZ7cn - ^сп = К». =» - к» ^ *8=
Рв, о
(440) вмещаю-(441)(440) вмещаю-(441)~ — (4да> вм — ^да, п) 1g —^~
(440) вмещаю-
(441)
(440) вмещаю-
(441)
Рв, оне зависит от удельных сопротивлений вод, насыщающих пласт ищие породы, и дает возможность вычислить разность величинzd U ПТТ — zd Z7рттлда, вм да, п — "да, вм — "да, п —•
1g
Рв, о при различной минерализации вод, насыщающих пласт и окружающие- породы.
Разность диффузионно-адсорбционных коэффициентов 7<да, вм “ -Кда, п> или разность диффузионно-адсорбционных активностей 4да, вм — 4да, и дают возможность вычислить одну из величин, стоящих в левой и средней частях равенства (441), если другая известна и далее по значению вычисленной активности определить породу, к которой она относится, если диффузионно-адсорбционные активности пород, слагающих разрез исследуемой скважины, достаточно постоянны и известны.
Так, например, если пласт представлен рыхлыми песками, для которых 4 да, п ~ 0, диффузионно-адсорбционная активность вмещающих пород, zdZ/nrr— Д11 птт.
Дца, вм =р1— ИЛИ ^да, вм — П •(442)
коРв, о
60Рв,п
Располагая данными о диффузионно-адсорбционной активности пород, приведенными в табл. 24, можно по значениям 4да установить литологию- пород, подстилающих исследуемый пласт. Подобным же образом решается задача и в том случае, когда известны породы, подстилающие и покрывающие- пласт, литологию которого требуется определить.
- В том случае, когда отсутствуют потенциалы фильтрации и диффузионно-адсорбционная разность потенциалов в кровле и подошве пласта близка к нулю (рп, вм ~ рв, п), возможно, воспользовавшись формулами (438) и (439), рассчитать удельное сопротивление вод, насыщающих пласт и вмещающие породы, по формуле
_ ^сп ]g Рв, о ~~ ^^сп 18 Рв, о(443)»
Лгу'ДП'^ *
Когда удельные сопротивления пласта, бурового раствора и вмещающих пород различны, пласт имеет ограниченную мощность и зависимость, между 4Z7cn и логарифмом отношения удельных сопротивлений фильтрата бурового раствора и пластовых вод нелинейна, при расчете диффузионноадсорбционных активностей следует, учитывать, что в этих условиях
И,:Жп°= ~^8
Е» == ЬсКц = Ьс (К. да, вм — Еда, ц) = Ьс (4да, вм 4да, п),
где v — поправка за влияние мощности и удельных сопротивлений пласта и вмещающих пород; г = 1 — гдур (см. стр. 513); Ьс — поправка за нелиней
ность зависимости 4Z7
Коэффициент v определяется по палетке кривых, * приведенных на рис. 294. Коэффициент Ьс в растворах низких концентраций7 близок к единице. В растворах высоких концентраций (приближающихся к нормальным и более) Ьс несколько меньше единицы (в растворах очень высоких концентраций Ьс понижается до 0,6 —0,7). Значение Es может быть также рассчитано по площади аномалии UGn и мощности h пласта, как об этом
говорилось на стр. 507.
Из последней формулы, а также из ряда других формул, приведенных в настоящем и предшествующих параграфах, следует, что амплитуда анома- -лии потенциалов собственной поляризации пород при прочих равных усло
виях определяется величинами отношений: а) удельных сопротивлений gB, о фильтрата бурового раствора и gBi п пластовых вод; б) полных сопротивлений В.о> и Н-7?о, вм бурового раствора и Rn -]- Явм пород, окружающих скважину; в) мощности h пласта и диаметра do скважины, а также (при наличии потенциалов фильтрации) разностью между гидростатическим давлением ро бурового раствора на уровне пласта и его пластовым давлением рп. Таким образом, в создании потенциалов собственной поляризации существенное значение имеют параметры скважины (до (^в, о), do и др.). Это нужно иметь в виду при измерении потенциалов собственной поляризации пород и стремиться работать с буровыми растворами
Фис. 297. К методике проведения таких концентраций и химического состава, нулевой линии на диаграмме по- в условиях которых значения UrTX будут "тецциалов собственной поляриза- и1° »
«ции пород.столь большими и характерными, что
интерпретация диаграмм потенциалов ■собственной поляризации сможет быть выполнена с требуемой точностью.
Для облегчения определения литологии пород по кривым потенциалов собственной поляризации желательно знать положение нулевой линии потенциала на диаграммах UGn. Эта линия может быть проведена в тех слу
чаях, когда: 1) отсутствуют значительные разности потенциалов, созданные -фильтрацией бурового раствора в пласт или пластовых вод в скважину, окислительно-восстановительными реакциями и двойными слоями, расположенными в кровле и подошве изучаемого пласта; 2) известна диффузионно-
адсорбционная активность горных пород на некоторых участках разреза скважины и 3) потенциалы £7^ пропорциональны логарифму отношений
сопротивлений растворов. При соблюдении этих условий для проведения нулевой линии на участках залегания мощных пород с известными значениями К^ { откладывают от кривой £7СП отрезки
zK7< = ^a,,lg-^,«в, i
тде рв, i—сопротивление пластовых вод нго пласта,
и через полученные точки (рис. 297) проводят искомую линию нулевых значений £7СП. Отклонение кривой £7 п от линии нулевых значений UGH при известных сопротивлениях пластовых вод позволяет определить коэффициенты 7Гда_ {в других породах, а следовательно, вычислив Лда { = К t —•
— ^д, i» установить литологию исследуемых пород (если известны значения Л да, i для различных пород изучаемого разреза). Для возможного уменьшения влияния потенциалов фильтрации на точность проведения пулевой линии рекомендуется использовать диаграммы потенциалов собственной поляризации, зарегистрированные с буровыми растворами, имеющими удельное сопротивление фильтрата рв, 0, < 1 ох х, при которых потенциалы фильтрации ничтожны.
За нулевую линию условно могут быть также приняты значения ?7СП в породах, в которых ЙГда, усл и Лда, усл точно известны. В этом случае, при •соблюдении указанных выше условий и достаточно выдержанных минерали- ■зациях и сопротивлениях пластовых вод по разрезу скважины, отклонение, кривой С/сп от «условной» нулевой линии
^^СПусл ' (^да, усл —- -^да, г) 1g ”’ ° = (Л(а, усл -4да, г) Ig В> °Кв, г кв, i
позволяет рассчитать искомые значения Лда, t для других участков разреза и, зная диффузионно-адсорбционную активность изучаемых пород, дать прогноз о вероятной литологии вскрытых отложений. Этот метод детального исследования литологии горных пород в настоящее время находится в стадии разработки. Однако его большие возможности позволяют рекомендовать всемерное расширение дальнейших исследовательских работ с целью создания полностью разработанной методики определения горных пород по их .адсорбционной активности.
§ 81. ЭЛЕКТРОДНЫЕ ПОТЕНЦИАЛЫ
Электродные потенциалы возникают на границе металл электрода — раствор, в котором находятся измерительные электроды зонда, в связи с переходом металла электрода из атомарного в ионное состояние и химического взаимодействия металла с анионами раствора.
При переходе металла в раствор между положительными ионами металла, перешедшего в раствор, и отрицательно заряженной поверхностью электрода возникает электростатическое притяжение, под действием которого катионы удерживаются близ поверхности металла, образуя двойной электрический слой с разностью потенциалов Еэ, величина которой зависит от химических свойств .металла и окружающего его раствора, в частности ■от содержания в растворе анионов, способных вступать в реакции с металлом электрода.
Если металл находится в растворе собственной соли, переходу металла из атомарного в ионное состояние препятствует осмотическое давление ионов металла, содержащихся в растворе. При этом между металлом и раствором возникает разность потенциалов, известная под названием электродного потенциала, числовое значение которого определяется формулой
„ _ ВТ, ВТ, кЕа — Ео хр In Ск ар In ,
где Ео = ^р- In к — стандартный электродный потенциал металла; к — константа равновесия реакции при активности веществ, участвующих в реакции, равной единице; R — универсальная газовая постоянная; Т — абсолютная температура; z — валентность металла; F — число Фарадея; сн — концентрация ионов металла в растворе.
Наблюдения над электродными потенциалами показывают, что потенциал между металлом электрода и раствором его соли наиболее устойчив.
Устойчивость потенциала объясняется, во-первых, большой скоростью процессов, происходящих между металлом электрода и его ионами, в связи с чем потенциал равновесия достигается в течение короткого времени, ит. во-вторых, отсутствием поляризации, обычно наблюдаемой при реакциях между катионами металла и анионами раствора. Вследствие этого электроды, у которых металл находится в растворе его соли, называются неполяриаую- щимися. Если в неполяризующихся электродах металл находится в насыщенном растворе, содержащем избыток соли металла, то между парой таких электродов наблюдается незначительная и притом весьма устойчивая разность потенциалов. Это позволяет рекомендовать неполяризующиеся электроды для измерения потенциалов собственной поляризации пород в скважинах. Использование поляризующихся электродов в практике электрометрии скважин методом собственных потенциалов нежелательно, так как изменение их электродного потенциала может вызвать на диаграммах (?сп аномалии, соизмеримые, а иногда и более интенсивные, чем аномалии, созданные породами, окружающими скважину. В частности, это наблюдается в тех случаях, когда поляризующийся электрод находится на участках скважины^ в пределах которых химический состав бурового раствора изменился вследствие притока пластовых вод.
Потенциал электрода пропорционален температуре окружающей среды. Так как в скважинах температура возрастает с глубиной, то потенциал электрода М, находящегося в скважине, а следовательно, и разность Д1]% электродных потенциалов между электродом М и электродом N, установленным на поверхности, изменяется по мере движения зонда в скважине. При этом
АТТ9 = F — Fa— — Inc — (Еа — 5^ In с = аи ^аМ "* ” 1:0 zF 1 кМ zF kN
= —In —Г„1П—V
zF\ M скМ N ckN /
где индексы M и N указывают, к какому из электродов М или N относится символ.
Полагая для упрощения вывода концентрации солей металла в растворах, окружающих неполяризующийся электрод скМ = с = с, получим
^ = <ТМ — гм) ^ 1п 4" *
Заменяя в последней формуле Тм и- TN, равными их значениями То 4* ' + tM и То + tN, где То = 273°09 К и t и tN ■— температуры точек М и N"1 в °C, будем иметь
JZ79 = (tM — In) ^f ^n Т" *
Но так как
4i =^^»
где Я —глубина нахождения электрода; М и Г—средние значения геотермического градиента до этой глубины, то
dP8 = In А = АГН, где постоянная
Последняя формула показывает, что абсолютное значение изменения [возрастания (при А > 0) и убывания (при Л < 0)[ разности электродных потенциалов пропорционально глубине Н, на которую опущен электрод М, и величине Г геотермического градиента .
§ 82. ПОТЕНЦИАЛЫ ДВИЖЕНИЯ И ОСЕДАНИЯ
Потенциалы движения или трибополяризации возникают при перемощении электродов в буровом растворе. При этом электродный потенциал возрастает или уменьшается в зависимости от металла, из кото
рого изготовлен электрод.
Возникновение потенциалов движения, по-видимому, связано с разру
шением ионного слоя, возникшего на поверхности металла электрода при
«его движении. Эта гипотеза подтверждается опытными исследованиями, которыми установлено, что потенциалы движения располагаются в ряд, обратный ряду напряжений, и резко уменьшаются у нополяризую- щихся электродов. Изменение потенциалов у непо- ляризующихся электродов, не соприкасающихся непосредственно с буровым раствором, может происходить •только за счет незначительных изменений диффузионных потенциалов на границе бурового раствора и раствора соли, окружающего электрод.
Изменение потенциала электрода М в связи с его движением остается достаточно постоянным и практически не сказывается на конфигурации кривой UGn. При остановке зонда потенциал свинцового
электрода М, а следовательно, и разность потенциалов между электродами .М и N мгновенно повышается. Возрастание потенциала отмечается на диаграмме ^сп (Рис- 298). Это позволяет осуществить контроль
за движением электрода, правильностью полярности соединений и точно отметить момент начала подъема зонда, при котором кривая UGT1 смещается в сторону
Рис. 298. Фиксация потенциалов движения на диаграмме потенциалов собственной поляризации вРис. 298. Фиксация потенциалов движения на диаграмме потенциалов собственной поляризации вмоменты остановкиподъема кабеля изонда.моменты остановкиподъема кабеля изонда.отрицательных значений потенциала.
Рис. 298. Фиксация потенциалов движения на диаграмме потенциалов собственной поляризации в
Рис. 298. Фиксация потенциалов движения на диаграмме потенциалов собственной поляризации в
моменты остановкиподъема кабеля изонда.
моменты остановкиподъема кабеля изонда.
Потенциалы оседания (седиментации) возникают в скважине при осаждении на забой твердых частиц породы из бурового раствора. Если •буровой раствор приготовлен на воде, содержащей соли одновалентных и двухвалентных металлов, как это обычно бывает на практике, частицы пород (вследствие преобладающей адсорбции анионов) заряжены отрицательно. В этих условиях при оседании частиц на забой будет наблю
даться уменьшение электрического потенциала в скважине от устья к забою. .
Однако отклонения диаграмм С^сп, созданные потенциалами оседания, отмечаются весьма редко. Заметные отклонения кривых С7сп, обусловленные процессом оседания, могут встречаться'лишь в скважинах, бурящихся
на недостаточно хорошо приготовленном глинистом растворе, на участках скважины, расположенных близ забоя, где процесс оседания частиц наиболее
интенсивен.
§ 83. ПОТЕНЦИАЛЫ ГАЛЬВАНОКОРРОЗИИ
Потенциалы гальванокоррозии наблюдаются при применении поли-» металлических грузов. Такие грузы, находясь в глинистом растворе, в связи о различным значением электродных потенциалов у металлов, из которых изготовлен груз, представляют один или несколько короткозамкнутых галь*
Рис. 299. Влияние гальваиокоррозии груза на конфигурацию кривых Ucn.
1 — кривая кажущегося сопротивления последовательного градисит- эонда МЗАО,25В; 2 — кривая Дуд с грузом, удаленным на 3 м от электрода М; 3 — то же, с грузом, удаленным па 4,5 м от электрода М;
4 — то же, с грузом, удаленным на 8,5 м от электрода М.
панических элементов. Внутренней цепью этих, элементов является глини* стый раствор, внешней — металл груза.
Потенциал электрического поля токов гальваиокоррозии груза в среде, окружающей груз, идентичен потенциалу поля постоянного тока, созданного разнополярными заземлителями (разиометаллическими деталями груза) и, следовательно, зависит от удельных электрических сопротивлений этой среды. При наличии гальваиокоррозии кривая UGn прямо, или зеркально повторяет кривую кажущегося сопротивления последовательного градиент-
зонда. При этом аномалии, возникающие на кривой Z7 созданные полем гальванокоррозии в породах отличного сопротивления, смещаются от точки записи кривой кажущегося сопротивления на расстояние (в масштабе записи), равное расстоянию от электрода М до средней точки между разнометаллическими деталями груза, создающими поле гальваиокоррозии, и резко уменьшаются с увеличением этого расстояния (рис. 299). Эта особенность дает возможность установить наличие погрешностей в измерениях Псп? созданных потенциалами гальваиокоррозии.
В связи с возможным искажением кривых UGH гальваиокоррозией следует стараться не регистрировать кривые UGn с зондами, у которых электрод М расположен на небольшом расстоянии от груза, или измерять t7cn с изолированными грузами. Кривые UGir зарегистрированные с искажениями, созданными гальваиокоррозией, являются браком и непригодны для интерпретации.
§ 84. ПОТЕНЦИАЛЫ ТЕЛЛУРИЧЕСКИХ И БЛУЖДАЮЩИХ ТОКОВ
Теллурические — земные электрические токи естественного происхождения, изменяющиеся во времени и пространство, возникают вследствие ряда физико-химических процессов, наблюдающихся в земле и окружающей ее атмосфере. К таким процессам, в частности, относятся: 1) изменение ионизации верхних слоев стратосферы под действием солнечного и космического излучений и напряженности земного электростатического поля; 2) перенос зарядов осадками и конвекционными токами в атмосфере; 3) электрохимические (в частности, фильтрационные) и термоэлектрические процессы, протекающие в земной коре.
В районах расположения энергетических установок постоянного тока с заземленным фидером наблюдаются также изменяющиеся во времени блуждающие индустриальные токи постоянной полярности. Эти токи при. достаточной мощности электрических установок могут распространяться на довольно значительные расстояния (до 10 км и более) от местоположения заземления (например, рельсового пути электрической железной дороги) токонесущих линий.
Теллурические и блуждающие индустриальные токи, протекая в горных породах, создают разности потенциалов AUX, значения которых пропорциональны средней величине плотности земных токов в данный момопт- времени, среднему электрическому сопротивлению q пород, залегающих между точками М и N, в которых измеряются разности потенциалов JZ7T, и расстоянию I между этими точками.
Электрические потенциалы теллурических и блуждающих токов в случае большой их интенсивности регистрируются при измерении потенциалов собственной поляризации пород и тем искажают кривые UGTr На кривых UGII появляется излишняя иззубренность и аномалии, не соответствующие разрезу исследуемой скважины. Диаграммы Z7cn, искаженные теллурическими и блуждающими токами, являются браком и нс пригодны для интерпретации.
Искажающее влияние блуждающих индустриальных и теллурических токов в наибольшей степени сказывается при исследовании глубоких скважин, расположенных в районах, сложенных породами высокого сопротивления (известняками, ангидритами, доломитами, гипсами, солью и др.), в которых даже при слабых теллурических токах могут наблюдаться значительные разности потенциалов, созданные этими токами. Большая разность потенциалов теллурических токов наблюдается также в районах, прилегаю-
щих к арктическому поясу, что объясняется повышенной плотностью этих токов в полярных областях.
Возникновение значительных разностей потенциалов, создаваемых теллурическими токами в породах Приуралья, по-видимому, объясняется наличием меридионально-расположенного Уральского горного сооружения, сложенного кристаллическими и осадочными, сильно метаморфизованными породами высокого сопротивления. Теллурические токи, имеющие в Европейской части СССР и Западно-Сибирской низменности преимущественно широтное направление, в Приуралье вытесняются с больших глубин па поверхность Земли породами высокого сопротивления. При этом увеличивается плотность теллурических токов в верхних слоях литосферы и изменяется их направление из преимущественно горизонтального в наклонное к поверхности Земли. Возрастание вертикальной составляющей плотности теллурических токов увеличивает вертикальную составляющую разности потенциалов, созданной этими токами, что и приводит к значительным искажениям при измерениях потенциалов собственной поляризации пород в скважинах.
Разности потенциалов земных токов становятся особенно значительными на тех участках земной коры, где в осадочной толще пород пониженного -сопротивления, в которой распространяются токи, вытесняемые с больших глубин, залегают породы высокого сопротивления, как, например, рифовые известняковые массивы и соляные купола. Такие включения в свою -очередь вытесняют токи к поверхности и создают на крыльях структур особенно большие разности потенциалов теллурических токов, нередко исключающие возможность измерения <7СП с необходимой точностью без специальных способов измерений.
Для исключения искажающего влияния теллурических и блуждающих индустриальных токов рекомендуется следующее. *
Проводить замеры Ucn в то время, когда интенсивность нестационарных земных токов минимальна, например в ночное время, когда теллурические токи заметно уменьшаются, или в часы минимального движения трамваев и электропоездов.
Применять специальный трехэлектродный зонд. Два крайних электрода этого зонда N) и N4 (рис. 300, а), длиной 25—50 м каждый, приключены к мостику из трех •постоянных сопротивлений rx, ra и г3 по 250 о.ц и одного переменного сопротивления г4 до 500 ом. В одну диагональ мостика включается элемент Е, в другую (точка N и средний электрод М зонда) —прибор, регистрирующий разность потенциалов. Электрод М имеет обычные размеры. Перед началом измерений включают ключ К и, изменяя сопротивление г4, уравновешивают мостик 'равновесие мостика устанавливается по отсутствию отклонения стрелки гальванометра потенциометра при включении ключа К\, при этом разность потенциалов поляризации предварительно компенсируется компенсатором поляризации. Затем обычным способом регистрируют кривую UGn. Искажающее влияние теллурических и блуждающих токов исключается тем, что эти токи в точках М и N создают одинаковые потенциалы, разность которых в цепи MN практически равна нулю.
Так как электроды Nx и Na имеют большую длину, то среднее значение их потенциала сохраняется достаточно постоянным, в связи с чем кривая измеряемой разности потен циалов между электродом М и точкой N становится идентичной кривой £/сп зарегистрированной при отсутствии теллурических и блуждающих индустриальных токов. В связи с незначительным изменением сопротивлений проводов и заземления для большинства случаев можно вместо мостика применить схему со средней точкой. В этом случае заземления Nx hN4 присоединяются к сопротивлению 800—1000 ом и измеряется разность потенциалов между заземлениями М и средней точкой Л7 этого сопротивления (рис. 300, б).
Применять «стабильный зонд», состоящий из обычного электрода М и электрода N длиной 50—100 м (рис 300, в). В стабильном зонде электрод N играет ту же роль, что и электроды N3 и Na в трехэлектродном зонде. В связи с небольшим расстоянием между электродами М и N искажающее влияние разности потенциалов, созданный теллурическими и блуждающими индустриальными токами, практически становится ничтожным.
Регистрировать градиент <7СП и затем графически строить кривую ^^сц- Градиент С^сп замеряют между электродами М и N, расположенными на расстоянии 0,5—1 м друг от друга (рис. 300, е). Благодаря небольшому расстоянию между электродами М и N разность потенциалов блуждающих и теллурических токов становится ничтожной
и это дает возможность зарегистрировать кривую градиента <7СП без заметных искажений. Однако графическое интегрирование кривых градиент ЕГСП представляет собой трудоемкую операцию. При ее проведении легко внести погрешности, и этот прием может быть рекомендован лишь в тех случаях, когда первые три способа не могут быть использованы.
Регистрировать контрольную кривую Up^ с неподвижным электродом М' (рис. 300, Э) и затем, учитывая сопротивление пород, слагающих разрез, вносить исправления в основную кривую [7].
Рис. 300. Схемы измерения потенциалов собственной поляризации пород при наличии блуждающих земных токов.
а — схема трехэлектродпого зонда с балансировкой пулевой точки; б — то же, о высокими балластными сопротивлениями; в — схема стабильного зонда; а — схема измерения градиента потенциала; 0 — схема с контрольным измерением потенциала собственной поляризации па постоянной базе M'N'; М и N — измерительные электроды; П — измерительный прибор; Мт — мост постоянного тока; R — балластные сопротивления; Э — элемент; К — ключ.■
При измерениях Ucn переменные во времени разности потенциалов, иногда наблюдаются в тех случаях, когда вблизи от исследуемой скважины бурят другую, и исчезают при прекращении бурения. Возникновение переменных разностей потенциалов в этих случаях связано с индукцией э. д. с* во вращающейся колонне бурильных труб магнитным полем земли и сейсмо- электрическими эффектами, наблюдающимися при сотрясении почвы в процессе бурения. При значительной интенсивности этих потенциалов регистрация кривой Z7cn должна проводиться в периоды прекращения бурения скважины, при котором наблюдается появление переменных во времени потенциалов,
§ 85. МЕТОД СЕЛЕКТИРОВАННЫХ ПОТЕНЦИАЛОВ
. СОБСТВЕННОЙ ПОЛЯРИЗАЦИИ
В методе селектированных потенциалов собственной поляризации, разработанном фирмой Шлумберже [171], создаются искусственно условия, уменьшающие влияние мощности пласта и сопротивления вмещающих пород на величину аномалии UGT1. Это обеспечивает возможность выделения по кривым селектированных потенциалов коллекторов малой мощности, залегающих в породах высокого сопротивления.
В методе селектированных потенциалов собственной поляризации в скважину опускается зонд, состоящий из пяти электродов — двух питающих А' и А", измерительного ДГ я электродов сравнения С' и С". Электрод М закрепляется посредине зонда, заземления А' и А’* — по краям и электроды сравнения С* и С" — вблизи от заземлений А' и А" (рис. 301). Второе заземление В питающей цепи и второй измерительный электрод N устанавливаются на поверхности. '
34 заказ 714.
Когда зонд находится против мощного однородного пласта (например, пласта глии) и ток в цепи А'А" — В отсутствует, потенциал точки М и среднее значение потенциалов точек С' и С" равны друг другу и, следовательно, разность потенциалов
(^Н-с/с,)™
2
Равенство потенциалов Пт^ и
(М+М
2
ГЛ
— определяется при помощи измерм
тельного прибора 1 при в глинах измеряется по
■
отключенной
отношению к
ЗГ
В
x\\\\\\\\4\\s
N
А1
СУLa-
Рис. 301. Схема измеренияселектиров а иных поте нциа-лов собственной поляри-зации пород.
А'А" — питающие заземления; М — измерительный электрод; С'С" — электроды сравнения; 1 й 2 — приборы для измерения разности потенциалов; з — источник постоянного тока; 4 — миллиамперметр; 6 — реостат регулирования силы питающего тока; в — ключ; 7 — переключатель; В и N — электроды, установленные па поверхности.
лов UM
^U G,-VUG«^
2
цепи прибора 2. Потенциал
<uG,^uc-Va
2
потенциалу электрода /V, установленного па
поверхности. При измерении этой разности потенциалов отключается прибор 1, включается прибор 2 и измеряется
Ж™ =
(^ + ^)гл
2
uN.
Когда зоцд входит в мощный пласт, представленный породой с меньшим значением диффузионно-адсорбционной активности относительно глин (например, песчаной или карбонатной породой), по морс приближения зонда к центру пласта потенциалы UG, и UG. точек С' и С" становятся все более и более отрицательными. Однако потенциалы этих точек при помощи заземлений А' и А" могут быть увеличены до их значения в глинах. С этой целью через заземления А' и А" от источника тока 3 пропускается ток постоянного направления. Сила тока измеряется и контролируется миллиамперметром 4. Увеличивая силу тока реостатом 5, доводят сроднее зпа-
чение потенциала
ис, + uG„
челия
kuG,-vuc^
2
точек С' и С" до его зна-
2
тл
- в глинах, что устанавливается ио при-
бору 2 (при отключенном приборе 7) и по ранее известному значению разности потенциалов /1[/гл, выполненному в глинах.
При этом, если порода И3 и И2 (рис. 302, а) с пониженной диффузионно-адсорбционной активностью имеет большое удельное электрическое сопротивление (например, представлена плотными известняком или песчаником, в толще которого ниже зонда залегает пласт Я2 более пористой породы пониженное о сопротивления), то разность потенциа-
будет по-прежнему равна нулю. Это объясняется тем, что ток от
электродов А и А' будет протекать в основном по скважине в пласт Я2 повышенной пористости и пониженного сопротивления. При этом в точке М возникает потенциал, равный полусумме потенциалов в точках С' и С".
Когда зонд будет пересекать проводящий пласт Я2, распределение тока изменится так, как это показано на рис. 302, б. При этом между электродами М и С' (С") возникает разность потенциалов (потенциал Пм электрода М будет ниже потенциала UG, электрода ^Э и потенциала UG. электрода С"» •
Для определения разности потенциалов U мс введем следующие обозначения: Во и Вц — соответственно сопротивления ствола скважины между электродами С' и С" и радиальное сопротивление пласта Я2 (см. эквивалентную схему, рис. 302, в), Е — разность (скачок) потенциалов на границе скважина — пласт Я2; U™ — потенциал электродов С в глинах; UN — потенциал электрода N; i — сила тока, отдаваемого в пласт заземления А' и А". Вычислим разность потенциалов между электродами С и
U™ — U N — iН- ^п^ — Е.
При равенстве потенциала электродов С потенциалу 17^ собственной поляризации в мощном, коллекторе ток по оси скважины будет отсутствовать. При этом
U^-Un = E.
Рис. 302. Схемы распределения токов и кривые метода селектированных потенциалов собственной поляризации пород (по Г. Г. Доллю).
а —""схема распределения токов при расположении зонда в непроницаемой породе, высокого сопротивления; б — то же, против проницаемого пласта низкого сопротивления; в — эквивалентная схема сопротивлений; а — кривые селектированной разности потенциалов собственной поляризации пород; 1— кривая потенциалов собственной поляризации пород; 2 — кривая селектированной разности потенциалов собственной поляризации (нулевое значение в песчаных проницаемых породах); з — то же (пулевое значение в глинах); Гц Г4, Гь, Гц — породы высокой диффузионно-адсорбционной активности (глины); Ях, Иц, Иа, И4, Ив, Ию — породы высокого сопротивления (известняки); Пй, Па, Щ, Пу — породы низкой диффузионно-адсорбционной активности и малого сопротивления.
Последние две формулы дают возможность, исключив потенциал}электрода N и разность потенциалов Е, вычислить силу тока:
—2
и рассчитать разность потенциалов между электродами М и О' (С"):
Эта формула может быть записана в более общем виде:
^СП -(E-Uc )^>~-.
где ^Усп—значение селектированной разности потенциалов в изучаемом проводящем-пласте, залегающем среди пород высокого сопротивления; Е— разность (скачок) потенциалов на границе скважина — исследуемый пласт; СТ^—среднее значение щотен- 12$м65«812,5м8
-ш-_,— +_ _ +<
I
^
У У и
(
V
Щ
й?
й1
■ -Л
1%
—t
--U
г <
V
._Д=>"
)-3
и
Рис. 303. Пример кривых селектированных потенциалов собственной поляризации горных пород.
j „кривая разности потенциалов на границе, скважина — пласт; II — то же, по отношению к потенциалу в глинах; III — то же, селектированных потенциалов по отношению к потенциалу в проницаемых породах; IV — кривая потенциалов собственной поляризации; V — то же, с потепциал-зондом; VI — кривая зарегистрированная со сдвоенным градиент-зондом; 1 — плотные породы высокого сопротивления; 2 — проницаемые породы; з — непроницаемые породы низкого сопротивления.
циалов электродов сравцения С' и С", созданных током I, проходящим через заземления Л' и Л".
Наличие двух кривых (/177^)гл и (гШ^)п, записанных с двумя значениями потен- (77с,+ rjc, V1JI^uG,A-trG,f
циала Uc, например в мощных глинах-и в мощных песках—-——-— ,
дает возможность определить величину диффузионно-адсорбционпой разности потенциалов в пластах песков или глин малой мощности, залегающих среди плотных пород большой мощности и высокого сопротивления.
В этом случае
^U®B-(E-U^
До ~j“ 2Дд
Исключив дробь —=—— иа двух последних уравнений и решая их от нос и- тельно Е. получим
(AU^-{AU^
п(^Сп)
с °ии^-ААи^та
Условно принимая значение потенциала U™ за нулевое, последшою^формулу можно упростить
(444)(444)_ п (^сп)™
(444)
(444)
Е”и° ~Ци^™^(Ы^
Метод селектированных потенциалов собственной поляризации пород дает возможность более четко выделять тонкие пропластки песков и глин среди пород высокого сопротивления и точнее оценивать их диффузионно-адсорбционную активность, а следовательно, и литологию.
На рис. 302, в приведены кривые, иллюстрирующие характер изменения селектированных потенциалов собственной поляризации в пропластках песков и глин, залегающих в толще пород высокого сопротивления, и па рис. 303 — пример из практики.
§ 86. МЕТОД ЭЛЕКТРОДНЫХ ПОТЕНЦИАЛОВ
В методе электродных потенциалов (как об этом говорилось в § 4, ч. 1) измеряются разность потенциалов между двумя электродами, изготовленными из металла, возможно далее расположенного в ряду напряжений
Рис. 304. Схема лабораторной установки и кривые разности электродных потенциалов, зарегистрированные в сульфидной руде с электродами, изготовленными из различных металлов (по А. С. Семенову).'Рис. 304. Схема лабораторной установки и кривые разности электродных потенциалов, зарегистрированные в сульфидной руде с электродами, изготовленными из различных металлов (по А. С. Семенову).'
Рис. 304. Схема лабораторной установки и кривые разности электродных потенциалов, зарегистрированные в сульфидной руде с электродами, изготовленными из различных металлов (по А. С. Семенову).'
Рис. 304. Схема лабораторной установки и кривые разности электродных потенциалов, зарегистрированные в сульфидной руде с электродами, изготовленными из различных металлов (по А. С. Семенову).'
от металла, разведываемого рудного ископаемого. Один из электродов М постоянно соприкасается со стенкой скважины, второй N находится в буровом растворе (см. рис. 12, в).
При соприкосновении скользящего электрода М с рудным включением, имеющим электронную проводимость, между электродами М и ТУ возникает разность потенциалов Ub, величина которой тем больше, чем больше разность нормальных электродных потенциалов руды и электрода.
НЯз @* ИЯ5-НЯз @* ИЯ5-
НЯз @* ИЯ5-
НЯз @* ИЯ5-
Рис. 305. Пример диаграммы электродных потенциалов в рудной сква-жине (по А. В. Мейеру).
а — кривая метода скользящих контактов; б — кривая электродных потенциалов;I — разрез скважины по данным бурения; II — то же, по геофизическим дан-ным. 1 — углисто-глинистые сланцы; 2 — мелко вкрапленная руда; з — сплошнаяруда; 4 — богатая вкрапленная руда; 5 — песок.
Применяя при поисках тех или иных рудных включений электроды, изготовленные из различных металлов, при пересечении зондом рудного тела можно получить оптимальную разность потенциалов.
На рис. 304 изображены кривые разности потенциалов, полученные А, С. Семеновым [165] в лаборатории при исследовании сульфидных руд с электродами, изготовленными из различных металлов. Наибольшие зна-
чения разности потенциалов наблюдались при применении железных, цинковых и особенно магниевых электродов. Из перечисленных электродов железные имеют конструктивное преимущество. Они обеспечивают возможность изготовления надежных жестких (щеточных) контактирующих электродов.
На рис. 305 приведена кривая электродных потенциалов, зарегистрированная в одной из скважин, вскрывшей рудные объекты. Из сопоставления кривых, изображенных на рис. 305, следует, что метод электродных потенциалов отмечает аномалией только рудное тело, позволяя тем самым во многих случаях однозначно решить задачу исследования.
Границы рудного тела отмечаются на кривых потенциалов электродной поляризации резкими изменениями потенциала, позволяющими достаточно точно установить мощность рудного включения, создающего аномалию.
ГЛАВА XI
МЕТОД ПОТЕНЦИАЛОВ ВЫЗВАННОЙ ПОЛЯРИЗАЦИИ
§ 87. ПРИРОДА ПОТЕНЦИАЛОВ ВЫЗВАННОЙ ПОЛЯРИЗАЦИИ ПОРОД
Потенциалы вызванной поляризации пород возникают в результате физико-химических процессов, происходящих в горных породах при прохождении электрического тока, а именно:
между минералами с электронной проводимостью и соприкасающимися с ними растворами солей (пластовыми водами и фильтратом бурового раствора) — окислительно-восстановительные процессы и, в частности., электродная поляризация;
на границе между непроводящими минералами и указанными растворами — электроосмос, объемная и адсорбционная поляризации и электрическая емкость породы;
непосредственно в самих растворах — концентрационная поляризация.
Остановимся несколько подробнее на природе указанных явлений,
ЭЛЕКТРОДНАЯ ПОЛЯРИЗАЦИЯ
Электродная поляризация наблюдается в породах, содержащих минералы с электронной проводимостью (сульфиды, некоторые из окислов, графит и самородные металлы). При прохождении тока на поверхности этих минералов в участках входа и выхода тока выделяются продукты электролиза (водород — в местах входа тока и кислород или хлор — в местах его выхода). Выделяющиеся газы насыщают поверхности минералов с металлической проводимостью и образуют элемент с газовыми (водородными и кислородным или хлорным) электродами. Образовавшийся элемент при выключении питающего тока разряжается и создает электрическое поле вызванной поляризации. Потенциалы CZBn этого поля зависят от содержания в породе минералов с электронной проводимостью.
Наиболее активными минералами являются сульфиды (особенно пирит, пирротин, халькопирит) и графит. Менее активны окислы, обладающие металлической проводимостью, в частности магнетит и гематит.
Величина потенциалов вызванной поляризации минералов с электронной проводимостью зависит от плотности возбуждающего тока. При малых значениях плотности тока с ее увеличением наблюдается резкое возрастание потенциалов вызванной поляризации. При дальнейшем повышении плот* ности тока возрастание потенциалов становится все менее и менее интенсивным (рис. 306, а, в и е).
При выключении возбуждающего тока сперва отмечается быстрое, а затем постепенное убывание потенциалов вызванной поляризации пород со временем. Этот процесс в зависимости от сопротивления среды, включающей рудные минералы, и их химического состава может продолжаться от
нескольких минут до многих часов. На рис. 307 приведены в виде примера зависимости ?7ВП = / (т).
В связи с тем, что разрядка микроэлементов происходит достаточно медленно, при увеличении и последующем уменьшении силы I и плотности / возбуждающего тока наблюдается характерный ход кривой UBn = = / (7), по конфигурации подобной гистерезисной кривой намагничения (см. рис. 306, а, б, в, г и ж).
При замере разностей потенциалов UBI1 при различных силах токов, через равные промежутки времени площадь «гистерезисной» кривой характеризует скорость разрядки образовавшихся" элементов. Чем больше площадь кривой, тем более устойчивы эти элементы.
ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫЕ ПРОЦЕССЫ
Продукты электролиза, выделяющиеся при прохождении электрического тока через минералы с электронной проводимостью, во многих случаях входят в химическое взаимодействие с минералом. Возникающие при этом окислительно-восстановительные реакции, сопряженные с обменом ■ зарядами между окисляющей и окисляющейся средами, создают на поверхности окисляющихся минералов разность потенциалов и в окружающей среде электрическое поле, по своему характеру тождественное полю электродной поляризации \
Окислительно-восстановительные потенциалы наблюдаются в сульфидах, окислах и высококарбонизированных каменных углях.
Процесс окисления сульфидов, например пирита, протекает по следующей схеме. Выделившиеся при электролизе хлор и кислород в присутствии воды входят в реакцию с пиритом по уравнениям:
2FeSa + 7О2 + 2Н2О = 2FeSO4 + 2H8SO4
2FcSB 4- ЗС12 + 4Н2О*= 2FeCls + HaSO4+ 3HaS
Поверхность пирита, как об этом говорилось выше, адсорбирует ионы железа из образовавшихся растворов сернокислого и хлорного железа и - аряжается положительно. В окружающей среде возникает отрицательны заряд за счет противоионного слоя SO" и С1“. При выключении тока образовавшийся элемент разряжается и создает в окружающей среде электрическое поле вызванной поляризациив
Процесс возникновения вызванных потенциалов при окислении высококарбонизированных каменных углей, по-видимому, протекает по следующей схеме. При окислении угля, содержащего минералы с электронной проводимостью, в водной среде в зонах выхода тока из угля будет происходить разрядка ионов С1~, ЗОГ” и ОН"" по следующим схемам:
4С1~ -> 4С1 + 2НаО + 4© = 4НС1 + 20 + 4©'
2S0y -> 2SO4 -J- 4© + 2НаО = 2HaSO4 + 4© © 20
4ОН” -► = 40 + 2НаО + 4©
Выделяющийся атомарный кислород окисляет углистое вещество, образуя карбоксильные соединения.
Процесс электродной поляризации с электрохимической точки зрения является частным случаем окислительно-восстановительного процесса, при котором реакция окисления и восстановления происходит с газообразными продуктами, выделяющимися на поверхности проводника с металлической проводимостью при переходе этих продуктов» из ионного в атомарное состояние. •
Рис. 306. Зависимость вызванных потенциалов от плотности (силы) возбуждающего тока в различных минералах и горных породах.
а — халькопирит; б — гематит; в — донбасский антрацит; а — глина; 9 — песчаник; в — известняк.
Рис. 307. Кривые изменения потенциалов вызванной поляризации во времени, ^вп
.а — кривые —(т^ 1 ~ каменный уголь; 2 — песчаник; б — кривые Руп”/ (т) в полулога- иВП
рифмической системе координат; 3 —железо. Лж = 225 сек ; 4 —известняк, Я^ = 25., Я™—225 сек.; Яд = 150 сек., я®=190сек.; 5 — доломит, Л^ = 19 сек., Л^ = 65 сен., Я§=135 сек.; 6 — песчаник Я^ЗО сек., Л^—^вб сек., Яд=155сек.
В результате происходящих реакций поверхность угля заряжается отрицательно, а раствор, соприкасающийся с углем со стороны выхода тока, обогащается кислотами, что подтверждается следующим опытом [178]. Если поместить в ванночку 2, изображенную на рис. 308, образец высококарбо- низироваиного каменного угля и заполнить отделения 3 и 4 ванночки раствором КС1, например концентрации 0,1 и. с нейтральной характеристикой (pH = 7 -4-8), то после пропускания тока в отделении ванночки, с которым соединен отрицательный полюс источника тока, будет наблюдаться резкое уменьшение pH в связи с увеличением концентрации водородных ионов
ааРис. 308. Схема измерения потенциалов вызванной поляризации на образцах горных пород.Рис. 308. Схема измерения потенциалов вызванной поляризации на образцах горных пород.а — схема измерения; измерительные ячейки; б — парафиновая ванна; в — резиновая гильза; 8 — U-образпая трубка. 1 — образец; 2 — парафиновая ванночка; з и 4 — отделения ванночки, заполненные раствором электролита; 5 — сифоны; 6 — электродные стаканы с насыщенными каломелевыми электродами, заполненные KO1; 7 — потенциометр; 8 — пульсатор; 9 — питающая батарея; 10 — элемент потенциометра; 11 — реостат, регулирующий напряжение; 12 — вольтметр; 13 — реостат для регулирования числа оборотов пульсатора; 14 — источник питания мотора пульсатора; R — магазин сопротивления 1—100 ом; А и В — питающие электроды; М и N — электроды, измеряющие потенциалы вызванной поляризации пород; М' и N' — электроды, измеряющие величину омического падения напряжения на образце.а — схема измерения; измерительные ячейки; б — парафиновая ванна; в — резиновая гильза; 8 — U-образпая трубка. 1 — образец; 2 — парафиновая ванночка; з и 4 — отделения ванночки, заполненные раствором электролита; 5 — сифоны; 6 — электродные стаканы с насыщенными каломелевыми электродами, заполненные KO1; 7 — потенциометр; 8 — пульсатор; 9 — питающая батарея; 10 — элемент потенциометра; 11 — реостат, регулирующий напряжение; 12 — вольтметр; 13 — реостат для регулирования числа оборотов пульсатора; 14 — источник питания мотора пульсатора; R — магазин сопротивления 1—100 ом; А и В — питающие электроды; М и N — электроды, измеряющие потенциалы вызванной поляризации пород; М' и N' — электроды, измеряющие величину омического падения напряжения на образце.
а
а
Рис. 308. Схема измерения потенциалов вызванной поляризации на образцах горных пород.
Рис. 308. Схема измерения потенциалов вызванной поляризации на образцах горных пород.
а — схема измерения; измерительные ячейки; б — парафиновая ванна; в — резиновая гильза; 8 — U-образпая трубка. 1 — образец; 2 — парафиновая ванночка; з и 4 — отделения ванночки, заполненные раствором электролита; 5 — сифоны; 6 — электродные стаканы с насыщенными каломелевыми электродами, заполненные KO1; 7 — потенциометр; 8 — пульсатор; 9 — питающая батарея; 10 — элемент потенциометра; 11 — реостат, регулирующий напряжение; 12 — вольтметр; 13 — реостат для регулирования числа оборотов пульсатора; 14 — источник питания мотора пульсатора; R — магазин сопротивления 1—100 ом; А и В — питающие электроды; М и N — электроды, измеряющие потенциалы вызванной поляризации пород; М' и N' — электроды, измеряющие величину омического падения напряжения на образце.
а — схема измерения; измерительные ячейки; б — парафиновая ванна; в — резиновая гильза; 8 — U-образпая трубка. 1 — образец; 2 — парафиновая ванночка; з и 4 — отделения ванночки, заполненные раствором электролита; 5 — сифоны; 6 — электродные стаканы с насыщенными каломелевыми электродами, заполненные KO1; 7 — потенциометр; 8 — пульсатор; 9 — питающая батарея; 10 — элемент потенциометра; 11 — реостат, регулирующий напряжение; 12 — вольтметр; 13 — реостат для регулирования числа оборотов пульсатора; 14 — источник питания мотора пульсатора; R — магазин сопротивления 1—100 ом; А и В — питающие электроды; М и N — электроды, измеряющие потенциалы вызванной поляризации пород; М' и N' — электроды, измеряющие величину омического падения напряжения на образце.
образовавшейся кислоты. Одновременно с этим будет изменяться поверхность угля, которая со стороны выхода тока покрывается матовым налетом, характерным окисленному состоянию углей. Со стороны положительного электрода отмечается возрастание pH, причем поверхность угля блеска не теряет.
Потенциалы окислительно-восстановительной поляризации пород, так же как и потенциалы электродной поляризации, возрастают с увеличением плотности тока, причем тем- более интенсивно, чем меньше эта плотность.
После выключения тока потенциалы окислительно-восстановительной поляризации уменьшаются с течением времени; характер этого процесса однотипен с изменением во времени потенциалов электродной поляризации.
Так как при электролитическом окислении и восстановлении минералов, составляющих породу, одновременно окисляются и восстанавливаются газообразные продукты электролиза при переходе их из ионного состояния в атомарное, то потенциалы окислительно-восстановительных реакций не отделимы от электродных и практически должны рассматриваться как следствие одного общего окислительно-восстановительного процесса.
ЭЛЕКТРООСМОС
Потенциалы вызванной поляризации электроосмотического происхождения (В. Н. Дахнов) возникают в результате избирательной адсорбции из раствора ионов одного знака частицами породы. В этом случае раствор, насыщающий поровое пространство породы, приобретает заряд другого- знака и при приложенном извне напряжении перемещается к электроду противоположной полярности. При движении раствора будет повышаться давление жидкости в порах породы в направлении ее течения. При выключении тока под действием возникшей разности давлений поровые воды будут перемещаться в обратном направлении, что приведет к возникновению потенциалов течения. Величина потенциала течения будет зависеть от структуры породы, ее химического состава и концентрации солей, растворенных в поровых водах.
Так как количество жидкости, протекающей через капилляр при электроосмосе, пропорционально силе проходящего тока /, ^-потенциалу, диэлектрической проницаемости а, удельному электрическому сопротивлению р и вязкости у жидкости, то и давление жидкости и возникающие после выключения тока потенциалы течения будут линейно зависеть от силы (плотности) возбуждающего тока, величины ^-потенциала, электрических свойств (s и 5) и вязкости у жидкости, заполняющей поровое пространство породы.
ОБЪЕМНАЯ ПОЛЯРИЗАЦИЯ.
Потенциалы объемной поляризации (М. Г. Латышова) возникают при смещении в электрическом поле иоцов, адсорбированных* поверхностью частиц, образующих породу. После выключения электрического тока двойной электрический слой, деформированный объемной поляризацией, возвращается в исходное состояние, что приводит к смещению зарядов и возникновению тока вызванной поляризации.
Сущность потенциалов объемной поляризации может быть установлена на примере поляризации сферической частицы в однородном электрическом поле напряженности:
E = jq,
где / —плотность поляризующего тока; р— удельное электрическое сопротивление среды, в которой находится частица.
Из теории электрического поля известно [175], что при внесении в однородное электрическое поле сферической частицы радиуса а (рис. 309, а\ имеющей сопротивление рч, отличное от сопротивления q вмещающей среды, потенциал этого поля изменяется на величину
е + 2дч Я8 ’
где U — значение потенциала в исследуемой точке до внесения частицы; R — расстояние от центра частицы до этой точки.
Следовательно, при внесении сферической частицы бесконечно большого сопротивления рч = оо в однородное электрическое поле его потенциал примет следующее значение:
U' = U+AU = ^^^-4.^-yT = ^A-^yUc-R№6EY (445) где IIе — величина потенциала поляризующего поля в центре частицы. ’
Ионы двойного электрического слоя (рис. 309, б) будут смещаться под действием тангенциальной составляющей
Е6=(—= А +£sin0 = 4--Esinfl (446)
\/ (i\у *w
напряженности поля IF и поляризовать частицу.
Наибольшее смещение ионов будет наблюдаться в «экваториальной» области при 0 = зт/2.
При смещении ионов в «полярные» области частиц в этих областях будет изменяться концентрация водородных ионов, от которой зависит структура двойного электрического слоя, окружающего частицу.
бобъемную поляризациюбобъемную поляризациюа
б
объемную поляризацию
б
объемную поляризацию
Рис. 309. Схема, поясняющая породы.
а — электрическое поле вблизи частицы породы; б — поляризациядвойного электрического слоя.
Судя по длительности спада потенциалов вызванной поляризации со временем, о чем будет подробнее сказано ниже, поляризация, вероятно, захватывает наиболее глубокие • области двойного электрического слоя, сформированные отдиссоциированными ионами гидролизированных молекул твердой фазы. Эти ионы, относящиеся к трудно растворимым соединениям, при прохождении электрического тока практически не отрываются от частиц и создают объемную поляризацию с вектором поляризации Р, числовое значение которого будет пропорциональным величине приложенного напряжения Е. Следовательно, вектор Р будет пропорционален плотности поляризующего тока и удельному сопротивлению исследуемой среды.
Так как ^количество ионов, смещающихся в электрическом поле и создающих поляризацию частицы, пропорционально поверхности частиц, то вектор поляризации должен находиться в прямой зависимости от удельной поверхности So этих частиц, соприкасающихся с растворами:
(447)(447)Р = CS 0Е = ~Е=С1-^-,° а1 а *
(447)
(447)
где С и Ct = ЗС — коэффициенты, зависящие от химического состава твердой и жидкой фазы (в частности, величины С-потенциала); а — средний радиус частиц.
При поляризации линейного образца породы длиной I на его концах возникает разность потенциалов вызванной поляризации:
(448)(448)==== 4^1 ™1.
(448)
(448)
Д11 НИ1 д
Безразмерный коэффициент
(449)(449)я^вп 4лС1
(449)
(449)
'~ 4U ~ а
называется вызванной электрохимической активностью породы (см. § 88).
Чем больше приложенное напряжение, а следовательно, сила 1 и плотность / поляризующего тока, том значительнее будут смещены заряды и больше величина разности ^^Вп потенциалов объемной поляризации пород» Линейная зависимость потенциалов объемной поляризации от силы и плотности возбуждающего тока подтверждается лабораторными исследованиями, выполненными на обломочных песчано-глинистых породах (см. рис. 306, д).
В области достаточно высоких напряжений прямая пропорциональность смещения ионов приложенному напряжению не наблюдается, и при дальнейшем повышении уже достаточно больших значений U и / зависимость Л£/Вп = = / ^AU) = / (/) возрастает все менее и менее интенсивно, т. е. так, как это наблюдается при электродной поляризации пород (см. рис. 306, а и в).
ГИПОТЕЗА АДСОРБЦИОННОЙ ПОЛЯРИЗАЦИИ
Эта гипотеза (В. Вакье) предполагает адсорбцию поверхностью частиц, составляющих породу, ионов, передвигающихся в электрическом поле под действием внешнего (поляризующего) напряжения. Чем менее концентрирован раствор, заполняющий поровое пространство и, следовательно, чем более беден ионами слой адсорбированной воды и чем больше находится в породе глинистых минералов, обладающих большой адсорбционной способностью, тем в большей степени адсорбируются из раствора движущиеся в электрическом поле ионы (например, катионы при токе положительного направления) и сильнее поляризуется порода.
При выключении возбуждающего тока потенциалы вызванной поляризации электроосмотического и объемного происхождения уменьшаются со временем, причем их убывание происходит более интенсивно, чем убывание потенциалов окислительно-восстановительных реакций.
ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ЕМКОСТЬ, ПОРОД
В гипотезе электроемкостного происхождения потенциалов вызванной поляризации, предложенной К. Шлумберже, зернистая горная порода рассматривается как среда, составленная из большого числа микрокоиденса- торов, обкладками которых является раствор, а диэлектриком —частицы, составляющие породу. При пропускании тока частицы породы заряжаются. При прекращении тока наведенный заряд стекает в окружающую проводящук> среду и создает в последней разность потенциалов вызванной поляризации.
Малая вероятность возникновения значительных вызванных потенциалов емкостного происхождения в условиях, когда обкладки микроконденсаторов замкнуты низкоомным раствором, дает возможность предполагать второстепенное значение электрической емкости зерен породы в механизме создания потенциалов вызванной поляризации.
КОНЦЕНТРАЦИОННАЯ ПОЛЯРИЗАЦИЯ
Вызванные потенциалы концентрационной поляризации, впервые установленные работами Ленинградского научно-исследовательского физического института (НИФИ) х, возникают вследствие изменения концентрации
Отчеты по работам НИФИ за II и IV кварталы 1935 г. и сводка по работам ;1935 г.
растворов при прохождении электрического тока через породу. Как показали указанные выше работы, при прохождении электрического тока через ячейку, заполненную кварцевым песком, насыщенным хлористым натрием, наблюдается повышение концентрации раствора в зоне входа тока и уменьшение концентрации в зоне выхода тока из ячейки [4]. При прекращении тока вследствие разности концентраций растворов в породе возникает разность потенциалов, тождественная диффузионно-адсорбционной разности потенциалов собственной поляризации пород.
ВЫЗВАННАЯ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ
Свойство горных пород поляризоваться при наложении внешнего электрического поля оценивается следующими безразмерными параметрами.
Вызванной электрохимической активностью породы
jyBn £вп
== ~1<450>
где АП и Е — разность потенциалов и напряженность внешнего (поляризующего) поля; J<7bh и Квп— то же, поля поляризации; Р — вектор поляризации.
Электрической восприимчивостью или коэффициентом поляризуемости породы
= 1 = 4s..(451)
Проведенными исследованиями установлена зависимость вызванной электрохимической активности от напряженности внешнего (поляризующего) поля при достаточно высоких ее значениях. Поэтому для сравнительной оценки изучаемого свойства горных пород целесообразно пользоваться величинами вызванной электрохимической активности, определенными при напряженности внешнего поля, стремящейся к нулю, при которой
мало зависит от Е.
Измерениями вызванной электрохимической активности образцов горных пород установлена зависимость этого параметра от минералогического (химического) состава пород.
В породах, содержащих минералы с электронной проводимостью и особенно легко окисляющиеся минералы, вызванная электрохимическая активность возрастает с увеличением количества этих минералов в единице объема породы.,
Наибольшая электрохимическая активность наблюдается у чистых высокоактивных минералов — в сульфидах (пирите, халькопирите, сфалерите) и высококарбонизированных каменных углях, у которых потенциалы вызванной поляризации имеют окислительно-восстановительную природу. Значительно менее активны некоторые окислы (гематит, касситерит и др.) ■и низкосортные каменные угли. Еще меньшей активностью характеризуются породы, содержащие рассеянные включения высокоактивных минералов, как, например, пиритизированные осадочные и изверженные породы.
Характерной особенностью вызванной электрохимической активности, возникающей в результате окислительно-восстановительных реакций и, в частности, электродных процессов, является большая зависимость этого параметра от напряженности внешнего поля. Эта зависимость наблюдается
даже при относительно небольших значениях Е, причем при возрастании Е величина Лв уменьшается. Минералы и горные породы, вызванная электрохимическая активность которых так же, как и у металлов, резко зависит от величины напряженности внешнего поля, в дальнейшем будем называть минералами и породами с металлоэлектрическими свойствами или металлоэлектрическими минералами и породами. К таким породам и минералам относятся указанные выше сульфиды и высококарбонизированные каменные
угли.
Вторым характерным признаком металлоэлектрических минералов и пород является величина времени, необходимого для разрядки поляризованного минерала или породы. Это время у металлоэлектрических пород и минералов значительно больше, чем у остальных пород, не обладающих явно выраженными металлоэлектрическими свойствами.
В обломочных породах, не содержащих заметных количеств металлоэлоктрических минералов, вызванная электрохимическая активность имеет объемно-поляризационную природу.
В этом случае при отрицательных значениях
1^, амм1^, аммРис. 310. Зависимость потенциалов вызванной поляризации песчаноалевритовых пород от удельного сопротивления вод, насыщающих породу. Цифры у кривых указывают проницаемость породы в миллидарси (по М. Г. Латышевой).Рис. 310. Зависимость потенциалов вызванной поляризации песчаноалевритовых пород от удельного сопротивления вод, насыщающих породу. Цифры у кривых указывают проницаемость породы в миллидарси (по М. Г. Латышевой).^■-потенциала величина вызванной электрохимической активности возрастает с увеличением абсолютного значения ^-потенциала и находится в прямой зависимости от удельной поверхности частиц, составляющих породу.
1^, амм
1^, амм
Рис. 310. Зависимость потенциалов вызванной поляризации песчаноалевритовых пород от удельного сопротивления вод, насыщающих породу. Цифры у кривых указывают проницаемость породы в миллидарси (по М. Г. Латышевой).
Рис. 310. Зависимость потенциалов вызванной поляризации песчаноалевритовых пород от удельного сопротивления вод, насыщающих породу. Цифры у кривых указывают проницаемость породы в миллидарси (по М. Г. Латышевой).
Эти зависимости подтверждаются экспериментальными данными, установившими следующее.
Уравнение (448), показывающее пропорциональность потенциалов вызванной поляризации удельному сопротивлению породы, справедливо лишь при удельном сопротивлении поровых вод, превышающем 0,7 ом м (рис. 310). При более низких удельных сопротивлениях вод, насыщающих поровое пространство породы, потенциалы вызванной поляризации падают значительно интенсивнее, чем уменьшается сопротивление. Это объясняется резким снижением величины ^-потенциала при
высоких концентрациях растворов.
В песчано-глинистых породах вызванная активность находится в прямой, почти пропорциональной зависимости от удельной поверхности зерен, составляющих породу (рис. 311, б). Так как величина поверхности увеличивается с уменьшением диаметра зерен и между диаметром зерен и коэффициентом проницаемости пород существует обратная зависимость, то потенциалы вызванной поляризации и вызванная электрохимическая активность песчано-алевритовых пород зависят от их проницаемости и убывают с увеличением последней (рис. 311, а).
При очень высокой дисперсности пород с увеличением степени их дисперсности и с уменьшением проницаемости пород потенциалы вызванной поляризации резко уменьшаются, и в чистых глинах вызванная электрохимическая активность практичести равна нулю (см. рис. 306, д, табл. 25). Резкое* •снижение вызванной активности у глин [187], а также у слабо насыщенных водоносных песков [184], по-видимому, объясняется повышенной концентрацией поровых вод у пелитовых пород, в условиях которой вызванная электрохимическая активность Лв резко уменьшается.
Кроме того, вызванная электрохимическая активность обломочных пород, не содержащих металлоэлектрических минералов, убывает с увели-
Авх«=^Ав[Рп, где Рп— параметр пористости породы.Авх«=^Ав[Рп, где Рп— параметр пористости породы.Рис. 311. Зависимость вызванной электрохимической активности песчано-глинистых пород от проницаемости и удельной поверхности.а — зависимость Ав от проницаемости породы; б — то же, от удельной поверхности.Рис. 311. Зависимость вызванной электрохимической активности песчано-глинистых пород от проницаемости и удельной поверхности.а — зависимость Ав от проницаемости породы; б — то же, от удельной поверхности.
Авх«=^Ав[Рп, где Рп— параметр пористости породы.
Авх«=^Ав[Рп, где Рп— параметр пористости породы.
Рис. 311. Зависимость вызванной электрохимической активности песчано-глинистых пород от проницаемости и удельной поверхности.
а — зависимость Ав от проницаемости породы; б — то же, от удельной поверхности.
Рис. 311. Зависимость вызванной электрохимической активности песчано-глинистых пород от проницаемости и удельной поверхности.
а — зависимость Ав от проницаемости породы; б — то же, от удельной поверхности.
Горные породы
Лв X 10»
иэх 104
Пески и песчаники крупнозернистые и грубозернистые
0,3—1,0
0,25—0,8'
Пески и песчаники среднезернистые
0,8—5,0
0,65—4
Пески и песчаники мелкозернистые и тонкозернистые
3—20
2,5—16
Алевролиты
10—30
8—25
Алевролиты глинистые
0—30
0—25
Глины| (при насыщении водами достаточно высокой 'минерализации)
0
■ 0
Таблица 25
Вызванная электрохимическая активность Лв и электрическая восприимчивость (коэффициент поляризуемости) хэ некоторых песчано-глинистых горных пород
(при сопротивлении насыщающих вод более 0,65 ом м)
Примечание. Значение Ав настоящей таблицы связано с величинами Ав, приведенными в ранее вышедшей работе автора [7] следующим соотношением
чением влажности породы; вызванная электрохимическая активность воды равна нулю.
В лаборатории вызванная электрохимическая активность образцов горных пород измеряется на установке, схема которой изображена на рис. 308. Для измерения вызванной электрохимической активности определяется сила I поляризующего тока, разность потенциалов 21С/"ВП вызванной поляризации и сопротивление R образца породы. Зная AU^ / и Л, рассчитывают Лв по формуле
35 Заказ 714.
Вместо определения JR и I лучше измерять разность потенциалов ДИ поляризующего поля, установив для этого измерительные электроды на торцах образца и измерив ДИ при прохождении тока. В этом случае
Для пород высокой активности расчет Лв будет более точным по формуле
так как в связи с поляризацией породы измеряемая разность потенциалов ДП уменьшена на Диыг
Наряду с изучением вызванной электрохимической активности горных пород представляет интерес исследование временных зависимостей, определяющих характер убывания потенциалов вызванной поляризации после выключения внешнего (поляризующего) поля.
Измерения показывают, что после выключения поляризующего поля разность потенциалов С7ВП уменьшается со временем т. При этом характер зависимости ^вп = / (г) у различных горных пород не одинаков. В простейшем случае при поляризации однородного металла функция £7ГП - / т) подчиняется экспоненциальному закону
^ВП = ^ВП ° 6 т ,
где Увп —• разность потенциалов искусственно вызванной поляризации в начальный момент наблюдения; Лт — постоянная времени, зависящая от свойств среды.
Для определения постоянной Лг зависимость С7ВП от времени вычерчивается в полулогарифмическом масштабе (см. рис. 307, б); по оси абсцисс в арифметическом масштабе откладывается время т; по оси ординат в логарифмическом масштабе — разность потенциалов ?7ВП вызванной поляризации. Угловой коэффициент прямой ^вп = / (т) опредтеляе постоянную времени Лт = tg а.
Для горных пород, состоящих из минералов различного химического состава, зависимости потенциалов вызванной поляризации пород от времени более сложны. В этих условиях зависимости £7ВП = / (т) в полулогарифмической системе координат могут быть разложены на ряд прямолинейных отрезков. Такой характер кривой Z7Bn = / (т) дает возможность предполагать, что в горных породах функция (/вц = / (т), возможно, является суммой экспоненциальных зависимостей с различными постоянными времени Л (рис. 307 б).
И. И. Ракитянский [184] выделяет две основные экспоненты: одну быстро спадающую с малым значением Лт и вторую долго спадающую с большим Лт. Наличие медленно и быстро спадающих экспонент, на наш взгляд, по-видимому, связано с поляризацией внутреннего — более плотного гидролизного (медленная составляющая) и внешнего — диффузного (быстрая составляющая) ионных слоев.
Для некоторых песчаников при измерениях зависимостей Z7Bn = / (т) в скважинах было установлено, что после пропускания тока положительного Направления спадание ?7ВП со временем происходит медленнее, чем после
пропускания тока отрицательного направления. Время, в течение которого, потенциалы вызванной поляризации пород практически исчезают при про- хождении тока положительного направления, исчислялось десятками минут. У доломитов отмечалось постоянство изменения ?7ВП при токах различного направления. В известняках наблюдались случаи, когда за резким снижением потенциалов вызванной поляризации в первый момент после выключения тока отмечалось небольшое возрастание ^вп и далее плавное снижение ^вп Д0 ИУЛЯ- Приведенные материалы показывают на сложность процессов, происходящих при разрядке поляризованной породы. Возможно, что в дальнейшем зависимости Z7Bn = / (т) смогут быть использованы для выяснения минерального состава и структуры горных пород в скважинах.
§ 89. ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ ПОТЕНЦИАЛОВ ВЫЗВАННОЙПОЛЯРИЗАЦИИ
Изучение электрического поля потенциалов вызванной поляризации горных пород начнем с наиболее простого случая, когда скважина диаметра do пересекает однородную и безграничную среду, вызванная электрохимическая активность которой АВ)П отличается от активности Ав,о среды, заполИзучение электрического поля потенциалов вызванной поляризации горных пород начнем с наиболее простого случая, когда скважина диаметра do пересекает однородную и безграничную среду, вызванная электрохимическая активность которой АВ)П отличается от активности Ав,о среды, заполняющей скважину; величину последней примем равной нулю. Это близко к действительности, так как буровой раствор имеет малую вызванную электрохимическую активность.Для решения задачи введем сферическую систему координат ЯR6 у (рис. 312, а), начало которой расположим в точке А и полярную ось направим вдоль оси скважины. Обозначим через L и RM расстояния от измерительного электрода М соот-няющей скважину; величину последней примем равной нулю. Это близко к действительности, так как буровой раствор имеет малую вызванную электрохимическую активность.Для решения задачи введем сферическую систему координат ЯR6 у (рис. 312, а), начало которой расположим в точке А и полярную ось направим вдоль оси скважины. Обозначим через L и RM расстояния от измерительного электрода М соот-Рис. 312. К выводу формул, определяющих значение потенциала электрического поля вызванной поляризации пород на оси скважины.Рис. 312. К выводу формул, определяющих значение потенциала электрического поля вызванной поляризации пород на оси скважины.ггбба — пласт неограниченной мощности; 6 — то же, ограни-ченной мощности К.а — пласт неограниченной мощности; 6 — то же, ограни-ченной мощности К.ветственно до заземления А и элементарного объема dy пласта с координаветственно до заземления А и элементарного объема dy пласта с координатами R, 6 и У1.При включении тока элементарный объем dv пласта поляризуетсятами R, 6 и У1.При включении тока элементарный объем dv пласта поляризуется
Изучение электрического поля потенциалов вызванной поляризации горных пород начнем с наиболее простого случая, когда скважина диаметра do пересекает однородную и безграничную среду, вызванная электрохимическая активность которой АВ)П отличается от активности Ав,о среды, запол
Изучение электрического поля потенциалов вызванной поляризации горных пород начнем с наиболее простого случая, когда скважина диаметра do пересекает однородную и безграничную среду, вызванная электрохимическая активность которой АВ)П отличается от активности Ав,о среды, запол
няющей скважину; величину последней примем равной нулю. Это близко к действительности, так как буровой раствор имеет малую вызванную электрохимическую активность.
Для решения задачи введем сферическую систему координат ЯR6 у (рис. 312, а), начало которой расположим в точке А и полярную ось направим вдоль оси скважины. Обозначим через L и RM расстояния от измерительного электрода М соот-
няющей скважину; величину последней примем равной нулю. Это близко к действительности, так как буровой раствор имеет малую вызванную электрохимическую активность.
Для решения задачи введем сферическую систему координат ЯR6 у (рис. 312, а), начало которой расположим в точке А и полярную ось направим вдоль оси скважины. Обозначим через L и RM расстояния от измерительного электрода М соот-
Рис. 312. К выводу формул, определяющих значение потенциала электрического поля вызванной поляризации пород на оси скважины.
Рис. 312. К выводу формул, определяющих значение потенциала электрического поля вызванной поляризации пород на оси скважины.
г
г
б
б
а — пласт неограниченной мощности; 6 — то же, ограни-ченной мощности К.
а — пласт неограниченной мощности; 6 — то же, ограни-ченной мощности К.
ветственно до заземления А и элементарного объема dy пласта с координа
ветственно до заземления А и элементарного объема dy пласта с координа
тами R, 6 и У1.
При включении тока элементарный объем dv пласта поляризуется
тами R, 6 и У1.
При включении тока элементарный объем dv пласта поляризуется
с моментом
16л2Н2 ’16л2Н2 ’dp =fPdy = — x^jdv = — %э -^^
16л2Н2 ’
16л2Н2 ’
где Р — вектор поляризации — дипольный момент единицы объема породы; х« и q — ее электрическая восприимчивость и удельное электрическое сопротивление; / —плотность тока, проходящего через элементарный объем Au; 1 — сила тока, отдаваемого заземлением А.
Поляризованный объем с?у породы создает в точке М электрическое
поле, потенциал которого
Но так какНо так как№вп = ^-008^ =^м№вп = ^-008^ =^мxQoIdv cos RRM4л R^j,xQoIdv cos RRM4л R^j,Rm =R2 + L2_2RLcos0Rm =R2 + L2_2RLcos0
Но так как
Но так как
№вп = ^-008^ =^м
№вп = ^-008^ =^м
xQoIdv cos RRM4л R^j,
xQoIdv cos RRM4л R^j,
Rm =R2 + L2_2RLcos0
Rm =R2 + L2_2RLcos0
cos RRmcos RRmR2+RM— L1 R— Z,cos0
cos RRm
cos RRm
- 2RR™ - R~
TO ,„r x^qI (R — L cos 0) R2 sin OdMOdip. xsqI (R — L cos 0) sin OdRdOdtp
" вп " 4лИ2" "(R2 + L2 —2RLcos0)3/2~ 4л (R2+£2 — 2R.L cosO)®^" *
Потенциал вызванной поляризации в точке М, созданный всем объемом поляризованной породы:
СЧш =СЧш =xog/ Г Г / (R — L cos 0) sin OdWdOdip~ J(R2 + Z2 — 2RLeosi)8'2
СЧш =
СЧш =
rp 0 0 v'
Bind
'_ «30/ Г Г (R — R cos 0) sin 0(Жс?0
2“ J J (R2 + z,2^2RLcos0)8/2 "
iro 0
sin 6
Введя вместо R новую переменную
М2=П2 +^2_ 2RLCOS0,приведем интеграл по R к следующему вычисляемому виду:
(R — L cos 0) cZR(R2 + R2 — 2R£cos0)a/2(R — L cos 0) cZR(R2 + R2 — 2R£cos0)a/2
(R — L cos 0) cZR
(R2 + R2 — 2R£cos0)a/2
(R — L cos 0) cZR
(R2 + R2 — 2R£cos0)a/2
sin 0
V ^o + R2sin2 0—r0L sin 20
’ после чего получим
(452)(452)x^qI Г*sin2 f)d() t? / t \
(452)
(452)
ивп= Ar ™ I ,T — "ллд \LTh
° J ]/1 + ^дш20 —£rsin200
где Lr = размер зонда для измерения потенциалов вызванной поля- ризации, выраженный в радиусах скважины, и
sin2 0d6У 1 + L,2sin20 — Lr sin 20sin2 0d6У 1 + L,2sin20 — Lr sin 20
sin2 0d6
У 1 + L,2sin20 — Lr sin 20
sin2 0d6
У 1 + L,2sin20 — Lr sin 20
функция от Lr, приведенная на рис. 313. Числовые значения функции F (Lr) .для различных LT получены графическим интегрированием выражения (452).
Йа графика функции F(Lr) следует, что для всех размеров зонда L < < 0,5 го значения F (Lr) мало отличаются от значения этой функции при
LT = 0, т. е. для зонда с совмещенным питающим Л и измерительным М электродами..
Для этого зонда (L = 0)
F (Lr) = ucf2,
и, следовательно, для зондов с L -> 0
ит=-w-1F ^=4г-=^ •<453>
ЧТШфQUOZug
Расчет поля потенциалов вызванной поляризации при пересечении скважиной пласта ограниченной мощности выполним для наиболее простого случая, когда пласт, вмещающие породы и буровой раствор, заполняющий
Рис. 313. Зависимость функции 2 (mF (1^ от отношения LT = — для различных значений отношения го
kd = М^о (шифр кривых). Точками показаны значения 2[nF (LTL полученные экспериментально (по В. М. Добрынину). ,
скважину, имеют одинаковые удельные электрические сопротивления(gn = рвм = ^о) и вызванная электрохимическая активность ЛВ)П (электро-yl
химическая восприимчивость «а, п =~|~) пласта на много превосходит вызванные электрохимические активности Лв п и ЛВ) о вмещающих пород и бурового раствора; значения последних условно принимаем равными нулю.
Допустим, что расстояние L между измерительным электродом и питающим заземлением столь мало, что электрод М и заземление А можно считать расположенными в одной точке. Выше было показано, что это условие соблюдается, если L < 0,5 го, что обычно выполняется при измерениях потенциалов вызванной поляризации с четырехэлектродным специальным зондом АМА В (см. § 93).
Для решения задачи воспользуемся цилиндрической системой координат AKZT (см. рис. 312, б), начало которой расположим в точке А и ось Z совместим с осью скважины. Обозначим через 21 и R соответственно расстояния от источника тока до подошвы пласта и до элементарного объема dv пласта с координатами г и г.'
При включении тока I элементарный объем dv = rdrdzdy пласта поляризуется с моментом
dp= x01nejdv =dp= x01nejdv =«э, и е^4лК2«э, и е^4лК2«э n@Ir drdzdy4л (?-2 -|-z2)«э n@Ir drdzdy4л (?-2 -|-z2)
dp= x01nejdv =
dp= x01nejdv =
«э, и е^4лК2
«э, и е^4лК2
«э n@Ir drdzdy4л (?-2 -|-z2)
«э n@Ir drdzdy4л (?-2 -|-z2)
и создает в точке М потенциал
Pdv , olr dr dz dw dPU ==-
c R2 4л(г2 + г2)2
Рис. 314, Теоретические кривые потенциалов вызванной поляризации в однородной среде в случае пересечения пласта ограниченной мощности h с вызванной электрохимической активностью Лв п, отличающейся от вызванной электрохимической активности
ггГ7г^
и тактv рп
вмещающих пород, равной пулю (а), и зависимости— - = / (Ад) (б, кривая У) и -
в^вп
= / (ha) (h, кривая 2).
Потенциал вызванной поляризации в точке М, созданный всем объемом поляризованного пласта:
ПО Zl+Л 2лОО Zl-p/l
^вп =^вп =^а, п 6* Г /" j rdrdzdip иэ, п Qi Р Г rdrdz
^вп =
^вп =
4л J J J т^-н2)2- 2 J J "(;2+^)2
ГО «1 ОГО Z1
^), и 614г0^), и 614г0!arctg|zi!arctg|zi^В, 112-^8л</0^В, 112-^8л</0/ z 1 -|— hz । \arc toarc to — .6 rQ5 Го у/ z 1 -|— hz । \arc toarc to — .6 rQ5 Го у
^), и 614г0
^), и 614г0
!arctg|zi
!arctg|zi
^В, 112-^8л</0
^В, 112-^8л</0
/ z 1 -|— hz । \
arc toarc to — .
6 rQ5 Го у
/ z 1 -|— hz । \
arc toarc to — .
6 rQ5 Го у
Если обозначить = Zd и — ha, получим
Uq^0
(454)(454)^ВП = ■—^—[arc bg 2 (Zd н- hd) — arc tg 2zd],
(454)
(454)
На рис. 314, а изображены кривые изменения потенциала вызванной поляризации, рассчитанные по формуле (454), для пластов различных мощностей.
В центре пласта при z^ =^-hd
, макс
U = ——(arc tg /zd+ arc tg h^ = —~— arc tg hd. (455)
BIT 8лй0 ' ь u I о4ла0 6x '
В пласте бесконечно большой мощности
^макслВП(Д = оо)"~ 2^макслВП(Д = оо)"~ 2^в, п 6^ ^в, п 5^4л<708с/0^в, п 6^ ^в, п 5^4л<708с/0(456)(456)
^максл
ВП(Д = оо)"~ 2
^максл
ВП(Д = оо)"~ 2
^в, п 6^ ^в, п 5^4л<708с/0
^в, п 6^ ^в, п 5^4л<708с/0
(456)
(456)
[ранее полученный результат, см. формулу (453)].
Из сопоставления формул (455) и (456) следует, что отношение
максмаксмаксВП (Д=~)максВП (Д=~)■^в, п ^4л^0Лп п аУ8^о■^в, п ^4л^0Лп п аУ8^оarc tg ha = -— arc tg hdarc tg ha = -— arc tg hd
макс
макс
макс
ВП (Д=~)
макс
ВП (Д=~)
■^в, п ^4л^0
Лп п аУ8^о
■^в, п ^4л^0
Лп п аУ8^о
arc tg ha = -— arc tg hd
arc tg ha = -— arc tg hd
возрастает с увеличением мощности пласта (рис. 314,6, кривая I). Практически ■ С/вц0 в пласте конечной мощности не отличается от значения потенциала #вщп=со) при hd > 12, т. е. при значительно бдлыпих значениях, чем при собственной поляризации пород.
На границе пласта zx = О
Отношение
£в“ =0514571
^вп °’ arc tg ,м
при hd-*0 стремится к 1 и при hd-^eo к 0,5. Практически £7в^= 0,5 £7впс при hd>5. Зависимость —~ =/(М приведена на рис. 314,6, кривая 2.
^вп
Когда удельное сопротивление gn пласта отличается от удельных сопротивлений у0 бурового раствора и gBM пород, подстилающих и покрывающих пласт, решение задачи значительно осложняется. Даже в наиболее простом случае, когда пласт имеет бесконечно большую мощность, выражение для плотности тока в среде, окружающей скважину, оказывается столь сложным, что числовые расчеты практически становятся невыполнимыми. В этих условиях приближенное решение задачи может быть получено при помощи электроинтегратора. С этой целью па сотке интегратора моделируется*пласт бесконечно большой мощности, удельного сопротивления дп=ДП|оУо, пересеченный скважиной диаметра d0, заполненной буровым раствором удельного сопротивления g0. Далее, па модели вдоль направлений, проведенных под различными углами 0 к оси скважины, определяется зависимость изменения потенциала V от расстояния до источника тока Л [179]. По данным этих измерений эмпирически устанавливается вид функции:
U = F(^,6Y
Далее вычисляются
’- to апе„ 1 1П’
момент поляризации элементарного объема
7'Л ^В.П ^П/1
ар = ^,npn/av = —^— ch),
и потенциал электрического поля в точке М, совпадающей с точкой А:
1)1)Al, п2лAl, п2л” F' (R, 0) R2 sin 0dKd6dv” F' (R, 0) R2 sin 0dKd6dvtq О О sin оtq О О sin оR2R2
1)
1)
Al, п
2л
Al, п
2л
” F' (R, 0) R2 sin 0dKd6dv
” F' (R, 0) R2 sin 0dKd6dv
tq О О sin о
tq О О sin о
R2
R2
2
= А, и j I /^ (R, 9) sin MRcZ0.
тр 0
sin О
В. М. Добрынин установил, что в достаточно широких пределах изменение угла 0 ^А-<0<-А) функции U = F (R, 0) весьма мало зависит от 6 и может быть представлено следующим эмпирическим уравнением:
(458)(458)-ь 2КП — ^А е RU - 4лН ’
(458)
(458)
где коэффициент b < 1 является функцией д п 0 ^ еп/ео- Числовые значения коэффициента возрастают с увеличением отношения цп 0
В связи со значительным удалением области, расположенной в пределах полярного угла 0 от 0 и до л/6, от измерительного электрода М неточность определения функции U в этой области мало сказывается на интегральном значении потенциала вызванной поляризации. Поэтому для всего поляризованного пространства можно принять
U= F (R, 0) = е Ь R" F (R)4лВ' '
И, вычислив
( — A? -L 1 \brobro
= r 21-^7
рп dR 4л R2 е 4л R3 е ’
элементарного объема: п к ~Ъг°D ПЬг°А^». , "в 4c=dpn ^z±l 8 в,элементарного объема: п к ~Ъг°D ПЬг°А^». , "в 4c=dpn ^z±l 8 в,рассчитать момент поляризации
элементарного объема: п к ~Ъг°D ПЬг°
А^». , "в 4c=dpn ^z±l 8 в,
элементарного объема: п к ~Ъг°D ПЬг°
А^». , "в 4c=dpn ^z±l 8 в,
,%э, п^ I
dp=—to---
где dpn — момент поляризации элементарного объема в том случае, если бы изучаемое пространство было однородным и заполненным средой удельного электрического сопротивления gn-
Согласно принципу взаимности поляризованный элемент объема dv создает в точке М (Л) элементарный потенциал
2Ьгр■
■' дау _dp dp _х8, п^п/ (R—0го)2еR
■R2 * dPn ~ 4л ’ R«
и следовательно, в точке М, совпадающей с заземлением А, потенциал электрического поля вызванной поляризации
оо л: 2я—2Ь -'"-
“n.nCV Г Г Г ^ — Ьг^еR R2Sin0<ZR</0^
4л J ./ /Ro
__ro_ О О
Sin О
то
ОО Лq —
J f(459)
rp 0
Sin О
Введя новую переменную,
20г 0.20ro(ZR R—br0 л , к'
“=—ТГ’'г“=-Т(!-' —н^=‘ + -2-'
получим
^k^—br^E
R4
br°
. 2~R~
tZR =
о
to
sin9
8&r0 (4
eutZu-|-'4
—2b Sin 0
—2b sin 6
ue^du-V f u^du) =
—2b sin 0
= №71 ^+'^”-‘-“= №71 ^+'^”-‘-“00—2b sin 0—2b sin 0
= №71 ^+'^”-‘-“
= №71 ^+'^”-‘-“
0
0
—2b sin 0
—2b sin 0
/4„—2b sin 0
+ e” 2bain9sin0 — &e~2bsin6sjn20) ttg I Zv
и, следовательно, я
[J = ^±E^./ (g—2bsin0—^ sjn g^Q,^
0
2*“17
(460)(460)+ J e-2b8ln0sin« OdO — bf e~2baln%inMd0 =-^-^
(460)
(460)
Интегралы
T
J' = ~lb /sin MS.
6
2
J2 = J e-2b8ln6sinW0, о
T
J3 = — b J e~2b SIn 6 sin3 6d.6 о
элементарно не вычисляются, и интегрирование их выполняется при помощи разложения в ряды. При этом п=со ,,.
14-I 4(п + У(п|)= "(2« + 1)[(2п)!]е/’
7 _ ^ X1 )2/mn(n!)2г2п-1(2п4-1)л12п1
2~ 4 ^l(2zz + l)[(27i)!]2°4(« + f)(n!)2 °
г _«(2^ + 1)^ ,2n24n“1n(«!)2(2n-l) ,2n-ll
~ I 4(n-hi) (n!)2(2«4-l) f(2n)!]2° Г
n=l
Таким образом,
,7= *ьЛ(/1 + Л + 7з) =
611^0,11-^ m X? / 24n—"4 (n!)^ (2л2 4~ n -p 1) jan—l л (2л2-j-3n-|~ 2) , зпМ " d0 Г2 ((2n + l)I(2n)!]24"(п + '1)(л!)2/J*
n*l
Аналогичным образом решаются и более сложные задачи, например задача определения потенциалов вызванной поляризации при наличии зоны проникновения фильтрата бурового 1>аствора [179].
ГЛАВА XII
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УГЛАИ АЗИМУТА ПАДЕНИЯ ПЛАСТОВ
Электрические методы исследования скважин, как об этом ужо говорилось выше, могут быть использованы для бескернового определения угла и азимута падения пород, пройденных скважиной. Эта задача может быть решена методами сопротивления заземления, микрозондов, потенциалов -собственной и вызванной поляризации пород с применением так называемой -трехточечной (трехэлектродной) схемы и методом кажущегося сопротивления. Измерительные устройства, при помощи которых определяют угол .и азимут падения пород в скважине, получили название пластовых наклоно- ■меров или пандажеметров . Основными деталями наклономера являются измерительная установка, определяющая положение углов падения и простирания пород по отношению к ее координатным осям, жестко соединенная с инклинометром, при помощи которого и измерительной установки определяется положение пластов в пространстве.
§ 90. ТРЕХТОЧЕЧНЫЙ МЕТОД
Определение угла и азимута падения пород с тремя измерительными •системами (электродами) основан на возможности определения положения плоскости (кровли или подошвы пласта) в пространство, если известны координаты трех ее точек. Координаты этих точек определяются при помощи трех электродов Mi, Ma и Мз (рис. 315), установленных на одинаковых расстояниях гм от оси скважины, на радиальных направлениях, проведенных под углом 120° в плоскости, перпендикулярной оси скважины.
Электроды Mi, Ma и М3 служат для регистрации трех кривых потенциалов собственной поляризации, сопротивления заземления или потенциалов вызванной поляризации пород. Электроды закреплены па жестком суппорте из изоляционного материала или на серединах трех пружин (см. рис. 338). При пересечении электродами подошвы или кровли пласта, отличающегося электрическими свойствами от окружающих пород в том случае, когда угол, под которым скважина пересекает пласт, отличается от прямого, каждый из электродов пересекает границу пласта на разных высотных отметках (рис. 315, б, точки zni, ma и /из). Это дает возможность получить три кривые (сопротивления заземления, потенциалов собственной или вызванной поляризации пород), взаимное смещение которых (рис. 315, а) позволяет определить угол а и азимут 6 (азимут плоскости Р) падения Пластов в том случае, если известен угол <5 и азимуты ^ и ^ (рис. 315, г) плоскости D, в которой искривлена скважина, и радиальной плоскости X Z, проходящей через ее ось и один из электродов (например, Mi). Угол д и ази-
муты у и ^ плоскостей D и XZ находят при помощи инклинометра с закрепленными координатными плоскостями, в одной из которых (плоскости XZ^ расположен электрод Mi.
Для решения задачи определим вначале величину видимого угла паде- пия^пород у, образованного плоскостью Q контакта с плоскостью, перпендикулярной оси скважины .
Для этого введем прямоугольную систему координат, ось Z которой совместим с осью скважины, плоскость УУ —- с плоскостью, в которой иахо-
Рис. 315. Принципиальная схема трохточочиого наклономера.
<i — схема расположения индикаторов; б — пространственная эпюра к выводу формул, определяющих угол и азимут падении пласта; в — кривые (Z,. й, з) параметров, зарегистрированные тремя индикаторами; а — схема углов в плоскости, перпендикулярной оси прибора.
дятся электроды Mi, Мг и Мз, и ось X — с радиусом, на котором установлен электрод Mi. Обозначим через зцз и 21,3 величины смещения аномалий па кривых, зарегистрированных с электродами Мъ и Мз, относительно кривой, записанной с электродом Mi.
Плоскость Q раздела сред (в частности, кровля или подошва пласта) в прямоугольной системе координат должна удовлетворять уравнению
++ —= 1.(461)
а ' Ъ с''
Отрезки а, b и с, которые отсекает плоскость Q на осях координат, определяются на основании излагаемого ниже положения.
При трех значениях координаты z (z =0, z = zi,2 и z = z^s) точек mi, m2 и тз (рис, 315, б^ в которых находятся электроды Mi, М2 и Мз в момент, когда на зарегистрированных кривых (сопротивления заземления, собственных или вызванных потенциалов) отмечаются характерные аномалии, координаты х и у этих точек соответственно будут следующими:
2 = 0, я = гм, у = 0;
/3 .
Подставляя координаты х, у и z в равенство (461), получаем систему трех уравнений, определяющих параметры а, Ъ и с..
а ’
_ 'мIх3'мд—1
2а"2‘6"Г"с~1 ’
, ГМу 3_ ГМ | zl,3 __ ,|2а2bс~'
Из первого уравнения этой системы находим
а = . м
Сложив второе уравнение с третьим, получим zl,2+zl,3 оzl,2+zl,3
с3
Параметр b может быть определен из второго или. третьего уравнений системы:.
откудаоткудас_ гмzl,2~b zl,3О - V 0 Гм Зс_2г1,2— V <> 1 м2г1,з —Зс /3"zi,3 ~ zl,2с_ гмzl,2~b zl,3О - V 0 Гм Зс_2г1,2— V <> 1 м2г1,з —Зс /3"zi,3 ~ zl,2
откуда
откуда
с_ гм
zl,2~b zl,3
О - V 0 Гм Зс_2г1,2
— V <> 1 м
2г1,з —Зс /3"
zi,3 ~ zl,2
с_ гм
zl,2~b zl,3
О - V 0 Гм Зс_2г1,2
— V <> 1 м
2г1,з —Зс /3"
zi,3 ~ zl,2
Подставляя найденные значения а, b и св уравнение (461), получим + ДД1у-21,г), За =,
ГМ (г1,2 + =1.з)гМ zl,2 + 21,3
Плоскость Q образует с плоскостью XY угол, равный видимому углу у падения:
.7 = arc cos —.(463)
'V (2i,2 + zi,3)2 + 3(z1)2- zi,3)2 + 9'm
Линия q'q" (рис. 315,6) пересечения плоскости Q с плоскостью ХУ (видимое простирание пород) удовлетворяет уравнению
(21,2 + Zlj3) X + ]/3 (Zi,3 — Z1|2) у = Тм (Z1.2 + Z1)3).
Перпендикуляр пород — образует сПерпендикуляр пород — образует сv = arc tgv = arc tgd$V 3 (г1,з zi ,2)——I ^Ц’С Lty* '■ ---■■аУ )zi,2 + zl,3d$V 3 (г1,з zi ,2)——I ^Ц’С Lty* '■ ---■■аУ )zi,2 + zl,3(464)(464)
Перпендикуляр пород — образует с
Перпендикуляр пород — образует с
v = arc tg
v = arc tg
d$V 3 (г1,з zi ,2)
——I ^Ц’С Lty* '■ ---■■
аУ )zi,2 + zl,3
d$V 3 (г1,з zi ,2)
——I ^Ц’С Lty* '■ ---■■
аУ )zi,2 + zl,3
(464)
(464)
р'р" к этой линии — направление видимого падения осью X угол
tg (О — у) =tg (О — у) =РисЛ316. Столик для определения угла и ази-РисЛ316. Столик для определения угла и ази-мута падения пород по данным измерения с трехэлектродной схемой.мута падения пород по данным измерения с трехэлектродной схемой.1 — буссоль; 2 — сектор наклона; 3 — сектор столика 4;5 — градусный круг; 6, 7 и 3 — трехреечвый меха-низм; 9, 10 и 11 — направляющие втулки; 12,13 и 14 —линейки; 15 и 16 — карданные соединения; 17 — план-шет; 18 — шаровой шарнир.1 — буссоль; 2 — сектор наклона; 3 — сектор столика 4;5 — градусный круг; 6, 7 и 3 — трехреечвый меха-низм; 9, 10 и 11 — направляющие втулки; 12,13 и 14 —линейки; 15 и 16 — карданные соединения; 17 — план-шет; 18 — шаровой шарнир.
tg (О — у) =
tg (О — у) =
РисЛ316. Столик для определения угла и ази-
РисЛ316. Столик для определения угла и ази-
мута падения пород по данным измерения с трехэлектродной схемой.
мута падения пород по данным измерения с трехэлектродной схемой.
1 — буссоль; 2 — сектор наклона; 3 — сектор столика 4;5 — градусный круг; 6, 7 и 3 — трехреечвый меха-низм; 9, 10 и 11 — направляющие втулки; 12,13 и 14 —линейки; 15 и 16 — карданные соединения; 17 — план-шет; 18 — шаровой шарнир.
1 — буссоль; 2 — сектор наклона; 3 — сектор столика 4;5 — градусный круг; 6, 7 и 3 — трехреечвый меха-низм; 9, 10 и 11 — направляющие втулки; 12,13 и 14 —линейки; 15 и 16 — карданные соединения; 17 — план-шет; 18 — шаровой шарнир.
Определив при помощи инклинометра угол <5 и азимут 9 искривления скважины и угол i = ^—9) между направлением искривления скважины в плоскости XY и координатной
плоскости X Z, в которой расположен электрод М, вычисляют угол % между проекциями направлений падения пород и искривлением скважины в плоскости XY:
% — v + i
и затем, воспользовавшись формулами сферической тригонометрии, определяют искомые угол а и азимут 6 падения пород из следующих отношений :
cos а = cos у cos <5 +
sin у sin д cos %,(465)
.(466).(466)sin у sin х
.(466)
.(466)
sin у cos (3 cos х — cos у sin <3
Задача определения а и 9 по данным измерения 21,2, 21,3, i, д и 9 наиболее просто решается при помощи специального столика (рис. 316) [194],
Деталями столика являются магнитная буссоль 1, при помощи которой сектор 2 (плоскость наклона скважины) ориентируется относительно стран света. Установив сектор 2 в азимуте 9 искривления скважины, в его прорези
поворачивают на угол 5, равный углу искривления скважины, второй сектор 3, закрепленный на столике 4, имитирующем плоскость, перпендикулярную оси скважины. Тем самым эта плоскость ориентируется относительно горизонтальной плоскости, в которой находится буссоль, и магнитного меридиана. Столик 4 имеет градусный круг 5, при помощи которого устапа-
Формулы выводят, из сферического треугольника yrd (см. рис. 318), образованного дугами пересечения сферы единичного радиуса вертикальной плоскостью D\ в кото рой искривлена скважина, плоскостью паденид пород Р и плоскостью К, перпендикулярной напластованию и проходящей через ось скважины. Для устранения двузначности в определении 0 — ф по формуле
Рис. 317 Номограммы для определения утлой v и у ио данным измерения трехточечным пластовым наклономером.
а — номограмма для определения угла * по данным 21,2+ zj.sh zi,a— 21,2;
вливается трохреечный механизм 6, 7 и 8 так, чтобы радиальная плоскость,, в которой находится электрод Mi, образовала с плоскостью искривления скважины (плоскостью, в которой находятся секторы 2 и 3) угол, равный углу I = £— ф. Этот угол определяется инклинометром.
Таким образом, достигается ориентация радиальных плоскостей, в которых находятся заземления Mi, Ми и Мз по отношению к углу искривления скважин и магнитному меридиану. Затем на рейках 6, 7 и 8 па расстояниях, равных величинам гм, закрепляются направляющие втулки 9, 10 и 111 в которых могут передвигаться линейки 12, 13 и 14 с нанесенными на них масштабными делениями. На концах этих линеек при помощи карданных соединений 15 и 16 закреплен треугольный планшет 17, устанавливающий положение плоскости раздела сред в пространстве. Задавая линейкам 13 и 14 смещения относительно линейки 12 на величины 24,2 и 24.3, равные
Рис. 3176.
б — номограмма дин определения угла у по данным zi.a^rjf и 21,3/2^ (шифр кривых) и *.
смещению кривых, зарегистрированных с электродами Mi и Мз относительно кривой, записанной с электродом Мг, определяют положение планшета (плоскости раздела сред) относительно плоскости, перпендикулярной оси скважины. Для окончательного определения положения плоскости раздела сред в пространстве освобождают шаровой шарнир 18 и далее устанавливают буссоль по уровню в горизонтальное положение и, совместив ее- стрелку с пулевым делением шкалы, определяют угол и азимут падения плоскости планшета, равный углу и азимуту падения исследуемой плоскости' раздела сред.
В том случае, когда электроды наклономера расположены па пружинном' фонаре, изменяющем свой диаметр в зависимости от диаметра скважины, радиусы, на величину которых смещаются направляющие втулки 9, 10 и 1Т линеек 12, 13 и 14, определяются по кавернограмме.
Значения а и 0 могут быть также определены по формулам (465) и (466) с использованием номограмм, приведенных на рис. 317 [14, 192]. Для этого па номограмме, изображенной на рис. 317, а, наносят точку Р* с абсциссой 21,2 + 21,3 и ординатой 21,3—21,2 и через точку проводят из центра радиус до круговой шкалы, на которой отсчитывают искомое значение угла г [на рис. 317, а для точки Р (21,2 + 21,3 = 5; 21,3 — Zj,2 = 3> угол v = 46°]. Определив v и рассчитав отношения z^2'2-rM и г^з/2гм на номограмме, приведенной на рис. 317, б, находят точку пересечения кривой с заданным значением zi,2/2rM или 21,з/2гм (шифр кривых) с вертикальной прямой, пересекающей ось ■ абсцисс в точке с ранее определенным
значением v (точка Р) и затем определяют по вертикальной шкале угол у. Найдя у, вычисляют по формулам (465) и (466) искомые углы а и 6.
При малых значениях угла <5 расчет а и 6 можно производить по следующим приближенным формулам: при д < 2°
а = у и
tg(0— y) = tgx или
6 = <? +% при д 5°.
В наклономере сопротивлений при помощи трех электродов Mi, М^ и Мз регистрируются три кривые сил токов ii, и и is, проходящих через эти электроды, или три кривые сопротивления Ri, Ra и Rs заземлений Mi, Ma и Ms. В связи с небольшими размерами электродов силы токов и сопротивления заземлений, особенно при применении эластичных пружин, резко изменяются при переходе заземления из одной среды в другую и тем самым позволяют получить четкие кривые, по смещению которых определяют угол и азимут падения пород.
Наклономер, основанный на изучении потенциалов собственной поляризации пород, отличается от наклономера сопротивлений заземлений лишь тем, что вместо трех кривых ii, ia и is или Ri, Ra и Rs при помощи электродов Mi, Ma и Ms регистрируются три кривые Uon р Ucn 2 и (7СП , потенциала собственной поляризации пород. Точно так же может быть устроен наклономер, основанный на измерении потенциалов UBn вызванной поляризации пород.
В наклономере фирмы Шлумберже последней конструкции угол и азимут падения пород измеряются непрерывно. Для этого используется трехточечйый наклономер с тремя микрозондами и магнитомодуляционным инклинометром. Последний состоит из буссоли, представляющей собой два взаимно-перпендикулярных магнитомодуляпиояных элемента, закрепленных на карданном подвесе, и два отвеса, также установленные во взаимно-перпендикулярных плоскостях с датчиками.
Кривые микрозондов регистрируются непрерывно, а запись угла искривления скважины и азимута положения одного из микрозондов производится через каждые 5 сек. При этом показания датчиков азимута, пропорциональные величинам составляющих магнитного поля в двух взаимно-перпендикулярных направлениях, автоматически преобразуются и регистрируются в виде значений азимута, а показания датчиков угла наклона — в виде составляющих угла наклона по двум взаимно-перпендикулярным*направлениям. Показания датчиков угла и азимута передаются на поверхность с использованием токов различной частоты.
§91. НАКЛОНОМЕР КАЖУЩЕГОСЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ
Угол и азимут падения пород может быть также определен по данным измерения кажущегося сопротивления анизотропной среды или по конфигурации кривых кажущегося сопротивления близ поверхностей, разделяющих однородные среды Г13, 190, 191 ].
В слоистой 'анизотропной) среде равиопотенциальпью поверхности U = const (рис. 318, а) электрического поля, созданного точечным источником тока Л, являются эллипсоидами вращения вокруг осиЕ', направленной перпендикулярно плоскостям напластования. Если скважина пересекает эти плоскости под углом л /2 — у, между электродами Q и R, расположенными в плоскости, перпендикулярной оси скважины, и находящимися на различных равнопотенциальных поверхностях Ut и иг, возникает разность потенциалов Рх. Эта разность потенциалов достигает наибольшего значения, когда радиальная плоскость XX, в которой находятся электроды Q и R, совпадает с плоскостью падения изучаемых пород, и обращается в нуль при ориентации плоскости XX перпендикулярно
падению. Измеряя разности потенциалов Рх и Ру между двумя парами электродов Q, R и S, Т, расположенными в двух взаимно-перпендикулярных направлениях XX и УУ, возможно при любом положений в пространстве координатных плоскостей наклономера XJ и YY рассчитать наибольшее значение э. д. с.:
р = У pl+p't,
которое было бы получено между электродами Q и R (или^ и 71) при расположении этих электродов в плоскости падения'пород. Измерение Рх ^Ру дает'возможность определить угол v (рис. 318, б) между проекцией направления падения пород па плоскость XY, на которой расположены электроды (Q, R, S и ТУ и координатной плоскостью XZ, где
б
Рис. 318. Схема, поясняющая принцип действия наклономера сопротивлений.
а — схема электрического поля наклономера; б — положение, координатных плоскостей в пространстве; А — питающее заземление; Q, R, S и Т — измерительные электроды; U = const — эквипотенциальные линии в анизотропной среде; М — вертикальная плоскость магнитного меридиана; I) — плоскость искривления скважины; Хх — плоскость, перпендикулярная оси наклономера (в этой плоскости расположены электроды Q, R, S и Т наклономера), Р — вертикальная плоскость, с которой совпадает направление падения пород; Р — плоскость, проходящая через ось наклономера и вектор напряжения магнитного поля; L — плоскость напластования наклонно залегающих пород; К — плоскость, перпендикулярная плоскости L и проходящая через ось наклономера.
находятся электроды Q и R и, если положение последней известно в пространстве (по данным измерений инклинометром), рассчитать угол а и азимут 0 падепия пород:
‘cos а = cos у cos 5 4" sin у sin 5 cos %,
(0_ф\=Sin у sin z
°’ sin у cos 5 cos %—cos у sin 6 *
где § и (p — соответственно угол и азимут искривления скважины (определяются инклинометром); % = v + i — угол между проекциями направления падения пород и искривления скважин на плоскость XY; г и г — углы, образованные проекциями направления падения пород и искривления скважины с радиальной плоскостью XZ; у—угол видимого падения пород по отношению к плоскости JT. Этот угол определяется по кернам, взятым с глубины, на которой определяли а и 0, или находится приближенно по
36 Заказ 714.
отношению разности потенциалов, измеренной между электродами Q и R, к разности потенциалов Р.
В методе определения угла падения пород по кривым кажущегося сопротивления измеряется параметр■
у_ №(ei + ea)
IQR (щ — q^ pi *
где P = ]/"P^ + Py — наибольшее значение разности потенциалов между электродами зонда; 7—сила тока, проходящего через заземление А\ L—расстояние от заземления А до плоскости, в которой расположены электроды Q, R, S и Т зонда: QR— расстояние между электродами Q и R; pi и р2 — удельные электрические сопротивления сред, разделенные плоскостью Q падения пород [13]..
Затем строятся зависимости этого параметра от расстояния измерительных электродов наклономера до границы раздела сред. Эти зависимости сопоставляются с теоретиче-
Рис. 319. Кривые зависимости разности потенциалов Р пластового наклономера от положения измерительных электродов относительно плоскости раздела сред р2 < рг (по Л. М. Альпину). Шифр кривых — значения угла а.
сними кривыми У = / (z) (рис. 319), что дает возможность определить величину видимого угла падения пород. Точность метода снижается искажающим влиянием бурового раствора, заполняющего скважину. Направление падения пород, так же как и в анизотропных средах, определяется по положению вектора Р = У^Р^Ру относительно координатных плоскостей'инклинометра. Зная углы й, <д, у и %, рассчитывают искомые значения а и 9 по формулам (465) и (466). Малая точность определения угла и азимута- падения пород по данным измерения кажущегося сопротивления и сложность производства измерений и аппаратуры заставили отказаться от шестиэлектродпой схемы и перейти на измерение угла и азимута падения пород по более простой трохэлектродной схеме.
Сведения о наклономере кажущегося сопротивления приводятся в настоящей работе для ознакомления читателя с широкими возможностями использования электрических свойств горных пород для решения различных задач бескернового изучения разрезов скважин .
Г Л А В A XIII
СПЕЦИАЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА И АППАРАТУРАДЛЯ ЭЛЕКТРОМЕТРИИ СКВАЖИН
Кроме стандартной измерительной аппаратуры применяющейся при промыслово-геофизических работах, описание которой было дано в гл. II, III и V, при электрометрии скважин необходимо иметь:
специальные устройства для ввода в породы электрического тока и присоединения к ним приборов для измерения кажущегося и эффективного сопротивлений и потенциалов собственной и вызванной поляризации (зонды, электроды, резистивимстры, наклономеры);
устройства, облегчающие порссоодинеиия зондов, — коробки бокового электрического зондирования;•
специальную наземную аппаратуру.1•
ЗОНДЫ СТАНДАРТНЫХ КОНСТРУКЦИЙ И ЭЛЕКТРОДЫ
При электрических методах исследования разрезов скважин ввод тока в породы и присоединение к ним измерительной аппаратуры производятся при помощи свинцовых и роже медных заземлений (электродов). Совокупность электродов, закрепленных на общем основании, называется зондом.
Зонды стандартных конструкций, применяемые при работахс многожильным кабелем
Зонды, применяемые при исследованиях разрезов скважин методами кажущегося сопротивления и потенциалов собственной и вызванной поляризации пород по схемам измерений с многожильным кабелем, изготовляются из отрезка шлангового кабеля КТШ-4 и реже КТШ-2 (рис. 320). На этом отрезке па заранее заданных расстояниях устанавливаются электроды зонда. Длина отрезка кабеля на 2—3 м больше расстояния между крайними электродами. Верхний конец зонда разделывается для присоединения к кабелю, находящемуся на лебедке; па нижнем конце устанавливается муфта для присоединения груза. Концы кабеля разделывают по правилам, изложенным, в § 37.
При изготовлении зонда предварительно, исходя из размеров -зонда, отмечают па поверхности шланговой оболочки кабеля местоположение электродов. Верхний электрод должен находиться от верхнего края оболочки не менее чем на 50 см.
В намеченных местах осторожно снимают оболочку 1 кабеля па участке длиной 50 мм (рис. 321, аУ Выше вырезанного кольца резиновую оболочку разрезают вдоль на 70 мм и выворачивают ее так, как показано на рис. 321", б. Затем разрезают жилу 2, к которой должен быть присоединен устанавливаемый электрод. В зондах взаимного питания белую жилу присоединяют к электроду М, красную — к электроду Л и синюю или черную жилу — к электроду В. В зонда^ прямого питания белую жилу присоединяют к электроду Л, красную — к электроду М и синюю или черную — к электроду N. . . - ’ 36*
У отрезка жилы 2, идущего к нижнему концу зонда, оттягивают резиновую оболочку, обрезают оголившиеся проволоки 3 на длине 3—5 .им, пропаивают их с торца и натягивают резиновую оболочку обратно Грис. 321, в и г). Торец жилы изолируют нескольким п слоями сырой резины 4. проклеенной резиновым клеем, или резиновым пальцем 5, который закрепляется на оболочке жилы двумя бандажами б из суровой нитки или тонкого шпагата.
На отрезке жилы 2 со стороны верхнего конца зонда срезают резиновую оболочку на 15 м (рис 321, б). Очищают стальные проволочки от грязи и окислов и припаивают к ним стальную жилу электродной проволоки 7 (рис. 321, д) длиной 40—GO см. Далее оплавляют свинец электродной проволоки так, чтобы участок перехода от стальных проволок жилы кабеля к электродной свинцовой проволоке не имел острых выступов;
Рис. 320. Схемы зондов, применяемых при стандартных электрических исследованиях скважин.
а —■ общий виц зонда; б — схема обращенного градиепт-зоида с неизолированным подвесом; в — схема последовательного градпент-аонда с изолированным подвесом; 1 — жилы кабеля; 2 — резиновая оболочка кабеля; з — электродная проволока; 4 — подвес неизолированный; 5 — то же, изолированный;
6 — груз; 7 — изоляция концов жил кабеля; А и в — питающие заземления; М — измерительный электрод.'
место соединения покрывают резиновым клеем и изолируют его резиной 8. проклеивая ее клеем. После изоляции места соединения жилу 2 укладывают обратно и все три жилы вместе тщательно изолируют резиной 9. Свинцовую проволоку при этом выводят наружу (рис. 321, е). ‘
На конце электродной проволоки делают разрез длиной 10 мм. На этом участке из проволоки удаляют стальные проволочки, после чего конец оплавляют так, чтобы в дальнейшем стальные проволочки не могли соприкасаться с буровым раствором, что может вызвать повышенную и непостоянную разность электродных потенциалов. На место вырезанного участка шланговой оболочки кабеля навивают плотно, виток к витку, свинцовую проволоку и укладывают па прежнее место отрезок ранее вывернутой оболочки кабеля 1 (рис 321, аи?Л. Края электрода покрывают слоем изоляционной ленты, оставляя оголенными не более 5—6 центральных витков электродной проволоки. Середина витков должна находиться в той точке зоцда, в которой по схеме должен быть установлен изготовляемый электрод. На разрезанную оболочку 1 кабеля накладывают бандаж 10 из тонкого шпагата. Изготовленные таким образом электроды называются обычными или поляризующимися; они используются для заземлений питающей цепи.
Неполяризующиеся электроды
Для измерения разности потенциалов следует применять неполяризующиеся уксусносвинцовые или хлорированные электроды.
В уксусносвинцовом электроде, в отличие от поляризующегося электрода, свинцовую электродную проволоку предварительно тщательно очи-
щают от окиси и грязи и поело закрепления па кабеле помещают в брезентовый шланг (как это показано па рис. 322, а), который заполняют уксусио- свипцовой солью, и завязывают с торцов. Для уменьшения уноса соли при диффузии сквозь брезент последний пропитывают раствором коллодия.
Рис. 321. Последовательные опера-Рис. 321. Последовательные опера-Наиболее устойчивые потенциалы наблюдаются у пеполяризующихся электродов, изготовленных из свинцовой проволоки, электролитически покрытой хлористым свинцом.
Рис. 321. Последовательные опера-
Рис. 321. Последовательные опера-
Для изготовления хлорсвипцового пспо- ляризующегося электрода отрезок электродной проволоки 1 длиной 50—GO см тщательно очищают от окислов и грязи. Затем проволоку протравляют соляной кислотой и раствором едкого калия, протирают спиртом и погружают в электролитическую ванну с 1%-вым раствором химически чистого хлористого калия в дистиллированной воде. К электроду присоединяют
Рис. 322. Неполяризующиеся электроды.Рис. 322. Неполяризующиеся электроды.ции изготовления электрода..— оболочка кабеля; 2 — жила кабеля;з — проволоки жилы; 4 — сырая резина;— резиновый палец; б — бандажи; 7 —электродная проволока; 8 и 9 — резино-вая изоляция; лб—бандаж из шпагата.ции изготовления электрода..— оболочка кабеля; 2 — жила кабеля;з — проволоки жилы; 4 — сырая резина;— резиновый палец; б — бандажи; 7 —электродная проволока; 8 и 9 — резино-вая изоляция; лб—бандаж из шпагата.а — скважинный электрод; б — поверхностный электрод; в — то же, в брезентовом чехле; 1 — свинцовая электродная проволока, электролитически покрытая хлористым свинцом; 2 — гигроскопическая вата; 3 — марля; 4 — брезентовый чехол (шланг); 5 — обвязка шпагатом; б — хлористый калий; 7 — обвязка изолированной лентой; 8—соединительный проводник: У — эбонитовый стерпишь.
Рис. 322. Неполяризующиеся электроды.
Рис. 322. Неполяризующиеся электроды.
ции изготовления электрода..
— оболочка кабеля; 2 — жила кабеля;з — проволоки жилы; 4 — сырая резина;
— резиновый палец; б — бандажи; 7 —электродная проволока; 8 и 9 — резино-вая изоляция; лб—бандаж из шпагата.
ции изготовления электрода..
— оболочка кабеля; 2 — жила кабеля;з — проволоки жилы; 4 — сырая резина;
— резиновый палец; б — бандажи; 7 —электродная проволока; 8 и 9 — резино-вая изоляция; лб—бандаж из шпагата.
положительный полюс источника тока, отрицательный полюс которого подключают к свинцовой пластине, и погружают в ту же ванну. Хлор, выделяющийся при прохождении электрического тока, па электроде соединяется со свинцом, образуя па поверхности электрода белую пленку трудно растворимой соли хлористого свинца. Хлорирование ведут при плотности тока около 10 ма[сма в два приема.
Сперва хлорируют проволоку до закрепления ее на электроде и затем после закрепления проволоки на кабеле. После повторного хлорирования электрод 1 (рис. 322) по-
крывают слоем гигроскопической ваты 2 для защиты пленки хлористого свинца от механических повреждений и обшивают марлей 3. Затем на электрод натягивают брезентовый шланг 4, предварительно пропитанный коллодием. Шланг снизу обвязывают шпагатом 5 и набивают туго химически чистым хлористым калием 6, плот по завязывают шланг сверху и оба конца покрывают двумя-тремя слоями изолировочной ленты 7
Также изготовляют пеиоляризующиеся электроды, устанавливаемые на поверхности ив практике образно называемые «рыбой». Электродную проволоку после первого хлорирования и присоединения к одножильному проводнику набивают па стержень У из изоляционного материала и повторно хлорируют. Затем электрод покрывают гигроскопической ватой, обшивают марлей и помещают в брезентовый мешок 10. пропитанный коллодием. Мешок туго набивают химически чистым хлористым калием (300—400 а). После изготовления электроды помещают на несколько часов в насыщенный раствор хлористого калия. Электроды считаются доброкачественными, если разность потенциалов между изготовленными электродами не превышает 10 мв.
Если измерения производят с зондом, на котором установлены уксусно- свиицовые неполяризующисся электроды, поверхностный неполяризую- щийся электрод должен быть уксусносвинцовым.
При эксплуатации иеполяризующихся электродов нежелательно использовать их в качестве токовых, что иногда делают при переходе от замеров кажущегося сопротивления с потенциал-зоидом к замерам ри с градиепт- зондом. Электролитические процессы, возникающие при прохождении тока, нарушают постоянство потенциала поляризации электродов.
Зонды для бокового электрического зондирования
При измерениях с несколькими зондами (например, при боковом электрическом зондировании) применяют многоэлектродные зонды и зонды с передвижными электродами.
Электроды многоэлектродного зонда устанавливают на отрезке многожильного, специально свитого, кабеля (от семи жил и более). Подключение электродов многоэлоктродного зонда к жилам кабеля в том случае, когда кабель, на котором зонд опускают в скважину, имеет число жил меньше числа электродов, производится при помощи переключающего устройства, называемого «коробкой бокового каротажного зондирования» (БКЗ) (см. § 94). При работе с одножильным кабелем переключающее устройство устанавливают в корпусе основного скважинного снаряда (§ 93).
В зонде с передвижными электродами к двум жилам кабеля, соединенным с передвижными электродами, припаивают соединительные проводники, к концам которых присоединяют электродную свинцовую проволоку. Длины соединительных проводников берут достаточными для того, чтобы установить электроды на любом, наибольшем из заданных расстояний от неподвижного электрода зонда и при этом иметь возможность для прочности обвить проводник вокруг кабеля.
При использовании поляризующихся электродов поверхностное заземление N изготовляют из свинцового стержня, который устанавливают в амбаре с глинистым раствором или в луже раствора у буровой. Электродом N в некоторых случаях может служить колонна обсадных труб, потенциал которой, как показывают многочисленные наблюдения, достаточно устойчив.
СПЕЦИАЛЬНЫЕ ЗОНДЫ
Кроме зондов стандартных конструкций, описание которых дано в предыдущем параграфе, в практике электрических исследований скважин применяют специальные зонды, к которым относятся груз-зонды, буферные зонды, зонды метода сопротивления заземления, шаровые зонды, микрозонды, зонды метода скользящих контактов, зонды метода вызванных потенциалов, зонды для замеров с одножильным кабелем.
Рис. 323. Груз-зонды.Рис. 323. Груз-зонды.а — фирмы Шлумберже; б — фирмы Лайн Веллс; Э — электроды зонда.а — фирмы Шлумберже; б — фирмы Лайн Веллс; Э — электроды зонда.
Рис. 323. Груз-зонды.
Рис. 323. Груз-зонды.
а — фирмы Шлумберже; б — фирмы Лайн Веллс; Э — электроды зонда.
а — фирмы Шлумберже; б — фирмы Лайн Веллс; Э — электроды зонда.
ГРУЗ-ЗОНДЫ
Груз-зонды (рис. 323, а и б) отличаются от обычных зондов тем, что электроды зонда установлены на свинцовом грузе, поверхность которого снаружи изолирована толстым слоем нефтеупориой резины. Преимущества
груз-зондов заключаются в том, что они не требуют присоединения груза и тем самым дают возможность исследовать разрез скважины почти до самого забоя и, кроме того, благодаря большому диаметру снижают искажающее влияние бурового раствора; их недостаток — ограниченность длины зонда, не превышающей обычно 2—3 м.
БУФЕРНЫЕ °ОНДЫ
Буферными (рис. 324, а и б) называются зонды, конструкция которых дает возможность снизить влияние проводимости глинистого раствора на величину измеряемого кажущегося сопротивления.
В дисковых буферных зондах путь току по стволу скважины преграждается резиновыми дисками 1. В градиент-золдах (рис. 324,а) диски ставят между сближенными электродами М и N или (в зондах взаимного питания) между заземлениями Л и В. В дисковых потеи- циал-зопдах (рис, 324, б) устанавливают два дисковых буфера Z, между которыми ставят сближенные электроды зонда,
В цилиндрических буферных зондах электроды устанавливают на поверхности трубы 4 (рис. 324, в), изготовленной из изолирующего материала. Диаметр трубы берут возможно более близким к диаметру скважины, однако таким, при котором вероятность прихвата зонда невелика. Стенки трубы преграждают доступ тока по большей части сечения скважины, а полость трубы допускает свободную циркуляцию глинистого раствора; тем самым облегчается спуск и подъем зонда в скважине.
ЗОНДЫ МЕТОДА СОПРОТИВЛЕНИЯ ЭКРАНИРОВАННОГО ЗАЗЕМЛЕНИЯ
Зонд для измерения сопротивления экранированного заземления представляет собой цилиндрический элек- трододержатель 1 (рис. 325, а), в средней части которого установлены приемное заземление А и два секционированных экранирующих заземления Эх' —Э5' и Эх" —Э5". Заземления А и секции заземлений Э' и Э" представляют
собой медные кольца, закрепленные на
изолирующих втулках 2. Секции экранирующих заземлений присоединены к переключателю секций, который устанавливается в герметической камере внутри зонда (камера на чертеже не показана). Переключатель дает возмож-
ность включить в экранную цепь различное число секций и тем самым осуществить измерение сопротивления экранированного заземления с различт ной длиной экранирующих заземлений. Для создания возможно более однородного поля ток в секции экранирующих заземлений подастся через балластные сопротивления, величина которых находится в обратной зависимости от длины секции. Все заземления зонда закреплены между верхней и нижней головками 3 и 4. Подвод тока осуществляется через свечи 5, защищенные предохранительным колпаком 6 с накидной гайкой. При работе по схеме экранированного заземления с управляемым экранным током экранные заземления Эх и Эх", Эа и Эй" используются в качестве контрольных
Рис. 324. Буферные зонды.
а и б — схемы дисковых градиент- и потепциал-зондов; в — схема цилиндрического зонда; А — питающее заземление; М и N — измерительные электроды; z — резиновые буферы; г — цилиндр из изолирующего материала.
(следящих) электродов М и N. На рис. 325, б приведен чертеж экранированного зонда иной конструкции.
Кроме секционированного зонда, для измерения сопротивления экранированного заземления применяются также экранированные зонды с постоянными длинами экранирующих заземлений.
ШАРОВОЙ ЗОНД
Шаровой зонд, применяемый в методе разности сопротивлений заземлений, представляет собой шар 11 (рис. 325, в) из изолирующего материала, закрепленный на полой изолированной с поверхности трубе 12, через которую проходит кабель 13. К верхней части трубы привинчена головка 14 с установленными разжимным 15 и стопорным 16 шариками для крепления зонда на кабеле. '
На шаровой поверхности зонда установлено три или шесть заземлений. При трехэлектродной схеме сродное заземление А, образующее шаговой пояс, разделяет два крайних Сх и Сй, закороченных между собой. Суммарная поверхность заземлений С равна поверхности среднего электрода А.
При шостиэлектродной схеме каждое из заземлений А, Сх и Сй посредине разрезано и в прорезь вставлены добавочные измерительные электроды М и N (на рис. 325, в не показаны), изолированные от заземлений А и С. Наличие измерительных электродов уменьшает искажения, созданные поляризацией питающих заземлений при прохождении тока.
Рис. 325. Зонды метода сопротивления экранированного заземления и шаровой зонд, а — зонд метода сопротивления экранированного заземления конструкции МНИ; б — то же, треста Аанефтегеофизика; в — шаровой зонд; А — измерительные заземления; С — заземления сравнения; М и N — контрольные (следящие) электроды; 9V — Эв' и Эх" — Э^' — окранирухощпе заземления; 1 — электрододержатель; 2 — изолирующие втулки; з и 4 — верхняя и нижняя головки, 5 — свечи; 6 — колпак с накидной гайкой; 7 — резиновая труба; 8 — стяжные болты; 9 — фланец; 10 — муфты. Парфенова—Пигрова; И — шар из изолирующего материала; 12 — труба; 13 — кабель; 14 — головка шарового зонда; 15 и 16 — распорный и стопорный шарики.
Рис. 326. Микрозонды различ
« — микрозонд первой конструкции Московского нефтяного института; б — микрозонд Киевского аа- Московского нефтяного института; А — питающее заземление; Э — экранирующее заземление; М и S — электродные пластины; 6 — верхняя головка; 7 — подвес для крепления грузов; 8 — электроды;
на муфтах Парфенова — Пигрова; 13—защитный фонарь;
МИКРОЗОНДЫ
Микрозондами называются зонды для микроизмерений: кажущегося сопротивления (микрозонды), сопротивления экранированного заземления (микро-СЭЗ) и потенциалов вызванной поляризации (микро-ВП). Для этого электроды зонда устанавливают на пластинах из изолирующего материала, прижимаемых пружинами к стенке скважины. Микрозонд представляет собой металлическую трубу 1 (рис. 326, а, б и а) на которую надеты втулки 2 и 5. К втулкам прикреплены три пружины 4, расположенные под углом 120° одна по отношению к другой. Пружины обеспечивают надежный контакт
гных конструкций.гных конструкций.
г
ных конструкций.
г
ных конструкций.
вода «Геофизика»; в, г и 9— микрозонд треста Азнефтегеофизика; е — неметаллический микрозонд N — измерительные электроды; 1 — металлическая труба; 2 и з —втулки; 4 — пружины стальные; 9—неметаллические пружины; 10 и 11 — верхняя и нижняя неметаллические втулки; 12 — свечи 14 — кабель; 15 — соединительные муфты Парфенова — Пигрова.
при соприкосновении электродных пластин со стенками скважины (исследуемыми горными породами). На середине пружины крепят электродные пластины 5 из пофтостойкой резины или другого изолирующего материала. К верхнему концу трубы присоединяют головку 6 для кропления кабеля и к нижнему — подвес 7 для груза.
Электродные пластины 5, установленные на пружинах 4, различаются конструкцией и числом электродов в зависимости от метода, для которого применяется зонд. .
На электродной пластине, применяемой при регистрации кривых кажущегося сопротивления, в методе микрозондов (рис. 326, в) установлено три (реже четыре) медных электрода S, выполненных в виде круглых контактов диаметром 6—10 мм.. Электроды установлены на расстоянии 20—25 жж один от другого \ что дает возможность (в зависимости от назначения электродов) выполнить измерения с идеальными потепциал-зондами размера А0,025М; А0,05М или А0,02М; А0,04М и с градиент-зондами A0,025M0,025N или A0,02M0,02N.
При методах микро-СЭЗ и микро-ВП применяются электродные пластины, на которых установлено два электрода (рис. 326, д): центральный А в виде диска (электрод А в методе микро-СЭЗ и М — в методе микро-ВП) и внешний Э — кольцевой (электрод Э в методе микро-СЭЗ и электрод А — в методе микро-ВП). В неметаллическом микрозонде конструкции Московского нефтяного института (рис. 326, е) электроды М и N выполнены в виде круглых контактов, утопленных по окружности в резиновом тело неметаллических пружин 9, закрепленных па втулках 10 и 11 из изолирующего' материала. Заземления зондов микро-СЭЗ и микро-ВП имеют обычную конструкцию. У микрозонда, предназначаемого для измерения потенциалов вызванной поляризации, центральный электрод желательно иметь неполя- ризующимся. При работе по схеме микро-ВП с металлическими микрозондами пружины и центральную трубу необходимо покрыть резиной для изолирования от раствора.
ЗОНДЫ МЕТОДА СКОЛЬЗЯЩИХ КОНТАКТОВ
Конструкции зондов, применяемых в методе скользящих контактов, так же как и конструкции микрозондов, должны обеспечивать падежный контакт электрода со стенкой скважины. Это достигается различными способами. В зонде, приведенном на рис. 327, а, контакт с породами осуществляется при помощи заземлений 7, установленных в обоймах 2 из изолирующего материала на пружинах 5, при помощи которых электроды прижимаются к стенке скважины. Пружины жестко закрепляются в кольце 4 и имеют направляющие во втором кольце 5. Груз 6 облегчает спуск зонда в скважину. В зонде для наклонных скважин, изображенном на рис. 327, б, электрод 1 прижимается к стенке скважины силой веса груза. Для этого половина корпуса зонда, со стороны которой установлен электрод, залита свинцом 7, а остальная часть 8 изготовлена из дерева, пластмассы или алюминия. При исследовании наклонных скважин груз стремится лечь па сторону, залитую свинцом, и обеспечивает тем самым надежный контакт между электродом и породами.
В зонде, приведенном на рис. 327, в, контакт с породой осуществляется при помощи щеток (ершей) 9 из радиальных стальных проволок, изолированных с поверхности, за исключением торцов. При исследованиях скважин методом регистрации тока с экранирующими заземлениями применяются
1 В первых конструкциях микрозондов расстояние между электродами микрозонда соответственно равнялось 20, 20 и 60 мм.
зонды с тремя щетками, из которых крайние являются экранными, а средняя — измерительной. Зонд центрируется пружинными фонарями 10.
На рис. 327, а, д и в изображен универсальный зонд МСК, у которого к головке 11 могут быть присоединены либо зонд с тремя электродами 1, установленными на пружинах 5, снабженный фонарем 10, либо зонд с двумя жесткими и одним пружинящим электродом, смонтированными па цилиндре 12, или щеточный электрод 9.
Рис. 327. Зонды метода скользящих контактов.
л -- контактный зонд; б — то же, для наклонных скважин; в — щеточный зонд; а, 9 и и — универсальный зонд. 1 — заземления; 8 — изолирующие обоймы; 3 — контактные пружины; 4 — неподвижное кольцо; б — кольцо с пазами; О — груз; 7 — свинцовый вкладыш; 8 — корпус зонда; 9 — щеточные заземления (электроды); 10 — пружинящие фонари; 11 — головка универсального зонда; 12 — цилиндр;
13 — кабель.
Зонд со щетками используется также в методе электродных потенциалов. В этом случае на корпусе зонда по обе стороны от щеточного электрода М (рис. 327, б) устанавливаются вторые электроды N.
ЗОНДЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПОТЕНЦИАЛОВ ВЫЗВАННОЙ ПОЛЯРИЗАЦИИ ПОРОД
Зонд для измерения потенциалов вызванной поляризации пород (рис. 328, а) представляет собой четырехэлектродную установку АМАВ, смонтированную на шланговом, кабеле 1 типа КТШ-2. Измерительный электрод М изготовляют из свинцовой хлорированной проволоки 2 и устанавливают на кабеле так же, как и электроды стандартного зонда.
После повторного хлорирования электрод М покрывают цилиндрическим слоем массы из агар-агара, сваренного на насыщенном растворе хлористого калия, или массы, приготовленной из порошка хлористого калия на клею. После затвердевания массы электрод покрывают резиной 3, которую затем вулканизируют. В резиновом покрытии вырезают пазы 4, в которых устанавливают раздвоенное питающее заземление А, присоединенное ко второй жиле кабеля, и просверливают радиальные отверстия 5. Если электрод М был окружен массой из порошка хлористого калия на клею, то после разрушения массы в радиальные отверстия 5 при помощи тавотницы вводят
подогретый агар-агар, сваренный на насыщенном растворе хлористого калия. После заполнения полости 6 отверстия 5 могут быть закрыты пробками из пористой керамики, пропитанной коллодием. Второе заземление jg устанавливают на 6 м ниже заземлений Л и М. Этим заземлением моз-т-^ет служить также груз, присоединяемый снизу к зонду.
Зонд для измерения градиента потенциала вызванной поляризации (рис. 328, б) отличается от зонда для измерения потенциалов вызванной поляризации (рис. 328, а) наличием двух электродов N, установленных ца расстоянии 20 см от электрода А. Эти электроды изготовляют так же, гсе^к и электрод М.
Рис. 328. Зонды для измерения потенциалов вызванной поляризации.
а — зонд для измерения потенциалов вызванной поляризации; б — зонд для измерения градиента потенциалов вызванной поляризации; / — кабель; 2 — электродная проволока; 3 — резиновое покрытие;
4 — пазы; 5 — радиальные отверстия; в — полости, заполненные деполяризатором.
ЗОНД ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЙ КАЖУЩЕГОСЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ И ПОТЕНЦИАЛОВСОБСТВЕННОЙ ПОЛЯРИЗАЦИИ ПО СХЕМЕ С ОДНОЖИЛЬНЫМ КАБЕЛЕМ
Для измерения кажущегося сопротивления и потенциалов собственной поляризации пброд в скважинах по схеме с одножильным кабелем применяется многоэлектродный зонд 3, соединенный при помощи свечного- моста СМ (муфты высокого давления) с корпусом ОСС основного скважинного снаряда (рис. 329). Снаряд станции ОКС-52 имеет диаметр 90 -мм за длину 2950 мм. Малогабаритный снаряд МСП — диаметр 70 мм и длину 3200 мм. В корпусе скважинного снаряда установлены блоки:
выпрямителя, питающего лампы усилителя;
усилителя с детектором — для усиления и последующего выпрямления измеряемой разности потенциалов;
переключателя чувствительности, изменяющего коэффициент усиления измеряемых разйостей потенциалов;
переключателя зондов;
поляризованного реле, включающего электродвигатели и схемгы индикации положений переключателей зондов и чувствительностей.
Основной скважинный снаряд соединяется с многоэлектродным последовательным или обращенным зондом. Многоэлектродные зонды для станции ОКС дают возможность измерять кажущееся сопротивление, используя установки различных типов и размеров (табл.' 26). В табл. 26 указаны масштабы записи кривых кажущегося сопротивления для различных позИ-
ций переключателя чувствительности. Схемы электродов зонда приведены на рис. 329.
Каждый из перечисленных блоков основного скважинного снаряда, смонтирован на шасси. Блоки соединены между собой контактными колодками и имеют следующее устройство.
Блок выпрямителя (рис. 330, а). В блоке выпрямителя установлен трансформатор 7, первичная обмотка которого .включена в питающую цепь. В цепь вторичных обмоток включена двухполупериодная выпря».
Рис. 329. Схема многоэлектродпого зонда станции О КС.Рис. 329. Схема многоэлектродпого зонда станции О КС.
Рис. 329. Схема многоэлектродпого зонда станции О КС.
Рис. 329. Схема многоэлектродпого зонда станции О КС.
ОСС — основной скважинный снаряд; СМ — свечной мост; 3 — зонд; Р — ре-аистивиметр; У—13 — электроды зондов и ревистивиметра (расстоянии междуэлектродами зондов указаны в метрах).
мительная лампа 6X5, установленная в защитном кожухе 2. Выпрямитель, имеет следующую характеристику: напряжение питания 60 в при частоте 300 г^; потребляемая мощность 20 ва, выпрямленное напряжение 210 в ври сило тока 30 ма; напряжение накала ламп 6 в; ток накала 1,65 а. На выходе выпрямителя установлен фильтр, состоящий из дросселя 3 и конденсаторов 4 и 5.
Блок усилителя (рис. 330, б). Установленный в скважинном снаряде ламповый усилитель с.трансформаторным входом имеет два каскада усиления по напряжению, собранных по реостатной схеме на лампе 6 6Н9, каскад усиления мощности, включенный на лампе 7 6П6С с выходом на трансформаторе 8, и двухполупериодпый выпрямитель, работающий на лампе 9 6Х2П. Выход выпрямителя соединен с центральной жилой кабеля дросселем 10. В зависимости от положения переключателя чувствительно- стей на входном трансформаторе 11 коэффициент усиления может быть изме-.
в к и
а о д И о е9 и® 1® И н
Назначение позиций переключателя зондов
Обозначение
зонда
9
к
S
S н
в а
■©и ■&К s S К н
№ электродов зонда
Позиции переключателя чувствителъностей
А
М
N
масштаб, ом/м см
про- 1 верка пзме- напря- рение женин у пита- 1 ния U ।
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11| 12
Таблица 26
Зонды и масштабы регистрации кажущегося сопротивления при различных позициях переключателей зондов и чувствителъностей основного скважинного снаряда ОКС-52
1
Резистивиметр
А0,04М0,02А
0,3
52,11
13
12
И
0,01
0,025
0,05
0,1
0,25
0,5
1
2,5
5
10
и
СП
2
Потенциал-зонд
А5,5М0,25А
3,28
52,1
5
6
9
0,1
0,25
0,5
1
2,5
5
10
25
50
100
и
СП
3
Потенциал-зонд . .
N1M0.5A
6.73
25,4
2
3
9
0,1
0,25
0,5
1
2,5
5
10
25
50
100
и
СП
4
Обращенный градиент-зонд
N0AM0,5A
37,7
4,53
2
3
4
0,1
0,25
0,5
1
2.5
5
10
25
50
100
и
—
5
То же
NQAMiA
138
1,24
1
3
4
0,1
0,25
0,5
1
2,5
5
10
25
50
100
и
—
6
N0,2bM2.2bA
282
6,06
1
5
6
1
2,5
5,0
10
25
50
100
250
500
1000
и
СП
7
А0,25м 4A
853
2,0
1
7
8
1
2,5
5,0
10
25
50
100
250
500
1000
и
СП
8
>
NO.bMSA
1710
1,0
1
9
10
1
2,5
5,0
10
25
50
100
250
500
1000
и
СП
9
Нуль-сигнал . . .
—
—
—
—
—
Io
То
То
То
То
То
То
То
1о
То
и
СП
10
Последовательный
гради-
5,0
10
50
500
1000
ент-зонд . . . .
A4,25M0,25A
960
1,77
10
8
7
1
2,5
25
100
250
и
СП
11
Станда пт-сигнал .
—
—.
—.
—
—
—
—■
—
—
—
5 ма
2 ма
1 -М»Л.
0,5 ма
и
СП
12
Обращенный градиент-зонд
A0,5M5,75A
900
1,9
5
9
10
1
2,5
5,0
10
25
50
100
250
500
1000
и
СП
П о с л e д o
в ательны
й г р а д и е н т - s о н д
1
Резистивиметр . .
A0,04M0,02N
0,3
52,19
12
И
10
0,01
0,025
0,05
0,1
0,25
0,5
1
2,5
5
10
и
СП
2
Последова тельный
гради-
0,25
10
25
100
ент-зонд . . . .
A1M0.1A
138
1,24
5
2
1
о,1
0,5
1
2,5
5
50
и
СП
3
То же
A0,5M0.1A
37,7
4,53
3
2
1
0,1
0.25
0,5
1
2.5
А
10
25
50
100
и
СП
4
Обращенный градиент-зонд
A0,25M4A
853
9
3
7
8
1
2,5
5
10
25
50
100
250
500
1000
и
СП
5
Потенциал-зонд . .
A8,25M0,25A
3.23
52,9
3
4
9
0,1
0,25
0,5
1
25
5
10
25
50
100
и
СП
6
Нуль-сигнал . . .
—
—
—
—
—
—
То
То
То
То
То
То
То
То
То
То
и
СП
7
Последовательный
гради-
10
25
100
250
500
1000
и
ент-зонд . . . .
ASM 0.57V
1710
1
9
5
3
1
2,5
5
50
СП
8
То же .......
A4M0,2bN
853
2
8
4
3
1
2,5
5
10
25
50
100
250
500
1000
и
.—
9
A2,2bM 0,2bN
282
6,06
6
4
3
1
2,5
5
10
25
50
100
250
500
1000
и
.—
10
Стандарт-сигнал .
NS,bM0,bA
2 ма
0,5 ма
и
СП
И
Потенциал-зонд , .
A?8,25M0,75A
6.65
25,7
2
3
9
о,1
0,25
0,5
1
2,5
5
10
25
50
100
и
СП
12
То же
.....
A8,25M0,75A
10,3
16,6
2
4
9
0,1
0,25
0,5
1
2,5
5
10
25
50
100
и
—
Обращенный* гр адиент - з онд
1 Уточняется по действительному значению коэффициента резистивиметра.
.576ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ СКВАЖИН
Рис. 330. Детали основного скважинного снаряда станции ОКС.
Блоки: а — выпрямителя; б — усилителя; в — переключателя чувствительиостей; г — переключателя зондов; б — поляризованных реле; 1 — силовой трансформатор; 2 — кожух выпрямительной лампы; 3 — дроссель фильтра выпрямителя; 4 и 5 — конденсаторы фильтра; 6 — лампа 6Н9; 7 — лампа 6П6С; 8—выходной трансформатор; 9—выпрямительная лампа; 10 — выходной дроссель; 11 — входной трансформатор усилителя; 12 и 15 — электродвигатели 2А-СМ-50; 13 — пятиплатный переключатель чувствительиостей; 14 — то же, переключатель зондов; 16 — автотрансформатор; 17 и 18 — электромагнитные поляризованные реле; 19 — конденсаторы фильтра электродвигателей.
37 заказ 714.
иен в 1; 2,5; 6; 10; 50; 100; 200; 500 и 1000 раз. Усилитель работает в линейном режиме и снабжен защитой от помех, возникающих в результате индуктивных наводок, и температурной компенсацией.
Блок переключателя чувств и тель и остей (рис. 330, е). На шасси блока переключателя чувствителыюстсй установлен входной трансформатор 11 усилителя, электродвигатель 12 2А-СМ-50 с редуктором, уменьшающим скорость двигателя в 650 раз (с 1300 до 2 об/мин) г соединенный с пятиплатным 24-клеммным переключателем 13. Из 24 позиций переключателя 12 рабочих и 12 холостых. При помощи переключателя 13 осуществляется необходимая коммутация цепей в скважинном снаряде при принятых коэффициентах усиления и отмечается положение переключателя. , ,
Блок переключения зондов (рис. 330, а). На шасси блока переключения зондов установлен второй пятиплатный переключатель 14 на 24 контакта (12 рабочих и 12 холостых) электродвигатель 15 типа 2А-СМ-50 с редуктором числа оборотов (с 1300 на 2 об/мин) и автотрансформатор 16. Из 12 рабочих ступеней переключателя при 10 положениях осуществляется соединение электрических цепей скважинного снаряда с электродами многоэлектродного зонда (см. табл. 26) и две ступени (9 и 11) для получения пуль- и стандартного сигналов.
Блок поляризованных роле (рис. 330, д). В этом блоке установлено два электромагнитных поляризованных реле 17 и 18 и конденсаторы 19 фильтра электродвигателя. При подключении к обмоткам рело постоянного тока в зависимости от его полярности срабатывает один из релейных механизмов, обеспечивая работу одного из электродвигателей, управляющих коммутацией зондов . или чувствительностой.
Кажущееся сопротивление и потенциалы собственной поляризации измеряют при помощи многоэлектродпого зонда станции ОКС по следующей схеме.
Переключение зондов и чувствительностой (коэффициентов усиления), как указывалось выше, производится при помощи электродвигателей 1.2 и 15 (см. рис. 330), управляющих переключателями. Двигатели включаются релейным механизмом. Для этого блокированный переключатель на центральной панели управления станции (см. § 34) устанавливают в положение «Коммутация» и включают ключ «Мотор». При этом к жиле кабеля и к оплетке подводится напряжение 100 в постоянного тока и 100 в переменного тока, частоты 50 г^. В зависимости от полярности постоянного тока, управляемого положением переключателя коммутации, срабатывают одно из реле 17 или 18 скважинного снаряда и включается один из двигателей блока зондов или блока чувствительностой. Электродвигатели переменного тока защищены конденсатором 19 от постоянного тока.
Для индикации положения переключателя зондов или чувствительности реле вместе с жилой кабеля и обратным проводом (бронированной оболочкой кабеля) представляет собой одно из плечей мостовой схемы; три остальных плеча схемы расположены на центральной панели управления станции. При рабочих положениях переключателя параллельно реле- подключаются индикаторные сопротивления, которые изменяют общее сопротивление цепи реле, что отмечается по микроамперметру, включенному в диагональ моста на центральном пульте управления. При холостых положениях контактов индикаторные сопротивления отключены. При этом положении равновесие мостовой схемы устанавливается реостатом нуля, расположенным на центральной панели управления.
Для калибровки показаний прибора, которые могут быть искажены, емкостными и индуктивными влияниями и изменениями в режиме работы1 усилительных и выпрямительных ламп, в зонде предусмотрена проверка .нуль- и стандартного сигналов.
При проверке нуль-сигнала) (положение 9 переключателя зондов) автотрансформатор закорачивается и прибор «Вых. ток» на центральном пульте управления должен указывать на нуль. Наблюдаемая при этом разность потенциалов, созданная наводками и неотрегулированностыо схемы усиления, компенсируется потенциометром «Установка нуля» па центральной панели управления. При проверке стандартного сигнала переключатель зондов переводится в положение 11 и переключатель чувствительностей —в положение 7. При этом падение напряжения на эталонном сопротивлении
Рис. 331. Свечной мост и головки многоэлектродного зонда станции ОКС-52.Рис. 331. Свечной мост и головки многоэлектродного зонда станции ОКС-52.
Рис. 331. Свечной мост и головки многоэлектродного зонда станции ОКС-52.
Рис. 331. Свечной мост и головки многоэлектродного зонда станции ОКС-52.
14 — стальная головка; is — герметичные? вводы; 16 — проводники; 17 — резиновые, шайбы; 18 — текстолитовые шайбы; 19 — зажимная гайка; 20 — штуцер; 21 — подвес; 22 — обрезиненный зажим; 23 — бронированный одножильный кабель; 24 — защитный колпак; 25 — резиновая трубка; 26 — электроды; 27 — резиновые буфера; 28 — резиновая трубка; 29 — зажим верхней головки зо зонда.14 — стальная головка; is — герметичные? вводы; 16 — проводники; 17 — резиновые, шайбы; 18 — текстолитовые шайбы; 19 — зажимная гайка; 20 — штуцер; 21 — подвес; 22 — обрезиненный зажим; 23 — бронированный одножильный кабель; 24 — защитный колпак; 25 — резиновая трубка; 26 — электроды; 27 — резиновые буфера; 28 — резиновая трубка; 29 — зажим верхней головки зо зонда.
14 — стальная головка; is — герметичные? вводы; 16 — проводники; 17 — резиновые, шайбы; 18 — текстолитовые шайбы; 19 — зажимная гайка; 20 — штуцер; 21 — подвес; 22 — обрезиненный зажим; 23 — бронированный одножильный кабель; 24 — защитный колпак; 25 — резиновая трубка; 26 — электроды; 27 — резиновые буфера; 28 — резиновая трубка; 29 — зажим верхней головки зо зонда.
14 — стальная головка; is — герметичные? вводы; 16 — проводники; 17 — резиновые, шайбы; 18 — текстолитовые шайбы; 19 — зажимная гайка; 20 — штуцер; 21 — подвес; 22 — обрезиненный зажим; 23 — бронированный одножильный кабель; 24 — защитный колпак; 25 — резиновая трубка; 26 — электроды; 27 — резиновые буфера; 28 — резиновая трубка; 29 — зажим верхней головки зо зонда.
2,35 ом подводится к автотрансформатору, усиливается, выпрямляется и подается на поверхность, где отмечается прибором «Вых. ток». При отрегулированной схеме величина этого тока должна равняться 5 ма. При ином значении тока его доводят до указанной величины потенциометром «Устан, чувств.» на центральной панели управления.
Зонд соединяется со скважинным снарядом при помощи свечного моста. Это устройство представляет собой стальную головку 14 с тремя герметичными вводами 15 проводников 16 в хлорвиниловой изоляции. В первом вводе проходят провода от электродов 1, 2 и 13 от центральной жилы кабеля и бронированной оболочки, во втором вводе — провода от электродов 5, 7Т 8, 11 и 12 ив третьем вводе — провода от электродов 3, 4, 6, 9 и 10 (рис. 329 и 331). Из числа проводников 16 проводники 1—10 присоединяются к электродам зонда (рис. 329 и табл. 26) и 11—13 — к электродам резистивиметра. Герметизацию ввода обеспечивают резиновыми 17 и текстолитовыми 18 шайбами; уплотнение достигается при помощи гайки 19 и штуцера 20 *. Свечной мост присоединяют при помощи подвеса 21, в котором при помощи обрезиненного зажима 22 закрепляется бронированный кабель 23. Место
1 Аналогичное уплотнение имеют свечные "мосты для многожильных бронированных кабелей [2].
37*
соединения защищено колпаком 24. На кабель надевают резиновую трубку 25. На поверхности трубки укладывают провода 16 от электродов 26 (парные провода свивают бифилярно). Кольцевые свинцовые электроды устанавливают между резиновыми буферами 27. Между электродами провода закрываются резиновыми трубками 28. В верхней части центральной жилы кабеля 23 устанавливают зажим 29, закрепленный в верхней головке 30 зонда. К этой головке присоединяют кабельный патрон или резистивиметр (см. рис. 329). Резистивиметр представляет собой стальной цилиндр с вставленной в него резиновой цилиндрической обоймой, на внутренней поверхности которой закреплены электроды 11, 12 и 13. ■
Аналогично снаряду ОСС устроен малогабаритный скважинный снаряд МСП-55 Ленинградского филиала Конструкторского бюро нефтяного приборостроения. Основное отличие ого от снаряда ОСС заключается в следующем: меньший диаметр (70 мм); наличие И позиционных переключателей (без холостых контактов), две позиции которых предназначены для измерения микрозондами; отсутствие позиции нуль-сигнала на переключателе зондов; наличие двух силовых трансформаторов (одного —для питания анодов и другого — для накала ламп); использование малогабаритных ламп и двигателей; установка ртутного контакта для отключения жилы кабеля от схемы скважинного снаряда и иная конструкция свечного моста. В табл. 27 приведены данные о соединениях при различных позициях переключателей в малогабаритном скважинном снаряде.
Электрическая схема основного скважинного снаряда приведена на рис. 112. _
§ 94. РЕЗИСТИВИМЕТРЫ
Для измерения удельного электрического сопротивления бурового раствора применяются приборы, получившие название резистивиметров. Скважинный резистивиметр представляет собой небольшой трех- и реже двухэлоктродпый зонд, электроды которого защищены по возможности от влияния окружающей среды (железа колонны и пород). Конструкции скважинных резнстивиметров различны. „
У резистивиметров завода «Геологоразведка» (рис. 332, а) свинцовые электроды Л и М закреплены на эбонитовом стержне 1 па расстоянии 65 мм один от другого. Тро- З’ьим.электродом /услужит корпус прибора — латунный стакан 2 с головками 3 и 4. 13 Головках вырезаны окна для свободной циркуляции жидкости. Внутри стакана 2 установлен- цилиндр1 из изолирующего материала (резины текстолита, стекла), который ис- мдйас^цлйяииешга^^^ корпуса прибора па величину измеряемого сопротивле- й^рДдеарурШ^Дторр^ 2 закреплены текстолитовые кольца 6, которые ire позволяют корпусу резистивиметра соприкасаться с колонной. При соприкосновении корпуса резистивиметра с колонной изменяется сила тока и возникают непостоянные потен- циМьг'поляризаций,4'понижающие точность измерения сопротивления раствора. Рези- етивиме^р «'опускают в'скважину на трехжильном кабеле 7, к которому прибор прикрепляют дридом^ЩЙ даЖИМДОГО! щарика 8. Вследствие небольшого сечения стакана реэи- стивиметр легко ?йур^рпвается буровой грязью, что ведет к погрешностям в измерении сопротивления." Рёзйстивиметр, показанный па рис. 3326, лишен этого недостатка. Он состоит ИВ1' двух' голов ок ‘У1 й 4; скрепленных тремя металлическими стержнями 10. ЖйлыжабеЛЙ 7 вводе,цы в эбонитовый электродержатель 12 и заканчиваются медными црожшорщ^ 43? даЖ1ДЩИМЙУюрез^ изолирДощ трубки 14. Торцевые поверхности проволок 13 образуют градиенттзонд небольшого размера. Недостатком резистивиметра ртой конструкций является влияние пород, окружающих скважину, при наличии в * скважине* Уступов; "
НайбШСе совершбнт^ 'являются скважинные резистивиметры РА-3 производства Уфимского :завода,Г РЭУ-57 и РСЭ-3-57 завода Нефтеприбор.
Деталями резистивиметра РА-3 (рис. 332, в) являются стальной стакан 15, к торцам котор ого привинчены .верхняя 3 и нижняя 4 головки. В стакане установлен цилиндр 16 из изолирующего материала, на внутренней стороне
Таблица 27
Зонды и масштабы регистрации кажущегося сопротивления при различных позициях переключателей зондов и чувствптельностеймалогабаритного скважинного снаряда ОКС-56
Назначение позиций
переключателя зондов
Обозначение
зондов
§1
№ электродов зонда
Позиции переключателя чувствптельностей
в§
А
М
N
масштаб, ом м[см
нуль- сигнал
£'СП
^’сп
!1।|
1 1 2 j 3456
11 I 1
7 | 8
9
10
11
I Позиции перенлю- чателя зондом
Обращенный
градиент-зонд
1
Микрозонд
А0,05М
30—50
А'
М'
6
0,01
0,025
0,05
0,1
0,25
0,5
1
2,5
Нуль-
СП
СП
9
Стандарт-сигнал
1
1
1
—
Б мл
2 ма
сигнал То же
СП
СП
3
Резистйвиметр
—
0,3
52,1
13
12
И
0,01
0,025
0,05
0.1
0,25
0,5
1
2,5
СП
СП
4
Потенциал-зонд
А7М0,5А
6,73
25,4
2
3
9
0,1
0,25
0,5
1
2,5
10
25
СП
СП
5
Обращенный градиент-зонд
А70,1М0,5А
37,7
4,53
2
3
4
0,1
0,25
0.5
1
2,5
5
10
25
—
—
6
То же■. .
А’ОЛМИА
138
12,4
1
3
4
0.1
0,25
0,5
1
2,5
10
25
—
—
7
>. . . . .
А0,25М2,25А
282
6,06
1
6
1
2,5
5
10
25
50
100
250
СП
СП
8
>
Л70,25М4А
853
2
1
7
8
1
2,5
5
10
25
50
100
250
СП
СП
9
Последовательный градиент-зонд . .
А4,5М0,25Лг
960
1,77
10
8
7
1
2,5
5
10
25
50
100
250
СП
СП
10
Обращенный градпент-зонд
А0.5М8А
1710
1,0
1
9
10
1
2,5
5
10
25
50
100
250
СП
СП
11
Микрозонд
А0,025М0,025П
—
30—50
А7
М'
М"
0,01
0,025
0,05
0,1
0,25
0,5
1
2,5
СП
СП
Последовате
л ь н ы й гради
ент-зонд
1
Микрозонд - . . . .
* А0.05М
—
30—50
А7
М”
ОК
0,01
0,025
0,05
0,1
0,25
0.5
1
2,5
Нуль-
СП
СП
2
Стандарт-сигнал .
—
9
9
9
5 ль п.
2 ма
сигнал То же
СП
СП
3
Резистйвиметр . .
—
0,3
52,1
12
И
10
0,01
0,025
0,05
0,1
0,25
0,5
1
2,5
СП
СП
Потенциал-зонд . .
W8.5M0.5A
6,65
25,7
2
3
9
0,1
0,25
0,5
1
2,5
0
10
25
СП
СП
5
Последовательный ент-зонд
гради-
А0.5А70,1А
37,7
4,53
3
2
1
0,1
0,25
0,5
1
2,5
5
10
25
СП
СП
6
То же
А1М0,1А
138
12,4
О
2
1
0,1
0,25
0,5
1
2.5
5
10
25
СП
СП
7
A2.25M0.251V А4ЛГ0,25А
282
6,06
6
4
3
1 •
2,5
5
10
25
50
100
250
—
8
ft
853
2,0
8
4
3
1
2,5
5
10
25
50
100
250
—
9
Обращенный градиент-зонд
А0,25М4А
853
2,0
3
7
8
1
2,5
5
10
25
50
100
250
СП
СП
10
Последователыши ент-зонд
гради-
ASM0,5W
1710
1,0
9
5
3
1
2.5
5
10
25
50
100
250
СП
СП
1 1
Микрозонд
А0,025М0,025П
—
30—50
А'
М'
М*
0,01
0,025
0,05
0,1
0,25
0,5
1
2,5
СП
СП
УСТРОЙСТВА и аппаратура для электрометрии скважин
Примечания. 1. A7, М', М" — электроды микрозонда; ОК—броня кабеля, 2. СП измеряется электродом № 4.
Рис. 332. Скважинные резистиви
<х — конструкции завода «Геологоразведка»; б — открытая конструкция; в — РА-3; а — РЭУ-57; 5 — цилиндр из изолирующего материала; в — текстолитовые кольца; 7 — кабель; а — зажимная нитовый электрододержатель; 13 —^медные проволоки; 14 — изолирующие трубки; 15 — стальной '’19 — изоляционная пла
метры различных конструкций.
^ — РСЭ-3-57; 1 — эбонитовый стержень; 2,— латунный стакан; з и 4 — верхняя и нижняя головки; «втулка (шарик); 9 — подвес для груза; 10 — металлические стержни; 11 — распорный шарик; 12—эбо- -стакан; 16— цилиндр из изолирующего материала; 17— свечи; 18—предохранительный колпак; «тина; 20 — суппорт.
Электрод N выполнен в видеЭлектрод N выполнен в видеРис. 333. Схема эталонирования резистивиметра.Рис. 333. Схема эталонирования резистивиметра.Р — резистивиметр; II — потенциометр; ПУ — пульсатор; КП —- компенсатор поляризации; Г — источник тока; R — реостат; мА — миллиамперметр; III — шунт для измерения силы тока; Мот. — мотор; Вр. пер. — временная перемычка;А, М, N и В —- электроды.Р — резистивиметр; II — потенциометр; ПУ — пульсатор; КП —- компенсатор поляризации; Г — источник тока; R — реостат; мА — миллиамперметр; III — шунт для измерения силы тока; Мот. — мотор; Вр. пер. — временная перемычка;А, М, N и В —- электроды._ if Аи (?0 — Ар -у- ,_ if Аи (?0 — Ар -у- ,цепи электрода А ицепи электрода А и(в милливольтах) между электродами М и N,(в милливольтах) между электродами М и N,по формулепо формуле
Электрод N выполнен в виде
Электрод N выполнен в виде
Рис. 333. Схема эталонирования резистивиметра.
Рис. 333. Схема эталонирования резистивиметра.
Р — резистивиметр; II — потенциометр; ПУ — пульсатор; КП —- компенсатор поляризации; Г — источник тока; R — реостат; мА — миллиамперметр; III — шунт для измерения силы тока; Мот. — мотор; Вр. пер. — временная перемычка;
А, М, N и В —- электроды.
Р — резистивиметр; II — потенциометр; ПУ — пульсатор; КП —- компенсатор поляризации; Г — источник тока; R — реостат; мА — миллиамперметр; III — шунт для измерения силы тока; Мот. — мотор; Вр. пер. — временная перемычка;
А, М, N и В —- электроды.
_ if Аи (?0 — Ар -у- ,
_ if Аи (?0 — Ар -у- ,
цепи электрода А и
цепи электрода А и
(в милливольтах) между электродами М и N,
(в милливольтах) между электродами М и N,
по формуле
по формуле
которого запрессованы свинцовые цилиндрические электроды А, М и N. Резистивиметр прикрепляется к кабелю при помощи трех свечей 17 со стандартными муфтами, предохранительным колпаком 18 и опускается в скважину при помощи груза, закрепляемого в подвесе 9 нижней головки 4.
Резистивиметр РЭУ-57 (рис. 332, г) отличается конструкцией электродной установки. Дисковый электрод М помещен в центре изоляционной пластины 19, закрепленной па суппорте 20, и окружен кольцевым электродом А.
полуколец. Такая конструкция электродов обеспечивает стабилизацию электрического поля.
В резистивиметре РСЭ-57 (рис. 322, Э)1 электрод А представляет собой стержень, в спиральной канавке которого, изолированно от стержня А, уложен проволочный электрод М. Электродом N служит корпус прибора.
При измерении бурового раствора.; розистивиметрами удельное электрическое сопротивление раствора рассчитывают по- формуле
где К^—постоянная резистивиметра в ж;. AU —разность потенциалов, изморенная, между электродами М и У; 1 — сила тока, отдаваемого в раствор электродом А.
Для определения постоянной Кр резистивиметр опускают в бак, заполненный раствором хлористого натрия или хлористого калия заданной концентрации и температуры, и включают в питающую и измерительную цепи так, как показано на рис. 333. Сопротивление q& эталонного раствора определяют из табл. 21, а также
(для хлористого натрия) по кривым, изображенным на рис. 200, с последующим введением поправки за температуру или по кривым, приведенным на
рис. 201. Измерив силу тока / (в миллиамперах) в разность потенциалов AU ''
tz Qa^
Ар “ ди
рассчитывают постоянную резистивиметра. У резистивимстров заводского- изготовления постоянная резистивиметра обычно выгравирована па корпусе прибора. Однако постоянная резистивиметра нередко изменяется в процессе его эксплуатации, в связи с чем постоянную Ку следует проверять не реже чем раз в месяц и обязательно после каждого ремонта и разборки прибора. ■'
§ 95. ПЕРЕКЛЮЧАЮЩИЕ УСТРОЙСТВА
Из числа различных устройств для переключения зондов (коробок БКЗ) в настоящее время наиболее широко применяется переключатель зондов Л. С. Сперанского и К. И. Бондаренко.
В этом переключателе электроды зонда присоединяются к жилам кабеля при помощи релейного устройства, состоящего из электромагнита 1 (рис. 334), храпового механизма 2 и двух 12-позициоиных переключателей 3 и 4, закрепленных на свечном мосту 5 и помещенных в стальной стакан 6. К нижнему концу стакана присоединяется кожух 7 с подвесом 8 для подсоединения груза. Чтобы избежать раздавливания прибора в скважине гидростатическим давлением бурового раствора и обеспечить . герметичность, стакан заполняется трансформаторным маслом и соединяется с компенсатором давления — дюритов ой трубкой 9. При повышении давления в среде, окружающей прибор, дюритовая трубка сжимается и тем самым давление внутри стакана уравновешивается с наружным давлением. Ввод жил кабеля и присоединение электродов зонда к переключателю осуществляются при помощи 12 вводных свечой, установленных в свечном мосту 5. Три свечи 10 усиленной конструкции служат для ввода жил кабеля и крепления переключателя с присоединенным к нему грузом па кабеле. Остальные девять свечей 11 облегченной конструкции предназначаются для ввода в корпус переключателя проводников, соединяющих переключающий механизм с электродами зонда. В переключателях последних конструкций несколько проводов от электродов, запрессованных в общую резиновую оболочку, вводятся в гнездо свечи и затем герметизируются уплотнением. .•
551 -1 -12-12-7—7—99151588Рис. 334. Чертеж общего вида переключателя зондовЛ. С. Сперанского и К. Иь Бондаренко.Рис. 334. Чертеж общего вида переключателя зондовЛ. С. Сперанского и К. Иь Бондаренко.1 — электромагнит; 2 — храповой механизм; з и j — переключатели; 5— свечной мост; a—стакан; 7 -- кожух; к — подвес груза; 9 — дторитовый компенсатор давления; 10 и 11 — свечи; 13 — с. ердечник элект ромаг- пита; 13— собачка; 14 — возвратная пружина;15 — пробка.1 — электромагнит; 2 — храповой механизм; з и j — переключатели; 5— свечной мост; a—стакан; 7 -- кожух; к — подвес груза; 9 — дторитовый компенсатор давления; 10 и 11 — свечи; 13 — с. ердечник элект ромаг- пита; 13— собачка; 14 — возвратная пружина;15 — пробка.14 -14 -Принцип действия переключателя зондов следующий. При пропускании тока через обмотку электромагнита 1 втягивается сердечник 12 и собачка 13 храпового механизма поворачивает храповой механизм 2, при котором контакты сдвоенного переключающего устройства 3 и 4 переходят в следующую позицию. При выключении тока электромагнит возвращается в исходное положение пружиной 14. Чтобы быть уверенным в срабатывании
5
5
1 -
1 -
12-
12-
7—
7—
9
9
15
15
8
8
Рис. 334. Чертеж общего вида переключателя зондов
Л. С. Сперанского и К. Иь Бондаренко.
Рис. 334. Чертеж общего вида переключателя зондов
Л. С. Сперанского и К. Иь Бондаренко.
1 — электромагнит; 2 — храповой механизм; з и j — переключатели; 5— свечной мост; a—стакан; 7 -- кожух; к — подвес груза; 9 — дторитовый компенсатор давления; 10 и 11 — свечи; 13 — с. ердечник элект ромаг- пита; 13— собачка; 14 — возвратная пружина;
15 — пробка.
1 — электромагнит; 2 — храповой механизм; з и j — переключатели; 5— свечной мост; a—стакан; 7 -- кожух; к — подвес груза; 9 — дторитовый компенсатор давления; 10 и 11 — свечи; 13 — с. ердечник элект ромаг- пита; 13— собачка; 14 — возвратная пружина;
15 — пробка.
14 -
14 -
храпового механизма, каждый рабочий контакт переключающего устройства чередуется с холостым. Для определения начального положения, при котором жилы кабеля соединены с зондом наименьшего размера, последнее рабочее положение переключателя, соответствующее соединению жилы кабеля с зондом наибольшего размера, и первое его положение разобщены тремя холостыми контактами. В некоторых переключателях зондов Уфимского завода к нижней части переключателя присоединяется резистивиметр РА-3. Электроды резистивиметра к клеммам переключателя подключаются при помощи проводников, проходящих через пробку 15 дюритовой трубки.
Подключение переключателя зондов к жилам кабеля производится по одной из следующих схем.
Л<MЛ<MN(B)(A)N(B)(A)MtMtN(a) Л (M) (A)N(a) Л (M) (A)oN(B) , 4 g A№oN(B) , 4 g A№1 NQ2M1.8A2 NUMO/AAз мфма,д$А*4 N0/N13M; 5N0.gH7.8Aj 6 Лол nan.1 NQ2M1.8A2 NUMO/AAз мфма,д$А*4 N0/N13M; 5N0.gH7.8Aj 6 Лол nan.STУSTУaaA(M)" M(A)5A(M)" M(A)5J3(N)A(h)J3(N)A(h)/ BOJAO^BM г В0,1А0,9ВМ 3 B0AAL8M9 ВО^АЗДИ5 В1АТ5М6 М1,75А0^5В/ BOJAO^BM г В0,1А0,9ВМ 3 B0AAL8M9 ВО^АЗДИ5 В1АТ5М6 М1,75А0^5В—-W AO.2MO.1NUg 2A0A5M01N'|—^^A0,95M0.1N—8 ^AI,8M0,4Ng 5A3,8M0AN g 6A7,8HO^N _—-W AO.2MO.1NUg 2A0A5M01N'|—^^A0,95M0.1N—8 ^AI,8M0,4Ng 5A3,8M0AN g 6A7,8HO^N _
Л<
M
Л<
M
N(B)
(A)
N(B)
(A)
Mt
Mt
N(a) Л (M) (A)
N(a) Л (M) (A)
oN(B) , 4 g A№
oN(B) , 4 g A№
1 NQ2M1.8A
2 NUMO/AA
з мфма,д$А
*4 N0/N13M; 5N0.gH7.8Aj 6 Лол nan.
1 NQ2M1.8A
2 NUMO/AA
з мфма,д$А
*4 N0/N13M; 5N0.gH7.8Aj 6 Лол nan.
ST
У
ST
У
a
a
A(M)" M(A)5
A(M)" M(A)5
J3(N)A(h)
J3(N)A(h)
/ BOJAO^BM г В0,1А0,9ВМ 3 B0AAL8M
9 ВО^АЗДИ
5 В1АТ5М
6 М1,75А0^5В
/ BOJAO^BM г В0,1А0,9ВМ 3 B0AAL8M
9 ВО^АЗДИ
5 В1АТ5М
6 М1,75А0^5В
—-W AO.2MO.1N
Ug 2A0A5M01N
'|—^^A0,95M0.1N
—8 ^AI,8M0,4N
g 5A3,8M0AN g 6A7,8HO^N _
—-W AO.2MO.1N
Ug 2A0A5M01N
'|—^^A0,95M0.1N
—8 ^AI,8M0,4N
g 5A3,8M0AN g 6A7,8HO^N _
Рис. 335. Различные схемы подключения зондов к переклю-чателю.
а —схема подключения обращенных градиепт-еондов; б — то же, после-довательных градиеит-зоидов с исключением" индуктивного влияния обмоткиэлектромагнита; в — схема подключения обращенных градиент-зондов сдополнительной обмоткой электромагнита.
Обмотка электромагнита роле включается в жилу кабеля, постоянно соединенную с одним и тем же электродом А в двухполюсной схеме или М в однополюсной схеме (рис. 335, а\ При таком включении измерения рк с зондами, при работе с которыми сила тока превосходит силу тока трогания реле (0,5—0,9 а), производятся по однополюсной схеме. Значительное увеличение индуктивного сопротивления цепи, в которую включена обмотка электромагнита, и, как следствие этого, возрастание индуктивных помех являются недостатками такого способа присоединения переключателя.
Обмотка реле включается в жилу кабеля, соединенную с непарным электродом М в двухполюсной схеме или с электродом А в однополюсной •схеме (рис. 335, б). Для предотвращения разрывов цепи холостые контакты соединяют с рабочими, как это показано на схеме. Невозможность измерения большими зондами по однополюсной схеме является недостатком такого присоединения переключателя.
На электромагните реле устанавливаются две обмотки, включенные в жилы кабеля, соединенные с парными электродами зонда; при включении
N М В flI'^lb -4106N М В flI'^lb -4106Рис. 336. Схема коробки БКЗ Киевского завода (по С. Г. Комарову).Рис. 336. Схема коробки БКЗ Киевского завода (по С. Г. Комарову).источника питания (клеммы В, жила ГР земля—клемма Л). Реле подключает электродвигатель к жиле I кабеля и ползунок контрольной платы к жиле ГП кабеля. При этом электродвигатель передвигает ползунки переключателей электродов ПГ1 ПН и ППГ и ползунки контрольной платы К. Клеммы этой платы соединены с сопротивлениями. Это даетисточника питания (клеммы В, жила ГР земля—клемма Л). Реле подключает электродвигатель к жиле I кабеля и ползунок контрольной платы к жиле ГП кабеля. При этом электродвигатель передвигает ползунки переключателей электродов ПГ1 ПН и ППГ и ползунки контрольной платы К. Клеммы этой платы соединены с сопротивлениями. Это дает
N М В flI'^lb -4106
N М В flI'^lb -4106
Рис. 336. Схема коробки БКЗ Киевского завода (по С. Г. Комарову).
Рис. 336. Схема коробки БКЗ Киевского завода (по С. Г. Комарову).
источника питания (клеммы В, жила ГР земля—клемма Л). Реле подключает электродвигатель к жиле I кабеля и ползунок контрольной платы к жиле ГП кабеля. При этом электродвигатель передвигает ползунки переключателей электродов ПГ1 ПН и ППГ и ползунки контрольной платы К. Клеммы этой платы соединены с сопротивлениями. Это дает
источника питания (клеммы В, жила ГР земля—клемма Л). Реле подключает электродвигатель к жиле I кабеля и ползунок контрольной платы к жиле ГП кабеля. При этом электродвигатель передвигает ползунки переключателей электродов ПГ1 ПН и ППГ и ползунки контрольной платы К. Клеммы этой платы соединены с сопротивлениями. Это дает
реле обмотки работают параллельно. В этом случае резко уменьшается индуктивность цепи, в которой находятся обмотки, вследствие бифйлярности их включения. Недостатком схемы является невозможность перехода от
измерений с градиент-зондом к измерениям с потенциал-зон- дом в связи с резким увеличением индуктивных помех из-за трансформаторной связи обмоток.
Значительное индуктивное ■сопротивление обмотки переключающего электромагнита, вследствие которого резко возрастают погрешности в измерениях, особенно при работе с фоторегистраторами, является основным недостатком переключателя зондов этой конструкции.
В безындукционном переключателе зондов (безыидук- рукции коробке БЕЗ) конст- ционной Киевского завода переключение зондов осуществляется при помощи трех плат Ш, ПИ и ШИ четырех- платпого 12-позиционного переключателя П (рис. 336). Ползунки переключателя передвигаются электродвигателем АСМ-50. Двигатель питается переменным током частоты 50 ей. Для включения электродвигателя на промежуточное реле Р при помощи переключателя ГП (положение «3») подастся постоянный ток от
1 — панель управления; 2 —• глубинный прибор; з — жилы кабеля; III — переключатель («Переключен, позиций — Зондирование»); 112 и Пз -— переключатели с однополюсных зондов на двухполюсные и с градиент- вонда па потенциал-зонд; Пн — кнопка; Л — сигнальная лампочка; В — батарея сухих элементов па 4, 5 в; D —дроссель 10 ан; ИН — прибор М-42 на 10 ма; R1—сопротивление (подбирается); R2— реостат, 180 <ш; R3 —сопротивление, 30 ом; Ту— трансформатор; С1—конденсатор, 4 мкф; С2 — конденсатор, 4 лькоО; В — купроксный выпрямитель; Р — реле; М — синхронный электродвигатель АСМ-50; R4 — сопротивление, 1,5 ком; R5 и R0 — компенсационные сопротивления; R7 — R17 — сопротивления индикатора; П — многоплатный переключатель с платами I, II, III и К; позиции переключателя: 1—9 — зонды; 10 — свободная; 11 — короткое замыкание (проверка индуктивных "помех); 12 — проверка изоляции жил I и III.
возможность при помощи соответственным образом проградуированного
омметра, установленного в пульте управления, определить положение переключателя .
Далее переключатель П1 устанавливается в положение «/» («Зондирование»), при котором осуществляется требуемое подключение питающей и измерительной цепей к электродам зонда. Переключение схемы зонда от однополюсной к двухполюсной осуществляется переключателями П2 и ПЗ.
На рис. 337 приведена схема безындукционного переключателя зондов треста Грознефтегеофизика последней конструкции.
Рис. 337. Безындукционный переключатель зондов треста Грознефтегеофизика.'’
Р1 и РЗ— реле; П— включатель реле Р2; 111, 112 и Из — переключатели гишдив;К — контрольная плата переключателя зондов; ИИ — измерительный прибор — ука-затель положения переключателя зондов; Л1 и ЛЗ — лампы.
В этом переключателе обмотка электромагнита реле Р2, управляющего четырехплатным переключателем Ш, П2, ПЗ и К, подключается к жиле А кабеля при помощи вспомогательного роле PL управляемого неоновой лампой Л1. При этом при включении в жилу М кабеля напряжения, превышающего порог зажигания лампы, реле Р11 срабатывая, переводит переключатель П в правое положение, при котором реле Р2 присоединяется к жиле А кабеля и показатель позиции К — к жиле В. Положение позиции (порядковый номер и размер зонда) устанавливается по измерительному прибору — омметру ИП. Переключатель рассчитан на работу 6—9 зондами, резисти- виметром, электротермометром. Оригинальным в конструкции переключателей зондов является ввод жил кабеля, осуществляемый через наклонно установленные свечи, расположенные по образующей патрубка, закрепленного эксцентрично в верхней головке переключателя.
ПЛАСТОВЫЕ НАКЛОНОМЕРЫ
Для определения угла и азимута падения пород пашей промышленностью выпускаются ; пластовые наклономеры с трехточечным прии- j ципом измерения. Ранее в небольшом количе- I •стио изготовлялись шестиэлектродпые наклономеры кажущегося сопротивления, вследствие меньшей точности измерений они не получили распространения.
Пластовый наклономер НП-1
Пластовый наклономер НП-1 Киевского | завода геофизического приборостроения пред- ; назначается для определения угла и азимута 1 падения пород в глубоких скважинах. Дета- 1 лями наклономера являются два центрирующих фонаря 1 и 2 (рис. 338), между которыми установлен фотоипклииометр 3. Каждый из фонарей представляет собой латунную трубу, на которую надеты неподвижная 5 и подвиж- ^. пая 6 муфты. 13 муфтах в радиальных плоско- § стях, сдвинутых одна по отношению к другой ^ на 120®, закреплены три стальные рессоры 7, § покрытые резиновой изоляцией 8. В средней части рессор верхнего фонаря в резине запрессованы свинцовые электроды .9, соприкасающиеся с буровым раствором через окошко 10. Провода 11 от электродов проходят в изоляции 8 рессоры и подводятся к свечному мосту 12 фотоипклинометра. В мосту 12 установлено шесть свечей 13, из которых три усиленные „для присоединения жил кабеля, а остальные — для ввода проводников 11 от электродов 9. Мост соединяется с верхним фонарем муфтой 14. К трубе верхнего фонаря присоединяется головка 15. Через эту головку и трубу проходит кабель 16. Пластовый наклономер комплектуется набором фонарей максимальным диаметром И" (для работы в скважинах от 73/4 доЭ3//') и 14" (для работы в скважинах от 104г до 133/4"), что дает возможность на участке ствола скважин, сложенном достаточно плотными необваливающимися породами, в которых диаметр скважины не превосходит диаметра инструмента, считать диаметр окружности, на которой установлены электроды в рабочем состоянии, равным диаметру инструмента.
Рис. 338. Пластовый наклономер НП-1.— центрирующие фонари; 3 — фотоинклинометр; 4 — латунная труба; 5 — неподвижная и б — подвижная муфты; 7 — стальная рессора; 8 — изо- 9электрод; 10 — окошко; II — провод; 12 — свечной моет; 13 —токовводящие свечи; 14 — муфта; 15 — головка наклономера; 16 — кабель; 17 — пинты крепления рессоры; 18 — фиксатор положения фото-инклинометра; 19—герметизирующие прокладки; 20—нижняя пробка^фотоинклинометра;21 — муфта присоединения нижнего фонаря; 22 — нижняя головка.Рис. 338. Пластовый наклономер НП-1.— центрирующие фонари; 3 — фотоинклинометр; 4 — латунная труба; 5 — неподвижная и б — подвижная муфты; 7 — стальная рессора; 8 — изо- 9электрод; 10 — окошко; II — провод; 12 — свечной моет; 13 —токовводящие свечи; 14 — муфта; 15 — головка наклономера; 16 — кабель; 17 — пинты крепления рессоры; 18 — фиксатор положения фото-инклинометра; 19—герметизирующие прокладки; 20—нижняя пробка^фотоинклинометра;21 — муфта присоединения нижнего фонаря; 22 — нижняя головка.Фотоипклииометр, установленный в нак- . иономере, отличается от фотоинклинометра ИФ-2 (см. рис. 30) наличием указателя глав- кого направления радиальной плоскости прибора, в которой установлен электрод Мг, и
Рис. 338. Пластовый наклономер НП-1.
— центрирующие фонари; 3 — фотоинклинометр; 4 — латунная труба; 5 — неподвижная и б — подвижная муфты; 7 — стальная рессора; 8 — изо- 9электрод; 10 — окошко; II — провод; 12 — свечной моет; 13 —токовводящие свечи; 14 — муфта; 15 — головка наклономера; 16 — кабель; 17 — пинты крепления рессоры; 18 — фиксатор положения фото-инклинометра; 19—герметизирующие прокладки; 20—нижняя пробка^фотоинклинометра;
21 — муфта присоединения нижнего фонаря; 22 — нижняя головка.
Рис. 338. Пластовый наклономер НП-1.
— центрирующие фонари; 3 — фотоинклинометр; 4 — латунная труба; 5 — неподвижная и б — подвижная муфты; 7 — стальная рессора; 8 — изо- 9электрод; 10 — окошко; II — провод; 12 — свечной моет; 13 —токовводящие свечи; 14 — муфта; 15 — головка наклономера; 16 — кабель; 17 — пинты крепления рессоры; 18 — фиксатор положения фото-инклинометра; 19—герметизирующие прокладки; 20—нижняя пробка^фотоинклинометра;
21 — муфта присоединения нижнего фонаря; 22 — нижняя головка.
К автоматическому регис-К автоматическому регис-ЮмаЮмаРлс. 339. Пластовый наклономер ВИРГ.Рлс. 339. Пластовый наклономер ВИРГ.наклономера в б — измеритель- в — зарегистри-наклономера в б — измеритель- в — зарегистри-а — схема скважине; пая схема;а — схема скважине; пая схема;
К автоматическому регис-
К автоматическому регис-
Юма
Юма
Рлс. 339. Пластовый наклономер ВИРГ.
Рлс. 339. Пластовый наклономер ВИРГ.
наклономера в б — измеритель- в — зарегистри-
наклономера в б — измеритель- в — зарегистри-
а — схема скважине; пая схема;
а — схема скважине; пая схема;
раздельным подключением электродвигателя, осветительной лампы и контакта контроля протяжного механизма порознь к трем жилам кабеля и к измерительным электродам МТ1 Мг и М3.
Наклономер НП-1 снабжается панелью управления, описание которой дано в следующем параграфе.
Пластовый наклономер ВИРГ -
Пластовый наклономер ВИРГ, разработанный А. С. Семеновым и О. К. Владимировым, предназначается для определения угла и азимута, падения пластов, пересеченных наклонной скважиной. Принцип действия наклономера основан на регистрации трех кривых тока, проходящего череа
роваиные кривые тока; 1 — наклономер; 2 — шарнирный подвес; 3 —- эксцентричный груз; 4— кабель; Mi, Mg, Мз — измерительные электроды; Щ — Б8 — батареи; Шу — Ш3 — шунты.
электроды Mv Мй и М3 (рис. 339), закрепленные на пружинах фонаря К Снизу к фонарю па шарнире 2 прикреплен эксцентричный груз 5, всегда устанавливающий электрод Мг в ' направлении искривления скважины. Так как азимут искривления при наклонно направленном бурении известен, то исключается необходимость использования инклинометра?
СПЕЦИАЛЬНАЯ НАЗЕМНАЯ АППАРАТУРА
К числу специальной наземной аппаратуры, применяемой при электрических исследованиях скважин, относятся панели для измерения сопротивления экранированного заземления, потенциалов вызванной поляризации пород и пластового наклономера.
ПАНЕЛЬ ИЗМЕРЕНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ ЭКРАНИРОВАННОГО ЗАЗЕМЛЕНИЯ
Панель для измерения сопротивления экранированного заземления применяется, в тех случаях, когда сопротивление экранированного заземления измеряется непосредственно (не по потенциальной схеме).
Основными узлами панели являются четырехплечный измерительный мост (рис. 340^ с двумя параллельными ветвями Л и Л' и диагональными точками М и N для измерения- сопротивления заземления. Параллельно мосту присоединены экранная Э и ложноэкранная Э' цепи. Ложноэкранная цепь предназначается для компенсации влияния сопротив- лений„ электрода В и жилы кабеля, соединенной с этим электродом, через которые проходит питающих! и экранирующий токи. Для этого необходимо, чтобы ток 7$ в ложпоэкран-
В-
3'3'RiRi9x100 ом9x100 омRnRnЭхЮомЭхЮомЭх 0,1 омЭх 0,1 ом*2*2о Ао А-Ro9x1 ом-Ro9x1 ом9х100ом9х100ом®^ВП®^ВПI R'o jRlO ,5I R'o jRlO ,5ВдтВдтПгПгЭхЮОомЭхЮОомВот0.11 10Вот0.11 10М.М."vBp. Rfik==™ точна"vBp. Rfik==™ точнаRsRsN,N,ВВ
3'
3'
Ri
Ri
9x100 ом
9x100 ом
Rn
Rn
ЭхЮом
ЭхЮом
Эх 0,1 ом
Эх 0,1 ом
*2
*2
о А
о А
-Ro
9x1 ом
-Ro
9x1 ом
9х100ом
9х100ом
®^ВП
®^ВП
I R'o jRlO ,5
I R'o jRlO ,5
Вдт
Вдт
Пг
Пг
ЭхЮОом
ЭхЮОом
Вот0.11 10
Вот0.11 10
М.
М.
"vBp. Rfik==™ точна
"vBp. Rfik==™ точна
Rs
Rs
N,
N,
В
В
ПаПа-®кс
Па
Па
Рис. 340, Измерительная панель метода сопротивления экрани-рованного заземления.
ной цепи был равен току 1Э в экранной цепи и сопротивление к'в — сумме сопротивлений электрода В и жилы кабеля, соединенной с этим электродом. Каждое из двух верхних пле- чей моста Вс и В'с составлено из двух магазинов Rj и R'p Rix и R'n сопротивлений, величина которых может быть изменена при помощи четырехрычажиого переключателя Пг, Два других плеча моста — измерительное и балансное R0 —переменные. В измерительное плечо входят сопротивления жил кабеля Я и В и сопротивления заземлений, приключенных к этим жилам. В балансном плече установлен четырехдекадный магазин- сопротивлений Ro с диапазоном переключений от 0,1 до 999,9 ом и реостат RB, позволяющий плавно изменять сопротивление от 0 до 100 ом. Реостат может быть выключен ключом Кй. Экранная и ложиоэкранная цепи содержат постоянные сопротивления R6 и,
Rlo на 100 ом, переменные декадные магазины сопротивлении R^ и Rq со ступенями по 100 ом и реостаты Ви от 0 до 100 <ш
В экранных пенях и цепях моста установлены эталонные сопротивления Вйт для' измерения токов. Эти сопротивления подключаются к измерительному прибору при Помощи переключателей П2, Па и ГЦ. Эталонные сопротивления, установленные в плечах АА* основного измерительного моста, могут шунтироваться ключом 775 для определения масштаба записи кривых ВА. Ключ Кг предназначается для выключения ложноэкрапной цепи. Подключение измерительного прибора к разл ичцым участкам цепи моста для измере- ниятоков/^, 7д'и /д, установление заданного отношения экранного тока к измерительному току (положение «7э(Iд = ш») и равенства токов в экранной и ложпоэкраппой цепях (положение «I э = 7д») производятся при помощи ч'тырохплистового переключателя n.v .
Разность потенциалов, снимаемая переключателем, подается па гальванометр через делитель напряжения R13 и Вн. Делитель напряжения предотвращает возможность повреждения рамки гальванометра при балансировке схемы из-за включения больших значений несбалансированной разности потенциалов.
Спаренный переключатель служит для переключения гальванометра от измерения токов (положение «7») па измерение сопротивлений заземлений (положение «ВА^.
Для измерения потенциалов вызванной поляризации пород па панели установлен делитель напряжения с двумя ступенчатыми переключателями Яо и Я7, при помощи которых с делителя снимаются разности потенциалов вызванной поляризации и потенциалов поляризующего поля (кажущегося сопротивления, измеренного малым потепциал- зондом)х.
Для измерения потенциалов Явп- вызванной поляризации и разности потенциалов AUQ поляризующего поля (кажущегося сопротивления) с полуавтоматической аппаратурой применяется отдельная измерительная панель упрощенной конструкции. Панель имеет два делителя напряжения, к которым подключаются потенциометры Пе и Явп, измеряющие AUQ и 77вп. Делитель напряжения потенциометра HQ состоит из трех после- .довательно включенных сопротивлений гг = 500 ом, г3 = 21270 ом и га = 19(1800 ом (см. рис. 353).
‘При таком включении потенциометр П^ измеряет разность потенциалов AU = = 0,01 AU Q при подключении электрода М к клемме а делители и 0,001 ATT Q при подключении электрода М к клейме Ъ, что подтверждается следующим элементарным расчетом.
Обозначим: ЛВ^—величина компенсирующего напряжения; ЛИ' — падение напряжения па сопротивлении г, в момент включения поляризующего тока I в линию АВ; ig — среднее значение тока, проходящего через гальванометр потенциометра KQ за время Т полного оборота коллектора пульсатора: В* — полное сопротивление внешней цепи, присоединенной к потенциометру; тр — продолжительность разрыва измерительной цепи.
В момент компенсации
Т
Заменяя в последнем равенстве — и тр пропорциональными углами поворота коллектора л и а и сокращая на В* Т, получим
•ЦШк — AU'^ (я — я) —[— AU^ (л Д- ci) = 0,
откуда
*ТС О» АТТ»',.:
AU^ = —5-—AU .
2л.
Но так как
ri500/177 5оо
^ = 'Ч+ т2 + HMN Mq = 21770-|-HMjV ~ 21870 ДИ6 = 0,02286 Ли е’
■где BMN — сопротивление цепи MN, присоединенной последовательно к сопротивлениям ri и /'2, которое обычно варьирует от 50 до 150 ом и при расчете принято равным 100 ом, то *
ДПК= 0,01143 T^^-AUn .. л «
Переключатели П8 и Пв, изображенные на рис. 340, служат для измерения потенциалов вызванной поляризации.
У коллекторов вертикальных пульсаторов угол а = 22,5° = л/8; ”™ = 0,875 и, следовательно,
/1^ = 0,01143 x 0,875/1^=0,01/1^.
При другом значении угла а отношение,—
•определяется из соотношения
п
откуда, задаваясь RMN и ri = 500 ом, определяют г2.
Так же рассчитывается сопротивление г8 (по известным гх и ^ -J- г2 + ^mn и значению 0,002 —^—-) и сопротивления делителя напряжения в цепи измерения потенциалов вызванной поляризации со ступенями 1 : 10 и 1 : 100 измеряемого напряжения (см. § 112).
Панель пластового наклономера
На панели пластового наклономера сосредоточены механизмы управления записью регистрируемых кривых и фотоипклиномотром. При помощи переключателя П2 «Инклинометр, гальванометр» (рис. 341) жилы кабеля подключаются к схеме управления фотоинклинометром (позиция /) пли
Рис. 341. Схема панели и глубинного прибора пластового наклономера НП-1 (ио С. Г. Комарову).
1 — панель; 2 — глубинный прибор; Ml, М2 и М3 — измерительные мосты; КП1, КП2 и КПЗ — компенсаторы поляризации; Тр— силовой трансформатор сопротивления: RI, RII, RIII («Настройка ПС; I, II, III»') — 500 ом;R1 — R6 — 50 ом; R7—R9 («Компенсация гр.») —50ом;R10— R12 («Компенсация, точ.») — 10ом; R13 — R15 — 70 ом;R16 — RI8 («Настройка КС;III, II,I») — 200ом;
R19 — R21 — 300 ом;R22 — R27 — 200 ом;R28 — R30 («Настройка,III,П,I») — 300ом;
R31 — R32 — 250 ом;К33 — R39 — 30 ом;R40 — 140 ом; R41 и R42—300ом;R43 — 20ом;
С — емкость, 50 миф, 2 в; П1 — П4 — переключатели: П1 — «КС — ПС»; П2 — «Ипклином. Гальваном.»; Пз — «Сопротив. цепи»; П4 — «Раб. напряжение»; кнопки: Кн1 — «Экспозиция»; Кн2 — «Протяжка»; КнЗ — для проверки напряжения питания; К1 и К2 — ножевые колодки; 91 — 94 — элементы 1,5 в; Bl — Вз —выключатели; К — контрольный контакт фотоипклинометра; М — электродвигатель фотоинклинометра; Л1, Л2 — сигнальные лампы соответственно 6,3 в и 26 в; Лз —Лб — лампочки осветителя фотоинклинометра, 26 в, 0,15 а.
38 заказ 714.
к схеме записи кривых НА или Ucn. Управление и питание фотоинклинометра производится от трансформатора Тр. Переключатель П4 и измерительный прибор УЛ, включаемый кнопкой КнЗ, дают возможность отрегулировать и измерить напряжение в цепи питания фотоинклипометра.
При помощи кнопки Кн2 осуществляется включение электродвигателя протяжки пленки фотоинклипометра. Окончание протяжки фиксируется по амперметру А (контакт К в цепи амперметра включается механизмом протяжки). Кнопкой Кн1 («Экспозиция») включается лампочка осветителя.
При втором положении переключателя П2, когда производится запись кривых, жилы кабеля подключаются к трем идентичным каналам I, II и III. В каждом канале установлены реостаты HI (НП, HI II) для регулировки сопротивления цепи, компенсатор поляризации КП1 (КП2 и КПЗ), питаемый элементом 81 (82, 83), включаемым ключом В1 (В2, ВЗ), и мост Ml (М2, М3) для записи кривых изменения сопротивления Нм. Переключение прибора с записи кривых UGn на Нм производится при помощи переключателя П1 («КС», «ПС»). Мост Ml (М2, М3) питается от токовой панели лаборатории, •
ГЛАВА XIV
ПРОВЕДЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙПРИ ИЗУЧЕНИИ РАЗРЕЗОВ СКВАЖИН
98. ПОДГОТОВКА АППАРАТУРЫ И ОБОРУДОВАНИЯДЛЯ ГЕОФИЗИЧЕСКИХ РАБОТ В СКВАЖИНАХ
Геофизические и, в частности, электрические исследования разрезов скважин производятся промыслово-геофизическими (каротажными) партиями. Персонал партии обычно состоит из 6—8 человек: двух инженеров (начальника партии и инженера-оператора), техника-оператора, одного или двух шоферов и двух-трех рабочих. .
До начала работ в скважинах на барабан лебедки перематывают необходимое количество кабеля, размечают его, изготовляют зонды и необходимые соединительные провода и проверяют исправность аппаратуры и оборудования.
Кабель выпускается заводами отрезками длиной 1500—3500 м, ■ намотанными на деревянные барабаны. Для перемотки кабеля на лебедку барабан с кабелем устанавливают на козлы так, чтобы его ось была параллельна оси барабана лебедки. Конец перематываемого кабеля разделывают по правилам, изложенным в § 37, и присоединяют к отрезку кабеля у лебедки. После этого кабель перематывают на барабан лебедки под натяжкой виток к витку. Если глубины исследуемых скважин превышают длину куска кабеля, соединяют несколько кусков, причем общая длина кабеля должна на 50—100 м (но не более) превышать наибольшую глубину скважин, бурящихся в районе работ партии.'
В тех случаях, когда стенки скважин достаточно прочны и не обваливаются, при соединении нескольких кусков небронированного трехжильного кабеля отрезки кабеля берут с различным разрывным усилием. Если глубина исследуемых скважин ио превышает 1000 м, для верхних 500 м ставят двухтонный кабель, который затем наращивают однотонным. При глубине скважины до 2000 м для верхних 1000 м берут четырехтоиный кабель и наращивают затем двухтонным. Подобное соединение отрезков кабеля уменьшает нагрузку на кабель, созданную ого собственным весом. В скважинах глубиной свыше 2000 м и в скважинах глубиной свыше 1000 Л1, пробуренных в осложненных условиях, применяют только четырехтонные кабели или кабели с большим сопротивлением разрыву.
После монтажа кабеля ого размечают для точной привязки диаграмм измеряемых.. параметров по глубине (см. §37).,
Чаще всего разметка кабеля производится па скважине. В этом случае устанавливают автомашину с лебедкой па расстоянии 30 л* от устья скважины, закрепляют блои- баланс и кабель с грузом опускают в скважину так, чтобы шарик (зажимная втулка) находился близ блока со стороны лебедки. Затем берут мерную лепту и, отмерив от шарика 20 м, ставят на кабеле малую метку (обычно перевязывают кабель шпагатом). Уста- 38*
новив первую (малую) метку, опускают кабель до тех пор, пока эта метка по подойдет к месту, где рапсе находился шарик. Отмеряют от этой метки следующие 20 at и ставит вторую (большую) метку Эту метку делают из нескольких оборотов изоляционной ленты, поверх которой укладывают бандаж из шпагата и покрывают вновь изоляционной лентой. Далее опускают кабель снова па 20 ль и на том же расстоянии от большой метки ставят следующую малую метку и т. д. Размечая кабель, нужно внимательно следить, чтобы большая и малая метки па кабеле располагались поочередно и расстояние между большими метками равнялось точно 40 ль. Иногда большие метки устанавливают через каждые 100 ль. 13 этом случае устанавливают подряд четыре малые метки и затем пятую, большую.
При установке меток мерная лента должна прилегать к оболочке кабеля для обеспечения возможно более точного промера кабеля. Следует напомнить, что недостаточно точная разметка кабеля ведет к. ошибкам в определении глубины залегания исследуемых горизонтов, вследствие чего может быть произведено неправильное вскрытие пластов и тем самым нанесен серьезный ущерб промышленности. На крупных базах кабель размечают при помощи специальной разметочной установки (см. рис. 140). При работе с бронированным кабелем устанавливают магнитные мотки при помощи специального устройства, описание которого было приведено в § 42.
Соединительные проводники (в случае необходимости) 1 изготовляют в соответствии ср схемами, по которым производятся измерения в скважинах и расстановка оборудования. Зонды изготовляются по правилам, изложенным в § 92.
При проверке аппаратуры следует обратить особенное внимание на исправность измерительных приборов — потенциометров, осциллографа и пульсатора и установись в приборах новые компенсационные элементы. Мотор пульсатора должен работать бесперебойно и сообщать коллектору плавный ход.
99. СВЕДЕНИЯ, НЕОБХОДИМЫЕ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВАГЕОФИЗИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ В СКВАЖИНАХ
Перед выездом на место работ начальник партии должен располагать основными сведениями о состоянии скважины и предполагающихся работах.
В большинство случаев необходимо знать следующее.
4. Наличие и состояние дорог и примерное расстояние от базы до скважины.
Комплекс проводимых исследований (для подбора соответствующей измерительной аппаратуры).
Глуоицу, диаметр скважины и интервал исследования. Эти сведения позволяют начальнику партии проворить, достаточна ли длина кабеля, находящегося па лебедке, подобрать грузы и уточнить время, в течение которого партия будет задержана па скважине.
Вязкость и удельный вес бурового раствора. Эти данные позволяют проверить пригодность кабеля и груза для производства работ Если в исследуемой скважине буровой раствор имеет болыпш удельный вес и вязкость и есть возможность их временно понизить без риска возникновения аварий в скважине, следует об этом дать указания буровой бригаде, чтобы к приезду партии скважина была заполнена мецее тяжелым буровым раствором и тщательно промыта.
Расстояние от устья скважины до уровня бурового раствора Если это расстояние больше глубины нахождения башмака обсадной колонны (в частности, кондуктора) или превышает 50 ль (при обсадке скважины на глубину свыше 50 льА, следует дать указание буровой бригаде о заполнении скважины буровым раствором до ее устья.
Если уровень бурового раствора будет низок, то исключается* возможность исследования незакрепленного участка скважины выше уровня бурового раствора; увеличиваемся вероятность обрыва кабеля при прихватах из-за большого веса кабеля, находящегося выше уровня бурового раствора; изменяется величина удлинения кабеля, что приводит к ошибкам в определении глубин.
-1 Современные автоматические самоходные измерительные установки (станции)
Комплектуются соединительными проводниками заводского изготовления.
Состав раствора и налично в растворе химических примесей, например кислот, нефти и т. п., которые могут повредить оплетку или оболочку кабеля. Располагая данными о составе раствора и о наличии нефти, начальник партии может своевременно (па базе) заменить обычный кабель на кабель с оболочкой жил из нефтеупорной резины или пропитать перед спуском текстильную оплетку кабеля водой (при исследовании скважины с нефтью) или слабым раствором щелочи (если буровой раствор содержит кислоты).
Если уровень вода— нефть находится ниже верхней границы исследуемого участка скважины, следует дать указание буровой бригаде о закачке в скважину бурового раствора для подъема уровня раздела вода—нефть выше верхней границы исследуемого интервала, а если возможно, то и полностью вытеснить нефть из скважины.
Техническое, состояние скважин: предполагаемое искривление, наличие вторых стволов и уступов и глубина их нахождения, состояние стенок скважины, вероятность обвалов и выбросов, возможность газирования скважины. Все эти сведения необходимы, чтобы при исследовании скважины возможно было соблюсти необходимые предосторожности для избежания прихвата зонда (например, приготовиться к спуску кабеля через свечи, выбрать соответствующие грузы и подобрать кабель необходимой прочности).
Сведения о наличии электрической энергии: напряжение силовой и осветительной сети, наличие распределительных устройств и расстояние*, от них до скважины. Эти данные требуются при работе с разборными установками для выбора привода к лебедке и необходимого количества соединительных проводов.
Состояние бурового оборудования и сведения о буровой бригаде, особенно в тех случаях, когда скважина заполнена тяжелыми растворами и возможны выбросы и прихваты кабеля. Эти сведения необходимы, чтобы знать, па что может рассчитывать персонал партии в случае прихвата кабеля, когда потребуется помощь буровой бригады для скорейшей ликвидации аварии.
К). Конструкцию выхода колонны (для выбора типа блок-баланс а).
Время окончания и длительность промывки скважины.перед геофизическими исследованиями. Необходимо отметить, что скважину следует промывать в течение 2— 4 час. и партию вызвать к концу подъема колонны бурильных труб, причем в процессе подъема длительных остановок не должно быть. В противном случае колонну бурильных труб рекомендуется вновь спустить на забой и скважину повторно промыть.
РАССТАНОВКА ОБОРУДОВАНИЯ У СКВАЖИНЫ
По прибытии к месту работ автомашину с подъемником устанавливают близ буровой скважины (рис. 342). При этом по возможности должны быть выполнены следующие условия:
барабан лебедки должен занимать горизонтальное положение, и его ось должна быть перпендикулярна прямой, проходящей через центр скважины и середину барабана;
в пределах угла, образованного прямыми, соединяющими центр скважины со щеками барабана, не должно быть предметов, которые могли бы затормозить спуск и повредить изоляцию кабеля;
блок-баланс должен быть хорошо виден рабочим у тормоза лебедки.
Промыслово-геофизическую лабораторию устанавливают вблизи подъемника. Удобно обе автомашины устанавливать так, чтобы оператор из окна лаборатории видел рабочего у лебедки на подъемнике, что облегчает в некоторых случаях связь.
Если лебедка приводится от заднего колоса автомашины, с чем иногда приходится встречаться при работе с подъемниками старой конструкции, затормаживают автомашину, подкладывают под передние колеса деревянные клинья и поднимают домкратом полуось, над которой па трансмиссионном валу расположен ведомый шкив лебедки. Затем от- тормаживают автомашину и надевают приводной ремень па наружный скат или на тоу- мозцой диск заднего колеса поднятой полуоси автомашины и ведомый шкив лебедки Вторым домкратом поднимают раму машины до создания необходимой натяжки приводного ремня.
При использовании переменного тока промысловой сети для питания измерительных и вспомогательных, устройств и привода лебедок присоединяют силовую линию станции к сети, (для этого используют специальный силовой кабель). При присоединении необходимо вольтметром проверить соответствие напряжения сети величине напряжения первичной обмотки
Рис. 342. Схемы установки станции AKG у скважины и электрических соединений лаборатории с подъемником.Рис. 342. Схемы установки станции AKG у скважины и электрических соединений лаборатории с подъемником.СПО- СП2 СП5 СПЗСПО- СП2 СП5 СПЗЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ СКВАЖИНЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ СКВАЖИН
Рис. 342. Схемы установки станции AKG у скважины и электрических соединений лаборатории с подъемником.
Рис. 342. Схемы установки станции AKG у скважины и электрических соединений лаборатории с подъемником.
СПО- СП2 СП5 СПЗ
СПО- СП2 СП5 СПЗ
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ СКВАЖИН
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ СКВАЖИН
а — при работе с датчиком из комплекта лаборатории; б — то же, с датчиком из комплекта подъемника; 1 — лаборатория; 2 — подъемник; 3 — блок-баланс; 4 — лебедка подъемника; 5 — кабель; 6 — коллектор лебедки; 7 — датчик глубин; 8 -—датчик натяжений; 9 — магнитный метноуловителъ; ю — размагничивающее устройство; 11 — контрольная панель подъемника; 12—выносной динамик; СП1 — сетевой провод; СПЗ — провод датчика глубин; СПЗ — соединительный провод к подъемнику; СП4 —провод присоединения электродов; СП5 — коллекторный провод; СПб — провод заземления; СП? —провод метки; СП8—провод выносного динамика.
Рис. 343. Кропление блок-балапса на столе ротора при помощи бурильной трубы.Рис. 343. Кропление блок-балапса на столе ротора при помощи бурильной трубы.
Рис. 343. Кропление блок-балапса на столе ротора при помощи бурильной трубы.
Рис. 343. Кропление блок-балапса на столе ротора при помощи бурильной трубы.
силового (входного) трансформатора. Подключения силового кабеля станции к сети и к распределительному щитку станции необходимо производить в резиновых перчатках во избежание поражения электрическим током. При этом должны быть отключены рубильники силовой сети или вынуты плавкие предохранители. Для присоединения жил силового провода к клем
мам или шипам распределительного щитка иногда используют пружинные зажимы, которые в практике называют «крокодилами».
Одновременно с расстановкой измерительных установок рабочие прочно закрепляют блок-баланс на роторном столе. Способ крепления блок-балапса, бурильных свечей, показанный на рис. 343, является одним из наиболее удачных. Свечу или квадрат подвешивают на элеваторе к таловому блоку и затем плавно опускают на деревянную доску, которая плотно прижимает станину блок-баланса к столу ротора. Блок-балансы конструкций, изображенных на рис. 175, б, кре
пятся клиньями: в столе ротора — роторными, в колонне —• деревянными. Плоскость вращения блока должна быть совмещена с верти-
калькой плоскостью, проходящей через ось скважины и середину барабана лебедки. После установки блока к его щеке прикрепляется датчик автосииной передачи со счетчиком.
СПУСК КАБЕЛЯ И ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ
В СКВАЖИНУ
Для обеспечения сохранности измерительной аппаратуры и кабеля спуск кабеля и аппаратуры в скважину и подъем их па поверхность производятся с соблюдением ряда предосторожностей.
После установки подъемника конец кабеля с присоединенным зондом и грузом переносят к устью скважины. Шарик, установленный на конце кабеля, обвязывают веревкой, петлю которой подвешивают за крюк подсобной тали, всегда имеющейся на буровой, известной под названием якоря или легости (рис. 344, а), или па крюк легости надевают специальный крючок, которым зацепляют шарик (рис. 344, б). Далее, при помощи легости поднимают зонд с грузом над скважиной и, осторожно уложив кабель в желоб блока, опускают зонд в скважину. Затем натягивают кабель лебедкой и освобождают шарик.
Опустив груз и зонд, поднимают или опускают кабель настолько, чтобы шарик или первая метка оказались па уровне стола ротора. После этого устанавливают на счетчиках глубин пуль, записывают расстояние от точки замора до первой метки (цепу начальной метки) и начинают спуск кабеля в скважину.
Кабель в скважину опускают с постоянной скоростью. В скважинах, заполненных буровыми растворами небольшой вязкости при удельном весе, не превышающем 1,4, спуск кабеля производится со скоростью до 5000— 6000 м/час. В скважинах, заполненных тяжелыми и вязкими буровыми рас-
торможенииторможенииРис. 344. Схемы закрепления кабеля над устьем скважины, а и б — крепление кабеля при спуске скважинных снарядов; в, а, 6 и е — крепление кабеля при аварийных работах. 1 — кабель; 2 — канат.Рис. 344. Схемы закрепления кабеля над устьем скважины, а и б — крепление кабеля при спуске скважинных снарядов; в, а, 6 и е — крепление кабеля при аварийных работах. 1 — кабель; 2 — канат.несколько раз, пока мендуется отмечать зволяет проследить,несколько раз, пока мендуется отмечать зволяет проследить,попытке пробить пробку.попытке пробить пробку.
торможении
торможении
Рис. 344. Схемы закрепления кабеля над устьем скважины, а и б — крепление кабеля при спуске скважинных снарядов; в, а, 6 и е — крепление кабеля при аварийных работах. 1 — кабель; 2 — канат.
Рис. 344. Схемы закрепления кабеля над устьем скважины, а и б — крепление кабеля при спуске скважинных снарядов; в, а, 6 и е — крепление кабеля при аварийных работах. 1 — кабель; 2 — канат.
несколько раз, пока мендуется отмечать зволяет проследить,
несколько раз, пока мендуется отмечать зволяет проследить,
попытке пробить пробку.
попытке пробить пробку.
творами, эта скорость обычно снижается и при очень вязких и тяжелых растворах при работе с небронированными кабелями иногда не превосходит 200—500 м/час.
При спуске кабеля не следует его резко затормаживать. При резком
в кабеле возникает дополнительная динамическая нагрузка.
что иногда может привести к обрыву кабеля. Нужно следить и за том, чтобы кабель опускался в скважину под натяжкой. Это исключает возможность спуска лишнего кабеля при задержке груза пробкой или уступом. Петли кабеля могут привести к обвалу стенок скважины и к прихвату кабеля. Остановка груза и замедление его движения устанавливаются по динамометру, величине прогиба отрезка кабеля между барабаном лебедки и блок-балан- сом и по кривой СПх. При замедленном передвижении груза или остановке отрезок кабеля между лебедкой и блок-балансом образует бблыпую стрелу прогиба,-чем при нормальном спуске. Одновременно наблюдается уменьшение показания динамометра и при остановке груза прекращение движения системы измерительного прибора, регистрирующего потенциалы собственной поляризации пород. Так как незамеченная остановка груза в скважине может привести к аварии, то при спуске кабеля рекомендуется внимательно наблюдать за динамометром, подвижной системой (бликом светового луча или стрелкой) прибора, регистрирующего UGni и натяжением кабеля.
Если в кабеле имеются места соединения, то при их прохождении через ролик блок- баланса следует замедлять скорость спуска кабеля, чтобы не повредить изоляции и предотвратить соскакивание кабеля с ролика. При остановке кабеля или чрезмерно низкой скорости спуска кабель несколько раз поднимают на 10—20 м и затем снова опускают. Эту операцию повторяют несколько раз до начала нормального спуска кабеля. Если при многократном подъеме и спуске кабеля не удается пройти препятствие, что бывает при образовании пробки, пытаются пробить пробку. Для этого поднимают кабель с грузом на 25—50 м выше места остановки груза и затем спускают кабель вниз с возможно большей скоростью. Подъем и быстрый спуск кабеля повторяют
груз не пройдет пробку. При каждом спуске рско- показапия счетчика при остановке груза, что по- продвигается ли груз вниз при каждой следующей
При измерениях в скважинах, заполненных буровым раствором высокой минерализации, вследствие слабой дифференциации кривой Z7cn для указанных целей рекомендуется использовать кривые других параметров. ■
В тех случаях, когда при 5—10 спусках кабеля пробку пробить не удается, опускают груз с зондом и кабель через свечи. Для этого опускают колонну бурильных свечей па 20—25 ж ниже места, на котором происходит остановка груза. Колонну закрепляют в столе ротора и в течение 5—10 м ведут промывку глинистым раствором для очистки выходного отверстия колонны от пород, набившихся при спуске. После промывки подвешивают к кабелю груз небольшого диаметра (до 40 мм) и через свечи опускают зонд с грузом и кабелем до забоя.
ПОДЪЕМ КАБЕЛЯ
Кабель в процессе измерений поднимают со скоростью, величина которой зависит от мощности пластов, слагающих'разрез исследуемой скважины, и параметров регистрирующей аппаратуры Ч Скорость подъема обычно варьирует в широких пределах (100—4000 м/час). Ее максимальное значение рассчитывают по формуле
^0 = 1800^-, (467)
где h — минимальная мощность пластов, имеющих практический интерес; Т — время установления подвижной системы измерительного прибора с погрешностью до 2% его отклонения при идеальном (критическом) режиме его работы; b — коэффициент, устанавливающий увеличение времени успокоения Т системы при различных условиях ее работы [ Ь = 1 при критическом режиме; при «переуспокоенном» (апериодическом) режиме b > 1; обычно b < 3].
При подъеме кабеля внимательно следят за показаниями динамометра и натяжением кабеля, чтобы в случае прихвата груза предотвратить обрыв кабеля. Особенно внимательно необходимо следить за подъемом кабеля при прохождении грузом или измерительным прибором башмака колонны.
Прихват груза или кабеля чаще всего наблюдается при длительных остановках зонда. Поэтому при прекращении измерений, например при изменении схемы соединения или при текущем ремонте оборудования, до возобновления измерений следует опускать и поднимать кабель па участке в 5—10 м. ■
При прихвате груза и кабеля, что узнается по резкому натяжению, кабеля, останавливают лебедку и, опустив 5—10 м кабеля в скважину, снова начинают подъем. В том случае, когда груз цепляется за уступ в скважине- или за башмак колонны, его удается освободить в результате многократных опусканий и подъемов кабеля.
Когда при многократном опускании и подъеме кабеля поднять груз или измерительный прибор выше места прихвата кабеля не удается, прибегают к извлечению груза при помощи желонки. Если вытащить кабель лебедкой ио удается, пытаются извлечь кабель при помощи талей бурильного ставка или опускают в скважину колонну бурильных труб с ловильным колоколом.
При извлечении кабеля талью бурового станка кабель 1 наматывают на крюк талового блока (рис. 344, в), на отрезок трубы, подвешенной к талевому блоку (рис. 344, г), вокруг каната 2 (рис. 344, 5) или вокруг кабеля 1 обматывают канат 2 (рис. 344, е) и дают кабелю ряд натяжений. Каждое натяжение поддерживают в течение нескольких минут, пока кабель не будет освобожден от прихвата.
При подъеме кабеля тщательно смывают с его оплетки буровую грязь. Для хорошей отмывки кабеля струю воды следует направлять под неболь-
Если в скважине не производят измерений, кабель поднимают со скоростью- до 8000 м!час.
шим напором и дать возможность воде стекать по кабелю и обмыть его оболочку.
При намотке кабеля на барабан лебедки следят за тем, чтобы кабель укладывался па барабан виток к витку с максимальной плотностью. При неровной укладке кабеля витки нижнего ряда могут сползать на виток верхнего ряда, что при последующем спуске может привести к резкому торможению, небезопасному для целостности кабеля.
ПРАВИЛА ВЫБОРА МАСШТАБОВ РЕГИСТРАЦИИ КРИВЫХИ СИЛЫ ТОКА ПИТАНИЯ
Масштабы регистрации кривых кажущегося сопротивления, сопротивления заземления и потенциалов собственной и вызванной поляризации пород определяются значениями удельного электрического сопротивления и электрохимических естественной и вызванной активностей исследуемых отложений, дифференциацией разреза скважин и степенью детальности его изучения.
В районах, где имеется большое число скважип, и в скважинах, расположенных па разведочных площадях, прилегающих к этим районам, обычно выбирают единые (стандартные) масштабы регистрации кривых gK, НА, '^сп и ^вп* При 9Т0М кРивые изучаемых параметров, зарегистрированные в выбранных масштабах, должны наиболее наглядно отражать геофизическую характеристику всего разреза в целом и особенно структуру и физические свойства пород, слагающих продуктивные участки разреза.
Выбор масштаба регистрации кривых ри и Нд
Выбор масштаба диаграммы кажущегося сопротивления и сопротивления заземления зависит от электрического сопротивления исследуемых горных пород и бурового раствора. Масштаб кажущегося сопротивления .должен быть таким, чтобы при минимальных кажущихся сопротивлениях кривая рк смещалась от нулевой линии на 5 мм в породах, не представляющих промышленного интереса, и не менее чем на 20 мм на тех участках разреза, где по кажущимся сопротивлениям предполагается детально изучать электрические свойства исследуемых отложений (например, для определения пористости, нефтенасыщепности пород или типа каменных углей).
Если кривую кажущегося сопротивления нельзя записать в одном масштабе, то наиболее интересные участки (зоны очень высокого или очень низкого сопротивления) перекрываются кривой в более мелком или более крупном масштабе. При потенциометрической записи кривых при смене масштаба обычно ток сохраняют постоянным и изменяют предел измерений, пропорционально которому увеличивается или уменьшается масштаб записи кривой рк. При фоторегистрации диаграмм рк кривые кажущегося сопротивления записывают одновременно в трех или двух масштабах, в связи с чем перекрытие участков в другом масштабе производится редко, лишь па участках залегания пород с очень высоким или очень низким сопротивлением. Для уменьшения масштаба записи в породах очень высокого сопротивления основной гальванометр (в лабораториях АКСЛ/50) при помощи ключа переводится на запись в масштабе 1 : 125. В породах очень низкого сопротивления укрупнение масштаба записи производится соответствующим увеличением тока питания.
Стандартными масштабами записи кривых кажущегося сопротивления обычно являются масштабы, кратные 1,0; 1,25; 2; 2,5 и 5 ом mJ см.
Масштаб кривой сопротивления заземления берут таким, чтобы амплитуды изменения сопротивления па промышленно интересных участках разреза в наибольшей степени заполняли 8-сж рабочую полосу стандартной регистраторной (рулонной) бумаги. При этом для получения максимально дифференцированных кривых RA допускается выход кривой за пределы рабочей полосы бумаги с перекрытием этих участков в более крупных масштабах. Протяженность перекрытий может достигать 10—25% от общей длины диаграммы в зависимости от степени детальности регистрации кривой НА. При работе с фоторегистратором для основного масштаба записи кривой RA рекомендуется использовать второй гальванометр регистрации (чувствительности х/б) и одновременно регистрировать кривые НА в пять раз более крупном масштабе основным гальванометром и в пять раз более мелком масштабе третьим гальванометром.
Выбор масштаба записи кривых t7"cn
Масштаб записи кривой потенциалов собственной поляризации опреде- .ляется величиной электрохимической активности пород, слагающих разрезы исследуемых скважин, и соотношением сопротивлений рв, о вод бурового раствора и рв, 2 пластовых вод. Чем больше разница в сопротивлениях рп, о и рв. 2 и больше дифференциация в электрохимических активностях исследуемых пород, тем в более мелком масштабе может быть зарегистрирована кривая UGn. Обычно для записи кривой UGn берут один из следующих масштабов:
при фоторегистрации 1 мв/см; 2,5 мв/см; 10 мв/см; 25 мв/см; 50 мв/см и 100 мв;см при постоянной гальванометра по току 1,25 мка/см и в масштабах 0,5 мв/см; 1,25 мв/см; 2,5 жв/сж; 5 мв/см; 12,5 мв/см; 25 мв/см и 50 мв/см •при постоянной гальванометра по току 0,625 мка/см с возможной одновременной регистрацией кривой в пять раз более крупном масштабе;
при автоматической потенциометрической регистрации 0,5 мв/см;
2,5 мв/см; 12,5 мв/см и 62,5 мв/см; '
при полуавтоматической потенциометрической регистрации 0,625 мв/см; 2,5 мв/см; 12,5 мв/см; 62,5 мв/см и при удвоенном компенсирующем напряжении (при работе с двумя компенсационными элементами) 1,25 мв/см; 5 мв/см; 25 мв/см и 125 мв/см.
Из числа приведенных масштабов регистрации кривых рекомендуется масштаб, при котором па кривой UGn отмечаются возможно бдлыпие амплитуды зарегистрированных аномалий, однако пе выходящих за ширину 8-сж рабочей полосы регистраторной бумаги. На участках залегания коллекторов рекомендуется перекрывать запись в пять раз более крупном масштабе.
Выбор масштаба записи кривых UBn
Записи кривой UBn производится в одном из указанных выше масштабов записи кривой /7СП. При этом кривые UBn обычно записывают либо в том же масштабе, что и кривые UGIP либо в масштабе, в 10—25 раз более мелком, при котором влиянием изменения потенциалов собственной поляризации пород на ход кривой иъи практически можно пренебречь.
Выбор масштаба глубин
Запись кривых рк, RA1 ^сп и (7ВП при стандартных исследованиях нефтяных скважин обычно производится в масштабе 1 : 500 и лишь изредка в масштабе 1 : 1000. При детальных исследованиях применяются масштабы
: 200 и реже 1 : 50. В угольных и рудных скважинах используются масштабы 1 : 200 при стандартных и 1 : 50 и 1 : 20 при детальных исследованиях. Кривые пластового наклономера регистрируются в масштабе 1 : 20.
Выбор силы тока
При выборе силы тока обычно руководствуются следующими соображениями.
Ток должен быть допустимым для длительной работы источников питания и не изменяться более чем на 5% за время исследования скважины.,
При взятом напряжении источников питания не должно наблюдаться заметного искрения на коллекторе пульсатора.
При взятых масштабах регистрации кривых @к и RA ток должен создавать разности потенциалов, отклоняющие подвижную систему регистрирующего устройства не менее чем па 5 alm.
В большинство случаев для питания измерительных установок используют токи, ио превосходящие 0,5—1 а.
§ 104. ПРОИЗВОДСТВО ИЗМЕРЕНИЙ С АВТОМАТИЧЕСКОЙСТАНЦИЕЙ АКС
После установки лаборатории станции АКС заземляют ее корпус, экраны измерительной цепи (заземления 3 и 3^, при помощи специального' двужильного кабеля подключают силовую линию лаборатории к промысловой сети переменного тока частотой 50 гц или к сети переменного тока подъемника и устанавливают электроды N и Nv Эти электроды обычно заземляют в амбаре с буровым раствором, в желобе (при неподвижном растворе) или в сырой земле под полом буровой возможно дальше друг от друга и от металлических предметов.
Затем проверяют сопротивление изоляции питающей и измерительной линий. В сырую погоду и при низкой температуре окружающего воздуха для улучшения изоляции рекомендуется предварительно прогреть лабораторию. В сырую погоду контактные панели входной коробки рекомендуется протереть вазелином.
, Во избежание влияния токов утечки па измеряемые величины заземление приборов станции 3^ устанавливают возможно дальше от заземления лабораторий и подъемника. Исправность заземлений проверяют при помощи пробника.
Проверив сопротивление изоляции, подключают жилы коллекторного провода к гнездам входной коробки, предварительно проверив, какая из жил кабеля коллекторного провода соединена с питающими и приемным' заземлениями; соединяют с лабораторией датчик глубин и сигнальное' устройство (специальным шестижильным проводом), а также подъемник: (двенадцатижильным проводом).
Затем проверяют действие синхронной передачи фоторегистратора,, громкоговорящей связи, сигнализации и устройства для отмотки меток. Соединив провода на схеме панели переключений, приступают к спуску- зонда. При прохождении нулевой метки через уровень стола ротора спуск- кабеля приостанавливают и ставят на нуль-указатель (счетчик) глубин. Когда электроды зонда войдут в раствор, регулируют сопротивления каналов КС и ПС, устанавливают силу тока и, включив измерительную цепь, подготовляют фоторегистраторы к измерениям. Сила тока в цепи подмагничивания гальванометров должна соответствовать ее паспортному значению .
При помощи реостатов в цепи накала ламп, освещающих зеркальные системы гальванометров и вертикальную разграфку, дают яркость света, обеспечивающую четкость фоторегистрации линий. При регулировке положения бликов для облегчения регулировки накал осветительных ламп следует несколько увеличить.
Далее проверяют:
действие горизонтальной разграфки; для этого вращают ручку «Протяжка»; в лаборатории станции АКС/Л-50 при глубинах, кратных 2, 5 и 10 м (в зависимости от включенного масштаба глубин регистрации), и в лаборатории станции АКС/Л-51 при глубинах, кратных 5 и 50 л», должна загораться контрольная лампочка «Горизонтальные линии»; по вспышкам контрольной лампочки «Запись» проверяется исправность лентопротяжного механизма;
исправность цепи меткоотбивателя (по вспышкам лампы при включении кнопки «Метка»);
работу гальванометра, отмечающего марки времени (в АКС/Л-50) и релейного механизма (в АКС/Л-51).
Убедившись в исправности работы станции, оператор дает указание ■ лебедчику о спуске зонда на забой. При опытном, персонале партии для минимальной задержки скважины фоторегистратор можно проверять во время спуска измерительной установки к забою. При спуске установки на забой в тех случаях, когда требуется возможно более точное определение глубины залегания исследуемых пластов, производится контрольный промер кабеля.
На участке скважины, закрепленном колонной, блики гальванометров капала КС при включенном токе питания должны находиться в пулевом положении. Отклонение бликов от нуля указывает на наличие в приемной цепи разности потенциалов, созданных одновременными утечками тока в измерительной и питающей цепях или индуктивными наводками. При значительном отклонении блика основного гальванометра поднимают зонд и производят необходимый ремонт изоляции и переключение жил кабеля, обеспечивающих качественную регистрацию диаграмм.
После выхода зонда из башмака колонны (момент входа фиксируется по резким отклонениям бликов гальванометров) регулируют сопротивления цепей КС и СП, включают и устанавливают силу тока питания . Регулирование сопротивления цепи КС в лаборатории станции АКС/Л-50 производится при помощи тока питания Г и в лаборатории станции АКС/Л-51 индикатором R.
Доведя сопротивление измерительной цепи до 800 ом, устанавливают •силу тока. Сила тока определяется размером зонда, пределом измерения (ценой деления шкалы фоторогистратора) в м.в/см и принятым масштабом регистрации кривой кажущегося сопротивления. Следующие соображения положены в основу расчета силы тока.
Разность потенциалов AU, отклоняющая блик гальванометра па 1 см, численно равная цене деления шкалы фоторогистратора т \мв!см\, 'будет наблюдаться при кажущемся сопротивлении
v II'
и, следовательно, масштаб записи кривой рк
М = 4т[^]'(468>
Из формулы (468) следует, что для записи кривой кажущегося сопротивления в масштабе М \омм!см\ при цене деления фоторегистратора мв/см в цепи заземления Л и В должен протекать ток
/ = ^М-(469>
Последняя формула получена для тока постоянного направления. Но так как зонд питается пульсирующим переменным током, то действительное его значение должно несколько превышать величину, определяемую формулой (469). Это значение тока находят по величине разности потенциалов, возникающей на эталонном сопротивлении На (контрольном шунте) у включенном в цедь переменного тока.
В этом случае ток I, проходя по сопротивлению BQ, создаст разность потенциалов ДЦ\ = IJU. Но так как в принятом масштабе регистрации кривой
,у Кт
'J —"М ’
ТО
т. е. ток должен создавать на эталонном сопротивлении разность потенциалов, которая во взятом масштабе регистрации разностей потенциалов отклонит блик гальванометра на
Г=^-|я[сЛ]. (470)
Таким образом, для определения силы тока I для принятых размера и типа зонда К, масштаба М записи кривой кажущегося сопротивления и масштаба т измерения разности потенциалов фоторегистратором необходимо, взяв одну из величин Вэ по формуле (470), рассчитать отклонение Г блика гальванометра. Для повышения точности сопротивление Ва берут таким, чтобы I достигало 5—10 см. Далее, установив предел измерения, при котором предполагается записывать кривую кажущегося сопротивления, подключают канал КС к эталонному сопротивлению В® и при помощи декадных реостатов изменяют силу тока до тех пор, пока блик гальванометра- не даст расчетное отклонение I. Отрегулировав силу тока, замечают величину отклонения стрелки миллиамперметра в цепи тока и это отклонение- при помощи реостатов поддерживают постоянным в процессе регистрации-
После установки тока вновь проверяют положение иуль-пупктов гальванометров и при помощи емкостного шунта устраняют (при наличии) вибрацию бликов гальванометров.
Отрегулировав канал КС, проверяют канал СП. Регулировка сопротивления производится при помощи компенсатора поляризации. Для этого приводят блик гальванометра в среднее положение шкалы, условно принимаемое за пулевое, и при наименьшем пределе измерения, включив компенсатором поляризации разность потенциалов в несколько милливольт и изменяя сопротивление цепи, гальванометра канала СП, добиваются отклонения' блика на величину, равную отношению числа милливольт, включенных компенсатором поляризации к масштабу т записи кривой в мв]см, и переходят на предел, соответствующий принятому масштабу записи кривых Uon»
Затем проверяют полярность включения (для большинства районов при М положительном по отношению к N блик гальванометра должен отклоняться вправо)..
Закончив регулировку и включив каналы КС и СП, при спуске зонда производят контрольную запись. Наличие контрольной записи дает возможность проверить надежность работы аппаратуры и в некоторых случаях избежать погрешностей в отсчете глубин близ забоя.
Достигнув забоя, проявляют заснятую лепту и, убедившись в качественности записи кривых кажущегося сопротивления и потенциалов собственной поляризации, приступают к основной записи, которую ведут при подъеме К Скорость подъема не должна превышать того минимального значения, при котором наблюдается расхождение в записи при данной и значительно меньшей скоростях.'
Если па контрольной записи кривых, произведенной при спуске зонда, отмечаются погрешности, необходимо устранить недостатки записи согласно- указаниям, приведенным в инструкциях [205]*
При регистрации кривых кажущегося сопротивления и потенциалов собственной поляризации пород руководствуются следующими правилами.
Яркость освещения зеркал гальванометров и вертикальной разграфки должна быть, тем большой, чем выше скорость регистрации кривых. Яркость освещения регулируют реостатами, положения ручек которых для каждой скорости указаны в паспорте фоторёги- страторов.'
Если блики гальванометра СП выходят за пределы шкалы, дальнейшую запись, прекращают и блики смещают при помощи компенсатора поляризации. Величину смещения в милливольтах и глубину, на которой было произведено смещение, отмечают в журнале. Также отмечают участки кривых, на которых блик гальванометра второй записи выходил за пределы шкалы. Эти участки перезаписывают в пять раз более мелком масштабе. Для этого в станции АКСЛ-50 основной гальванометр переключают на запись в 125 раз более мелком масштабе.
При прохождении метки через уровень стола ротора при ручной отбивке меток рабочий у ротора нажимает кнопку «Метка» и лампочка «Метка» отмечает черту ла фотоленте.
В начале, в процессе (через каждые 200 nt) и в конце записи оператор отмечает положение нулевой линии гальванометров. Для этого па 1—2 сек. останавливают подъем кабеля й выключают ток питания. Если породы, слагающие разрез скважины, достаточно однородны,то ток выключают на возможно короткий промежуток времени в процессе подъема зонда. В начале и в конце записи для точного положения нулевой линии прокручивают ведущий валик лентопротяжного механизма вручную. При измерениях заполняют журнал наблюдений, в который вносят все изменения, выполненные в процессе- записи. После окончания замера фотолепту проявляют и партия приступает к следующему виду работ. Полученные диаграммы*должны удовлетворять требованиям, указанным в § 115.
ИЗМЕРЕНИЕ КАЖУЩЕГОСЯ СОПРОТИВЛЕНИЯИ ПОТЕНЦИАЛОВ СОБСТВЕННОЙ ПОЛЯРИЗАЦИИ СО СТАНЦИЕЙ ОКС
При работе со станцией ОКС сопротивление и потенциалы собственной поляризации пород измеряют раздельно. В тех случаях, когда нот оснований предполагать возможность прихвата снаряда и кабеля при спуске, регистрация i7cn может быть произведена при спуске скважинного снаряда и замер рк — при подъеме.
Установив лабораторию станции ОКС и соединив се с подъемником ?, на роторном столе закрепляют блок-баланс, устанавливают датчик глубин
и натяжения, меткоуловитель, указатель (счетчик) глубин и переговорный пульт. Лабораторию присоединяют двужильным силовым и двопадцатижиль- пым соединительным кабелем к датчикам глубин и натяжений блок-баланса. Корпуса лаборатории и подъемника заземляют и к измерительной схеме подсоединяют поверхностные заземления. При питании станции ОКС от промысловой сети подъемник станции подключают к сети силовым кабелем.
Включив станцию, проверяют согласно инструкции [208] нормальную работу фоторегистратора или электронного потенциометра, схему коммутации зондов и чувствительностей в скважинном снаряде и напряжение питания скважинного снаряда (после 15-минутного прогрева аппаратуры напряжение на выходе выпрямителя должно равняться 210 в). Это напряжение может быть проверено по величине пуль-сигнала при отключенном компенсаторе. Затем, включив автоматическую регулировку усиления [переключатель 26 (см. рис. 114) находится в положении «Работа»], реостатом 27 «Длина кабеля» доводят силу тока питания до исходного ее значения. В дальнейшем силу тока питания поддерживают автоматически. Установив силу тока, компенсируют нуль-сигнал. При этом переключатели чувствитсльно- стей зондов в основном скважинном снаряде и чувствительностей в малогабаритном скважинном снаряде устанавливают в положения согласно табл. 26 и 27. Компенсация нуль-сигнала производится при чувствительности, принятой для замера кажущегося сопротивления. При этом, если стрелка прибора 41 находится в нулевом положении (см. рис. 115), пишущие устройства регистраторов должны находиться также в нулевом положении.
Для переключения зондов и чувствительностей устанавливают переключатель 33 в положение «Коммутация», выключатель 30 — в положение «Включено», выключатель 35 — в положение «Зонды или чувствительности» (в зависимости от того, что требуется изменить) и. установив выключатель 32 в положение «Мотор», по прибору 36 определяют необходимую позицию переключателя зондов или чувствительностей.
Установив нуль приборов при помощи реостата 43, регулируют схему по стандартному сигналу. Для этого переводят переключатели зондов и чувствительностей в положение измерения стандартного сигнала согласно табл. 26. При этом для основного скважинного снаряда отклонения стрелки прибора 41 и пишущих устройств регистраторов должны соответственно равняться 1 ма и 8 см шкалы основного гальванометра (при положении 9 переключателя чувствительности) и 5 мв и 8 см шкалы вспомогательного гальванометра (при положении 7 этого переключателя). Последнее также относится и к малогабаритному скважинному снаряду. Проворив надежность работы сигнально-переговорных устройств и установив па счетчике глубин цену первой метки при ее положении па уровне стола ротора, подключают переключателем зондов к скважинному снаряду зонд, с которым должны производиться измерения кажущегося сопротивления. Затем, установив переключателем чувствительности необходимый масштаб записи кривой, переводят переключатель 33 в положение КС и переключатели 40 и 45 в положение «Измерение». В этом положении разность потенциалов, усиленная и выпрямленная в основном скважинном снаряде, по жило кабеля подается на измерительную панель управления и далее на регистрирующий прибор.
■ Запись производится при наименьших пределах измерения фоторегистратора или электрического потенциометра. Для проверки отсутствия погрешностей, созданных наводками при спуске зонда, производится пробная регистрация рк в колонне, где при отсутствии помех должны быть получены нулевые показания. Отсутствие нуля в колонне указывает на неточную компенсацию нуль-сигнала или на изменение величины помех. Кривую КС регистрируют при подъеме зонда. В процессе подъема кабеля магнит-
ным моткоуловителем осуществляется автоматическая отбивка меток. При входе скважинного снаряда в колонну для контроля вновь записывают кривую уц. При стабильно работающей аппаратуре эта запись должна дать вновь нулевую линию.
Регистрация кривых потенциалов собственной поляризации
Для измерения потенциалов собственной поляризации переключатеЛ 40 (см. рис. 115) центральной панели управления ставят в положение «Раз- блок», переключатель 33 — в положение «Коммутация» и переключатель 35—• в положение «Чувствительность». Далее, замыкая включатель 32 «Мотор», приводят стрелку прибора положений в позицию 12 для основного скважинного снаряда или в позиции 10 и 11 для малогабаритного снаряда. Установив переключатель 35 в положение «Зонды», замыкают включатель 32 до тех пор, пока стрелка прибора положений не займет позиции, при котором возможна запись кривой Uсп (см. табл. 27). При фоторегистрации запись кривой потенциалов собственной поляризации в зависимости от положения переключателя пределов измерения производится в масштабах, указанных в табл. 28.
Таблица 28
Масштабы регистрации кривых Z70II
Положение переключателя пределов измерения
2
3
4
5
6
7
Расчетное сопротивление цепи К, ом
4
8
16
20
32
40
80
Масштаб записи в мб)см при постоянной гальванометра 0,625 м ка[см
2,5
5
10
12,5
20
25
50
При записи кривой Ucn электронным потенциометром в зависимости от положения переключателя пределов (4, 20, 40, 100 и 500) регистрация производится в масштабах 0,5; 2,5; 5; 12,5 и 62,5 мв/см.
При работе с одножильной станцией наиболее часто встречающимися неисправностями являются потеря эмиссии и перегорание электронных ламп, сгорание предохранителя выпрямителя, выход из строя некоторых сопротивлений и конденсаторов, плохая работа роле, утечка и роже обрывы и короткие замыкания в схеме электрических соединений. Описание признаков повреждения цепей с указанием мест повреждения и способов их устранения приведено в наставлении по эксплуатации станции ОКС [208].
МЕТОДИКА РЕГИСТРАЦИИ ДИАГРАММ АВТОМАТИЧЕСКИМ ЭЛЕКТРОННЫМ ПОТЕНЦИОМЕТРОМ (ПАСК-5)
При регистрации диаграмм рк и С7сп с автоматической станцией АЭКС лабораторию станции устанавливают и соединяют с подъемником и блок- балапсом так же, как и лабораторию станции АКС.
До начала измерений проверяют нуль-шкалы, нормализацию режима и регулировку усиления. Включив электронные блоки, дают им прогреться в течение 5 мин. Затем замыкают накоротко выводы каждого из каналов и, перемещая ручку установки нуля, приводят перо па нулевую
линию диаграммной бумаги, а указатель на нуль-шкалы. При этом нулевое положение реохорда должно находиться также против нулевой отметки шкалы.
Установив нуль-шкалы, производят нормализацию компенсационной цепи. Для этого в цепь потенциометра подают известную разность потенциалов от отдельного эталонного устройства с нормальным элементом или точным миллиамперметром, от градуированного компенсатора поляризации или* контрольного шунта токовой цепи станции. Далее, изменяя сопротивление реостата «Нормализация», добиваются отклонения подвижной системы потенциометра, при котором смещение пера от нулевой линии в принятом масштабе соответствует подключенному напряжению. Нормализация может быть также достигнута при помощи регулировки тока в цепи компенсационного элемента. Для этого в цепь компенсационного элемента включают миллиамперметр, на котором при помощи реостата «Нормализация» устанавливается ток 6,25 ма.
' После нормализации компенсационной цепи подают на вход потенциометра напряжение, равное половине предела измерения на линейной шкале, и затем, включая и выключая это напряжение, добиваются при помощи потенциометра «Усиление» электронного блока такого режима работы, при котором при включении напряжения перо устанавливается в положении равновесия с точностью до 0,2 мм. При этом амплитуда первого колебания относительно положения равновесия не превосходит 2—3 мм.
Проверив работу каналов потенциометра, приступают к спуску зонда. После входа зонда в буровой раствор включают мотор пульсатора, переводят переключатель «Г—I» в положение «I» и устанавливают ток питания. Силу тока I в зависимости от типа и размера зонда (коэффициента К зонда) и масштабов М и т регистрации кривой кажущегося сопротивления и измеряемой разности потенциалов ДИ рассчитывают по формуле
I = К — = К ,™V««Icm\ (471> 0ц М [ом м/см] ' z
Но так как масштаб регистрации
где Пи — предел измерения прибора в мв, то
= 072)
Сила тока может быть установлена путем подключения канала к эталонному сопротивлению (контрольному шунту станции) и последующего изменения тока регулирующими реостатами до такой величины, при которой отклонение стрелки прибора °
где Ra — величина эталонного сопротивления; тгц. и Щ— масштаб и предел, при котором производится измерение смещения стрелки прибора.
Установив силу тока Z, замечают положение стрелки миллиамперметра в цепи питания и в дальнейшем в процессе измерения о^ при помощи рео-* стата в цепи тока поддерживают стрелку в этом положении. '
Отрегулировав цепь тока, переводят переключатель V—I в положение Г. Компенсатором поляризации смещают перо потенциометра СП в среднее положение шкалы и при спуске зонда к забою производят контрольную' запись. При этом переключатель лентопротяжного механизма «Спуск- подъем» ставят в положение «Спуск».
При спуске зонда:
проверяют в колонне наличие пуля; смещение пера потенциометра КС от нулевой линии указывает на наличие в цепи MN разностей потенциалов, созданных индуктивными и емкостными наводками или утечками; причины помех должны быть исключены;
повторно проверяют оптимальный режим усиления электронной схемы; усиление должно быть таким, при котором стрелки потенциометров слегка вибрируют в пределах до 0,5 мм шкалы, что дает возможность обеспечить запись измеряемых параметров наиболее точно;
следят за стрелками и отмечают глубины участков, на которых стрелка потенциометра КС приближается к нулевой линии ближе чем на 5—10 мм (в зависимости от поставленных условий точности регистрации кривой кажущегося сопротивления) или выходит за пределы второго масштаба регистрации, а стрелка прибора СП выходит за пределы шкалы; на этих участках при подъеме зонда необходима повторная запись кривой рк в другом масштабе сопротивлений и смещение кривой СП или изменение масштаба регистрации этого параметра.
После достижения зондом забоя скважины переводят переключатель «Спуск—подъем» в положение «Подъем» и при скорости, определяемой формулой (467), при подъеме зонда регистрируют кривые рц и Ucn. В процессе подъема рабочий у блок-балапса, нажимая кнопку «Метка», отбивает моменты прохождения меток через уровень стола ротора. При наличии метко- уловителя метки отбиваются автоматически.
ПОЛУАВТОМАТИЧЕСКАЯ РЕГИСТРАЦИЯ
Полуавтоматическая регистрация кажущегося сопротивления и потенциалов собственной поляризации производится с полуавтоматической станцией ПАКС или с разборным комплектом регистраторов, устанавливаемых непосредственно в помещении буровой.
РЕГИСТРАЦИЯ ДИАГРАММ СО СТАНЦИЕЙ ПАКС
Лабораторию станции ПАКС устанавливают на скважине и соединяют с подъемником так, как показано на рис. 345. В станциях типа ПАКС, в которых лаборатория смонтирована на одной автомашине с подъемником, подъемник устанавливают по ранее изложенным правилам.
При измерениях ди по схеме взаимного питания поверхностное заземление N подключают к гнезду N (ПС) измерительной панели, жилы коллекторного провода, соединенные с жилами кабеля и далее с электродами М, А и В, — соответственно к гнездам того же наименования и гнезда М (ПС) и N [РО (КС)] замыкают накоротко.
При измерениях по схеме прямого питания жилы коллекторного провода, соединенные (через коллектор лебедки и кабель) с электродами А, М и N, подключают к гнездам A, N (РО) и N (ПС) и заземление В, установленное па поверхности, — к гнезду В. Гдезда М (ПС) и N [РО (КС^ замыкают накоротко. В этой схеме измерений, применяющейся при наличии значительных переменных блуждающих токов и при зондах большого размера. потенциометр СП используют для записи кривой градиента потенциала собственной поляризации или как компенсатор поляризации, исключающий искажающее влияние нескомпенсировапной части потенциалов собственной поляризации па запись,кривой кажущегося сопротивления. Включив линии, устанавливают переключатель пульсатора в верхнее положение («Вкл.»), при котором в линию АВ проходит переменный пульсирующий ток. '
Расчет масштабов регистрации кривых, пределов измерения и силы тока
Выбор масштаба записи кривых производится по правилам, указанным в § 103. При расчете масштаба записи кривой потенциалов собственной поляризации пород исхо дят из следующих положений: при повороте декады единиц потенциометра на одно делс-
ние карандаш регистратора смещается на 0,08 см и в цепь MN вводигся разность потен циалов, равная цене U деления декады единиц потенциометра. Следовательно, при смещении карандаша регистратора на 1 см потенциометром будет введена разность потенциалов
U ‘мв "
т ~ ОДТрмГ]9
численно равная масштабу регистрации кривой ^сп
Таким образом, для пределов измерения с ценой единицы декад, равной 0,05; 0,2;
и 5 м«, масштабы записи кривых Z7cn будут соответственно равны 0.625; 2,5; 12.5 и 62,5 мв'см. Эти масштабы могут быть удвоены включением в компенсационную цепь потенциометра последовательно второго компенсационного элемента*
Рис. 345. Схема соединений полуавтоматической станции.
1 — автомашина-лаборатория; 2 — автомашина-подъемник; 3 — блок-баланс; 4 и 5 — регистраторы КС и СП; в — пульсатор; 7 — пульт управления; 8 — указатель глубин; 9 — входная панель; 10 — лебедка; 11 — генераторная группа; 12 — контрольная панель; 13 — кабина лебедчика; 14 — датчик глубин; 15 и 10 — двенадцатижилыше соединительные провода; 17 — коллекторный провод;
18 — заземление; 19 — силовой провод
При расчете масштаба кривой кажущегося сопротивления учитывают, что в породах с сопротивлением 1 ом м при питании зонда током I возникает разность потенциалов ЦК [мя], для компенсации которой необходимо будет ввести л — ПКи делений декад, „0,08/
чему будет соответствовать смещение карандаша регистратора па ~^-— и> следовательно, масштаб кривой кажущегося сопротивления
м = ^7-<475>
При регистрации кривой кажущегося сопротивления в заданном наспи абе М для питания зонда необходим ток силы
.<476)
- В табл. 29 приведены значения сил токов для наиболее часто применяемых зондов, различ пых значений цены деления декады единиц потенциометра и масштабов регистрации кривых рн. Так как при увеличении (уменьшении^ масштаба записи в К) раз сила тока уменьшается (увеличивается) во столько же раз, в табл 29 указаны силы токов для масштабов, числовые значения которых заключаются в пределах первого десятка единиц.
Выбор продела измерений потенциометра зависит от масштаба регистрации кривых и для кривых рк, НА и (/вп от силы питающего тока. Чем выше предел измерений, том ббльшме разности потенциалов приходится измерять при одном и том же сопротивлении и тем легче, на первый взгляд, должны быть измерения с полуавтоматический анпарпту- рой Однако в действительности положение будет иным. Практика показывает, что трудно регистрировать кривые на пределе измерения 0—99 мв и особенно 0—495 мв. Это объясняется гем, что при высоких пределах измерений при смещении ползунков декад на единицу включается значительная иескомпенеированная разность потенциалов, наличие
операто РеЗК0 отклоияст стрелку гальванометра, что затрудняет регистрацию и утомляет
При измерениях па пределе 0—4,95 мв наблюдается обратная картина. При этом продело отклонения стрелки гальванометра весьма незначительны и нужно с большим напряжением следить за движением стрелки. Кроме того, при измерениях на пределе „ 4,95 мв требуется постоянно наблюдать за устойчивостью пуль-пуиктагальванометра. Непостоянство нуль-пункта приводит к искажению регистрируемых кривых. Для проверки постоянства нуль-пункта ключом Л потенциометра разрывают линию MN. При стабильном пуль-пункте стрелка гальванометра должна стать в нулевое положение или Другое, условно принятое при регистрации з’а нулевое. Отклонение стрелки от этого положения показывает па смещение нуль-пункта, к которому рамка гальванометра приводится к°Р^^тором. Наиболее удобным для записи кривых является предел измерения
Спуск зонда, установка питающего тока
Включив пределы измерения, соответствующие масштабам регистрации кривых Рк и Z7cn (в большинстве случаев масштабы указываются заранее или определяются по контрольным записям), приступают к спуску зонда в скважину. При спуске оператор включает потенциометр капала СП и наблюдает за стрелкой гальванометра для определения момента, когда зонд войдет в раствор. После этого включают ток в линию АВ и по эталонному сопротивлению в процессе спуска кабеля устанавливают силу тока. Для этого переводят переключатель «VI» в положение «7», при котором потенциометр КС присоединяется к клеммам эталонного сопротивления. На потенциометре устанавливают разность потенциалов и, изменяя регулирующими реостатами в цепи тока его величину, доводят стрелку гальванометра до пулевого положения:
ДИ = 1На.
При эталонном сопротивлении 1 ом сила тока в миллиамперах численно равна компенсирующей разности потенциалов в милливольтах. При эталонных сопротивлениях 0,1 и 10 ом сила тока в миллиамперах соответственно в десять раз больше и в десять раз меньше установленной разности потенциалов в милливольтах.
При спуске зонда в скважинах, расположенных в новом районе, для которого масштаб регистрации кривых рк и UGn не установлен, рекомендуется, как об этом указывалось выше, при спуске зонда записать контрольные кривые gK и Псп в одном из масштабов, применяемых при изучении разрезов скважин, расположенных на соседних площадях с близким разрезом, и, учитывая результаты контрольной записи, выбрать наиболее подходящие масштабы регистрации.
Подготовка к измерениям
Перед началом измерений оператор, работающий па приборе, регистрирующем потенциалы собственной поляризации, ставит переключатель полярности (-)—) потенциометра в положение включает ключ Э и, сделав пять полных оборотов диска, выводит карандаш регистрации па среднюю линию бумаги. Затем компенсатором поляризации вводится разность потенциалов, при которой стрелка гальванометра возвращается в нулевое положение.
Оператор, работающий с потенциометром, измеряющим кажущееся сопротивление, проверяет силу тока и, установив ток, запоминает деление шкалы, на котором находится стрелки миллиамперметра. В этом положении, как говорилось выше, стрелка миллиамперметра должна находиться при регистрации кривой дк. Затем, проверив правильность Закрепления карандаша регистратора, оператор устанавливает предел измерений, соответствующий масштабу регистрации диаграмм кажущегося сопротивления и силе тока питания.
После проведения всех указанных операций выключают ключ Л одного из потенциометров и проверяют пулевое'положение стрелок гальванометров. Если стрелки не находятся в пулевом положении, необходимо либо привести их к нулю корректором, либо заметить йх положение, в последующем условно принимаемое за нулевое. При записи кривых па пределе измерения 0—4,95 м» нуль проверяют при отметке каждой метки. Кривые при подъеме зонда регистрируют со скоростью 120—600 м(час в зависимости от мощности слоев, слагающих исследуемый разрез.
Правила регистрации диаграмм
При полуавтоматической регистрации кажущегося сопротивления и потенциалов собственной поляризации пород оператор, компенсируя измеряемую разность потенциалов, поддерживает стрелки гальванометров близ нулевого положения. Для этого диск регистратора вращают в направлении, обратном направлению движения стрелки гальванометра. Так, например, если стрелка гальванометра отклоняется вправо (по часовой стрелке), что указывает па недостаточность компенсирующей разности потенциалов, диск
Таблица значений силы тока в миллиамперах для различных
Градиент-
ЛГ0,09Л0,02В
0,1
6,2202
389
77,8
15,6
3,89
3,11
156
31,1
6,22
М0,24Л0,02В
0,25
39,206
2450
490
98,0
24,5
19,6
980
196
39,2
М0,225Л0,05В
0,25
15,550
972
194
38,9
97,2
77,78
389
77,8
15,6
М0,475А0,05В
0,5
62,673
3920
783
157
39,2
31,3
1570
313
62,7
Л/0.45Л0.1В
0,5
31,101
1945
389
77,8
19,4
15,6
778
156
31 1
М0.95А0ДВ
1,0
125,35
7835
1570
313
78,3
62,7
3135
627
125
Ж90Л0.2В
1,0
62,202
3890
778
156
38,9
31,1
1555
ЗИ
62,2
Afi Л 0,2В
1,1
75,396
4710
942
189
47,1
37,7
1885
377
75,4
М1.9Л0.2В
2,0
250,69
—
3335
667
157
125
6670
1255
251
М1,8Л0,4В
2,0
124,34
7740
1555
310
77,7
62,2
3110
622
124
М2,0Л0,25В
2,1'25
226,19
—
2830
566
144
ИЗ
5655
ИЗО
226
Л/2.5Л0.25В
2,625
345,56
—
4320
864
216
173
8640
1730
346
М3.8Л0.4В
4,0
501,14
—
■•*■ —
1255
313
250
—.
2500
501
М3.75Л0.5В
4,0
400,54
5010
1000
250
200
2000
401
ЖЛ0.5В
4,2э
452,38
5655
ИЗО
283
226
«I
2260
452
М5.75Л0.5В
6,00
903,18
—
•
2260
564
452
4520
903
М5.5Л1В
6,00
449,23
—-
5615
1125
281
225
2245
449
М7.8Л0.4В
8,00
2008,3
■
—
5020
1255
1005
—
2010
М7.5Л1В
8,0
801,08
—
2005
501
401
4005
801
М8.0Л1В
8,5
904,75
-
" 1 '■
2260
566
452
4525
905
МАА2В
12
898,47
—
2245
562
449
—
4490
899
М15А2В
16
1602,2
—
—
4005
1000
801
—
8010
1600
М12.5А5В
15
549,76
6870
1375
344
275
2750
550
М22.5А5В
25
1555,0
—
3890
972
778
7775
1555
Пот
еиц и
МОД АО,95В
0,1
1,389
86,8
17,4
3,47
0,868
0,695
34,7
6,95
1,39
МО ДАШ
0,1
1,267
79,2
15,9
*3,17
0,792
0,634
31,7
6,34
1,27
М0,25А[,875В
0,25
3,561
223
44,5
8,90
2,23
1,78
89,0
17,8
3,56
М0,25А2В
0,25
3,534
221
44,2
8,84
2,21
1,77
88,4
17,7
3,53
М0,25А2,5В
0,25
3,456
' 216
43,2
8,64
2,16
1,73
86,4
17,3
3,46
М0.25А25В
0,25
3,143
196
39,3
7,86
1,96
1,57
78,6
15,7
3,14
МО,ОАО,75В
0,5
7,121
445
89,0
17,8
4,45
3,56
178
35,6
7,12
М0,5А4В
0,5 .
7,068
442
88,4
17,7
4,42
3,53
177
35,3
7,07
М0,5А25В
0,5
6,409
401
80,1
16,0
4,01
3,20
160
32,0
6,41
М0.5А
0,5
6,283
393
78,5
15,7
3,93
3,14
157
31,4
6,28
М\А25В
1
13,07
817
163
32,7
8,17
6,53
32,7
65,3
13,1
МАА
1
12,57
785
157
31,4
7,85
6,28
314
62,8
12,6
М2А25В
2
27,14
1695
339
67,9
17,0
13,6
679
136
27,1
М2А
2
25,13
1570
314
62,8
15,7
12,6
628
126
25,1
М4А25В
4
58,31
3645
729
146
36,4
29,2
1460
292
58,3
М4А
4
50,26
3140
628
126
31,4
25,1
1255
251
50,3
MSA25B
6
93,49
5845
1170
234
58,4
46,8
2335
468
93,5
МОА
6
75,40
4710
942
189
47,1
37,7
1885
377
75,4
М0А25В
8
132,7
8295
1660
332
82,9
66,4
3315
664
133
МОА
8
100,5
6285
1255
251
62,8
50,3
2515
503
101
М12А
12
150,8
9425
1885
377
94,2
75,4
3770
754
151
зондов, пределов измерения и масштабов диаграмм gK
Таблица 29
бы, ом м в см
15|
10
пий потенциометра, мв
05 I
т о
os'
S3
А1
о? СП.
о,
8 о
00 СП
о 7 о
б? оз 1
А
А
2 СП МО
сэ£
6? оз А
о о
А
оз" А о см А
LTD* СП
I
1 о
т о
зонды
1,56
1,24
77,8
15,6
3,11
0,778
0,622
38,9
7,78
1,56
0,389
0,311
9,80
7,84
490
98,0
19,6
4,90
3,92
245
49,0
9,8
2,45
1,96
3,89
3,11
194
38,9
7,78
1,94
1,56
97,2
19,4
3,89
0,972
0,778
15,7
12,5
783
157
31,3
7,83
6,27
392
78,3
15,7
3,92
3,13
7,78
6,22
389
77,8
15,6
3,89
3,11
194
38,9
7,78
1,94
1,56
31,3
25,1
1565
313
62,7
15,7
12,5
783
157
31,3
7,83
6,27
15,6
12,4
778
156
31,1
7,78
6,22
389
77,8
15,6
3,89
3,11
18,9
15,1
942
189
37,7
9,42
7,54
471
94,2
18,9
4.71
3,77
66,7
50,1
3335
667
125
33,3
25,1
1565.
333
66,7
15,7
12,5
31,1
24,8
1555
310
62,2
15,6
12,4
774
156
31
7,77
6,22
56,6
45,2
2830
566
ИЗ
28,27
22,6
1445
283
56,6
14,4
11,3
86,4
69,1
4320
864
173
43,2
34,6
2160
432
86,4
21,6
17,3
125,3
100
—
1255
250
62,5
50,1
3130
625
125
31,3
25,0
100
80,1
5010
1000
200
50,1
40,1
2505
501
100
25,0
20,0
113
90,5
5655
ИЗО
226
56,6
45,2
2830
566
ИЗ
28,3
22,6
226
181
—
2260
452
ИЗ
90,3
5645
ИЗО
226
56,4
45,2
112
89,8
5615
1125
225
56,2
44,9
2810
562
112
28,1
22,5
502
402
■-
5020
1005
251
200
■—
2510
502
125
100
200
160
—-
2005
401
100
80,1
5005
1000
200
50,1
40,1
226
181
—
2260
452
ИЗ
90,5
5655
ИЗО
226
56,6
45,2
225
180
—
2245
449
112
89,9
5615
1125
225
56,2
44,9
401
320
—
4005
801
200
160,2
2005
401
100
80,1
137
НО
6870
1375
275
68,7
-55,0
3435
687
137
34,4
27,5
389
311
—
3890
77,5
194
156
9720
1945
389
97,2
77,5
а л - з о
0,347
яды
0,278
17,4
3,47
0,695
V
0,174
0,139
8,681
1,74
0,347
0,0868
0,0695
0,317
0,253
15,9
3,17
0,634
0,158
0,127
7,92
1,58
0,317
0,0792
0,0634
0,890
0,712
44,5
8,90
1,780
0,445
0,356
22,3
4,45
0,890
0,223
0,178
0,884
0,707
44,2
8,84
1,77
0,442
0,353
22,1
4,42
0,884
0,221
0,177
0,864
0,691
43,2
8,64
1,73
0,432
0,346
21,6
4,32
0,864
0,216
0,173
0,786
0,630
39,3
7,86
1,57
0,393
0,314
19,6
3,93
0,786
0,196
0,157
1,78
1,42
89,0
17,8
3,56
0,890
0,712
44,5
8,90
1,78
0,445
0,356
1,77
1,41
88,4
17,7
3,53
0,884
0,707
44,2
8,84
1,77
0,442
0,353
1,60
1,28
80,1
16,0
3,20
0,801
0,641
40,1
8,01
1,60
0,401
0,320
1,57
1,26
78,5
15,7
3,14
0,785
0,628
39,3
7,85
1,57
0,993
0,314
3,27
2,62
163
32,7
6,53
1,63
1,31
81,7
16,3
3,27
0,817
0,653
' 3,14
2,51
157
31,4
6,28
1,57
1,26
78,5
15,7
3,14
0,785
0,628
6,79
5,43
339
67,9
13,6
3,39
2,71
170
33,9
6,79
1,70
1,36
6,28
5,03
314
62,8
12,6
3,14
2,51
157
31,4
6,28
1,57
1,26
14,6
11,7
729
146
29,2
7,29
5,83
364
72,9
14,6
3,64
2,92
12,6
10,1
628
126
25,1
6,28
5,03
314
62,8
12,6
3,14
2,51
23,4
18,7
1170
234
46,8
11,7
9,35
584
117
23,4
5,84
4,68
18,9
15,1
942
189
37,7
9,42
7,54
471
94,2
.18,9
4,71
3,77
33,2
26,5
1660
332
66,4
16,6
13,3
829
166
33,2
8,29
6,64
25,1
20,1
1255
251
50,3
12,6
10,1
628
126
25,1
6,28
5,03
37,7
30,2
1885
377
75,4
18,9
15,1
942
189
37,7
9,42
7,54
регистратора вращают против часовой стрелки, в связи с чем возрастает разность потен циалов, введенная на потенциометре. При движении стрелки гальванометра влево (против часовой стрелки) диск регистратора вращают по часовой стрелке и уменьшают тем самым величину компенсирующей разности потенциалов.
При записи кривых нужно реагировать па каждое перемещение стрелки гальванометра возможно быстрее, ио не допускать при этом перекомпопсации измеряемых величин. Для получения доброкачественных кривых необходимо помнить два основных положения.
Компенсация разности потенциалов полуавтоматическим регистратором производится ступенями. Вследствие этого измеряемая разность потенциалов может |быть нескомпспсирована в пределах до половины числа милливольт, приходящихся па ступень декады единиц потенциометра. При этом в цепи гальванометра будет проходить ток, отклоняющий его стрелку на число делений шкалы, достигающее половины числа пг делений, на которое отклоняется стрелка гальванометра при включении одной ступени декады единиц потенциометра на установленном пределе измерений. Поэтому если
Рис. 346. Пример искажения диаграмм вследствие несоблюдения правил полуавтоматической регистрации.
а — неискаженные диаграммы; [б — скаженные диаграммы.
стрелка гальванометра отклоняется меньше чем па пх/2 делений, то при включении следующей ступени декадного механизма, вместо приближения к нулю, стрелка откло нится в противоположную сторону на П1/2 делений. При этом оператор предполагает, что искомая разность потенциалов перекомпенсирована. Так как второе отклонение было больше первого, то оператор, добиваясь компенсации, поворачивает диск в обратную сторону на больший угол. Преувеличенный поворот диска приводит к еще большей недокомпенсации. В результате, стремясь привести стрелку к пулю, оператор «гоняет» стрелку и получает иззубренную запись (рис. 346) диаграмм, по которым невозможна точно определить местоположения тонких ластов и числовые значения дк и С7ип. Такие диаграммы являются браком. " к
Чтобы исключить ошибки в измерениях, вызванные неточностью регистрации в связи со ступенчатостью компенсации, необходимо перед началом регистрации заметить, па сколько делений nx отклоняются стрелки гальванометров при включении одной ступени декады единиц на установленном пределе измерений. В дальнейшем при регистрации не следует производить компенсацию, если стрелка гальванометра отклоняется от нулевого положения меньше чем на nJ2 делений.
■ 2. Период колебания подвижной системы гальванометра при малом сопротивлении внешней цепи может достигнуть 10—15 сек В этих условиях подвижная система гальванометра при компенсации измеряемой разности потенциалов медленно возвращается в исходное положение. Если при регистрапии замедленный характер движения стрелки побудет учтен, оператор легко может перекомпепсировать измеряемую разность потенциалов. В этом случае при дальнейшем движении стрелки гальванометра потребуется вращение диска регистратора в обратном направлении, что приведет к иззубрелности Диаграммы, не соответствующей исследуемому разрезу.
В тех случаях, когда па отдельных участках разреза разности потенциалов, измеряемые потенциометром Пкс, превышают' максимальное значение AU для установленного предела измерения или снижаются настолько, что смещение карандаша от нулевой линии не превосходит 5—10 мм, кривые 5к этих участков перезаписываются в более мелком или крупном масштабе.
П ри выходекривой потенциалов собственной поляризации пород за пределы регистра- торной бумаги приостанавливают подъем кабеля и, вращая диск регистратора, переводят карандаш на среднюю линию. При этом карандаш слегка приподнимают рукой так, чтобы сделать пунктирную черту. Затем компенсатором поляризации возвращают стрелку гальванометра в нулевое положение, дают указание о дальнейшем подъеме зонда и продолжают запись кривой.
РЕГИСТРАЦИЯ ДИАГРАММ С ПЕРЕНОСНЫМ КОМПЛЕКТОМПОЛУАВТОМАТИЧЕСКОЙ АППАРАТУРЫ
При работе с переносным комплектом полуавтоматической аппаратуры регистраторы устанавливают па треногах па полу буровой вышки близ блок-балапса на расстоянии, обеспечивающем возможность соединения лентопротяжного механизма регистратора с редуктором блок- баланса при помощи 1 или 1,5 м гибкого вала. Под батареи укладывают резиновый коврик.
” 'М
Рис. 347. Монтажная схема соединения полуавтоматических регистраторов при установке па буровой скважине.
Пкс — регистратор кривой кажущегося сопротивления; Псп — то же, кривой потенциалов собственной поляризации пород; Б — батарея сухих элементов; ПУ — пульсатор. На схеме показаны длины соединительных проводников.
Электрические соединения потенциометров и пульсатора выполняются по схеме, приведенной па рис. 347.
Электрод N, установленный, как обычно,' при помощи одножильного провода, соединяется с клеммой N потенциометра Ясп. Клемма М потенциометра приключается' к одному из выходных гпезд компенсатора поляризации. В гнездо / (см. рис. 49 и 56)- компенсатора поляризации вставляется штифт, которым заканчивается одножильный провод длиной около 3 м- Второй конец этого провода приключается к гнезду N пульсатора ПУ (рис. 347). В гнездо М пульсатора вставляется штифт, которым заканчивается белая жила трехжильпого провода, соединяющая измерительную установку с коллектором лебедки. К клеймам «-}-» и «—» пульсатора присоединяются клеммы М и Б потенциометра Пко, регистрирующего кажущееся сопротивление. К гнездам «-}-» и «—» распределительной доски регистратора присоединяются токоведущие провода от источников питания. Один из проводников, подходящих к панели батареи Б, оставляют пе- включонпым, чтобы до начала работ не разряжать батарей при случайных замыканиях питающей цепи.
Клеммы с надписью «Пульсатор» на распределительной доске регистратора соединяют с гнездами «+» и «—» пульсатора. В гнезда А и В пульсатора включают красную А и синюю В жилы коллекторного провода. На доске регистратора короткозамкнутой вилкой замыкают шунт амперметра. Предел измерений амперметра (указан между гнездами шунта) берут таким, при котором измеряемый ток дает максимально возможное отклонение стрелки прибора.
Электромоторчик пульсатора приключают к аккумулятору на 12 в или ко вторичной обмотке понижающего трансформатора, питаемого от'промысловой сети. В цепи электро-
моторчика пульсатора рекомендуется установить выключатель для включения моторчика только на время производства измерения. Этот выключатель закрепляется па треноге регистратора КС.
( Удобно всю регистрирующую установку смонтировать па общем пульте с постоянными соединениями (рис. 348), что значительно сокращает время на подготовку аппаратуры к измерениям.
Рис. 348. Монтаж регистраторов и пульсатора на общей панели.
ТОЧЕЧНЫЕ ИЗМЕРЕНИЯ
Точечные измерения кажущегося сопротивления и потенциалов собственной и вызванной поляризации или измерения с бодсном производятся в отдельных точках скважины, отстоящих одна от другой на равных расстояниях. Для фиксации точек измерения на ролике блок-баланса 1 (рис. 349), установленного на столе ротора 2, укрецляют счет- •чик и контактор 3, который включает цепь электрического звонка 4, как только кабель 5 и зонд пройдут заранее заданное расстояние I (1 м или его долю). По этим сигналам рабочий, находящийся у тормоза лебедки 6', останавливает подъем кабеля и операторы производят замеры. Потенциометры 1 и S, измеряющие кажущееся сопротивление и разность потенциалов собственной поляризации, обычно включаются последовательно по схеме, приведенной на рис. 349. Гальванометр потенциометра 8 раз ар ротируете я, и при спуске зонда следят за отклонением стрелки этого гальванометра, приводя ее в пулевое положение компенсатором поляризации 9. Отметив минимальное значение компенсирующей разности потенциалов, оставляют в этом положений потенциометр компенсатора поляризации
Подъем кабеля производится по двукратному сигналу электрического звонка, подаваемому оператором сигнальной кнопкой 10. По этому сигналу лебедчик поднимает кабель до однократного звонка — сигнала остановки.
После остановки зонда потенциометром 8 измеряют разность исд потенциалов собственной поляризации пород. Записав результат измерений иси в журнал и оставив включенной компенсирующую разность потенциалов на потенциометре СП, оператор, нажимая боден потенциометра КС, регистрирует разность потенциалов ДU. По разности потенциалов Ди, току I и коэффициенту К зонда помощник оператора вычисляет @к =
= К —у— и записывает данные измерений Уопиек в журнал, где, кроме того, отмечает глубину, на которой были проведены измерения, и показания счетчика при прохождении меток кабеля через уровень стола ротора. Для удобства вычисления кажущегося сопротивления зонд питают током, равным или кратным величине коэффициента зонда К. При I = К числовое значение кажущегося сопротивления в омметрах равно измеренной разности zl(7 потенциалов в милливольтах. При работе с токами, кратными К, рекомендуется брать I = 0,2 К (числовое значение кажущегося сопротивления равно показанию декад потенциометра, измеренному на пределе 0—19.8 мв), Z — 0,5 К (значения ДП удваивают) и/ = 2К (значения ДП делят на два). В последних двух случаях измерения обычно проводят на пределе 0—99 мв.
Рис. 349. Схема точечной регистрации кривых кажущегося сопротивления и потенциалов собственной поляризации.
1 — блок-баланс; 2 — стол ротора; 3 — счетчик глубин с контактором; 4 — электрический звонок; 5 — кабель; 6 — лебедка; 7 — потенциометр для измерения кажущегося сопротивления; 8 — то же, для измерения потенциалов собственной поляризации; 9 — компенсатор поляризации; 10 — кнопка электрического звонка; 11 — реостат для регулирования тока; 12 — батарея питания; 13 — коллекторный провод.
ПРОВЕДЕНИЕ БОКОВЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХЗОНДИРОВАНИЙ
При проведении бокового электрического зондирования (см. § 57) кажу» щееся сопротивление в скважине измеряется с серией зондов различных размеров.
Наиболее рекомендуемыми являются следующие серии зондов.
При п о т е п ц и а л-з о н д и р о в а н и я х: резистивиметр и зонды АО ДМ; А0,25М; А0,5М; А1,0М; А2,0М; А4,0М. Электрод В должен быть удален от электрода М на расстояние, превышающее мощность пластов высокого сопротивления. При применении бронированных кабелей электродом В служит стальная оплетка кабеля.
При г р а д и е и т-з о и д и р о в а н и я х: резистивиметр и зонды АО = 0,1 м; АО = 0,25 м; АО = 0,5 м; АО — 1м; АО — 2 м; АО — 4 м; АО = 8 м, например обращенные зонды —• В0ДА0,05М (применяются редко), В0ДА0.2М; В0ДА0,45М; ВОДА 0,9М или В0,2А0,9М; В0,2А1,9М; В0,2АЗ,9М или В0,4АЗ,8М и В0,4А7,8М. Зонды большого размера часто дублируются последовательными зондами того же размера. При производстве боковых электрических градиеит-зондирований с последовательными зондами (указанных размеров) зонды большого размера дублируются обращенными зондами.
Если размер стандартного зонда не равен размеру одного из указанных выше зондов, при выполнении бокового электрического зондирования зонд по размеру наиболее близкий к стандартному, заменяется последним.
Боковое электрическое зондирование проводят одним из следующих способов:
серией заранее изготовленных зондов, поочередно опускаемых в скважину;
зондом, состоящим из одного неподвижного и двух подвижных электродов; после регистрации каждой из кривых бокового электрического зондирования зонд поднимается на поверхность и электроды передвигаются в новое положение, соответствующее схеме расположения электродов в зонде следующего размера; .
специальным многоэлектродным зондом для бокового электрического зондирования, электроды которого присоединяют к жилам кабеля при помощи переключателя зондов (коробка БКЗ) по схемам, приведенным па рис- 335, 336 и 337;
одновременным измерением кривых бокового электрического зондирования с использованием многоканальной аппаратуры i.
При проведении бокового электрического зондирования каждую кривую кажущегося сопротивления записывают по правилам и схемам регистрации стандартных кривых рк. Несколько меньшей берут скорость регистрации кривых; величина ее определяется мощностями исследуемых пластов, типом применяемой аппаратуры, размерами зондов и обычно варьирует от 200 до 3000 м/час. С наибольшей скоростью производятся измерения с автоматической аппаратурой и зондами небольшого размера в отложениях, представленных чередующимися мощными пластами.
Для измерения кажущегося сопротивления с зондами малых размеров применяют схему взаимного питания (двухполюсный зонд). При градионт-зон- дах большого размера (8 м, а иногда и 4 л») для уменьшения погрешностей, созданных блуждающими переменными токами, а иногда и индуктивностью жил кабеля, рекомендуется схема прямого питания (однополюсный зонд).
Масштаб записи кривых кажущегося сопротивления должен быть столь крупным, чтобы на любом участке кривой можно было отсчитать сопротивления с точностью до 5% от измеряемой величины. При этом желательно сохранить единый масштаб для регистрации большинства кривых (по возможности равный масштабу стандартных диаграмм ри). При проведении бокового электрического зондирования рекомендуется зарегистрировать но менее двух кривых Z7cn (из которых одну в пять раз более крупном масштабе, чем другую) и кривую градиента потенциалов собственной поляризации, записываемую с одним из зондов, включенным по схеме прямого питания.
Масштаб глубин записи кривых бокового электрического зондирования берут равным 1 : 200, 1 : 50 и реже 1 : 500. Погрешности при измерениях глубин не должны превышать 0,5—0,75 м па каждые 1000 м опущенного кабеля. При этом расхождения по глубине между кривыми, зарегистрированными с различными зондами, не должны превышать 0,25 м.
При применении переключателя зондов замор кажущегося сопротивления с различными зондами обычно производится в том порядке, в котором электроды зондов присоединены к переключателю. Однако в тех случаях, когда скважина заполнена весьма вязким и тяжелым буровым раствором и подвержена обвалам стенок, т. е. в условиях, когда нет уверенности в возможности проведения измерений всеми зондами, замер рк в первую очередь производится с зондами, представляющими наибольший интерес — обычно с самым большим зондом (для выяснения характера сопротивления пород за зоной проникновения фильтрата бурового раствора) и самым малым (для расчленения разреза). Первоочередность изучения кажущегося сопро-
1 Это наиболее совершенная схема измерений, в настоящее время она находится в стадии промышленного опробования.
гистрации диаграмм кажущегося сопротивления с двумя микрозондамигистрации диаграмм кажущегося сопротивления с двумя микрозондамиРис. 350. Схема измерения с микрозондами.Рис. 350. Схема измерения с микрозондами.а — схема замера ек с микропотепциал- и микроградиент- зондами; б — схема измерения потенциала электрода для исключения влияния индукции; А и В — питающие заземления; Mi, М2, N и N' — измерительные электроды; Г„ — генератор постоянного тока; Р — реостат; мА —- миллиам- ’ перметр; Hi и Па —приборы, измеряющие разности потенциалов (кажущееся сопротивление); /Со — питающий коллектор пульсатора; Ki и Па — измерительные коллекторы пульсатора*а — схема замера ек с микропотепциал- и микроградиент- зондами; б — схема измерения потенциала электрода для исключения влияния индукции; А и В — питающие заземления; Mi, М2, N и N' — измерительные электроды; Г„ — генератор постоянного тока; Р — реостат; мА —- миллиам- ’ перметр; Hi и Па —приборы, измеряющие разности потенциалов (кажущееся сопротивление); /Со — питающий коллектор пульсатора; Ki и Па — измерительные коллекторы пульсатора*^ЗЛбт5^ЗЛбт5— к» „ ДУ®. _ л 05 " ^з,75 “ °>305 “ ’ ’— к» „ ДУ®. _ л 05 " ^з,75 “ °>305 “ ’ ’(477)(477)
гистрации диаграмм кажущегося сопротивления с двумя микрозондами
гистрации диаграмм кажущегося сопротивления с двумя микрозондами
Рис. 350. Схема измерения с микрозондами.
Рис. 350. Схема измерения с микрозондами.
а — схема замера ек с микропотепциал- и микроградиент- зондами; б — схема измерения потенциала электрода для исключения влияния индукции; А и В — питающие заземления; Mi, М2, N и N' — измерительные электроды; Г„ — генератор постоянного тока; Р — реостат; мА —- миллиам- ’ перметр; Hi и Па —приборы, измеряющие разности потенциалов (кажущееся сопротивление); /Со — питающий коллектор пульсатора; Ki и Па — измерительные коллекторы пульсатора*
а — схема замера ек с микропотепциал- и микроградиент- зондами; б — схема измерения потенциала электрода для исключения влияния индукции; А и В — питающие заземления; Mi, М2, N и N' — измерительные электроды; Г„ — генератор постоянного тока; Р — реостат; мА —- миллиам- ’ перметр; Hi и Па —приборы, измеряющие разности потенциалов (кажущееся сопротивление); /Со — питающий коллектор пульсатора; Ki и Па — измерительные коллекторы пульсатора*
^ЗЛбт5
^ЗЛбт5
— к» „ ДУ®. _ л 05 " ^з,75 “ °>305 “ ’ ’
— к» „ ДУ®. _ л 05 " ^з,75 “ °>305 “ ’ ’
(477)
(477)
тивлепия с малым зондом не обязательна в тех случаях, когда в скважине проводились микроисслсдования методами микрозондов и сопротивления экранированного заземления.
На заголовках каждой из кривых бокового электрического зондирования приводится комплекс сведений о скважине и проводимых работах, перечисленных в §115. При проведении бокового электрического зондирования обязательно измерение диаметра скважины каверномером.
§ 110. ИЗМЕРЕНИЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ МИКРОЗОНДАМИ
Регистрация отдельных кривых кажущегося сопротивления микрозондами производится по стандартным схемам измерений. При одновременной ре
двухколлекторпый пульсатор заменяется трехколлекторным и ри измеряют по схемам, приведенным на рис. 350.
Для удобства сравнения кривых рк, зарегистрированных с двумя микрозондами, их запись производится в одинаковых масштабах сопротивления. Для этого масштабы т регистрации разностей потенциалов должны быть обратно пропорциональными коэффициентам зондов. Так, например, для кривых градиепт-зонда размера 3,75 см и потеициал-зопда размера 5 см, с которыми •обычно производятся микро- и сел о до в а п ия скв ажин, .должно соблюдаться следую» щее соотношение:
где тиб и т3,75—масштабы записи разностей потенциалов, зарегистрированных потенциал- и градионт-зомдами, в mbIcm; /<3,75 — коэффициент традиент-зонда А0,025Мх0,025Ж; К5 — коэффициент потонциал-зонда А0,05М.
Следует заметить, что незначительные различия в геометрии зондов мо- тут оказывать большое влияние на величину их коэффициентов. Поэтому рекомендуется периодически проводить эталонировку микрозонда. Для этого электродную пластину зонда помещают в достаточно большой сосуд (расстояние от стенок сосуда до пластины должно быть не менее 40 см), заполненный раствором хлористого натрия известного удельного электрического сопротивления рэт- В сосуде устанавливают электроды В и А" на расстояниях не менее 40 см от пластины и друг от друга. Включив ток 1А в цепи заземлений А и В, измеряют разность потенциалов AU между электродами Мх и Мг зонда и электродом N (потенциал-зонд) и между электродами Мх и М^ (гра- диент-зонда).
Коэффициенты зондов вычисляют по формулам
TZ — бЭтАг ' TZ РэтАг TZ бэт Аг
где KMv Км и Км м — коэффициенты потенциал-зопдов и градиопт-зонда; ^мхм' ^m2n и ^мцма- Разиости потенциалов между электродами, указанными в индексе.
Полученные коэффициенты должны удовлетворять равенству
^м.м2^ KMv ^ма ’
которым проверяется правильность проведенных измерений.
При фоторегистрации кривых рн наиболее часто применяемыми микрозондами АО,025М1Л0,025Ма и ЛО,05М со станций АКС/Л-51 для гальванометров каналов КС и СП устанавливают одинаковые пределы измерений. После сборки схемы согласно рис. 350 градуированным компенсатором поляризации РКП задают отклонение блика гальванометра Гг, кратное 1,25 (например, 5 см). Затем компенсатор поляризации переключают в цепь второго канала и, сохранив введенную разность потенциалов регулировкой реостата К№б, устанавливают отклонение блика гальванометра 14 в 1,25 раза меньшее, чем ранее полученное отклонение блика гальванометра Г2 (в данном примере 4 см.). Далее компенсатор поляризации вновь "переключают в прежний канал, подключают капал КС к эталонному сопротивлению Ва и, исходя из принятого масштаба М регистрации, устанавливают силу тока по отклонению блика гальванометра:
м ’м ’(478)
м ’
м ’
где ^3,75 — коэффициент микроградиоит-зонда размера 3,75 см.
К.К.При регистрации диаграмм двух потенциал-зоидов, например зондов; А0,025М и А.0,05АГ, гальванометр А устанавливают на седьмой предел и гальванометр Г2 — на шестой предел измерений и при включении одинаковых разностей потенциалов в цепи гальванометра Гх и Гй способом, описанным выше, добиваются, чтобы отклонения бликов гальванометров относились друг к другу как
К.
К.
~~2,23 (например, 4 и 8,9 м).
Вследствие большой величины сопротивлений заземлений микрозондов для стабилизации силы тока в токовую цепь следует вводить максимально возможное балластное сопротивление и при необходимости дополнительный реостат.
При регистрации кривых микрозондов на переменном- токе кривые £К микропотенциал-зондов в той или иной степени искажаются индуктивными наводками. Для их исключения повторно регистрируют кривую потенциал- зонда с одновременным измерением потенциала вспомогательного электрода NXl установленного на расстоянии 0,25—0,5 м от башмака микрозонда. Для этого при помощи переключателя, установленного в головке зонда, присоединяют жилу кабеля от электрода Мх микрозонда к электроду Nx. Кривая вспомогательного электрода на участке залегания пород низкого сопротивления дает значение индуктивных помех. В последующем интерпретируют либо кривую разностных значений потенциала электрода Мй микро-
зонда и вспомогательного электрода N, либо кривую микропотенциад- зопда, полученную при первом измерении, за нулевую линию которой принимают точки кривой вспомогательного потенциал-зонд а в породах низкого сопротивления (например, в глинах).
При отсутствии трохколлекториого пульсатора диаграммы двух микрозондов могут быть одновременно зарегистрированы на постоянном токе. .
В этом случае измеряемые разности потенциалов являются суммой или разностью (в зависимости от направления тока питающего заземления Л) потенциалов электрического поля этого тока и собственной поляризации пррод.
Для максимального уменьшения влияния потенциалов собственной поляризации1 пород на измерения @к с микрозондами необходимо по возможности увеличить потенциалы, искусственного поля, т. е. повысить силу питающего тока I. Кривые ек необходимо регистрировать при таких масштабах измерения разностей потенциалов, при которых максимальная величина изменения ДС7сп потенциалов собственной поляризации пород создает отклонение кривой gK де более чем на 2 мм. Так, например, если JZ7^° = 50 .на, масштаб записи AU должен быть не менее 250 мв)см.
Для регистрации кривых gK в столь крупных масштабах следует включать в цепь капала дополнительные сопротивления. Набор таких сопротивлений изготовляют заранее. При этом для записи кривых gK в одинаковых масштабах М кажущихся сопротивлений необходимо, чтобы масштабы регистрации разностей потенциалов Д U. а следовательно, и сопротивления цепей гальванометров, так же как и при записи кривых микрозондов на переменном токе, были обратно пропорциональными коэффициентам микрозондов [см. формулу (477)].
Сила тока, обеспечивающая требуемый масштаб кривых кажущегося сопротивления, устанавливается по отклонению I блика гальванометра цепи КС, присоединенной к эталонному сопротивлению Дэт, величина которого в зависимости от коэффициента микрозонда и масштаба М регистрации кривой рк вычисляется по формуле (470).
Положение нулевых линий диаграмм gK определяют по кратковременным выключениям тока на участках плавного хода кривых дк. •
Для уточнения положения нулевой линии рекомендуется также на отдельных участках разреза переключать регистрацию кривой микроградиент-зонда на переменный (пульсирующий) ток. По сопоставлению этой диаграммы с кривой дк. зарегистрированной на постоянном токе, устанавливают наличие смещения диаграмм, созданного поляризацией пород и электродов.
§ 111. ИЗМЕРЕНИЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ ЭКРАНИРОВАННОГОЗАЗЕМЛЕНИЯ И СОПРОТИВЛЕНИЯ ШАРОВОГО ЗОНДА
Для измерения сопротивления экранированного заземления используют схему моста и потенциальную схему. .
Измерение сопротивления экранированного заземления по схеме моста
При измерении сопротивления экранированного заземления этим методом используют специальную панель, которая была описана в § 97. Предварительно определяют сопротивление жил А и В кабеля. Для этого каждую жилу поочередно подключают к. клеммам А и В моста и при отключенной ложноэкранной цепи, изменяя сопротивление Но, добиваются нулевого положения гальванометра (см. рис. 340). Полученное значение В„ равно искомому сопротивлению жил А и В кабеля. Это сопротивление остается включенным при последующих операциях.
Далее присоединяют жилы кабеля к электродам зонда и к заземлению В и к гнездам пульта подключают жилы А, Э и В коллекторного провода. Опустив зонд в скважину на участке, крепленном колонной, устанавливают отношение сил тока экранной и приемной цепей. Это отношение, обычно равное отношению длин экранного и измерительного заземлений, берут следующим:
Д = Д = 2; 4; 8; 16; 32.
' Для получения указанного соотношения токов переключатель Ih ставят в положение, соответствующее выбранному отношению 1д[1д- Переключатель П3 переводят в по-
ложение «/А» и переключатель Л4— в положение «79/7^», при которых гальванометр подключается к точкам Эх и Ах схемы.
Включив питающий (пульсирующий) ток регулировкой сопротивления Rg выводят блик гальванометра на нуль. При этом достигается равенство падения напряжения па участках экранной и приемной цеш-й от точек Э и А до точек Эх и zli и, следовательно, обеспечивается заданное отношение 1дЦ токов в экранной и измерительной цепях:
Отрегулировав ток, определяют сопротивление линий В RB = RB -j- ^ваб> так как сопротивление кабеля R'B° обычно много больше сопротивления заземления RB, то при предварительной оценке величины сопротивления RB величиной сопротивления RB пренебрегают и производят грубую установку сопротивления RB . Для этого переключатель П„ ставят в положение «ЛА», выключатель Кд оставляют в положении «оо», выключатель К — в положении «О» и магазином Rg компенсируют разность потенциалов в диагонали моста, возвращая тем самым блик гальванометра на нуль. Затем сопротивление в магазине Ro уменьшают па ранее измеренную величину RXB°, выключатель Кв ставят в положение «Дв» и, регулируя сопротивление R, мостик снова балансируют, т. е. обеспечивают равенство R'B == RxBa
Далее в л ожлоэк равной цепи устанавливают ток, равный току в экранной цепи. Для этого переключатель Ц3 ставят в положение «7», переключатель П4 — в положение </э = /» и выключатель Кд — в положение «Rg».
Этим достигается включение гальванометра между точками Si иЗ.
Регулируя сопротивление R', выводят блик гальванометра на пуль; при этом обеспечивается равенство Гд = Jg. Отрегулировав ток в ложпрэкрапной цепи, переходят к точной установке сопротивления RB. Так как при балансировке мостика Ro = Яд-Ь + R^6 и при R'B = RB-V- RXB6 и JA -j- Ig = IA 4- Ig приращения ARa сопротивления заземления RA равны приращению Z1RO сопротивления магазина Rn, то для точной установки сопротивления RB необходимо переключатель П3 поставить в положение <НА» и, регулируя сопротивление RB, добиться такого положения, когда при одновременном шунтировании одинаковых эталонных сопротивлений в измерительном и балансном плечах мостика (нажатием кнопок KQ t и TCq 1? Кх и К'х или 7710 и 7f10) блик гальванометра по смещается.
МашЬтаб регистрации кривых RA устанавливается путем изменения величины общего тока, подаваемого па пульт до величины, при которой при коротком замыкании ключами Kt и Kvo эталонных сопротивлений в 1 или 10 ом блик гальванометра смещался на величину I = -— где М — заданный масштаб регистрации кривой RA (шунтирование производится нажатием кнопок Кг или 77го.)
Отбалансировав мостик и установив масштаб записи, зонд опускают па забой и при подъеме ведут регистрацию. В случае, если регистрируемая кривая уходит за пределы шкалы, она может быть смещена вправо или влево, смотря по необходимости, уменьшением или увеличением сопротивления реостата Ro. Значение сопротивления R6, при котором ведется запись, и все его изменения записываются в журнал и указываются на диаграмме.
Потенциальная схема измерений сопротивленияэкранированного заземления
При потенциальной схеме измерения сопротивления экранированного заземления (см. рис. 10, б) потенциометром или фоторегистратором Г записывается потенциал UА экранированного заземления, с которым эффективное сопротивление связано известным соотношением:
Здесь I — сила тока, питающего зонд; Кд — приведенный коэффициент зонда экранированного заземления при включении ого по схеме измерения потенциалов
к.”=Ь-к„
8 ZA
где Lg — суммарная длина заземления зонда; 1А — длина его экранированной части.
При потенциальной схеме регистрации эффективного сопротивления в зависимости от принятых масштабов т и М регистрации кривых AU и Qg силу тока вычисляют по формуле (471) или устанавливают по величине I отклонения блика гальванометра, подключенного к эталонному сопротивлению Ra. Это отклонение рассчитывают по формуле (473), куда, вместо К, подставляют величину приведенного коэффициента зонда Кд.
Для записи диаграмм Ял (рэ) в достаточно крупном масштабе градуированным компенсатором поляризации смещают пуль кривой влево на необходимую величину. Величину этого смещения записывают в журнал.
РЕГИСТРАЦИЯ КРИВЫХ СОПРОТИВЛЕНИЯ ЗАЗЕМЛЕНИЯШАРОВОГО ЗОНДА
При регис грации кривых сопротивлений заземления шарового зонда к токовому коллектору пульсатора подключают жилу кабеля Л с присоединенными к псп на конце заземлителями С и А (рис. 325) и заземлитель 7f, установленный на поверхности. При исследованиях скважин методом шарового зонда регистрируют две диаграммы — разности АН сопротивлений ВА и Нс заземлений А и С и полного сопротивления НА заземления.
Для записи кривой АН (см. рис. 10, е) к измерительному коллектору пульсатора присоединяют жилы М и N кабеля и прибором П регистрируют кривую
AUac=-Lar,
где I — сила тока в питающей жило кабеля; AR— искомая разность сопротивлений заземлений А и С.
Диаграмма AU АС в масштабе 2/7 является диаграммой AR.
Прй регистрации диаграмм полного сопротивления заземления к измерительному коллектору пульсатора подключают жилу М кабеля и электрод А, установленный на поверхности, а затем регистрируют разность потенциалов
/1С7 = !(Да+Л^=Х.(да+Щ,
где НЛА—контактное сопротивление заземления А.
В том случае, когда на шаровом зонде установлен дополнительный электрод М, измеренная разность потенциалов
4U = -1-Ra
Силу тока 7 рассчитывают в зависимости от принятых масштабов т и М регистрации кривых AU и р8 по формуле (471) или устанавливают по величине I отклонения блика гальванометра фоторегистратора, подключенного к эталонному сопротивлению Нат [см. формулу (473)1.
Полученная кривая представляет собой кривую эффективного сопротивления в масштабе 2К11т, где т — масштаб записи кривой AU.
40 заказ 714.
§ 112. РЕГИСТРАЦИЯ ДИАГРАММ ПОТЕНЦИАЛОВВЫЗВАННОЙ ПОЛЯРИЗАЦИИ
Потенциалы вызванной поляризации измеряются по принципиальным схемам, изображенным на рис. 13, причем наиболее часто по схеме рис. 13, а. При этом одновременно с регистрацией кривой Пвп записывают кривую рк микропотенциал-зонда.
На рис. 351, а приведена одна из наиболее простых потенциометрических схем одновременного измерения Uвп и рк с делителем напряжения ДН, а на
Рис. 351, Схема измерения потенциалов вызванной поляризации.
а — схема включения измерительных приборов; б — взаимное рас-положение щеток питающей и измерительной цепей; Яке и ПвП —потенциометры, измеряющие кажущееся сопротивление и потенци-алы вызванной п< ляризацми; Пр — пульсатор; ДИ — делительнапряжения; КП — компенсатор поляризации; I „ — источникпостоянного тока.
рис. 352 — кривые изменения питающего тока и разностей потенциалов в цепях потенциометров Пвп и Якс, регистрирующих потенциалы вызванной поляризации и кажущееся сопротивление.
После сборки схемы соединений необходимо проверить, чтобы щетки питающего и измерительного коллекторов пульсатора Пр замыкались по очереди. Когда замкнуты щетки А и «+» (или А и «—») питающего коллектора, должны быть разомкнуты щетки М и « +» (или М и « ~») измерительного коллектора и наоборот. При этом положение щеток измерительного коллектора по отношению к щеткам питающего коллектора должно быть таким, как это показано на рис. 351, б. Необходимо также обратить внимание на попеременное включение потенциометров Якс (при прохождении тока) и Лвп (при выключении тока)-
Масштаб записи кривой UBn берут либо равным принятому масштабу записи кривой Ucn или (если потенциалы Z7Bn значительны или, наоборот, потенциалы Ucn малы) в 10 раз и более мелким, чем масштаб записи кривой Ucn. В последнем случае используют делитель напряжения г4, г6, г6 (см. рис. 351, пунктир, т^ = 500 ол; гб = 1590 ом; гв = 19680 ом), позволяющий измерять 1 : 10 или 1 : 100 величины Йвп.
Масштаб записи кривой рк в зависимости от силы Тока и предела измерения потенциометра рассчитывается по формулам, приведенным в § 106
Рис. 352. Характер изменения во времени токов в питающей и напряжений в измерительной цепях при регистрации потенциалов вызванной поляризации.
и 107, с учетом уменьшения величины регистрируемой разности потенциалов делителем напряжений (см. § 97). Сила тока при записи кривой Пвп без делителя напряжения измеряется в цепи АВ при остановленном пульсаторе, а с делителем напряжения — при вращающемся коллекторе пульсатора.
Регистрация диаграмм потенциалов вызванной поляризации с автоматической станцией АКС требует некоторых переключений в измерительных и питающей цепях лаборатории станции и может быть выполнена по двум следующим схемам (рис. 353).
При работе по первой схеме осуществляют следующее.
Находят пробником две пары щеток питающего и измерительного коллекторов пульсатора, замыкающихся поочередно, например А и «-)-» (питающего коллектора) и М и «—» (измерительного коллектора).
пульсатора (см. со на рис.пульсатора (см. со на рис.Рис. 353, Схема измерения потенциалов вызванной поляризации пород с лабораторией станции АКС.Рис. 353, Схема измерения потенциалов вызванной поляризации пород с лабораторией станции АКС.Щетки, противоположные выбранным, В и'«—» (питающего коллектора) и N и «+» (измерительного коллектора) отводят от соприкосновения с коллекторными пластинами и концы проводов, подведенных к этим щеткам, замыкают, помимо пульсатора, накоротко (провода ab и cd па рис. 353). При таком включении цепи АВ и MN замыкаются пульсатором поочередно.
пульсатора (см. со на рис.
пульсатора (см. со на рис.
Рис. 353, Схема измерения потенциалов вызванной поляризации пород с лабораторией станции АКС.
Рис. 353, Схема измерения потенциалов вызванной поляризации пород с лабораторией станции АКС.
Ключом, установленным на панели пульсатора, закорачивают разделительный конденсатор С, отключают конденсатор в измерительной цепи и подключают капал СП к входной клемме Mv помимо дросселя, через балластное сопротивление Во в 720000 ом.
Переключают гальванометры канала СП в канал КС и наоборот. При этом потенциалы вызванной поляризации будут записываться гальванометрами канала КС и потенциалы, созданные кажущимся сопротивлением, —- гальванометрами канала СП К Переключают градуированный компенсатор поляризации из капала СП в капал КС.
Гальванометр капала СП (переключенный в канал КС) шунтируют емкостью 200 мкф и гальванометры капала КС (переключенные в канал СП) — емкостью 200—500 мкф.
В 125 раз уменьшают чувствительность гальванометра 1/1 канала ЯС. Устанавливают необходимые пределы измерения.
Отключают искрогасящис конденсаторы у питающего (токового) коллектора пульсатора.
Правильность собранной схемы проверяют медленным (от руки) поворотом пульсатора. При этом в линии АВ в течение половины периода наблюдается ток и канал КС (гальванометры СП) размыкается. В следующую половину периода линия АВ размыкается и замыкается капал КС.
Вторая схема отличается от первой наличием балластного сопротивле
Гн — генератор постоянного тона; мА — миллиамперметр; Пр — пульсатор; Г'сп — гальванометр канала СП; 1 ^С ^ КС и 1 КС — то же, канала КС; РКП — градуированный компенсатор поляризации; Д и С — дроссель и конденсатор фильтра; В9 — эталонное сопротивление; Яб — балластное сопротивление; Щ и Я а — магазины изменения пределов измерения; R — сопротивление для регулировки тока питания; at), ей. ед и у / — вспомогательные соединения.Гн — генератор постоянного тона; мА — миллиамперметр; Пр — пульсатор; Г'сп — гальванометр канала СП; 1 ^С ^ КС и 1 КС — то же, канала КС; РКП — градуированный компенсатор поляризации; Д и С — дроссель и конденсатор фильтра; В9 — эталонное сопротивление; Яб — балластное сопротивление; Щ и Я а — магазины изменения пределов измерения; R — сопротивление для регулировки тока питания; at), ей. ед и у / — вспомогательные соединения.ния, присоединенного к щетке М (пунктир с точкой). При этой схеме гальванометры капала КС не регистрируют Свп. Однако эта схема может быть выполнена только при работе с пульсатором, у которого изолирующие ламели не соединены сопротивлением, как это сделано в пульсаторах лабораторий АКС/Л-51.
Гн — генератор постоянного тона; мА — миллиамперметр; Пр — пульсатор; Г'сп — гальванометр канала СП; 1 ^С ^ КС и 1 КС — то же, канала КС; РКП — градуированный компенсатор поляризации; Д и С — дроссель и конденсатор фильтра; В9 — эталонное сопротивление; Яб — балластное сопротивление; Щ и Я а — магазины изменения пределов измерения; R — сопротивление для регулировки тока питания; at), ей. ед и у / — вспомогательные соединения.
Гн — генератор постоянного тона; мА — миллиамперметр; Пр — пульсатор; Г'сп — гальванометр канала СП; 1 ^С ^ КС и 1 КС — то же, канала КС; РКП — градуированный компенсатор поляризации; Д и С — дроссель и конденсатор фильтра; В9 — эталонное сопротивление; Яб — балластное сопротивление; Щ и Я а — магазины изменения пределов измерения; R — сопротивление для регулировки тока питания; at), ей. ед и у / — вспомогательные соединения.
Выключив ток I в цепи АВ, корректором нуля устанавливают блики гальванометров, регистрирующих кажущееся сопротивление, в пулевые' положения, а блик гальванометра, записывающего потенциалы вызванной поляризации, — на шестое деление визуальной шкалы фоторогистратора.
М-асшта бы регистрации
При фоторогистрации потенциалов вызванной поляризации масштаб записи С7ВП зависит от времени разрыва цепи MN пульсатором. Для учета влияния разрыва цепи в канале, регистрирующем U№, устанавливают один из грубых пределов измерения, после чего при работающем пульсаторе и включенном токе питания при помощи градуированного компенсатора поляризации вводят в цепь ВП разность потенциалов 10—50 мв, затем дополнительным реостатом подбирают сопротивление капала ВП таким, чтобы при введении разности потенциалов 50 мв блик гальванометра в выбранном масштабе отклонился на расстояние, соответствующее введенной разности потенциалов.
Для записи кривой КС в принятом масштабе силу тока устанавливают по отклонению блика гальванометра, величину которого вычисляют по фор-1 муле (473). Коэффициент зонда находят опытным путем.
При исследовании разрезов нефтяных скважин рекомендуется брать предел измерения разности потенциалов, при котором сила тока была бы не менее 0,5 а.;
При этом если работают с большими токами в районах с большими зпа-. чениями UBn потенциалов вызванной поляризации, рекомендуется проводить измерения (/В1Г в возможно более мелком масштабе, зарегистрировав при спуске зонда в том же масштабе кривую UGn.
Для точного определения положения нулевой линии в процессе регистрации в глинах через каждые 100—200 ль производятся кратковременные выключения тока.
На диаграммах /7ВП указываются сведения, приведенные в §115,
§ ИЗ. ИЗУЧЕНИЕ ЗАВИСИМОСТЕЙ ПОТЕНЦИАЛОВ ВЫЗВАННОЙПОЛЯРИЗАЦИИ ОТ СИЛЫ ВОЗБУЖДАЮЩЕГО ТОКА И ВРЕМЕНИ
Зависимость потенциалов вызванной поляризации пород от силы питающего тока ■ может быть получена на основании регистрации серии кривых (7ВП при токах различной, силы или путем измерения (7ВП с токами различной силы при остановленном зонде
По первой методике регистрируется серия кривых (7ВП стоками / различной сильц прямого и обратного направления (от минимального до максимально возможного зиаче-* ний) в следующем порядке:
кривая ^уд;
кривые С7впс токами отрицательного направления (электрод А соединен с отрицательным полюсом источника тока) от минимального до максимального значения;
кривые (7ВП при положительном направлений тока (электрод А присоединен) к положительному полюсу источника тока) от минимального до максимального его значения
При записи кривых с различными токами минимальную силу тока берут равной’ 1 ма, и при последующих регистрациях (7Вд токи увеличиваются до 1.000 ма. Рекомендуются следующие шкалы изменения токов: а) детальная — 1 ма, 5 ма. 25 ма, 100 ма; 500 ма и б) упрощенная — 10 ма, 100 ма и 1000 ма или 5 лм, 50 ма и 500 ма Ту или’ иную шкалу применяют в зависимости от интерс ив пости, потенциалов вызванной поляри зации пород, характера их изменения при увеличении тока и степени детальности исследований.,
При изучении разрезов нефтяных скважин в условиях, когда искусственно вызванные потенциалы относительно невелики, токами до 10 ма можно не пользоваться.
По данным диаграмм иси и Г7ВП вычисляют потенциалы вызванной поляризации против изучаемых пластов (см. § 115) и затем вычерчивают кривые зависимости ^bii= = /(7), которые в дальнейшем и используют для изучения горных пород.
При получении зависимости Z7Bn = / (Z) в отдельных точках скважины техника замеров упрощайся. Сперва записывают кривую £/сп и затем кривую <7ВП при относительно небольшом токе питания (10—50 маУ На этой кривой выделяют наиболее интересные участки разреза, против которых при повторном спуске зонд останавливают и регистрируют кривые f7Bn = / (/), подобные приведенным иа рис. 306, и ^вп = = / (т) (где т — время, прошедшее с момента выключения тока до замера Г7ВП, См- рис. 307). Регистрацию кривой £7Вд = / (т) начинают с замера £7СГТ. Затем включают ток, который при помощи реостата постепенно увеличивают, а потом медленно снижают до пуля. После этого направление тока изменяется и измерение повторяется в указанном выше порядке.
Для непрерывной записи кривой Z7Bn = / (Z) рекомендуется один из рогистрирую- ших приборов подключить к эталонному сопротивлению и, приводя в движение лентопротяжный механизм, получить синхронную запись кривых [7ВП и 7.
Так как при регистрации кривой (7ВП = / (Z) разность потенциалов UMN, измеряемая между электродами М и N, представляет сумму трех величин:
^MN ~ ^эл + ^СП 4“ ^ВП’
где 17йп — электродная разность потенциалов; Z7cn— разность собственной поляризации пород; 17вп —разность потенциалов вызванной поляризации, то для получения качественных кривых Увп — / (/) необходимо, чтобы величина Уэл оставалась в процессе измерений постоянной. Для этого рекомендуется пользоваться наиболее стабильными псполяризующимися измерительными электродами и четырехэлоктродным зондом, исключающим поляризацию электрода М питающим током.
Для регистрации кривых t/Bn = / (7) через токовые электроды Л иВв течение 2 - 3 мин. пропускают максимальный ток (500—1000 лш) постоянного направления. Затем ток включают и синхронно с изменением времени измеряют разность потенциалов. При измерении зависимостей £7ВЦ = / (т) фоторегистратором для этой цели может быть использован лентопротяжный механизм с отметкой гальванометром марок времени. Наблюдения показали, что при записи кривой Z7Bn= / (т) с разными токами следует начинать измерения при отрицательном токе, так как после пропускания тока положительного направления остаточные разности потенциалов во многих случаях спадают медленное.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ УГЛА И АЗИМУТА ПАДЕНИЯ ПЛАСТОВ
При определении угла и азимута падения пластов с трехэлектродной схемой (по данным измерения сопротивления заземления и потенциалов собственной и вызванной поляризации пород) по предварительно зарегистрированным диаграммам RA1 Ucn, 7/вп выделяют участки разреза с резкими изменениями измеряемого параметра. Такими участками обычно Являются границы раздела пород (пластов), резко отличающихся своими физическими, а следовательно, и литологическими свойствами. К таким пластам, в частности, относятся пласты известняков и мергелей в песчаноглинистом разрезе и пласты мергелей и глин в карбонатном разрезе. Определения а и 0 будут наиболее точными для тех границ, близ которых диаметр скважины сохраняется неизменным.
Установив местоположение участков разреза скважины, благоприятных для определения угла а и азимута 6 падения пластов, опускают наклономер на 2— 4 м ниже участка исследования. При этом панель наклономера подключают к жилам кабеля и фоторегистратору так, как это показано на рис. 354. Фиксируют на пленке инклинометром значения угла д, азимута ср искривления скважины и угла i между плоскостью искривления скважины и плоскостью X Z, в которой находится заземление Мг. При подъеме наклономера при помощи электродов Мг, М» и 7И3 одновременно регистрируют три кривые. При изучении песчано-глинистых разрезов в скважинах, буря-
щихся на достаточно пресном буровом растворе, в условиях которого значения потенциалов собственной поляризации достаточно велики, рекомендуется измерение кривых Ucn. В скважинах, заполненных сильно минеращихся на достаточно пресном буровом растворе, в условиях которого значения потенциалов собственной поляризации достаточно велики, рекомендуется измерение кривых Ucn. В скважинах, заполненных сильно минерализованным раствором, и при изучении карбонатных пород лучшие резульлизованным раствором, и при изучении карбонатных пород лучшие резулькровли и подошвы нескольких соседних пластов, по измерениям в которых определяют наиболее вероятные средние значения углов а и 6. Закончив измерение на первом участке, поднимают наклономер на следующий участок, где весь цикл измерений повторяют вновь.кровли и подошвы нескольких соседних пластов, по измерениям в которых определяют наиболее вероятные средние значения углов а и 6. Закончив измерение на первом участке, поднимают наклономер на следующий участок, где весь цикл измерений повторяют вновь.Рис. 354. Схема подключения трехэлектродного пластового наклономера.Рис. 354. Схема подключения трехэлектродного пластового наклономера.Наилучшие результаты получаются при определении а и 0 при углах падения от 10° и выше. При углах падения пород 5—10° углы а и 6 опреде-Наилучшие результаты получаются при определении а и 0 при углах падения от 10° и выше. При углах падения пород 5—10° углы а и 6 опреде-
щихся на достаточно пресном буровом растворе, в условиях которого значения потенциалов собственной поляризации достаточно велики, рекомендуется измерение кривых Ucn. В скважинах, заполненных сильно минера
щихся на достаточно пресном буровом растворе, в условиях которого значения потенциалов собственной поляризации достаточно велики, рекомендуется измерение кривых Ucn. В скважинах, заполненных сильно минера
лизованным раствором, и при изучении карбонатных пород лучшие резуль
лизованным раствором, и при изучении карбонатных пород лучшие резуль
кровли и подошвы нескольких соседних пластов, по измерениям в которых определяют наиболее вероятные средние значения углов а и 6. Закончив измерение на первом участке, поднимают наклономер на следующий участок, где весь цикл измерений повторяют вновь.
кровли и подошвы нескольких соседних пластов, по измерениям в которых определяют наиболее вероятные средние значения углов а и 6. Закончив измерение на первом участке, поднимают наклономер на следующий участок, где весь цикл измерений повторяют вновь.
Рис. 354. Схема подключения трехэлектродного пластового наклономера.
Рис. 354. Схема подключения трехэлектродного пластового наклономера.
Наилучшие результаты получаются при определении а и 0 при углах падения от 10° и выше. При углах падения пород 5—10° углы а и 6 опреде-
Наилучшие результаты получаются при определении а и 0 при углах падения от 10° и выше. При углах падения пород 5—10° углы а и 6 опреде-
таты даст измерение кривых сопротивления заземления.
При регистрации кривых UGn приводят сопротивление всех каналов к расчетной величине (800 (ш). При записи кривых сопротивления заземления компенсатором поляризации предварительно в каждом канале исключают влияние UGn и устанавливают силу тока питания. Блики гальванометров выводят на среднюю часть шкалы (среднюю часть фотолеиты) и устанавливают на расстоянии 2 см друг от друга. Кривые записывают в возможно более крупных масштабах глубин: 1 : 10, 1 : 20 и реже (при больших углах падения) 1 : 50, со скоростью 100—300 м!час.
Зарегистрировав кривые перечисленных параметров до точки, расположенной на 2 —4 м выше исследуемой границы раздела, производят повторную фоторегистрацию углов <3, у и I, Если'углы <3, ср и i при предварительном (до подъема наклономера) и последующем (после подъема наклономера) измерениях расходятся более чем на 10° для ср и г и более чем на 3° для ^, производят повторный замер. Опустив наклономер ниже исследуемой границы и определив снова д, у и z, при подъеме записывают кривые Z7cn) R д или ?7ВП повторно и в конце подъема измеряют снова д, ср и i. При небольших расхождениях в определениях <5, ср и i пользуются их средними значениями, по данным которых и величинам смещения z12 и z13 кривых рассчитывают искомые угол а и азимут О падения пород (см. § 90). Для наиболее точных измерений угла а и азимута 6 падения пород на участках разреза, для ’ которого определяются а и 0, рекомендуется выделить несколько близко
I — наклономер; II — фотоинклпнометр; III — панель наклономера; IV — намери- тельпая, тоновая панели и фоторегистратор станции АКО; V — заземление; Mi, М2 и Мо — электроды наклономера; М — мотор фотоинклинометра; Л — лампы освещения; Ц — контрольный контакт; Щ — переключатель измерения сопротивления заземления и потенциалов собственной поляризации; П2— переключатель измерения наклономера и инклинометра; Mmj, Mm2 и Mm8 — мосты измерения сопротивления заземления; КП, К Пт, КПа, КПа — компенсаторы поляризации; ГКП — градуированный компенсатор поляризации; Щ, В2 и Щ — реостаты для регулирования сопротивления каналов; Г] — Г& — гальванометры фоторегистратора; мА — миллиамперметр; ГПП — гнезда панели переключений.
расположенных границ, например
ляются с погрешностями, величина которых тем больше, чем меньше диаметр скважины близ изучаемой поверхности раздела. При а < 5° возможно указать только румб падения пластов и в очень редких случаях определить угол падщшя (обычно с недостаточной степенью точности).
ТРЕБОВАНИЯ, КОТОРЫМ ДОЛЖНЫ ОТВЕЧАТЬЗАРЕГИСТРИРОВАННЫЕ ДИАГРАММЫ. ОКОНЧАТЕЛЬНОЕ
ОФОРМЛЕНИЕ ДИАГРАММ
При регистрации кривых кажущегося сопротивления, сопротивления заземления и потенциалов собственной и вызванной поляризации пород необходимо соблюдать следующие требования.
Кривые должны соответствовать нормальной электрической характеристике района, в котором находится исследуемая скважина. Если наблюдаются резкие расхождения диаграмм с нормальным разрезом, то производитель работ должен обязательно указать вероятные причины, вследствие которых возникли эти расхождения (резкое отличие в сопротивлении бурового раствора и диаметра скважины, длительный простой скважины, в процессе которого образовалось глубокое проникновение бурового раствора, И др.).
Ошибки в определении ^к, ВА1 Ucn и (7ВП не должны превышать 5—10% от их действительного значения.
В скважинах, верхнюю часть которых исследовали рапсе, следует проводить повторные измерения нс менее чем на 50 м нижней части рапсе исследованного участка. В интервале повторных измерений расхождения в значениях gK, ВА, Ucn и t7un но должны превышать погрешностей, указанных в п. 2. Расхождения свыше 5% допускаются лишь в тех случаях, когда повторные измерения проводились при отличных условиях замера.
Кривые нс должны Сыть искажены утечками, индуктивными наводками, вибрацией бликов гальванометров 1.
Ошибки в определении глубин не должны превосходить ±0,75 л» на каждые 1000 м кабеля.
На диаграммах должно быть точно зафиксировано положение меток и указаны их глубины.
На ленте (фотобумаге при осциллографической записи) должны быть помещены следующие сведения: наименование промыслово-геофизической организации, проводившей работы, и номер партии; трест, район и промысел, к которым относится скважина; номер скважины; название измеряемого параметра (^к, ВД1 Ucn, Um); дата исследования; глубина забоя скважины (по данным бурового журнала) и диаметр о?(1 долота, с которым скважина бурилась; диаметр и местоположение (глубина) башмака колони; сопротивление £0; удельный вес д0 и вязкость ц0 бурового раствора (с указанием температуры Ц при которой эти параметры измерялись); предел измерения прибора (масштаб регистрации измеряемой разности потенциалов, цена деления шкалы); сопротивление Ви изоляции жил кабеля; длина отрезка кабеля от точки замера до начальной метки (цена начальной метки). На рис. 355 приведен пример оформления диаграммы. Кроме перечисленного, записывают:
на диаграмме кажущегося сопротивления — тип, размер и коэффициент К зонда, силу / питающего тока, масштаб М регистрации кривой кажущегося сопротивления, величину I отклонения блика гальванометра при измерении силы тока с указанием эталонного сопротивления — контрольного шунта;
*, Признаки искажений диаграмм, созданных утечками, индуктивными наводками и блуждающими токами, разобраны в гл. XV.
па кривой сопротивления экранированного заземления — размеры 1А и /а измерительного и экранирующих заземлений, отношение сил токов IА и /а в экранирующей и измерительной цепях, коэффициент /<э зонда, масштаб М регистрации кривой ДА, сопротивления жил А и В кабеля (при измерениях со схемой моста);па кривой потенциалов собственной поляризации — масштаб регистрации кривой t^cn, величину <7“п разности потенциалов между электродами М и N при начальном положении зонда и величину АЩ разности электродных потенциалов;на кривой потенциалов вызванной поляризации — силупа кривой сопротивления экранированного заземления — размеры 1А и /а измерительного и экранирующих заземлений, отношение сил токов IА и /а в экранирующей и измерительной цепях, коэффициент /<э зонда, масштаб М регистрации кривой ДА, сопротивления жил А и В кабеля (при измерениях со схемой моста);па кривой потенциалов собственной поляризации — масштаб регистрации кривой t^cn, величину <7“п разности потенциалов между электродами М и N при начальном положении зонда и величину АЩ разности электродных потенциалов;на кривой потенциалов вызванной поляризации — силуОбъединение . ,Трест . . ,Промысел • ,. . . .Промыслово-гсофизичесная база . . ". ". 195'г,Скв. № . . .Глубина забои 1270 иг.Диаметр еннажипы 78//'■ Глубина ьопдушора 60 At Диаметр кондуктора 14" Глубина колонны 749 nt-Диаметр . колонны 1 и" удельный вес раствора 1,26 e/cAt8 Инин<н"гь раствора 65 сек.Удельное сопротивление раствора 2,2 олг At при температуре 21е СУровень раствора — устье Скорость замера 1600 nt/часОбъединение . ,Трест . . ,Промысел • ,. . . .Промыслово-гсофизичесная база . . ". ". 195'г,Скв. № . . .Глубина забои 1270 иг.Диаметр еннажипы 78//'■ Глубина ьопдушора 60 At Диаметр кондуктора 14" Глубина колонны 749 nt-Диаметр . колонны 1 и" удельный вес раствора 1,26 e/cAt8 Инин<н"гь раствора 65 сек.Удельное сопротивление раствора 2,2 олг At при температуре 21е СУровень раствора — устье Скорость замера 1600 nt/часВиды работ: ек, 17сПЗонд В0.2А1,0М; т — 5 ол< м;см; Л — 250,7 ацГ « 17 5 nut; 1 ■« 10 cai; /?8 «0,2 oaiЗонд . . .; М — . . oai nt/cai; К= . . м; I — . . маВиды работ: ек, 17сПЗонд В0.2А1,0М; т — 5 ол< м;см; Л — 250,7 ацГ « 17 5 nut; 1 ■« 10 cai; /?8 «0,2 oaiЗонд . . .; М — . . oai nt/cai; К= . . м; I — . . маU*8 « 11 At в j ^СП ” ^ ^ ^®i ^СП ет ^ ^ > $ ^®/caiU*8 « 11 At в j ^СП ” ^ ^ ^®i ^СП ет ^ ^ > $ ^®/caiи полярность питающего тока и частоту пульсатора.и полярность питающего тока и частоту пульсатора.Цена начальной метки 4,6 At (по подлиннику) Изоляция кабеля: жилы А 3,2 Mimi; жилы В 6 Мому.жилы М 7.3 MontЦена начальной метки 4,6 At (по подлиннику) Изоляция кабеля: жилы А 3,2 Mimi; жилы В 6 Мому.жилы М 7.3 MontОбработка п оформление диаграмм
па кривой сопротивления экранированного заземления — размеры 1А и /а измерительного и экранирующих заземлений, отношение сил токов IА и /а в экранирующей и измерительной цепях, коэффициент /<э зонда, масштаб М регистрации кривой ДА, сопротивления жил А и В кабеля (при измерениях со схемой моста);
па кривой потенциалов собственной поляризации — масштаб регистрации кривой t^cn, величину <7“п разности потенциалов между электродами М и N при начальном положении зонда и величину АЩ разности электродных потенциалов;
на кривой потенциалов вызванной поляризации — силу
па кривой сопротивления экранированного заземления — размеры 1А и /а измерительного и экранирующих заземлений, отношение сил токов IА и /а в экранирующей и измерительной цепях, коэффициент /<э зонда, масштаб М регистрации кривой ДА, сопротивления жил А и В кабеля (при измерениях со схемой моста);
па кривой потенциалов собственной поляризации — масштаб регистрации кривой t^cn, величину <7“п разности потенциалов между электродами М и N при начальном положении зонда и величину АЩ разности электродных потенциалов;
на кривой потенциалов вызванной поляризации — силу
Объединение . ,
Трест . . ,
Промысел • ,
. . . .Промыслово-гсофизичесная база . . ". ". 195'г,Скв. № . . .
Глубина забои 1270 иг.
Диаметр еннажипы 78//'
■ Глубина ьопдушора 60 At Диаметр кондуктора 14" Глубина колонны 749 nt-
Диаметр . колонны 1 и" удельный вес раствора 1,26 e/cAt8 Инин<н"гь раствора 65 сек.
Удельное сопротивление раствора 2,2 олг At при температуре 21е С
Уровень раствора — устье Скорость замера 1600 nt/час
Объединение . ,
Трест . . ,
Промысел • ,
. . . .Промыслово-гсофизичесная база . . ". ". 195'г,Скв. № . . .
Глубина забои 1270 иг.
Диаметр еннажипы 78//'
■ Глубина ьопдушора 60 At Диаметр кондуктора 14" Глубина колонны 749 nt-
Диаметр . колонны 1 и" удельный вес раствора 1,26 e/cAt8 Инин<н"гь раствора 65 сек.
Удельное сопротивление раствора 2,2 олг At при температуре 21е С
Уровень раствора — устье Скорость замера 1600 nt/час
Виды работ: ек, 17сП
Зонд В0.2А1,0М; т — 5 ол< м;см; Л — 250,7 ацГ « 17 5 nut; 1 ■« 10 cai; /?8 «0,2 oai
Зонд . . .; М — . . oai nt/cai; К= . . м; I — . . ма
Виды работ: ек, 17сП
Зонд В0.2А1,0М; т — 5 ол< м;см; Л — 250,7 ацГ « 17 5 nut; 1 ■« 10 cai; /?8 «0,2 oai
Зонд . . .; М — . . oai nt/cai; К= . . м; I — . . ма
U*8 « 11 At в j ^СП ” ^ ^ ^®i ^СП ет ^ ^ > $ ^®/cai
U*8 « 11 At в j ^СП ” ^ ^ ^®i ^СП ет ^ ^ > $ ^®/cai
и полярность питающего тока и частоту пульсатора.
и полярность питающего тока и частоту пульсатора.
Цена начальной метки 4,6 At (по подлиннику) Изоляция кабеля: жилы А 3,2 Mimi; жилы В 6 Мому.
жилы М 7.3 Mont
Цена начальной метки 4,6 At (по подлиннику) Изоляция кабеля: жилы А 3,2 Mimi; жилы В 6 Мому.
жилы М 7.3 Mont
После возвращения партии с работ диаграммный материал сдают в обработку. В процессе обработки уточняют глубину и оформляют эталонную копию диаграммы, *в дальнейшем называемой эталонной диаграммой или эталоном, с которого в последующем снимают все остальные копии.
Диаграммы обрабатывают в следующем порядке. Предварительно обводят зарегистрированные кривые тушью и отмечают точно глубины нанесенных меток.
Как известно, между истинными глубинами точек замера и глубинами, определенными по масштабу подлинника, вследствие пробуксовывания кабеля, неточного определения расчетной окружности ролика, загрязнения его желоба и других причин могут
Станция АКСЛ/51 № . . .Дополнительные сведения . . .Станция АКСЛ/51 № . . .Дополнительные сведения . . .Главп. шик. базы.Главп. шик. базы.. Иач. партии.. Иач. партии.Пач. бюро оформления ОператорПач. бюро оформления ОператорРис. 355. Пример оформления диаграммыРис. 355. Пример оформления диаграммынаблюдаться расхождения, дости-
Станция АКСЛ/51 № . . .
Дополнительные сведения . . .
Станция АКСЛ/51 № . . .
Дополнительные сведения . . .
Главп. шик. базы.
Главп. шик. базы.
. Иач. партии.
. Иач. партии.
Пач. бюро оформления Оператор
Пач. бюро оформления Оператор
Рис. 355. Пример оформления диаграммы
Рис. 355. Пример оформления диаграммы
гающие нескольких метров на кажущегося сопротивления и потенциалов интервале между двумя метками.собственной поляризации.
Поэтому при оформлении эталона производится необходимое сокращение или удлинение подлинника. Для этого, отмстив на подлиннике глубины меток, наносят в масштабе этих глубин линии, соответствующие глубинам, кратным 20 м при
регистрации в масштабе 1 : 1000, 10 ж в масштабе 1: 500, 4 м в масштабе 1 : 200 и 1 м в масштабе 1 : 50. Затем берут отрезок регистра- торной бумаги, на которой в колонке глубин, над поперечными жирными линиями, в масштабе подлинника надписывают цифры глубин. Далее накладывают эту бумагу па подлинники, при копировании кривых постепенно смещают бумагу эталона относительно подлинника так, чтобы поперечные жирные линии на регистраторной бумаге эталона всегда совпадали с указанными выше глубинами подлинника. При этом необходимо строго следить за точностью нанесения кривой по величинам измеряемых параметров. Кривые, зарегистрированные в дополнительных масштабах, записывают на ту же регистраторную бумагу, причем кривую основного масштаба в случае ее выхода за пределы рабочей полосы бумаги проводят по со правому краю.
Диаграммы потенциалов собственной
.поляризации пород
После вычерчивания кривой g» на ту же ленту обычно копируют диаграмму Ucni внося исправления в глубины так же, как это делается при копировании диаграмм £К. При этом следует учитывать, что заморы Z7cn относятся к электроду М и, следовательно, смещены относительно точек замера ^н на МО кверху при последовательных зондах и книзу при обращенных зондах. Если это смещение не было внесено в процессе автоматической регистрации диаграмм, то кривая U^ должна быть соответственно сдвинута относительно кривой @ц. Это смещение определяется ценой начальной метки. Кривую Ura обычно вычерчивают красной тушью. Масштаб и полярность диаграмм обозначают стрелкой длиной 2 см со знаками «Д-» и «—» на ее концах. Над стрелкой надписывают цифру, указывающую число мил- -ливольт, соответствующее 2 см смещения кривой, численно равное удвоенной величине масштаба регистрации. Знак «+» показывает направление возрастания потенциала и обычно находится справа. На заголовках эталона переписывают из подлинника все сведения о скважине и технических условиях проведенных работ, указанные выше.
Диаграммы микрозондов
При составлении оригинала диаграмм микрозондов совмещают их нулевые линии. При этом нужно учитывать, что диаграммы потенциял-зопдов, записанные с двухэлектродными зондами, искажены влиянием индукции. Для исключения влияния индукции диаграммы градиент-зонда А0,025М10,025Ма и потенциал-зоида А0,05М совмещают по глинам, где значения £к для обоих зондов практически одинаковы. За истинную нулевую линию принимают пулевую линию кривой градиент-зонда, но искаженную индуктивными. наводками.
Для определения истинного положения нулевых линий диаграмм, записанных двумя потенциал-зондами, определяют опытным путем величину э. д. с. индукции в жилах кабеля, соединенных с каждым из зондов, и, зная отношение у этих э. д. с., в дальнейшем учитывают, что индуктивное смещение кривой зонда А0,05М будет в у раз больше, чем смещение зонда А0,02М, что позволяет рассчитать величину этого смещения. При этом условии, измеряя @к в глинах, получим следующие формулы:
^■5 = гц + гЙ-(479)
■15 = 1^ + 11”.
где Z2,6 и Z6—смещения кривой дк для зондов АМ = 2,5 см и АМ = 5 см; Z^ и Z^»—смещения кривой, созданные омическим падением
напряжения; Zj5 и I™ — смещения кривой, созданные э. д. с. индукции.
Так как в глинах Z^s ~ ^5К и ^5 ^ У? 5’ то’ подставляя значение^ во вторую формулу системы уравнений (479) и решая эту систему относительно Z”5, получим
62,5 "у 1 1
Диаграммы сопротивления экранированного заземления '
При оформлении диаграмм сопротивления экранированного заземления после перечерчивания кривой с корректировкой глубин определяется масштаб эффективного сопротивления. С этой целью по кривым рн выбирают пласт возможно низкого и постоянного сопротивления (лучше всего пласт глин) и определяют его удельное сопротивление рп. Зная удельное электрическое сопротивление р0 бурового раствора, диаметр cZ0 скважины, длину L3 и диаметр da зонда, вычисляют d3/d0, рп/е0 и ^з/^з и по палетке кривых — = / () (см. рис. 259) для заданных отношений d3ldQ, еп/е0 и Laid» go а0 '
находят р8/50 и, зная @0, вычисляют рэ. Проводят линию, параллельную оси глубин, проходящую через точки диаграммы 7? А на участке ее привязки, и, отметив значение оэ в точке пересечения этой линией масштаба НА, по формуле g3 = К3КА пересчитывают масштаб НА в масштаб кривой д9.
Диаграммы потенциалов вызваннойполяризации
В тех случаях, когда потенциалы вызванной поляризации значительно превосходят изменения потенциала собственной поляризации пород и последними можно пренебречь, диаграмма Z7Bn с корректировкой глубин перечерчивается на бланк бумаги по правилам оформления диаграмм рк и ?7СЦ. При положительном направлении поляризующего тока возрастание потен-
Рис. 356. Построение кривой Z7Bn по данным кривых ?7СП — — ^вп и ^сп + ^вп-
1 — глины; 2 — пески и песчаники крупнозернистые, высокой проницаемости; 3 — то же, мелкозернистые и алевролиты; 4 — алевролиты, мелкозернистые пески и песчаники глинистые.
циалов Z7Bn откладывают вправо, а при отрицательном — влево. Если изме
нения Uvn разности потенциалов собственной поляризации значительны,, то предварительно из кривой Ucn ± ^вп графически вычитают кривую*
UGIP зарегистрированную при спуске зонда. За нулевое значение потенциала
500 -600 -500 -600 -700700800 -800 -900 -900 -1000100011001100120012001300 -1400 -1300 -1400 -Рис. 357. Пример изображения результатов измерения угла и азимута падения пород пластовым наклономером (указаны: глубина точки определения а и 6, угол а и азимут падения пород).Рис. 357. Пример изображения результатов измерения угла и азимута падения пород пластовым наклономером (указаны: глубина точки определения а и 6, угол а и азимут падения пород).этой кривой принимают величину потенциала £/сп в глинах, в которых потенциалы вызванной поляризации близки к нулю. При соизмеримых значениях (7ВП и £/сп потенциалы вызванной поляризации находят по двум кривым — ^7ИП+ Ucn и ^вп -1-^сп’ зарегистрированным при одинаковых токах прямого и обратного папра- влений.
500 -
600 -
500 -
600 -
700
700
800 -
800 -
900 -
900 -
1000
1000
1100
1100
1200
1200
1300 -
1400 -
1300 -
1400 -
Рис. 357. Пример изображения результатов измерения угла и азимута падения пород пластовым наклономером (указаны: глубина точки определения а и 6, угол а и азимут падения пород).
Рис. 357. Пример изображения результатов измерения угла и азимута падения пород пластовым наклономером (указаны: глубина точки определения а и 6, угол а и азимут падения пород).
После уточнения глубин на кривых [/"с -J- (7ВЦ и Z7cn — —- ^вп наносят прямые линии, параллельные оси глубин по линии пулевых значений UBn (обычно однородных глии). Затем перечерчивают па бланк регистраторпой бумаги кривую ^сп Н~ ^вп и иа этот >кс бланк копируют зеркальное изображение кривой Ucn — /7ВП относительно указанной выше прямой и проводят линию средних значений — искомую кривую ^вп (рис. 356),
Другой способ определения величины потенциалов вызванной поляризации по кривым ^ВП + ^СП И ^ВП "I"" ^сп 8а~ ключаотся в следующем. Нанося кривую UGR1 копируют па бланк кривые — t7Bn -|- Ucn и ^вп + ^сп таким образом, чтобы эти кривые сливались друг с другом и с кривой Z7cn иа участках залегания пород, не содержащих заметных по
тенциалов вызванной поляризации (например, глин, не содержащих пирита).1 При таком способе вычерчивания диаграмм расстояние между кривыми —<7ВП и +^вп в масштабе записи кривых равно удвоенному значению /7ВП. ■
Если при регистрации диаграмм Z7Bn производится проверка в глинах положения нулевой линии путем кратковременных выключений тока, необходимо кривые UBIV зарегистрированные при отрицательном и положитсль-
пом направлениях поляризующего тока, совмещать с кривыми Ucn таким: образом, чтобы точки, отмоченные гальванометром <7ВП, при выключении тока совпадали с кривой UGXI.
В тех случаях, когда наблюдается четкая зависимость потенциалов вызванной поляризации от величины потенциалов возбуждающего поля, вместо численного значения С7ВП пользуются отношением —уд— , где Ue — величина потенциала в точке-М при пропускании поляризующего тока. Значение потенциала UQ борется из кривой микропотенциал-зонда, зарегистрированной с кривой £71Ш. Так как UQ обычно во много раз превосходит ^вп, то вместо отношения ^"вп/^0: берут 100-™^-. Этот параметр обозначается ВП %. 6 ■
При замерах UQ одновременно с IL регистрируют Z7 п. Поэтому, когда Усп соизмеримо с Uc, для исключения Ucn по кривым Ue +- UGn и — Ue + Ч-^ыр записанным при одинаковых токах прямого и обратного направления, описанным выше способом графического вычитания получают кривую иве Так как в большинстве случаев потенциалы U6 намного превосходят UGIb то исключение потенциалов собственной поляризации пород из диаграммы UQ + UGn методом графического построения обычно не производится, и для возможного уменьшения влияния исл па замер UQ ограничиваются компенсацией UGn в отдельных точках скважины, например через каждые 100, 200 или 500 м (в зависимости от постоянства иои).
Диаграммы пластового наклономера
Результаты исследования для каждой границы, по которой определяются а и 0, представляются в виде данных измерения d, ср инклинометром (в частности, фотоинклиномотрических снимков), диаграмм UCTp ДА и UBn, зарегистрированных с тремя электродами, и таблицы, в которую записывают значения угла 5 и азимута ср искривления скважины, азимута £ положения начальной плоскости, смещения диаграммы ядг и зщз, угла а и азимута 0 падения исследуемой плоскости раздела. На рис. 357 приведен пример изображения результатов измерения пластовым наклономером, принятого за рубежом.
ГЛАВА XV
ПРИЧИНЫ ИСКАЖЕНИЯ ИЗМЕРЯЕМЫХ ВЕЛИЧИНКАЖУЩЕГОСЯ И ЭФФЕКТИВНОГО СОПРОТИВЛЕНИЙИ ПОТЕНЦИАЛОВ СОБСТВЕННОЙ И ВЫЗВАННОЙПОЛЯРИЗАЦИИ ПОРОД И БОРЬБА С НИМИ
Измеряемые величины кажущегося сопротивления и разностей потенциалов собственной и вызванной поляризации пород могут быть в значительной степени искажены и не соответствовать изучаемому электрическому разрезу вследствие утечек тока в питающих и измерительных линиях и аппаратуре; индуктивных и емкостных наводок; изменяющихся во времени и пространстве естественных земных и индустриальных блуждающих токов; погрешностей в измерениях, созданных неправильным выбором силы тока, неверным расчетом коэффициента зонда и неточностью замера разностей потенциалов.
'§ 116. УТЕЧКИ ТОКА
При утечках электрического тока в питающей и измерительных цепях изменяется сила тока, проходящего через заземления А и В, и величины измеряемых разностей потенциалов, что приводит к погрешностям в измерениях 5к (5Э)>^СП и ^вп- Возникающие погрешности могут быть столь значительными, что полученные величины кажущегося сопротивления и потенциалов собственной и вызванной поляризации горных пород не будут соответствовать действительным их значениям. Поэтому при измерениях электрических параметров в скважинах изучению утечек уделяется серьезное внимание; оператор должен хорошо знать, какие погрешности в измерениях могут быть созданы утечками и как установить наличие и местоположение' утечек с целью последующего их устранения.
В дальнейшем при определении погрешностей, вызванных утечками тока, будем считать пространство, в котором находится зонд, однородным, изотропным и имеющим удельное электрическое сопротивление, равное измеряемому кажущемуся сопротивлению gK, а уточки — расположенными на небольших участках питающих и измерительных цепей. Такие утечки называются сосредоточенными, они чаще всего наблюдаются в практике.
Утечки в питающей цепи
Утечки в линии АВ на участке зонд — пульсатор (рис. 358, а\
Допустим, что в некоторой точке F питающей жилы кабеля коллекторного провода или на кольце коллектора, вследствие повреждения изоляции в землю ответвляется ток'
iF.
где *П—коэффициент, указывающий долю тока утечки от общего тока 1У отдаваемого источником питания в линию АВ.
Обычно 97 исчисляется тысячными и более мелкими долями единицы.
Так как в разветвленной электрической цепи силы токов в параллельных проводниках обратно пропорциональны сопротивлениям этих проводников,, то
ipRc 4- RА
I-ip " Rp
где RA — сопротивление заземлений (Л или В) в зависимости от того,где RA — сопротивление заземлений (Л или В) в зависимости от того,в какой жиле кабеля А или В находится утечка тока;в какой жиле кабеля А или В находится утечка тока;ние жилы кабеля на участке заземление — точка F повреждения изоляции; Rp — сопротивление места утечки тока.Следовательно,ние жилы кабеля на участке заземление — точка F повреждения изоляции; Rp — сопротивление места утечки тока.Следовательно,Rq-VRaRg + Ra Н~ RyRq-VRaRg + Ra Н~ Ry(480)(480)Обозначая через RСА сумму сопротивлений Ra -|- Rc и учитывая, что обычно Rp > Rga, получимОбозначая через RСА сумму сопротивлений Ra -|- Rc и учитывая, что обычно Rp > Rga, получимR~rR~r(481)(481)Рис. 358. Схемы утечек в питающей цепи-. а — утечка в цепи электродов (после пульсатора); б — то же, в цепи источника тока (до пульсатора); А и В — питающие заземления; М и А — измерительные электроды; П^д — прибор, измеряющий кажущееся сопротивление; ПдП — то же, потенциалы собственной поляризации, Г — источник тока; мА—миллиамперметр; Пр — пульсатор; F — место утечки; Rp — сопротивление утечки.Рис. 358. Схемы утечек в питающей цепи-. а — утечка в цепи электродов (после пульсатора); б — то же, в цепи источника тока (до пульсатора); А и В — питающие заземления; М и А — измерительные электроды; П^д — прибор, измеряющий кажущееся сопротивление; ПдП — то же, потенциалы собственной поляризации, Г — источник тока; мА—миллиамперметр; Пр — пульсатор; F — место утечки; Rp — сопротивление утечки.Rc — сопротивле-Rc — сопротивле-Из равенств (480) и (481) следует, что коэффициент ^ и ток утечки, тем больше, чем больше сопротивление Ra заземления А, чем дальше находится место утечки тока от питающего электрода (т. е. чем больше Ус) и чем меньше сопротивление Rf места утечки тока.Из равенств (480) и (481) следует, что коэффициент ^ и ток утечки, тем больше, чем больше сопротивление Ra заземления А, чем дальше находится место утечки тока от питающего электрода (т. е. чем больше Ус) и чем меньше сопротивление Rf места утечки тока.Если утечка тока находится в жиле А, то при включении тока в линию АВ между электродами М и N возникает разность потенциаловЕсли утечка тока находится в жиле А, то при включении тока в линию АВ между электродами М и N возникает разность потенциалов
где RA — сопротивление заземлений (Л или В) в зависимости от того,
где RA — сопротивление заземлений (Л или В) в зависимости от того,
в какой жиле кабеля А или В находится утечка тока;
в какой жиле кабеля А или В находится утечка тока;
ние жилы кабеля на участке заземление — точка F повреждения изоляции; Rp — сопротивление места утечки тока.
Следовательно,
ние жилы кабеля на участке заземление — точка F повреждения изоляции; Rp — сопротивление места утечки тока.
Следовательно,
Rq-VRa
Rg + Ra Н~ Ry
Rq-VRa
Rg + Ra Н~ Ry
(480)
(480)
Обозначая через RСА сумму сопротивлений Ra -|- Rc и учитывая, что обычно Rp > Rga, получим
Обозначая через RСА сумму сопротивлений Ra -|- Rc и учитывая, что обычно Rp > Rga, получим
R
~r
R
~r
(481)
(481)
Рис. 358. Схемы утечек в питающей цепи-. а — утечка в цепи электродов (после пульсатора); б — то же, в цепи источника тока (до пульсатора); А и В — питающие заземления; М и А — измерительные электроды; П^д — прибор, измеряющий кажущееся сопротивление; ПдП — то же, потенциалы собственной поляризации, Г — источник тока; мА—миллиамперметр; Пр — пульсатор; F — место утечки; Rp — сопротивление утечки.
Рис. 358. Схемы утечек в питающей цепи-. а — утечка в цепи электродов (после пульсатора); б — то же, в цепи источника тока (до пульсатора); А и В — питающие заземления; М и А — измерительные электроды; П^д — прибор, измеряющий кажущееся сопротивление; ПдП — то же, потенциалы собственной поляризации, Г — источник тока; мА—миллиамперметр; Пр — пульсатор; F — место утечки; Rp — сопротивление утечки.
Rc — сопротивле-
Rc — сопротивле-
Из равенств (480) и (481) следует, что коэффициент ^ и ток утечки, тем больше, чем больше сопротивление Ra заземления А, чем дальше находится место утечки тока от питающего электрода (т. е. чем больше Ус) и чем меньше сопротивление Rf места утечки тока.
Из равенств (480) и (481) следует, что коэффициент ^ и ток утечки, тем больше, чем больше сопротивление Ra заземления А, чем дальше находится место утечки тока от питающего электрода (т. е. чем больше Ус) и чем меньше сопротивление Rf места утечки тока.
Если утечка тока находится в жиле А, то при включении тока в линию АВ между электродами М и N возникает разность потенциалов
Если утечка тока находится в жиле А, то при включении тока в линию АВ между электродами М и N возникает разность потенциалов
AU —• U АМ + UFM + Uвм UFN —
= Рк (1 — »?) 7 ■ Ркд£Рк1 _ „e^L.
4лАМ 4nFM 4тсВМ 4nFN
q^iAB 1 Qi^I / 14nAMBM ‘^ \FMq^iAB 1 Qi^I / 14nAMBM ‘^ \FM1Ж1Ж= AUA-AU^am)f= AUA-AU^am)f(482)(482)
q^iAB 1 Qi^I / 14nAMBM ‘^ \FM
q^iAB 1 Qi^I / 14nAMBM ‘^ \FM
1
Ж
1
Ж
= AUA-AU^
am)f
= AUA-AU^
am)f
(482)
(482)
где U ^M1 UFM, UBM и UFN — потенциалы в точках M и N, электрических полей заземлений Л и В и заземления F утечки; AU — разность потенциалов между электродами М и N при отсутствии утечки; /!Ур — добавочная разность потенциалов на электродах М и N, созданная током утечки
А1ГР =А1ГР =6к>?74л6к>?74л1FM1FMFN АМ)FN АМ)
А1ГР =
А1ГР =
6к>?74л
6к>?74л
1
FM
1
FM
FN АМ)
FN АМ)
Числовое значение последней пропорционально величинам кажущегося сопротивления и силе тока уточки iF — ^I и находится в обратной зависимости от расстояния между измерительными электродами зонда и мостом утечки тока.
Подставляя значение AU* из формулы (482) в формулу (21), приходим к заключению, что при наличии утечки тока изморенное кажущееся сопротивление
. = j2AMBM_№=i х_к_м_4\_тал\
АВ I I L ^ \ FM FN ) АВ А> 7
8(гдс К— коэффициент зонда) будет отличаться от кажущегося сопротивления £ю которое было бы получено при отсутствии утечки тока.
Относительная ошибка в определении кажущегося сопротивления
л _ бк'—ен _= ^ / 1
— екAU 4л ( ^ fn АМ
-[ 4л ! j^ "FN-[ 4л ! j^ "FNвм "АВвм "АВ(485)(485)
-[ 4л ! j^ "FN
-[ 4л ! j^ "FN
вм "АВ
вм "АВ
(485)
(485)
При уточке тока, в жиле В, исходя из аналогичных рассуждений, долучим
jpK = —77 -.— -=.(486)
. 4л \ FM FN) АВ J47
AUP /к" 9кL_\ _AU " ек “ 77 [ 4л \ FM 'FN IAUP /к" 9кL_\ _AU " ек “ 77 [ 4л \ FM 'FN I(487)(487)При измерении кажущегося сопротивления с зондом прямого питания, вместо формулы (484) и (485), соответственно получим
AUP /к" 9кL_\ _
AU " ек “ 77 [ 4л \ FM 'FN I
AUP /к" 9кL_\ _
AU " ек “ 77 [ 4л \ FM 'FN I
(487)
(487)
(488)
Из равенства (485) и (488) следует, что относительная ошибка в определении сопротивления возрастает с увеличением коэффициента /< зонда и "зависит от расстояния между мостом утечки тока и приемными электродами. В частности, у обращенных зондов, у которых FM всегда больше АМ (ВМ) A Qu возрастает с увеличением расстояния от моста уточки тока до электрода "топ жилы, в которой находится уточка, так как при возрастании расстояния AF (BF) увеличивается т? и 1JFN и уменьшается ЦВМ. Поэтому в обращенных зондах наиболее опасны утечки тока в коллекторе и коллекторном проводе.
В последовательных зондах с увеличением ВМ погрешности, созданные утечками, возрастают при FM > АМ и уменьшаются при FM < АМ. В последнем случае ошибка А^ц может достигнуть огромных значений, когда место утечки тока будет находиться близ электрода М.
Например, если утечка тока будет расположена па расстоянии 2 см от электрода М fyreqKa произошла в зонде вследствие повреждения изоляции питающей жилы нри монтаже электрода М^ то при измерениях рк с зондом Л/2,5Л,0,25В (К = 346)
/1^= 13757, 0/^
Из последней формулы следует, что ошибка в определении кажущегося сопротивления превысит 100%, если в месте утечки будет ответвляться всего лишь 0,1% тока, т. е. если при сопротивлении заземления Вд = 100 ом место утечки будет иметь сопротивление
R„ == 100000 ом.
1
Так как наибольшие погрешности создаются утечками тока, расположенными близ измерительных электродов, то при установке на кабеле электродов следует вскрывать оболочку кабеля с большой осторожностью и оставшиеся жилы кабеля, на которых устанавливается измерительный электрод, тщательно изолировать несколькими слоями резиновой ленты.
Особенно большие погрешности в измерениях могут быть допущены
в том случае, когда исследуемая среда неоднородна, причем раствор, заполняющий скважину, или зона проникновения его фильтрата имеют сопроти
вление, значительно превышающее сопротивление окружающих пород.
Допустим, например, что величина кажущегося сопротивления при измерении его с установкой FMN, питаемой утечкой тока, будет в т раз больше, чем величина ^к, •определенная с зондом АВМ. В этом случае, при измерении зондом взаимного питания, вместо формул (484) и (485), будем иметь
4л4лВМ АВВМ АВ(489)(489)
4л
4л
ВМ АВ
ВМ АВ
(489)
(489)
Г Кпг / 11 \ ВМ
•к = я 1—
L 4л \ FM FN / АВ
и при измерении с зондом прямого питания, вместо формул получим■и при измерении с зондом прямого питания, вместо формул получим■(487) и (488)(487) и (488)ии0к = 1 + В0к = 1 + ВZfm. / 1 4^1 FMZfm. / 1 4^1 FM1 \FN )1 \FN )Л '\KmJ 112ЮЙ ™-у— ——~I к ВМFNЛ '\KmJ 112ЮЙ ™-у— ——~I к ВМFN(490)(490)Так как обычно отношение много меньше ~ (-4=7 ..АВ4л ( FMто формула (489) приближенно может быть переписана так:Так как обычно отношение много меньше ~ (-4=7 ..АВ4л ( FMто формула (489) приближенно может быть переписана так:1FN1FNгдегде0К= 1 +qx„\к /0К= 1 +qx„\к /(491)(491)4mFMFNMN4mFMFNMNК — коэффициент установки FMN, питаемой током утечки.Формулу (491) можно распространить на случай любого числа утечек тока:К — коэффициент установки FMN, питаемой током утечки.Формулу (491) можно распространить на случай любого числа утечек тока:где тц, — отношение тока z-ой утечки к общему tokv; тг — отношение кажущегося сопротивления, измеренного с установкой FiMN (где Ь\ — точка 41 Заказ 714где тц, — отношение тока z-ой утечки к общему tokv; тг — отношение кажущегося сопротивления, измеренного с установкой FiMN (где Ь\ — точка 41 Заказ 714
и при измерении с зондом прямого питания, вместо формул получим■
и при измерении с зондом прямого питания, вместо формул получим■
(487) и (488)
(487) и (488)
и
и
0к = 1 + В
0к = 1 + В
Zfm. / 1 4^1 FM
Zfm. / 1 4^1 FM
1 \
FN )
1 \
FN )
Л '\KmJ 11
2ЮЙ ™-у— ——~
I к ВМFN
Л '\KmJ 11
2ЮЙ ™-у— ——~
I к ВМFN
(490)
(490)
Так как обычно отношение много меньше ~ (-4=7 ..АВ4л ( FM
то формула (489) приближенно может быть переписана так:
Так как обычно отношение много меньше ~ (-4=7 ..АВ4л ( FM
то формула (489) приближенно может быть переписана так:
1FN
1FN
где
где
0К= 1 +qx„
\к /
0К= 1 +qx„
\к /
(491)
(491)
4mFMFNMN
4mFMFNMN
К — коэффициент установки FMN, питаемой током утечки.
Формулу (491) можно распространить на случай любого числа утечек тока:
К — коэффициент установки FMN, питаемой током утечки.
Формулу (491) можно распространить на случай любого числа утечек тока:
где тц, — отношение тока z-ой утечки к общему tokv; тг — отношение кажущегося сопротивления, измеренного с установкой FiMN (где Ь\ — точка 41 Заказ 714
где тц, — отношение тока z-ой утечки к общему tokv; тг — отношение кажущегося сопротивления, измеренного с установкой FiMN (где Ь\ — точка 41 Заказ 714
г-ой утечки тока) к кажущемуся сопротивлению, измеренному с установкой ABM; Rp, i — сопротивление i-ой утечки; Кр, £ — коэффициент установки RiMN, питаемой током утечки ip,i. ' '
Следовательно, при наличии нескольких уточек тока величина относительной погрешности в определении кажущегося сопротивления равна:
i = ni — п
(492)(492)Ук = К У = KR, Ум» -“-рд«юн* ^р, i/j
(492)
(492)
Если утечки тока находятся в жилах А и В кабеля, то
1Цтг"^Р,г1Цтг"^Р,гг = тщ& \у ^Шг^ АКВ^ К р £ i = 1’г = тщ& \у ^Шг^ АКВ^ К р £ i = 1’
1Цтг"^Р,г
1Цтг"^Р,г
г = тщ
& \у ^Шг^ АКВ^ К р £ i = 1’
г = тщ
& \у ^Шг^ АКВ^ К р £ i = 1’
(493)
где ид и пв— количество уточек в жилах А и В провода.
Утечки тока на участке зонд — пульсатор ио искажают диаграмм потенциалов собственной поляризации пород, так как потенциалы, созданные утечками тока в питающей цепи, имеют переменное направленно и не регистрируются приборами, измеряющими Пш.
Вследствие малого значения тока 1р утечки “они практически но искажают также и диаграмм потенциалов вызванной поляризации пород.
Утечки тока в питающей цепи па участке источник постоянного тока — пульсатор (рис. 358, б).
Утечки тока па участке источник постоянного тока — пульсатор но вносят погрешностей при измерении рк. так как:
потенциалы между электродами М и У, созданные током утечки, преобразуются измерительным коллектором" пульсатора в потенциалы переменного направления, которые не регистрируются приборами записывающими диаграммы кажущегося сопротивления;
уменьшение разности потенциалов из-за утечки тока, проходящего через- заземления ЛиВ, повлияет па величину измеряемого кажущегося сопротивления, таккак-при полном обороте пульсатора среднее значение измеряемой разности потенциалов будет таким же, как и при отсутствии утечки тока [5].
Утечки тока в питающей цепи на участке источник тока—пульсатор могут вносить погрешности в измерения разностей потенциалов собственной и вызванной поляризации пород. При измерении Г/Пс эти погрешности обычно мало заметны и становятся ощутимыми при очень больших утечках в сырую погоду, особенно когда электрод N заземлен близ источников питания. При измерении потенциалов вызванной поляризации пород эти утечки могут вносить большие погрешности, особенно при малых значениях £/вп. Поэтому при измерении потенциалов вызванной поляризации следует обращать особенное внимание па состояние изоляции питающей линии па участке источник питания — коллектор пульсатора, включая коллекторные пластины пульсатора, где утечки тока особенно1 опасны. *
Утечки тока в измерительной цепи
Утечки в измерительной цепи па участке элeктpoдыMи^ — пульсатор (рис. 359, а\ При уточках в линии MN замеры gK, Ucn и Вцп искажаются уравнительными токами, циркулирующими между электродами и участком повреждения изоляции линии М. .
Пусть утечка тока находится в точке / жилы М кабеля. При пропускании электрического тока в линию АВ между электродом М и точкой / возникает разность потенциалов
AUj-Um—U^AUj-Um—U^Oir^ 4лOir^ 4л4л4л2—4т [ Я1/ ВМ2—4т [ Я1/ ВМ4- т —= к В/4- т —= к В/
AUj-Um—U^
AUj-Um—U^
Oir^ 4л
Oir^ 4л
4л
4л
2—
4т [ Я1/ ВМ
2—
4т [ Я1/ ВМ
4- т —= к В/
4- т —= к В/
где m—коэффициент, указывающий, во сколько раз выше кажущееся сопротивление gK, измеренное с зондом АВ/, по сравнению с кажущимся сопротивлением, полученным с зондом АВМ. '
Рис. 359, Схемы утечек в измерительной цепи..Рис. 359, Схемы утечек в измерительной цепи..
Рис. 359, Схемы утечек в измерительной цепи..
Рис. 359, Схемы утечек в измерительной цепи..
a — утечка в цели плектродоп; б — утечка в цепи измерительного прибора; в — шунтирующие утечки; А и В — питающие заземления; М и N — измерительные электроды; П^С — прибор, измеряющий кажущееся сопротивление; Н^д — то же, потенциалы собственной поляризации; Г — источник тока; Пр — пульсатор; мА —миллиамперметр; Д, f',f*, /*• —места утечек; Ry, ну#, Ry, Ry* — oo- противления утечек.
Под действием разности потенциалов ДП^ между точками М и / жилы кабеля появится ток
.ди; ~ ди/
?У В/Ц-В/сА-Вм R/ARcm
где Н/ — сопротивление моста утечки; Н/с — сопротивление кабеля от точки / до точки М; Нм — сопротивление электрода М; Нсм — сумма сопротивления Нм и В/с-
Так как обычно Н/^Нсм» то ’
Ток iy создаст в жиле М кабеля падение напряжения
• о КсМgiJ RcM Г 1-1./ 11 VI
У CM Rf ] Z1TC RfВМ \ Bi At Л
41*
вследствие которого полученная разность потенциалов
ДИ' = AU — AU^ =Ал | АМДИ' = AU — AU^ =Ал | АМ_ ^сМВМ R/_ ^сМВМ R/
ДИ' = AU — AU^ =
Ал | АМ
ДИ' = AU — AU^ =
Ал | АМ
_ ^сМ
ВМ R/
_ ^сМ
ВМ R/
будет отличаться от разности потенциалов Д1Д измеряемой при отсутствии утечек тока.
Подставляя значение AU' в формулу (21), приходим к выводу, что при наличии уточек тока в линии MN измеренное кажущееся сопротивление
/ 4лАМВМ AU' L RcM К Г 11,1। \ И
Ок — =7—1„ -Г- Д Ш —— Т^Г- I Ж,
V АВ 1| RJ Ал АМ ВМ \ BJ Af Щ
будет отличаться от кажущегося сопротивления ри, полученного при отсутствии утечек.
Относительная погрешность в определен ин кажущегося сопротивления
ек" е« всм К Г -I 1, т ( 11
екК/ Ал АМ им \ в; А/
(494)(494)ВсМ Kin / 11 _
(494)
(494)
В/ АлД f
Из формулы (494) следует, что величина относительной погрешности в определении кажущегося сопротивления возрастает с увеличением коэффициента, а следовательно, и размера зонда, и сопротивления ВсМ и с уменьшением сопротивления Rj места утечки и, кроме того, зависит от ого положения относительно питающих заземлений Л и В. Ошибка в определении Рк может достигнуть очень больших значений, если /1 / или Bj будут близкими к пулю, т. е. в тех случаях, когда место уточки будет расположено вблизи от одного из питающих электродов. Поэтому при изготовлении обращенных зондов, устанавливая на жилах кабеля заземления А и В, необходимо вскрывать оболочку кабеля с большой осторожностью, чтобы не повредить изоляции жилы М.
При измерении кажущегося сопротивления с зондом прямого питания и при наличии утечки тока в измерительной линии, ндпримор в жило М, будем иметь
AUj - UM -U} =
4л Ам 4л
В/
Ал AM
т
А}
Bj
/\lhBj
АлВ( [ AM \ л/
В!
AU^ = ЬЦсм
QiJ . 3м
АлВ /
------— m AM
Bj
^ = к ^--^Ly
RcM
Bi
mK i4л
в/
/IV
MN
pH
RcMВ/
mK / 1
4л Лу
Bj
AN _
MN
Сопоставляя между собой формулы (496) и (485), а также (494) и (490), приходим к выводу, что при наличии утечек тока в любой из жил кабеля при переходе от однополюсной схемы измерений к двухполюсной схеме при сохранении типа и размера зонда, т. е. при АВ — MN, ВМ = AN, ВМ — А /, BN—Bf, Нг<л = НсМ и Вр — Rf, ошибка в измерении кажущегося сопротивления не зависит от того, с каким зондом (прямого или взаимного* питания) замерено кажущееся сопротивление, что соответствует принципу взаимности. ■
. Утечки в измерительной цепи па участке электроды М и N — пульсатор вносят погрешности в измерения потенциалов' собственной и вызванной поляризации пород. Искажении создаются током, протекающим между электродами М и N и точкой /, в которой находится уточка тока. Этот ток возникает вследствие неравенства потенциалов электрического поля собственной поляризации пород в точках, где находятся заземления М, N и /, и различных значений их электродных потенциалов. Расчет влияния этих утечек па измерения Усп приведен в работе [5].
Утечки тока в и з м е р ит е л ь и о й ц о п и п а уч ас т к с р е- г и с т р и р у ю щ и й пр и бор — пульсатор (рис. 359, б).
Предположим, что утечка тока находится в проводе, соединяющем клемму М по- ттнпиометра или иного измерительного прибора с клеммой «+ » пульсатора. В точение полуоборота коллектора пульсатора, при котором провод с утечкой тока соединен с. электродом М, измеряемая разность потенциалов
. r 11 , вм Г / 11 \ / 14
^ [ АМ ВМ Rf [ \ Af Bf )\ АМ ЙМ/Jl
При следующем полуобороте коллектора пульсатора этот провод будет приключен к электроду N. Так как потенциалы электрического поля заземлений А и В в точках N и / малы, то в течение второго полуоборота коллектора пульсатора уравнительный ток близок к нулю и, следовательно, *
ЛИ г — Ли.
Среднее значение измеренной разности потенциалов за полный оборот коллектора пульсатора1
= бк/ ( 11.. км Г / 1_ /__1|
J АМ ВМ ~ 27?/\ Af * Bf )\ АМ ВМ j V
Подставляя правую часть последнего равенства в формулу (21). приходим к выводу, что при наличии утечки тока между прибором, регистрирующим §к, и пульсатором измеряемое кажущееся сопротивление’
6 к6 к4лАМВМАВ4лАМВМАВЛи/ ( ' кмI ~ j1 г 2R/Ли/ ( ' кмI ~ j1 г 2R/(497)(497)
6 к
6 к
4лАМВМАВ
4лАМВМАВ
Ли/ ( ' км
I ~ j1 г 2R/
Ли/ ( ' км
I ~ j1 г 2R/
(497)
(497)
отличается от кажущегося сопротивления ук при отсутствии утечки тока. При этом относительная погрешность в измерении кажущегося сопротивления
И^к =И^к =gi/ бк _ Вмби 2Й/gi/ бк _ Вмби 2Й/тК / 11,тК / 11,(498)(498)
И^к =
И^к =
gi/ бк _ Вм
би 2Й/
gi/ бк _ Вм
би 2Й/
тК / 11,
тК / 11,
(498)
(498)
Из сопоставления формул (498) и (494) следует, что при одних и тех же условиях утечка тока в измерительной цепи между пульсатором и прибором, регистрирующим ри, вызывает в два раза меньшую погрешность при определении кажущегося сопротивления, чем утечка тока той же интенсивности в цепи между пульсатором и электродами М и N.
При утечках тока в измерительной цепи на участке измерительный прибор — пульсатор могут создаваться погрешности в определенйи кажущегося сопротивления токами поляризации, проходящими в цепи М между точкой / и электродами М и N. Эти погрешности обычно наблюдаются только при работе с разборными комплектами полуав-
тематической аппаратуры, поэтому их расчет в настоящем руководство не приводится и интересующиеся читатели могут спим познакомиться в рапсе вышедшей работе автора [5].
Утечки тока в цепи MN, ш у н т и I) у ю щ и о и з м о р и- тельный прибор. Утечки тока в цепи MN, шунтирующие измерительный прибор, чаще всего возникают в приемном коллекторе пульсатора при загрязнении участков, изолирующих тоководущпс кольца коллектора.
Предположим, что утечки тока находятся за измерительным коллектором пульсатора (рис. 359, в). В этом случае, вместо разности потенциалов Z1U, измеряется падение напряжения ДП' между точками f и j", созданное током в линии Mff'N. Величина
AU* = iMrrN R/ = д^^^Т^ AU' ^^
где Rs-, R^, Rm, Rn и Rc — соответственно сопротивления мост утечек f и f, электродов М и N и проводов, соединяющих эти электроды с точками /', /".
Наличие разности потенциалов AtT, созданной уточкой тока, вызывает погрешность в измеряемом кажущемся сопротивлении. Относительное значение этой погрешности
(500)(500)_ е'к-ек _ au'-au Rjf-vRr^д
(500)
(500)
ек“ ек ~ ли - r^r-^vR V+V ’ где
^L R = Rm Rn 4™ ^с
Если утечка тока, шунтирующая цепь потенциометра, находится па участке пульсатор— потенциометр (утечка /*/**, рис. 359, в), то при компепсацшишом способе регистрации в момент разрыва линии MN через гальванометр пройдет ток
к в;+^;е+^и ’
где AU^—разность потенциалов, включенная на потенциометре в момент компенсации; R^ hR^ —сопротивления мест /* и/** уточек тока; Ru—сопротивление потенциометра (включая гальванометр). Разность потенциалов АУК (но равная измеряемой разности потенциалов АУ) стремится отклонить подвижную систему потенциометра в паправло- нии, обратном ее смещению при токе
AU' — дии
Rn
который проходит через потенциометр, когда приемные щетки «Н» пульсатора находятся на токоведущих коллекторных пластинах,
Ооозначим через а угол поворота коллектора пульсатора, на продолжении которого происходит разрыв цепи MN. Так как в момент компенсации среднею значение тока, проходящего через гальванометр,г
Гер = ;тт—дч^ +^пГер = ;тт—дч^ +^пAU' - AU^Ra ”AU' - AU^Ra ”(л — а) = 0.(л — а) = 0.
Гер = ;тт—
дч^ +^п
Гер = ;тт—
дч^ +^п
AU' - AU^
Ra ”
AU' - AU^
Ra ”
(л — а) = 0.
(л — а) = 0.
A U на_ ДУ' — ДУК
R^ Д-Ry -I- Rn , Ra
и, следовательно,
RfRR^ +йп
Rn
ALT y\
ПРИЧИНЫ ИСКАЖЕНИЯ ИЗМЕРЯЕМЫХ ВЕЛИЧИН ■ ек, еЭф, СП, ВП 647
Подставляя значение Ди' в равенство (499) и решая его относительно ДП.^ получаем зависимость между разностью потенциалов Дир, установленной па потенциометре, и разностью потенциалов ДВ, измеряемой при отсутствии утечки тока:
“ ' [(л;+д"+лп)л-(л;+л")а](л;+д"+^«)'
Относительная погрешность в измерении кажущегося сопротивления
^5к —^5к —4?к 5к ■ Ди-к — ДИ4?к 5к ■ Ди-к — ДИ
^5к —
^5к —
4?к 5к ■ Ди-к — ДИ
4?к 5к ■ Ди-к — ДИ
[(л;+л"+лп)™-(л;+л")«](л;+я"+^л) ~
(л — а) У} R + aRA
~)7 ^1' (501)
~(л — ^(R’+R^ + ^RHnRn) *
Если принять R" + R** ^> 2 В и -^п и положить Дп ~ 3 ^ Д, что часто бывает в практике, получим■
(ат — а) 2 В 4* аВа(л-|-2а) ^
•(л— а) (Ду -рДу* +^ -ЯУ+^п(я— а)(йу4"^/*)
Из сопоставления формул (500) и (.501) следует, что при равном значении R^-V- 4-Ду и 7?у-|-Ду* погрешности в определении кажущегося сопротивления, созданные
утечками тока,'шунтирующими пульсатор на участке потенциометр — коллектор пуль- л + 2а■„
сатора, превышают в — раз погрешности уточек той же интенсивности, шунти
рующих пульсатор на участке электроды М и N — коллектор пульсатора.
Следует заметить, что при утечках тока в цепи потенциометр — коллектор пульсатора погрешности могут в свою очередь возрасти в том случае, если в точках /* и /** в связи с соприкосновением металла провода с влагой возникнут электродные разности потенциалов. Их искажающее влияние будет таким же, как и в случае утечек в линии, соединяющей потенциометр с пульсатором.
Одновременные утечки тока в измерительной и питающей пенях
Утечки тока в измерительной и питающей цепях на участке между пульсатором и заземлениями. Предположим, что утечки тока находятся на питающей жиле кабеля А в точке F и па измерительной жиле М в точке / (рис. 360), и допустим, что в точке F ответвляется ту доля тока. Рассмотрим случай, когда точки F и / находятся в скважине (см. рис. 360, а). Для определения погрешностей, созданных утечками тока, вычислим предварительно потенциалы Нм, Un и Uj точек М, N и /:
U' _ gK/ (4^ — 1I .JO =
— 4л АМ ВМ ЕМ )
„ QrI Г 11 I „ / 11 \~1
z^ АМ ВМ \ЕМ АМ)}
■ТТ* Qw^ 1
.UN ~ 4л ' BN ’
Z z^ \ Af *Bf Ff ) 4л L At Bt \ Ff Aj £ *
Затем найдем величину падения напряжения, созданного током ‘у = -rTvr^+r; участке Mf.
= 1у ^ЙМ + Л=) = -д7+“-+'лс (ДМ + Д=) =
~Г 1111 '
'4л^/ L AM ВМ Af ~Bf.
Рис. 360. Схемы одновременных утечек в питающей и измерительной цепях.
а — одновременная утечка в жилах кабеля; б — то же, в жилах, находящихся па барабане лебедки; в — то же, в пульсаторе; А и В — питающие заземления; М и N — измерительные электроды; Дне — прибор, измеряющий кажущееся сопротивление; П^ц — то же, потенциалы собственной поляризации; Пр— пульсатор; Г — источник тока; мА.—миллиамперметр; F— место утечки в питающей цепи; / — то же, в измерительной цепи; Rp — сопротивление утечки в питающей цепи; Rj — то же, в измерительной; Д3 — сопротивление заземления лебедки.
Так как при наличии утечек тока разность потенциалов в цепи MN
AU' = U'm ~U'N- AU^
отличается от разности потенциалов при отсутствии утечек, то при измерении кажущегося сопротивления возникает погрешность, относительное значение которой
бк бкди'—ли _ им—и^—ди^—ли
— -ди
• Bf AFM АМ ' АВ 77 /J R/ J
Заменяя в последней формуле у через —к—-, R ]- Яс, через Я „ C1YL
и полагая для упрощения выводов Яд + Яс = Ям + Яс и Я/ = Яр, получим. •
^0к =^0к =1Ж1ЖАМ " ВМ FN AF BF) Rj bАМ " ВМ FN AF BF) Rj b(502)(502)
^0к =
^0к =
1
Ж
1
Ж
АМ " ВМ FN AF BF) Rj b
АМ " ВМ FN AF BF) Rj b
(502)
(502)
Из формулы (502) следует, что погрешности, вызываемые утечками тока, возрастают при увеличении сопротивлений заземлений RM, ЯА и коэффициента К (т. с. с увеличением размера зонда, уменьшением расстояния между электродами М и N и при переходе от потенциал-зонда к градиегир- зонду) и при уменьшении сопротивлений мест утечек Я^ (Я^. Погрешности особенно велики в тех случаях, когда знаменатель одной из дробей, стоящих в круглых скобках, стремится к нулю, т. е. тогда, когда место утечки тока, в питающей линии приближается к приемным электродам или место утечки в измерительной линии — к питающим заземлениям.
Сопоставляя формулу (502) с формулами (484) и (494), приходим к выводу, что погрешности в измерении gK при одновременных утечках тока в питающей и измерительной линиях слагаются из погрешностей, созданных порознь уточками в питающей и измерительной дени, а также возникающих в связи с непосредственным влиянием тока уточки в питающей на утечку тока в измерительной цепях.,.
д2р
Так как обычно < —™, то в частном случае, когда расстояния
Fj, FM и Af достаточно велики:
■ Л _ Z / 2L-JLj_J1'
^Ж КМ ~ FN Af Bf FM) Ri *
Если утечки тока находятся в части провода, расположенной на барабане лебедки (рис. 360, б), при ^ < 1 величину погрешности в определе
нии @к вычисляют так.
* Обозначим через ЯсМ и ЯСА полные сопротивления измерительной и питающей линий от точек утечек тока до заземлений, включая сопротивления последних, через Я^ и Яр — сопротивления мест утечек тока, через Я9 — сопротивление оплетки' кабеля от точки разветвления тока утечки до заземления оплетки (барабана лебедки), включая сопротивление этого заземления, и через■'
.•■ р _ ^(-Яу + ^см)RaRf
" CT'Rj-V-Xm ~" RAR/
суммарное сопротивление параллельной цепи, составленной из сопротивлений Rj И Ra.'
Ток утечки ■.
. Rca г • ДСа№+Д/)•
lE~ Rp-^-R1 — RpRaA-RjR^RjRp 1
разветвляется в оплетке кабеля.Часть этого тока заземляется через корпус лебёдки или блок-баланс, а другая часть поступает в жилу М кабеля через точку /, в которой повреждена изоляция этой жилы.
Ток
. Ra . ^СА^^
«создаст в цепи MN падение напряжения
ЛГТ — Р i — RCARcMR^ г- RpR^RjH^RjRp1'
что вызывает погрешность при измерении кажущегося сопротивления, относительное значение которой
_ AUf _ ^CARcMR^ Кди - ЯрЯ^я^з^ЯрН/* QiJ
_ KRcARcMR8
~ ^RpRa + RjRa+RpRR № ■
Так как обычно Rf и Rp много больше Ra, то
(504)(504) RCARcMRa^RfRpQK
(504)
(504)
и для частного случая, когда RCA ~ RcM и Rf ~ Rp,
zle„= -^ даzle„= -^ дак_5 кк_5 к
zle„= -^ да
zle„= -^ да
к_
5 к
к_
5 к
Из последней формулы следует, что погрешности, созданные утечками -тока в кабеле, находящемся на лебедке:
пропорциональны коэффициенту зонда К и, следовательно, возрастают при увеличении размера зонда, уменьшении расстояния между электродами М и N и, в частности, при переходе от потенциал- к градиент-зопду;
пропорциональны квадрату отношения сопротивления жил кабеля •и сопротивлений заземлений к сопротивлению места утечки тока — чем дальше расположены утечки тока от электродов Л и М, тем значительнее погрешности,, вызываемые этими утечками;
обратно пропорциональны измеряемому кажущемуся сопротивлению*,
пропорциональны Ra; искажающее влияние утечек уменьшается при понижении Ra, в частности при заземлении корпуса лебедки; отсюда следует правило, что корпус лебедки необходимо всегда заземлять;
изменяют свой знак на обратный, если утечка находится в жиле В .(в связи с изменением знака AU;, которому пропорционально d^).
Формула (504) симметрична относительно RGA и RcM, Rf и RF. Поэтому ошибки в измерениях дк сохраняются при переходе от зондов прямого питания к зондам взаимного питания (при одинаковых размерах и типах зондов, местоположениях и интенсивностях утечек тока).
Погрешности в определении ук при наличии одновременных утечек -тока в питающей и измерительной цепях при расположении мест утечек на барабане лебедки могут быть весьма велики даже при значительном сопротивлении мест утечек. •
Пример. Допустим, что утечки тока находятся в части кабеля, навитой на барабан лебедки, и имеют сопротивления Rf = RF = 500000 ом. При измерении кажущегося сопротивления 2 ом м зондом М4Л0,ЬВ ^К = 452,4 л<), если сопротивления заземлений RGA — RcM = 100 ом и Да = 200000 ом, кажущееся сопротивление определится с погреш
ностью
КСА^сМКзRpRa-V-RjR^RpR/КСА^сМКзRpRa-V-RjR^RpR/— -100 =— -100 =
КСА^сМКзRpRa-V-RjR^RpR/
КСА^сМКзRpRa-V-RjR^RpR/
— -100 =
— -100 =
10000-2-10s-452,4
•100 = 100)5 % •
Эта погрешность огромна, несмотря на то, что сопротивление мест утечек тока достаточно велико. Погрешность будет сильно снижена, если заземлить лебедку и тем самым уменьшить сопротивление RB.
Утечки тока в питающей цепи на участке источник тока — пульсатор и в измерительной лини и и а .участке пульсатор — электрод ы. Одновременные утечки тока в питающей цепи па участке батарея — пульсатор и в измерит ель ной цепи па участке пульсатор— электроды не вносят ошибок в определение рк, однако они могут искажать потенциалы -собственной и вызванной поляризации по^од.
Утечки тока в питающей цепи па участке источник тока — пульсатор и в измерительной линии на участке пульсатор — регистрирующий прибор. В частности, при наличии наиболее опасных утечек тока в пульсаторе (см. рис. 360, в) погрешность в определении кажущегося сопротивления определяется по формуле '
(505)(505)л _ rcars ^m-V^n) К
(505)
(505)
RpR^RfR^RpR/ * 2ек ’
где jR3 — сопротивление заземления пульсатора.
Для .уменьшения ошибок в измерении дк, созданных этими утечками, следует хорошо заземлять корпус пульсатора.•
При измерениях по схеме с одножильным кабелем значительные погрешности в заморах рк могут быть вызваны одновременными утечками в питающей и измерительной цепях в скважинном снаряде, где питающая цепь ямест высокое напряжение (до 100 в) относительно измерительной цепи.
Утечки в измерительном приборе
Утечки тока в измерительном приборе особенно опасны в тех случаях, когда ток утечки проходит через рамку гальванометра. При этом.луч света ■от зеркальца гальванометра, его стрелка или подвижная система электронного потенциометра отклоняются па несколько бблыпую или меньшую величину, чем при отсутствии утечек. При потенциометрическом способе измерений для компенсации этого отклонения потребуется введение добавочной разности потенциалов 2Ш7. При токовом способе измерений на величину Ли7 будет изменено показание регистрирующего прибора. В том и в другом случае возникнут ошибки в определении кажущегося сопротивления и потенциалов собственной и вызванной поляризации пород.
Погрешности в определении силы тока, вызванные утечками тока, могут быть рассчитаны следующим образом. При потенциометрическом eno- д' собе измерений ток утечки L = (Е — напряжение источников питания;
Нр — сопротивление места утечки) в момент компенсации должен быть равен дополнительному компенсационному току iKy = —-—2 , где Нк — сопротивление цепи потенциометра между клеммами М и N.
Так как в момент компенсации 1р = гку, то ' dt/y = 4г Е.
яр
Относительная погрешность в определении силы тока
(506)(506)AI _ ^у _ ERkRAbru
(506)
(506)
IZ1U9 RpRaIRaRp
где Ally — разность потенциалов, возникающая при прохождении тока через эталонное сопротивление Ra, при помощи которого измеряют ток; RAB " сопРотивлеиие ЦС™ АВ-
Так как Ra мало, то произведение RaRp может быть соизмеримым с произведением RABRU, в связи с чем при измерении тока могут возникнуть значительные погрешности, даже при достаточно больших значениях Rp.
■ Погрешности в измерениях разностей потенциалов, вызванные уточками в измерительном приборе, имеют наибольшие значения при утечках в цепи компенсационного элемента, в частности элемента компенсатора поляризации. В этом случае при прохождении тока утечки через измерительный прибор его подвижная система получит дополнительное отклонение, для компенсации которого при потенциометрическом способе измерений потребуется ввести добавочную разность потенциалов .
А ^i = ^
’где Ек — э. д. с. компенсационного элемента; RMN — сопротивление измерительной линии MN; R/— сопротивление места утечки.
Введение разности потенциалов AU" приведет к погрешности в определении рк, относительное значение которой
(507)(507)• я _ 2*^У _ ^^MN . КдиRj^j
(507)
(507)
Так как AU" не должно превышать 1% от максимального показания ^мзке прИ взятом Пределе измерений, с которым производится запись ЛИ, то сопротивление R; изоляции электрических цепей измерительного прибора к еR^RMN '
должно быть больше или равно--—— . Подставляя в это соотношение
числовые значения ^—1,5 в; RMN = 400 ом и боря наименьший предел измерения потенциометра 4 же на шкалу, получим •
□1,5'400-100•
R/> —л—= 15 мом. .
Таким образом, сопротивление изоляции электрических цепей измерительного прибора должно быть очень высоким.
Емкостные токи утечки
Кроме утечек тока, обусловленных несовершенством изоляции питающих и измерительных цепей, при питании измерительной схемы переменным током возникают емкостные токи утечки. Последние возрастают с частотой
питающего тока и имеют наибольшую величину в жилах кабеля, емкость которых между собой и относительно земли достаточно велика. '
Емкостные токи утечки в жилах кабеля распределяются равномерно и поэтому, особенно при низких частотах питающего тока (порядка 8—12 гц^ iio вносят заметных искажений в измеряемые величины. Влияние этих утечек становится ощутимым лишь при токах более высокой частоты и при наличии индуктивных наводок, о чем будет сказано ниже.'
Значительные емкостные токи утечек, наблюдающиеся в высокочастотных схемах измерений с одножильным кабелем, компенсируются регулировкой тока при стандартном сигнале.
§ 117. ПРИЗНАКИ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ МЕСТОПОЛОЖЕНИЯУТЕЧЕК. ПРОВЕРКА ИЗОЛЯЦИИ КАБЕЛЯ И ЭЛЕКТРИЧЕСКИХСОЕДИНЕНИЙ
Из расчетов, приведенных в § 116, следует, что при наличии утечек тока в линиях АВ, MN и в измерительном приборе могут возникать значительные погрешности в измерениях кажущегося сопротивления (иногда сопротивления заземления) и потенциалов собственной и вызванной поляризации пород.
66Рис. 361. Пример искажения диаграмм кажущегося сопротивления и потенциалов собственной поляризации пород уточками тока.Рис. 361. Пример искажения диаграмм кажущегося сопротивления и потенциалов собственной поляризации пород уточками тока.
6
6
Рис. 361. Пример искажения диаграмм кажущегося сопротивления и потенциалов собственной поляризации пород уточками тока.
Рис. 361. Пример искажения диаграмм кажущегося сопротивления и потенциалов собственной поляризации пород уточками тока.
— кривые ск. зарегистрированные при отсутствии утечек; 2 —то же, приналичии утечек; 3 — кривая Heil- полученная при отсутствии утечек; 4 —то же, при наличии утечек.
Ошибки могут быть столь большими, что в некоторых случаях измеряемые величины будут совершенно но соответствовать действительным их значениям. Поэтому оператор, производящий измерения, должен уметь своевременно обнаружить наличие и местоположение утечек и устранить их.
Наличие уточек тока устанавливается по следующим признакам.
Заниженные или. завышенные значения кажущихся сопротивлений и потенциалов вызванной поляризации по всей или большой части разреза скважины. При этом изменения рк особенно велики на участках'залеганий пластов низкого сопротивления (рис. 361).
Получение «отрицательных» кажущихся сопротивлений (рис. 36'1, б). «Отрицательными» рь условно называют кажущиеся сопротивления, при регистрации которых разность потенциалов между электродами М и N отрицательна, когда к заземлению А приключен положительный полюс источника тока и электрод М находится ближе к заземлению А, чем к заземлению В.
Иззубронпость диаграмм, но соответствующая гооэлоктричсской характеристике исследуемого разреза (при условии точной регистрации кри-
вых, что особенно относится к измерениям с полуавтоматической аппаратурой).
' 4. Отсутствие плавного отклонения подвижной системы гальванометро^ при включении тока. При наличии утечек подвижные системы гальванометров иногда приходят в положение равновесия, совершая нерегулярные ко— лебания. Наличие этих колебаний вызывается поляризацией места уточки > а следовательно, и изменением разности потенциалов, созданной током утечки».
Отклонение подвижной системы прибора, регистрирующего кривуто ^сп’ в момеит включения тока в линию АВ (при наличии утечек тока в цепи источник тока —пульсатор).
Заметная разность потенциалов между электродами М и N, когда» зонд находится в колонне (смещение нулевой линии). Эта разность потенциалов обычно наблюдается при одновременных утечках тока в питающей и измерительной жилах кабеля, находящегося па барабане лебедки, и в схем о соединений цепи MN.
Нестабильность подвижных систем гальванометров при пеподвиж— ном зонде.
Изменение значения измеряемой разности потенциалов при измене— нии частоты питающего тока. 1
Следует отметить, что признаки утечек, отмоченные в и. 1,2, 3, 4, 6, 7 и 8, могут наблюдаться также при индуктивных паводках и наличии искажений, созданных переменными индустриальными токами.
Отличить погрешности, созданные утечками тока от искажений, обусловленных индукцией и влиянием переменных токов, возможно по следующим признакам.
Погрешности, созданные утечками:
сохраняются при переходе па измерения по схеме постоянного тока» и в меньшей степени зависят от частоты пульсаций питающего тока (скорости вращения пульсатора); .
обычно резко изменяются по величине, а иногда и по знаку при пере— ключении жил кабеля к электродам зонда (при сохранении типа и размера, зонда);
в большинстве случаев не зависят от глубины, па которую спущен? зонд;
иногда резко уменьшаются или возрастают па отдельных участках: диаграмм (например, при переходе моста утечек тока на барабан лебедки) .
Так как установить сразу наличие утечек не всегда возможно, то для исключения погрешностей в измерениях следует до и после каждого цикла измерений в скважине измерять сопротивление изоляции питающей и измерительной линий.
Для получения качественных диаграмм необходимо, чтобы сопротивление изоляции питающих и измерительных линий было не меньше 2 мг ом,-
Для уменьшения искажающего влияния утечек при исследовании скважин требуется выполнять следующие моры предосторожности. '
Заземлять барабан лебедки, охранные кольца коллектора и корпуса измерительной аппаратуры. ’ .
Тщательно протирать от влаги и грязи соединительные панели, панели измерительных приборов, пульсатора, источников питания и кольца коллектора. Особенно это относится к наружным панелям, которые рекомендуется покрывать в сырую погоду слоем вазелина и защищать от дождя.
Изолировать источник тока от земли. При установке источников тока вне станция необходимо подкладывать под гего резиновый коврик, поверхность которого должна быть.- сухой.
Все соединительные проводники изготовлять из шланговых проводов.
Аккуратно заделывать провода в соединительные вилки. Жилы проводов следует* очищать от изоляции только на том участке, па котором проволоки жилы прикгкшляютсяь к вилке или гнезду. . ‘
Протирать досуха муфты соединительных проводников и концы жил коллекторного провода и смазывать изолирующую поверхность муфт вазелином.
Не допускать придавливания проводов и кабеля тяжелыми предметами, что может привести к повреждению их изоляции и возникновению утечки тока.
Сопротивление изоляции кабеля и соединительных проводов измеряют мегомметром, омметром или определяют при помощи потенциометра или фоторегистратором. При измерении сопротивления изоляции соединяют одну из клемм перечисленных приборов • с проверяемой жилой кабеля К (рис. 362, а, I ally а вторую —с оболочкой жилы. При этом оболочки кабелей типа КТО и КТШ должны быть хорошо увлажнены, а концы жилы просушены и протерты вазелином. Если кабель находится на барабане лебедки, вторую клемму потенциометра присоединяют к корпусу лебедки
Рис. 362. Схемы измерения сопротивления изоляции жил кабеля й измерительных приборов.
а — схема измерения сопротивления изоляции жил кабеля (I, II, III и IV — различные, схемы включения приборов); б — схема измерения сопротивления изоляции гальванометра, фоторегистра'1 ира и потенциометра; Л — кабель; Л — лебедка; Г—-гальванометр; II — потенциометр; М — меггер или омметр; В — балластное сопротивление; V — вольтметр; Б,—.источник постоянного тока (батарея).
(рис. 362, а, III и IVY При определений сопротивления изоляции мегомметром или омметром величину сопротивления читают непосредственно па шкале прибора. При определении сопротивления изоляции потенциометром или фоторегистратором вводят на приборе достаточно большую разность потенциалов от градуированного компенсатора поляризации или потенциометра и, включив прибор, отмечают число п делений шкалы, на которое сместился указатель (стрелка, блик светового луча) отклонения подвижной системы прибора, и рассчитывают искомое сопротивление изоляции
R == Е ym30my(508}
где Е — напряжение, введенное в цепь, в в; Si — чувствительность гальва- номотра по току; Ci — -sпостоянная гальванометра.
" В тех случаях, когда сопротивление изоляции велико, для повышения точности определения последовательно с потенциометром или фоторсгистра- тором включают одну или две секции батареи Б-30 (см. рис. 362, а, Пу или берут напряжение от выпрямителя станции, величину которого постепенно увеличивают.
При использовании для измерения изоляции напряжений выпрямителя или батареи Б-30 последовательно с источником напряжения необходимо включать предохранительное сопротивление порядка 10000 ом для исклю-
чения возможности пережога током рамки гальванометра при значительном повреждении изоляции.
При измерении сопротивления изоляции измерительного прибора один из полюсов батареи присоединяют через предохранительное сопротивление к корпусу прибора, а второй приключают по очереди к его клеммам М и N (рис. 362, бу При наличии утечки при одном из включений (например, при присоединении источника тока к клемме М измерительного прибора) будет отмечаться отклонение подвижной системы измерительного прибора, по величине которого, используя формулу (508), вычисляют сопротивление изоляции прибора. Сопротивление изоляции измерительных приборов не рекомендуется проверять мегомметром, так как возможен пробой изоляции гальванометров высоким напряжением.
В некоторых случаях небольшие отклонения подвижной системы гальванометра могут наблюдаться и при отсутствии утечек вследствие электростатического взаимодействия между подвижной системой гальванометра и его корпусом. В этом случае направление отклонения подвижной системы гальванометра не зависит от полярности приложенного напряжения.
Определение местоположения утечки
Установив наличие утечки тока, приступают к определению се местоположения. В кабелях КТО место утечки находят методами трех контактов и высокого напряжения Т
При определении местоположения утечки методом трех контактов кабель 1 .(рис. 363), в котором определяют место утечки, перематывают с рабочей лебедки 2 па лебедку 3, установленную в 20—40 м от первой. При перемотке кабеля его оплетка, предварительно хорошо увлажненная в ванне 4, заполненной подсоленной водой, соприкасается с тремя неподвижными контактами /, g и /г. Контакты представляют собой металлические ролики, по желобам которых проходит кабель. Ролики / и h заземлены, родик g установлен на изоляторе и присоединен через предохранительное сопротивление R в 10000 ом к одной из клемм потенциометра 5 с заземленной второй клеммой. К жилам кабеля, в которых определяют местоположение уточки тока, через коллектор лебедки подключают батарею 6. Второй полюс батарей заземляют или присоединяют к общей точке проводов, идущих от контактов /, g и h. Из схемы следует, что до тех пор, пока место утечки тока будет находиться за' контактом /, стрелка гальванометра потенциометра будет неподвижной, так как токи утечки, протекающие по оплетке кабеля, будут ответвляться через контакт / в батарею 6. Когда место утечки минует контакт /, часть тока, выходящего из места утечки, будет проходить через контакт g и потенциометр, вследствие чего стрелка гальванометра начнет отклоняться. Отклонение стрелки будет том больше, чем.ближе находится место утечки тока от точки g. В момент прохождения утечки через контакт g отклонение стрелки гальванометра будет максимальным и при дальнейшем движении кабеля снова уменьшится.
Установив местоположение утечки, по максимальному отклонению стрелки гальванометра определяют жилу кабеля, в которой находится уточка. С этой целью приключают батарею 6 поочередно к каждому кольцу коллектора лебедки и находят кольцо, при соединении с которым наблюдается отклонение стрелки гальванометра. Уточка будет находиться в жиле кабеля, соединенной с этим кольцом. "
1 Метод высокого напряжения в производственных партиях в настоящее время не применяется. Интересующиеся читатели могут познакомиться с этим методом в ранее изданных руководствах по промысловой геофизике [5, 13, 212].
ПРИЧИНЫ ИСКАЖЕНИЯ-ИЗМЕРЯЕМЫХ ВЕЛИЧИН ек, еэф, СП, ВП 657
При отсутствии на базе специальной установки контакты /, g и Л изготовляют из тряпок, смоченных в соленой воде, в которые закрепляются концы проводников. Тряпки поддерживаются рабочими, причем рабочий с контактом g должен стоять на резиновом коврике или поддерживать контакт рукой в резиновой перчатке. При отыскании мест утечки тока на скважине контактом А служит блок-баланс 7, а кабель 1 не перематывают на другую лебедку, а опускают в скважину (рис. 363, б).
Рис. 363. Схема определения места утечки тока в жилах кабеля способом трех контактов,Рис. 363. Схема определения места утечки тока в жилах кабеля способом трех контактов,
Рис. 363. Схема определения места утечки тока в жилах кабеля способом трех контактов,
Рис. 363. Схема определения места утечки тока в жилах кабеля способом трех контактов,
а — с двумя лебедками; б — с одной лебедкой на буровой скважине; I — кабель;2 и з — лебедки; 4 — ванна; 5 — потенциометр; 6 — батарея; 7 — блок-баланс;8 — гальванометр фоторегистратора или потенциометр; К — балластное сопротив-ление; /, д и h — контакты.
Определение мест утечки в жилах бронирован- , ноге кабеля
Места утечки тока в жилах бронированного кабеля определяют методами измерения разностей потенциалов и сопротивления жил кабеля.
При определении места утечки тока методом измерения разностей потенциалов (рис. 364, а) через жилу кабеля пропускают ток I и измеряют полное падение напряжения U — IR на жиле кабеля и разность потенциалов Ut между началом жилы и броней кабеля. Так как Ux = IRt, где Ri — сопротивление отрезка жилы от начала до места утечки тока, то
U2 “ Т?2I—"11 *
Где / _ общая длина кабеля: 1г — расстояние от начала кабеля до места утечки и, следовательно,
(509)(509)'7 U'
(509)
(509)
г-1- ихЛ.ий-
Для определения места утечки тока по сопротивлению жил применяют схему моста (рис. 364,6); двумя плечами моста служат участки жилы кабеля от его концов до места повреждения изоляции. Два других плеча моста со-
42 заказ 714.
стоят из постоянного Rc и переменного Ry сопротивлений. Изменяйте личину сопротивления Ry, добиваются равновесия моста, при котором "
R1 li ■ Re
RaI — li ■ Ry *.
откуда.'
=(510)
Рис. 364. Схемы определения мест утечки и разрыва в жилах бронированного кабеля.’Рис. 364. Схемы определения мест утечки и разрыва в жилах бронированного кабеля.’
Рис. 364. Схемы определения мест утечки и разрыва в жилах бронированного кабеля.’
Рис. 364. Схемы определения мест утечки и разрыва в жилах бронированного кабеля.’
.а и б — схемы определения места утечки потенциальным методом и’' методом моста; виз — схемы определения места разрыва жилы '.бронированного кабеля.
': Определение мест разрыва жилы бронированного кабеля
Место разрыва жилы бронированного кабеля определяют измерением емкостей Сг и С2 каждого из отрезков жил. В этом случае
Са la1—^2 1
где lt — расстояние от начала жилы кабеля до места разрыва жилы;
I — полная 'длина кабеля.‘
' Отношение C/Cg измеряют мостом переменного тока (рис. 364, в) с постоянной Сс и переменной Су емкостями. ■ ■• .■ ..■
Так как',.
■'Z1 ' Ci _ Ос "
— 11Са Су *
то искомое расстояние.*
Для этой же цели может быть использован.мост переменного тока, с сопротивлениями (рис. 364, г). В этом случае расстояние^ от начала жилы до места ее разрыва определяют по формуле (510).
§ 118. ИНДУКЦИЯ
При замыкании и размыкании пульсатором тока в линии АВ в измерительных провода^ соединенных с электродами М и N, возникают э. д. с. вызванной индукции еви. Эти э. д. с., суммируясь с разностью цотенциалов АС,
созданной между электродами М и N током, проходящим через заземления А и В, искажают величину измеряемого кажущегося сопротивления. Следующий расчет дает возможность приближенно определить величину возникающих при этом погрешностей.
Питающая и измерительные жилы кабеля при однополюсном зонде и питающие и измерительная жилы при двухполюсном зонде можно рассматривать как два индуктивно связанных контура с сопротивлениями Вдв и RMN, коэффициентами самоиндукции Ьдв и LMN, коэффициентами взаимной индукции Мдм (для жил А и М) и Мвм (для жил В и М или жил А и N).
Сопротивления Вдв и BMN линии АВ и MN практически могут считаться постоянными. Коэффициенты самоиндукции и вызванной индукции зависят от общей длины I кабеля и числа п витков кабеля, находящихся на барабане лебедки. Следовательно, э. д. с. индукции зависят от глубины Н расположения зонда в скважине х. Они минимальны при нахождении зонда близ забоя и возрастают при подъеме зонда.
Таким образом:
, ^АВ = Цв^’ ^MN ^MN^’ ^’ ’
АМ ” 1 АМ ^’ ^ И ^ВМ ^ВМ ^’
' При замыкании питающей цепи процесс установления, тока в этой цепи определяется дифференциальным уравнением ' ', \
R ТА р
'dr■
интегрируя которое получим. ■■ ’
т Е ( .^Ав\ ■ Е ,В АВ 1
/I । — схр • -у I :1 охр т- 7т .(512)
КАВ \ЬАВ /КАВ [. , MJBV’
Из равенства (512) следует, что процесс установления тока будет протекать тем дольше, чем больше Ьдв, т. е. чем длиннее кабель и чем бдльшая часть его находится на барабане лебедки.' !*
Ток в жиле А кабеля, изменяющийся по закону (512), индуцирует в жиле М ток I, величина которого определяется дифференциальным уравнением■.
«лм ^ + ^MN ^ + Ч« ^ = 0.(513))
Беря производную от уравнения (512) по т
diЕ Вдв
^lab.■ Вдв
И подставив ее значение в формулу (513), получим,
^АМВдв^АМВдвЕ ехр - ^ т + Rmn Гю + Lm ^- = 0.
^АМВдв
^АМВдв
■Iи.■
. 1 Так как, число витков Кабеля на лебедке п ■= —-— , где Рср — средний диаметр витков кабеля, оставшихся на барабане лебедки.■- . ■ .
42*
Интегрируя последнее уравнение, находим
МАМЕВаВЕмк"ВМцЕавМАМЕВаВЕмк"ВМцЕавRab exp —labRab exp —labRMN t — exp—1— T bMNRMN t — exp—1— T bMN(514)(514)
МАМЕ
ВаВЕмк"ВМцЕав
МАМЕ
ВаВЕмк"ВМцЕав
Rab exp —
lab
Rab exp —
lab
RMN t — exp—1— T bMN
RMN t — exp—1— T bMN
(514)
(514)
По аналогии при включении питающего тока в жилу В кабеля в жиле М возникает индуцированный ток
;в'ви;в'виМВМЕRABLMN — RMNL АВМВМЕRABLMN — RMNL АВRABехртехр —ЬАВRABехртехр —ЬАВRMN_lmnRMN_lmn(515)(515)
;в
'ви
;в
'ви
МВМЕ
RABLMN — RMNL АВ
МВМЕ
RABLMN — RMNL АВ
RABехртехр —
ЬАВ
RABехртехр —
ЬАВ
RMN_lmn
RMN_lmn
(515)
(515)
Суммарный ток индукции
1Ви — ^ви + ^ви =
(516)(516)^АМ Мвм (_ Rabrmn_ \ Е
(516)
(516)
■^AB^MN-^MN^AbX ^АВbMN /
Ток индукции создает в цепи MN разность потенциалов. За время тл включения рабочей ламели измерительного коллектора пульсатора среднее значение этой разности потенциалов
бвибвиRMNтлRMNтлтл+^тУ iBI1C?T =Jrтл+^тУ iBI1C?T =JrRMnIMAM—MBm')'E /‘ /R ABtiABLMN~tiMNLAB -J \bABRMnIMAM—MBm')'E /‘ /R ABtiABLMN~tiMNLAB -J \bAB
бви
бви
RMN
тл
RMN
тл
тл+^т
У iBI1C?T =
Jr
тл+^т
У iBI1C?T =
Jr
RMnIMAM—MBm')'E /‘ /R AB
tiABLMN~tiMNLAB -J \bAB
RMnIMAM—MBm')'E /‘ /R AB
tiABLMN~tiMNLAB -J \bAB
— exp— exp_ ^^ Д _ B^k,M j^—My^ E [ E AB [BABLMN ) (BabLmn—EmnLab) тл |i?AB Ilab_ ^^ Д _ B^k,M j^—My^ E [ E AB [BABLMN ) (BabLmn—EmnLab) тл |i?AB Ilab
— exp
— exp
_ ^^ Д _ B^k,M j^—My^ E [ E AB [BAB
LMN ) (BabLmn—EmnLab) тл |i?AB Ilab
_ ^^ Д _ B^k,M j^—My^ E [ E AB [BAB
LMN ) (BabLmn—EmnLab) тл |i?AB Ilab
— exp —— (тд -p ^t)•lab— exp —— (тд -p ^t)•lab^MN rmn^MN rmnrmn лexpdr — exp —xrmn лexpdr — exp —x
— exp —— (тд -p ^t)
•lab
— exp —— (тд -p ^t)
•lab
^MN rmn
^MN rmn
rmn л
expdr — exp —x
rmn л
expdr — exp —x
X (тл 4- Jr)X (тл 4- Jr)^JL-^LZ^^l^-. x
X (тл 4- Jr)
X (тл 4- Jr)
Bablmn—BmnLab
(517)(517)LaBBABrmnRMN a2
(517)
(517)
-g— expт— dr —=exp уAt
KABbABbMN^MN
Из последнего уравнения следует, что величина э. д. с. вызванной индукции вви уменьшается:
с увеличением сопротивлений Rab и Rmn питающей и измерительной жил кабеля; времени.тп включения рабочей ламели пульсатора (возрастающего с уменьшением числа оборотов пульсатора и частоты пульсирующего тока) и времени Ат запаздывания включения измерительной ламели пульсатора относительно включения токовой ламели;
•2), с. уменьшением разности коэффициентов взаимной индукции МАМ —
^ВМ’ т* 6* с улучшением симметрии жил кабеля»
Величина относительной погрешности в измерении кажущегося сопротивления, созданной у. д. с. взаимной индукции, определяется уравнением
_ ^МАМ — ВВм')К ( _
АВАВ/1тTMN СХР - т TMN/1тTMN СХР - т TMN^ам-Мв^К.2^ бк^АВ-^Мк) (”"0)^ам-Мв^К.2^ бк^АВ-^Мк) (”"0)2ottmaJ ’ (518)2ottmaJ ’ (518)Qk AU Qk (^дв—TM^) тл \ АВ
АВ
АВ
/1т
TMN СХР - т TMN
/1т
TMN СХР - т TMN
^ам-Мв^К.2^ бк^АВ-^Мк) (”"0)
^ам-Мв^К.2^ бк^АВ-^Мк) (”"0)
2ottmaJ ’ (518)
2ottmaJ ’ (518)
LL
где г. =ипостоянные времени линий АВ и MN;
К АВKMN
v—частота пульсирующего тока; р—угол поворота коллектора пульсатора за время Ат.
Она возрастает:
при увеличении коэффициента зонда (т. е. при увеличении размера зонда и при переходе от потенциял-зонда к градиент-зонду);
при повышении частоты v вращения пульсатора, что приводит к уменьшению тл и Jr;
при уменьшении измеряемого кажущегося сопротивления рк пород;
при нарушении симметрии жил кабеля, увеличивающей разность коэффициентов взаимной индукции Мдм — Мвм.
При включении и выключении измерительной линии, кроме э. д. с.
взаимной индукции, в ней индуцируется *э. д. с. самоиндукции еСи.
При замыкании измерительной цепи процесс установления тока I удовлетворяет дифференциальному уравнению
где <5^ — величина нескомпенсированной разности потенциалов. Интеграл этого уравнения
6UK ъ =6UK ъ =(519)(519)BMN \8UK I .Т
6UK ъ =
6UK ъ =
(519)
(519)
ЬМН /HMN \TMN
определяет силу тока через любой промежуток времени т, прошедший с момента его включения. При изменении тока в цепи MN согласно уравнению (519) на клеммы измерительного прибора подается разность потенциалов
А1Г =МЦ1 -ехрА1Г =МЦ1 -ехртTMNтTMN
А1Г =МЦ1 -ехр
А1Г =МЦ1 -ехр
т
TMN
т
TMN
отличающаяся от измеренной разности потенциалов <ЗПИ на величину э. д. с. самоиндукции
беи = ^К - SIT = 6UK exp - -^— .
За время тл включения рабочей ламели измерительного коллектора пульсатора среднее значение этой э. д. с.
^ср беи^ср беи^- Г е TMN £/т = -^д[/к(1-ехр^™
^ср беи
^ср беи
ТлТЛ\TMN
Э. д. с. вси приводит К кажущегося сопротивления,Э. д. с. вси приводит К кажущегося сопротивления,дополнительной погрешности в измерениях относительное значение которой
Э. д. с. вси приводит К кажущегося сопротивления,
Э. д. с. вси приводит К кажущегося сопротивления,
(520)(520)би—ек^ _ тМ2у<5<7к.2?гр /л_р
(520)
(520)
- е„ "ди" ди^-^ V ехр ^MNp
При потенциометрической регистрации Шу < AU в связи с чем погрешности, созданные самоиндукцией измерительной цепи, практических не вносят искажений в замеры @к. При фоторегистрации диаграмм (станций типа АКС) Шу = AU '
Aq =Aq =ек—£и5 кек—£и5 кlmn ^mnt«lmn ^mnt«rmn■^MNrmn■^MN= ^MN= ^MN2лл—P2лл—P1 — exp — яt— 2mTMN.1 — exp — яt— 2mTMN.(521)(521)
Aq =
Aq =
ек—£и
5 к
ек—£и
5 к
lmn ^mnt«
lmn ^mnt«
rmn
■^MN
rmn
■^MN
= ^MN
= ^MN
2лл—P
2лл—P
1 — exp — яt— 2mTMN.
1 — exp — яt— 2mTMN.
(521)
(521)
При этом методе записи погрешности, созданные самоиндукцией, достиг— гают наибольших значений.
Они возрастают: ■
с увеличением частоты v пульсирующего тока (с уменьшением времени тл). и увеличением коэффициента LMN самоиндукции измерительных: жил кабеля; 1 ’
с уменьшением сопротивления Rmn измерительной цепи (или с уменьшением отношения тл/тм/у).
В однополюсных зондах в связи с бифилярностыо жил кабеля М и /V погрешности в измерениях ри, созданные самоиндукцией измерительной цепи , практически могут считаться равными нулю.
В зависимости от соотношения между Мдм и Мвм, тдв и tmn и, следовательно, знака погрешности, созданной взаимной индукцией жил кабеля» эти погрешности, складываясь с погрешностями, обусловленными самоиндукцией жил кабеля, будут увеличивать или уменьшать абсолютное значение» суммарной индуктивной погрешности. *
К погрешностям, созданным э. д. с. индукции, добавляются погрешности, вызванные емкостью жил кабеля.
В случае идеального кабеля, жилы которого строго симметричны друз? другу, погрешности в измерениях кажущегося сопротивления, созданные емкостными явлениями, так же как и погрешности, созданные индуктивными наводками, равны нулю. В этих условиях при однополюсном зонде емкостные токи из жилы А кабеля в жилы М и N создают в последних одинаковые потенциалы (по отношению к земле), а при двухполюсном емкостные токи, поступающие соответственно из жил А и В кабеля в Измерительную жилу МГ э равны друг другу и обратны по знаку. Вследствие этого разность потенциалов, созданная емкостными токами, в рассматриваемом случае будет равна, нулю и влияние емкости кабеля не будет сказываться на величине измеряемой разности потенциалов.
В реальных условиях вследствие несимметрии жил кабеля наличие емкостных токов ■ будет создавать дополнительную разность потенциалов , а также изменять величину погрешностей, созданных индукцией. Величина последних зависит также и от наличия утечек тока в питающих и измерительных цепях.
Действительно, допустим, что в двухполюсном зонде вследствие различия в омическом и емкостном сопротивлениях изоляции одной из жил сила
тока в ней будет отличаться от силы тока в другой жиле на ДТ. Это создает в измерительной жиле иескомпеисированную э. д. с. взаимной индукции
= ™пДШ1м,(522)
где М^ — величина коэффициента взаимной индукции между рассматриваемой питающей и измерительной жилами; сип = 2^п — круговая частота питающего токах.
В этом случае при измерении ри возникнет дополнительная погрешность, относительная величина которой
(523)
Из последней формулы следует, что погрешность, созданная емкостной утечкой, будет тем значительнее, чем больше частота пульсирующего тока, коэффициент Мш взаимной индукции кабеля и коэффициент К зонда и чем меньше измеряемое кажущееся сопротивление горных пород.
Так как Д1 — Т)1, где т) — коэффициент, определяющий долю тока утечки, то dgK практически не зависит от силы питающего тока.
При идеальной изоляции жил кабеля в условиях, когда возможно пренебречь величиной тока утечки, созданного понижением сопротивления изоляции жилы,
Д^^СЕ^ ^ав.,
где С — емкость между питающей и измерительной жилами кабеля; Е — напряжение в цепи питания.
С
В этом случае т] = —~ НАВ и
ш^СМ^К 2«ЧСМ«
_~_#(524)
т. е. погрешность в измерении кажущегося сопротивления, созданная емкостной утечкой, пропорциональна квадрату частоты питающего тока; следовательно, увеличение частоты вращения пульсатора приводит к резкому увеличению погрешностей.
Выше говорилось, что в том случае, когда схема симметрична, наличие емкостных утечек тока из питающих жил в измерительную (двухполюсный -зонд) или из питающей в измерительные (однополюсный зонд) не создает индуктивных и емкостных паводок. Если же сопротивление одной из парных жил кабеля отличается от другой на величину JZ, в измерительной цепи «возникает дополнительная разность потенциалов, величина которой [15]
Де„нд = 0,54МдмС1Д2(525)
может достигать относительно больших значений и в измерениях создавать недопустимые погрешности
^еинд 0,5K(OnMAMCzl^
Формула (522) выведена приближенно, так как предполагается, что ток питания, преобразованный пульсатором, синусоидален, причем среднее значение этого тока равно величине измеряемого тока I.
Эти погрешности пропорциональны квадрату частоты тп пульсирующего тока, коэффициенту К зонда, емкости С жилы кабеля, коэффициенту взаимной индукции М АМ, разности сопротивлений AZ и обратно пропор
циональны величине измеряемого кажущегося сопротивления.
Экспериментальное изучение э. д. с. индукции в трехжильном кабеле
показывает, что величина э. д. с.показывает, что величина э. д. с.Рис. 365. Зависимость индуктивных наводок от частоты питающего тока при полностью намотанном кабеле на лебедке (по С. Г. Комарову).Рис. 365. Зависимость индуктивных наводок от частоты питающего тока при полностью намотанном кабеле на лебедке (по С. Г. Комарову).а — однополюсный воид; б—двухполюсный зонд (шифркривых — длина и тип кабеля).а — однополюсный воид; б—двухполюсный зонд (шифркривых — длина и тип кабеля).индукции возрастает:
показывает, что величина э. д. с.
показывает, что величина э. д. с.
Рис. 365. Зависимость индуктивных наводок от частоты питающего тока при полностью намотанном кабеле на лебедке (по С. Г. Комарову).
Рис. 365. Зависимость индуктивных наводок от частоты питающего тока при полностью намотанном кабеле на лебедке (по С. Г. Комарову).
а — однополюсный воид; б—двухполюсный зонд (шифркривых — длина и тип кабеля).
а — однополюсный воид; б—двухполюсный зонд (шифркривых — длина и тип кабеля).
с увеличением (пропорционально) силы питающего тока, т. е. удовлетворяет уравнениям (517), (522) и (525) ^
с увеличением частоты, причем в однополюсном зонде зависимость виыд = / (тп) несколько выше, чем первой степени (рис. 365, а); в двухполюсных зондах при кабеле, полностью намотанном на барабан лебедки, на общем фоне возрастания э. д. с. индукции с увеличением частоты при некоторых частотах наблюдаются резкие уменьшения э. д. с. и даже изменение их знака (рис. 365, б); при этом чем меньше кабеля находится на лебедке и чем меньше частота пульсатора, тем меньше период изменения э. д. с. индукции;
пропорционально квадрату числа витков кабеля, находящегося на лебедке,
И / I-* — Н О I
^ИИД ~ f j еИНД + ^0, (526) где е^д и винд — соответственно значения э. д. с. индукции при кабеле, опущенном на глубину Н и при полностью намотанном кабеле (Н — 0); е0 — величина э. д. с. индукции при полностью размотанном кабеле; е0 < еИид. Э. д. с. е0 при низких частотах вращения пульсатора можно пренебречь. При двухполюсном зонде на общем фоно уменьшения э. д. с. индукции с возрастанием Я могут наблюдаться
локальные уменьшения и увеличения э. д. с. с изменением знака.
Периодичность изменения eMH с частотой и глубиной спуска зонда при двухполюсном зонде объясняется С. Г. Комаровым возникновением колебательного контура в измерительной жиле кабеля [214, 215]. Вследствие изме-
1 Несколько более интенсивное возрастание э. д. с. индукции, наблюдавшееся при токах большой силы, возможно, связано с недостаточной тщательностью выполненных исследований.
нения постоянной времени этого контура в зависимости от количества кабеля, намотанного па лебедку, частоты пульсирующего тока и запаздывания включения измерительной цепи коллектором пульсатора э. д. с. индукции будут поступать в измерительный прибор с различной амплитудой и знаком.
Значительное влияние э. д. с. индукции нередко "исключает возможность производства точных замеров кажущегося сопротивления- со станцией АКС/Л с большими зондами в породах низкого сопротивления/ особенно при неглубоком залегании этих пород, когда па барабане лебедки остается большое количество неразмотанного кабеля. Из кривых, приведенных на рис. 365, видно, что величины э. д. с. индукции для частот 5—-15 з^, в пределах которых производятся измерения при потенциометрической регистрации, значительно меньше э. д. с. индукции при частотах 20—25 з^г при которых обычно производится фоторегистрация со станцией АКС/Л. Кроме того, при потенциометрической регистрации практически отсутствуют э. д. с. самоиндукции, как об этом указывалось выше.
Искажения диаграмм индуктивными процессами устанавливаются по следующим признакам.
Наличие заметных, разностей потенциалов при расположении зонда на участке скважины, обсаженном колонной. Резкая зависимость этих разностей потенциалов от частоты пульсирующего тока, особенно их исчезновение при токе постоянного направления (при остановленном пульсаторе),, дает возможность отличить погрешности, созданные э. д. с. индукции, от погрешностей, обусловленных утечками.
Увеличение или уменьшение кажущегося сопротивления с увеличением размера зонда в породах низкого сопротивления (особенно при неглубоком их залегании и высоких частотах питающего тока и при отсутствии утечек в питающей и измерительной цепях).
Резкое отличие величины кажущегося сопротивления в мощных однородных пластах низкого сопротивления при измерении его градиент-зоидами большого размера при различных расстояниях между парными электродами зонда. С возрастанием этого расстояния кажущееся сопротивление стремится к его величине, зарегистрированной при измерениях с током низкой частоты или на постоянном токе (точечная запись).
Возникновение броска блика или стрелки гальванометра при включении тока. Выведенная из исходного положения подвижная система измерительного прибора отклоняется на угол, больший угла, соответствующего, измеряемой разности потенциалов, и затем возвращается к последнему.
Для оценки возможных погрешностей, созданных э. д. с, индукции, определяют их значения. С этой целью накоротко соединяют между собой электроды зонда и при питании зонда током наибольшей силы определяют величину э. д. с еви взаимной индукции. При этих измерениях могут наблюдаться разности потенциалов Ди0№ созданные омическим, падением напряжения в местах соединения электродов и утечками. Для исключения этих разностей потенциалов определяют их величину при постоянном токе или замеряют Д11 = = сви -|- zW70M при нескольких частотах тп и затем по кривой Д11 = / (v) определяют ДИ, численно равное экстраполированному значению ДП при vn = 0. Измеряя ДП при различных частотах, повторяют эти измерения при попеременном включении жил кабеля в схему прямого и взаимного питания зондов. Для наиболее обоснованного выбора назначения жил кабеля и схем питания э. д с индукции рекомендуется замерять при спуске зонда в скважину с накоротко замкнутыми электродами. При этом через каждые- 250—500 м при остановленном зонде регистрируют зависимости еви = / (т) при различных назначениях жил кабеля и схемах питания. По данным этих измерений составляют графики зависимостей еви = / (Я) (Я — глубина нахождения зопда) при различных частотах v и схемах питания, но которым выбирают оптимальные схему измерений и частоту пульсатора. '
При работе со станцией типа АКС/Л не рекомендуется использовать кабели, у которых при vn = 25 г^ и отношении К/М^ 250 (А — коэффи-
циент зонда; М — масштаб регистрации кривой рк в ом м) величина э. д. с. ’индукции превышает 2 мв/а- на каждые 1000 м кабеля. Для возможного исключения погрешностей, созданных индуктивными наводками, при KIM > 200 кривые кажущегося сопротивления рекомендуется регистрировать только с однополюсными зондами большого размера и при необходимости записывать отдельно кривую э. д. с. индукции при короткозамкнутых электродах зонда. Для этого в переключателях зондов бокового электрического зондирования последних конструкций имеется положение, при -котором закорачиваются жилы кабеля. Зная величину э. д. с. бВц, можно рассчитать величину погрешности в замерах кажущегося сопротивления, ■созданной индукцией для зондов различных размеров при заданной (однополюсной или двухполюсной) схеме питания:
■ (527)
6к 1и8н-Г -^и бк
.где /и — ток, при котором регистрировали кривую индукции; I — ток питания зонда; К ~ коэффициент зонда.
Наиболее радикальным способом уменьшения влияния индуктивных и емкостных наводок является уменьшение частоты питающего тока и уве- щичоиие времени между замыканием и размыканием питающей и измерительной цепей. Использование этих способов при фоторегистрации кривой весьма ограничено в связи с высокочастотной характеристикой фильтра, удовлетворительно работающего лишь при достаточно больших числах оборота кол- .лектора пульсатора. Поэтому в районах, разрез которых сложен породами низкого сопротивления (от Ь ом м и ниже), применять станции АКС/Л не рекомендуется и запись кривых должна проводиться потенциометрически -станциями типа АЭКС и др,
БЛУЖДАЮЩИЕ ТОКИ
Блуждающие (индустриальные и теллурические) токи искажают замеры кажущегося сопротивления и потенциалов собственной и вызванной поляризации пород. Эти токи, протекая в горных породах, создают разности потенциалов AUT1 числовые значения которых пропорциональны средней величине плотности земных токов в данный момент времени, среднему электрическому сопротивлению пород, залегающих между точками М и А, в которых измеряются разности потенциалов, и расстоянию между этими точ- :ками. ’
Теллурические и блуждающие индустриальные (постоянные) токи
Электрические потенциалы теллурических и блуждающих индустриальных токов постоянного направления при большой их интенсивности регистрируются при измерении потенциалов собственной поляризации пород и тем искажают кривые Ucn и £7ВП.
. О наличии этих потенциалов свидетельствуют колебания подвижной системы измерительного прибора, регистрирующего кривую при остановленных зонде и пульсаторе. Движение подвижной системы прибора не прекращается при перемене жил кабеля и выключении тока в питающей цепи, что дает возможность отличить потенциалы блуждающих токов от нестационарных потенциалов утечек. Способы и схемы измерений, позволяющие исключить или свести к минимуму искажающие влияния теллурических и блуждающих токов постоянного направления, приведены в § 84.
Теллурические и блуждающие индустриальные токи постоянного направления не искажают кривых кажущегося сопротивления. Весьма редким исключением из этого положения являются быстрые изменения теллурических и блуждающих токов, синхронные с частотой вращения пульсатора, которые, будучи преобразованными коллектором пульсатора в токи постоянного направления, могут искажать диаграммы рк- Однако даже и в этом случае искажения кривых кажущегося сопротивления будут весьма незначительными, так как вероятность длительной синхронизации частот блуждающих токов и пульсатора ничтожно мала.
Переменные индустриальные токи
Погрешности в измерениях кажущегося сопротивления, сопротивления заземления й потенциалов собственной и вызванной поляризации пород часто вызываются переменными токами промышленной частоты. Эти токи, циркулируя в почве, бронированной оплетке кабеля и его жилах (при нали
чии утечек), создают в измерительной цепи разности потенциалов ДП_. Разности потенциалов AU.J (в первом приближении синусоидальные) преобразуются измерительным коллектором пульсатора в переменные разности потенциалов сложных временных зависимостей, компонентами которых являются гармоники различных, в частности весьма низких, частот и при определенных условиях в постоянную слагающую [216]. Постоянная слагающая разности потенциалов плавно отклоняет подвижные системы регистрирующих приборов и тем самым вносит погрешности в измерения рк, рэ, Uсп и £/'вп. Наличие гармоник низких частот приводит к раскачиванию подвижных систем регистрирующих приборов, что искажает запись кривых и исключает возможность точного отсчета измеряемых параметров.
Так как значения постоянной и переменных . составляющих напряжения переменного тока в цепи измерительного прибора различны и зависят от того, отделен или нет прибор коллектором пульсатора от участка цепи, где возникает переменная э. д. с. [216], в дальнейшем условимся называть внешними, э. д. с. переменного тока,
Рис. 366. Схема расположения паводок в измерительной цепи.Рис. 366. Схема расположения паводок в измерительной цепи.1, 2 и з — участки цепи с внешней, внутренней и смешанной э. д. с.; ИП — измерительный прибор; КП — измерительный коллектор пульсатора.1, 2 и з — участки цепи с внешней, внутренней и смешанной э. д. с.; ИП — измерительный прибор; КП — измерительный коллектор пульсатора.возникающие на участке цепи, отделенной коллектором пульсатора от измерительного прибора, внутренними — э. д. с. в цепи этого прибора и смешанными — э. д. с., наведенные между щетками «+» или «—» и М или N коллектора пульсатора (рис. 366).
Рис. 366. Схема расположения паводок в измерительной цепи.
Рис. 366. Схема расположения паводок в измерительной цепи.
1, 2 и з — участки цепи с внешней, внутренней и смешанной э. д. с.; ИП — измерительный прибор; КП — измерительный коллектор пульсатора.
1, 2 и з — участки цепи с внешней, внутренней и смешанной э. д. с.; ИП — измерительный прибор; КП — измерительный коллектор пульсатора.
Разности потенциалов, созданные внешнимиэ. д. с. переменного тока
В этом случае при наводке переменного тока на участке измерительной цепи электроды М и N — коллектор пульсатора прибор, регистрирующий величину кажущегося сопротивления, отметит:
постоянную разность потенциалов
z№_ = ^cos^cos^-^),(528)
наблюдающуюся при р=-^- = 2- (Тп и тп—период и частота вращения пульсатора; Т н. v — период и частота переменного тока наводки) равном целому нечетному числу и 1 — Яр [ Я = 2 ~; тр — время разрыва измеритель-
ной цепи коллектором пульсатораj не равном целому четному. числух;
гармоники переменного тока (при р не равном целому числу2) с амплитудами
к =-т= х
Хсо8тгЯ^+-^^+(-1)ф-^(529)
где z—целая часть отношения р; Ze — порядковый номер гармоники8.
Если р = ^— не равно целому числу, среднее значение э. д. с., определяемое формулой (528), при каждом обороте коллектора пульсатора будет изменяться. Это приведет к возникновению в цепи MN переменного тока частотой
v = ^ уп = (р — z) ?п(530)
и амплитудой
= -^-sin-^cos-^^ ,(531)
максимальные значения которой
Л™ = -^2:sin^-,(532)
где Дер — величина изменения угла сдвига фаз за время одного оборота коллектора пульсатора [z1p = 27t(p — z)l.
Ток низкой частоты va, раскачивая подвижную систему измерительного прибора, будет вносить искажения, величины которых могут быть особенно
Формула (528) может быть выведена следующим путем. За один оборот коллектора пульсатора (рис. 367)"
/ 2лт \I fjp—j— (р 1 ^ т =/ 2лт \I fjp—j— (р 1 ^ т =0,5(1—Л)ТП(1-0,5 Я)ТП
/ 2лт \
I fjp—j— (р 1 ^ т =
/ 2лт \
I fjp—j— (р 1 ^ т =
Jy=-2-^Jy=-2-^Г . /2лт , \ , Г .
Jy=-2-^
Jy=-2-^
/ sin Iф ат —/ sin
00,5 Тп
= -^- (cos <р — cos [л (1 — Я) р 4- у] 4- cos Iя (2 — Я) р -|- 94 — cos лр) =
. Гл (1 — Я) р , "1 . л (1 — Я) р
■= "2ГГЧv ™2-
. Гл (3 — Я) р ,. л (1 — Я) р)
— sin —-—^—— -|- ф sin ——2—~ г =
^^~„ (Л 1 \ Р
S1H г» Sin ( 1 л) cosр 2. 2
Если р равно целому нечетному числу, последнее выражение обращается в формулу (528). Для доказательства равенства нулю Д^при р дробном необходимо определить среднее значение Ди= в течение достаточно большого числа периодов пульсатора [216].
Более частный случай, когда р равно целому числу, в настоящей работе не рассматривается. Интересующегося-читателя отсылаем в монографии [216]
Гармоники переменного тока могут существовать только для порядковых номеров к, удовлетворяющих условию (216]:
к = ± (2 q 4- 1 — р) /г, где q—число натурального ряда, а число п определяется из отношения-— = " > в котором числа m и п не должны иметь общих множителей.
значительными при резонансе этой частоты с частотой собственных колебаний подвижной системы измерительного прибора.
Разности потенциалов, созданные внутренними э. д. с. переменного тока
Внутренние переменные э. д. с. создают на клеммах измерительного прибора :
постоянную слагающую
ДИ— —sin sin — ^\(533) р2\2 / ''
наблюдающуюся только при р =
v
= —, равном целому четному числу и (1 — Я)р, не равном целому четному числу 2;
ряд гармоник с амплитудами (при р, не равном целому числу)3
1 + (—l)z+ft(27c—1) Х
Рис. 367. Схема преобразования переменных токов пульсатором.
а — кривая изменения во времени переменной разности потенциалов (силы тока) наводки; б — то же, в приборе, установленном во внутренней цепи; в — взаимно нескомпенсированные значения переменных э. д. с. и силы тока, создающие низкочастотную наводку во внутренние цепи; г — кривая переменной разности потенциалов (силы тока) в приборе, установленном во внешней Цепи; 0 — взаимно иескомпеиси- рованные промежутки течения тока и приложенных разностей потенциалов, создающие низкочастотную наводку во внешней цепи.
Например, на клеммах прибора ПС11, регистрирующего потенциалы собственной поляризации, при наличии э. д. с. переменного тока на участке электроды зонда —пульсатор или на клеммах прибора Лкс , измеряющего кажущееся сопротивленце, при проявлении э. д. с. переменного тока на участке пульсатор — прибор П№.■
Формула (533) приближенно выводится так же, как и формула (528), при этом (см. рис. 367)
0,5 (1—Я)ТП(1—Я) Тп
= -^ j COS ф — cos [л (1 — Я) р + у] + cos (лр -}- у) —■
г। Л ^~ ( . Гл(1 —Я)р . 1 . л(1 — Я) р ,
— cos [л (2 — Я) Р + у] j = -^- | sin -i—+ ф I sin +
. . Гл(3— Я) р , I . л (1 — Я) р )+ sin_|_ ф sin=
^U ~ Лр я — v) р Гл (2 — Я) р , 1
= —— COS -у sinsin I ~+ Ч ■
Следовательно, если р равно целому четному числу,2ИТ~ . л Яр . / прХ\= —— sin -4- sin ф;— р 2\2 /
если р равно дробному числу, согласно примечанию к стр. 668.
ди_ = 0.
8 Более частый случай, когда р равно целому числу, приведен в работе [216]. Существование любой из гармоник возможно только при том условии, если ее порядковый номер 1
к = ± (2g — р} п. '
При р, не равном целому числу, вместо постоянной составляющей будет наблюдаться переменная низкочастотная составляющая с частотой, определяющейся выражением (530), и амплитудой
А~ = —у^_ cos ^ sin л (L" ^. ,(535)
максимальные значения которой.
cos^.(536)
р2v
Наличие этой составляющей приводит к раскачке подвижных систем измерительных приборов и тем самым искажает запись регистрируемых параметров.
Разности потенциалов, созданные смешанной э. д. с.'
При наличии смешанной э. д. с. переменного тока и р, равном целому числу, в цепи измерительных приборов возникает постоянная составляющая напряжения
0,6(1—Л)ТП
■=/ Sin -у- +<р1с?Т =
..°0''
ДП ,X
'{cosy — соз[эт (1 — Я)р-|-99]) =
АУ ~ . л (1 — 1) р - Г^(1-Я)/>1
."V" sln —-2— sln [2+ •(537)
При р, не равном целому числу, в цепи измерительных приборов будет наблюдаться переменная низкочастотная составляющая с амплитудой
А-м(538)
Анализируя и сопоставляя между собой формулы (528)—(538), приходим к следующим заключениям.
Величины постоянной и амплитуды переменных составляющих напряжения, преобразованного пульсатором, пропорциональны средней величине напряжения ДП~ переменного тока наводки.
Величины постоянной и амплитуды переменных составляющих находятся в обратной зависимости от отношения частоты v переменного тока к частоте vn пульсатора.
При изменении отношения р постоянная составляющая и амплитуды' переменных составляющих э. д^ с. периодически изменяются, при этом разности потенциалов, созданные: '
внутренними э. д. с. переменного тока, возрастают при четных значениях параметра р (рис. 368, а);
внешними э. д. с. переменного тока, возрастают при нечетных значениях этого параметра (рис. 368, б);
смешанными э. д. с., возрастают при четных и нечетных значениях, параметра р (рис. 368, в).’
Частота следования максимальных и минимальных значений амплитуд; низкочастотной составляющей переменного тока возрастает с увеличением
отношения р.
Последнее дает возможность при значительных наводках э. д. с. переменного тока индустриальной частоты рекомендовать проводить измерения с повышенными частотами вращения пульсатора при значениях параметра р, заключающегося в пределах полос, заштрихованных на рис. 368. Однако резкое повышение частоты пульсатора обычно лимитируется возрастанием э. д. с. индукции, нередко искажающей измеряемые Разности потенциалов в' большей степени, чём это наблюдается при наличии' сторонних потенциалов переменного тока.
Величины постоянной составляющей амплитуды и низкочастотной составляющей зависят от угла ср сдвига фаз и достигают максимума: ''
для внешних э. д. с. при • ‘
„л (1 — Я) д
Т —2’
для внутренней э. д. с, при .
Рис, 368. Примеры искажения записи наличием внутренней (а), внешней (б) и смешанной (в) э. д. с. наводок переменного тока промышленной частоты.Рис, 368. Примеры искажения записи наличием внутренней (а), внешней (б) и смешанной (в) э. д. с. наводок переменного тока промышленной частоты.<р=-|-[1-(2^Я) р],для смешанной э. д. с. приТС г Л1<р=-|-[1-(2^Я) р],для смешанной э. д. с. приТС г Л1Заштрихованные участки с указанием частот уп пульсатора» отмечают частоты, в пределах которых искажения минимальны...
Рис, 368. Примеры искажения записи наличием внутренней (а), внешней (б) и смешанной (в) э. д. с. наводок переменного тока промышленной частоты.
Рис, 368. Примеры искажения записи наличием внутренней (а), внешней (б) и смешанной (в) э. д. с. наводок переменного тока промышленной частоты.
<р=-|-[1-(2^Я) р],для смешанной э. д. с. приТС г Л1
<р=-|-[1-(2^Я) р],для смешанной э. д. с. приТС г Л1
У = -^1 — щ -Л)Р\.’"
Величина постоянной составляющей амплитуд переменных составляющих периодически зависит от величины разрыва X. На рис. 3691 приведена номограмма, определяющая значения X и р, при которых амплитуды низкочастотной составляющей равны нулю и достигают максимума.
Искажение диаграмм рк, RA, UGn и Z7Bn и о т е н ц и а - л а м и переменного тока. Искажения, созданные переменными) токами, могут быть установлены по следующим признакам.
Высокочастотная вибрация подвижных, систем измерительных приборов (за исключением прибора 77сп в схеме параллельного включения)»
Вибрации обычно наблюдаются при достаточно больших разностях потенциалов 4U~, созданных токами промышленной частоты.
Появление постоянной разности потенциалов и вибраций подвижных систем измерительных приборов при включенном пульсаторе, выключен
ном токе питания и предварительно скомпенсированных разностях потенциалов собственной и электродной поляризации. В этом случае при плавном изменении частоты vn пульсатора будет наблюдаться периодическое увеличение и уменьшение амплитуд колебаний (см. рис. 369), причем с возрастанием амплитуд колебаний подвижной системы прибора Пкс амплитуды
Рис. 369. Кривые зависимостиРис. 369. Кривые зависимости1 — при наибольших возможных значениях амплитуды низкочастотной составляющей переменного тока: sin yj (1 — Я)-£ = ±1; 2 — при значениях амплитуды, равных нулю;sin я (1 — А) ^ = о.1 — при наибольших возможных значениях амплитуды низкочастотной составляющей переменного тока: sin yj (1 — Я)-£ = ±1; 2 — при значениях амплитуды, равных нулю;sin я (1 — А) ^ = о.колебаний подвижной системы прибора Псп будут уменьшаться и наоборот.
Рис. 369. Кривые зависимости
Рис. 369. Кривые зависимости
1 — при наибольших возможных значениях амплитуды низкочастотной составляющей переменного тока: sin yj (1 — Я)-£ = ±1; 2 — при значениях амплитуды, равных нулю;
sin я (1 — А) ^ = о.
1 — при наибольших возможных значениях амплитуды низкочастотной составляющей переменного тока: sin yj (1 — Я)-£ = ±1; 2 — при значениях амплитуды, равных нулю;
sin я (1 — А) ^ = о.
Уменьшение амплитуд колебаний подвижных систем при переходе4 от измерений с двухполюсным зондом к измерениям с однополюсным зондом, при котором разности потенциалов блуждающих индустриальных переменных токов минимальны.
Для снижения и возможного исключения искажающего влияния блуждающих переменных токов рекомендуются следующие мероприятия.'
"1. Возможное взаимное удаление и на
дежное экранирование питающей и измерительной цепей, обеспечивающие снижение наводок и утечек переменного тока в измерительной цепи.
Тщательное заземление экранных цепей лаборатории.
Использование однополюсных зондов, в которых разности потенциалов блуждающих переменных токов между электродами М и N значительно меньше, чем в двухполюс
ных. .
Соединение изолирующих пластин коллектора пульсатора ^щеток «Ц-» и «—» измерительного прибора) при их положении на изолирующих панелях через сопротивление порядка 500 ом. Включение сопротивления дает возможность резко снизить погрешности, созданные внутренними э. д. с. Последнее объясняется снижением до минимума времени разрыва цепи, в которой возникают внутренние э. д. с. Вследствие этого исключаются нарушения в периодичности изменения внутренних э. д. с., приводящие к возникновению постоянной и низкочастотных слагающих наводки.
Выбор частоты пульсатора, при которой наводки переменного тока, отмечаемые приборами, регистрирующими кажущееся сопротивление и потенциалы собственной поляризации, минимальны (см. рис. 368). При этом рекомендуется работать с наибольшей из возможных частот, при которой не наблюдается индуктивных помех. Эту частоту в зависимости от характера помех в процессе работы иногда приходится изменять.
Шунтировать щетки «+» и «—» измерительного коллектора емкостью, резко уменьшающей помехи переменного тока, вызванные внутренней э. д. с.
§ 120. ПРОЧИЕ ПРИЧИНЫ, ИСКАЖАЮЩИЕ ЗАМЕРЫ
. ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ, И ИХ ИСКЛЮЧЕНИЕ ;
Кроме погрешностей, созданных утечками тока, индуктивными и емкостными наводками и сторонними постоянными и переменными токами, электрические измерения в скважинах могут быть искажены: а) ошибками, допущенными при расчете силы тока и коэффициента зонда; б) дефектами фильтрации и преобразования измеряемых разностей потенциалов; в) неустойчивой работой измерительных приборов; г) неточной регистрацией измеряемых параметров; д) непостоянством напряжения в сети питания; е) ненадежностью контактов в схемах электрических соединений,- ■
Неправильный расчет силы тока и коэффициента зонда
Неправильный расчет силы I тока и коэффициента К зонда приводит к пропорциональному повышению или понижению значений кажущегося сопротивления, сопротивления заземления и потенциалов вызванной поляг ризации по всему разрезу скважин. Наибольшие погрешности в измерениях рк, созданные ошибками в определении коэффициента зонда, чаще всего наблюдаются у зондов малого размера (до 0,5 мУ Коэффициенты К этих зондов вследствие влияния формы электродов и диаметра кабеля не поддаются точному расчету и должны быть определены опытным путем.
Неустойчивая работа измерительной аппаратуры
Погрешности в измерениях разностей, потенциалов, вызванные неустойчивой работой регистрирующих приборов, обычно наблюдаются при резонансной раскачке измерительных приборов, часто возникающей при исследовании тонкослоистых разрезов скважин, представленных чередующимися
•Рис. 370. Примеры искажения диаграмм кажущегося сопротивления, сопротивления заземления и потенциалов собственной поляризации.
а]— диаграмма кажущегося сопротивления, искаженная индукцией; б — диаграммы потенциалов собственной поляризации, искаженные дефектами фильтрации; в — диаграммы сопротивления экранированного заземления, искаженные нарушением контакта в щетках коллектора лебедки; а — диаграммы потенциалов собственной поляризации, искаженные намагниченностью лебедки; I — нулевое положение блика гальванометра; II — нулевое положение кривой КС.
пластами различных' электрических свойств, в тех случаях, когда частота изменения регистрируемых параметров совпадает с собственной частотой колебаний подвижной системы измерительного прибора (рис. 370). Для исключения возможности резонансных искажений нужно с осторожностью переходить па бблыпие скорости регистрации кривых при изучении, тонкослоистых разрезов скважин, особенно при регистрации кривых в крупных масштабах с вондами малого размера (микрозондами, зондами сопротивления экранированного заземления)«
43 Заказ 714.
Погрешности в измерениях рк, ВА1 Усп и UBn, вызванные неточностью регистрации разностей потенциалов, обычно наблюдаются при полуавтоматической записи кривых вследствие невыполнения правил регистрации, приведенных в § 107. Невыполнение этих правил приводит к излишней иззубренпости кривых, а при записи кривых со скоростями у, превосходящими значение умакс, определяемое формулой (467) — к чрезмерному сглаживанию кривых, затрудняющему, а иногда и вовсе исключающему возможность детального изучения разреза исследуемой скважины.
Дефекты фильтрации и преобразования измеряемых разностей потенциалов
Ошибки в измерениях, вызванные дефектами фильтрации, наблюдаются при измерениях кажущегося сопротивления по схеме параллельного включения каналов КС и СП.
В этом случае при значительных изменениях разностей потенциалов собственной поляризации пород и большой скорости регистрации через разделительный конденсатор будет проходить переменная слагающая тока поляризации, наличие которой может привести к вибрации подвижной системы гальванометра капала КС. Влияние э. д. с. собственной поляризации наиболее велико в том случае, когда измерения кажущегося сопротивления производятся при низком пределе измерений (высокой чувствительности), например большими зондами в песчано-глинистых породах высокой электропроводности при наличии значительных э. д. с. собственной поляризации. Уменьшение скорости регистрации дает возможность полностью исключить помехи этого рода.
При измерениях кажущегося сопротивления искажения в записи кривых за счет дефектов в преобразовании измеряемой разности потенциалов возникают в связи с периодическим ее включением.
Изменение регистрируемой разности потенциалов во времени представляет в первом приближении ряд прямоугольных импульсов продолжит■
тельности (1 — Я) -—, чередующихся с промежутками выключения изме- рительнои цепи, равными тр = -~- . Такая последовательность импульсов может быть разложена в следующий гармонический ряд:
ДСП — AU ^1 — Я— ^- (sin Ял cos 2- 2лтит-|-
.1 .VI
+ у sin 2Ял cos 4 • 2^nr -|—у sin 3 Ял cos 6 • 2лупт... I =
Г / 2 •1 •
= AU 1 —Я— I — sin Ял cos 2 соцт -|—у sin 2 Ял cos 4а>ит4-
1VI
"+■ ~ sin ЗЯл cos 6е>цТ... ,
где Д1Г — значение разности потенциалов в данный момент времени т; Ди — разность потенциалов, устанавливающаяся в цепи MN при длительном ее включении; гд и соп — частота и круговая частота преобразования тока пульсатором.
Следовательно, на клеммы прибора, измеряющего кажущееся сопротивление, кроме постоянной разности потенциалов, равной (1 — T^AU, будут
подаваться гармоники с четными частотами vu = 2kvu. Из этих составляющих первая (двойной частоты) с амплитудой ла = при низ
кой частоте уп вращения пульсатора и достаточно малом периоде собственных колебаний измерительного прибора может вызвать вибрацию ого подвижной системы и тем самым исказить запись. Амплитуда этой составляющей возрастает с увеличением времени тр разрыва измерительной цени (с увеличением величины Я), что ограничивает возможность значительного увеличения времени т, особенно при применении токового метода измерений (фоторогистрации).
На клеммы прибора, измеряющего потенциалы собственной поляризации, подается знакопеременная разность потенциалов. Эта разность потенциалов может быть разложена в следующий гармонический ряд:
Лиси — — Ди cos sin 2^гпт + -у cos sin 6wur -|-
1 5Ял • . п,\4/ Ял •1 .
- -^- cos sin 10wnr + .-. = — AU cos sin юпт +
21 у л1
. 1 ЗЯл •, 1 5Ял • г \
-)—у COS —^— Sill ОСОп^Н—g~ BOS —^— ВШОСОцТ...).
Наличие первой гармоники со значительной амплитудой Ах = ^^^cos ~у и частотой, равной частоте пульсатора, при низкой частоте вращения последнего, малом значении Я, большой разности потенциалов, созданной током питания, и высокой чувствительности прибора, регистрирующего потенциалы собственной поляризации, может привести к раскачке его подвижной системы. Возникающий при этом размыв записи будет наиболее значительным на участках разреза скважины, сложенных породами высокого сопротивления, и особенно при записи кривой Uca по схеме параллельного включения (см. рис. 370).
Для уменьшения искажений записи кривой UGU, созданных переменной разностью потенциалов поля электродов А и В, в станциях типа АКС осуществляется следующее:
используют гальванометры с пониженной чувствительностью для переменного тока (например, для частот 5, 10 и 25 гц чувствительность гальванометров для .переменного тока ниже чувствительности для постоянного тока соответственно в 5, 17 и 100 раз);
устанавливают дроссели индуктивностью до 500 гн; дроссель в 20 гн уменьшает силу переменного тока в 5 раз; дроссель в 100 гн — до 20 раз и дроссель в 550 гн (включается при высоких сопротивлениях измерительной цепи) — до 22 раз;
вход гальванометров шунтируют конденсаторами емкостью до 500 мкф, наличие которых ослабляет амплитуду тока до 25 раз; следует отметить, что шунтирование входа гальванометра конденсаторами увеличивает постоянную времени гальванометра й тем самым ограничивает скорость регистрации кривых.
В случае вибраций подвижной системы прибора, измеряющего потенциалы собственной поляризации при включенных максимальных емкостях и индуктивности, для регистрации кривых UGn применяют зонды и токи, при которых разности потенциалов, созданные полем электродов А и В, минимальны.
43*
При регистрации кривых рц иС^сп с автоматическими и полуавтоматическими потенциометрами искажения, созданные дефектами преобразования измеряемых разностей потенциалов, значительно понижаются, так как. часть искажающей разности потенциалов компенсируется вторым прибором. В этих условиях указанные выше искажения обычно наблюдаются только при записи кривых с резко отличными пределами измерений, при неисправности одного из потенциометров или в случае записи кривых £К и UGn с полуавтоматической аппаратурой, когда один из операторов не компенсирует с достаточной полнотой измеряемую разность потенциалов. Переменные токи, возникающие от недокомпонсированной разности потенциалов одного из приборов, раскачивают подвижную систему второго прибора и тем самым искажают регистрируемую кривую^
Непостоянство напряжения питающей цепи
Непостоянство напряжения в сети питания наблюдается при нестабильной работе генераторной группы, колебаниях напряжения в промысловой сети и работе со старыми батареями (особенно с батареями, имеющими внутренние повреждения). Для исключения влияния непостоянства напряжения измерительные лаборатории снабжаются феррорезонапспыми стабилизаторами. Кроме того, операторы станций в процессе измерения внимательно следят за приборами, указывающими величину напряжения и силу тока питания, и в случае необходимости корректируют силу тока I, если ее значения изменяются более чем на 3%,
Дефекты в схемах соединений
Искажения в измерениях, обусловленные дефектами в схемах соединений, обычно наблюдаются при плохих контактах в местах соединений и особенно в щетках коллекторов пульсатора и лебедки.
Нарушение цепи питания часто вызывается обгоранием и загрязнением щеток питающего коллектора пульсатора и при стабильной работе электродвигателя пульсатора чаще всего отмечается резкими и нерегулярными отбросами стрелки миллиамперметра. Если колебания стрелки миллиамперметра прекращаются при остановке зонда, то это указывает на наличие плохих контактов у щеток на коллекторе лебедки.
Загрязнение щеток измерительного коллектора пульсатора приводит к резким колебаниям подвижных систем регистрирующих приборов. Эти колебания обычно зависят от числа оборотов пульсатора и не зависят от глубины, на которую опущен зонд. '
Для исключения погрешностей, созданных плохими контактами щеток пульсатора и коллектора лебедки, состояние этих щеток и их частота должны проверяться перед началом работ на скважине.
Влияние намагниченности лебедки
Если стальные части лебедки намагничены, в кабеле при его размотке и намотке индуктируются э. д. с., которые создают на диаграммах UGn периодические отклонения кривой с частотой, равной частоте вращения барабана лебедки. Для исключения влияния намагничения лебедки ее размагничивают при помощи переменного тока, пропускаемого по жилам кабеля, полностью намотанного на барабан лебедки, сила которого постепенно уменьшается от 1—3 а до нуля.
ГЛАВА XVI
ЗНАЧЕНИЕ И ПУТИ ДАЛЬНЕЙШЕГО РАЗВИТИЯЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МЕТОДОВ ИССЛЕДОВАНИЯРАЗРЕЗОВ СКВАЖИН
МЕСТО ЭЛЕКТРОМЕТРИИ В КОМПЛЕКСЕ ГЕОФИЗИЧЕСКИХ МЕТОДОВ ИССЛЕДОВАНИЯ РАЗРЕЗОВ СКВАЖИН
В настоящее время электрические методы являются основными способами боскерновой геологической документации разрезов скважин и по праву могут считаться ядром промысловой геофизики.
Ни один из геофизических способов исследования разрезов скважин не располагает в данный момент столь широкими возможностями, как электрометрия. Это является следствием:
весьма широкого диапазона изменения удельного электрического сопротивления различных пород, что позволяет во многих случаях уверенно расчленять разрезы скважин по этому параметру;
свойств многих пород создавать электрические поля собственной поляризации различных интенсивностей и знака; изучение этих полей дает возможность уверенно выделять поляризующиеся породы в разрезах скважин;
возможности искусственной, поляризации пород; потенциалы вызванной поляризации зависят от литологии пород и, главное, поддаются управлению, что расширяет использование этого параметра для изучения различных формаций.
Электрические методы исследования разрезов скважин дают возможность наиболее точно изучать литологическую характеристику горных пород, вскрытых скважинами, и определять наличие в разрезах скважин полезных ископаемых, особенно таких, как нефть, горючие газы, угли и сульфиды, которые имеют важнейшее значение для народного хозяйства. Эти методы во многих случаях позволяют также получать точные сведения о коэффициентах пористости, проницаемости и степени глинизации пород, коэффициентах нефтенасыщения, газонасыщения и углесодержания, необходимые для осуществления рациональной разработки месторождений полезных ископаемых. Микроэлектрические методы исследования разрезов скважин обеспечивают получение детальных сведений о микроструктуре отдельных горизонтов. Знание характерных черт детального строения продуктивных горизонтов необходимо при поисках, разведке и особенно при разработке нефтяных и газовых месторождений. Электрические методы исследования разрезов скважин дают возможность с наибольшей точностью определять угол и азимут падения пластов на различных глубинах без выноса пород на поверхность. Это дает возможность получать данные о строении разведуемых площадей при относительно небольшом количестве пробуренных скважин.
Существенным недостатком электрических методов исследования является невозможность их использования в скважинах, обсаженных металлическими трубами. Вследствие весьма низкого удельного электрического- сопротивления металла по сравнению с удельным электрическим сопротивлением горных пород, окружающих скважину, обсадная колонна почти полностью экранирует ток и не позволяет изучать породы, находящиеся за колонной. В этих условиях задача бескерновой геологической документации разреза скважин может быть решена только радиоактивными и термическими методами, показания которых в незначительной степени зависят от наличия обсадной колонны. Так как объем работ по исследованию обсаженных скважин сравнительно невелик, то этот недостаток не отодвигает электрические методы исследования разрезов скважин на второй план. Таким образом, за электрическими методами сохраняется роль главнейших способен бескерновой геологической документации горных пород в скважинах; другие геофизические методы являются вспомогательными, дополняющими и уточняющими данные электрометрии.
Однако из сказанного, конечно, не следует, что электрические методы исследования скважин могут самостоятельно, без других геофизических методов, решать все задачи, выдвигаемые геолого-разведочной службой перед промысловой геофизикой. Эти (электрические) методы лишь обладают наибольшими возможностями в решении различных задач. Горные породы,, слагающие разрезы скважин, и условия их залегания столь разнообразны, что часто встречаются случаи, когда даже наиболее полный комплекс электрических методов не в состоянии достаточно четко расчленить встреченные отложения и установить присутствие в них полезных ископаемых. В этих условиях наиболее полное решение задачи исследования разрезов скважин возможно только при применении комплекса методов промысловой геофизики, в который наряду с электрометрией должны входить радиоактивные, термические и другие неэлектрические методы исследования разрезов скважин. При этом выбор комплекса методов определяется литолого-петрографической характеристикой исследуемых разрезов скважин и физическими свойствами изучаемых полезных ископаемых.
• Не следует также делать вывод и о том, что электрические методы исследования разрезов скважин и в дальнейшем будут являться ведущими способами бескерновой геологической документации горных пород. В связи с огромными успехами ядерной физики с каждым годом все большее и большее производственное значение приобретают радиоактивные методы изучения разрезов скважин. Эти методы за последние пятнадцать лет превратились из способов исследования скважин с крайне ограниченными возможностями в комплекс наиболее эффективных (после электрометрии) методов бескернового изучения горных пород. Развитие радиоактивных методов' идет весьма успешно и многогранно, и эти методы располагают столь большими потенциальными возможностями, что, вероятно, радиометрия скважин в ближайшем будущем практически будет иметь одинаковое значение с электрометрией, а возможно и выйдет на первое место в комплексе геофизических методов изучения разрезов скважин.
Ведущее значение электрических методов исследования разрезов скважин в промышленности в настоящее время наглядно подтверждается объемом ежегодно выполняемых работ. Количество метров разрезов исследованных скважин электрическими методами в нефтяной промышленности превышает 70% от всего проведенного метража. В угольной и других областях горной промышленности этот процент еще больше, что является наглядным подтверждением значения электрометрии в комплексе геофизических методов исследования разрезов скважин,
§122. ПУТИ ДАЛЬНЕЙШЕГО СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ И РАЗВИТИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МЕТОДОВ ИССЛЕДОВАНИЯ РАЗРЕЗОВ СКВАЖИН
Учеными и работниками промышленности Советского Союза и зарубежных стран вложено много труда в развитие и совершенствование электрических методов исследования разрезов скважин. Разработанные основы теории методов, практики проведения исследований скважин в различных геоэлектрических условиях и способов интерпретации полученных материалов обеспечили высокую эффективность электрических методов в бескер- новой геологической документации разрезов скважин. Однако, несмотря на достигнутые успехи в этой области, еще имеется много проблем, подлежащих быстрейшему разрешению. К числу главнейших из этих проблем относятся следующие.
В области теории методов:
дальнейшая разработка теории и методики интерпретации результатов изучения разрезов скважин, сложенных пластами различного сопротивления малой мощности и особенно в условиях их частого чередования (включая дальнейшие работы в области микроэлектричсских методов исследования);
разработка теоретических основ и способов интерпретации данных электрометрии скважин с изменяющимися расстояниями между парными электродами зонда в условиях анизотропной среды для более глубокого изучения разрезов скважин, представленных часто чередующимися пластами весьма малой мощности;
продолжение работ по усовершенствованию индуктивного метода;
разработка теории и методика изучения разрезов скважин по диэлектрической проницаемости горных пород;
продолжение работ по уточнению количественной интерпретации диаграмм потенциалов собственной поляризации пород и, в частности, по определению положения нулевой линии;
продолжение работ по изучению потенциалов фильтрации с целью использования этого параметра для изучения проницаемости и дисперсности горных пород;
изучение природы потенциалов вызванной поляризации в различных горных породах;.
изучение временных и частотных характеристик потенциалов вызванной поляризации горных пород для детального изучения пород, в частности для выявления в разрезах скважин полезных ископаемых;
изучение детекторных свойств горных пород с целью использования их при исследовании разрезов скважин;
усовершенствование методики исследования разрезов скважин методом электродных потенциалов и потенциалов избирательных электродов.
Особое внимание должно быть уделено изучению электрических свойств горных пород и зависимостей их от минералогического состава и литологических особенностей и, в частности, от коллекторских свойств пород и содержания в них тех или иных полезных ископаемых.
В области техники исследования скважин:
разработка устройств для одновременного комплексного исследования разрезов скважин различными геофизическими методами;
создание наземной и скважинной аппаратуры, позволяющей работать с токами большей силы, а также измерительных приборов повышенной чувствительности;"
разработка и серийное изготовление измерительных установок с приборами, работающими по компенсационному методу измерений;
освоение выпуска многожильных (семь жил и более) нефтестойких, теплоустойчивых, малогабаритных бронированных кабелей;
д) заводское изготовление стандартных зондов с калиброванными (по электродным потенциалам) неполяризующимися электродами;
усовершенствование конструкций зондов для микроисслсдований разрезов скважин (микрозондов, зондов сопротивления экранированного заземления с управляемым током и др.),
разработка аппаратуры для индукционного и диэлектрического методов исследования разрезов скважин.
Решение всех перечисленных задач в комплексе с дальнейшей разработкой общей методики интерпретации результатов геоэлектричоского исследования разрезов скважин, а также создание новых методов обеспечат дальнейшее развитие и успешное применение электрометрии для бескернового изучения разрезов скважин как самостоятельно, так и особенно в комплексе с другими методами промысловой геофизики.
ОСНОВНАЯ ЛИТЕРАТУРА
Б а р с у к о в О. А., Блинова Н. М., Выборн ы х С. Ф., Г у- л и н 10. А., Д а х н о в В. Н., Ларионов В. В. и ХолинА. И. Радиоактивные методы исследования нефтяных и газовых скважин. Гостоптехиадат, 1958.
В ыб ор пых С. Ф. Промысловое геофизическое оборудование и аппаратура. Гостоптехиадат, 1958.
ДахповВ. Н. Электрическая разведка постоянным током. Метод сопротивлений. Ч. 1. Теория. ГОНТИ, 1933.
ДахповВ. Н. Гостоптехиадат, 1941.
в. н.
1948.
Д а х и о в
ДахповВ. Н.
Каротаж скважин. Интерпретация каротажных диаграмм.
Промысловая геофизика. Гостоптехиздат, 1947.
Интерпретация каротажных диаграмм. Гостоптехиадат,
7 Д а х н о в В. Н.
. ,Интерпретация результатов геофизических исследований
скважин. Гостоптехиадат, 1955.
8. Д а х ц о в В. Н. и Дьяконов Д. И. Термические исследования скважин. Гостоптехиадат, 1952.
Заборове кий А. И. Электроразведка. Гостоптехиадат, 1948.
И т е ц б е р г С. С. Нефтепромысловая геофизика для геологов. Гостоптех- издат, 1951.
ИтеибергС. С. Нефтепромысловая геофизика для геологов. Изд. 2-е. Гостоптехиадат, 1957.
К а р ц е в А. А., Т а б а с а р а н с к и й 3. А., G у б б о т а М. И. и Могилевский Г. М. Геохимические методы поисков и разведки нефтяных и газовых месторождений. Гостоптехиадат, 1954.
Комаров С. Г. Техника промысловой геофизики. Гостоптехиздат, 1947.
Комарове. Г. Техника промысловой геофизики. Изд. 2 е. Гостоптехиздат, 1957.
Комарове. Г., Померанц Л. И., Бурштейн И. М. и Я ры - ше в Б. П. Автоматическая аппаратура для геофизических исследований в скважинах. Гостоптехиздат, 1955.
Л и т в и и о в С. Я. и А п х а р о в Л. В. Промысловая геофизика. Гостоптехиздат, 1954.
Семенов-А. С. и Владимиров О. К. Каротаж рудных скважин методом скользящих контактов. Геолиздат, 1947.
18. Соколов В. А. Прямые геохимические методы поисков нефти. Гостоптехиздат, 1947.
10 р о в с к и й IO. М., Левшу нов П. А. и М и р к и и О. Б. Газовый нефтяных скважин. Гостоптехиздат, 1953.
19. каротаж
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ЛИТЕРАТУРА
К введению
Альпин Л. М. К теории электрического каротажа скважин. ОНТИ, 1938,
Б е л а ш П. М., Д а х и о в В. Н. и Нейман Е. А. Моделирование задач промысловой геофизики с помощью электроинтегратора. «Нефт. хоз.», № 7, 1953.
БулашевичЮ. П. Теория нейтронного каротажа в применении к разведке нефтяных и угольных месторождений. Изд. АН СССР, сер. географ, и геофиз., т. XII, № 2, 1948.
Голубятников Д. В. Детальная геологическая карта Апшеронского полуострова. Биби-Эйбат. Ч. II. Геотермические наблюдения на Биби-Эйбате и в Сура- хапах. Труды Геолог, ком-та, нов. сер., выл. 141, Петроград, 1916.
Г о р ш к о в Г. В. и Курбат ов Л. М. Опыт определения геологического строения пластов по интенсивности гамма-излучения в буровых скважинах. «Геофизика», т. VII, № 1, 1937.
Д а х н о в В. Н., Кобранова В. Н., Л а т ы ш о в а М. Г. и Р я полова В. А. Промысловая геофизика, сб. статей. Гостоптехиздат, 1952.
Д о л л ь Г. Г. Теория индукционного метода исследования разрезов скважин и его применение в скважинах, пробуренных с глинистым раствором на нефти. Перевод с англ. Сб. «Вопросы промысловой геофизики». Гостоптехиздат, 1957
Комаров С. Г. Каротаж по методу сопротивлений. Интерпретация. Гостоптехиздат, 1950.
Комарове. Г. Геофизические методы исследования скважин. Гостоптехиздат, 1952.
Н е с т е р о в Л. Я., Б и б и к о в Н. С. и Усманов А. Ш. Курс электроразведки. ГОНТИ, 1938.
Отчет о состоянии и деятельности Всесоюзной конторы (треста) геофизических разведок Главного управления нефтяной промышленности за 1934 г. ОИТИ, 1935.
С а м м е р с Г. и Б р о д и и г Р. Метод ультразвукового исследования скважин. Перевод с англ. Сб. «Вопросы промысловой геофизики». Гостоптехиздат, 1957.
Шпак В. А. Магнитный каротаж. «Проблемы Советской геологии», т. VII, № 8-9, 1938.
Фок В. А. Теория каротажа. Гостоптехиздат, 1933.
G и. у о d Н. Electrical well Logging. Halliburton Oil well Company, 1945.
Doll H. G. The Microlog — a New Electrical Logging Method for Detailed Determination of Permeable Beds. J. Petr. Techn., VI, vol. 2, No. 6, 1950.
Doll H. G. The Laterlog a New Resistivity Logging Method w'ith Electrodes Using an Automatic Focusing System. Petr. Develop, a Technol., vol. 192, 1951.
P о n t e с о r v о В. Neutron well Logging. Oil and Gas J. Sept., 11, 1941.
S c h 1 u m b e r g e r C. et M. Communication sur la carrottage electrique II Congres International de forage Paris Saint Etienna, 1929.
К главе I
Вешев А. В., Мейер В. A„ Ларионов Л. В. и Барха- т о в А. Р. Каротаж магнитной восприимчивости в условиях слабомагпит'пых пород. Сб. «Вопросы рудной геофизики». Госгеолиздат, 1957.
Вопросы промысловой геофизики. Труды МНИ им. Губкина, вып. 15. Гостоптехиздат, 1955.
Выборных С. Ф. Применение радиоактивных изотопов в добыче нефти и бурении скважин. Гостоптехиздат, 1957.
Грошев Л. В., Ш а п и р о И. С. Спектроскопия атомных ядер. Гостех- теоретиздат, 1952.
Д а х н о в В. Н., К о б р а н о в а В. Н., Л а т ы ш о в а М. Г., Р я п о- л о в а В. А. Промысловая геофизика. Сб. статей. Гостоптехиздат, 1952.
Дол ль Г. Г. Теория индукционного метода исследования разрезов скважин и его применение в скважинах, пробуренных с глинистым раствором на нефти. Перевод с англ. Сб. «Вопросы промысловой геофизики». Гостоптехиздат, 1957.
Комарове. Г. Геофизические методы исследования нефтяных скважин. Гостоптехиздат, 1952.
М а л ю г а Г. П. и С т р о ц к и й Г. Н. Инклинометр ИШ-2. Гостоптехиздат, 1953.
Николаевский Н. М. Вопросы экономики нефтяной промышленности СССР. ГОНТИ, 1938.
П е р ь к о в Н. А. Одпоэлектродный каротаж. Сб. «Разведочная и промысловая геофизика», вып. 3. Гостоптехиздат, 1951.
П о м е т у п Д. Е. Перфорация, торпедирование и отбор грунтов в скважинах. Гостоптехиздат, 1953.
С а м м е р с Г. и Б р о д и и г Р. Метод ультразвукового исследования скважин. Перевод с англ. Сб. «Вопросы промысловой геофизики». Гостоптехиздат, 1957.
Соколов Д. А. Электромонтер каротажной базы. Гостоптехиздат, 1953.
Т у р к о л ь т а у б Н. М.1 Хроматографические методы разделения смесей углеводородных газов. «Геохим. методы поисков нефти и газа», вып. 1. Гостоптехиздат, 1953.
Ф л о р о в с к а я В. Н. и М е л к о в В. Г. Введение в люминесцентную битуминологию. Госгеолиздат, 1946.
Ш е ф ф е р JB. Г. и Н и н о в а К. И. Каверномер на сопротивлениях. Гостоптехиздат, 1952.
G иу о d Н. Caliper Well Logging. Halliburton Oil well Company, 1945.
Doll H. G. The Laterlog a New Resistivity Logging Method with Electrodes Using an Automatic Focusing System. Petr. Develop, a Tecnol, vol. 192, 1951.
Doll H. G. The SP Dipmeter. Petrol. Engineer., No 10, 1943.
Schlumberger C. and M., D о 11 H. G. The Electromagnetics Teleclinometer and Dipmeter. World Petroleum Congress, London, July, 1933.
К главе II
Арутинов В. О. Расчет и конструкция электроизмерительных приборов. Энергоиздат, 1949.
Д а х и о в В. Н. Электрическая разведка постоянным током. Ч. 2. Аппаратура. ОНТИ, 1935.
Инструкция по эксплуатации автоматической электронной каротажной станции АЭКС, оборудованной комплектом прибора ПАСК-5. Трест Союзгеонефтеприбор. Изд. МНП, 1935.
Комарове. Г. Каротаж. Азнефтеиздат, 1934.
К о м а р о в С. Г. и П омер а нц Л. И. Автоматическая каротажная станция с фотозаписью. Гостоптехиздат, I960.
Лаборатория автоматической каротажной станции на одножильном кабеле. Краткое наставление к эксплуатации. Модель ОКС-52 з-да Нефтелрибор, 1954.
Лаборатория автоматической каротажной станции с фотозаписью. Модель АКС/Л-51. Краткое наставление к эксплуатации. Изд. треста Союзгеонефтеприбор, 1954.
Полуавтоматическая каротажно-перфораторная станция ПКС-2000. Изд. МНП, 1949.
С е л ь с к и й В. А. Краткий курс прикладной геофизики. ОНТИ, 1938.
Ш а с колье к ин В. В. Самопишущий потенциометр для каротажа типа ПС-2. «Разводка недр», № 7, 1940.
Щербакрва Г. В. К методике замера с автоматической каротажной станцией. Сб. «Разведочная и промысловая геофизика», вып. 3. Гостоптехиздат, 1951.
К главе III
Инструкция по эксплуатации автоматической электронной каротажной станции АЭКС, оборудованной комплектом прибора ПАСК-5. Трест Союзгеонефтеприбор. Изд. МНП, 1935.
Комарове. Г. и Померанц Л. И. Автоматическая каротажная станция с фотозаписью. Гостоптехиздат, 1950.
Лаборатория автоматической каротажной станции на одножильном кабеле. Краткое наставление к эксплуатации. Модель ОКС-52 з-да Нефтеприбор, 1954.
Лаборатория автоматической каротажной станции с фотозаписью. Модель АКС/Л-51. Краткое наставление к эксплуатации. Изд. треста Союзгеонефтеприбор, 1954.
Полуавтоматическая каротажно-перфораторная станция ПКС-2000. Изд. МНП 1949.
К главе IV
. Герасимов Н. Н. Способ сращивания кабеля КОБД-4. Сб. «Разведочная и промысловая геофизика», вып. 12. Гостоптехиздат, 1955.
Д а х п о в В. Н. О величине тягового усилия, затрачиваемого на преодоление ■сил трения кабеля о стенку скважин. Труды МНИ, вып, 15. Гостоптехиздат. 1955.
Каротажные кабели. Труды Всесоюзной конторы геофизических разведок Глав- пефти, под род. Д. И. Дьяконова. ОНТИ, 1940.
Коллектор для лебедки. Сб. «Разведочная и промысловая геофизика», вып. 11. Гостоптехиздат, 1954.
Комаров С. Г. Каротаж. Азнефтеиздат, 1934.
К о м а р о в С. Г. и Померанц Л. И. Автоматическая каротажная станция с фотозаписью. Гостоптехиздат, 1950.
Л ит в и п о в Л. П. Герметический коллектор. Сб. «Разведочная и промысловая геофизика», вып. 8. Гостоптехиздат, 1953.
Меткоуловитель. Сб. «Разведочная и промысловая геофизика», вып. 4. Гостои- техиздат, 1952.
Полуавтоматическая каротажно-перфораторная станция ПКС-2000. Изд. МНП,
П о м е т у и Д. Е. Бригадир по перфорированию и торпедированию нефтяных и газовых скважин. Гостоптехиздат, 1954.
Самоходный перфораторный подъемник типа СПП-3. Изд. треста Союзгеонефтеприбор, 1954.
Соколов Д. М. Электромонтер каротажной базы. Гостоптехиздат, 1953.
Т у ч и н А. В. и Г у с е в Г. М. Сращивание бронированного кабеля КОБД. Сб. «Разводочная и промысловая геофизика», вып. 3. Гостоптехиздат, 1951.
К главе V
Левшу нов П. А. Американская каротажная станция фирмы Шлумберже. «Американская техника и промышленность», № 4—5, 1948.
ЛевшуновП. А. Портативные каротажные станции. Американская техника и промышленность», № 12 1948.
Guyod Н. Portable Recording Equipment for Electric Logs. Petr. Eng., vol. 21, No. 3, 1949.
Composite Catalog of Oil Field and Pipe Line Equipment. 20-th Edition, 1954—55.
Nikex Hungarian Trading Company for Products of Heavy Industry (проспект промыслово-геофизической станции). Budapest, 1957.
Portable Electric Logger. A. Drilling Exploration Equipment Feature. Drilling, vol. 11, No. 5, 1950.
К главе VI
Д a x и о п В. Н. и К о б р а н о в а В. Н. Изучение коллекторских свойств и нсфтенасыщоппости продуктивных горизонтов нефтяных месторождений по данным промысловой геофизики. Сб. «Промысловая геофизика». Гостоптехиздат, 1952.
К о б р а и о в а В. Н. и Лопарская Н. Д. Определение физических свойств горных пород. Гостоптехиздат, 1957.
Комарове. Г. Определение пористости пород по удельному сопротивлению. Сб. «Прикладная геофизика», вып. 14. Гостоптехиздат, 1956.
М и р о ш п и ч е н к о Е. М. Изучение контактных сопротивлений в связи с применением метода СЭЗ и микро-СЭЗ при электрических исследованиях в скважинах. Труды МНИ, вып. 15. Гостоптехиздат, 1955.
Морозов Г. С-К вопросу о низком удельном электрическом сопротивлении нефтяных пластов. «Грозненский нефтяник», № 1—2, 1935.
Нестеров Л. Я., Б и б и к о в Н. С. и У с м а и о в А. Ш. Курс электроразведки. ГОНТИ, 1938.
Нестеров а М. А. и Нестеров Л. Я. Электропроводность горных пород ниже пуля. Материалы ВСЕГЕИ, сб. 11. Госгеолиздат, 1947.
Семенов А. С. Удельное сопротивление минералов, обладающих высокой электропроводностью. Материалы ВСЕГЕИ. «Геофизика», сб. 13. Госгеолиздат, 1948.
Семенов А. С. Влияние структуры на удельное сопротивление агрегатов. Материалы ВСЕГЕИ. «Геофизика», сб. 12. Госгеолиздат, 1948.,
Сребродольский Д. М. Выбор оптимальных расстояний между парными электродами каротажных зондов. Труды Акад. нефт. пром., вып. 1. Гостоптехиздат, 1954.
Тархов А. Г. О сопротивлении q и диэлектрической постоянной е горных пород в переменных электрических полях. Материалы ВСЕГЕИ. «Геофизика», сб. 12. Госгеолиздат, 1948.
Archie G. Е. Intraduction to Petrophysics of Reservoir Rocks. Bull. Amer. Assoc. Petrol. Geol., vol. 34, No. 5, 1950.
A p ч и Г. E. Классификация пористых карбонатных пород и их петрофизические свойства. Перевод с англ. Сб. «Вопросы промысловой геофизики». Гостоптехиздат,
Келлер Г. В. Влияние смачиваемости на удельное электрическое сопротивление песков. Перевод с англ. Сб. «Вопросы промысловой геофизики». Гостоптехиздат,
В и н з а у э р В. О., Шерин (мл.) X. М., М е с с о н П. X. и В и л ь- я м с М. Соотношение между геометрией порового пространства и электрическим сопротивлением песков, насыщенных минерализованной водой. Перевод с англ. Сб. «Вопросы промысловой геофизики». Гостоптехиздат, 1957.
W у 1 1 i е М. R. J. and W а 1 t е г D. R. Some Theoretical Consideration Related to the Quantitative Evaluation of the Physical Characteristics of Reservoir Rock from Electrical Log data. Petroleum Techn. Apr., vol. 2, 1950.
110. W у 1 1 i e M. R. and Spangler M. B. Application of Electrical Resisti
vity Measurment to Probleme of Fluid Flow in Porous Media. Bull. Amer. Assoc. Petr. Geol. vol. 36, No. 2, 1952.,
X и л л X. И. и Мильберн И. Д. Влияние глинистости и минерализации пластовых вод на диффузионно-адсорбционные потенциалы пород-коллекторов. Перевод с англ. Сб. «Вопросы промысловой геофизики». Гостоптехиздат, 1957.
К главе VII
А л ь п и н Л. М. К теории электрического каротажа буровых скважин. ОНТИ, 1938..
А л ь п и н Л. М. и К о м а р о в С. Г. Принцип взаимности. Сб. «Прикладная геофизика», вып. 4. Гостоптехиздат, 1948.
А л ь п и н Л. М. Сеточное моделирование каротажа сопротивлений. Сб. «Прикладная геофизика», вып. 10. Гостоптехиздат, 1953.
Альни п Л. М. и Комарове. Г. Палетки бокового каротажного зондирования. Гостоптехиздат, 1953.
Б о л а ш П. М., Д а х и о в В. Н. иНейманЕ. А. Электромоделирова- пие задач промысловой геофизики. «Нсфт. хоз.», № 7, 1953.
г аТ“ ° И ^’ ^' Теория бесселевых функций. Изд-во иностр, лит-ры, 1949.
I р е й Э. и Мэтьюз Г. Б. Функции Бесселя и их приложение к физике и механике. Изд-во иностр, лит-ры, 1953.
Д а х н о в В. Н. Каротаж скважин. Интерпретация каротажных диаграмм. Гостоптехиздат, 1941.
Д а х н о в В. Н. и Н е й м а и Е. А. Палетки ПКМ-МНИ. Гостоптехиздат, 1953.
Заборове к ий А. И. Специальные функции для геофизиков-разведчиков. ГОНТИ, 1939.
Каротаж пластов высокого сопротивления. НГРИ, серия руководств по электроразведке, вып. 2, ОНТИ, 1934.
Комарове. Г. Каротаж по методу сопротивлений. Интерпретация. Гостоптехиздат, 1950.
Комарове. Г. Кажущееся удельное сопротивление пластов конечной мощности и высокого удельного сопротивления. Сб. «Прикладная геофизика», вып. 1. I ’остоптохиздат, 1945.
М и р о ш и ич е пк о Е. М. Изучение контактных сопротивлений в связи с применением методов СЭЗ и микро-СЭЗ при электрических исследованиях в скважинах. Труды МНИ, вып. 15. Гостоптехиздат, 1955.
Н ейман Е. А. Конструкция моделей пластов заданного удельного электрического сопротивления для моделирования задач электрометрии скважин. Труды МНИ, вып. 15. Гостоптехиздат, 1955.
И е й м а н Е. А. Изучение зависимости между характером распределения удельного сопротивления в зоне проникновения с формой кривых бокового электрического зондирования. Труды МНИ, вып. 15. Гостоптехиздат, 1955.
Н е й м а н Е. А. и М и р о ш н и ч е и к о Е. М. Выяснение характера распределения удельного электрического сопротивления в зоне проникновения фильтрата бурового раствора в пласт. Труды МНИ, вып. 15. Гостоптехиздат, 1955.
Т е м к и и а Б. С. и Е з у и о в Ф. И. Материалы по теории каротажа сопротивлений, полученные в результате сеточного моделирования. Сб. «Прикладная геофизика», вып. И, 1954.
Т о м с о и Д. Д. Начало математической теории электричества и магнетизма. СПб, изд. Риккарс, 1901.
Ф ок В. А. Теория каротажа. Гостехтеоретиздат, 1933.
К главе VIII
Б у р с и а п В. Р. Теория электромагнитных полей, применяемых в электро- равводке. Гостехтеоретиздат, 1933.
133. Дол ль Г. Г. Боковой каротаж. IV Международный нефтяной конгресс, т. II. Гостоптехиздат, 1956.
Д а х и о в В. Н. и РяполоваВ. А. Метод сопротивления экранированного заземления (СЭЗ). Сб. «Промысловая геофизика». Гостоптехиздат, 1952.
Д а х и о в В. Н. и Н е й м а н Е. А. Основы теории электрометрии скважин методами сопротивления заземлений. Труды МНИ, вып. 15. Гостоптехиздат, 1955.
К р а е в А. П. Основы геоэлектрики. Гостехтеоретиздат, 1951.
Мирошниченко Е. М. Изучение контактных сопротивлений в связи с применением методов СЭЗ и микро-СЭЗ при электрических исследованиях скважин. Труды МНИ, вып. 15. Гостоптехиздат, 1955..
138. И е й м а н Е. А. Метод шарового зонда (метод разности сопротивлений за
земления). Труды МНИ, вып. 15. Гостоптехиздат, 1955.
Н е й м а и Е. А. Секционный зонд для метода сопротивления экранированного заземления. Труды МНИ, вып. 15. Гостоптехиздат, 1955.
У и н н Р. Г. Методы каротажа с использованным фокусирующим электродом. IV Международный нефтяной конгресс, т. II. Гостоптехиздат, 1956.
К главе IX
Дол ль Г. Г. Индукционный каротаж. IV Международный нефтяной конгресс, т. II. Гостоптехиздат, 1956.
Д о л л ь Г. Г. Теория индукционного метода исследования разрезов скважин и его применение в скважинах, пробуренных с глинистым раствором на нефти. Перевод с англ. Сб. «Вопросы промысловой геофизики». Гостоптехиздат, 1957.
Doll И. G. Induction Logging. Oil a Gas J., 26, IV, vol. 49, No. 51, 1951.
К главе X
Альпин Л. И. и Ш е й и м а и С. М. Некоторые расчеты по спонтанной поляризации. «Бюлл. пефт. геофиз»., вып. III. ОНТИ, 1936.
Бурсиа и В. Р. К вопросу о распределении потенциала вдоль оси скважины при наличии диффузионных (контактных) э. д. с. «Бюлл. нефт. геофиз.», вып. III, ОНТИ, 1936.
ВецдельштейпБ. 10. К вопросу о природе диффузионно-адсорбционных потенциалов в горных породах. «Нефтми газ», № 1, 1958.
В е п д е л ь шт е й и Б. 10. Расчет кривых спонтанной поляризации. Сб. научных работ студентов горно-металлургических институтов Москвы. Гостоптехиздат, 1943.'
Д а х и о в В. Н. О природе естественных электрических полей в ископаемых углях. «Разведка педр», № 5, 1940.■
Д а х н о в В. И. и К о б р а п о в а В. Н. Новые даппые о природе есте- • ственпых электрических полой в скважинах. Труды МНИ, вып. 5. Гостоптехиздат, 1947.
Д а х п о в В. Н. и К о б р а ц о в а В. Н. Р1зучение коллекторских свойств и нефтепасыщенности продуктивных горизонтов нефтяных месторождений по данным промысловой геофизики. Сб. «Промысловая геофизика». Гостоптехиздат, 1952.
Д а х и о в В. Н. и К о б р а и о в а В. II. О связи диффузионно-адсорбционной активности с литологией пород. Труды МНИ, вып. 15. Гостоптехиздат, 1955.
И з г а р ы ш о в Н. А. и Горбачев С. В. Курс теоретической электрохимии. Химиздат, 1951.
К а б л у к о в И. А., Г а п о п Е. Н. и Грипдель М. А. Физическая и коллоидная химия. Сельхозгиз, 1949.
К о б р а н о в а В. Н. и Л е п а р с к а я Н. Д. Определение физических -свойств горных пород. Гостоптехиздат, 1957.
К о б р а п о в а В. Н. Влияние химико-минерального состава пород на их диффузионно-адсорбционную активность. «Геология нефти», № 6, 1957.
Комаров С. Г., Сохранен Н. Н. и Чу кин В. Т. Проведение электрического каротажа при сильных блуждающих токах. Со. «Прикладная геофизика», ■вып. 10. Гостоптехиздат, 1953.
К р а е в А. П. Основы геоэлектрики, т. 1. Гостехтеоретиздат, 1951.
Н е ч а й А. М. Определение минерализации пластовых вод. Сб. «Прикладная геофизика», вып. 8. Гостоптехиздат, 1952.
Нечай А. М. Определение литологических свойств горных пород поТре- зультатам геофизических исследований в скважинах. Сб. «Прикладная геофизика», .вып. И. Гостоптехиздат, 1954.'
Песков Н. Н., Александрова, П р е й с Е. М. Курс коллоидной химии. Госхимиздат, 1948.
Поляризация движения электродов. Сб. «Каротаж, различные операции в скважинах», вып. 6. ОНТИ, 1934.
РебинерсонА. И. Проблемы коллоидной химии. ОНТИ, 1937.
С а м а р ц е в А. Г. и др. Об электродных потенциалах свинца в связи с применением свинцового электрода при каротаже скважин. Сб. «Каротаж, различные операции в скважинах», вып. 6. ОНТИ, 1936.'
С а м а р ц е в А. Г. и Остроумов В. В. Потенциалы течения. «Бюлл. нефт. геофиз»., вып. II. ОНТИ, 1936.’
Семенов А, С. Исследование природы проводимости руд и пород методом электродных потенциалов. Сб. «Геофизическая разведка рудных месторождений». Гос- геолиздат, 1953.
С е м е н о в А. С. Электроразведка методом естественного электрического поля. Изд. Лепипгр. ун-та, 1955.
Шапиро Д. А. Некоторые вопросы теории диффузионно-адсорбционных (мембранных) потенциалов в буровых скважинах. Сб. «Прикладная геофизика», вып. 19. Гостоптехиздат, 1958.
Шапиро Д. А. О зависимости э. д. с. диффузии в скважинах от адсорбционных свойств пород. ДАН СССР, т. 1, XXVII, № 4, 1951..
Д о л л ь Г. Г. Исследование скважин методом СП, теоретический анализ и принципы интерпретации. Перевод с англ. Сб. «Вопросы промысловой геофизики». Гостоптехиздат, 1957.
Д о л л ь Г. Г. Потенциалы СП в глинистых песках. Перевод с англ. •Сб. «Вопросы промысловой геофизики». Гостоптехиздат, 1957.
Дол ль Г. Г. Метод селектированных СП. Перевод с англ. Сб. «Вопросы промысловой геофизики». Гостоптехиздат, 1957.
Мак .К арделл В. М., ВинзауэрВ. О. и В и льямс М. Природа естественных потенциалов обломочных горных пород. Перевод с англ. Сб. «Вопросы ^промысловой геофизики». Гостоптехиздат, 1957.
В и л л и М. Р. и Саутвик П. Ф. Экспериментальные исследования естественных потенциалов и удельного электрического сопротивления глинистых песков. Перевод с англ. Сб. «Вопросы промысловой геофизики». Гостоптехиздат, 1957.
К главе XI
Бофор. Исследование РР в лаборатории. Сб. «Каротаж, различные операции в скважинах». Серия руководств по электроразведке, вып. 6. ОНТИ, 1934.
БурсианВ. Р. Теория электромагнитных полей, применяемых в электроразведке. Гостехтеоретиздат, 1933.
Д а х и о в В. Н., К о р ж е в А. А., Ч е р и я к Г. Я. Электролитический каротаж скважин. Труды Геол.-исслед. бюро Главного геолого-разведочного управления МУП СССР. Углетехиздат, 1948.
Д а х п о в В. Н. и РяполоваВ. А. Каротаж: топких пластов. Сб. •«Разведочная и промысловая геофизика», вып. 2. Гостоптехиздат, 1950.
Д а х п о в В. Н., Л а т ы ш е в а М. Г. и Р я п о л о в а В. А. Исследование скважин методом искусственно вызванных потенциалов (электролитический каротаж). Сб. «Промысловая геофизика». ВНИТОНЕФТЬ, 1952.
Добрынин В. М. Интерпретация результатов измерений потенциалов «вызванной поляризации в нефтяных скважинах. Диссертация. Фонды МИИ, 1956.
К р а е в А. П. Основы геоэлектрики, т. 1. Гостехтеоретиздат, 1951.
ЛатышоваМ. Г. О зависимости между вызванными потенциалами и проницаемостью песчаников. Труды МНИ, вып. 12. Гостоптехиздат, 1953.
Л а т ы ш о в а М. Г. и Ш е ф ф е р Н. Д. К вопросу о потенциалах вызванной поляризации тонкодисперсных песчано-глинистых пород. Труды МНИ, вып. 15. Гостоптехиздат, 1955.
ЛатышоваМ. Г. и Добрынин В. М. Моделирование метода потенциалов вызванной поляризации. Труды МНИ, вып. 15. Гостоптехиздат, 1955.
Ракитине кий И. И. Лабораторное изучение вызванной поляризации •осадочных пород. Изв. АН СССР, сер. геофиз., № 2, 1*957.
Семенов А. С. и др. К вопросу о применимости параметра ПП в геофизической разведке. Матер. ЦНИГРИ. Геофизика. Госгеолиздат, 1940.
Ш а б я с П. Вызванная поляризация. Сб. «Каротаж, различные операции в скважинах». Серия руководств по электроразведке, вып. 6. ОНТИ, 1934.
Ш л у м б о р ж е К. О вызванной поляризации в скважинах. Сб. «Каротаж, различные операции в скважинах». Серий руководств по электроразведке, вып. 6, ОНТИ, 1934.■
Buch helm W. Zur Theoiie der induziecten galvanischen Polarisation ele- ktrisch activer impragnotionserze. Freiberg, Bergakademie, 1957.
Schrage J. Experimente lie Untersuchungen zur induzierten galvanischen Polarisation m Sulfiderzen und graphitfuhvenden gesteinen Freiberg, Bergakodemie, 1957.
Паидажметр. Перевод с французского, под редакцией М. Антокольского и Е. Каленова. Изд. ВКГР, Главнефть НКТП, 1935.
Ш л у м б е р ж е К. и Д о л ь Н. Электромагнитный инклинометр и измеритель падения пластов. Азпофтеиздат, 1934.
192. П о м е р а и ц Л. И. и Т е м к и и а Б. С. Определение элементов залега
ния пластов по замерам пластовым наклономером. Сб. «Разведочная и промысловая геофизика», вып. 5. Гостоптехиздат, 1953.
ШамбриеЛ. и М а д Д е и Р. Л. Измерение падения пластов. IV Международный нефтяной конгресс, т. II. Гостоптехиздат, 1956.
Chambrier Р. The Microlog Continuous Dipmeter. Geophysici», No 4, 1953.
D о 11 H. G. S. P. Pendagemetre. Petroleum Engineer, voi. 14, No 10, 1943.
К главе XIII
ВашлыкинИ. И. Микрозонд. Сб. «Разведочная и промысловая геофизика», вып. 12. Гостоптехиздат, 1955.
Д а х н о в В. Н. О производстве и стандартизации зондов. Труды МНИ, вып. 15, 1955.
Литвинов Л. П. Головка и зонд к скважинному снаряду аппаратуры OKG. Сб. «Разведочная и промысловая геофизика», вып. 8. Гостоптехиздат, 1954.
П и г р о в В. М. Зонды для изучения тонкослоистого разреза. Сб. «Разведочная и промысловая геофизика», вып. 12. Гостоптехиздат, 1955.
Снер а нс к ий Л. С. и Бондаренко К. И. Мпогополюсиый переключатель бокового каротажного зонда. «Бюлл, изобрет.», № 3, 1951.
Штиль май Л. 3. Безындукционная коробка БКЗ. Сб. «Разведочная и промысловая геофизика», вып. 7. Гостоптехиздат, 1953;
К главе XIV
Альтшель С. А. Организация промысловых геофизических работ. Опыт центрального отделения треста Азнсфтогеофизика. Об. «Разведочная и промысловая геофизика», вып. 9. Гостоптехиздат. 1954.
Временные правила техники безопасности при проведении промысловых геофизических работ. Изд. Главн. горно-техн, инспекции МНИ Востока, 1948.
Инструкция к пользованию полуавтоматической каротажно-перфораторной станцией И КС-2000. Союзгсонсфтеприбор, 1950.
Инструкция по каротажным и прострелочным работам. Госгеолиздат, 1952.
Комаров С. Г. Каротаж. Азпефтеиздат, 1934.
К о м а р о в С. Г. и П омер а нц Л. И. Автоматическая каротажная станция с фотозаписью. Гостоптехиздат. 1952.
Краткое наставление по эксплуатации лаборатории автоматической каротажной станции на одножильном кабеле. Модель ОКС-52. Завод Нофтоприбор. 1954.
Соколов Д. А. Электромонтер каротажной базы. Гостоптехиздат, 1953.
, С о х р а п о в Н. Ы. Опыт работы лаборатории АКС/Л-50. Сб. «Разведочная и промысловая геофизика», вып. G. Гостоптехиздат. 1953.
Щ е р б а к о в а Т. В. К методике замера с автоматической каротажной станцией. Сб. «Разведочная и промысловая геофизика», вып. 3. Гостоптехиздат, 1951.
К главе XV
Каротажные кабели. Перевод с французского, под ред. Д. И. Дьяконова. Труды ГСГТ, вып. 16 (23) ГОЫТИ, 1939.
Каротаж, утечки. Серия руководств по электроразведке, вып. 1, ОНТИ, 1934..
Комаров С. Г. Индуктивные помехи при электрическом каротаже. Сб. «Разведочная и промысловая геофизика», вып. 4. Гостоптехиздат, 1952.
Комаров С. Г. Индуктивные помехи. Сб. «Разведочная и промысловая геофизика», вып. 8. Гостоптехиздат, 1952.
Л и т в и п о в С. Я, и А к с е л ь р о д С. М. Помехи в измерениях при каротаже нефтяных скважин. Азпефтеиздат, 1953.
Р и в к и п И. Я. О природе помех при электрическом каротаже скважин- Сб. «Прикладная геофизика», вып. 11. Гостоптехиздат, 1954.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Стр.
Предисловие 3
Введение, Краткий исторический очерк развития промысловой геофизики . .7
Часть первая
МЕТОДЫ ПРОМЫСЛОВОЙ ГЕОФИЗИКИ. АППАРАТУРА И ОБОРУДОВАНИЕ
Глава I. Методы промысловой геофизики 23
Метод кажущегося сопротивления 23
Методы регистрации тока, скользящих контактов, сопротивления заземления и сопротивления экранированного заземления . . .34
Индукционный метод 42
Метод потенциалов собственной поляризации пород 43
Метод потенциалов вызванной поляризации 44
Радиоактивные методы 47
Термические методы 56
Магнитные методы 59
Метод продолжительности проходки 61
Метод каверномера 64
'Сейсмические методы 65
Другие физические методы 67
Геохимические методы ,. .67
Методы изучения технического состояния скважин 70
§ 15. Прострелочио взрывные работы в скважинах 88
Краткие сведения об эффективности и промышленном значении геофизических методов исследования скважин 95
Глава II. Основная измерительная аппаратура 100
Общие сведения Методы измеренияГальванометры Потенциометры ЭП-1, ЭП-1м Полуавтоматический регистратор Регистрация в логарифмическом масштабе. Логарифмический потенциометр Самопишущий потенциометр ПС-2 Тиратроипый потенциометр Электронные потенциометры ПАСК-5 и ПАСК-6 Электронный потенциометр ПАСК-8 Шестиканальный электронный потенциометр ПАКШ-3 . . . .Фоторегистратор Самопишущий гальванометр завода ГеологоразведкаПульсатор Общие сведения Методы измеренияГальванометры Потенциометры ЭП-1, ЭП-1м Полуавтоматический регистратор Регистрация в логарифмическом масштабе. Логарифмический потенциометр Самопишущий потенциометр ПС-2 Тиратроипый потенциометр Электронные потенциометры ПАСК-5 и ПАСК-6 Электронный потенциометр ПАСК-8 Шестиканальный электронный потенциометр ПАКШ-3 . . . .Фоторегистратор Самопишущий гальванометр завода ГеологоразведкаПульсатор 100100100100103128103128132133136138147149150164165132133136138147149150164165
Общие сведения
Методы измерения
Гальванометры
Потенциометры ЭП-1, ЭП-1м
Полуавтоматический регистратор
Регистрация в логарифмическом масштабе. Логарифмический потенциометр
Самопишущий потенциометр ПС-2
Тиратроипый потенциометр
Электронные потенциометры ПАСК-5 и ПАСК-6
Электронный потенциометр ПАСК-8
Шестиканальный электронный потенциометр ПАКШ-3 . . . .
Фоторегистратор
Самопишущий гальванометр завода Геологоразведка
Пульсатор
Общие сведения
Методы измерения
Гальванометры
Потенциометры ЭП-1, ЭП-1м
Полуавтоматический регистратор
Регистрация в логарифмическом масштабе. Логарифмический потенциометр
Самопишущий потенциометр ПС-2
Тиратроипый потенциометр
Электронные потенциометры ПАСК-5 и ПАСК-6
Электронный потенциометр ПАСК-8
Шестиканальный электронный потенциометр ПАКШ-3 . . . .
Фоторегистратор
Самопишущий гальванометр завода Геологоразведка
Пульсатор
100
100
100
100
103
128
103
128
132
133
136
138
147
149
150
164
165
132
133
136
138
147
149
150
164
165
Глава III. Промыслово-геофизические измерительные лаборатории176
Полуавтоматическая измерительная лаборатория ПКС-2000 . .176
Измерительные лаборатории типа АКС/Л 179
Измерительные лаборатории с электронными потенциометрами .195
§< 34. Измерительные лаборатории ОКС 200
Комплексные измерительные лаборатории 214
44 заказ 714.
Стр.
Глава IV.Оборудование 219»
Источники тока 219*■
Кабели и соединительныепровода 224
Грузы 243-
Лебедки и самоходныеподъемники 247
Коллекторы 271
Приводы к лебедкам 278
Блок-балансы 280
Вспомогательное оборудование,материалы и транспортные
средства 288
Г л а в а V. Измерительная аппаратура и оборудование для геофизических исследований скважин зарубежных стран 290
Промыслово-геофизическая станция Венгерского завода гоофизи- ческих приборов 290
Аппаратура и оборудование фирмы Шлумберже 293
Автоматические станции фирмы Халлибартон . '. 300
Портативные установки 305-
Часть вторая
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ СКВАЖИН
Г л а в а VI. Удельное и кажущееся сопротивления горных пород. Зонды . . .311
Удельное электрическое сопротивление горных пород 311
Кажущееся сопротивление горных пород 331
Некоторые вопросы теории зондов, применяемых для измерения кажущегося сопротивления горных пород. Принцип взаимности 336
- § 51. Сопротивление электродов (заземлений) зонда 344
Глава VII. Теория метода кажущегося сопротивления 348-
Общие сведения _р распределении электрического поля в горных по
, родах . . '. . . . .348
Однородная и изотропная среды 350
Однородное анизотропное пространство . .351
Среды с плоско-параллельными поверхностями раздела. Решение задачи методом зеркальных изображений '.356-
Среды с плоско-параллельными поверхностями раздела. Решение задачи методом интегрирования дифференциального уравнения Лапласа 380
Среда с бесконечными цилиндрическими коаксиальными поверхностями раздела 388
Среда с плоско-параллельными и коаксимально-цилиндричоскими поверхностями раздела 410
Моделирование задач электрометриискважин 418
Г л а в а VIII. Основы теории методов сопротивления заземления, регистрации тока и скользящих контактов'. . . ’ 430'
Общие сведения. Эффективное сопротивление 430-,
Сопротивление сферического заземления 431
Сопротивление цилиндрического заземления 436
Сопротивление плоского круглого заземления 440
Сопротивление экранированного цилиндрического заземления в однородной среде 442:
Сопротивление экранированного цилиндрического заземления в пласте бесконечно большой мощности . .445
Сопротивление экранированного цилиндрического заземления в пластах конечной мощности 446
Сопротивление плоского экранированного заземления 453
Зависимость сопротивления заземления RА от соотношения токов, подаваемых в измерительный и экранные электроды 455-
•§ 69. Сопротивление экранированного заземления при автоматической
регулировке экранного тока . . 456*
'§ 70. Метод разности сопротивлений заземлений 458
Методы регистрации тока и скользящих контактов 461
Стр.
Глава IX. Индукционный метод исследования скважин 463
Глава X. Метод потенциалов собственной поляризации пород 475Глава X. Метод потенциалов собственной поляризации пород 475§ 72. Основы теории индукционного метода исследования скважин . .463
Глава X. Метод потенциалов собственной поляризации пород 475
Глава X. Метод потенциалов собственной поляризации пород 475
Естественная электрохимическая активность горных пород . .475
Диффузионно-адсорбционные потенциалы и диффузионно-адсорбционная активность горных пород 475
5. Окислительно-восстановительные потенциалы 494
Потенциалы течения 496
Изменение потенциалов собственной поляризации пород по оси скважины в случае однородной среды 503
Изменение потенциалов собственной поляризации пород но оси скважины в случае неоднородной среды 512
Потенциалы собственной поляризации при наклонных поверхностях раздела 516
Связь между измеряемыми потенциалами собственной поляризации электрохимической активностью горных пород ......519
Электродные потенциалы 523
Потенциалы движения и оседания 525
Потенциалы гальванокоррозии 526-
Потенциалы теллурических и блуждающих токов 527
Метод селектированных потенциалов собственной поляризации 529
Метод электродных потенциалов 533
Глава XI. Метод потенциалов вызванной поляризации 536
§• 87. Природа потенциалов вызванной поляризации пород 536
§ 88. Вызванная электрохимическая активность 543
§ 89. Электрическое поле потенциалов вызванной поляризации . . .547
Глава XII. Электрические методы определения угла и азимута падения пластов 554
§ 90. Трехточечный метод 554
§ 91. Наклономер кажущегося сопротивления 560
Глава ХШ. Специальные устройства и аппаратура для электрометрии скважин 563
Зонды стандартных конструкций и электроды 563
Специальные зонды 566
РозистивимеТры 580
Переключающие устройства 584
Пластовые наклономеры 589'
Специальная наземная аппаратура 590
Глава XIV. Проведение электрических измерений при изучешш разрезов скважин 595
Подготовка аппаратуры и оборудования для геофизических работ в скважинах .• 595
Сведения, необходимые для производства геофизических исследований в скважинах 596
Расстановка оборудования у скважины , 597
Спуск кабеля и измерительных устройств в скважину'59'1
Подъем кабеля . '. . . .601
Правила выбора масштабов регистрации кривых и силы тока питания 602:
Производство измерений.с автоматической станцией АНС . . .604
Измерение кажущегося сопротивления и потенциалов собственной поляризации со станцией ОКС 607
Методика регистрации диаграмм автоматическим электронным потенциометром (ПАСК-5) 609*
Полуавтоматическая регистрация ; 611
Точечные измерения 618
Проведение боковых электрических зондирований ......619
Измерение сопротивления микрозондами 621
Измерение сопротивления экранированного заземления и сопротивления шарового зонда 623.
Регистрация диаграмм потенциалов вызванной поляризации ' . .626
Стр.§ ИЗ. Изучение зависимостей потенциалов вызванной поляризации отСтр.§ ИЗ. Изучение зависимостей потенциалов вызванной поляризации от
Стр.
§ ИЗ. Изучение зависимостей потенциалов вызванной поляризации от
Стр.
§ ИЗ. Изучение зависимостей потенциалов вызванной поляризации от
силы возбуждающего тока и времени 629
§ 114. Определение угла и азимута падения пластов 630
Требования, которым должны отвечать зарегистрированные диа
граммы. Окончательное оформление диаграмм 632
Глава XV. Причины искажения измеряемых величин кажущегося и эффективного сопротивлений и потенциалов собственной и вызванной поляризации пород и борьба с ними 638
Утечки тока 638
Признаки и определение местоположения утечек; проверка изоляции кабеляи электрических соединений 653
Индукция 658
Блуждающиетоки 666
Прочие причины, искажающие заморы электрических параметров, и их исключение 672
Глава XVI. Значение и пути дальнейшего развития электрических методов исследования разрезов скважин■
Место электрометрии в комплексе геофизических методов исследованияразрезовскважин 677
Пути дальнейшего совершенствования и развития электрических методовисследованияразрезов скважин 679
Основнаялитература 681
Дополнительная литература 681
Автор
Владимир Николаевич Дахнов
ПРОМЫСЛОВАЯ ГЕОФИЗИКА
Ведущий редактор Е. Г. Першина
Корректор Т. М. ПучковаТехнический редактор И. Г. Федотова
Подписано к набору 6/VIU 1958 г. Подписано к печати 5/XI 1958 г. , Формат 70х1081/1в. Физ. печ. и. 45,25 с б вкл. Усл. печ. л. 62. Уч.-изд. л. 64,38.
Т-10192. . Тираж 10 000 экз. Зак. 714/522. Цена 24 руб.
Гостоптехиздат. Москва, К-12, Третьяковский проезд, 1/19.
Типография «Красный Печатник». Ленинград, Московский проспект, 91.
О П Е Ч А Т К И
Стр.
Строка
Напечатано
Следует читать
25
формула
AU
.1 и
12
42
формула
IRb
I Go
37
Аш'
Аш
130
18 и 16
(рис. 61, а)
(рис. 61, к)
снизу
■1 23
19 снизу
шунты включены
шунты выключены
al
Таблица 6
0,5
5,0
2 колонка
справа, 1 снизу
273
16 сворху
люфта п барабана
люфта у барабана
335
16 сворху
Из формулы (109)
Из формулы (106')
355
5 снизу
Л3 > яи
Qt
01
■V R* - г"
|7 Ra — Гр
433
6 снизу
4 л,..
Qudll.
О Q-
436
3 (-.низу
' 4л
* 4л
„ г^ /л3\2 /4 у
Iй
442
1 снизу
а"~ "i;z ГТ2
2 /\ 2 7
/ 7 АI о।\
/ 7А , Jy , 1у \
\АА 23^ 1 2ЭЛ1/
\ zi/V. adtNi 2Э^!)
458
4 сверху
7А /э
7 £L
2
।Э ySg
ТЛ^а
458
12 снизу
эЖэГм,
Э.м.э^г
465
7 снизу
и силой
частотой и силой
472
Подрису-
ночная
подпись к
рис. 269
546
20 сверху
^вп
г/т--!) и ВИ
587
21—23
(безыпдукрукции коробке БКЗ)
(безындукционной коробш! UK3)
сверху
КО 1ГСТруКЦПО ИНОЙ КIIOBCJ {ОГО
конструкции Кшшекого
завода . . .
завода . ..
630
28 сверху
ток включают
ток выключают
Заказ 71 4/522.
L. . .
BB
> «nreasrsa^v ч »«eaweser»^swta
MM HWfBgB WMWi
N
©
<04
О
Mtia*
®»wtww
IV
x mA
WJiMAi МИЧ
Uhb AiWMl h'M
У w MW
CHtiHAH
•«lowan twu mt» iIWNHh^ fh
s
4
МИ И
IH
t»mi воюзгн»itwtiwhbo»
mw
t tHMAA
mtpMi
ПС
эк gg
токмя» «у
®twrt« нем
50
45
<>
.1 5
9 ч^
.ijkelee^^
Я4
Ш)
66
97
qQ<)
И№#ВЙ8
«^8»
Щййдавдат*
UQU Hj
86
HD
мкывюе
«тилляимщ^^
* ШП
0?ОЙО
* I ио iU Й 4 6М8 ПИХЧ
ул !&№) nibMi «I, ЫПМ ОН*
виая>« да^г«^ №%^й* *««* »ятт«|явяэд*№т»яАЭДмпй^^
^«^
«ГПМЛТйЧССМЯ HAFfirrAWHA» СТАШИ» ТИШ Мс/й-SI, М*900 1ЭМг
» ‘ ч1
мнЖнад^^?*
ф Ш
Ч*4Й
.41
Mw Мий Nkc
R
РАЗГОВОР
<05
ПРОМ bit ЛОНДУ CHb
Ф
197
QU
W’tlPWичмн
ЛИЧНОЙ A
нан^шшгш
m
СС1Ф
л; tns
,L -Ы1
id
J4U
ВЫПРЯМИТ! fib
ЩП^АЙ
^ j* 9h m puwih bi нтнп ;мп»<ии № ^/
ОбОГЙи ШИ
«С^>Л96
■98 ^, ^
ПЕРПОВОРНОГ УСТРОЙсгви
89
cer.r j;© cut НШ
DbOHWI
ЗАРЯДКА
07
о»
86
!1ЖДМ1ИЖП1»нЛ
2<« \
^<
аил
ВЫ1
Yv.
’А
32.
ПИДУ ПЗШЖН»
|W»«
не
#
6 в07
—•♦••■♦
вв09
ими1шп^м map
номпенштвя пшжмш* ПС
W^li
М г униату
7
№
р
Vz_.
тель пеней; 4в -- штни г-ль; « - гитд». м - |шл<даа перснлиягини гмнадномгтроп н i |11Л^н|яжанн1»му шшнгнгатору иолярпаации; 49 'Я 66 — рго*л#-ш |»г1 ул1ч « linn г<1л|'тийлг|1ин идгшигп ticiui jвмванпмг? jm; tv - wuim-np; «о - не; гклв«читгль пределов вольтметра; в! — миллмамнгрмп I». «г . игргнл^цгль шутов мкллнамигрмгт}*; ел — w; ниж пет ль w рюшных шункт; 64 — ренете г для регули- рояоии силы типи, «л »ил#латг/н. twint jp^iwf етелн нрнггтрй; вв. в?. М и ор . плючи »'Н,^«ч< пил щетин пятяютего и иямеритедь- йог» HWUiwwpo# нуатгц-тра, го — wtiV'«*»airai. |>аалгл!пгльных емппгтг#, ? / и ?g деиндп^г магшщны гинраглв/нэдий для регуляроадндя силы тома; 1*4 йыи»ш»чв-1г;п. чпмо»«щ пени, ?а - цг}#гил|г1Чйтгл1. нплирнигти; л» - еглгинпый гтилй; 81 переключатель пыпрдм« лмииого адприжгиии, н неигль г гнгядаын w Автаи-й; 8€»гидопой тряигфнрмлтор; а? — нилиа перв|«1»ч»ТйЛИ имщнвкений; #1 *~ перемлечателк чигл» umsmi нг|*ячцпе 1*1тки трмнгформатора; &8 — предохраниимм; S6 — пнльтметр; »/ — амперметр; в«, »Д, Р#, 66, И, 81, 99, Юв и пн •анле»чатгли про«мгл<>м«1 гми. выпримители лшнш Л Л, и мир, затеян ларидяи йкиумулятор1Ж. обогоем (мери# и морей MPMTjxiM^wj, ш«|гго#при«л угтр«>>-чия, иппиличори. игргднгго н йлднп и гютв, ли- Л$в. Л98— еип|альяы8 жиды, Аяокяруюдют йервчивлемиые ймилк>чм1глм; м -г ромнаго|нф««'л»., и«&-тюнн» ннлючении раагойиуи; /#в—кнонии сигййлй: 1вт --<жгаа л ха я ламаотт.тель пеней; 4в -- штни г-ль; « - гитд». м - |шл<даа перснлиягини гмнадномгтроп н i |11Л^н|яжанн1»му шшнгнгатору иолярпаации; 49 'Я 66 — рго*л#-ш |»г1 ул1ч « linn г<1л|'тийлг|1ин идгшигп ticiui jвмванпмг? jm; tv - wuim-np; «о - не; гклв«читгль пределов вольтметра; в! — миллмамнгрмп I». «г . игргнл^цгль шутов мкллнамигрмгт}*; ел — w; ниж пет ль w рюшных шункт; 64 — ренете г для регули- рояоии силы типи, «л »ил#латг/н. twint jp^iwf етелн нрнггтрй; вв. в?. М и ор . плючи »'Н,^«ч< пил щетин пятяютего и иямеритедь- йог» HWUiwwpo# нуатгц-тра, го — wtiV'«*»airai. |>аалгл!пгльных емппгтг#, ? / и ?g деиндп^г магшщны гинраглв/нэдий для регуляроадндя силы тома; 1*4 йыи»ш»чв-1г;п. чпмо»«щ пени, ?а - цг}#гил|г1Чйтгл1. нплирнигти; л» - еглгинпый гтилй; 81 переключатель пыпрдм« лмииого адприжгиии, н неигль г гнгядаын w Автаи-й; 8€»гидопой тряигфнрмлтор; а? — нилиа перв|«1»ч»ТйЛИ имщнвкений; #1 *~ перемлечателк чигл» umsmi нг|*ячцпе 1*1тки трмнгформатора; &8 — предохраниимм; S6 — пнльтметр; »/ — амперметр; в«, »Д, Р#, 66, И, 81, 99, Юв и пн •анле»чатгли про«мгл<>м«1 гми. выпримители лшнш Л Л, и мир, затеян ларидяи йкиумулятор1Ж. обогоем (мери# и морей MPMTjxiM^wj, ш«|гго#при«л угтр«>>-чия, иппиличори. игргднгго н йлднп и гютв, ли- Л$в. Л98— еип|альяы8 жиды, Аяокяруюдют йервчивлемиые ймилк>чм1глм; м -г ромнаго|нф««'л»., и«&-тюнн» ннлючении раагойиуи; /#в—кнонии сигййлй: 1вт --<жгаа л ха я ламаотт.
тель пеней; 4в -- штни г-ль; « - гитд». м - |шл<даа перснлиягини гмнадномгтроп н i |11Л^н|яжанн1»му шшнгнгатору иолярпаации; 49 'Я 66 — рго*л#-ш |»г1 ул1ч « linn г<1л|'тийлг|1ин идгшигп ticiui jвмванпмг? jm; tv - wuim-np; «о - не; гклв«читгль пределов вольтметра; в! — миллмамнгрмп I». «г . игргнл^цгль шутов мкллнамигрмгт}*; ел — w; ниж пет ль w рюшных шункт; 64 — ренете г для регули- рояоии силы типи, «л »ил#латг/н. twint jp^iwf етелн нрнггтрй; вв. в?. М и ор . плючи »'Н,^«ч< пил щетин пятяютего и иямеритедь- йог» HWUiwwpo# нуатгц-тра, го — wtiV'«*»airai. |>аалгл!пгльных емппгтг#, ? / и ?g деиндп^г магшщны гинраглв/нэдий для регуляроадндя силы тома; 1*4 йыи»ш»чв-1г;п. чпмо»«щ пени, ?а - цг}#гил|г1Чйтгл1. нплирнигти; л» - еглгинпый гтилй; 81 переключатель пыпрдм« лмииого адприжгиии, н неигль г гнгядаын w Автаи-й; 8€»гидопой тряигфнрмлтор; а? — нилиа перв|«1»ч»ТйЛИ имщнвкений; #1 *~ перемлечателк чигл» umsmi нг|*ячцпе 1*1тки трмнгформатора; &8 — предохраниимм; S6 — пнльтметр; »/ — амперметр; в«, »Д, Р#, 66, И, 81, 99, Юв и пн •анле»чатгли про«мгл<>м«1 гми. выпримители лшнш Л Л, и мир, затеян ларидяи йкиумулятор1Ж. обогоем (мери# и морей MPMTjxiM^wj, ш«|гго#при«л угтр«>>-чия, иппиличори. игргднгго н йлднп и гютв, ли- Л$в. Л98— еип|альяы8 жиды, Аяокяруюдют йервчивлемиые ймилк>чм1глм; м -г ромнаго|нф««'л»., и«&-тюнн» ннлючении раагойиуи; /#в—кнонии сигййлй: 1вт --<жгаа л ха я ламаотт.
тель пеней; 4в -- штни г-ль; « - гитд». м - |шл<даа перснлиягини гмнадномгтроп н i |11Л^н|яжанн1»му шшнгнгатору иолярпаации; 49 'Я 66 — рго*л#-ш |»г1 ул1ч « linn г<1л|'тийлг|1ин идгшигп ticiui jвмванпмг? jm; tv - wuim-np; «о - не; гклв«читгль пределов вольтметра; в! — миллмамнгрмп I». «г . игргнл^цгль шутов мкллнамигрмгт}*; ел — w; ниж пет ль w рюшных шункт; 64 — ренете г для регули- рояоии силы типи, «л »ил#латг/н. twint jp^iwf етелн нрнггтрй; вв. в?. М и ор . плючи »'Н,^«ч< пил щетин пятяютего и иямеритедь- йог» HWUiwwpo# нуатгц-тра, го — wtiV'«*»airai. |>аалгл!пгльных емппгтг#, ? / и ?g деиндп^г магшщны гинраглв/нэдий для регуляроадндя силы тома; 1*4 йыи»ш»чв-1г;п. чпмо»«щ пени, ?а - цг}#гил|г1Чйтгл1. нплирнигти; л» - еглгинпый гтилй; 81 переключатель пыпрдм« лмииого адприжгиии, н неигль г гнгядаын w Автаи-й; 8€»гидопой тряигфнрмлтор; а? — нилиа перв|«1»ч»ТйЛИ имщнвкений; #1 *~ перемлечателк чигл» umsmi нг|*ячцпе 1*1тки трмнгформатора; &8 — предохраниимм; S6 — пнльтметр; »/ — амперметр; в«, »Д, Р#, 66, И, 81, 99, Юв и пн •анле»чатгли про«мгл<>м«1 гми. выпримители лшнш Л Л, и мир, затеян ларидяи йкиумулятор1Ж. обогоем (мери# и морей MPMTjxiM^wj, ш«|гго#при«л угтр«>>-чия, иппиличори. игргднгго н йлднп и гютв, ли- Л$в. Л98— еип|альяы8 жиды, Аяокяруюдют йервчивлемиые ймилк>чм1глм; м -г ромнаго|нф««'л»., и«&-тюнн» ннлючении раагойиуи; /#в—кнонии сигййлй: 1вт --<жгаа л ха я ламаотт.
гРис. 90. С’трпд лаборатории
J — фОТОрвГИСТрэТОрII ВСПОМОГЯТСЛЫППЙ ППИПЛП* Г Т 1
VI — выпрямительный блок; VII — силовой блош VII г 41.17";?;|1,М,Ч*И‘1 гльнаи панель; IV —. тиштан наиел1.| У — пулы дторпаи шшг.ш;
пель- АЧ —(Пп,‘?Ч«ь; 1Х иаш'Л»- штишлючспий. X — пе1№гомори<м;игиал1.иан пй-
1, 2, з»< — контрольные лампы «Верт линии» «Ген ' п > м ||; ^11 """" n»MWIb илетрш.Погрны-
7 — переключатель «Протяжка —датчик глубм,чи и "Олписк»; 6— реостат » цепи подмагничиппния; в ~ амиррммр;
ной передачи; 12 и и — реостаты регулиротпи/«njeiiKno10 11 н - инлк»чатели подсвета шпалы, «исщниииисинххн-
16 — переключатель масштабов" записи; 16 — счетчик тптПип-771 читальных линий и игрнал гпльваиоммрои; II — шадтрольнян шкала;
19 — вспомогательный датчик; 20 — реостат регулитЗткп ,~г.,1у‘1иа 1чтшенин счетчика; 18 — панель с «наддами m гальваиометрня; теля; 23 — включатель автосина; 24 и 25 — пеш-ключ тгн/и nr„ ,,otlW41 и 88 — пклтчатель и иеремлючатель алеитредвига-
28, 29 и 30 — декадные магазины компенсатора noliнимереинн галмшнометроп; 86 и S? — переключатели йплярикти; миллиамперметр; зз — выключатель компенсационно! о ^ш-м^Лг»’..!1. *; 1”'“‘''1«'г Уетапонки тона в цепи комппнеато^ йолнривйции; 99 — ров; 41, 42 и 43 — ключи включения элементов- dd — mom V d6, 40 и 17 if'l'peinopw нули (комнянсаторы иплиримации) тальваномег-
,умеш.шении чувствительности основиого гальванометра; 46 — оереключа-
Рис. 93. Схема электрических соединений лаборатории АКС/Л-50.
Фоторегистратор/ (обозначения даны в подписи к рис. 76) Измерительная панель III
Выключатели: Bl, В2 и Вз — корректоров нуля гальванометров КС 1 : 1, 1 ; 5 и 1 : 25 («Компенсатор поляризации КС; 1:1, 1:5 и 1 : 25»); В4 — дросселя цепи СП.
Переключатели: П1 и П2— пределов измерений цепей КС и СП («КС,ПО; предел измерения»); ИЗ и П4— полярности цепей КС и СП («КС, ПС; + ; —»); Пб — переключения гальванометра («I; ДУ; R»); П.б— цепи КС на позицию «R» («R; ^»); П? — основного гальванометра цепи КС на масштаб записи 1 : 125 («1 : 1; 1 : 125»); Пз и П9 — емкостных шунтов цепей КС и СП; П10 — входов цепей КС и СП (ножевая колодка « = ; х»); П11, П12 и П13 — магазинов 9 х 100; 9 х 10 и 9 х 1 мв градуированного компенсатора поляризации («Компенсатор поляризации ПС; х 100; х 10 и х 1»); П14 —полярности градуированного компенсатора поляризации («Компенсатор поляризации ПС; + ; —»); П15 — компенсатора поляризации из цепи СП в цепь КС типа ножевой колодки («Цепь СП; цепь КС»).
Реостаты проволочные: R1— 500 ом («Сопротивление цепи КС»); R11— 200 ом; R21, R22 и R23— 500 ом («Компенсатор поляризации КС; 1 : 1, 1 : 5 и 1 : 25»); R24 — 500ом («Сопротивление цепи ПС»);R66 — 100 ом («Регулировка»).
Сопротивления проволочные: R2 — 500 ом; R3 — 1000ом; R4 — 1200 ом; R5 —2000ом; R6 — 4000 ом; R7 — 12 000 ом; R8 — 20 000ом; '
R9 — 40 000 (2 х20 000) ом; R10 — 20 000 ом; R25 — 1000 ом; R26 — 1200ом;R27 — 2000 ом; R28 — 4000 ом;R29 — 12 000ом;
R30 — 20 000 ом;R31 — 40 000 (2 х 20000) ом; R32— 8,6 ом; R33 — 7,3 ом;R34— 6 ом; R35 — 4,7 ом; R36 — 2,7ом; R37 — 2,6ом;
R38%— 0,7 ом; R39 ч- R47 — 10 ом; R48 Ч- R56 — 1 ом; R57 Ч- R65 — 0,1 ом; R67 — 10 ом.
Сопротивления непроволочные ВС-1: R12 Ч- R17 — 510 ом; R13 — 220 ком; R19 — 51 ком; R20 — 10 ком.
Конденсаторы электролитические КЭ-1а; С1 — 20 в, 100 мкдб, С2 — 20 в, 200 (2 х 100) мкдб; СЗ — 20 в; 500 мкдб; С4 — 12 в, 1000 мкф; Сб — 12 в, 2000 мкдб; Сб — 20 в, 100 мкф; С? — 20 в; 200 (2 х 100) мкдб; С8 — 20 в, 500 мкдб; С9 — 12 в, 1000 мкдб; СЮ — 12 в, 2000 мкф.
Ы — дроссель цепи ПС; ИП1 — миллиамперметр постоянного тока ПМ-70 на 10 ма; Б1 Ч- Б4 — элементы сухие типа 1-кс-у-З; К1 ч- КЗ — ножевые восьмиконтактные колодки.
Токовая панель IV
В1—выключатель токовой цепи спаренный.
Переключатели: П1 — полярности токовой цепи, спаренный («Полярность; + ; -^-»); П2 и Пз —- магазинов 9 х 50 и 9 х 500 ом («Регулировка силы тока; средняя и грубая»); П4 — пределов измерений миллиамперметра («Предел измерения; 15, 75, 300, 1500 ма»); Пб — пределов измерений вольтметра («Предел измерения; 75, 150, 300 в»); Пб — контрольного шунта («Контрольный шунт»)'; П7 —для отключения токовой цепи электродов АВ штырьковый («R; 0 »).
R1 — реостат*проволочный, 60 ом («Регулировка силы тока; точная»).
Сопротивления проволочные: R2 — R10 — 50 ом, на керамике; R11 ч- R19 — 500 ом, на керамике; R20 — 0,1 ом; R21 — 0,4 ом; R22 — 1.5 ом- R23 — 8 ом; R24 — 0,02 ом; R25 — 0,08 ом; R26 — 0,1 ом; R27 — 0,3 ом; R28 — 0,5 ом; R29 — 1 ом; R30 — 3 ом; R31 — 5 ом; R32 й R33 — 50 ом, на керамике; R34 — 20 000 ом; R35 — 8000 ом.
ИП1 — вольтметр постоянного тока М-45 на 15 и 150 в; ИП2 — миллиамперметр постоянного тока М-45 на 7,5 ма; Пр1 и Пр2 — предохранители типа ПН на 1,5 а; К1 — ножевая восьмиконтактная колодка.
_,, Пульсаторная панель V
Выключатели: В1 — искрогасительного контура («ИК»); В2 — разделительного конденсатора («Измерительная цепь; «—»); П1 — токового пеое- ключателя, спаренный («Токовая цепь; оо; =»); П2 — измерительного переключателя, спаренный («Измерительная цепь; со; =»)
£/ — сопротивление проволочное эмалированное, 80 ом; С1 — конденсатор типа МКВ, 260 в, 100 (25 х 4) мкдб; С2 — то же, типа КМВГ 250 в, 2 мкдб; ПП1 — измерительный коллектор пульсатора; ПП2— питающий коллектор пульсатора; К1 и К2—ножевая восьмиконтактная колодка.
__Панель выпрямителя VI
Переключатели: П1 — напряжения при питании от выпрямителя; П2 и Пз —источника питания (короткозамкнутые вилки «Ток пепь* бп-г • „,„ выпр.»); П4 — напряжения при питании от батарей (коротко-замкнутая вилка «15, 30, . .., 150»),’’’
Конденсаторы: С1 — типа МКВ, 260 в, 1 мкдб; 02 — электрод и । ический типа КЭ-1а, 300 в, 400 (20 х 20) мкдб;’ Сз — типа КБГ-И 200 в 0,3 (6 х 0,05) мкдб.|’'
„“1 — дроссель сглаживающего фильтра; Тр1—трансформатор выпрямителя.
Селеновые выпрямители: ВС1 — ВС4 — типа 2В х 1; диаметр шайбы 100 мм; ВСб — ВС8 — типа 4В х 3; диаметр шайбы 100 мм- ВСо и ВСЮ — типа 4В х 6; диаметр шайбы 100 мм.*9 и
Б1 — Б5 — батареи сухие 13-ГРМЦ-29; К1 — К15 — короткозамкнутые вилки.
94
128
22
иьш
21
МЕТКА
ТП №200 1953 г
110
118
ДАТЧИК ЛАБ
консольным
|6
ПОДЬЕ
37
ЗВ N»zoo 1953 Г
91
Ф
95
~ 1106
~220 8
125
88
В 7
86
120
ТОКА
113
—СЩ N»200 1953 Г Вкл
ЗАРЯДКА
97
®7R '36 11
НАТЯЖЕНИЕ КАбЕЛЯ^^^^^ ^
Ф“х <^ ^ Ф'
Рис. 100. Стенд лаборатории
СВЕТ
НА нуль
11Б
гаи
НАТЯЖЕНИЕ
111
пуомооо выкл1953г ^rl
В£#Т ЛИНИИ ГОРЛИНКИ
СИГНАЛПП N°2U0 1963hГ
: игнал
24
паДЬЕММИЧУ!
102
АВТОМАШИНЫ
МОТОРА АЫК.
“25
мкл
№
ПРОТЯЖКА
РОСТЬ КАБЕЛЯ
107
выкл
115
МЕТКА
114
26 4а v 5/
лсштасы ЗАПИСИ
СБРОС
I о и о г; и
ПР0ТЯЖИА
- <В-61
гп А
СЫПР
ТОЛЬКО При ПОКАЗАНИЯХ п
КрАГНЫХ 50/
^63 ^ во <^~
полярность
_>4~7>^.85 ИСТОЧНИК ТОКА
исто1
ЛАБОРАТОРИЯ АВТОМАТИЧЕСКОЙ КАРОТТАЖНОЙ СТАНЦИИ
ТИП АКС/Л^
№ 200
АВГУСТ 1955 Г.
ВЫКЛ
64
.72
ТОЧНАЯ
TP^GAfl
РЕГУЛИРОВКА СИЛЫ Т ОКА
КП №200 1953 г
1ОУ2р°зоо ' ^^500
И 3 ЗЯ
ЧТ ВКЛ Jo
cunp 1 КАН
выкп
/ 44
ГКП ток гкп
№
И0М1 /54
ПРЕДХЛ измерения
-7 27
2-
5 28
7 ( ).
4- ^ ®
5Q ч Ж /500
8146
Г РАДУиВОВАНМЫЙ КОМПЕНСАТОР ПбЛЯРИЗАЦнц ГКП
П
^ ПУЛЬСАТОР Ф м-200 1953г
ПОВОРАЧИВАТЬ ТОЛЬКО ПОСЛЕ. ВКЛЮЧЕНИЯ МОТОРА
7.78
•?4
'-СЕТЬ
аь
4
ф
93
ШМЯМИТЕЛЬ 1 ид-пи АВ
93
ЗАВОД NW МНПС6 N200 1953г
86
I — фоторегистратор; II— панель вспомогательного привода и управления фоторегистратором, III — измерительная панель; IV — токовая панель; V — пульсаторная панели; VI — блок выпрямителя; VII — силовой блок: VTII — силовая панель; IX — зарядная панель; X — панель дополнительных приборов; XI — панель переключений; XII — входная панель; XIII — контрольная панель; XlVa
и XIV6 — переговорно-сигнальная панель; A’V — панель подогрева.
1, 2 и з — контрольные лампочки «Верт, линии», «Гориз. лшшп» и «Метка»; 4 — амперметр; 5 — шкала визуальных наблюдений; 6 — ручка переключения масштабов записи; 7 —счетчик глубин; 8 — ручка протяжки счетчика; 9 — ручка сброса показаний счетчика на нуль; 20 — ручка регулирования освещения ламп фоторегистратора; 21 — выключатель освещения; 22 — ручка реостата, регулирующего скорость протяжки бумаги; 23—включатель электродвигателя протяжки; 24 — переключатель приемника автосинной передачи; 25 — кнопка отметки метоп; 26, 27 и 28 — переключатели пределов измерений I, И и Ш навалов; 29, 30 и 31 — реостаты для регулирования внешней цепи перечисленных каналов; 32. зз и 34 — переключатели для включения емкостей на вход гальванометров 1, II и III каналов;’35 — переключатель включения гальванометра I канала на измерение тона; 36 — ключ выключения гальванометра I канала; 37 — реостат регулировки компенсатора поляризации 1 канала с выключателем 3S элемента; 39, 40 и 41 — градуированный компенсатор поляризации; 42 — миллиамперметр; 43 — реостат регулирования компенсационного тока в цепи градуированного компенсатора поляризации; 44 — переключатель полярности градуированного компенсатора поляризации; 45— компенсатор поляризации III канала; 46 — выключатель элемента компенсатора поляризации III канала; 47 — панель с гнездами для подключения гальванометров в пепи различных каналов; 60 — миллиамперметр для регистрации тока питания; 61 — переключатель пределов измерения миллиамперметра 60; 62 — переключатель эталонных сопротивлений для измерения тока; 63 — переключатель полярности тона питания;
Заказ 714.
сопрдкан кп сапеш к^ф^ф
ТОКОВАЯ UEOb
65
ВЫКЛ. ВКЛ ИЗМСРИТЕЛЬНАЯ — Ц , ЦЕПЬ
^4 29
ф-
>?>
-Т -А-'
>Т4
30
РЕГУЛИРОВКА
45
31^
КОНДЕНСАТОР
выкл
[КЛ.
к 96
Ч*
126
Гббогрсв |
станции АКС/Л-51.
<и — реостат для регулирования силы тока питания; 65 —включатель электродвигателя пульсатора; 66 и 67 — ключи включения токового коллектора пульсатора; 68 и 69 — тоже, измерительного; 70 — включатель разделительного конденсатора; 71 и 72 — декадные магазины регулирования силы тока питания; 74 —включатель цепи тока; 75. — гнезда цепи тока; 78 — головка регулятора числа оборотов пульсатора; 80 — селеновые столбы выпрямителя; 81 — переключатель напряжения питания; 85 — переключатель источников питания; 86—силовой трансформатор; 87 — переключатель первичных обмоток силового трансформатора; SS — переключатель плавной регулировки напряжения; 89 предохранители; 90 —вольтметр переменного тока; 91 —выключатель сети; ^92 — выключатель выпрямителя; 93 —гнезда подключения вспомогательных приборов на 14 0 и 220 в; 9 4 —электромагнитный стабилизатор напряжения; 95 — амперметр; 96 — выключатель цели зарядки аккумулятора; 97—панель подключения вспомогательных приборов напряжения 12 в; 99 — щиток с гнездами для переключений; 100 — кнопка сигнала автомашины; 191 —то;же, сигнала к подъемнику; 102 — лампочка приемного сигнала; юз, 104 и 105 — муфты для присоединения соединительных кабелей; Юб — гнезда заземления лаборатории; 107 —указатель скорости движения кабеля; 110 — указатель натяжения кабеля; 111 —веренлючатель измерения натяжения; 112 — выключатель контрольных приборов подъемника; 113 — ручка реостата установки тока; 114 —включатель магнитного метноулови- теля; 115 — включатель сети; 116— счетчик глубин с ручной 117 для сброса показаний счетчика; ИЗ — контрольная лампа работы метно- уловителя; 120 — ножной переключатель приема и передачи; 121 — добавочная панель приемника; 122 — переключатель приемника на радиоприем; 123 — переключатель приемника для работы от постоянного тока; 124 —гнезда для подключения постоянного тока; 125 и 126 —выключатели подогрева.
m мны
II кднял
Га
Г
R32 R27
R22
1ЛЛлАш1гуч> -.
Я29 RW
R21^>5
R23
R33 R28
П
R25
R3D
I КДНЯЛ 1:5
r2
1:25
R31
R26
6»
К 2
6, ?№ К5
Рис. 101. Схема элеи-^чеушх соединений изме-рительных iieiieni лабирнтории АКС/Л-51.
ЬО?(ПН> R4
Q”^ ГiR'5H3 Г
<шллплъФршлллг°
1621бЗ
Ф о т о р е г и с г р а т
о
р I
.63
«ИП19ИН»
1 i
RS
‘ о Г11 о I о о о Q Q Q 99 Г
о П1 о
ВС1
о
о
О
(обозначения даны в подписи
и
рис.
76)
ВС2
ВСЗ
ВС4
ВС5
ВСС
ВС 7
ВСЙ
ВС 9
□ ся
всю
Л Л Л6С1
/МдоЙммм
TTlzilEsl ffll? LgUio 1|112адз id
VWW wJvw WWW wVWV wwv
L
Измерите льна я
п а
н
ель
III
Выключатели: В1 -— элемента индикатора
'«КП»);
(«R»); 132 —
Вз *- дросселя
j
,15 15с Al? 164 А19 20Н21 22-1423 24Ф MW VVWV VWW VWW WWVv
Тго{
VI
С 2
FT1
w?
N3
II А М 3
N1 м
10 К1 I III В N
В1 Зп
\WA^eAA/V\/VVV\b--* 26
компенсатора поли рпзацин
Пегеключателш Hi — I — JI акранпроваппый («I; Л/»); 112 — пред ,.ну 1ым<'ру[ши 1 канала О-1; предел изме^нч-шл^); Из™ нргл.глог. из:и4*|»гни 11 И канала («11; предел измеренал-<), Н I Hprjt'juB нлмереши! 111 кана-
ла (bill; предел н/^ги и я ■/. llf> —елщис-гцого myiria I канала (♦ 1; шут/, Пз — емкнетпш о типа 11 штала (И1; шунт»); Н7 — емкостного шунта ill навала («111; шуш>). 113 — граду-прпнанииги комиенеатнра нолн|шза- ШНН (<11x11; + ; —е>); 1Ш П ю п 1111 -- магазинов 9 х 5; О х 0,9 и 9 х 60 ли/ гр;п1ун1ншанииго компенсатора поляризации («Градупровапный компенсатор поляризации; 9 х Ь; 9 х о/) и 9 х Ьо»); 1112 — выключатель ылюшюго гальванометра 1 капала («1 : 1»).
Реостаты пронолшлнае: R1 5о0 oat («Сонр. 1 капала»);R2 — 900 eat («Сипр. 11 канала»); R.3 — 500 ом («Сопр. 111капала»); 111 — 1но е.п («КН; регулировка»); 115 —300 ом UR; регули ровна»); R6 — 300 ом («Тон Х’КП^);117 — ЗОО ОА1.
Сопротивления проволочные: R8 — 490 ом;119 — 1 oai;
R10 — 200 им; IU1 —- 1200 ом;К12 — 2000 gai; 1113 — 4OH0 oAt; R14 — 12 000 oai; R15 — 20 GUO oai ”"
4u GOU (2 x 2UUUU) oai; R17 — 1200 oai; R13 — /U4;—4U0U OAt; 1120 — 12 000 oai; R21 — 20 000 bAt
; RJ6 —2000 сш;
К22 — 40 000 (2 х 20000) о^м; Сопротмилешш проио- Лочные; R23 — 1200 оац R21 — 2000 eat; П2<5 — 4000 илг; /ZV4. — 12 0 0U олс; ГШ — 2 0 000 им; R23 — 40 000 (2 X хЮооо) (Mi; 1129 — В 3 7 — 1 о At; 1Л>6 — 1116 — и,1 им; ПЬ — R53 — 10 (ли; 1гН> — Kj; oat; 1157 — 7,3 ом; JhS.V,—- 6,3 oai; RUU — 4/7 (Mt; R60 3 gm; R61 —
2 <aA<
Нон дет* а горы ила.а ■ i
£itl 6, jU Mi op; С 71
дичк; ’’
( . ,У ( / /
LI ♦
11
11 Го
ЗОН (3
6, Нш
UU oat; Ш$о
It62 — о," uAt
i нчсснпг:С / и С2—типа K’J-hi,
6. П MhlfU f ' 1
Ml (i
л/мь;
ДЬ^сгль цени i U ,
пишЛашии) и тока ll.M/o
v-Зр , ( В и Г It* 12 ^.\j О, 3l' biн .//1; i 1 il I —
ю «, Зии (3 х I оо) 2 и «, 1 ИО AIM// — bo в, bo At//';
I (3 X Ь/ мЛр- мпллнамнгрмс1! р
на 1и лш; Ы — Ьз — элементы
сухие bi;c-y-3; KI — Кз — нишевые висьмикоцзактныекилидшг.
Т оков а я иа иель IV
Выключатель: В/—тгчшвиД цепи («Цепь тока»), Переключиитик LU нь'^иьуикп типа кия («Источник тгнхл; вьшрл Ou i.»), 112 нплирнпеш («Полярность; /. : _»): Из п Hi — MaraoHnDB 9 х 50 и 9 х 500 ом (. Регулпровна силы тш.а, средняя и грубая»); 115 — пре- ду.тон нзмеренпц мнл.чнами/сх-ч {л (< Предел измерения»); Но -тшптрильпиш, ш/ьча о 1ичид н/ишый шуш»), R1 -- реостат лршаыичиын. ы» ^м («Регулировка силы ыи:и; тнчкая»).
СшфотпвЛеНИН Прии
R in — а и (Mt; U 1 ?
rui — 1 11 2 О, b ил( ШИ -
4 <Mi; R 22
—ус л е Ыг; ь — К 7Д 1 - 1, о им, 172
R6 — 5 о uai;
ши м/, Ryo
_ b им; Ь’2/
u;i
R7 — сш;
0,0 2 ом
I JjS Lk.U; 112 3 ~- Uj OAI;1127 — 0,3 OAt; 1128 —
R:U — 1 hai; Изо — 3 ьл?, R31 — 5 oal миля пампе рмьт р п< гт шнцрн'н тика М-45 на
7,5 лш; Ир1 и lh-2 иешь-с. рщнгнуш па 1.5 а; К1 —но;кеван восьмш.отактнан колодка.
И а н <
V
и у л i > =
гвдсьмиюитайтйые колодки.
Панель
Hi — переключатель
выпрямителя VI
па пряжения в токовой цепи.
269 в, 1 jta^; С 2 —- электролити-(2о х 2и) миф; СЗ — 2v0 в,х 0,05) миф.
Тр1 —трансформатор выпрямителя. Селеновые выпрямители: Ви 1 — Н<:4 — типа
Конденсаторы: СУ — чесний ЗОи в, 400 (0
0,3
XI мз
ЗП 3
N 3
диаметр шайбы Юо ami, ВС-5 ~ вся —типа диаметр шайбы luv лам: Н< я ~ ВС in — типа дшип :р Hiaiiubl too Л1Л1.
К1 — КЗ — ченн ЬЫ- Вб ’— бита пс и с у л tн
кароткозамкнутые вилки; Ll —дроссель»
2В 4 В
4 В
X 1, х 3, х 6;
< с гны* колодки; Б1 — Ю 1 РМЦ . i; К5™ К22 —
,4 В некоторых случаях (при специальных исследованиях) в скважину опускают
1 В дальнейшем с этой осью будем совмещать ось Z прямоугольной или цилиндри
ческой системы координат, начало которой располагается в центре источника тока (пи
2 АО = АМ = L в связи с бесконечно малым расстоянием между электродами М
и N зонда.■
2 Так как слово «кажущееся» относится к удельному электрическому сопротивлению, то в дальнейшем для сокращения термин «удельное электрическое» в большинстве •сдучаев употребляться не будет. 1
1 В фоторегистраторе ФР-3 па катушках. подмагничивания уложено 700 витков проволоки ПЭ диаметром 1,3 мм; ток питания 7 а.
чувствительные, так называемые основные гальванометры (марки ГО) с постоянной
по току 1.25 мка]см и вспомогательные гальванометры марки ГВ низкой чувствитель
1 За исключением специальной лаборатории для радиометрии скважин (недостаточно удачной конструкции) и многоканальной станции на одножильном кабеле, не вышедшей пока еще из стадии лабораторного экспериментирования.
и аппаратов, опускаемых в скважину, получения необхо
димой длины кабеля, соедине
ния отрезков кабеля с различ
ным разрывным усилием (для
уменьшения веса кабеля) и удаления отрезков сильно изношенного кабеля, ремонт ко
торых нецелесообразен.
В зависимости от того, потребуется или нет в дальнейшем разъединять
кабель в местах соединения, соединения отрезков кабеля делаются разъем
ными или неразъемными.
Неразъемные с о с д и п о и и я (с р а щ и в а п и я) к а б е л я
При неразъемном соединении жилы кабеля спаивают следующим образом.
1. Снимают у каждого конца сращиваемого кабеля оплетку и наружную прорезиненную ленту на участке в 60 см от концов жил. Оплетку и резиновую лепту обрезают, выпуская каждый последующий слой изоляции но отношению к предыдущему па 5—10 см.
2. Обрезают жилы кабеля в следую-‘'
щем (от лебедки к зонду) порядке —‘синяя (короткая), белая (средняя) и красная (длинная) с расстояниями между срезами 20 см. Для этого удобно пользоваться двумя мерными трубками — 20- и 40-сыь Обрезав предварительно вровень все жилы присоединяемых отрезков кабеля, у отрезка кабеля со стороны лебедки протягивают белую жилу через трубку длиной 20 см и синюю — через трубку длиной 40 см. Доведя концы жил до выходных отверстий трубок, отрезают жилы у входных. Разделка жил кабеля со стороны зонда производится так же, по трубка длиной 40 см надевается па красную жилу.
3. С каждой жилы кабеля снимают прорезиненную лепту 1 (рис. 130, а) па
10 оз» от конца жилы и резиновую изоляцию 2 на 8 см. Накладывают несколько витков медной проволоки 3, чтобы избежать раскручивания проволок жилы под изоляцией.
4. Поверхность резиновой изоляции между оголенным проводом и лентой из прорезиненного полотна зачищают.
5. Раскручивают стальные проволоки жилы 4, распрямляют их и зачищают наждачной бумагой.'
6. Раскрученные жилы соединяемых проводников с одноцветной изоляцией вводят друг в друга, как показано па рис. 130, б.
лебедки, соответственно равной 3000, 4000 и 6000 м Эти установки более правильно обо
значать шифром ПСПГ — подъемник самоходный промыслово-геофизический и далее
указывать емкость барабана лебедки в метрах кабеля, например ПСПГ-2000, ПСПГ-3000,
1ТСПГ-4000. .
8 СПП-3 — самоходный перфораторный подъемник для одножильного бронировавшего кабеля, третья модель. .
1 Термины «кровельный» и «подошвенный» неудачны, кривые gK, измеренные этими зондами, во многих случаях (например, при сочетаниях пластов малой мощности) не имеют конфигурации, соответствующей указанным терминам, почему в настоящей работе пользоваться' ими не будем.
2 Рапос обозначалось в дециметрах.
чтобы не спутать его с обозначением электрического сопротивления R (курсив).
ния А. Верхний знак —» в формуле (156) относится к случаю, когда электрод М нахо
дится выше заземления А, а нижний знак <4~* в формуле (156) — к случаю, когда элек
трод М расположен ниже заземления А. В формулах (156) и (157), как и в последующих,
* Основному источнику тока Л приписан индекс п — 0.
1 Более точное решение этой задачи изложено Д. А. Шапиро [168].
циональности.
1 В тех случаях, когда пласт литологически неоднороден, решение задачи осложняется. Некоторые приближенные данные по изучению электрического поля в пласте, представленном часто чередующимися различными породами, приведены в работе Г. Г. Долля [170].
= —0,126 в, Л < 0 и, следовательно, /Ш9 убывает с возрастанием температуры.
1 Задача впервые была решена В. М. Добрыниным, аспирантом кафедры промысловой геофизики МНИ [179].\
2 Для уменьшения индукционных наводок со стороны двигателя подъемник лаборатории рекомендуется устанавливать не ближе чем на 10—20 л< от подъемника.
пульсатора.
40*
1 При этом гальванометры канала СП вместе с (7КС будут регистрировать потенциалы Ura вызванной поляризаций. Однако вследствие малости Z7Bn по Отношению к ^кс значениями <7ВП можно пренебречь. В некоторых случаях гальванометры можно не переключать и-регистрировать кривые потенциалов вызванной поляризации в трех масштабах.
Проф. В. Н. ДАХНОВ
ПРОМЫСЛОВАЯ ГЕОФИЗИКА
МЕТОДЫ ПРОМЫСЛОВОЙ ГЕОФИЗИКИ,АППАРАТУРА И ОБОРУДОВАНИЕ,ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МЕТОДЫИССЛЕДОВАНИЯ СКВАЖИН
Допущено Министерством высшего образования СССРв качестве учебного пособиядля нефтяных и геолого-разведочных вузов
ГОСУДАРСТВЕННОЕ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ИЗДАТЕЛЬСТВОНЕФТЯНОЙ И ГОРНО-ТОПЛИВНОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1 Москва 1 9 5 9
11—5—2