Класифікація зондів електричного каротажу

Для вивчення питомого опор гірських порід у свердловину на спеціальному кабелі спускають вимірювальну установку (зонд). Такий пристрій, як правило, складається з трьох електродів (заземлювачів): А, М, N. Четвертий електрод В заходиться на поверхні поблизу гирла свердловини. Електроди називають парними, якщо вони включені в одну ланку – живлячу (А і В) або вимірювальну (М і N), і непарними – електроди різних ланок. Електроди А і В, які служать для створення електричного поля в свердловині, називають струменевими або живлячими, електроди М і N, які використовуються для вимірювання величини електричного поля, – вимірювальними або приймальними.

За взаємним розміщенням електродів зондові пристрої діляться на потенціал-зонди і градієнт-зонди (Рис. 2.6).

Потенціал-зондами називаються такі зонди, в яких відстань між непарними електродами АМ мала у порівнянні з відстанню між парними електродами (МN або АВ), тобто АМ<MN або АМ<AB. Якщо один із парних електродів (N або В) потенціал-зонда віддалений у нескінченність (N®¥ або B®¥), то такий зонд називається ідеальним потенціал-зондом (Рис. 2.6 а, I). В даному випадку величина питомого електричного опору r, яка виміряна ідеальним потенціал-зондом, пропорційна потенціалу електричного поля в точці М, тобто:

Пристрій називається потенціал-зондом тому, що в точці М вимірюється значення потенціалу електричного поля.

. (2.14)

1 – живлячі електроди; 2 – приймаючі електроди;

3 – точка виміру r_у

Рисунок 2.6 – Потенціал-зонди (а) і градієнт-зонди (б)

Переважно використовуються трьохелектродні потенціал-зонди (Рис. 2.6, а, II – IV). Величина r_у в даних зондах визначається за формулою:

, (2.15)

де - коефіцієнт однополюсного зонда;

- коефіцієнт двополюсного зонда.

Використання для вимірювання r_у ідеальних двохелектродних потенціал-зондів на трьохжильному кабелі недоцільне, у зв’язку з виникненням значних електрорушійних сил індукції у вимірювальній жилі кабелю. Ці електрорушійні сили суттєво спотворюють величину потенціалу, а відповідно, і значення уявного опору.

Відстань між зближеними непарними електродами L_пз=АМ є розміром або довжиною потенціал-зонда. Точка до якої відноситься вимір, називається точкою запису та позначається буквою “O”. Точка запису в потенціал-зонда умовно розміщена посередині між електродами А і М. Розмір потенціал зонда L_пз=АМ визначає його глибинність дослідження та загальний вид кривої уявного опору.

Якщо допустити вимірювання величини r з відносною похибкою 5 %, то в потенціал-зондах відстань АВ (або МN) необхідно брати рівною або більшою 10·АМ.

Градієнт-зонди – це зонди, в яких відстань між парними електродами (АВ або МN) мала в порівнянні з відстанню між непарними електродами (АМ), тобто MN<AM або АВ<AM (Рис. 2.6, б). Якщо відстань між зближеними електродами МN або АВ прямує до нуля, то такий зонд називається ідеальним градієнт-зондом (Рис. 2.6 б, I). Величина уявного опору, яка заміряна ідеальним градієнт-зондом, пропорційна градієнту потенціалу Е електричного поля в точці О, яка є серединою відстані між електродами М і N:

. (2.16)

На практиці використовують трьохелектродні неідеальні градієнт-зонди, величина r_у яких пропорційна зміні різниці потенціалів на ділянці МN.

Переважно використовуються градієнт-зонди з відстанями між електродами МN або АВ від 0.05 до 2 м. Використання ідеальних градієнт-зондів неможливе, так як, по-перше, не можна виготовити зонд з нескінченно близьким розміщенням електродів, а по-друге при нескінченно близьких один від одного електродів різниця потенціалів настільки мала, що її практично не можна виміряти.

Відстань L_гз=АО між непарним електродом і серединою парних електродів є розміром градієнт-зонда. Точка запису О кривої r_у в градієнт-зонда розміщена посередині між парними електродами.

Якщо допустити вимірювання величини r градієнт-зондом з відносною похибкою до 5 %, то відстань АО (або МО) необхідно брати рівною або більшою 10·МN (10·AB).

За призначенням електродів, які розміщені в свердловині, зонди можуть бути однополюсні або прямого живлення та двополюсні або взаємного живлення.

В однорідних середовищах величина r залежить не тільки від типу зонда, але і від взаємного розміщення його електродів. У зв’язку з цим розрізняють послідовні та обернені трьохелектродні потенціал- і градієнт-зонди. Послідовними називають зонди, в яких парні електроди (А i В або М i N) знаходяться внизу, оберненими називають зонди, в яких парні електроди розміщені вище непарного.

На практиці геологічний розріз у свердловині є неоднорідним, тобто є пласти низького і високого опору, різної товщини, є також вплив самої свердловини, яка значно відрізняється за опором від гірських порід. Завдяки цьому, питомий електричний опір, заміряний у свердловині установкою (зондом), буде відрізнятися від дійсного і називається уявним, або позірним питомим електричним опором r_у.

Зонди позначаються наступним чином: А2.0М0.25N – однополюсний послідовний градієнт-зонд: верхній електрод А – живлячий, нижче нього на відстані 2м розміщений електрод М і на відстані 0,25м від М – інший вимірювальний електрод N. Інший живлячий електрод В розміщений на значній віддалі від свердловинних електродів. Розмір зонда L_гз=2.125 м.

Зонд прямого живлення (однополюсний) можна зробити зондом взаємного живлення (двополюсним) і навпаки. При цьому результат вимірів не змінюється. Це правило строго доказується математично і називається принципом взаємності.