Способ электрической корреляции Советский патент 1984 года по МПК G01V3/26 

Изобретение относится к геологоразведке с применением скважин и служит для электрической корреляции пластов или тел в межскважинном прост эанстве, «отличающихся по своим электрическим свойствам от вмещающих их пород.

Известен способ определения местоположения глубинных поперечных разрывов между двумя пространственными скважинами, который можно использовать только для пластрв низкого по отношению.к вмещающих породам электрического -сопротивления. Для осуществления измерения по этому способу питающие электроды заземляют в пласт, пересекаемый скважинами, и по характеру электрического поля на поверхности определяют разрыв этого пласта СП.

Однако для пластов высокого сопротивления этот способ Непригоден, так как пласт высокого сопротивления в этом случае является экраном, а возможность заземления отсутствует.

Известен также способ электрической корреляции(СЭК), заключающийся в том, что один питающий электрод заземляют в проводящем подсечении, а обратный электрод - во вмещающих породах последовательно выи:е и ниже первого электрода, сохраняя в обоих случаях расстояние между ними неизменным, Дважды измеряют потенциал электрического поля в другой скважине, между которыми производится корреляция пласта или тела, при каждом фиксированном положени.и первого питакхцего электро-1 да С2.

Однако данный способ применим только в том случае, когда тело является проводящим, т.е. обладает повышенной проводимостью по отношению к вмещающим его породам и не дает результата в обратном случае, при этом измеряется потенциал электрического поля, для чего необходимо второй измерительный электрод относить в бесконечность у что создает дополнительные трудности при проведении измерений этим способом и благоприятные условия для всевозможных наводок на приемную линию.

Известен также способ заряда, который основан на изучении постоянного (импульсного) электрического низкочастотного (около 100 Гц) магнитного (СЗМ) поля точечного источника, расположенного в проводящем рудном теле или во вмещающих породах. Второй электрод питающей сети заземляют таким образом, чтобы можно было пренебречь его полем в пределах исследуемой площади, т.е. относят его в бесконечность. Поля изучают как на дневной поверхности, так и в окружающих скважинах и выработках. Межскважинный вариант также называют методом электрической корреляции (МЭК), который выполняется только на постоянном (импульсном) токе. При выделении аномалий проводимости используют нормальные поля для однородных и простейших неоднородных сред, для изучени-я которых измеряют потенциал или градиент потенциала погруженного точечного источника в изотропное полупространство СЗ .

Однако в связи с тем, что поле гармонического электрического диполя или погруженного точечного источника создает как вихревое, так ипотенциальное электрическое поле, а также вихревое магнитное поле, то при скважинных измерениях в СЗМ измеряются только магнитные характеристики поля. СЗМ применяют в условиях мерзлых и каменистых грунтов, т.е. высокоомных,С целью прослежива ния рудных жил и сульфидных месторождений. При этом частота поля, выбранная около 100 Гц, ограничивает радиус исследования, особенно в хорошо проводящих породах и обладающих магнитными свойствами, так как проявляется скин-эффект, из-за которого метод пролишленностью практически не применяется.

Наиболее близким к изобретению является способ электрической корреляции , при котором йозбуждают в первой скважине электрическое поле Зощанной интенсивности, а во второй скважине дискретно измеряют градиент потенциала этого поля в функции глубины 4 J.

О наличии нарушений условий залегания пластов судят по появлению характерных аномалий и отклонению направлений осей корреляции (линий, соединяющих источник тока с точками перехода кривых через нуль) нормального, характеризукяцего направления слоистости пород.

Цель изобретения - повышение точности измерения.

Цель достигается тем, что согласно способу электрической корреляции, в котором возбуждают в первой скважине электромагнитное поле заданной частоты и интенсивности, а во второй скважине измеряют градиент потенциала этого поля в функции глубины, по которому судят о непрерывности исследуемого пласта, расстояния между скважинами выбирают не более 1,5 глубины подошва исследуемого пласта, при этом регистрацию градиента ведут непрерывно.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема осуществления способа, на фиг. 2 - график а потенциала поля и его.градиента (при соблюде нии условия X l,5h), на фиг. 3 график В потенциала и его градиен г .(при l,5h); на фиг. 4 - гра потенциа7 а в зависимости от расстояния между скважинами при фиксированной глубине погружения ист ника, где 2,22 - точечный источ ник тока в скважине 1 на различно удалении от скважины 5 по мере ув личения расстояния между ними, и соответстсующие им графики потенц .лов д, е, ж. Схема (фиг. 1), вклю чает скважину.1, токовые заземлен (точечные источники) 2 и 3, первы электрод 4 измерительного диполя, скважину 5, второй электрод б измерительного диполя, пласт угля 7 наземный измерительный блок 8, ав тономный возбудитель 9 поля,-карто длинные подъемники 10. Потенциал погруженного точечно источника тока в однородной среде с удельным сопротивлением f раве в обвдем виде при X и X « h V.(, - сила Toka, вытекающего из источника; Z - координаты точки наблюдения;h - глубина погружения исто ника. Если расстояние между источнико и точками наблюдения становится со измеримо с .глубиной погружения 12 И граисточника, то потенциал диёнт потенциала (,r fx(2t,-Z) . сЛ2 4-ii {xW).() Кривая пересекает ось Z в эпицентре источника тока. Максимум потенциала соответствует эпицентру источника и убывает в зависимости от расстояния до линии наблюдения. По мере увеличения расстояния от гд убинного источника до точки наблюдения в скважине максимум потенциала смещается к дневной поверхности и совпадает с ней при h/K 1,41 (фиг. 4), Влияние дневной поверхности на форму и значение потенциала и его градиента по оси скважины наблюдения начинает сказываться по меIpe увеличения расстояния между источником и линией наблюдения, начиная с X 0,3h. Для X 0,3h кривые V и в присутствии границы раздела и для безграничного пространства отличаются между собой на 5%. С увеличением X 0,3h кривые потенциала становятся асимметричными, увеличиваются в амплитуде, а у кривых градиента потенциала увеличивается величина одного экстремума, а вблизи поверхности он исчезает (фиг. 3). Если создать в скважине 1 на заданной глубине электрическое поле погруженным источником 2 и наблюдать максимум потенциала или нулевое значение его градиента (переход функции через нулевое значение) на оси скважины 6, расположенной на расстоянии X йт первой скважины, значительно меньшем, чем глубина источника 2, то этот максимум будет находиться на той же глубине. По мере увеличения расстояния X между скважинами максимум потенциала и нулевое значение градиента будет смещаться к дневной поверхности, так как после будет искажаться границей раздела земля-воздух, причем тем сильнее, чем меньше глубина источника и чем больше расстояние между скважинами. Это и наклгщывает ограничения. Расчетами и опытами установлено, что это расстояние ограничивается величиной в l,5h глубины подошвы пласта (фиг. 1-3). Кажущееся сопротивление гармоническому току j)u/ в отличие от в методах, использующих ..постоянный ток - величина комплексная. Она характеризуется амплитудой и фазовым сдвигом, имеющим .место при распространении поля в земле t Juj )uj|e , (4) где t - аргумент мнимой iacTH. Первичные поля точечных возбудиелей при гармоническом возбуждеии распространяются как затухаюие в пространстве однородные плоские сферические волны. Связь этих полей с частотой и параметрами среы (М, р и у ) выражается через лину волны А 2П yi/fjr/nir (5 ) где 7 - проводимость среды; /U. - магнитная проницаемость; ш циклическая частота 2Пг ибо через безразмерный параметр приведённое расстояние КХ : (к + к1 X (6) где К волновое число, а к и к соответственно действительная и мнимая часть,-

X - расстояние от источника до точки наблюдения;

К - мнимая часть волнового числа - показатель поглощения волны характеризует скорость затухания волн в ГТространстве

(7

К

Фазовая скорость распространения ПОЛЯ V описывается уравнением

V A| w/K yfu;/y/u . (8)

Глубина проникновения поля (толщина скин-слоя) есть расстояние, на котором амплитуда волны затухает в С раз.

3 Д/-2л У2Д/и;/ о . (9)

Эффективная глубина проникновения JQ поля

Т/ -

Причем влияние скин-эффекта возрастает с рюстом расстояния от исто ника поля до точки наблюдения и уменьшением длины волны (т.е. ростом частсЗты, проводимости и магнитных свойств среды в которой распространяется поле).

Сдвиг фазы поля относительно истбчника в области приемных электродов может быть существенным и определяется в герцах как

( 3 Rj и Ур, - соответственно действительная и мнимая Часть амплитуды Е гармонических колебаний частоты и.

Аналитические, выражения компо-; нент электромагнитных полей на поверхности однородного полупространства позволяет количественно исследовать их поведения в зависимости от X/Д и X/h, где X - расстояние от возбудителя поля до точки наблюдения, h - глубина погружения источника поля.

На основании изложенного можно сделать вывод, что глубина и радиус исследования определяется частотой поля, а сдвиг фазы и скин-эффект наиболее четко проявляется в волновой зоне, т.е. при рЛносах X, превышающих длину волны Д .

При X Д наблюдается сильное затухание по сравнению с первичным полем. Например амплитуда поля Е у в волновой зоне меньше соответствующего первичного поля в 40 ( Д .

Зависимость длины волны д, выраженной в долях глубины погруже,нйя источника h от расстояния до источника поля от. точки наблюдения X в долях глубины погружения источника поля h представлены в табл. 1 и 2. Т.а блица

«X/h

1/4

1/2

10 /h 4

16

15 8

16

16

16

Положим h 0,5 км, тогда табли а преобразуется (умножим всего на 0,5) (см. табл. 2).

Т а б л и ц а 2

0,25

0,125

0,5

Точечный

Пересечет из Д в параметры среды можно выполнить по формуле t. ЮУ

А2

Определяя частоту в герцах, получаем результат см. табл. 3).

ТаблицаЗ

0,125

kM

0,25

0,5

Точечный

12,5 3,0 0,8 0,8 источник 5

500 1250310 76 78

5

3,0 0,8 0,8 0,8 200 310 78 78 78

Для достижения глубин порядка 500 м и соблюдения условия X fl,5. h среднее удельное сопротивление изучаемой среды может принимать значения 5 500 и более Ом, причем

СПОСОБ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ КОРРЕЛЯЦИИ, в котором возбуждают в первой скважине злектрическоьГ поле заданной частоты и интенсивности, а во второй скважине измеряют градиент потенциала этого поля в функции глубины, по которому судят о непрерывности исследуемого пласта, отличающийся тем, что, с .-целью повышения точности измерений, расстояния мезаду скважинами выбирают не боле«9 1,5 глубины подошвы исследуемого- пласта, при этом регистрацию градиента потенциала ведут непрерывно. fff / / v NvC4vJvvv4vvvv / 7