Электрометрический зонд Советский патент 1984 года по МПК E21B47/12 G01V3/18 

сь

Изобретение относится к горному делу, а именно к устройствам контроля напряженно-деформированного состояния горных массивов геофизическими методами.

Известно устройство для электрического каротажа скважин, содержащее многоэлектродный зонд, каждый электрод которого имеет пружинные контакты, скользящие по обсадной трубе скважины и вьшолненные в виде упругих проводников.

Данный зонд может найти применение в разведочной геофизике при каротаже вертикальных скважин с обсадными трубами, т.е.. он может передвигаться по скважине под собственным весом. Электроды создают между составляющими их упругими элементами эквипотенциальную поверхность, что исключает возможность определения электрической анизотропии пород ll .

Однако для работы в подземных условиях требуются портативные зонды Д.11Я каротажа разноориентированных скважин (направленных вверх, вниз, горизонтально, под углом по отношению к контуру угорных выработок). Скважины не являются обсаженными, не заполнены буровым раствором. Осуществление передвижения зондов под собственным весой исключается, перемещение должно осуществляться досыпочным устройством. Это, в свою очередь, приводит к требованию малого веса зонда (не.более 3 кг) и досылочных устройств, осуществлению равномерного контакта по периметру сечения скважины.

Наиболее близким к изобретению цо технической сущности является электрометрический зонд, состоящий из корпуса и содержащий приемные и питающие электроды,вьтолненные в виде электрических контактов и токопроводящего кольца, соединенных кабелем с коробкой переключателей, содержащей переключатели полярности zj .

Однако известный зонд также не позволяет определять электрическую анизотропию горных пород вокруг скважин, по которой можно делать заключение о виде напряженно-деформированного состояния горных, пород: определять ориентацию квазиглавных механических напряжений.

Целью изобретения является увеличение разрешающей способности измерений.

Указанная цель достигается тем, что в электрометрическом зонде, состоящем из корпуса и содержащем приемные и питающие электроды, выполненные в виде электрических контактов и токопроводящего кольца, соединенных кабелем с коробкой-переключателем, содержащей переключатели полярности, токо проводящее кольцо приемных электродов выполнено в виде электрически изолированных сегментов из упругих проводников, равномерно размещенных по окружности корпуса, причем каждый сегмент соединен отдельной жилой кабеля с переключателем полярности.

На фиг.1 приведен электрометрический зонд, общий вид; на фиг.2 - узел I на фиг. Г; на фиг.З - сечение А-А на фиг.2, на фиг.4 - сечение Б-Б на фиг.1,. на фиг.З - сечение В-В на фиг. 1, на фиг.6 - схема электрокаротажа в подземной выработке, на фйг.7принципиальная электрическая схема зонда и коробки переключателя; .на фиг.8 - схема опроса падения потенциалов между приемными электродами зонда по направлениям в пространстве.

Зонд состоит из приемных электродов 1, питающих электродов 2, базы 3, заглущки 4, опорного люнета 5, хомута 6, многожильного .кабеля 7, удлинителя 8 и коробки-переключателя 9.

Питающие электроды 2 состоят (фиг.2) из корпуса 10 (текстолит или другой изолятор), электрических контактов 11 (изогнутых стержней 2 мм из нержавеющей стали), равномерно размещенных по периметру корпуса и закороченных между собой токопроводящим кольцом 12. Токопроводящее кольцо представляет собой эквидопотенциальную поверхность для стержневых контактов и крепится к корпусу 10 винтами 13. Для удобства размещения электродов на базе зонда -и с целью оперативной замены одного типа размеров электродов на другой либо замены вышедших из строя по техническим причинам корпус 10 вьтолнен в виде двух половинок, скрепляемых между собой на базе 3 винтами 14. Кольцо 12 также выполнено в виде двух полуколец, закороченных между собой через клеммы 15 и крепящихся к корпусу винтами 13. К проводящим кольцам питаю3щих электродов 2 на клеммы 15 подведены жилы кабеля 16 (по одной на каж дый электрод). Кольцо 12, прикрепляясь к корпусу 10 винтами 13, осущест вляет одновременно фиксацию упругих электрических контактов 11, закорачи вая последние между собой. В приемных электродах 1 токопроводящее кольцо 12 подразделено -на электрически изолированные между собой сегменты 17 (фиг.2, сечение Б-Б), крепящиеся k корпусу 10 винтами 18. В пределах каждого проводящего сегмента 17 электрические контакты - стержни-проводники 11 закорочен между собой посредством прижатия сег мента 17 к корпусу 10 винтами 18. К последним крепятся также клеммы 19, к- которым крепятся отдельные жилы 20 кабеля 7. Все сегменты пронумерованы против часовой стрелки, при этом середина перйого сегмента располагаетс над продольной риской 21, проходящей вдоль, базы 3. Все сегменты по своим параметрам идентичны и равномерно размещены под углами Cf . k Ср , k 1, 2, ... (|, 211 /п, где П - число сегментов в приемном электроде 1. Жилы кабеля 7 для первого и второго приемных электродов 1 различны. Поэтому общее число жил в кабеле зонда равно 2h+2 (две жилы для питающих электродов 2). Угловые положения соответственно пронумерованных сегментов 17 приемных электродов 1 совпада ют, т.е. k -и сегмент 17 первого приемного электрода 1 находится под тем же углом ( относительно продольной риски 21 на базе 3, что и k-й сегмент второго приемного электрода 1. Все четыре электрода - пита ющие 2 и приемные 1 крепятся к базе 3 винтами 22 через изоляторный цилиндр 23. Опорный люнет 5 служит для воспри ятия веса эонда и досыпочного устрой ства с целью обеспечения равномерног контакта электродов со стенками сквй жин. Устройство работает следующим образом. В скважину 24 (фиг.З) заданного диаметра (46, 59 и 76 мм), расположе ную перпендикулярно стенке выработки 25, помещается зонд 26. Положение продольной риски 21 на баэе зонда 3 определяется ориентирующим устройством. Обычно направление от оси сква164жины к первому сегменту 17 приемных электродов 1 принимается совпадающим с вертикалью вверх, (линия отвеса) ., Зонд устанавливается в скважину на заданную глубину досылочным устройством (стыкуемые трубы с жестким тангенциальным креплением). Между питающими электродами 2 (фиг.З) пропускается постоянный ток от шахтных аккумуляторов, создаюиц й вокруг скважины электрическое поле, структура которого зависит от вида напряженно-деформированного состояния ropHbix пород, проявляющегося в электрической анизотропии последних. Эпюра падения потенциалов между приемными электродами 1 (фиг.4 и 5) замеряется путем поочередного опроса сегментов соответственно 17„-172, ,. Это осуществляется следующим образом. Переключатели 27 и 28 (фиг.З) одновременно устанавливаются в положения соответственно , 172-172 и т.д. с измерением на электроразведочном приборе 29 (автокомпенсатор типа АЭ-72) падения потенциалов для фиксированных положений переключателей. Затем зонд поступательно смещается в другое положение по скважине, после чего производятся измерения в той же последовательности. Шаг каротажа выбирается исходя из требуемой детальности геомеханических исследований. Устройство разработано исходя из потребноётей геомеханических служб горных предприятий иметь методы и средства оперативного контроля напряженно-деформированного состояния массивов по геофизическим характеристикам. Поскольку имеется физическая связь между тензором механических напряжений и тензором электрической анизотропии, то вопрос о возможности создания геофизических скважинных приборов, позволяющих изучать анизотропные свойства пород, представляет очевидную значимость. Применение предлагаемого устройст ва геомеханически1ум службами горных предприятий позволит существенно упростить операцию получения сведений о виде напряженно-деформированного состояния горных массивов. Предлагаемое устройство позволяет определять напряжения скважинным электрометрическим методом, который .существенно упрощает эксперименты по S1101 контролю вида напряженно-деформированного состояния горньос массивов, Оперативньш контроль напряженно-дефор7/( Я , „„ Фиг.З Фиг. 4 7166 мированного состояния массивов важная предпосьшка повьшения безопасности ведения горных работ. 1Q Ф1/г. 5

ЭЛЕКТРОМЕТРИЧЕСКИЙ ЗОНД, состояпщй из корпуса и содержащий приемные и питающие электроды, выт полненные в виде электрических контактов и токопроводящего кольца, соединенных кабелем с коробкой-переключателем, содержащей переключатели полярности, отличающийся тем, что, с целью увеличения разреша ющей способности измерений, токопроводящее кольцо приемных электродов выполнено в виде электрически изолированных сегментов из упругих проводников, равномерно размещенных по окружности корпуса, причем каждый сегмент соединен отдельной жилой кабеля с переключателем полярности. (Л