Фізичні основи методів опору заземлення

При дослідженні розрізів свердловин вище означеними методами вивчення гірських порід виконується за даними вимірів повного опору заземлення A, що переміщується уздовж досліджуваної свердловини, або струму, що проходить через це заземлення. Сила цього струму I, як відомо, знаходиться в оберненій залежності від величини опору заземлення .

З теорії електричного поля відомо, що в однорідному безмежному середовищі опір заземлення є пропорційним питомому електричному опору цього середовища, і залежить від форми і розмірів заземлення.

В неоднорідному середовищі, яким є система «свердловина – гірські породи», опір заземлення залежить не лише від його форми і розмірів та питомого електричного опору середовища, що безпосередньо прилягає до заземлення (бурового розчину), але й від питомого опору гірських порід.

В практиці методів ОЗ використовуються електроди правильної геометричної форми (сферичної, циліндричної). В методі ковзних контактів іноді користуються пласкими заземленнями з одною ізольованою поверхнею. Тому основним питанням теорії методу опору заземлення і реєстрації струму є вивчення залежності опору заземлень від опорів і розмірів включень, що заповнюють досліджуване неоднорідне середовище, в якому знаходиться заземлення.

При вивченні опорів заземлення довільної форми, що знаходяться в неоднорідному середовищі, вводиться поняття ефективного питомого електричного опору цього середовища. Під терміном ефективний питомий опір неоднорідного середовища розуміється питомий електричний опір такого фіктивного середовища, в якому повний опір заземлення має ту саму величину, що і в даному неоднорідному середовищі.

Головною відмінністю ефективного питомого опору від позірного питомого опору є те, що ефективний опір завжди знаходиться в прямій залежності від питомого електричного опору досліджуваного середовища. Натомість, для позірного опору така залежність може не спостерігатися. Так, наприклад, в пласті малої потужності h високого опору ефективний опір завжди буде більшим за ефективний опір вміщуючих порід, в той час як позірний опір в тих самих умовах, виміряний звичайним потенціал-зондом, розмір якого є більшим за потужність пласта , буде характеризуватися меншими значеннями позірного опору на фоні вміщуючих порід (за рахунок явища подвійного екранування струму).

Методи опору заземлення базуються на вивченні зміни потенціалу заземлення A, що переміщується за розрізом свердловини (рис. 29, а). Величина визначається повним опором заземлення і силою струму I, який емітується заземленням в оточуюче середовище:

(45)

Повний опір заземлення є прямо пропорційним ефективному питомому опору середовища, що оточує заземлення. Коефіцієнт пропорційності, що залежить від розміру і форми заземлення, називається коефіцієнтом заземлення:

, (46)

де – коефіцієнт заземлення А (зокрема, для сферичного заземлення з діаметром коефіцієнт заземлення ). Коефіцієнт заземлення має вимірність довжини і вимірюється в метрах.

Рис. 29. Схеми вимірів не екранованими зондами методів опору заземлення і реєстрації струму: а) – метод одноелектродних зондів опору заземлення (ОЗ), де R_A ~ ∆U_AN, І_АВ = const; б), в) – відповідно, звичайний метод реєстрації струму (МС) і метод ковзних контактів (МКК), де R_A ~ 1 / І_АВ, І_АВ = ∆U_MN / R₀, Е_г = const; Г – генератор змінного струму.

Величина ефективного опору , як і позірного опору , залежить від питомих опорів бурового розчину, зони проникнення, пласту, вміщуючих порід, геометрії середовища, типу і розміру зонда, тобто:

(47)

Як було зазначено вище, в теперішній час для визначення ефективного опору пластів в розрізах свердловин найширше використовуються методи опору екранованого заземлення із автоматичним фокусуванням струму, серед яких в залежності від конструкції зонду (заземлення) розрізняють триелектродну, семиелектродну, дев’ятиелектродну модифікації методів ОЕЗ, або боковий каротаж (БК-3, БК-7, БК-9) та боковий мікрокаротаж в різних модифікаціях (БМК).

БОКОВИЙ КАРОТАЖ