Триелектродний боковий каротаж

Як відомо, відношення визначає межі застосуванні того або іншого методу ПО. При наявності в розрізі свердловини високоомних пластів і сильно мінералізованого бурового розчину ( ) використання методів, що базуються на дослідженнях звичайними зондами ПО, є неефективним, оскільки електричний струм від живлячих електродів буде розповсюджуватися переважно по стовбуру свердловини (по буровому розчину), і основне падіння напруги буде відбуватися саме в буровому розчині (рис 30, а). Але, для визначення питомого опору пласта гірської породи необхідно знати падіння напруги саме в межах цього пласта. Тому, в даному випадку необхідно використати інші зонди, які дозволяють сфокусувати лінії електричного струму в напрямку, перпендикулярному до вісі свердловини (радіальному напрямку), тобто безпосередньо в досліджуваний пласт (рис 30, б). Це стає можливим за умови використання спеціальних зондів – екранованих зондів бокового каротажу.

Рис. 30. Розподіл ліній електричного струму напроти пласта високого опору (щільний вапняк), розташованого в низькоомному середовищі (глини): а) типова ситуація для методів позірного опору та опору не екранованого заземлення – струм розтікається переважно по свердловині та низькоомним пластам, оминаючи пласти високого опору; б) за умови розташування обабіч центрального струмового електрода А₀ двох екрануючих електродів А₁ та А₂, які знаходитимуться під тим самим потенціалом, що і електрод А₀, лінії струму центрального електроду за рахунок екранних ефектів спрямовуються безпосередньо в досліджуваний пласт.

В частковому випадку триелектродного бокового каротажу (БК-3) конструкція такого зонду передбачає окрім наявності в свердловині одного живлячого електрода , що називається центральним струмовим електродом, ще двох додаткових екрануючих електродів і , що розташовані симетрично відносно центрального (рис. 31). Призначення цих екрануючих електродів полягає у тому, щоб сфокусувати електричне поле центрального електрода і спрямувати лінії електричного струму безпосередньо в пласт. На практиці це досягається двома шляхами: 1) сила струму через екранні електроди автоматично (за допомогою регулюючого пристрою, розташованого в каротажній станції на поверхні) підтримується такою, щоб різниця потенціалів між центральним і екрануючими електродами дорівнювала нулеві (рис. 32, а); 2) із використанням шунта малого опору ( Ом), який включається між центральним і екранними електродами (рис. 32, б). В обох випадках досягається вирівнювання потенціалів усіх трьох електродів, тобто . Внаслідок цього струм центрального електроду не розтікається по свердловині, а розповсюджується в геологічне середовище перпендикулярно до вісі свердловини в шарі, товщина якого приблизно дорівнює довжині центрального електрода (рис. 31, б).

Рис. 31. Триелектродний боковий каротаж з автоматичним фокусуванням струму: а) ескіз каротажного зонду із позначенням основних габаритних розмірів; б) характер розподілу ліній струму в однорідному ізотропному середовищі.

Центральний електрод являється одночасно вимірювальним електродом M, до якого і відносяться результати вимірів (тобто він же являється і точкою запису). Реєструється зміна потенціалу електрода M відносно віддаленого електрода N, що знаходиться в свердловині. Характерними розмірами триелектродного фокусованого зонду БК-3 являються: довжина – відстань між серединами ізоляційних інтервалів між центральним та екранними електродами, – відстань між зовнішніми кінцями електродів і , діаметр зонду (рис. 31, а).

Електроди триелектродного фокусованого зонду, на відміну від електродів звичайних зондів методів ПО (що вважаються точковими), являють собою об’ємні тіла, тому розрахунки електричного поля такого зонду значно складніші. Коефіцієнт зонду визначається геометричними параметрами зонду:

(48)

Загальна довжина триелектродного зонду апаратури типу АБК-Т вибирається рівною приблизно = 3.2 м; довжина центрального електрода 0.15 м (при цьому відстань між серединами ізоляційних інтервалів складає = 0.17 м). Діаметр зонду обумовлюється діаметром свердловини і зазвичай приймається рівним = 73 мм.

Зауважимо, що коефіцієнт зонда (параметри зонда) вибирається таким, щоб в однорідному середовищі ефективний опір, виміряний цим зондом, дорівнював істинному питомому опору.

Рис. 32. Дві схеми забезпечення фокусування струму центрального електрода зонду БК-3: а) із використанням регулюючого пристрою (РП), що автоматично вирівнює потенціали центрального А₀ та екранних електродів А₁, А₂; б) шляхом з’єднання центрального й екранних електродів через шунт низького опору R₀. В першому випадку ρ_еф є прямопропорційним виміряному значенню потенціалу ∆U_A₀_N центрального електрода А₀ по відношенню до віддаленого електрода N при постійному значенні струму І_А0В, що стікає з А₀. В другому випадку для визначення ρ_еф вимірюється сила струму І_А0В (що є прямопропорційною падінню напруги ∆U_R₀ на шунті R₀) та значення потенціалу екранних електродів А по відношенню до віддаленого електрода N; Д – пристрій ділення сигналів.

Криві методу БК-3 характеризуються значною роздільною здатністю (яка залежить від відстані ), за ними достатньо впевнено виділяються пласти потужністю 0.5–1.0 м. Застосування триелектродного фокусованого зонду виключає екранні ефекти одного пласта іншим. У зв’язку із цим метод БК-3 є досить ефективним при вивченні тонкошаруватих розрізів і неоднорідних пластів, а також високоомних розрізів.

Радіус досліджень триелектродним фокусованим зондом залежить від його загальної довжини і складає 1–2 м в залежності від геоелектричної характеристики досліджуваного розрізу.