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        視電阻率法測(cè)井中探測(cè)電極距選擇的探討

        2014-03-22 23:51:46張福生
        科技創(chuàng)新與應(yīng)用 2014年10期
        關(guān)鍵詞:電阻率曲線

        張福生

        摘 要:電阻率曲線是油、煤田測(cè)井中很重要的一條參數(shù)曲線,結(jié)合其它的測(cè)井曲線可以解決各種地質(zhì)問(wèn)題。但要準(zhǔn)確得到目的層的真電阻率值,就要考慮各地區(qū)、井的結(jié)構(gòu)的影響,消除這些影響就必須選擇合適的電極距。文章通過(guò)具體數(shù)據(jù)討論分析各種因素影響下如何有效地選擇電極距的大小,對(duì)利用好該曲線有一定的借鑒意義。

        關(guān)鍵詞:電阻率;電極距;曲線;探測(cè)半徑

        1 視電阻率測(cè)井的原理

        視電阻率法是以研究巖石電阻率(導(dǎo)電能力)為基礎(chǔ)的測(cè)井方法。它是通過(guò)測(cè)量人工電場(chǎng)沿著井剖面的變化來(lái)反映電阻率變化,從而解決地質(zhì)問(wèn)題。其理論公式為ρs=k·■其中ΔUmn為M N兩點(diǎn)間的電位差 ,I為供電電流,K為電極系系數(shù),它的大小取決于電極之間的距離,不同的電極排列具有不同的系數(shù)。所以說(shuō)ρs的大小即決定于電極的排列和電極之間的距離的大小,又決定于介質(zhì)不均勻的程度以及電極和介質(zhì)中不均勻體的相對(duì)位置,同時(shí)還與地質(zhì)體的大小(即巖、煤層的厚度)有關(guān)。理論和實(shí)踐都證明,只要合理地選擇測(cè)量的技術(shù)條件,譬如供電及測(cè)量電極的排列;電極之間的距離(電極距)等,起主導(dǎo)作用的因素就是與電極系最靠近的巖層。這個(gè)巖層的真電阻率越大,測(cè)量與求解出來(lái)的視電阻率也就越大,反之越小。

        2 電極系及電極距的選擇

        對(duì)于不同地層厚度,理論曲線的異常幅值是不一樣的。地層厚度越小,異常幅值越小。在考慮到井的影響時(shí),同樣可以看到,井的影響越大,曲線異常幅值越小。在視電阻率測(cè)井中,要求對(duì)于目的層測(cè)出的ρs曲線具有異常幅值大的特點(diǎn),以利區(qū)別于非目的層的其它巖層。另外,在某些需要用ρs值來(lái)近似代表目的層真電阻率值時(shí),也希望ρs值盡量地大,這樣就更接近于真電阻率值。為了使實(shí)際使用該方法時(shí)達(dá)到應(yīng)有的效果,就應(yīng)很好地選擇所使用的電極系與電極距。

        2.1 電極系的探測(cè)半徑

        在鉆孔中測(cè)視電阻率曲線時(shí),電極系置于井內(nèi),以探測(cè)半徑來(lái)表征電極系周?chē)慕橘|(zhì)對(duì)ρs值的影響范圍的大小。

        2.1.1 電位電極系的探測(cè)半徑

        如果在電阻率為ρ的均勻介質(zhì)中,取一點(diǎn)P,它離供電電極A的距離為r,當(dāng)供電電流為I時(shí),比較一下M、P二點(diǎn)間的電位差和M、N二點(diǎn)間的電位差(N電極離A電極無(wú)限遠(yuǎn)),就不難看出電位電極系的影響范圍。可知:

        式中,Um、Up、Un分別為M、P、N點(diǎn)的電位;AM、AN分別為A、M和A、N之間的距離。

        上面兩式相除得到: (1-1)

        根據(jù)(1-1)來(lái)討論=f(r)的關(guān)系,縱坐標(biāo)以表示,橫坐標(biāo)以(橫坐標(biāo)這樣表示是為了使探測(cè)半徑以AM的距離為單位)。可以看出:值在2以?xún)?nèi)變化時(shí),的值上升很急??;在2以后變化時(shí),的變化就緩慢得多;最后當(dāng)值達(dá)到8時(shí),的值就基本不變化了;隨著繼續(xù)增大,的值就趨于一個(gè)常數(shù)值。因此,決定M點(diǎn)電位(或者說(shuō)MN兩點(diǎn)之間的電位差)基本上是電極A附近的介質(zhì),而總的影響范圍為5~10倍的電極距(即=5~10)。所以所測(cè)得的視電阻率值主要是位于電極系影響范圍內(nèi)的巖石電阻率所決定。所以,電位電極系的探測(cè)半徑等于2倍電極距,即R=2L。

        2.1.2 梯度電極系的探測(cè)半徑

        可以用同樣的方式來(lái)討論梯度電極系的探測(cè)半徑,所不同的是在電位電極系中是討論M點(diǎn)的電位,討論ΔUmp/Um=50%的r值;而在梯度電極系中是討論MN的中點(diǎn)O點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度的值,討論Ep/E=50%的r值(式中E為所設(shè)梯度電極系記錄點(diǎn)O點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度,Ep為相當(dāng)于E的P點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度)。因此可得:

        L2=0.5 r2=2L2

        ∴r=L≈1.4L

        即梯度電極系的探測(cè)半徑R為1.4倍的電極距。

        比較一下電位電極系與梯度電極系的探測(cè)半徑可以看出,在相同的電極距(即AM=AO)條件下,電位電極系的探測(cè)半徑要大于梯度電極系的探測(cè)半徑。

        2.2 電極系與電極距的選擇

        2.2.1 電極系的選擇

        比較兩種電極系(即梯度電極系及電位電極系)可以看出:

        (1)梯度電極系具有極大值明顯,易于比較精確地確定高阻巖層界面的優(yōu)點(diǎn)。但由于它的極小值反映不突出,故其位置難以確定。為了較精確地定出高阻巖層頂?shù)捉缑娴奈恢?,?shì)必同時(shí)測(cè)量頂部與底部梯度電極系的視電阻率曲線。電位電極系視電阻率曲線對(duì)高阻巖層中心上、下對(duì)稱(chēng)。根據(jù)實(shí)際曲線在高阻巖層上反映的轉(zhuǎn)折點(diǎn),可以以一條曲線確定巖層頂?shù)捉缑妗?/p>

        (2)在相同電極距的條件下,電位電極系的探測(cè)半徑大于梯度電極系。因此要達(dá)到相同的探測(cè)范圍,梯度電極系的電極距就必須大于電位電極系。這樣,用大電極距所帶來(lái)的屏蔽影響將不可避免。

        (3)在巖層傾角比較大的情況下,使用梯度電極系測(cè)出的ρs曲線,由于形狀嚴(yán)重畸變,不易于劃分目的層的界面位置,而用電位電極系,因?yàn)閮H僅影響一些幅值,仍然可以用它的特征來(lái)確定界面。

        綜上所述,在煤田測(cè)井中,為了解決煤層的定性及定厚問(wèn)題,比較起來(lái),使用電位電極系比較適宜。

        2.2.2 電極距的選擇

        電極系一經(jīng)確定,電極距的選擇就成為測(cè)好ρs曲線的主要問(wèn)題了。電極距選擇原則是使在目的層處測(cè)出的ρs曲線受井的影響最小,受?chē)鷰r的影響也最小,即最大限度地反映目的層的真電阻率值。根據(jù)電極系探測(cè)半徑的概念,用小的電極距,可以使圍巖的影響減小,但是井的影響就增加了;而使用大的電極距,井的影響可以減小,然而圍巖的影響就增加了。所以說(shuō), 兩個(gè)因素是互相矛盾的,這就需要找出一種電極距,使用這種電極距所測(cè)出的ρs曲線達(dá)到井與圍巖的綜合影響最小。反映在結(jié)果上就是ρs曲線能夠明顯地區(qū)分鉆井地質(zhì)剖面上的電阻率不同的地層。實(shí)踐證明,這樣的電極距是可以找到的。

        我們以采用一組實(shí)測(cè)的不同電極距的ρs曲線。煤層厚度分別為0.7米、1米、1.8米。其中0.7米、1米為單一煤層,1.8米為具有夾干的復(fù)雜結(jié)構(gòu)煤層。現(xiàn)在分別對(duì)這三個(gè)煤層所測(cè)得的視電阻率曲線作一些分析。

        (1)AM由0.05m到0.8m變化時(shí),ρsw最大值ρsw先是增加,到AM=0.4m時(shí)ρsw最大,以后隨著AM繼續(xù)增大,ρsw卻降低了。Ρsw增大的原因是井的影響減小了,而以后ρsw又降低是因?yàn)閲鷰r的影響增加的緣故。

        (2)比較不同電極距所測(cè)曲線,以選擇AM=0.4~0.5米為適宜。

        H1=0.7米:

        電極距由0.05米到0.8米變化時(shí),同樣可以看到ρsw增加,但當(dāng)AM增加到0.4m時(shí),ρsw降低,而到AM=0.8m時(shí),煤層在曲線上出現(xiàn)相對(duì)于圍巖為低的異常。

        故對(duì)于這種薄煤層,選擇電極距一定不要超過(guò)目的層厚度,也不要接近于它的厚度,從這份實(shí)測(cè)試驗(yàn)曲線中,電極距選在0.1~0.2m為比較適宜。

        3 結(jié)束語(yǔ)

        應(yīng)該說(shuō)明的是上述資料是有局限性的,因而對(duì)這個(gè)資料的分析也是有具局限性的。這個(gè)局限性就是表現(xiàn)在這個(gè)地區(qū)比較適用,而在另一些地區(qū)不一定適用。因此,我們考慮問(wèn)題的著眼點(diǎn)不應(yīng)在這些具體結(jié)論上面,因?yàn)樗皇菍?shí)質(zhì)性的東西。實(shí)質(zhì)性的問(wèn)題是選擇電極距的原則。電極距選擇得合適,測(cè)出曲線就好,就能較真實(shí)地反映鉆井地質(zhì)剖面各種巖層特別是達(dá)到可采厚度的煤層,并能清楚地劃分結(jié)構(gòu),電極距應(yīng)小于最小可采層厚度。大多數(shù)地區(qū)采用電極距為0.1米的電位電極系。這種電極距對(duì)于厚層來(lái)說(shuō),其幅值較真電阻率要小很多,但基本不影響在曲線上將該層劃分出來(lái)。如果,在勘探區(qū)內(nèi)煤層結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單產(chǎn),層厚較大,也可適當(dāng)加大電極距,所以,針對(duì)不同的地區(qū),要區(qū)別加以對(duì)待,根據(jù)實(shí)際情況選擇不同的電極距,這樣才能夠測(cè)好曲線,真正反映本地區(qū)的真實(shí)的電阻率曲線。

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