§ 2. Электрические методы каротажа

Способность горных пород проводить электрический ток является од­ним из свойств, которые широко используются при изучении геологичес­ких разрезов скважин. Величина, которая характеризует способность горных пород пропускать электрический ток, называется удельным элек­трическим сопротивлением. Цельное электрическое сопротивление— это сопротивление между двумя противоположными гранями куба по­роды с ребром в 1 м. Единицей удельного электрического сопротивления является омметр (Ом м).

Диапазон изменения удельного электрического сопротивления гор­ных пород широк: от сотых долей омметра до сотен и тысяч омметров. Наименьшими удельными электрическими сопротивлениями обладают породы, сложенные рудными минералами, причем рудные минералы повышают электропроводность породы только при наличии электричес­ки связанных рудных вкраплений; разобщенные вкрапления электропро­водящих минералов на значение удельного сопротивления пород сущест­венно не влияют. Низкими сопротивлениями характеризуются графит и некоторые типы каменного угля (антрацит), насыщенные высокомине­рализованной водой коллекторы. Нефть и газ как и твердая часть (скелет) породы имеют высокие удельные сопротивления. Электропро­водность нефтегазонасыщенных пород обусловлена наличием в порах этих пород остаточной воды (той воды, которую нефть и газ не смогли вытеснить из пласта во время образования залежи), а также связанной воды, входящей в состав скелета породы. Очень высокие сопротивления, достигающие десятков и сотен тысяч омметров, присущи природным солям. Такое различие в значениях сопротивлений позволяет использо­вать этот параметр для выделения в разрезах скважин полезных ископа­емых и определения некоторых их характеристик.

Для измерейия удельного сопротивления горных пород применяют­ся установки, состоящие из четырех электродов, которые обозначаются AMNB (рис. 2). От блока питания БП через электроды А и В, называ­емые токовыми, в скважину и окружающие ее породы подается элект­рический ток I, создающий электрическое поле. При помощи двух других электродов М и N, называемых измерительными, регистриру­ющим прибором РП регистрируется разность потенциалов этого поля между двумя точками скважины. Три электрода А, М я N составляют обычный каротажный зонд, который спускают в скважину на каротаж­ном кабеле. Четвертый электрод В находится на удалении от зонда, обычно на поверхности земли вблизи устья скважины. Размеры электро­дов малы по сравнению с расстояниями между ними.

В окружающей электрод А среде всегда можно найти точки, име­ющие одинаковые потенциалы. Эти точки образуют эквипотенциальную поверхность («экви»—равный). Предположим, что среда окружающая электрод А, однородна. В этом случае для точечного источника эк­випотенциальные поверхности будут представлять собой концентри­ческие сферы, а на плоскосги—окружности, центром которых будет

Р

О

мтт

ис. 2. Схема измерения удельного электри­ческого сопротивления горных пород

электрод А. Так как потенциалы всех точек, принадлежащих одной окружности, равны, то измеряя потенциалы в скважине электродами М и N, мы тем самым измеряем потенциалы пород в точках, удаленных от токового электрода на те же расстояния — AM и AN.

В соответствии с законом Ома сопротивление проводника R пропор­ционально разности потенциалов на его концах (в нашем случае U_M и t/,_v) и обратно пропорционально протекающему через него току /:

R = (U_m-U_n)H=AUII.

Так как удельное сопротивление измеряется зондом, тип и размеры которого могут меняться, то в нашем случае

R=K(AU 11),

где К—коэффициент зонда, зависящий от его типа и размеров.

Среда, окружающая скважину, неоднородна; ее удельные сопротив­ления меняются как в вертикальном, так и в горизонтальном направле­нии, что обуславливается сменой пластов, наличием ПЖ и зоны проник­новения. Поэтому применительно к скважинам формула дает не истин­ное удельное сопротивление горных пород, а некоторое усредненное, называемое кажущимся удельным электрическим сопротивлением, кото­рое обозначается р* или КС. Таким образом:

p

(1)

_x = K(AU/I).

Результаты измерений КС представляют в виде кривой КС, показы­вающей изменение этой величины с глубиной. Для ее получения до­статочно, сохраняя неизменным ток /, записывать при перемещении зонда вдоль скважины изменение разности потенциалов AU, создава­емой электрическим током между электродами М и N. Так как Д U в данном случае пропорциональна КС, то полученная кривая будет представлять собой кривую сопротивления в некотором масштабе. При­меры записи кривой КС, а также кривых других методов показаны на рис. 3.

КС

ПС

ГК

ггк-п

ггк-с

ГГК-П ГГК-С РРК

Рис. 3. Примеры записи параметров горных пород методами ГИС:

I—нефтеносный песчаник; 2—уголь; 3—сульфидные руды; 4—глина; 5—песчаник плот­ный; б—известняк

I* ill* и*

Существует несколько типов зондов. Если у зонда электроды М в N сближены, т. е. MN значительно меньше AM (как показано на рис. 2), то такой зонд называется градиент-зондом. КС, измеренное таким зондом, пропорционально градиенту потенциала электрического поля в точке М. Если расстояние AN значительно большее чем AM, то его потенциалом можно пренебречь. В этом случае разность потенци­алов AU практически станет равной потенциалу электрода М. Такой зонд называется потенциал-зондом.

Электроды зондов, включенные в одну цепь (токовую или измери­тельную), называются парными; электрод^ включенный в одну цепь с удаленным электродом—непарным. Таким образом, у потенциал-зон­да расстояние между парными электродами больше, чем между непар­ными; у градиент-зонда, наоборот,—расстояние между непарными эле­ктродами больше, чем между ^парными. Градиент-зонд, у которого парные электроды расположены внизу, называется подошвенным; на кривых КС, измеренных таким зондом, более четко отбивается нижняя

граница пласта—подошва. Зонд, у которого парные электроды рас­положены сверху, называется кровельным, на кривых КС более четко отбивается верхняя граница пласта—кровля. Зонд с одним токовым электродом и двумя измерительными называется однополюсным, с од­ним измерительным и двумя токовыми—двухполюсным.

Результат измерения градиент-зондом относят к середине расстоя­ния между сближенными электродами—точке записи. Длиной градиент- зонда называют расстояние от непарного электрода до точки записи. Радиус исследования градиент-зонда считают равным длине зонда. За длину потенциал-зонда принимают расстояние между сближенными эле­ктродами, замер относят к середине этого интервала. Радиус исследова­ния потенциал-зонда равен его удвоенной длине.

Зонд обозначается буквами А, В, М, N в порядке расположения электродов сверху вниз и цифрами, указывающими в метрах межэлект- родные расстояния; например, запись N0,5M2,0A означает, что измере­ния проводятся однополюсным кровельным градиент-зондом длиной 2,25 м.

Для того, чтобы было удобно сопоставлять результаты измерений КС в разных скважинах одного и того же района, исследования проводят одинаковыми (одним или двумя) зондами—стандартными зондами. Стандартный зонд выбирают таким образом, чтобы кривые КС позво­ляли отмечать возможно большее число пластов, уверенно отбивать их границы и получать правильное представление о сопротивлении пород. Для выделения пластов целесообразно применять зонды малой длины, которыми можно четко отбивать границы пластов, в то время как оценку сопротивлений пород лучше всего проводить по данным измере­ний зондами средней или большей длины, на показания которых влияние ПЖ и зоны проникновения незначительны. Поэтому обычно в качестве стандартных выбирают два зонда—потенциал-зонд малой длины и гра­диент-зонд относительно большой длины. Исследования, проводимые стандартными зондами, называют стандартным каротажем.

Величина КС в значительной мере зависит от^зоны проникновения. На результаты измерения малым зондом основное влияние оказывает ближний к нему участок среды, т. е. скважина и непосредственно примы­кающая к ней часть пласта. Показания большого зонда определяются величиной удельного сопротивления удаленного от него участка пород и слабо зависят от влияния скважины и зоны проникновения. Одним зондом определить наличие такой зоны и ее параметры невозможно. Эти задачи решают путем измерения КС зондами одного типа, но разной длины. Метод получил название бокового каротажного зондиро­вания (БКЗ) или бокового электрического зондирования (БЭЗ). Часто при БКЗ применяют подошвенные градиент-зонды A0,5M0,1N, A1,0M0,1N, A2,0M0,5N, A4,0M0,5N, A8,0M1,0N и кровельный

N0,5M2,0A. Однако могут использоваться зонды других типов и раз­меров.

По результатам измерений БКЗ строят график зависимости КС от длины зонда—кривую БКЗ. Сопоставляя полученную кривую с набо- 14

ром эталонных кривых, рассчитанных для определенных условий изме­рений, определяют сопротивления породы, а также сопротивление и диа­метр зоны проникновения. В СССР детально разработаны теория элект­рического каротажа и методика обработки БКЗ, поэтому этот метод нашел широкое применение, особенно в нефтяных и газовых скважинах.

При исследованиях разрезов горных пород, представленных чередо­ванием пластов небольшой толщины при наличии пластов высокого сопротивления, в скважинах с сильно минерализованной ПЖ обычные зонды электрического каротажа плохо расчленяют разрез. В этих усло­виях более эффективно применение зондов с дополнительными токовы^ ми электродами. Метод, основанный на использовании таких зондов, назван боковым каротажем (БК).

Зонд БК (рис. 4) состоит из трех электродов удлиненной формьь Центральный электрод А₀ и расположенные симметрично относительно него два экранирующие электрода А, и Л₂ представляют собой метал? лические цилиндры, разделенные между собой изоляционными прослой­ками. Через основной и экранные электроды пропускают ток одной полярности и обеспечивают равенство их потенциалов. Благодаря влия­нию поля тока экранирующих электродов, ток /о центрального электро­да направляется непосредственно в пласт слоем, толщина которого примерно равна длине электрода А_0> перпендикулярно оси скважины на значительное расстояние. Тем самым уменьшается влияние скважины и соседних пластов на результаты измерений.

КС, регистрируемое при БК, определяют по разности потенциалов Д U Между любым из электродов зонда и удаленным от них электродом N и рассчитывают по формуле ,

p_t=K(kUj /₀), где К—коэффициент, зависящий от размеров зонда.

Результат измерения зондом БК относят к середине токового элект­рода. Единицей измерения служит омметр.

В семиэлектродным зонде БК применены точечные электроды: це­нтральный Ао, экранирующие At, А_г и измерительные М_и М_г и Щ, N₂. Электроды расположены в следующем порядке (сверху вниз): Ли N\, М\, Ао, М2, N₂, Л₂. Во время исследований ток через экранирующие

электроды регулируется таким образом, чтобы разность потенциалов между электродами М\ и N_K или М₂ и N₂ равнялась нулю. Это равносильно размещению в скважине выше и ниже центрального электрода изоляторов^; длиной M_sN_t и M₂N₂, что заставляет ток электрода А₀ распространяться в глубь скважины узким пучком, подобно тому, как показано на рис. 4.

В девятиэлектродном зонде в отличие от семиэлектродного допол­нительно имеется еще два экранирующих электрода В, и В₂ (расположе­ние электродов: А_{, В_х, N_t, M_u А₀, М₂, N₂, В₂, А₂). Применяя различные сочетания электродов проводят измерения несколькими зондами БК с разными радиусами измерений; тем самым можно определять параме­тры зоны проникновения.

Чем меньше размер зонда, тем он точнее отбивает границы пластов, тем более тонкие прослои горных пород можно выделять с его помо­щью. Зонды малых размеров называют микроустановками. Электроды микроустановок размещены на внешней стороне пластины из изоляци­онного материала—башмака (рис. 5), который в процессе исследования прижимается к стенке скважины, снижая тем самым влияние скважины на результат измерения. Применяется два вида каротажа микроустанов­ками: каротаж обычными мнкрозондами микрокаротаж (МК) и боковой микрокаротаж (БМК).

В средней части башмака обычного микрозонда (рис. 5, а) на рассто­янии 25 мм друг от друга вмонтированы три электрода, А, М и N. С их помощью образуется два микрозонда: градиент-микрозонд АО, 025М0, 025N и потенциал-микрозонд АО, 05М, в котором электродом N служит корпус скважинного прибора. Обратный токовый электрод В устанав­ливается на косе прибора на расстоянии 1 м от корпуса прибора. Запись обоими зондами производится одновременно. КС определяется по формуле (1).

Радиус исследования микроградиент-зонда составляет 4 см, потенци- ал-микрозонда —10—12 см, вследствие чего на показания градиент-

Рис. 5. Схема распространения токовых линий микрозондов:

а—обычный микрозонд; б—боковой трехэлектродный микрозонд: /—вид микрозонда спе­реди; II—вид микрозонда сбоку; I — глинистая корка; 2—порода

микрозонда большее влияние оказывают ПЖ и глинистая корка, а на результаты измерений потенциал-микрозондом—промытая зона. По­этому проницаемые интервалы разреза на диаграммах МК тогда, когда на стенках скважины образуется глинистая корка, в большинстве случаев будут выделяться превышением показаний потенциал-микрозонда над показаниями градиент-микрозонда (будет наблюдаться так называемое положительное приращение). С помощью микрозондов решают задачи детального расчленения пластов, выделения уплотненных прослоев в то­лще проницаемых пластов, которые нельзя выявить зондами больших размеров. Это позволяет оценивать степень неоднородности пластов, что особенно важно при подсчете запасов месторождений полезных ископаемых.

В трехэлектродном зонде БМК (рис. 5, б) центральный электрод А₀ окружен рамочным измерительным электродом М, который, в свою очередь, окружен экранным электродом А_э. Через электрод А₀ пропуска­ют ток /₀, а через А₃—ток /_э, регулируемый так, чтобы разность потенциалов между А₀ и М равнялась нулю. КС определяется потенциа­лом электрода М относительно корпуса. Применение такой системы фокусировки приводит к тому, что токовый пучок от электрода А₀ несколько сжимается вблизи башмака, и расширяется при удалении от него, что способствует существенному росту глубины исследования. Измеренное им КС оказывается в пределах зоны проникновения. Эта модификация БМК называется каротажем ближней зоны.

В двухэлектродном зонде БМК центральный электрод А₀ окружен экранным электродом А_э, занимающим всю остальную поверхность башмака. Электроды обладают одинаковыми полярностью и потенци­алами. КС определяется путем измерения потенциала электрода А₀ или А_э относительно корпуса прибора. Радиус исследования двухэлектрод­ного зонда несколько меньше, чем трехэлектродного.

БМК применяется для детального расчленения геологического раз- зреза, выделения тонких прослоев, не отмечаемых обычными зондами, точного определения их границ и толщины, определения сопротивления части пласта, непосредственно прилегающей к стенке скважины.

Для измерения КС горных пород любым из рассмотренных методов необходимо обеспечить хороший электрический контакт между электро­дами измерительной установки и горными породами. Обычно это не трудно, если скважина заполнена буровым раствором на водной основе. Дело усложняется, если в момент измерения в стволе скважины находит­ся нефть, пресная вода, ПЖ на безводной основе или сухо. Обеспечить надежный контакт электродов с породой в этом случае очень трудно или вовсе не удается. Для измерения КС в таких скважинах используется индукционный каротаж (ИК).

Простейший зонд ИК (рис. 6) может быть представлен двумя катуш­ками индуктивности: генераторной Г и приемной IT, которые располо­жены на токонепроводящей основе. Генераторная катушка подключена к генератору /, который вырабатывает переменный ток частотой 20— 80 кГц. Протекающий по катушке ток создает переменное магнитное

2. 2981 17

Рис. 6. Схема индукционного каротажа

п оле (прямое или первичное), которое возбуждает в окружающих скважину горных породах вихревые токи. В одно­родной среде силовые линии вихревых токов представляют собой окружности с центром по оси прибора (на рис. 6 по­казан элементарный виток вихревых то­ков В). Вихревые токи создают перемен­ное магнитное поле, называемое вторич­ным. Первичное и вторичное перемен­ные магнитные поля индуцируют в из­мерительной катушке электродвижущую силу (ЭДС). ЭДС, возбужда­емая первичным полем, является помехой и компенсируется вводом в цепь приемной катушки ЭДС, равной ей по величине и противополож­ной по фазе. ЭДС от вторичного поля усиливается усилителем 2 и перед­ается на поверхность, где записывается регистрирующим устройством. Ток в генераторной катушке поддерживается постоянным, поэтому сила вихревых токов, и соответственно, регистрируемая ЭДС пропорциональ­ны электропроводности горных пород ст_п.

Длиной зонда L, которая пропорциональна радиусу исследования, называют расстояние между генераторной и измерительной катушками. Результаты измерения относят к середине расстояния между ними О. Так как среда, в которой проводятся исследования, неоднородна, то резуль­татом измерений является не истинная, а кажущаяся удельная электро­проводность о_к, которая определяется по формуле

а_к = Е/К,

где Е—ЭДС от вторичного электромагнитного поля; К—коэффициент зонда.

Единицей удельной электропроводности является 1/(Ом м) или Симменс на метр (См/м); в практике ГИС пользуются тысячной долей См/м—мСм/м.

Чтобы уменьшить влияние скважины, глинистой корки и соседних пластов на результаты ИК, в зонд вводят дополнительные генераторные и измерительные катушки, которые называются фокусирующими. Их число и места установки выбирают в соответствии с назначением зонда ИК. Эти зонды называются фокусированными; в современной аппаратуре применяются только такие зонды. Зонд ИК обозначают шифром, первая цифра которого соответствует числу катушек, вторая — длине зонда. Например: 6Ф1 —фокусированный шестикатушечный зонд длиной в 1 м. 18

ИК предназначен главным образом для определения удельного со­противления пород, когда их значения не велики. По данным ИК можно точно определять положение ВНК, выделять рудные тела, пески и песча­ники, насыщенные высокоминерализованной водой.

Под действием электрического тока горные породы поляризуются. Способность вещества поляризоваться при помещении его в электромаг­нитное поле характеризует диэлектрическая проницаемость Е. Обычно Е выражается в относительных единицах:

E=EJEo,

где Е_л—абсолютная диэлектрическая проницаемость породы; Е₀ — аб­солютная диэлектрическая проницаемость вакуума.

Диэлектрическая проницаемость горных пород зависит от состава минералов, образующих породу, типа пластового флюида, фильтраци­онно-емкостных свойств. Диэлектрическая проницаемость основных по­родообразующих минералов составляет 4—10, нефти—2—2,7, газа— 1, воды достигает 80. Различие значений диэлектрических проницаемостей нефти (газа) и воды позволяет по этому параметру выделять в разрезе горных пород нефтегазонасыщенные и водонасыщенные коллекторы. Метод, изучающий диэлектрические свойства горных пород, получил название—диэлектрический каротаж (ДК).

Зонд ДК (рис. 7) состоит из генераторной Г и двух приемных кату­шек Я, и #₂. Расстояние между одноименными катушками называется базой зонда S, середина которой соответствует точке записи О. Длина зонда L равна расстоянию от удаленной катушки до точки записи. При помощи генераторной катушки в скважине возбуждается высокочастот­ное электромагнитное поле. Электромагнитное поле в каждой точке пространства характеризуется фазой и амплитудой, которые зависят от частоты электромагнитного поля, типа и размера зонда, электрических свойств окружающей среды р_п и Е. В приемных катушках индуцируется ЭДС, пропорциональная Е и КС. С ростом частоты поля влияния р_п на результаты измерения уменьшается. Оптимальной является частота 30—60 мГц, при которой влияние р_п на результаты измерения незначи­тельно.

Диэлектрический каротаж незаменим в случае насыщения коллек­торов пресными водами. Различить в этом случае характер насыщения пластов можно только по величине Е, так как р„ пластов, насыщенных пресной водой и нефтью, практически равны. Метод может успешно решать задачи детального расчленения разрезов скважин, выделять пла­сты мощностью 0,2—0,5 м. Он используется при изучении геологических . разрезов скважин, заполненных непроводящей электрический ток ПЖ, I сухих или обсаженных полимерными трубами.

Для изучения естественных электрических полей, возникающих в гор­ных породах в процессе бурения скважин, применяется метод потенци­алов собственной поляризации (ПС).

Механизма образования ПС рассмотрим на примере, показанном на рис. 8: скважина 1, заполненная ПЖ на водной основе, вскрыла разрез, 2* 19

п

Рис. 8. Схема образования ПС

Рис. 7. Схема трехэлементного зонда диэлектрического каротажа

редставленный песчаным пластом 3, залегающим среди глинистых пластов 2. Глинистые пласты в естественных условиях насыщены водами повышенной минерализации. Минерализация вод песчаного пласта мо­жет быть выше или ниже минерализации промывочной жидкости. Рас­смотрим случай, когда минерализация ПЖ меньше минерализации пла­стовых вод.

Известно, что в водном растворе электрически нейтральные молеку­лы солей распадаются (диссоциируют) на положительные (катионы) и отрицательные (анионы) ионы, которые движутся (диффундируют) с определенными скоростями (подвижностями). При соприкосновении двух водных растворов с различными составами или концентрациями ионов ионы из раствора с большей концентрацией перемещается в рас­твор с меньшей концентрацией. Самой распространенной солью, присут­ствующей в пластовых водах и ПЖ, является хлористый натрий, моле­кулы которого диссоциируют на катионы натрия и анионы хлора, причем подвижность ионов хлора в 1,5 раза выше подвижности ионов 20

натрия. Так как минерализация ПЖ меньше минерализации пластовых вод, то на контакте песчаного пласта со скважиной ионы натрия и хлора диффундируют из пласта в ПЖ. Поскольку анион хлора подвижнее катионов натрия, то ПЖ заряжается отрицательно, а пласт—положите­льно. Возникшие при этом потенциалы называются диффузионными.

Иная картина будет наблюдаться в скважине напротив глинистого пласта. На поверхности глинистых частиц налипают (адсорбируются) ионы из раствора. Анионы обычно более прочно удерживаются силами адсорбции. Адсорбированные анионы практически неподвижны, в то время как подвижность катионов меняется мало. Поэтому в глинистом пласте появляется избыток ионов хлора, а в скважине—натрия. ПЖ зарядится положительно, глинистый пласт — отрицательно; по той же причине песчаный пласт по отношению к глинистому зарядится положи­тельно. Возникшие при этом потенциалы называются диффузионно­адсорбционными. Таким образом, на фоне глинистой толщи песчаный пласт выделится отрицательной аномалией Unc, значение которой будет тем больше, чем меньше в нем глинистых примесей. Если минерализа­ция ПЖ будет больше, чем минерализация вод песчаного пласта, то потенциал Unc напротив этого пласта будет иметь отрицательный знак. Потенциалы ПС измеряют в милливольтах (мВ). Разность в показаниях метода ПС напротив глинистого и песчаного пластов может достигать 100 мВ и более (см. рис. 8, кривая, 4).

В процесее бурения под действием избыточного давления фильтрат глинистого раствора проникает в проницаемые пласты, оттесняя пласто­вую воду. Частицы, слагающие породы, адсорбируют анионы солей пластовых вод, в результате чего количество катионов в жидкости по мере продвижения в породу увеличивается. Жидкость заряжается поло­жительно, приобретая все более высокий потенциал по мере удаления от ствола скважины. Возникшие потенциалы называются потенциалами фильтрации. Складываясь с диффузионно-адсорбционными, они увели­чивают амплитуду ПС напротив проницаемых пород.

В горных породах, содержащих минералы с электронной проводимо­стью, в результате химических реакций между электропроводящими телами (сульфиды, графит, антрацит и другие) и водами, содержащими­ся в ПЖ и пластах, возникает еще один тип потенциалов—окислитель­но-восстановительные потенциалы. Взаимодействуя с водой, такие ми­нералы окисляются и, теряя при этом электроны, приобретают положи­тельный заряд; вода заряжается отрицательно. Если в скважине, пересе­кающей рудное тело, зарегистрировать кривую ПС, то рудное тело на этой кривой отметится положительной аномалией.

Схема измерения потенциалов ПС проста. Регистрируется разность потенциалов между электродом М перемещаемым по стволу скважины, и неподвижным электродом N, установленным на поверхности земли. Так как потенциал N практически постоянен, то регистрируемая раз­ность потенциалов пропорциональна потенциалу электрода М, т. е. потенциалу скважины в точке расположения электрода М, к которой и относится результат измерения. Метод применяется при выделении коллекторов и уточнении типа пород. По его данным оцениваются коллекторские свойства пластов, определяется удельное сопротивление пластовых вод. Метод ПС является одним из наиболее распространен­ных методов ГИС.

Если опустить металл или минерал с электронной проводимостью в раствор, то между ним и раствором возникает разность потенциалов, получившая название «электродный потенциал»; его величина зависит от природы металла и раствора. Возникновение электродного потенци­ала обусловлено окислительно-восстановительными реакциями, проис­ходящими на поверхности соприкосновения металла (минерала) с рас­твором.

Различие металлов и минералов по электродному потенциалу поло­жено в основу метода электродных потенциалов (МЭП). Сущность его заключается в следующем. В скважину опускают зонд (рис. 9), состо­ящий из двух электродов М и N, изготовленных из цинка, электродный потенциал которого значительно отличается „от электродного потенци­ала рудного тела. Электрод М выполнен в виде щетки, скользящей по стенке скважины во время измерений; электрод N (электрод сравне­ния)— в виде соединенных между собой двух одинаковых цилиндров, длиной около 10 см каждый, находящихся в ПЖ. Если в разрезе горных пород нет тел с электронной проводимостью, то потенциалы обоих электродов практически равны. При соприкосновении электрода М с рудным телом в цепи MN возникает разность потенциалов, отмеча­емая регистрирующим прибором РП, близкая или равная разности электродных потенциалов рудного тела и электрода N.

Метод электродных потенциалов применяется для выделения мед­ных, медно-никелевых, магнетитовых руд, графита и антрацита и позво­ляет с большой точностью определять границы залежей.

В методе скользящих контактов (МСК) регистрируется изменение сопротивления заземления электрода, скользящего по стенке скважины. Сопротивление заземления представляет собой сопротивление переходу

РП

N

Рис. 9. Схема измерений методом электродных потен­циалов

тока с электрода в окружающую среду. Его величина зависит от формы и размеров электрода и электрического сопротивления пород, с которы­ми контактирует электрод. В МСК измеряется сила тока в цепи, содер­жащей электрод А, скользящий по стенке скважины, и удаленный элект­род, расположенный на поверхности. Во время скольжения по пустым породам сопротивление заземления электрода А велико и ток в цепи мал. На участке разреза, хорошо проводящем электрический ток, со­противление заземления резко падает, а ток увеличивается.

При исследованиях применяется точечный электрод с победитовым наконечником или щеточный электрод, подобный тому, что применяют при исследованиях методом МЭП. Измерения можно проводить как в заполненных жидкостью, так и сухих скважинах. МСК применяется для поисков в разрезах скважин рудных тел и угольных пластов, име­ющих низкие сопротивления.

Метод вызванной поляризации (ВП) позволяет получить сведения

о способности горных пород поляризоваться при пропускании через них электрического тока. Если в четырехэлектродной установке (см. рис. 2) при питании электродов А и В разомкнуть их цепь, то электрическое поле исчезнет не сразу; в течение некоторого времени между измеритель­ными электродами М и N будет наблюдаться быстро убывающая во времени разность потенциалов—вызванные потенциалы.

Появление вызванной поляризации связано с тем, что под действием электрического поля происходит перераспределение ионов у поверхности частиц горных пород. После выключения тока прежнее распределение ионов восстанавливается, что и приводит к образованию вызванных потенциалов. В установке, применяемой для измерений, поочередно замыкается и размыкается токовая цепь. Когда она разомкнута, регист­рируется среднее значение разности потенциалов вызванной поляриза­ции ДС/вп, когда замкнута—регистрируется Д1/кс-

Каротаж по методу ВП применяется для выделения угольных пла­стов, которые во многих случаях отличаются повышенными значениями вызванных потенциалов. В рудных скважинах метод применяется для выделения медных и полиметаллических руд.

Радиоволновой метод исследования горных пород основан на избира­тельном поглощении радиоволн горными породами и рудами, отраже­нии и преломлении радиоволн на границах двух сред с различными электромагнитными свойствами. 1орные породы способны поглощать электромагнитные колебания и тем больше, чем больше их электропро­водность. Хорошо проводящие рудные тела сильно ослабляют электро­магнитные колебания и часто практически непроницаемы для них. При исследованиях в скважине перемещается источник, создающий в горных породах высокочастотное электромагнитное поле. Приемником, поме­щенным в другую скважину, определяют напряженность этого поля. Если между источником и приемником будет рудное тело, то прием будет сильно ослаблен, вплоть до полного исчезновения поля. По ре­зультатам измерения при различном положении приемника можно опре­делить положение рудного тела. Ргцдаус действия метода—несколько

Рис. 10. Скважинный резистивиметр

сотен метров—ограничивается затуханием электромагнитных волн в горных породах.

При проведении исследований методом электрической корреляции в скважину опускают электрод, к которому подключен полюс источника постоянного тока. Другой полюс заземляется на большом расстоянии от скважины. Электрод в скважине устанавливают против подсечения изуча­емого рудного тела. В другой скважине регистрируют изменение потенци­ала вдоль скважины (называемой корреляционной). Если вторая скважи­на пересекла рудное тело, против которого в первой установлен электрод, то на корреляционной кривой оно отметится характерной точкой—мак­симумом потенциала. По таким точкам можно увязать рудные пересече­ния в разных скважинах и установить положение рудного тела.

Для учета влияния ПЖ на результаты электрических методов каро­тажа, измеряют ее удельное сопротивление. Метод называется методом резистввиметрии, прибор которым проводятся измерения—резистиви- метром. Резистивиметр (рис. 10) имеет трубчатый корпус I, в который впрессованы электроды. Токовый электрод 2 (А) имеет форму кольца со сферической поверхностью. Кольцевой измерительный электрод 4 (М) расположен в выемке токового электрода и отделен от него изоляцион­ным вкладышем 3. Второй измерительный электрод N состоит из шести дужек 5, сферическая форма которых обеспечивает экранирование изме­рительной установки от влияния окружающей среды.