info@geophysical.pro

+7 927 311 03 60

Корзина (0)

Технология производства полевых работ с использованием аппаратуры ЭРП-1-96, ЭРП-1-48 и ЭРП-1А

ЭЛЕКТРОТОМОГРАФИЯ МЕТОДОМ СОПРОТИВЛЕНИЙ 

Междисциплинарный термин «томография» обозначает получение данных о внутреннем строении объекта в разных плоскостях с дальнейшей компьютерной реконструкцией его трёхмерной структуры [1]. В применении к электрозондированию «томография» подразумевает использование в процессе полевых работ площадных многоэлектродных сетей, в том числе – комбинации скважинной и наземной – с последующим восстановлением трёхмерной картины поля удельного электросопротивления (УЭС) в нижнем полупространстве.

В настоящее время наибольшее распространение получили многоэлектродные линейные (1D) системы наблюдения.  В силу того, что результатом обработки полученного материала являются срезы удельного электросопротивления в вертикальной плоскости XZ (расстояние по профилю/глубина), их принято называть «2D электротомографией» («2D electrical imaging», [2]).

Результаты количественной интерпретации данных, полученных по двумерным (2D) сетям наблюдения претендуют на воспроизведение объёмной картины УЭС, поэтому такие системы называют трёхмерными – «3D электротомография» и «3D imaging» [2]. Действительно трёхмерные системы наблюдения мало распространены, в первую очередь не столько из-за сложности технической или математической реализации, сколько потому, что требуют наличия на участке работ необсаженных заводнённых скважин для погружения вертикальных многоэлектродных кос.

Аппаратура ЭРП позволяет выполнять электроразведочные работы методами сопротивлений и вызванной поляризации (ИНФАЗ-ВП) в площадном и межскважинном («3D»), а также линейном («2D» и «1D»)) вариантах. В стандартный комплект поставки входит полный комплект оборудования и протоколов для производства наземных исследований. Электроразведочные косы для скважинных измерений, штатно подключаемые к коммутатору ЭРП-К96, а также соответствующие протоколы коммутации, могут быть изготовлены по специальному заказу.

Площадные исследования

Конвейерная технология отработки позволяет покрыть равномерной равноглубинной сетью наблюдений сколь угодно большую площадь. Схема расстановки электроразведочных кос показана на рисунке 1.

Схема площадных исследований с аппаратурой ЭРП-1-96

Рисунок 1. Схема площадных исследований с аппаратурой ЭРП-1-96. а)Первоначальная расстановка электроразведочных кос; измерения по протоколу №2. б) Перемещение двух кос в направлении отработки; измерения по протоколу №3. в) Дальнейшее продвижение по площади; измерения по протоколу №3.

Использование расстановки электродов, близкой к изометричной, обеспечивает схожую глубинность и разрешающую способность во всех направлениях. В память прибора изначально загружены протоколы для выполнения конвейерных исследований с использованием экваториальной дипольной установки, однако оператор может использовать любые другие протоколы, предварительно загруженные в память измерителя.

Выбор экваториальной дипольной установки в качестве основной для производства площадных работ диктуется следующими факторами.

Первый фактор.  Идеологический

Из всех известных установок электрозондирования дипольная экваториальная является единственной двумерной, то есть её электроды размещаются на площади, а не на одной линии. Все остальные установки: потенциал, дипольная осевая, Шлюмберже и их вариации предполагают расстановку электродов вдоль линии, и потому являются одномерными. Увеличивая размерность сети наблюдения, то есть переходя от одномерных систем наблюдения (ВЭЗ, «2D томография») к двумерным и желая получить принципиально иное качество данных, мы должны увеличивать и размерность установки зондирования.

Второй фактор. Технический

При производстве работ по площадным сетям наблюдения («3D электротомография») наибольшее распространение получила потенциал-установка, как наиболее глубинная [2]. Вопрос глубинности действительно является критичным для площадных сетей, поскольку из-за конечного числа электродов, одновременно подключаемых к коммутатору, линейные размеры электроразведочных установок получаются невелики.  В условиях ограниченной площади дипольная экваториальная установка обеспечивает большую глубинность, чем Шлюмберже, осевой диполь и другие, за исключением двухэлектродной потенциал-установки. При этом,  потенциал-установка требует для каждой расстановки кос устройства заземления двух удалённых электродов. В случае среды с действительно трёхмерным строением требования к линиям «бесконечность» становятся очень жёсткими [3], а их фактическое влияние на получаемый материал может оказаться непредсказуемым. Экваториальная дипольная установка не требует устройства линий «бесконечность» и использует только электроды, подключённые к косе, что повышает достоверность получаемых данных и существенно увеличивает производительность работ.

Третий фактор.  Практический

Ниже приводятся результаты моделирования  и инверсии данных, получаемых экваториальной дипольной и потенциал установками для конвейерной сети наблюдений, показанной на рисунке 1: первая расстановка электродов плюс две дополнительные. Результирующая сеть: 12×16 электродов, расстояние между электродами 5 метров, размер участка 55×75 метров. Моделировалась высокоомная аномалия в виде знака &, залегающая в интервале глубин 5...8м (Модель 1), 12...18м (Модель 2) и 26...37м (Модель 2). Модели и результаты для меньших глубин здесь не приводятся ввиду их очевидности. Расчёт значений кажущегося сопротивления выполнен в программе RES3DMOD (©1995-2010 M.H.Loke Geotomo Software); к полученным расчётным значениям всегда добавлялся 3% шум. Для инверсии синтетических полевых данных использовалась демо-версия программы Res3dinv (©1995-2010 Geotomo Software Malaysia).

Геоэлектрическая модель 1

Рисунок 2. Первая модель. Вмещающая среда 10 Ом.м. Высокоомная аномалия 100 Ом.м в интервале глубин от 5,1 до 8 метров

Геоэлектрическая модель 1

Рисунок 3. Первая модель. Высокоомная аномалия в интервале глубин от 5,1 до 8 метров. Результаты инверсии синтетических полевых данных для потенциал-установки

Геоэлектрическая модель 1

Рисунок 4. Первая модель. Высокоомная аномалия в интервале глубин от 5,1 до 8 метров. Результаты инверсии синтетических полевых данных для дипольной экваториальной установки

Геоэлектрическая модель 2

Рисунок 5. Вторая модель. Вмещающая среда 10 Ом.м. Высокоомная аномалия 100 Ом.м в интервале глубин от 12,1 до 17,8 метров

Геоэлектрическая модель 2

Рисунок 6. Вторая модель. Высокоомная аномалия в интервале глубин от 12,1 до 17,8 метров. Результаты инверсии синтетических полевых данных для потенциал-установки

Геоэлектрическая модель 2

Рисунок 7. Вторая модель. Высокоомная аномалия в интервале глубин от 12,1 до 17,8 метров. Результаты инверсии синтетических полевых данных для дипольной экваториальной установки

Геоэлектрическая модель 3

Рисунок 8. Третья модель. Вмещающая среда 10 Ом.м. Высокоомная аномалия 100 Ом.м в интервале глубин от 25,8 до 37 метров

Геоэлектрическая модель 3

Рисунок 9. Третья модель. Высокоомная аномалия в интервале глубин от 28,5 до 37 метров. Результаты инверсии синтетических полевых данных для потенциал-установки

Геоэлектрическая модель 3

Рисунок 10. Третья модель. Высокоомная аномалия в интервале глубин от 28.5 до 37 метров. Результаты инверсии синтетических полевых данных для дипольной экваториальной установки

 

Результаты моделирования показывают, что высокая теоретическая глубинность потенциал-установки компенсируется отсутствием разрешающей способности. Уже на глубине 15-20 метров она даёт только общий изометричный контур аномалии (рисунок 6), тогда как экваториальный диполь показывает аномалию, подобную по форме модельной, даже на пределе своей расчётной глубинности (>30 метров, рисунок 10). Таким образом, фактическая глубинность дипольной экваториальной установки оказывается выше, чем у всех прочих, что и предопределяет её выбор в качестве основной при проведении площадной 3D электротомографии.

Использование четырёх 24-канальных электроразведочных кос, входящих в стандартный комплект ЭРП-1-96, позволяет выполнять наблюдения по радиальной сети. Протокол для радиальных исследований с дипольной экваториальной установкой записан в память измерителя под номером 6. Схема расстановки электродов показана на рисунке 11.

Схема расстановки электроразведочных кос в виде четырёхлистника (Quatrefoil)

Рисунок 11. Схема расстановки электроразведочных кос в виде четырёхлистника («Quatrefoil»). Цифрами вдоль кос даны номера электродов. Электроды на периметре четырёхлистника, не задействованные в протоколе измерений, не показаны

Установка «четырёхлистник» (далее – Q – Quatrefoil) с достаточной точностью раскладывается на местности без использования специальных геодезических приборов. Протокол измерений насчитывает 408 замеров с параллельным экваториальным диполем и выполняется аппаратурой ЭРП-1-96 менее, чем за один час.

Применимость расстановки, в первую очередь, диктуется её чувствительностью на различных глубинах. Расчётные картины чувствительности расстановки Q для однородного разреза показаны на рисунке 12.

Функция чувствительности расстановки типа Quatrefoil

Рисунок 12. Функция чувствительности расстановки Q для различных глубин.

Свойства установки Q

  • Теоретическая глубинность изучения разреза примерно равна четырёхкратному расстоянию между электродами. Для стандартной косы с шагом 5 метров глубинность составляет 20 метров.
  • Значительная площадь покрытия по сравнению со стандартным конвейерным способом отработки территории. При использовании электроразведочных кос с шагом 5 метров расстановка единовременно покрывает площадь 90×90 метров (рис. 11). При конвейерном способе отработки территории, для изучения такой же площади понадобилось бы минимум 8 конвейерных расстановок.
  • Однородность, независимость от направления лучей расстановки детальности изучения разреза, растёт с глубиной. Можно говорить о примерно равной чувствительности во всех направлениях, начиная с глубины 4 метра. На максимальных глубинах азимуты направления лучей установки не имеют никакого значения.
  • Высокая глубинность и детальность в центре, меньшая чувствительность на периферии.

Свойства лучевой расстановки Q предопределяют области её применения.

  • Изучение разреза в составе инженерно-геофизических работ, которые выполняются под «точечные» сооружения: мостовые опоры, вышки связи и т.д. Это особенно актуально, когда в верхней части разреза развиты неоднородные техногенные или мёрзлые грунты, и точечные зондирования (ВЭЗ), выполняемые в разных азимутах, показывают принципиально разную картину. Значимость линейных («2D томография») исследований в этом случае близка к нулю.
  • Гидрогеологические исследования, нацеленные на выяснение направления и скорости миграции искусственно созданных рассолов в окрестности скважины. При существенной глубине залегания исследуемого горизонта можно использовать простую четырёхлучевую схему наблюдения, протокол для которой также входит в стандартную поставку (протокол № 7).
  • Рекогносцировочные площадные работы. Даже на периферии четырёхлистника расстановка способна выявить и грубо оконтурить аномальную область на глубине не менее половины максимальной (для расстояния между электродами 5 метров – не менее 10 метров).  Это поможет  сконцентрировать детальные площадные исследования в районе выявленной аномалии и принципиально сократить затраты на производство работ.

На рисунке 12а показано сопоставление диаграмм чувствительности на различных глубинах предлагаемых сетей площадных исследований: конвейерной, установки Q («Четырёхлистник») и установки X («Крест»), базирующихся на едином наборе из четырёх 24-канальных кос с шагом 5 метров. Все картинки сделаны в едином линейном масштабе и единой шкале раскраски. Первый срез по глубине (слева) для всех установок – от поверхности наблюдения до глубины 2.25м. Последние отображаемые интервалы для всех установок подобраны из расчёта примерно равной чувствительности: установка X – 90...105 м, установка Q – 46...55 м, конвейерная установка – 31...38 метров.

Функции чувствительности расстановок X, Q и конвейерной

Рисунок 12а. Диаграммы чувствительности для установок X (вверху), Q (средний ряд) и конвейерной (внизу). Единый линейный масштаб и шкала раскраски

Линейные исследования

Для производства линейных исследований («2D электротомографии») равно подходят комплексы ЭРП-1-96 и ЭРП-1-48. Предлагаемая методика линейных наблюдений для обоих комплектов аппаратуры одинакова, поскольку основана на использовании стандартных 24-канальных электроразведочных кос. Комплекс ЭРП-1-96 в принципе позволяет использование двух 48-канальных кос или одной 96-канальной, которые можно заказать отдельно, что теоретически может увеличить производительность и глубинность линейных исследований. Однако мы не рекомендуем такой вариант производства работ из-за возрастающей сложности манипуляций с длинными многоканальными косами. Четыре 24-канальные косы, входящие в стандартный комплект ЭРП-1-96, позволяют выполнять 48-канальные измерения с двумя косами, при этом раскладывать третью косу далее по профилю и иметь четвёртую косу в качестве резервной на случай непредвиденных обстоятельств.

Принцип конвейерной технологии при производстве профильных исследований («2D электротомографии») проиллюстрирован на рисунке 13.

 Схема линейных конвейерных исследований с аппаратурой ЭРП

Рисунок 13. Схема линейных конвейерных исследований с аппаратурой ЭРП-1-48 и ЭРП-1-96

Первая расстановка из двух 24-канальных кос на начальном отрезке профиля отрабатывается по «полному» протоколу №0. Затем коса с каналами 1...24 снимается и раскладывается далее по профилю. Если имеется третья коса, она снимается и раскладывается во время цикла измерений, что позволяет заметно увеличить производительность. Вторая и последующая расстановки отрабатываются по «усечённому» протоколу №1, из которого исключены измерения, сделанные на предыдущей расстановке.

Полный цикл измерений по протоколу №0 (345 отсчётов) занимает 45 минут, по протоколу №1 (255 отсчётов) – 33 минуты. Если при производстве полевых работ использовать комплект из трёх 24-канальных кос с шагом 5 метров, то за 8-часовой рабочий день можно реально отработать порядка 1300 погонных метров непрерывного профиля. При использовании только двух кос  производительность снижается примерно в полтора раза; за 8-часовой рабочий день выполняется 800...900 погонных метров непрерывного профиля.

Штатно загруженные в память измерителя протоколы №№ 0 и 1 – дипольные. Выбор дипольной установки продиктован следующими факторами.

  • Высокая чувствительность к несистемным изменениям разреза, выявление которых является основной задачей электротомографии как геофизического метода
  • Достаточная глубинность
  • Небольшие размеры питающей линии, что при стабилизированном токе генератора позволяет проводить измерения на высокоомных разрезах
  • Маленькая «мёртвая зона» на концах профиля
  • Нет необходимости в использовании удалённых электродов

На рисунке 14 показана развёртка протоколов №№0 и 1 на фоне измеренных значений кажущегося сопротивления (псевдоразрезы). Во всех случаях используются питающий и приёмный диполи одинаковой длины, с размером от 1 до 7 расстояний между соседними электродами на косе.

Псевдоразрезы кажущегося сопротивления

Рисунок 14. Псевдоразрезы кажущегося сопротивления, полученные при измерениях по протоколам №№0 и 1. Реальные полевые данные. Изображение в окне программы x2ipi

 

Ниже показан пример результата 2D инверсии реальных полевых данных, записанных аппаратурой ЭРП-1-48 с двумя 24-канальными косами; шаг по косе  4 метра; всего - 10 расстановок (кос). Работы проводились осенью 2014 года в восточной части Татарстана. 

 

ЭРП-1-48. Разрез удельного электросопротивления по результатам 2D инверсии

Рисунок 15. Разрез удельного электросопротивления по результатам 2D инверсии данных, полученных с аппаратурой ЭРП-1-48 

Точечные исследования

Выполнение при малоглубинных исследованиях классических «точечных» электрозондирований методом сопротивлений сегодня оправдано в следующих случаях.

  • Необходимо быстро и дёшево изучить значительную площадь с явно горизонтально-слоистым строением разреза.
  • Необходимо в пределах ограниченного профиля или площади получить значительную глубину изучения разреза.

Аппаратура ЭРП-1A комплектуется оборудованием для производства вертикальных электрозондирований (ВЭЗ) на базе линейно-нормированной установки Шлюмберже, позволяющей решить обе обозначенные задачи.

Линейно-нормированная установка схожа с классической: по мере увеличения разноса действующее расстояние растёт по логарифмическому закону, стандартная кривая ВЭЗ состоит из тех же 15...20 замеров. Но есть и принципиальные различия.

  • Разносы питающей линии (AM) кратны длине приёмной линии (MN), так что, к примеру, AM/MN = 1, 2, 4, 6, 9 и т.д;
  • Используемые приёмные линии MN кратны друг другу, так что длина большей линии равна нескольким длинам меньшей линии: M2N2=n×M1N1, где n – целое нечётное число.

Такая геометрия установки позволяет при выполнении точечных зондирований вдоль одного профиля с шагом, равным или кратным длине одной из приёмных линий, получать строгие данные 2D электротомографии, которые без каких-либо допусков и округлений воспринимаются любым алгоритмом 2D инверсии. Отработав профиль из 4...6 часто расположенных точек ВЭЗ мы получим стандартный двумерный массив полевых данных с глубинностью равной или превышающей длину профиля. При производстве линейных томографических исследований с пассивными косами и коммутатором достижение такого соотношения невозможно, даже при использовании выносных электродов.

С другой стороны, отдельно  рассматриваемая точка зондирования с линейно-нормированной установкой является классическим симметричным ВЭЗ с геометрическим шагом разносов. Поэтому установка может свободно использоваться и вне томографических схем измерения, при выполнении ВЭЗ с произвольным шагом по профилю и площади.

Все выпускаемые нами питающие и приёмные линии для производства точечных зондирований нормированы на расстояние 5 метров.

Катушки с питающей линией производятся двух типов: носимые и стационарные. Первый тип – лёгкие носимые катушки, рассчитанные на производство «коротких» ВЭЗ с  максимальным полуразносом AB/2=77.5м (AB=150м) для изучения обычных «инженерных» глубин 15...20 метров. В процессе измерений катушка переносится вместе с соответствующим питающим электродом. Второй тип – сдвоенные тяжёлые катушки на жёсткой станине, предназначенные для выполнения «длинных» ВЭЗ с  максимальным полуразносом AB/2=387.5м (AB=775м) и глубинностью порядка 150 метров. В процессе измерений катушки постоянно расположены в центре установки зондирования.

 

«Короткие» ВЭЗ выполняются с приёмными линиями M1N1=1м и M2N2=5м, «длинные» – с приёмными линиями M1N1=5м и M2N2=25м. Переключение приёмных линий производится штатным тумблером на лицевой панели измерителя ЭРП-1А. Для обоих типов ВЭЗ поставляется одинаковая промышленно изготовленная приёмная линия длиной 25 метров с разъёмами для подключения MN = 1, 5 и 25 метров и разметкой позиций питающих электродов.

При производстве томографических (с частым шагом по профилю) исследований для увеличения производительности рекомендуется использование конвейерного способа смотки и размотки питающей линии [3]. Он заключается в чередовании точек наблюдения, выполняемых при размотке и смотке линии AB.

Геометрия установок для выполнения ВЭЗ дана в таблицах 1 и 2. Симметричные ВЭЗ, выполняемые вдоль одной линии с установкой №1 с шагом 1 или 5 метров по профилю позволяют получать данные 2D электротомографии, соответствующие измерениям с помощью коммутатора и кос с расстоянием между электродами, соответственно, 1 и 5 метров. Таким же образом установка №2 имитирует коммутируемые измерения с шагом по косе 5 и 25 метров. Поскольку пассивные многоэлектродные электроразведочные косы с расстоянием между соседними электродами более 10 метров малопригодны для производства реальных полевых работ,  выполнение электрозондирований с линейно-нормированными установками является основным способом получения двумерных массивов данных, охватывающих значительные глубины.

Таблица 1. Линейно-нормированная установка №1 для «коротких» ВЭЗ. AB/2max=77,5 м. Две приёмные линии: 1 и 5 метров

# разноса

AB/2, м

MN/2, м

AB, м

MN, м

n=AM/MN

K, м

1

1

0.5

2

1

0.5

2.36

2

1.5

0.5

3

1

1

6.28

3

2

0.5

4

1

1.5

11.8

4

2.5

0.5

5

1

2

18.9

5

3.5

0.5

7

1

3

37.7

6

5

0.5

10

1

4.5

77.8

7

5

2.5

10

5

0.5

11.8

8

7.5

0.5

15

1

7

175.9

9

7.5

2.5

15

5

1

31.4

10

10

2.5

20

5

1.5

58.9

11

12.5

2.5

25

5

2

94.2

12

17.5

2.5

35

5

3

188.5

13

22.5

2.5

45

5

4

314.2

14

32.5

2.5

65

5

6

659.7

15

42.5

2.5

85

5

8

1131

16

57.5

2.5

115

5

11

2073

17

77.5

2.5

155

5

15

3770

 

Таблица 2. Линейно-нормированная установка №2 для «длинных» ВЭЗ. AB/2max=387,5 м. Две приёмные линии: 5 и 25 метров

# разноса

AB/2, м

MN/2, м

AB, м

MN, м

n=AM/MN

K, м

1

5

2.5

10

5

0.5

11.8

2

7.5

2.5

15

5

1

31.4

3

10

2.5

20

5

1.5

58.9

4

12.5

2.5

25

5

2

94.2

5

17.5

2.5

35

5

3

188.5

6

25

2.5

50

5

4.5

388.8

7

25

12.5

50

25

0.5

58.9

8

37.5

2.5

75

5

7

879.6

9

37.5

12.5

75

25

1

157

10

50

12.5

100

25

1.5

294.5

11

62.5

12.5

125

25

2

471

12

87.5

12.5

175

25

3

942.5

13

112.5

12.5

225

25

4

1571

14

162.5

12.5

325

25

6

3299

15

212.5

12.5

425

25

8

5655

16

287.5

12.5

575

25

11

10367

17

387.5

12.5

775

25

15

18849

 

Ниже приведены примеры результатов полевых работ методом ВЭЗ с линейно-нормированной установкой M1N1=4 метра, M2N2=20 метров и максимальным полуразносом питающей линии AB/2=310 метров. Шаг по профилю в обоих случаях – 20 метров.

На рисунке 16 представлены результаты электроразведочных исследований, выполненных в комплексе с сейсморазведкой МПВ для целей оценки карстоопасности площадок добывающих скважин на месторождении природного газа. Слева даны разрезы удельного электросопротивления по результатам полуавтоматической, с опорой на данные сейсморазведки, интерпретации данных ВЭЗ в рамках горизонтально-слоистой модели, справа – результаты формальной 2D инверсии. Длина профиля и глубина изучения разреза характеризуются сравнимыми величинами (~100 метров). При подготовке материалов для 2D инверсии использованы данные, полученные на обеих приёмных линиях, то есть расстояние между электродами на воображаемой косе электротомографии составило 4 метра.

Линейно-нормированная установка зондирования. Разрезы удельного электросопротивления

Рисунок 16. Линейно-нормированная установка зондирования. Разрезы удельного электросопротивления по результатам интерпретации данных в рамках горизонтально-слоистой модели и 2D инверсии. Длина профилей 120 метров, глубина исследования 80 метров.

На рисунке 17 показаны результаты 2D инверсии данных, полученных с линейно-нормированной установкой зондирования на протяжённом профиле электротомографии. Задача исследований – изучение структурных особенностей и вариаций удельного электросопротивления субгоризонтальной высокоомной толщи, залегающей на глубинах 60...80 метров. Для инверсии использованы только значения кажущегося сопротивления, полученные на приёмной линии MN=20 метров. Таким образом, на вход алгоритма подавались данные, строго соответствующие материалам, полученным на базе многоэлектродной косы с расстоянием между ближайшими электродами 20 метров.

Линейно-нормированная установка зондирования. Разрез удельного электросопротивления и структурный разрез

Рисунок 17. Линейно-нормированная установка зондирования. Вверху – разрез удельного электросопротивления по результатам 2D инверсии. Внизу – вторая производная УЭС по глубине; нули производной соответствуют положению литологических границ по данным бурения. Длина профиля 920 метров, глубина исследования 110 метров.

ПОВЕРХНОСТНАЯ И СКВАЖИННАЯ ТЕРМОМЕТРИЯ 

Принципы одноканальных и многоканальных измерений температуры

Измерения температуры выполняются с помощью измерителя ЭРП-1А и термодатчика типа LM335Z.

Термодатчик для одноканальных скважинных измерений

Рисунок 18. Термодатчик для одноканальных скважинных измерений


Термодатчик LM335Z – это микросхема в форм-факторе транзистора (ТО-92). Она имеет характеристику идеального стабилитрона, напряжение стабилизации которого линейно зависит от температуры корпуса. При пропускании через стабилитрон тока порядка 1 mA падение напряжения на нём в десятках милливольт численно равно абсолютной температуре (в Кельвинах):


T,°C = dU, мВ / 10 – 273,2 

Подключение датчика осуществляется по четырёхпроводной схеме: по двум проводам подаётся питающий ток, по двум снимается стабилизированное напряжение. Пары проводов должны быть одинакового сечения и одинаковой длины.


Калибровка датчика проведена при его подключении к прибору и источнику тока 4-жильным медным кабелем длиной 50 метров. В качестве эталонного термометра использовался поверенный кондуктомер/термометр WTW Cond 315i с паспортным значением погрешности измерения температуры ±0.1°C. Перед началом калибровки ёмкость, в которую были помещены датчики, была заполнена колотым льдом. В интервале 0,4...13°С измерения проводились в ходе естественного таяния льда и нагревании воды при комнатной температуре; для повышения температуры более 13°С подливалась тёплая вода.

Калибровка термодатчика

Рисунок 19. Калибровка термодатчика

Таблица 3. Результаты калибровки термодатчика

#

dUЭРП

мВ

ТЭРП

°С

TWTW

°С

RMD

%

#

dUЭРП

мВ

ТЭРП

°С

TWTW

°С

RMD

%

#

dUЭРП

мВ

ТЭРП

°С

TWTW

°С

RMD

%

1

2739

0.7

0.4

54.55

47

2782

5

5.1

1.98

93

2827

9.5

9.7

2.08

2

2736

0.4

0.6

40.00

48

2783

5.1

5.2

1.94

94

2828

9.6

9.8

2.06

3

2739

0.7

0.7

0.00

49

2784

5.2

5.3

1.90

95

2829

9.7

9.9

2.04

4

2741

0.9

0.8

11.76

50

2785

5.3

5.4

1.87

96

2830

9.8

10

2.02

5

2742

1

0.9

10.53

51

2786

5.4

5.5

1.83

97

2831

9.9

10.1

2.00

6

2743

1.1

1

9.52

52

2787

5.5

5.6

1.80

98

2832

10

10.2

1.98

7

2744

1.2

1.1

8.70

53

2788

5.6

5.7

1.77

99

2833

10.1

10.3

1.96

8

2745

1.3

1.2

8.00

54

2789

5.7

5.8

1.74

100

2834

10.2

10.4

1.94

9

2746

1.4

1.3

7.41

55

2790

5.8

5.9

1.71

101

2835

10.3

10.5

1.92

10

2747

1.5

1.4

6.90

56

2790

5.8

6

3.39

102

2836

10.4

10.6

1.90

11

2747

1.5

1.5

0.00

57

2791

5.9

6.1

3.33

103

2837

10.5

10.7

1.89

12

2748

1.6

1.6

0.00

58

2792

6

6.2

3.28

104

2838

10.6

10.8

1.87

13

2749

1.7

1.7

0.00

59

2793

6.1

6.3

3.23

105

2839

10.7

10.9

1.85

14

2750

1.8

1.8

0.00

60

2794

6.2

6.4

3.17

106

2840

10.8

11

1.83

15

2751

1.9

1.9

0.00

61

2795

6.3

6.5

3.13

107

2841

10.9

11.1

1.82

16

2752

2

2

0.00

62

2796

6.4

6.6

3.08

108

2842

11

11.2

1.80

17

2753

2.1

2.1

0.00

63

2797

6.5

6.7

3.03

109

2843

11.1

11.3

1.79

18

2754

2.2

2.2

0.00

64

2798

6.6

6.8

2.99

110

2844

11.2

11.4

1.77

19

2755

2.3

2.3

0.00

65

2799

6.7

6.9

2.94

111

2845

11.3

11.5

1.75

20

2756

2.4

2.4

0.00

66

2800

6.8

7

2.90

112

2846

11.4

11.6

1.74

21

2757

2.5

2.5

0.00

67

2801

6.9

7.1

2.86

113

2847

11.5

11.7

1.72

22

2758

2.6

2.6

0.00

68

2802

7

7.2

2.82

114

2849

11.7

11.8

0.85

23

2759

2.7

2.7

0.00

69

2803

7.1

7.3

2.78

115

2850

11.8

11.9

0.84

24

2760

2.8

2.8

0.00

70

2804

7.2

7.4

2.74

116

2851

11.9

12

0.84

25

2761

2.9

2.9

0.00

71

2805

7.3

7.5

2.70

117

2852

12

12.1

0.83

26

2762

3

3

0.00

72

2806

7.4

7.6

2.67

118

2853

12.1

12.2

0.82

27

2763

3.1

3.1

0.00

73

2807

7.5

7.7

2.63

119

2854

12.2

12.3

0.82

28

2764

3.2

3.2

0.00

74

2808

7.6

7.8

2.60

120

2855

12.3

12.4

0.81

29

2765

3.3

3.3

0.00

75

2809

7.7

7.9

2.56

121

2856

12.4

12.5

0.80

30

2766

3.4

3.4

0.00

76

2810

7.8

8

2.53

122

2857

12.5

12.6

0.80

31

2767

3.5

3.5

0.00

77

2811

7.9

8.1

2.50

123

2858

12.6

12.7

0.79

32

2768

3.6

3.6

0.00

78

2812

8

8.2

2.47

124

2859

12.7

12.8

0.78

33

2769

3.7

3.7

0.00

79

2813

8.1

8.3

2.44

125

2860

12.8

12.9

0.78

34

2770

3.8

3.8

0.00

80

2814

8.2

8.4

2.41

126

2861

12.9

13

0.77

35

2770

3.8

3.9

2.60

81

2815

8.3

8.5

2.38

127

2862

13

13.1

0.77

36

2771

3.9

4

2.53

82

2816

8.4

8.6

2.35

128

2863

13.1

13.2

0.76

37

2772

4

4.1

2.47

83

2817

8.5

8.7

2.33

129

2864

13.2

13.3

0.75

38

2773

4.1

4.2

2.41

84

2818

8.6

8.8

2.30

130

2869

13.7

13.9

1.45

39

2774

4.2

4.3

2.35

85

2819

8.7

8.9

2.27

131

2872

14

14.1

0.71

40

2775

4.3

4.4

2.30

86

2820

8.8

9

2.25

132

2885

15.3

15.5

1.30

41

2776

4.4

4.5

2.25

87

2821

8.9

9.1

2.22

133

2895

16.3

16.4

0.61

42

2777

4.5

4.6

2.20

88

2822

9

9.2

2.20

134

2900

16.8

16.8

0.00

43

2778

4.6

4.7

2.15

89

2823

9.1

9.3

2.17

135

2907

17.5

17.6

0.57

44

2779

4.7

4.8

2.11

90

2824

9.2

9.4

2.15

136

2917

18.5

18.5

0.00

45

2780

4.8

4.9

2.06

91

2825

9.3

9.5

2.13

 

 

 

 Med:

2.05

46

2781

4.9

5

2.02

92

2826

9.4

9.6

2.11

 

 

 

 

 

В таблице: # - номер измерения; dUЭРП, мВ – показания измерителя ЭРП-1А; ТЭРП,°С – температура, рассчитанная по вышеприведённой формуле; ТWTW,°С – температура, измеренная прибором WTW Cond 315i; RMD, % – относительное среднее отклонение между температурой, измеренной разными приборами. Среднее значение относительной разности измерений – 2.05%.

График калибровки термодатчика

Рисунок 20. График калибровки термодатчика

Гистограмма фактических отклонений измеренного значения температуры от эталонного

Рисунок 21. Гистограмма фактических отклонений измеренного значения температуры от эталонного


Заметное несовпадение отсчётов ЭРП и WTW на самых низких температурах (первые два замера) очевидно вызваны неоднородностью среды (лёд с водой) и различной инертностью датчиков; в расчёт оно не принималось. Результаты калибровки показывают, что:

  • значения dU, снимаемые с термодатчика, линейно зависят от температуры;
  • зависимость между dU и температурой с погрешностью 2% соответствует паспортной характеристике микросхемы LM335Z;
  • фактические отклонения измеренных значений температуры от эталонных на интервале +0,7...+18.5°С составляют от -0.2 до +0.1°С, наиболее частое отклонение = 0.0°С.

Схема измерений прошла полевые испытания при измерении температуры воды в призабойной части только что пробуренной скважины, на глубинах от 32 до 15 метров. Измерения проводились в режиме точечного каротажа, с шагом 1 метр, при подъёме датчика. Всего сделано 4 серии замеров вдоль ствола скважины на временном интервале от 15 до 110 минут после окончания бурения и подъёма бурового снаряда.

Скважинные измерения температуры с аппаратурой ЭРП-1А

Рисунок 22. Скважинные измерения температуры с аппаратурой ЭРП-1А

Результаты скважинных измерений температуры с аппаратурой ЭРП-1А

Рисунок 23. Результаты скважинных измерений температуры с аппаратурой ЭРП-1А

ПРИМЕНЕНИЕ ТЕРМОМЕТРИИ

  • Одноканальные скважинные измерения в «ручном» режиме (термокаротаж).
  • Одноканальные точечные скважинные или поверхностные измерения в режиме мониторинга с автоматической записью результатов в память измерителя с заданным интервалом времени (скажем, через 1 минуту или через 1 час). Настройка режима мониторинга осуществляется по пунктам п. 6.3.3.13.6.3 и п. 6.3.3.13.7 Руководства по эксплуатации [5]; также см. обсуждение режима мониторинга на форуме
  • Многоканальные скважинные или поверхностные измерения с использованием термокос с произвольным количеством датчиков и «ручной» коммутацией.
  • Многоканальные скважинные или поверхностные измерения с коммутацией измерений с помощью коммутаторов ЭРП-К48 (до 24 каналов) или ЭРП-К96 (до 48 каналов). Многоканальный мониторинг температуры с использованием стационарно установленных в скважинах и/или на земной поверхности термокос. Расстановка термокос на дневной поверхности может производиться по одной из схем 3D электротомографии: «конвейерной» (рисунок 1), «четырёхлистник» (рисунок 11) или «крест».

Многоканальные термокосы для использования с аппаратурой ЭРП-1А, ЭРП-1-48 и ЭРП-1-96, а также протоколы коммутации, могут быть изготовлены по специальному заказу.

Литература

[1] http://en.wikipedia.org/wiki/Tomography

[2] M. H. Loke. Tutorial: 2-D and 3-D electrical imaging surveys http://www.geotomosoft.com/coursenotes.zip

[3] Инструкция по электроразведке

[4] LM135/LM235/LM335, LM135A/LM235A/LM335A Precision Temperature Sensors http://www.datasheetcatalog.com/datasheets_pdf/L/M/3/3/LM335Z.shtml

[5] Руководство по эксплуатации аппаратуры ЭРП-1А

© 2013-2015 «Шакуро и Долганов», ООО.  Любое использование либо копирование материалов данной статьи может осуществляться лишь с разрешения и только при наличии ссылки на правообладателя.