Резистивиметр

 

РЕЗИСТИВИМЕТР, содержащий корпус из изоляционного материала и электроды , размещенные на корпусе, отличающийся тем, что, с целью осуществления измерений в пористых средах, насыщенных жидкостью, например в водоносном горизонте массива горных пород, он снабжен проницаемым кожухом, охватывающим электроды , а пространство между кожухом и электродами заполнено наполнителем, представляющим пористый диэлектрический материал , преимущественно в виде гранул. (Л 00 ел ) 00

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„Я1.>„„1081598 Уды> G 01 V 3/12

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3503702/18-25 (22) 22.10.82 (46) 23.03.84. Бюл. № 11 (72) Г. Л. Куперман и П. П. Засыпко (71) Всесоюзный научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт по осушению месторождений полезных ископаемых, специальным горным работам, рудничной геологии и маркшейдерскому делу (53) 550.83 (088.8) (56) 1. Дяконов Д. И., Леонтьев Е. И., Кузнецов Г. С. Общий курс геофизических исследований скважин. М., «Недра», 1977, с. 75 — 76.

2, Матвеев Б. К, .Геофизические методы изучения движения подземных вод. М., «Госгеодтехиздат, 1963, с. 8 — 14 (прототип) . (54) (57) РЕЗИСТИВИМЕТР, содержащий корпус из изоляционного материала н электроды, размещенные на корпусе, отлича>ои>ийся тем, что, с целью осуществления измерений в пористых средах, насыщенных жидкостью, например в водоносном горизонте массива горных пород, он снабжен проницаемым кожухом, охватывающим электроды, а пространство между кожухом и электродами заполнено наполнителем, представляющим пористый диэлектрический материал, преимущественно в виде гранул.

1081598

Изобретение относится к технике измерения удельного электрического сопротивления жидкостей в геофизике и может быть использовано в гидрогеологии, нефтедобывающей промышленности и мелиорации.

Известен резистиви метр, содержащий корпус в виде полого цилиндра, выполнен- ного из изоляционного материала, внутри которого расположены три кольцевых электрода, причем торцы корпуса открыты для циркуляции измеряемой жидкости (1).

Наиболее близким является резистивиметр, содержащий цилиндрический корпус из изоляционного материала, на котором размещена электродная система из трех кольцевых электродов, причем центры электродов совпадают с осью резистивиметра, и экран, выполненный в виде цилиндра из изоляционного материала, торцы которого открыты для прохождения измеряемой жидкости (2).

Однако известные резистивиметры нельзя использовать для измерения удельного электрического сопротивления жидкости непосредственно в пористых средах, например в водоносном горизонте массива горных пород, так как в этом случае определяется сопротивление среды в целом (твердой и жидкой фаз), а не удельное сопротивление насыщающей жидкости.

Целью изобретения является обеспечение возможности выполнения измерений непосредственно в пористых средах, насыщенных жидкостью, например, в водоносном горизонте массива горных пород.

Эта цель достигается тем, что резистивиметр, содержащий корпус из изоляционного материала и систему электродов, раз мещенных на корпусе, снабжен проницаемым кожухом, охватывающим электроды, а пространство между кожухом и электродами заполнено наполнителем, представляющим пористый диэлектрический материал преимущественно в виде гранул.

До настоящего времени для определения удельного электрического сопротивления (УЭС) подземных вод проводилось бурение скважины, которая затем оборудовалась колонной обсадных труб и фильтром на исследуемый интервал водоносного горизонта. 3а УЭС фильтрующейся в водоносном горизонте воды принималось УЭС воды, заполняющей скважину, измеренное с помощью известных скважинных резистивиметров. Но, как свидетельствует опыт гидрохимического опробования, химический и газовый состав воды в скважине и в водоносном горизонте по ряду причин существенно различаются. Избавиться от данного нежелательного явления возможно при производстве измерений (в том числе резистивиметрических), в естественных условиях, т. е. непосредственно в водоносном горизонте..

З0

Однако определить УЭС подземных вод по одним показаниям заглубленного непосредственно в водоносный горизонт скважинного резистивиметра не представляется возможным, так как в этом случае скважин= ный резистивиметр будет давать в целом

УЭС водонасыщенной породы (твердой и жидкой ее фаз), окружающей его электроды.

Зная же электрические свойства водовмещающих пород (которые определяются

УЭС скелета породы, коэффициентом пористости, формой пор), можно по значениям УЭС водонасыщенной породы определить УЭС насыщающей ее воды. Именно этот принцип используется в предлагаемом изобретении, В резистивиметре пористый наполнитель, электрические свойства которого неизменны и заранее, известны (учитываются при тарировке резистивиметра), играет роль окружающих электроды водовмещающих пород, насыщаемых исследуемыми водами при заглублении резистивиметра в пористую среду (водоносный горизонт), т. е. наполнитель резистивиметра становится как бы продолжением водоносного горизонта.

Такое решение позволяет, в одной стороны, приблизить условия нахождений жидкости в естественных условиях и в рабочем объеме резистивиметра (и в первом, и во втором случаях она находится в пористой среде), и тем самым избавиться от нежелательных явлений, возникающих при сооружении водоприемных устройств, а с другой стороны дает возможность непосред ственно определять УЭС жидкости, находящейся в пористой среде., Использование диэлектрика в качестве материала пористого наполнителя целесообразно с целью повышения чувствительности резистивиметра. Чем выше УЭС скелета пористой среды, тем резче проявляется зависимость УЭС водонасыщенной среды от УЭС насыщающей ее жидкости.

Таким образом, резистивиметр, снабженный проницаемым кожухом, охватывающим электроды, а пространство между кожухом и электродами которого заполнено пористым диэлектрическим материалом, позволяет проводить достоверные измерения УЭС жидкостей непосредственно в пористых средах.

На фиг. 1 показано предлагаемое устройство, общий вид с частичным разрезом; на фиг. 2 — разрез А — А на фиг. 1; на фиг. 3 — схема измерений с помощью предлагаемого устройства.

Резистивиметр содержит корпус 1, систему 2 электродов, проницаемый кожух 3, пористый наполнитель 4.

Корпус 1 резистивиметра выполнен из изоляционного материала в виде круглого цилиндра, снабженного в верхней части

1081598

3 головкой 5 с электровводами б под стандартный кабельный наконечник 7.

Электродная система 2 состоит из трех кольцевых электродов 8, уложенных в пазах 9 корпуса 1 перпендикулярно к геометрической оси 10 резистивиметра, причем центры электродов 8 совпадают с этой осью.

Электроды 8 соединены с электровводами б проводами 11, уложенными в продольные пазы 12 корпуса 1.

Проницаемый кожух 3 в виде полого цилиндра с закругленными торцами и перфорацией 13 его стенок выполнен из материала, устойчивого как по электрическим свойствам, так и к агрессивным воздействиям окружающей среды, и расположен коаксиально относительно корпуса 1.

Наполнитель 4 представляет пористый диэлектрический материал, например в виде гранул или связанной структуры.

Устройство работает следующим образом

До установки резистивиметра в пористую водосодержащую среду проводят его тарировку по общепринятой методике (тарировки определяют коэффициент К системы электроды наполнитель, представляющей комплексный измерительный элемент резистиви метра) .

Затем с помощью кабеля 14, подсоединенного к головке 5 кабельным наконечником 7, резистивиметр опускают в пробуренную в водоносном горизонте 15 скважину

16 на требуемую глубину: Устье скважины

16 закрепляют обсадной трубой 17, часть ствола скважины 16 в интервале водоносного горизонта 15 заполняют гравийной обсыпкой 18, а остальную часть — глинистым материалом 19. Таким образом обеспечивается беспрепятственное поступление в наполнитель 4 резистивиметра фильтрующейся в водоносном горизонте 15 воды 20.

Для выполнения измерений на поверхности земли 21 устанавливается четвертый заземляющий электрод 22. Кабель 14 и провод 23 от заземленного электрода 22 подсоединяются к соответствующим гнездам

24 наземной регистрирующей аппаратуры 25.

По индикаторным приборам 26 и 27 аппаратуры 25 снимаются показания соответственно разности потенциалов а U на приемных электродах и силы тока I, стекающего с питающего электрода. Удельное электрическое сопротивление вычисляют по формуле

P = К

ЛU

4 где К вЂ” коэффициент прибора, определяемый при тарировке.

После окончания измерений кабель 14 и. провод 22 заземленного электрода 23 отсоединяют от аппаратуры 25. Кабель 14 подвешивают в обсадной трубе 17 на крючок 28, обсадную трубу 17 закрывают оголов ком (не показан) с целью сохранения схемы измерений для очередных (режимных) наблюдений.

Пример. Создан и опробован макет предлагаемого резистивиметра диаметром

0,085 м, длиной 0,2 м. 13 качестве вторичного прибора использован электроразведочный измеритель кажущегося сопротивления типа ИКС вЂ” 1.

Параметры основных частей резистивиметра: корпус — диаметр 0 015 м, длина

0,13 м, материал — оргстекло; электроды— диаметр колец 0,015 м, толщина 0,002 м, 20 расстояние между крайними 0,023 м, средними 0,017 м, материал — свинец; наполнитель — материал — кварцевый гравий, крупность гранул 0,005 — 0,01 м; проницаемый кожух — диаметр 0,085 м, длина 0,13 м, 25 диаметр перфорационных отверстий 0,004 м, скважность 30О/о, материал — стеклопластик.

Использование предлагаемого резистивиметра позволяет, например, в водных

30 растворах соли NaC1 концентрацией от 05 до 30 кг/м получить стабильный коэффициент К (в диапазоне изменения удельного электрического сопротивления воды от 0,22 до 11,2 Ом величина К изменялась в пределах 3,4 — 5,0 /р относительно среднего его значения 0,0611, достоверность измерений (расхождения в определениях удельного электрического сопротивления воды составляют порядка 2О/ц по сравнению с лабораторным серийным резистивиметром типа ПР— 1), 4р хорошую воспроизводимость параметров (по данным повторных замеров одних и тех же растворов резистивиметром с новой укладкой наполнителя расхождения значений К составляют 2,2 — 3,4О/о), а также повышенную точность измерений (коэффици45 ент К почти на порядок меньше коэффициента серийного скважинного резистивиметра типа PT — 65 и меньше коэффициента резистивиметра, содержащего ту же электродную систему без наполнителя, во столько

50 . раз во сколько сопротивление водонасыщенного наполнителя больше сопротивления содержащейся в нем воды.

1081598

Составитель E. Поляков

Редактор Н.Лазаренко Техред И. Верес Корректор О. Билак

Заказ 1545 42 Тираж 711 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб, .д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4