Графитовый электрод для морской электроразведки с малой величиной постоянной времени



Графитовый электрод для морской электроразведки с малой величиной постоянной времени
Графитовый электрод для морской электроразведки с малой величиной постоянной времени

 


Владельцы патента RU 2516192:

Шумилов Александр Васильевич (RU)

Изобретение относится к области морской электроразведки и может быть использовано при поисках углеводородов. Сущность: электрод состоит из запрессованных в диэлектрический стакан (3) твердых графитовых стержней (1). Графитовые стержни (1) покрыты деполяризатором (4) и отделены от внешней среды полимерной проницаемой мембраной (6). При этом в качестве деполяризатора (4) применяют фракцию графитового порошка с грануляцией от 1 мкм до 10 мкм. Технический результат: повышение точности информации о геофизических характеристиках исследуемой среды. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Область техники, к которой относится изобретение.

Графитовые электроды для морской электроразведки используется для геофизических исследований морского дна и предназначены для прогнозирования залежей углеводородов, карбонатов и прочих сопутствующих химических веществ. Отличительной особенностью графитового электрода является то, что он химически инертен и, по этой причине, может применяться для исследований водных акваторий, в которых присутствует сероводород.

Уровень техники.

Известен способ изготовления инертных электродов из графитовых стержней, используемых в спектроскопии, Плэмбек Дж. Электрохимические методы анализа. М.: Мир, 1985. Однако из-за высокой пористости эти электроды дают плохо воспроизводимые результаты.

Известен способ изготовления графитовых неполяризующихся электродов для электроразведки (Вольвовский Б.С. и др. Краткий справочник по полевой геофизике. М.: Недра, 1977), заключающийся в том, что очищенные графитовые стержни покрывают слоем деполяризатора, пропитанного электролитом. При этом используют графитовые стержни и деполяризатор, входящие как части в состав стандартных марганцево-цинковых элементов. Однако известно, что протекание химических реакций между ингредиентами, приводит к постоянному тренду потенциалов электродов во времени.

Известен «Способ изготовления неполяризующихся графитовых электродов для электроразведки» (патент SU 1067456, 1981, Богородский М.М. и др.), заключающийся в том, что очищенные графитовые стержни покрывают слоем деполяризатора, который предварительно многократно промывают дистиллированной водой, а затем электролитом. Полученные электроды отбирают попарно и тренируют знакопеременными импульсами, погрузив в естественный электролит среды. Однако заявленные авторами условия о том, что возможные электрохимические взаимодействия между компонентами электролита среды и составными частями электрода завершаются на стадии изготовления не подтверждаются при дальнейшей эксплуатации электродов, т.е. уход химических потенциалов электродов во времени составляет от единиц до десятков милливольт.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому устройству является применяемый для морской электроразведки «Неполяризующийся электрод» (патент RU 90224, 2009, Кяспер В.Э. и др.). Однако предложенная конструкция и применяемые материалы не определяют условий, которые обеспечивают возможность снижения постоянной времени электродной ячейки.

Раскрытие изобретения.

Технической задачей, решаемой автором, являлось создание графитового электрода с малой величиной постоянной времени электродной ячейки.

Величина постоянной времени электродной ячейки определяется при измерении явлений поляризации электрода. Возникновение поляризации электродов вызвано в первую очередь прохождением через них тока, а также замедленной скоростью переноса вещества к электроду, медленным внедрением ионов в кристаллическую решетку или медленным выводом ионов из нее.

Если на электродную пару подать разность потенциалов, в ней начинает протекать ток, состоящий из двух компонент. Фарадеевкий ток, обусловленный протеканием электрохимической реакции, и емкостной ток, обусловленный наличием двойного электрического слоя. Однако, при электроразведочных работах, уровень уверенно принимаемого сигнала должен быть более 5 мВ, т.е. тот случай, когда фарадеевский ток значительно меньше емкостного. Поэтому фарадеевский ток можно не рассматривать.

Импеданс электродной ячейки можно представить уравнением:

R = R e 1 + R ν + R e 2 , ( 1 )

где R e n - импеданс двойного электрического слоя электрода;

Rν - объемное сопротивление раствора.

Объемное сопротивление раствора в процессе эксперимента не меняется.

Следовательно, изменение R связано с изменением импеданса двойного электрического слоя Re.

Емкостной ток двойного электрического слоя в идеальных условиях определяется выражением:

i c ( t ) = C d ( E ) d E d t , ( 2 )

где Cd - емкость поверхности электрода.

Отсюда следует, что в случае скачкообразного изменения потенциала электрода ΔU эта зависимость имеет вид дельта функции Дирака, т.е. заряд двойного электрического слоя происходит мгновенно. В реальных условиях при импульсе ΔU, воздействующего напряжения U, электродный потенциал не изменяется скачком из-за наличия последовательного омического сопротивления, которое в основном определяется объемным сопротивлением Rν электролита.

Зависимость изменения напряжения на электроде ΔE и емкостного тока ic от времени определяется уравнениями:

Δ E ( t ) = Δ U 1 exp ( 1 τ ) exp ( b Δ E ( t ) 1 + b Δ U ) , ( 3 )

i c ( t ) = Δ U R ν ( exp t τ ) exp [ b ( Δ i c R ν ) 1 + b Δ U ] , ( 4 )

где τ = R ν c d 0 ( 1 + b Δ U ) = R ν C d - постоянная времени ячейки пары электродов;

C d 0 - емкость электрода в отсутствие импульса ΔU,

b - коэффициент возрастания емкости от импульса ΔU.

Из уравнений (3) и (4) видно, что величина постоянной времени электродной ячейки τ определяется как произведение импеданса R между электродами и емкости двойного электрического слоя электрода Cd.

Из общего анализа теории и приведенных выше уравнений следует, что уменьшению постоянной времени электродной ячейки в первую очередь способствует уменьшение импеданса двойного электрического слоя Re, что возможно за счет увеличения площади электрода. Увеличение площади электродов достигается созданием вокруг графитовых стержней пористой структуры с эффективной рабочей поверхностью.

Также уменьшение импеданса R достигается увеличением количества твердых графитовых стержней.

На основе вышеизложенного, была разработана конструкция электрода.

Описание устройства.

На Фиг.1 показан общий вид заявляемого электрода. Электрод состоит из трех твердых графитовых стержней (1), соединенных посредством пайки с выходным кабелем (2). Графитовые стержни (1) и твердый диэлектрический стакан (3) запрессованы в водонепроницаемый обтекатель (5). В полость стакана (3) помещен деполяризатор (4), отделенный от внешней среды полимерной проницаемой мембраной (6) и втулкой (7), которая фиксируется резиновой прокладкой (8).

Осуществление изобретения.

Технический результат достигается тем, что в качестве деполяризатора выбирается такая фракция графитового порошка, при котором за счет капиллярного эффекта осуществляется полная импрегнация водного раствора NaCl с плотностью не более 1,02 (аналог морской воды) в пористое пространство деполяризатора. Это возможно, если краевой угол смачивания на графите водного раствора NaCl не превышает 90 градусов, что в свою очередь обеспечивается, если радиус соединительных капилляров более 1 мкм. Исходя из вышеизложенного, фракцию графитового порошка для набивки электродного пространства выбирают от 1 мкм до 63 мкм. Несоблюдение этого требования приводит к отсутствию импрегнации деполяризатора водным раствором и, как следствие, уменьшению рабочей поверхности электрода. В свою очередь это резко повышает импеданс двойного электрического слоя и соответственно увеличивает постоянную времени электродной ячейки.

Снижение общего импеданса ячейки обеспечивается также за счет увеличения числа твердых графитовых стержней от 3 до 5, вместо 1.

Перечисленные выше факторы позволяют значительно снизить импеданс электродной пары и достигнуть величины постоянной времени релаксации сигнала менее 5 мс.

Преимущество данного устройства заключается в том, применение электродов с малой величиной постоянной времени релаксации сигнала в электродной ячейке снижает общую погрешность при выделении электрических сигналов вызванной поляризации исследуемой среды на фоне кривой электрической релаксации самого электрода.

Таким образом, достигается технический результат - обеспечивается возможность более корректной интерпретации экспериментальных данных и, как следствие, повышается точность информации о геофизических характеристиках исследуемой среды.

Краткое описание чертежей.

На Фиг.1 представлен общий вид графитового электрода с тремя твердыми графическими стержнями.

На Фиг.2 представлен график амплитудно-частотной характеристики электродной ячейки. В точке пересечения амплитудной кривой с осью ординат построена касательная, которая пересекает линию установившегося значения измеренного сигнала. Отрезок на линии установившегося значения от начала координат до точки пересечения с касательной есть постоянная времени электродной ячейки. Из графика видно, что постоянная времени менее 5 мс.

1. Графитовый электрод для морской электроразведки с малой величиной постоянной времени, состоящий из запрессованных в диэлектрический стакан твердых графитовых стержней, покрытых деполяризатором и отделенных от внешней среды полимерной проницаемой мембраной, отличающийся тем, что в качестве деполяризатора применяют фракцию графитового порошка с грануляцией от 1 мкм до 10 мкм.

2. Графитовый электрод для морской электроразведки с малой величиной постоянной времени по п.1, отличающийся тем, что количество твердых графитовых стержней в электроде составляет от 3 до 5.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано для определения удельной электропроводности грунтов, скальных пород и других тел на и под поверхностью земли.

Заявляемая группа изобретений относится к области разведочной геофизики и предназначена для прогнозирования залежей углеводородов при зондировании морского дна при глубинах моря более 500 м.

Изобретение относится к разведке нефтяных месторождений. Сущность: способ предусматривает следующие шаги: выставляют электроды в рабочей области в виде решетки из малых ячеек, все станции для измерения двух компонентов (Ех, Еy) электрического поля записывают синхронно и с одинаковыми настройками временные ряды данных естественного электромагнитного поля.

Изобретение относится к емкостному обнаружению проводящих объектов. Сущность: датчик (100) для емкостного обнаружения присутствия проводящих объектов (BOD1) содержит первый сигнальный электрод (10a), второй сигнальный электрод (10b) и структуру (20) базового электрода.

Изобретение относится к подземной электромагнитной разведке. Сущность: в способе используют создающий наведенный ток генератор 2, который циклически формирует наведенный ток.

Изобретение относится к электроразведочным исследованиям - зондирование методом переходных процессов, входящих в область импульсных индуктивных методов электроразведки.

Изобретение относится к геологоразведке и может быть использовано для поиска месторождений нефти и газа путем выделения аномальных зон вызванной поляризации. .

Изобретение относится к подводным измерительным системам. .

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для измерения составляющих плотности электрического тока в проводящих средах. .

Предложен cпособ контроля вариаций магнитного поля Земли. В способе измеряют напряженность магнитного поля, создают регулируемое компенсирующее магнитное поле, противоположное по направлению к измеряемому, запоминают величину компенсирующего поля при полной компенсации в установочный момент времени. При последующих измерениях вычитают из измеряемого поля запомненную величину и разницу интерпретируют как вариацию магнитного поля. В способе дополнительно создают стабильное градиентное магнитное поле, измеряют величину градиента в установочный момент времени и при последующих измерениях, корректируют передаточную характеристику измерительного устройства по результатам изменения градиента магнитного поля в сравнении с величиной, полученной в установочный момент времени. Техническим результатом является повышения объективности контроля магнитного поля Земли. 2 ил.

Предложен способ магнитной навигации по геомагнитным разрезам. В способе навигация осуществляется не путем сопоставлений наблюденного поля с эталонным, а по корреляции по этим полям построенных геомагнитных разрезов. Аномалии, которые созданы объектами, лежащими выше уровня поверхности земли или дна моря, считаются помехой и не участвуют в процессе навигации. Также исключаются аномалии, которые располагаются глубже заданного уровня, как не имеющие четкой формы. Техническим результатом является повышение надежности навигации.

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано для прогнозирования скрытых рудных полезных ископаемых, связанных с гранитоидами. Сущность: для перспективных рудоносных участков на базе данных по физическим свойствам пород, слагающих модельный разрез, и материалов мелкомасштабных гравиразведочных и магниторазведочных съемок осуществляют построение «нулевой» глубинной модели. «Нулевую» глубинную модель выполняют в виде глубинных разрезов, на которых всем выявленным телам присваивают соответствующие интервалы изменений плотностных и магнитных характеристик. Затем путем решения серии обратных задач осуществляют в интерактивном режиме подбор глубинной модели. В процессе подбора глубинной модели меняют как форму отдельных тел модели, так и их физические параметры (плотность и намагниченность) до практически полного совпадения расчетных гравитационного и магнитного полей с наблюденными. Полученное неоднородное распределение плотности пород и намагниченности интерпретируют, используя эталонные генетические модели рудно-магматических систем, с построением геолого-геофизических разрезов. На геолого-геофизических разрезах по резкой смене или по смещению изолиний полей плотности и намагниченности выделяют крупные разломы и области низкоплотных немагнитных пород как остаточные очаги котектических гранитов (источников флюидов, рудного вещества и энергии), а отходящие от них апофизы оконтуривают как прогнозируемые зоны рудоотложения. Технический результат: прогнозирование с высокой степенью достоверности скрытого оруденения, связанного с гранитоидами. 8 ил.
Изобретение относится к области магниторазведки и может быть использовано при поиске месторождений углеводородов в молодых осадочных бассейнах. Сущность: проводят аэромагнитную, а также наземную магнитную или гидромагнитную съемки нефтегазоносной площади. Выявляют аномалии локальной составляющей остаточного магнитного поля. Выделяют замкнутые отрицательные аномалии. Оценивают конфигурацию и плотность изолиний отрицательных замкнутых аномалий локальной составляющей остаточного магнитного поля. Определяют углы линий наклона аномального магнитного поля по профилям, проходящим через замкнутые изолинии отрицательной составляющей локального магнитного поля. Технический результат: повышение эффективности поиска месторождений углеводородов.

Изобретение относится к электроразведке методом индукционного профилирования и может быть использовано при изучении строения верхней части геологического разреза при поисково-картировочных геоэлектрических исследованиях. Технический результат: повышение информативности и помехоустойчивости измерений, снижение трудоемкости электроразведочных работ. Сущность: используют источник электромагнитного поля и совмещенный с его осью приемный магнитный датчик, установленные и закрепленные между собой таким образом, чтобы в регистрируемом сигнале вклады первичного поля источника и нормального вторичного поля, возбуждаемого в изучаемом геоэлектрическом разрезе, были близки к нулю, а измеряемая составляющая магнитного поля характеризовала аномальный эффект во вторичном поле от исследуемой неоднородности среды. Профилирование осуществляют путем горизонтального смещения относительно поверхности Земли источника электромагнитного поля и установленного на оси генераторной петли приемного магнитного датчика вдоль профиля, параллельного оси датчика и проходящего вкрест простирания предполагаемых проводящих геологических образований с непрерывной или дискретной регистрацией аномальной составляющей магнитного поля. По ее распределению судят о наличии и расположении геоэлектрической неоднородности. 1 ил.
Изобретение относится к геофизике и предназначено для прогнозирования землетрясений по изменению напряженного состояния пород в зоне предполагаемого очага по аномалиям вариаций геомагнитного поля. Сущность: вариации магнитного поля измеряются на двух станциях - базисной и рабочей. На базовой станции и в районе установки второй станции проводят магнитотеллурическое зондирование. По его результатам выбирают места для установки второй станции по идентичности геоэлектрических свойств разреза с первой (базовой) станцией, например по максимальной корреляции графиков магнитотеллурического зондирования. Производят регистрацию вариаций геомагнитного поля на обеих станциях (δT1 и δТ2), вычисляют разность вариаций (Δ12(t)=δT1(t)-δT2(t)). Выделяют вариационные аномалии, например, по превышению разности Δ12≥kσΔ, где k=1,…,3, σΔ - среднее квадратическое значение без учета аномальных значений, по которым судят об интенсивности проявления геодинамических процессов на второй станции Технический результат: повышение надежности.

Изобретение относится к измерительной технике и представляет собой индукционный датчик для измерения земного магнитного поля. Датчик содержит электромагнитный узел обнаружения магнитного поля, размещённый на маятнике. Маятник помещен в корпус и подвешен к его стенке на шарнире. Противоположная от шарнира стенка корпуса имеет форму полусферы и соответствует по размеру сферической поверхности маятника. Техническим результатом является обеспечение постоянства расстояния между корпусом и маятником, когда маятник совершает движения, и ламинирования между ними амортизационной жидкости. 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к морской электромагнитной съемке. Сущность: в способе использовано шесть горизонтальных компонент электрического поля. Эти компоненты электрического поля обеспечиваются трехштифтовыми заземляющими электродами четырех полюсов, соединенными попарно. Один из штифтов каждого из трехштифтовых заземляющих электродов и штифты трех других трехштифтовых заземляющих электродов попарно образуют шесть горизонтальных компонент электрического поля. Одновременно регистрируются данные об изменении электромагнитного поля с течением времени. Технический результат: эффективное обеспечение регистрации электрического поля под углом менее 22,5 градусов к направлению активации независимо от ориентации станции обнаружения, гарантия эффективной связи между источником активационного поля и парным полюсом, предназначенным для регистрации электрического поля, снижение требований к ориентации станции обнаружения и к направлению движения и положению источника активационного поля во время сбора данных, исключение потерь электромагнитных данных. 8 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано при разведке месторождений нефти и природного газа. Заявлена электромагнитная расстановка, сконфигурированная для использования в подземной буровой скважине. Расстановка включает в себя множество расположенных с промежутком вдоль оси электромагнитов и сконфигурирована с возможностью генерации спектра магнитного поля, имеющего по меньшей мере первую и вторую пары магнитно-противоположных полюсов. Преимущественно могут использоваться измерения при пассивной локации возбужденного магнитного поля, например, для исследования и управления непрерывным бурением объединенной скважины. Электромагнитная расстановка может также использоваться в активной локации. При активной локации может также использоваться расстановка постоянных магнитов, обеспечивающая подобный спектр магнитного поля. Технический результат - повышение точности разведочных данных. 2 з.п. ф-лы, 15 ил.

Изобретение относится к области геофизических исследований и предназначено для поисков и оконтуривания углеводородных (УВ) залежей. Сущность: возбуждают импульсное электромагнитное поле в среде последовательно встречно с двух сторон относительно участка зондирования. Измеряют пространственные разности потенциалов электрического поля на круговом профиле перемещения генераторно-приемной кабельной косы при ее одностороннем движении по профилю и одновременно на парных участках профиля, симметричных относительно диаметра, проходящего через центр генераторной линии. Измерения осуществляют с помощью двух измерительных триполей, встроенных в косу таким образом, чтобы в процессе кругового ее перемещения центры триполей располагались на профиле диаметрально противоположно симметрично относительно центра генераторной линии. Измерение на каждом из парных участков исследования производят сначала одним из триполей пары при одном направлении зондирующего поля и повторяют с помощью другого триполя пары во время его пребывания на том же участке, но при противоположном направлении поля. По измерениям разностей потенциалов рассчитывают односторонние и двухсторонние ДНЭ-параметры. Строят временные разрезы электрофизических параметров по линейным профилям, сформированным путем объединения результатов зондирования, на последовательных круговых профилях, вдоль и/или поперек площади исследуемого объекта. Технический результат: повышение производительности, эффективности и надежности электроразведочных работ. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 3 ил.
Наверх