Методы определения электрических свойств пород

Существуют методы, позволяющие определять только удельное электрическое сопротивление пород и способы совместного определения их сопротивления и диэлектрической проницаемости.

1. Метод вольтметра и амперметра. Его используют в лабораторных условиях для определения удельного сопротивления породы по образцам правильной геометрической формы. При этом измеряются: сила тока, проходящего по образцу, падение напряжения на образце, геометрические размеры образца (площадь поперечного сечения s и длина l). По этим данным вычисляется удельное сопротивление:

.

(3.12)

2. Электролитический метод с использованием двух жидкостей. Метод применим для определения удельного сопротивления породы по образцу произвольной формы (рис. 3.7).

В этом случае измеряется падение напряжения между точками MN в каждой ванночке, когда в них нет образца ( V₀₁ и  V₀₂) и с образцом ( V₁ и  V₂). Удельное сопротивление образцов рассчитывается по формуле:

,

(3.13)

здесь ;₀₁ и ;₀₂  удельные сопротивления жидкостей, в качестве которых целесообразно использовать воду (;=1030 Омм) и глицерин (;10⁴ Омм).

3. Метод резистивиметра. Его применяют для определения удельного сопротивления природных растворов. Прибор представляет собой сосуд любой формы из материала, не проводящего электрический ток. В стенку сосуда вмонтированы четыре электрода. Исследуемую жидкость наливают в сосуд, затем производят измерение силы тока, пропускаемого через два электрода, и напряжения между другой парой электродов. Удельное сопротивление жидкости рассчитывают по формуле:

.

(3.14)

Коэффициент К находят путем градуировки резистивиметра с помощью жидкости, удельное сопротивление которой известно. Чаще всего это водный раствор поваренной соли, удельное электрическое сопротивление которой определяется по концентрации соли (см. рис. 3.4).

4. Определение удельного сопротивления по данным каротажа скважин. На диаграмме КС (кажущегося сопротивления), где предварительно намечается местоположение пластов, производится осреднение значений кажущегося сопротивления в преде­лах каждого интересующего пласта. Для пластов, мощность которых значительно превосходит длину зонда, а длина зонда, в свою очередь, много больше диаметра скважины плюс мощности зоны проникновения бурового раствора в пласт, определенное среднее значение кажущегося сопротивления можно принять за истинное удельное сопротивление породы пласта. Во всех других случаях для определения удельного сопротивления пород необходимо располагать данными бокового каротажного зондирования, по результатам которого с помощью палеток или ЭВМ находится истинное удельное сопротивление породы.

5. Определение удельного сопротивления пород с помощью вертикальных электрических зондирований (ВЭЗ). В наиболее простом случае (двухслойный геоэлектрический разрез) удельное сопротивление пород можно определить по кривой ВЭЗ с помощью палетки. Когда породы в своем залегании образуют в совокупности трех- и более слойный геоэлектрический разрез, определение удельного сопротивления пород промежуточных слоев в большей части случаев по данным только ВЭЗ из-за проявления принципа эквивалентности становится невозможным. В такой ситуации необходимо привлекать дополнительную информацию – обычно о мощности слоев, слагающих разрез. Поэтому параметрические ВЭЗ проводят, как правило, на точках, где пробурены скважины, т. е. где известны мощности слоев. Поданным каротажа скважин и ВЭЗ получаются наиболее достоверные данные об удельном электрическом сопротивлении пород.

6. Мостиковый метод. Он применяется для определения диэлектрической проницаемости горных пород и удельного электрического сопротивления. Схема установки показана на рис. 3.8. В одно из плеч мостика включен испытуемый образец в виде пластины, зажатой между двумя металлическими электродами, образующими конденсатор емкостью С_х и сопротивлением утечки R_х. Процесс измерения заключается в подборе сопротивления R₀ и емкости C₀ выравнивающих напряжения в плечах мостика. Определив R_х и С_х, которые при балансе мостика равны R_х = R₀, C_х = C₀, можно найти удельное электрическое сопротивление и ди­электрическую проницаемость образца по формулам:

, .

(3.15)

Здесь l – толщина образца (расстояние между пластинами);

S – площадь пластины.

В качестве индикатора баланса моста при звуковых частотах используется ламповый вольтметр или осциллограф, при высоких частотах  радиокомпаратор.

8. Определение  и  образцов горных пород с помощью серийных приборов типа ИЭМС-1 или ИЭМС-3. Эти приборы представляют собой высокочастотные автокомпенсаторы, измеряющие активную (ваттную) и реактивную составляющие сигнала. Разделение на составляющие измеряемого напряжения производится путем синхронного детектирования, регистрация компонентов осуществляется по отдельным каналам. В качестве источника переменного гармонического напряжения используется автогенератор с триггерным делителем частоты. Диапазон рабочих частот ИЭМС-1 составляет 152500 кГц, ИЭМС-3 – 20 Гц10кГц. Аппаратура может быть использована в стационарных и полевых условиях, порядок работы с ней детально изложен в инструкции.