視電阻率法測(cè)井中探測(cè)電極距選擇的探討

張福生

摘 要：電阻率曲線是油、煤田測(cè)井中很重要的一條參數(shù)曲線，結(jié)合其它的測(cè)井曲線可以解決各種地質(zhì)問題。但要準(zhǔn)確得到目的層的真電阻率值，就要考慮各地區(qū)、井的結(jié)構(gòu)的影響，消除這些影響就必須選擇合適的電極距。文章通過具體數(shù)據(jù)討論分析各種因素影響下如何有效地選擇電極距的大小，對(duì)利用好該曲線有一定的借鑒意義。

關(guān)鍵詞：電阻率；電極距；曲線；探測(cè)半徑

1 視電阻率測(cè)井的原理

視電阻率法是以研究巖石電阻率（導(dǎo)電能力）為基礎(chǔ)的測(cè)井方法。它是通過測(cè)量人工電場(chǎng)沿著井剖面的變化來反映電阻率變化，從而解決地質(zhì)問題。其理論公式為ρs=k·■其中ΔUmn為M N兩點(diǎn)間的電位差 ，I為供電電流，K為電極系系數(shù)，它的大小取決于電極之間的距離，不同的電極排列具有不同的系數(shù)。所以說ρs的大小即決定于電極的排列和電極之間的距離的大小，又決定于介質(zhì)不均勻的程度以及電極和介質(zhì)中不均勻體的相對(duì)位置，同時(shí)還與地質(zhì)體的大?。磶r、煤層的厚度）有關(guān)。理論和實(shí)踐都證明，只要合理地選擇測(cè)量的技術(shù)條件，譬如供電及測(cè)量電極的排列；電極之間的距離（電極距）等，起主導(dǎo)作用的因素就是與電極系最靠近的巖層。這個(gè)巖層的真電阻率越大，測(cè)量與求解出來的視電阻率也就越大，反之越小。

2 電極系及電極距的選擇

對(duì)于不同地層厚度，理論曲線的異常幅值是不一樣的。地層厚度越小，異常幅值越小。在考慮到井的影響時(shí)，同樣可以看到，井的影響越大，曲線異常幅值越小。在視電阻率測(cè)井中，要求對(duì)于目的層測(cè)出的ρs曲線具有異常幅值大的特點(diǎn)，以利區(qū)別于非目的層的其它巖層。另外，在某些需要用ρs值來近似代表目的層真電阻率值時(shí)，也希望ρs值盡量地大，這樣就更接近于真電阻率值。為了使實(shí)際使用該方法時(shí)達(dá)到應(yīng)有的效果，就應(yīng)很好地選擇所使用的電極系與電極距。

2.1 電極系的探測(cè)半徑

在鉆孔中測(cè)視電阻率曲線時(shí)，電極系置于井內(nèi)，以探測(cè)半徑來表征電極系周圍的介質(zhì)對(duì)ρs值的影響范圍的大小。

2.1.1 電位電極系的探測(cè)半徑

如果在電阻率為ρ的均勻介質(zhì)中，取一點(diǎn)P，它離供電電極A的距離為r，當(dāng)供電電流為I時(shí)，比較一下M、P二點(diǎn)間的電位差和M、N二點(diǎn)間的電位差（N電極離A電極無(wú)限遠(yuǎn)），就不難看出電位電極系的影響范圍?？芍?/p>

式中，Um、Up、Un分別為M、P、N點(diǎn)的電位；AM、AN分別為A、M和A、N之間的距離。

上面兩式相除得到： （1-1）

根據(jù)（1-1）來討論=f（r）的關(guān)系，縱坐標(biāo)以表示，橫坐標(biāo)以（橫坐標(biāo)這樣表示是為了使探測(cè)半徑以AM的距離為單位）。可以看出：值在2以內(nèi)變化時(shí)，的值上升很急??；在2以后變化時(shí)，的變化就緩慢得多；最后當(dāng)值達(dá)到8時(shí)，的值就基本不變化了；隨著繼續(xù)增大，的值就趨于一個(gè)常數(shù)值。因此，決定M點(diǎn)電位（或者說MN兩點(diǎn)之間的電位差）基本上是電極A附近的介質(zhì)，而總的影響范圍為5～10倍的電極距（即=5～10）。所以所測(cè)得的視電阻率值主要是位于電極系影響范圍內(nèi)的巖石電阻率所決定。所以，電位電極系的探測(cè)半徑等于2倍電極距，即R=2L。

2.1.2 梯度電極系的探測(cè)半徑

可以用同樣的方式來討論梯度電極系的探測(cè)半徑，所不同的是在電位電極系中是討論M點(diǎn)的電位，討論ΔUmp/Um=50%的r值；而在梯度電極系中是討論MN的中點(diǎn)O點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度的值，討論Ep/E=50%的r值（式中E為所設(shè)梯度電極系記錄點(diǎn)O點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度，Ep為相當(dāng)于E的P點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度）。因此可得：

L2=0.5 r2=2L2

∴r=L≈1.4L

即梯度電極系的探測(cè)半徑R為1.4倍的電極距。

比較一下電位電極系與梯度電極系的探測(cè)半徑可以看出，在相同的電極距（即AM=AO）條件下，電位電極系的探測(cè)半徑要大于梯度電極系的探測(cè)半徑。

2.2 電極系與電極距的選擇

2.2.1 電極系的選擇

比較兩種電極系（即梯度電極系及電位電極系）可以看出：

（1）梯度電極系具有極大值明顯，易于比較精確地確定高阻巖層界面的優(yōu)點(diǎn)。但由于它的極小值反映不突出，故其位置難以確定。為了較精確地定出高阻巖層頂?shù)捉缑娴奈恢?，?shì)必同時(shí)測(cè)量頂部與底部梯度電極系的視電阻率曲線。電位電極系視電阻率曲線對(duì)高阻巖層中心上、下對(duì)稱。根據(jù)實(shí)際曲線在高阻巖層上反映的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，可以以一條曲線確定巖層頂?shù)捉缑妗?/p>

（2）在相同電極距的條件下，電位電極系的探測(cè)半徑大于梯度電極系。因此要達(dá)到相同的探測(cè)范圍，梯度電極系的電極距就必須大于電位電極系。這樣，用大電極距所帶來的屏蔽影響將不可避免。

（3）在巖層傾角比較大的情況下，使用梯度電極系測(cè)出的ρs曲線，由于形狀嚴(yán)重畸變，不易于劃分目的層的界面位置，而用電位電極系，因?yàn)閮H僅影響一些幅值，仍然可以用它的特征來確定界面。

綜上所述，在煤田測(cè)井中，為了解決煤層的定性及定厚問題，比較起來，使用電位電極系比較適宜。

2.2.2 電極距的選擇

電極系一經(jīng)確定，電極距的選擇就成為測(cè)好ρs曲線的主要問題了。電極距選擇原則是使在目的層處測(cè)出的ρs曲線受井的影響最小，受圍巖的影響也最小，即最大限度地反映目的層的真電阻率值。根據(jù)電極系探測(cè)半徑的概念，用小的電極距，可以使圍巖的影響減小，但是井的影響就增加了；而使用大的電極距，井的影響可以減小，然而圍巖的影響就增加了。所以說， 兩個(gè)因素是互相矛盾的，這就需要找出一種電極距，使用這種電極距所測(cè)出的ρs曲線達(dá)到井與圍巖的綜合影響最小。反映在結(jié)果上就是ρs曲線能夠明顯地區(qū)分鉆井地質(zhì)剖面上的電阻率不同的地層。實(shí)踐證明，這樣的電極距是可以找到的。

我們以采用一組實(shí)測(cè)的不同電極距的ρs曲線。煤層厚度分別為0.7米、1米、1.8米。其中0.7米、1米為單一煤層，1.8米為具有夾干的復(fù)雜結(jié)構(gòu)煤層。現(xiàn)在分別對(duì)這三個(gè)煤層所測(cè)得的視電阻率曲線作一些分析。

（1）AM由0.05m到0.8m變化時(shí)，ρsw最大值ρsw先是增加，到AM=0.4m時(shí)ρsw最大，以后隨著AM繼續(xù)增大，ρsw卻降低了。Ρsw增大的原因是井的影響減小了，而以后ρsw又降低是因?yàn)閲鷰r的影響增加的緣故。

（2）比較不同電極距所測(cè)曲線，以選擇AM=0.4～0.5米為適宜。

H1=0.7米：

電極距由0.05米到0.8米變化時(shí)，同樣可以看到ρsw增加，但當(dāng)AM增加到0.4m時(shí)，ρsw降低，而到AM=0.8m時(shí)，煤層在曲線上出現(xiàn)相對(duì)于圍巖為低的異常。

故對(duì)于這種薄煤層，選擇電極距一定不要超過目的層厚度，也不要接近于它的厚度，從這份實(shí)測(cè)試驗(yàn)曲線中，電極距選在0.1～0.2m為比較適宜。

3 結(jié)束語(yǔ)

應(yīng)該說明的是上述資料是有局限性的，因而對(duì)這個(gè)資料的分析也是有具局限性的。這個(gè)局限性就是表現(xiàn)在這個(gè)地區(qū)比較適用，而在另一些地區(qū)不一定適用。因此，我們考慮問題的著眼點(diǎn)不應(yīng)在這些具體結(jié)論上面，因?yàn)樗皇菍?shí)質(zhì)性的東西。實(shí)質(zhì)性的問題是選擇電極距的原則。電極距選擇得合適，測(cè)出曲線就好，就能較真實(shí)地反映鉆井地質(zhì)剖面各種巖層特別是達(dá)到可采厚度的煤層，并能清楚地劃分結(jié)構(gòu)，電極距應(yīng)小于最小可采層厚度。大多數(shù)地區(qū)采用電極距為0.1米的電位電極系。這種電極距對(duì)于厚層來說，其幅值較真電阻率要小很多，但基本不影響在曲線上將該層劃分出來。如果，在勘探區(qū)內(nèi)煤層結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單產(chǎn)，層厚較大，也可適當(dāng)加大電極距，所以，針對(duì)不同的地區(qū)，要區(qū)別加以對(duì)待，根據(jù)實(shí)際情況選擇不同的電極距，這樣才能夠測(cè)好曲線，真正反映本地區(qū)的真實(shí)的電阻率曲線。