关键词:视电阻率;感应干扰;感应电动势;换向器;三点极
一、概述
视电阻率测井法是煤田测井的一种主要方法,是划分地层、确定岩性,进行地层对比的重要参数之一。由于测量过程中存在许多干扰因素,以至影响测井资料的准确性,给解释工作带来一定困难。感应干扰就是其中之一。
在以往煤田测井工作中,视电阻率曲线只用以划分煤层、岩层的深度及厚度。而对其绝对值要求并不严格。特别是当干扰不大时更容易被忽视。为了对测井资料进行定量解释,消除感应干扰就成为必需解决的问题。为此,本文就感应干扰的产生和消除方法作一初步探讨。
二、感应干扰产生机理
目前煤田测井使用组合测井仪和电缆电极系采用A0.1M的排列方法(即二极法),B、N电极置于地面,A、M电极下井。由于下井电极系简单,而且只占用两根缆芯,便于和其他仪器组合,因此得到了广泛应用。
在用二级法测量时,电缆排绕在绞车卷筒上,当AB回路供以交变方波电流时,MN回路则产生互感电势。其等效电路,相当于一个1:1的变压器。如图1所示。
(图1)
AB、MN回路的缆芯,相当于变压器的初级、次级线圈,绞车卷筒相当于变压器的铁芯。A、B回路供电时产生的磁通量等于:
ΦAB=μ
式中:ΦAB——磁通量 IBA——AB回路的电流强度 N——绕在卷筒上电缆匝数 L.S.μ——分别等于等效磁路的长度、截面积和导磁率。
在MN回路产生的感应电势:
eMN = - N
eMN——---感应电势
——穿过线圈磁通量变化率。
IMN回路产生的电流为:IMN =
RM——MN回路总电阻
(图2)
由于AB回路的电流是极性相反、幅度相等的交流方波电流。在方波的前后沿,电流是瞬时变化。其变化率很大。而在方波的平直部份则没有变化,可视为直流。因此,感应干扰只应产生在方波的前后沿部分。使用换向器就是为了在供电换向的瞬间使仪器产生“死点”时间。即测量部份不工作,待感应干扰过去后,测量部分才进行测量,就可以避开感应干扰。但实际上由于供电方波的平直部份有一定的下垂(图1)和电缆本身存在的电阻、电感和分布电容。使瞬间变化的感应电势并不很快回零,而是随时间按负指数关系减小。其波形如(图3)。后沿的斜率与供电波形的下垂和电缆的长度有关,电缆越长,下垂越大,则斜率越小。
在换向器的设计上为避开由供电电流跳变产生的干扰,使测量回路中具有“死点”时间,即测量回路的接通时间滞后于供电回路接通时间(图2)。例如TYDH——2A型电子换向器0.3ms,TYFZ——5型组合仪5ms,JBC——2型1.4ms。从图3可以看出在“死点”之后(0.3ms)感应电势并不回到零点,甚至到这一周期结束也没有完全回零。滞后测量线路接通时间虽然避开了大部分干扰(图2a区)但仍然有一部分进入测量线路(图4)。 进入测量线路的这一部分感应电势可近似看成一个锯齿形的脉冲,其感应电势的平均值近似等于:eMN ≈ (4)
其中:eMN——感应干扰电动势的平均值。
I0——干扰脉冲的幅度。
(图3)
t——干扰脉冲宽度。
T——换向器的周期。
上式说明感应干扰的大小,不仅与电缆的长度,绕在卷筒的圈数,供电电流强度成正比关系,还与换向器的周期成反比关系。
为观察感应干扰现象,作了如下试验:
使用电子换向器频率为116周/秒“死点”时间0.3ms,供电方波下垂10%,电缆1030m全部绕在绞车卷筒上。将AB线路经4.3K电阻直接接入换向器A B插孔,MN线路直接接入换向器MN插孔。当AB供电电流为5mA时则有250mV输出,供电10mA输出490mV,供电12mA输出520mV,实验表明这种干扰是相当大的。如果横向比例为10Ω-M/cm,供电12.6mA,测程灵敏度为100mV/cm,就相当于52Ω-M的视电阻率值的输出。远远超出了测井规程所要求的容许误差。而实际工作中绕在绞车上的电缆圈数是从孔底向上逐渐增加的,感应干扰也就随之变化,叠加在视电阻率曲线上,即使基线发生偏移,其曲线上的绝对值也就不能代表真实的视电阻率值如(图4)所示。
三、消除感应干扰的方法:
1、降低换向器频率,加大“死点”时间,能大大减小感应干扰。但并不能完全消除,从(图3)可看出即使当供电电流从正极性跳变到负极性时,也就是一个周期的结束时,在测量线路里仍有250mV电位差。
2、运用三极法,即电极系排列为A 0.1 M 0.95 N。其原理是连接M电极的缆芯与连接N电极缆芯同时产生的感应电势则在线路中互相抵消(图5)。
在以往使用三极法测井时,大多采用双极供电单极测量即M 0.1 A 0.95 B。其目的是减少接地电阻对供电电流的影响。由于电子换向器使用稳流供电,采用双极测量单极供电A 0.1 M 0.95 N则具有以下更多的优点。
(1)地面电极是供电电极B,所以可不考虑电极极化的影响,只要接地好就可以,对地面电极要求不严格。
(2)减少接地电阻对测量线路的影响。
(3)可消除其他电气设备(如绞车电机)在绞车上产互感作用引起的干扰。
在目前技术条件下,使用三极法消除感应干扰,是简单易行的办法。
(图4) (图5)
参考文献:[1] 陕西煤矿学校编著.煤田物探学[M]. 北京:煤炭工业出版社出版,1979.12
[2] 许兴培等.TYSC系列数字测井仪[M].西安:西北工业大学出版,1991.12
作者简介:李欣,男,1982.11,汉,河北省邯郸市,本科,物探工程师
论文作者:李欣
论文发表刊物:《中国电业》2019年20期
论文发表时间:2020/3/10
标签:干扰论文; 感应论文; 换向器论文; 回路论文; 电势论文; 电极论文; 电阻率论文; 《中国电业》2019年20期论文;