CN114994775B - 井间激发极化供测双线探测装置、系统及阵列采集方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及地球物理探测技术领域，具体为井间激发极化供测双线探测装置、系统及阵列采集方法，包括并列布置在双线卡排中的第一电极和第二电极，第一电极和第二电极的上下两端与双线卡排的绝缘卡柱对应连接，绝缘卡柱穿过双线卡排的固线口，第一电极对应的绝缘卡柱末端用于连接测量电缆，第二电极对应的绝缘卡柱末端用于连接供电电缆。在一组卡排内平列布置两组电极，形成供测分离的双线探测方式，多个双线探测装置在井内形成阵列，能够有效降低探测过程中电极极化和电磁耦合效应，提高激发极化数据信噪比，为不同探测领域提供了更加可靠且灵活的技术支撑。

Description

井间激发极化供测双线探测装置、系统及阵列采集方法

技术领域

本发明涉及地球物理探测技术领域，具体为井间激发极化供测双线探测装置、系统及阵列采集方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

地球物理探测过程中使用的激发极化法，是根据岩石、矿石的激发极化效应来寻找金属和解决水文地质、工程地质等问题的一组电法勘探方法，其具有同时测量介质导电和储存电量的能力，与传统电阻率方法相比，激发极化对孔隙尺度更加敏感，解译参数更加全面，数据量更加丰富，在地质探测、矿产勘查和污染物调查等场景均取得不错的应用效果。但激发极化测量过程中容易受到电极极化和电磁耦合效应的影响，其信噪比远小于传统电阻率法，且该方法多应用于地表探测，井间探测的应用较少。

发明人发现，目前针对井间测量的激发极化探测均利用常规的电阻率测量电缆，即井内采用供测一体的单条测线布设方法，且电极多选择传统的不锈钢电极。此外，井间激发极化的数据采集阵列中，同一电极存在供电与测量交替使用的情况，导致测量数据的质量受电极极化和电磁耦合效应影响明显。因此，目前的探测装置严重影响井间激发极化的数据质量，易造成假异常解译，进而延误探测进程。

发明内容

为了解决上述背景技术中存在的技术问题，本发明提供井间激发极化供测双线探测装置、系统及阵列采集方法，在一组卡排内平列布置两组电极，形成供测分离的双线探测方式，多个双线探测装置在井内形成阵列，能够有效降低探测过程中电极极化和电磁耦合效应，提高激发极化数据信噪比，为不同探测领域提供了更加可靠且灵活的技术支撑。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明的第一个方面提供井间激发极化供测双线探测装置，包括并列布置在双线卡排中的第一电极和第二电极，第一电极和第二电极的上下两端与双线卡排的绝缘卡柱对应连接，绝缘卡柱穿过双线卡排的固线口，第一电极对应的绝缘卡柱末端用于连接测量电缆，第二电极对应的绝缘卡柱末端用于连接供电电缆。

第一电极为不极化电极且仅探测信号，即测量电极，第二电极仅发射电流，即供电电极。

本发明的第二个方面提供实井间激发极化供测双线探测系统，包括多组上述双线探测装置首尾相接，具体的：

多组双线探测装置通过测量电缆和供电电缆首尾相连，最底端的双线探测装置底部设有连接环，连接环通过连接绳连接重力坠；最顶端的双线探测装置通过测量电缆和供电电缆伸出地表连接探测终端。

多组双线探测装置首尾相接后，两电极对应的绝缘卡柱分别穿过双线卡排的同一编号固线口，使多组第一电极和第二电极沿垂直方向并列布置。

重力坠具有至少两组，分别连接在最底端双线探测装置的双线卡排下底面中与测量电缆和供电电缆对应的位置。

探测终端包括相连接的转换器和主机，最顶端的双线探测装置通过测量电缆连接转换器，通过供电电缆连接主机。

本发明的第三个方面提供基于上述井间激发极化供测双线探测系统，实现阵列采集的方法，包括以下步骤：

根据钻井参数和探测需求选择电极间距、供测电极距离和电极数量，确定探测装置基本参数；

组装探测装置形成采集阵列，将第二电极编号为Ti，第一电极编号为Ri，连接探测终端并检查电缆连接情况；

将多级探测装置逐步放入钻井，通过地表布置的探测终端开展数据采集。

采集阵列遵循设定的编号组合获取激发极化电信号，具体如下：

设相邻两个探测井中共有2N个探测装置，以A、B表示第二电极，以M、N表示第一电极；其中：

第二电极：

A=Ti(i∈N*,1≤i≤2N-n)；

B=Tj(j∈N*,1+n≤j≤2N)；

|j-i|=n(n∈N*且n≤5)；

第一电极：

M=Ri´(i´∈N*，1≤i´≤2N-n，n+1≤|i´-i|≤2N-n-1)；

N=Rj´(j´∈N*，1≤j´≤2N-n，n+1≤|j´-j|≤2N-n-1)；

|j´-i´|=n(n∈N*且n≤5)；

|i´-i|=|j´-j|>n；

A、B电极依次供电，M、N电极依次测量，获取激发极化电信号。

与现有技术相比，以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：

1、在一组卡排内平列布置两组电极，形成供测分离的双线探测方式，多个双线探测装置在井内形成阵列，能够有效降低探测过程中电极极化和电磁耦合效应，提高激发极化数据信噪比，为不同探测领域提供了更加可靠且灵活的技术支撑。

2、井间激发极化阵列确保所有的电流发射端和电信号测量端均为相互独立的电极，以降低电极极化和电磁耦合影响。

3、采集阵列中，两种电极对应的垂直位置不可交叉，且供电电极之间的间距和测量电极之间的间距满足设定要求，保证测量数据剖面能够有效覆盖双井之间的全部范围，避免系数过大产生误差。

4、获取的极化数据不需要改变原本的处理过程，已有的探测主机仍可使用，操作简单成本低。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1是本发明一个或多个实施例提供的井间激发极化供测双线探测装置的结构示意图；

图2是本发明一个或多个实施例提供的双线探测装置中双线卡排的剖面结构示意图；

图3是本发明一个或多个实施例提供的井间激发极化供测双线探测系统的结构示意图；

图中：1、不极化R电极，2、不锈钢T电极，3、不极化绝缘卡柱，4、不锈钢绝缘卡柱，5、双线卡排，6、固线口，7、测量电缆，8、供电电缆，9、转换器，10、主机，11、主转连接线，12、重力坠，13、连接绳，14、连接环。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

正如背景技术中所描述的，目前针对井间测量的激发极化探测均利用常规的电阻率测量电缆，即井内采用供测一体的单条测线布设方法，且电极多选择传统的不锈钢电极。此外，井间激发极化的数据采集阵列中，同一电极存在供电与测量交替使用的情况，导致测量数据的质量受电极极化和电磁耦合效应影响明显。目前的探测装置严重影响井间激发极化的数据质量，易造成假异常解译，进而延误探测进程。

因此，以下实施例给出井间激发极化供测双线探测装置，在一组卡排内平列布置两组电极，形成供测分离的双线探测方式，多个双线探测装置在井内形成阵列，能够有效降低探测过程中电极极化和电磁耦合效应，提高激发极化数据信噪比，为不同探测领域提供了更加可靠且灵活的技术支撑。

实施例一：

如图1-图2所示，井间激发极化供测双线探测装置，包括并列布置在双线卡排中的第一电极和第二电极，第一电极和第二电极的上下两端与双线卡排的绝缘卡柱对应连接，绝缘卡柱穿过双线卡排的固线口，第一电极对应的绝缘卡柱末端用于连接测量电缆，第二电极对应的绝缘卡柱末端用于连接供电电缆。

第一电极仅探测电信号，第二电极仅发射电流。本实施例中，第一电极为不极化R电极1，采用导电的不极化材料；第二电极为不锈钢T电极2，采用导电的不锈钢材料。不极化R电极为仅接收信号的电极，R代表Receive（接收），不锈钢T电极为仅发射电流的电极，T代表Transmitter（发送）。

具体的：

装置包括双线卡排5，不极化R电极1和不锈钢T电极2，双线卡排5上设有对称的六个固线口6；不极化R电极1和不锈钢T电极2的上下端分别连接有不极化绝缘卡柱3和不锈钢绝缘卡柱4，不极化绝缘卡柱3和不锈钢绝缘卡柱4分别穿过两个固线口6，穿过固线口6的卡柱末端直接与测量电缆7和供电电缆8连接。

常规的井间电阻率探测装置均采用供测一体的单条电缆，电极则选择常规的不锈钢电极，而激发极化法在外加电场作用下，会产生复杂的电化学过程，产生附加的二次电场，探测过程易受电极极化和电磁耦合的影响。本实施例通过设置供测分离的双线探测方式，并以不锈钢T电极2供电，以不极化R电极1测量，可明显降低电极极化和电磁耦合的影响，有效提高数据信噪比。

不锈钢T电极2仅用于发射电流，可采用导电的金属材料，如不锈钢；不极化R电极1可采用由金属-金属盐电极制作的不极化电极，如AgCl、CuSO₄或PbCl₂材料，如本实施例选择AgCl材料。

实施例二：

如图1-图3所示，本实施例提供井间激发极化供测双线探测系统，包括多组实施例一中双线探测装置首尾相接形成，具体的：

多组双线探测装置通过测量电缆和供电电缆首尾相连，最底端的双线探测装置底部设有连接环，连接环通过连接绳连接重力坠；最顶端的双线探测装置通过测量电缆和供电电缆伸出地表连接探测终端。

多组双线探测装置首尾相接后，两电极对应的绝缘卡柱分别穿过双线卡排的同一编号固线口，使多组第一电极和第二电极沿垂直方向并列布置。

重力坠具有至少两组，分别连接在最底端双线探测装置的双线卡排下底面中与测量电缆和供电电缆对应的位置。

探测终端包括相连接的转换器和主机，最顶端的双线探测装置通过测量电缆连接转换器，通过供电电缆连接主机。

本实施例包括多级实施例一中的双线探测装置，多级探测装置通过测量电缆7和供电电缆8首尾相连，最底端一级装置的底部配备连接环14，连接环14通过连接绳13悬挂两个重力坠12；最顶端一级装置的电缆伸出地表连接至探测终端。测量电缆7与转换器9连接，供电电缆8直接与主机10连接，主机10和转换器9以主转连接线11连接。

双线探测系统中所有探测装置的不极化R电极1和不锈钢T电极2位于两条平行的竖直线上，即所有装置中不极化绝缘卡柱3和不锈钢绝缘卡柱4均穿越双线卡排5的同一编号固线口6。

不极化R电极1可以选择AgCl材料，重力坠12可以选择不锈钢材料。

上述系统应用在井间探测，具有至少两列双线探测装置并分别布置在相邻的两组探测井内，分别获取相邻两组探测井内的探测数据。

实施例三

本实施例提供基于上述井间激发极化供测双线探测系统实现阵列采集的方法，包括以下步骤：

步骤一：根据钻井参数和探测需求选择电极间距、供测电极距离和电极数量，确定探测装置基本参数；

步骤二：组装探测装置形成采集阵列，将不锈钢T电极（第二电极）编号为Ti，不极化R电极（第一电极）编号为Ri，并连接探测终端，检查导线连接情况；

步骤三：将多级探测装置逐步放入钻井，通过地表布置的探测终端开展数据采集。

由于现有的采集阵列仅适用于供测一体的单条电缆，无法满足供测分离的需求，因此需基于本探测系统采用全新的阵列采集方式。

井间激发极化阵列采集方法需确保所有的电流发射端均为不锈钢T电极，所有的电信号测量端均为不极化R电极，以降低电极极化和电磁耦合影响。

此外，为保证测量数据剖面可有效覆盖双井之间的全部范围，避免装置系数过大产生误差，供测两种电极对应的垂直位置不可交叉，且供电电极之间的间距和测量电极之间的间距不可过大，应小于5倍的电极间距。

因此，阵列采集方法遵循下述编号组合方式获取激发极化电信号：

设相邻两个探测井中共有2N个探测装置，以A、B表示供电T电极（第二电极），以M、N表示测量R电极（第一电极），供测电极之间的垂直点位不可交叉，其中：

供电T电极：

A=Ti(i∈N*,1≤i≤2N-n)；

B=Tj(j∈N*,1+n≤j≤2N)；

|j-i|=n(n∈N*且n≤5)；

测量R电极：

M=Ri´(i´∈N*，1≤i´≤2N-n，n+1≤|i´-i|≤2N-n-1)；

N=Rj´(j´∈N*，1≤j´≤2N-n，n+1≤|j´-j|≤2N-n-1)；

|j´-i´|=n(n∈N*且n≤5)；

|i´-i|=|j´-j|>n。

基于上述组合排序，A、B电极依次供电，M、N电极依次测量，获取激发极化电信号。

本实施例中，举例如下：

1、根据钻井参数和探测需求，选择合适的电极间距、供测电极距离和电极数量，如电极间距1m，供测电极距离0.5m，单个钻井内的电极数量16个；

2、组装双线探测装置，将不锈钢T电极2编号为Ti，不极化R电极1编号为Ri。其中，第一个钻井的最底端电极编号分别为T1和R1，最顶端电极编号分别为T16和R16；第二个钻井的最顶端电极编号为T17和R17，最底端电极编号为T32和R32。将两个钻井露出的两条测量电缆7连接转换器9，两条供电电缆8连接主机10，并将转换器9和主机10通过主转连接导线11进行连接。打开主机10，检测导线连接情况；

3、将多级探测装置逐步放入钻井，采集阵列遵循下述编号组合：

两个钻井共32个探测装置，以A、B表示供电T电极，以M、N表示测量R电极。其中，A、B之间的垂直间距和M、N之间的垂直间距均为3个探测装置。

本实施例中，测井中不锈钢T电极之间的垂直间距和不极化R电极之间的垂直间距均大于3组探测装置，即|i´-i|=|j´-j|>3。

根据现场具体的电极个数，参照阵列采集编号与公式，向主机内导入数据采集阵列顺序。

为避免混乱，在向主机内导入阵列组合时可以优先固定供电T电极A、B，并依次排列组合测量R电极M、N；也可优先固定测量R电极M、N，再依次排列组合供电T电极A、B。

当探测系统内的测量参数确定时，总测量数据量和每组的供测排列是固定的，但测量顺序可随意选择。本实施例中优先固定供电T电极A、B，再依次排列测量R电极M、N。

第1组：A1=T1，B1=T4；M1=R5，N1=R8；

第2组：A2=T1，B2=T4；M2=R6，N2=R9；

……

第25组：A25=T1，B25=T4；M25=R29，N25=R32；

第26组：A26=T2，B26=T5；M26=R6，N26=R9；

……

第649组，A649=T29，B649=T32；M649=R24，N649=R27；

第650组，A650=T29，B650=T32；M650=R25，N650=R28。

记录探测参数，并通过主机10进行数据采集。待所有探测结束后，回收整套探测系统。

上述过程在一组卡排内平列布置两组电极，形成供测分离的双线探测方式，多个双线探测装置在井内形成阵列，以不极化电极作为测量电极，阵列的方式能够降低激发极化测量中常见的电极极化现象和电磁耦合效应，大幅提高采集数据的信噪比，有利于高质量激发极化数据的获取，促进了井间激发极化方法的应用。

井间激发极化阵列确保所有的电流发射端和电信号测量端均为相互独立的电极，以降低电极极化和电磁耦合影响。

采集阵列中，两种电极对应的垂直位置不可交叉，且供电电极之间的间距和测量电极之间的间距满足设定要求，保证测量数据剖面能够有效覆盖双井之间的全部范围，避免系数过大产生误差。

获取的极化数据不需要改变原本的处理过程，已有的探测主机仍可使用，操作简单成本低。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.井间激发极化供测双线探测系统，其特征在于：包括通过测量电缆和供电电缆首尾相连的双线探测装置，双线探测装置包括并列布置在双线卡排中的第一电极和第二电极，第一电极和第二电极的上下两端与双线卡排的绝缘卡柱对应连接，绝缘卡柱穿过双线卡排的固线口，第一电极对应的绝缘卡柱末端用于连接测量电缆，第二电极对应的绝缘卡柱末端用于连接供电电缆；

双线探测系统遵循设定的编号组合获取激发极化电信号，具体如下：

设相邻两个探测井中共有2N*个探测装置，以A、B表示第二电极，A组为Ti，B组为Tj，以M、N表示第一电极，M组为Ri′，N组为Rj′；其中：

第二电极：

A组＝Ti，i∈N*,1≤i≤2N*-n；

B组＝Tj，j∈N*,1+n≤j≤2N*；

|j-i|＝n，n∈N*且n≤5；

第一电极：

M组＝Ri′，i′∈N*，1≤i′≤2N*-n，n+1≤|i′-i|≤2N*-n-1；

N组＝Rj′，j′∈N*，1≤j′≤2N*-n，n+1≤|j′-j|≤2N*-n-1；

|j′-i′|＝n，n∈N*且n≤5；

|i′-i|＝|j′-j|>n；

A组、B组电极依次供电，M组、N组电极依次测量，获取激发极化电信号。

2.如权利要求1所述的井间激发极化供测双线探测系统，其特征在于：所述第一电极为不极化电极且仅探测信号，第二电极为供电电极。

3.如权利要求1所述的井间激发极化供测双线探测系统，其特征在于：最底端的双线探测装置底部设有连接环，连接环通过连接绳连接重力坠。

4.如权利要求1所述的井间激发极化供测双线探测系统，其特征在于：最顶端的双线探测装置通过测量电缆和供电电缆伸出地表连接探测终端。

5.如权利要求1所述的井间激发极化供测双线探测系统，其特征在于：多组双线探测装置首尾相接后，两电极对应的绝缘卡柱分别穿过双线卡排的同一编号固线口，使多组第一电极和第二电极沿垂直方向并列布置。

6.如权利要求3所述的井间激发极化供测双线探测系统，其特征在于：所述重力坠具有至少两组，分别连接在最底端双线探测装置的双线卡排下底面中与测量电缆和供电电缆对应的位置。

7.如权利要求4所述的井间激发极化供测双线探测系统，其特征在于：所述探测终端包括相连接的转换器和主机，最顶端的双线探测装置通过测量电缆连接转换器，通过供电电缆连接主机。

8.基于权利要求1-7任一项所述的井间激发极化供测双线探测系统实现阵列采集的方法，其特征在于：包括以下步骤：

根据钻井参数和探测需求选择电极间距、供测电极距离和电极数量，确定探测装置基本参数；

组装探测装置形成采集阵列，将第二电极编号为Ti、Tj，第一电极编号为Ri′、Rj′，连接探测终端并检查电缆连接情况；

将多级探测装置逐步放入钻井，通过地表布置的探测终端开展数据采集。

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