CC BY
24
УДК 550.837
ОСОБЕННОСТИ ВЫКЛЮЧЕНИЯ «БОЛЬШОГО» И «МАЛОГО» ТОКОВ В НЕЗАЗЕМЛЕННОЙ ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ ПЕТЛЕ
Николай Олегович Кожевников
Институт нефтегазовой геологии и геофизики им. А. А. Трофимука СО РАН, 630090, Россия, г. Новосибирск, пр. Академика Коптюга, 3, доктор геолого-минералогических наук, профессор, главный научный сотрудник лаборатории геоэлектрики, тел. (383)333-28-16, e-mail : KozhevnikovNO@ipgg. sbras.ru
Максим Валерьевич Шарлов
Иркутское электроразведочное предприятие, 664011, Россия, г. Иркутск, ул. Рабочая, 2а, заместитель генерального директора, тел. (3952)780-183, e-mail: smv@ierp.ru
Родион Валерьевич Шарлов
Иркутское электроразведочное предприятие, 664011, Россия, г. Иркутск, ул. Рабочая, 2а, геофизик, тел. (3952)780-184, e-mail: srv@ierp.ru
Сергей Михайлович Стефаненко
Институт нефтегазовой геологии и геофизики им. А. А. Трофимука СО РАН, 630090, Россия, г. Новосибирск, пр. Академика Коптюга, 3, ведущий инженер, тел. (383)330-79-08, e-mail : StefanenkoSM@ipgg. sbras.ru
Юрий Александрович Агафонов
Иркутское электроразведочное предприятие, 664011, Россия, г. Иркутск, ул. Рабочая, 2а, кандидат технических наук, генеральный директор, тел. (3952)780-184, e-mail: aua@ierp.ru
Представлены результаты полевого эксперимента по изучению процесса выключения «большого» (9 А) и «малого» (0,75 А) токов в горизонтальной петле размером 500 х 500 м. Показано, что между выключением «большого» и «малого» токов имеются фундаментальные отличия. Для того чтобы оценить их роль при интерпретации ранних стадий индукционных переходных процессов, необходимы специальные исследования.
Ключевые слова: метод ЗСБ, горизонтальная петля, выключение тока.
TURN-OFF WAVEFORMS OF «HIGH» AND «LOW» CURRENT IN AN HORIZONTAL TRANSMITTER LOOP
Nikolay O. Kozhevnikov
Trofimuk Institute of Petroleum Geology and Geophysics SB RAS, 630090, Russia, Novosibirsk, Koptyug Prospect 3, Doctor of Science, Professor, Principal Scientist, tel. +7 (383) 333-28-16, e-mail: KozhevnikovNO@ipgg.sbras.ru
Maxim V. Sharlov
Irkutsk Electroprospecting Company, 664011, Russia, Irkutsk, Rabochaya Str. 2a, Deputy Director, tel. (3952)780-183, e-mail: smv@ierp.ru
Rodion V. Sharlov
Irkutsk Electroprospecting Company, 664011, Russia, Irkutsk, Rabochaya Str. 2a, Geophysicist, tel. (3952)780-184, e-mail: srv@ierp.ru
Sergey М. Stefanenko
Trofimuk Institute of Petroleum Geology and Geophysics SB RAS, 630090, Russia, Novosibirsk, Koptyug Prospect 3, Leading engineer, tel. (383)330-79-08, e-mail: StefanenkoSM@ipgg.sbras.ru
Yury A. Agafonov
Irkutsk Electroprospecting Company, 664011, Russia, Irkutsk, Rabochaya Str. 2a, Ph. D., Director, tel. (3952)780-184, e-mail: aua@ierp.ru
The paper discusses turn-off waveforms of high (9 A) and low (0,75 A) currents measured in a 500 by 500 m transmitter loop. It is shown that turn-off waveforms of high and low current differ fundamentally. Further studies are necessary for an understanding of whether or not this difference should be taken into account in interpretation of the early time TEM response.
Key words: TEM sounding method, horizontal loop, current turn-off.
В большинстве случаев в качестве источника первичного поля в методах переходных процессов (МПП) и зондирования становлением поля в ближней зоне (ЗСБ) используется незаземленная горизонтальная петля. Как известно, на переходную характеристику влияет не только геологическая среда, но также длительность «среза» (?ср) и форма выключения тока в генераторной петле, что необходимо учитывать при интерпретации индукционных переходных характеристик.
Длительность выключения тока влияет на отклик переходной характеристики по двум причинам [3]. Во-первых, индукционные эффекты зависят от длительности выключения тока. Во-вторых, и это основная причина, в зависимости от длительности выключения тока изменяется «расстояние», или временной интервал, между окончанием выключения тока и моментом, к которому «привязано» самое раннее время измерения.
В последние 10-15 лет в импульсной индуктивной электроразведке наблюдается тенденция к проведению измерений, начиная со все более ранних времен. Очевидно, снижение начального времени регистрации влечет за собой необходимость уменьшения длительности выключения тока в генераторной петле. Обычно для уменьшения t^ измерения на ранних временах проводят при малом токе в генераторной петле, при этом в большинстве случаев полагают, что его выключение происходит по линейному закону.
Однако на ранних временах и/или высоких частотах петля вместе с подстилающей верхней частью разреза проявляет свойства, характерные для системы с распределенными параметрами [2]. Процесс выключения тока в такой системе может сильно отличаться от того, который постулируется в традиционной теории и практике импульсной индуктивной электроразведки.
Показано, в частности, что имеет место запаздывание выключения тока в уделенных точках провода петли по отношению к моменту выключения на входе петли, т. е. там, где она подсоединена к коммутатору тока. Для того чтобы учесть влияние этих и других эффектов, необходимо на основе систематических исследований выяснить, как выключается ток в разных точках периметра генераторной петли в зависимости от размеров петли, тока и сопротивления
резистора, подключаемого к петле для минимизации высокочастотных колебаний тока и/или напряжения.
Как правило, в генераторах прямоугольных импульсов тока, используемых в электроразведочной аппаратуре для метода переходных процессов, с целью защиты электронных ключей от перенапряжения параллельно петле подсоединяются включенные навстречу стабилитроны, лавинные диоды или другие элементы, ограничивающие напряжение на нагрузке и, соответственно, ключах. Обычно напряжение ограничения иогр по порядку величины составляет сотни вольт и более. С одной стороны, это защищает электронные ключи от пробоя, а с другой - приводит к затягиванию процесса выключения тока в петле, что увеличивает начальное время регистрации ЭДС переходного процесса и, соответственно, минимальную глубину зондирований. По этой причине при изучении верхней части разреза измерения стремятся выполнять при малых токах. В данном случае амплитуда выбросов напряжения между зажимами петли не превышает иогр, и выключение тока контролируется не параметрами электронной схемы, а самой петли и подстилающей ее среды. В этой связи представляется актуальным изучить, как именно выключаются «большой» и «малый» токи в генераторной петле.
Такие исследования проведены летом 2015 г. в Приольхонья отрядом Иркутской электроразведочной кампании при участии сотрудников ИНГГ СО РАН, которыми была предложена научная программа этих работ. В данной статье обсуждается выключение «большого» (9А) и «малого» (0.75А) токов в петле размером 500м х 500м.
Для возбуждения и регистрации переходных процессов использовалась аппаратура FastSnap для малоглубинных зондирований методом переходных процессов. Аппаратура включает коммутатор тока (максимальный ток Лшх=ЮА, (/О1р~400в) и измеритель, управляемые компьютером через адаптер линии связи.
Примем, что один из зажимов петли расположен в начале отсчета, а расстояние, отсчитываемое от этого зажима вдоль провода, соответствует координате х. Тогда координата другого зажима равна периметру петли Р. Измерение тока выполнено с помощью измерительного токового шунта, который включался в разрыв провода в точках с координатами х=0, Р/4 и Р/2, где Р - периметр петли. Для минимизации высокочастотных колебаний тока и напряжения, которые возникают при отключении петли от источника, к ее зажимам был подключен резистор с сопротивлением 500 Ом, обеспечивавший режим, близкий к согласованному. Графики выключения «большого» и «малого» токов в указанных точках периметра петли показаны на рис. 1. Как нетрудно видеть, длительность и форма выключения «большого» и «малого» токов различаются. В первом случае наблюдается линейный спад тока. Общая длительность процесса выключения (?ср) составляет немногим более 100 мкс. Обычно при инверсии индукционных переходных характеристик предполагается, что спад тока происходит по линейному закону [3]. Это предположение в достаточной мере обосновано, поскольку, если при выключении большого тока в индуктивной
нагрузке для защиты электронных ключей напряжение на них ограничивается на уровне иогр, наблюдается именно линейный спад тока. Длительность линейного спада тока в петле можно оценить по формуле [1]: Ър=Ь1/иогр, где Ь - индуктивность петли. Измеренная в поле индуктивность петли размером 500 м х 500м составляет 5 мГн. Подстановка в выше приведенную формулу (/„1р«400в, /,=5-10~ Гн, / =9 А дает /ср~ 110 мкс, что согласуется результатами измерений (рис. 1).
0 1
- х=0
1 Чгу 1=9А х=1000м
-
-
1= 0.75 А ЪЬгч
л "Ъ5 > 1 1 I
0 50 100 150
I, МКС
Рис. 1. Графики выключения «большого» (9А) и «малого» (0.75 А) токов в различных точках периметра петли размером 500м х 500м. В момент генератор импульсов тока отключает петлю от источника (аккумулятора)
В пределах линейного участка, который наблюдается на протяжении большей части времени выключения, убывание тока происходит синфазно при любом х. Эффекты запаздывания заметны только на ранних временах. Очевидно, при />/ср последействие от этих «нюансов» не играет существенной роли, и при интерпретации индукционных переходных характеристик можно принять, что выключение тока в любой точке провода петли происходит линейно и синфазно за время Это означает, что при моделировании выключения «большого» тока петля может рассматриваться как контур с сосредоточенными параметрами, а при инверсии переходных характеристик нет необходимости учитывать эффекты запаздывания.
Как можно видеть (см. рис. 1), при выключении «малого» тока эффекты запаздывания играют решающую роль, а форма выключения не имеет ничего общего с линейным спадом. Детали процесса иллюстрирует рис. 2, на котором графики выключения «малого» тока показаны в крупном масштабе.
О 10 20 30 40 50
t, МКС
Рис. 2. Графики выключения «малого» (0.75А) тока в различных точках периметра петли размером 500 х 500 м
Для «малого» тока можно определить общее или полное время выключения, т. е. такое, по истечении которого ток становится близким к нулю во всех точках периметра петли. Однако форма и время его выключения в разных точках петли отличаются. В этом случае процесс выключения тока контролируется не индуктивностью петли и параметрами коммутатора (иогр), а свойствами системы «провод петли - подстилающая среда», которая является системой с распределенными параметрами. Очевидно, решение прямой и, соответственно, обратной задач импульсной индуктивной электроразведки в предположении, что спад тока по всему периоду петли происходит синфазно и линейно, может приводить к ошибкам при интерпретации ранних частей переходных характеристик. Для того чтобы выяснить, насколько велики эти погрешности, нужно ли их учитывать (и если да, то каким образом), необходимы специальные исследования.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Вахромеев Г.С., Кожевников Н.О. Методика нестационарных электромагнитных зондирований в рудной электроразведке. - Иркутск: Изд-во Иркут. ун-та, 1988. - 224 с.
2. Кожевников Н.О. Выключение тока в горизонтальной незаземленной петле: эксперимент и теория // Геология и геофизика. - 2016. - Т. 57. - № 3. - С. 631-641.
3.Christiansen A.V., Auken E., Viezzoli A. Quantification of modeling errors in airborne TEM caused by inaccurate system description // Geophysics. - 2011. - Vol. 76. - N 1. - P. F43-F52.
4. FastSnap [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://alpha.superioraw.com.au/
© Н. О. Кожевников, М. В. Шарлов, Р. В. Шарлов, С. М. Стефаненко, Ю. А. Агафонов, 2016
