L&TD

Sau đây chúng ta sẽ đi vào máy đo cụ thể. Đầu tiên ta xét máy đo BK7/9-1T-K của trạm Karat (Tver Geophysika - Nga)

MÁY 2BK7/9-1T--K

Máy giếng 2BK7/9-1T-K được thiết kế để đo điện trở suất của đất đá bằng phương pháp đo sâu sườn BK7/9 với 7 và 9 điện cực, đo Zond (sonde) thế PZ thường được gọi carota chuẩn, đo điện trở suất dung dịch RB và đo điện thế phân cực tự phát của đất đá PS.

Giới hạn đo của zond BK (laterolog):

• BK7 - đo sâu (deep) 0.2 ............ 20,000 Ohmm
• BK9 - đo nông (shallow) 0.2 ............ 2000 Ohmm

Zond thế: PZ (N 6.0 M 0.5 A) 0.2 ......... 1000 Ohmm

Điện trở suất dung dịch: RB 0.045 ......... 5.0 Ohmm

Điện thế đất đá: PS +1 ............- 1V

1. Nguyên lý hoạt động.

Zond của máy đo điện trở sâu sườn 2BK-7/9-1T-K bố trí đối xứng quanh điện cực trung tâm Ao gồm bốn cặp điện cực M và M ', N và N', A1 và A1', A2 và A2'.

Các điện cực A1, A1' và A2, A2' gọi là các điện cực màn có tác dụng hướng điện cực Ao khép dòng Io về cực Return (OK) chỉ thông qua đất đá của thành hệ.

Tín hiệu từ các cặp điện cực bù M, N và M' N' được ghi nhận thông qua các biến áp zond.

Zond BK7 là một hệ đo điện trở sâu gồm 7 điện cực, bao gồm:

• Điện cực trung tâm Ao,
• Điện cực bù M và M ', N và N', 
• Điện cực màn A1 và A1', A2 và A2' nối tắt với nhau nối với nguồn phát bù,
• Điện cực B nối với OK, nằm cách Đầu nối cáp 2m,

Zond BK9 là một hệ đo điện trở nông gồm 9 điện cực, bao gồm:

• Một điện cực trung tâm Ao,
• Điện cực bù M và M ', N và N', 
• Điện cực màn A1 và A1' nối với nguồn phát bù
• Điện cực màn A2 và A2' nối với OK 
• Điện cực B nối với OK, nằm cách Đầu nối cáp 2m,

Điện cực trung tâm Ao được nối với nguồn điện có tần số 1200 Hz, cường độ của dòng Io tùy thuộc vào điện trở suất của đất đá nghiên cứu: đo được từ 40 uA (ở R cao) đến 15 mA (R thấp).

Dòng điện Ie sẽ được tự động điều chỉnh sao cho điện áp Umn và Umn' giữa điện cực M và N, M' và N' có biên độ không đổi và gần bằng không. Giá trị Umn và Umn' được dùng để kiểm soát hoạt động bù. Khi điện áp Umn ≈ Umn ≈ 0 thì dòng điện dọc theo thân máy ở phía ngoài và giữa các điện cực MN M'N' cũng bằng 0, do đó dòng Io từ Ao mở rộng ra xa theo hướng vuông góc với thân máy.

Dòng đo được của điện cực trung tâm là Io, điện áp của điện cực M hoặc N và cực return N1yd là Ubk thì điện trở suất biểu kiến R_BK được cho bởi:

Rbk = Kbk • Ubk / Io,

trong đó Kbk là hệ số zond . Hệ số zond phụ thuộc kích thước hình học của zond và xác định bằng thực nghiệm.

Hệ Zond mềm của thiết bị có zond thế để đo PZ bao gồm các điện cực phát ARB, điện cực M1 (PZ), điện cực N2yd (là đối xứng của điện cực N1yd qua điện cực B và nằm cách B 2m)

Nguồn phát từ bộ phát B4 có tần số 1200 Hz và điện áp 20V. các tín hiệu đo được gồm dòng Ipz phát qua điện cực ARP và hiệu điện thế Upz giữa điện cực M1 (PZ) và điện cực N2yd. Điện trở suất biểu kiến được tính bởi:

Rpz = Kpz * Upz / Ipz,

trong đó Kpz là hệ số zond của zond thế, nó phụ thuộc vào kích thước của nó và được xác định bởi thực nghiệm.

Hệ zond của thiết bị cũng bao gồm một zond mềm để đo điện thế phân cực PS là hiệu điện thế giữa điện cực M1 (PS) và đất bề mặt nối với máy giếng qua lõi số 3 của cáp 3GK.

Ngoài ra, thiết bị có một zond để đo điện trở suất dung dịch, trong đó bao gồm một điện cực phát dòng ARB, điện cực đo N2 (RB) và N1 (RB) và điện cực dòng return nối với OK. Dòng phát do bộ phát B4 có tần số 1200 Hz và điện áp 20 V.

Hiình 2. Sơ đồ khối của thiết bị 2BK 7/9-1T-K

Sơ đồ khối của thiết bị 2BK 7/9-1T-K thể hiện trong hình 2, trong đó:

Ao - điện cực trung tâm;
MN và M'N ' - các điện cực bù của zond BK7, BK9;
A1 và A1 ' - điện cực màn trong của zond BK7 và zond BK9;
A2 và A2 "- điện cực màn ngoài của zond BK7 và BK9 ;
N1yd - điện cực return cuar zond đo BK7, BK9;
N2yd - điện cực đối với điện cực đo zond PZ;

K1, K2, K3, K4, K5 - Các chuyển mạch công suất;
B1- mạch điều khiển dòng phát của các điện cực màn A1 và A2;
B2, B2 '- mạch khuếch đại bù;
B7 - mạch khuếch đại bù và bộ cộng;
B3 - mạch điều khiển phát dòng Io của điện cực trung tâm;
B4 - Mạch phát ổn áp dòng 1200Hz ra điện cực ARB để đo các zond PZ và RB;

B5 - mạch khuếch đại Ubk - điện áp giữa điện cực M và N1yd;
B6 - mạch khuếch đại Upz - điện áp giữa điện cực M1(PZ) và N2yd;
B8 - mạch khuếch đại Urb của zond RB;
B9 - mạch điều khiển hệ thống, diều khiển giao tiếp và thu thập số hóa tín hiệu;
B13 - mạch khuếch đại Ups của zond PS;
B14 - mạch Telemetry;
B10, B11 - Hệ thống nguồn nuôi cách ly;
B12 - Ống nối mềm;
T1, T1 - đo điện áp bù.
T2, T3 - đo dòng phát Ipz, Io.
T4, T5 - biến áp đầu vào bộ khuếch đại B6, B8.
T6 - biến áp vào/ra khối Telemetry.
T7, T8 - biến áp nguồn 220V, 50Hz.

Thiết bị hoạt động như sau:

Khi nhận được mã lệnh thích hợp tư khối B14 (mạch Telemetry) hệ thống bắt đầu chu kỳ hoạt động gồm năm giai đoạn (xem Bảng 1).
BẢNG 1

PHA ----------- PHASE0------ PHASE1------ PHASE2 ------PHASE3 -----PHASE4
Thời lượng ----50 ms--------- 20 ms--------- 20 ms----------20 ms---------70ms
------------------PS--------------BK-7----------- BK-9------------PZ và RB-----Pause

Tổng thời gian là 180ms.

1/ Phase 0:
- B9 thiết lập chế độ đo PS.
- Các bộ phát đều tắt và các công tắc điều khiển K1 ... K5 đều ngắt mạch.
- Mạch B13 đo Ups là điện áp giữa M1(PS) và 3GK (Fish).

2/ Phase 1:
- B9 Thiết lập chế độ hoạt động của zond BK-7.
- K1, K3, K4 đóng mạch và K2, K5 ngắt mạch.
- B7 và B1 kiểm soát đầu ra nguồn phát để đạt được Umn = Umn' ≈ 1 ÷ 2 mV .
- B5 đo giá trị Ubk - điện áp giữa điện cực M và N1yd.
- B9 đo dòng phát Io.

3/ Phase 2:
- Thiết lập chế độ hoạt động của zond BK-9.
- K1, K3, K4 ngắt mạch và K2, K5 đóng mạch.
- Phần đo lường xử lý tương tự như công việc của zond BK-7.

4/ Phase 3:
- B9 thiết lập chế độ đo zond thế PZ và điện trở suất dung dịch RB.
- K1, K2, K3 và K4 đóng mạch và K5 ngắt mạch.
- Trong trường hợp này, bộ phát bù B1 tắt và bộ phát B4 phát dòng Ipz ổn áp lên điện cực ARB của zonds PZ và RB.
- Mạch B6 đo Upz là điện áp giữa các điện cực M1 (PZ) và N2yd. B8 đo giá trị của Urb - điện áp giữa các điện cực N1 (RB) và N2 (RB).
- Ngoài ra B9 đo giá trị của dòng Ipz.

5/ Phase 4:
- B9 thiết lập một chế độ nghỉ.
- Tắt tất cả các bộ phát và ngắt K1 ... K5.
- B9 xử lý và đóng gói dữ liệu sẳn sàng.
- Dữ liệu sẽ được mã hóa theo code Manchester-2 và gửi lên trạm trạm bề mặt khi có yêu cầu truy xuất qua B14.

(còn tiếp)

NXQ