СПОСОБЫ, СИСТЕМЫ И УСТРОЙСТВА ДЛЯ ИНДИКАЦИИ И ИЗМЕРЕНИЯ НАПРЯЖЕННОСТИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ ЗЕМЛИ

1. Система для измерения электрического потенциала земли, содержащая:
первый датчик, содержащий:
измерительную пластину, предназначенную для размещения в среде в непосредственной близости от земли, причем указанная измерительная пластина имеет оперативную емкостную связь с землей и осуществляет измерение электрического потенциала земли;
барьер, обеспечивающий электрохимическое разделение измерительной пластины и земли;
усилитель, содержащий, по меньшей мере, один каскад, предназначенный для приема и усиления первого сигнала, представляющего потенциал, измеренный измерительной пластиной;
первый проводник, обеспечивающий передачу первого сигнала от измерительной пластины к усилителю; и
источник опорного напряжения, предназначенного для подачи на первый каскад усилителя, причем опорное напряжение представляет эталонный уровень, с которым осуществляется сравнение потенциала, измеренного измерительной пластиной.
2. Система по п.1, дополнительно содержащая систему регистрации данных, подключенную к выходу первого датчика и предназначенную для сохранения данных результатов измерений, выполненных первым датчиком.
3. Система по п.2, отличающаяся тем, что система регистрации данных обеспечивает выполнение анализа данных.
4. Система по п.2, дополнительно содержащая процессор, осуществляющий обмен данными с системой регистрации данных и предназначенный для анализа данных.
5. Система по п.4, дополнительно содержащая дисплей, осуществляющий обмен данными с процессором и предназначенный для отображения данных.
6. Система по п.1, отличающаяся тем, что в ней предусмотрен барьер, обусловленный характеристиками одного или большего числа материалов, из которых изготовлена измерительная пластина, причем один или большее число материалов не вступают в реакцию с составляющими поверхности земли.
7. Система по п.6, отличающаяся тем, что материал измерительной пластины выбран из группы, включающей в себя графит, углеродное волокно, титан или нержавеющую сталь.
8. Система по п.1, отличающаяся тем, что барьер содержит защитный слой, сформированный посредством обработки поверхности измерительной пластины.
9. Система по п.8, отличающаяся тем, что измерительная пластина изготовлена из материала, выбранного из группы, содержащей алюминий, тантал или титан.
10. Система по п.1, отличающаяся тем, что барьер содержит опору, обеспечивающую физическое разделение измерительной пластины и земли, в непосредственной близости от которой размещается измерительная пластина.
11. Система по п.1, отличающаяся тем, что барьер содержит защитный слой, предусмотренный на поверхности измерительной пластины.
12. Система по п.11, отличающаяся тем, что защитный слой представляет собой пластик.
13. Система по п.11, отличающаяся тем, что барьер содержит электрическое полное сопротивление, включенное последовательно в цепь измерительной пластины.
14. Система по п.13, отличающаяся тем, что электрическое полное сопротивление имеет емкостной характер.
15. Система по п.1, отличающаяся тем, что усилитель представляет собой многокаскадный усилитель.
16. Система по п.1, отличающаяся тем, что схема усилителя осуществляет фильтрацию первого сигнала.
17. Система по п.1, дополнительно содержащая схему обратной связи, которая обеспечивает создание резистивной цепи заземления на входе усилителя, предназначенной для подачи на вход усилителя тока смещения.
18. Система по п.1, дополнительно содержащая корпус, выполненный из непроводящего материала, который частично покрывает измерительную пластину.
19. Система по п.18, отличающаяся тем, что корпус, выполненный из непроводящего материала, также покрывает усилитель.
20. Система по п.1, дополнительно содержащая защитную оболочку, предназначенную для уменьшения паразитной электрической связи.
21. Система по п.20, отличающаяся тем, что защитная оболочка обеспечивает уменьшение электрической связи между усилителем и измерительной пластиной.
22. Система по п.20, отличающаяся тем, что защитная оболочка, усилитель и измерительная пластина размещены в корпусе, выполненном из непроводящего материала, причем защитная оболочка установлена между усилителем и измерительной пластиной.
23. Система по п.1, дополнительно содержащая второй датчик, включающий в себя:
вторую измерительную пластину, предназначенную для размещения в среде по существу в непосредственной близости от земли аналогично первому датчику, причем указанная вторая измерительная пластина имеет оперативную емкостную связь с землей и осуществляет измерение электрического потенциала земли;
барьер, обеспечивающий электрохимическое разделение второй измерительной пластины и земли;
второй усилитель, содержащий, по меньшей мере, один каскад, предназначенный для приема и усиления второго сигнала, представляющего потенциал, измеренный второй измерительной пластиной;
второй проводник, обеспечивающий передачу второго сигнала от второй измерительной пластины ко второму усилителю; и
в которой опорное напряжение подается на первый датчик и второй датчик.
24. Система по п.23, отличающаяся тем, что компоненты второго датчика идентичны компонентам первого датчика.
25. Система по п.1, отличающаяся тем, что измерительная пластина содержит выступающий элемент, обеспечивающий крепление измерительной пластины в земле.
26. Система по п.25, отличающаяся тем, что выступающий элемент представляет собой шип.
27. Система по п.26, отличающаяся тем, что длина шипа составляет менее 5 см.
28. Система по п.1, отличающаяся тем, что измерительная пластина не является плоской.
29. Система по п.18, дополнительно содержащая электростатический экран, предусмотренный в корпусе, выполненном из непроводящего материала.
30. Система по п.1, отличающаяся тем, что измерительная пластина предназначена для размещения под поверхностью земли.
b
b
b
b
b
b
b
31. Система по п.1, отличающаяся тем, что измерительная пластина и барьер представлены эквивалентной схемой, содержащей конденсатор емкостью C и резистор сопротивлением R, включенные параллельно, причем цепь, содержащая C и R, представляет полное сопротивление связи между измерительной пластиной и землей, а значения C и R определяются характеристиками барьера, емкостью и сопротивлением контакта барьера с землей, а также объемным сопротивлением измерительной пластины, при этом величина C превышает 10 нФ.
b
32. Система по п.31, отличающаяся тем, что величина C превышает 100 нФ.
b
33. Система по п.31, отличающаяся тем, что величина R превышает 100 кОм.
b
34. Система по п.31, отличающаяся тем, что величина R превышает 250 кОм.
35. Система по п.2, отличающаяся тем, что система регистрации данных имеет входное полное сопротивление менее 10 кОм.
36. Система по п.1, отличающаяся тем, что измерение электрического потенциала осуществляется на частотах ниже 1 кГц.
37. Устройство для измерения электрического потенциала земли, предназначенное для использования при проведении геофизического зондирования и содержит:
измерительную пластину, которая размещается в среде в непосредственной близости от земли и предназначена для измерения электрического потенциала земли;
барьер, обеспечивающий электрохимическое разделение измерительной пластины и земли и имеющий полное сопротивление, содержащее емкостную составляющую и резистивную составляющую;
усилитель, содержащий, по меньшей мере, один каскад, предназначенный для приема и усиления первого сигнала, представляющего потенциал, измеренный измерительной пластиной;
первый проводник, обеспечивающий передачу первого сигнала от измерительной
пластины к усилителю; и
источник опорного напряжения, предназначенного для подачи на первый каскад усилителя, причем опорное напряжение представляет эталонный уровень, с которым осуществляется сравнение потенциала, измеренного измерительной пластиной.
38. Устройство по п.37, отличающееся тем, что входное полное сопротивление усилителя на верхнем конце представляющего интерес диапазона частот превышает 10 МОм.
39. Устройство по п.37, отличающееся тем, что усилитель имеет входное полное сопротивление, превышающее 100 МОм.
40. Устройство по п.37, отличающееся тем, что усилитель имеет входное полное сопротивление, превышающее 1 ГОм.
41. Устройство по п.37, отличающееся тем, что измерение электрического потенциала осуществляется на частотах ниже 1 кГц.
42. Устройство по п.37, отличающееся тем, что резистивная составляющая полного сопротивления барьера в представляющем интерес диапазоне частот более чем в три раза превышает емкостную составляющую.
43. Устройство по п.42, отличающееся тем, что связь барьера и измерительной пластины представлена полным сопротивлением связи, резистивная составляющая которого в представляющем интерес диапазоне частот более чем в десять раз превышает емкостную составляющую.
44. Способ измерения электрического потенциала земли, включающий этапы:
размещения измерительной пластины в непосредственной близости от земли, но с обеспечением электрохимического разделения указанной пластины и земли при помощи барьера, причем измерительная пластина имеет оперативную емкостную связь с землей;
измерения электрического потенциала земли при помощи измерительной пластины;
подачи первого сигнала, представляющего потенциал, измеренный измерительной пластиной, на усилитель, содержащий, по меньшей мере, один каскад; и
сравнения потенциала, измеренного измерительной пластиной, с опорным напряжением.
45. Способ по п.44, дополнительно включающий этап:
усиления и фильтрации первого сигнала.
46. Способ по п.44, отличающийся тем, что барьер содержит емкость, включенную последовательно цепи измерительной пластины.
47. Способ по п.46, дополнительно включающий этап:
подачи первого сигнала после усиления и фильтрации от усилителя на систему регистрации данных с целью сохранения данных.
48. Способ по п.47, дополнительно включающий этап:
передачи сохраненных данных из системы регистрации данных на процессор для выполнения анализа.
49. Способ по п.48, дополнительно включающий этап:
отображения результатов анализа сохраненных данных.
50. Способ по п.46, дополнительно включающий этап:
подключения выходов, по меньшей мере, двух комплектов измерительных пластин и усилителей к системе регистрации данных, причем разность, по меньшей мере, между двумя измеренными потенциалами используется для определения одного или большего числа значений напряженности электрического поля.
51. Способ измерения электрического потенциала земли, включающий этапы:
размещения измерительной пластины в среде в непосредственной близости от земли с целью обеспечения емкостной связи измерительной пластины с землей и измерения электрического потенциала земли;
создания барьера для предотвращения электрохимической реакции между измерительной пластиной и землей, причем цепь связи барьера и измерительной пластины имеет сопротивление, превышающее 100 кОм, и емкость измерительной пластины превышает 100 нФ;
подачи первого сигнала, представляющего потенциал, измеренный измерительной пластиной, на усилитель, содержащий, по меньшей мере, один каскад; и
сравнения потенциала, измеренного измерительной пластиной, с опорным напряжением, причем разность между первым и вторым потенциалами используется для определения одного или большего числа значений напряженности электрического поля.
52. Способ по п.51, отличающийся тем, что измерительная пластина остается на месте выполнения измерений в течение, по меньшей мере, недели.
53. Способ измерения электрического потенциала подземных формаций, включающий этапы:
размещения, по меньшей мере, первой и второй измерительной пластины на поверхности земли или в земле для обеспечения оперативной емкостной связи первой и второй измерительной пластины с землей;
создания первого барьера для предотвращения электрохимической реакции между первой измерительной пластиной и землей; и
создания второго барьера для предотвращения электрохимической реакции между второй измерительной пластиной и землей;
измерения электрического потенциала земли при помощи первой и второй измерительных пластин;
подачи первого сигнала, представляющего первый потенциал, измеренный первой измерительной пластиной, на первый усилитель, содержащий, по меньшей мере, один каскад;
подачи второго сигнала, представляющего второй потенциал, измеренный второй измерительной пластиной, на второй усилитель, содержащий, по меньшей мере, один каскад;
сравнения первого потенциала, измеренного первой измерительной пластиной, с первым опорным напряжением;
сравнения второго потенциала, измеренного второй измерительной пластиной, со вторым опорным напряжением;
подачи выходных сигналов первого и второго усилителей на систему регистрации данных и использования разности между первым и вторым потенциалами для определения одного или большего числа значений напряженности электрического поля.
54. Способ по п.53, отличающийся тем, что по меньшей мере, одна подземная формация содержит резервуар углеводородов.
55. Способ по п.54, отличающийся тем, что измерения, выполненные при помощи измерительной пластины, используются для сбора данных с целью построения профилей удельных проводимостей земли на основе методов магнитотеллурического зондирования (МТЗ).
56. Способ по п.54, отличающийся тем, что измерения, выполненные при помощи измерительной пластины, используются для сбора данных с целью построения профилей удельных проводимостей земли на основе методов электромагнитного зондирования с управляемым источником (CSEM).
b
b
b
b
b
b
b
57. Способ по п.54, отличающийся тем, что первая измерительная пластина и барьер могут быть представлены в первой эквивалентной схеме первым конденсатором емкостью C, и первым резистором сопротивлением R, включенными параллельно, причем комбинация первого конденсатора емкостью C и первого резистора сопротивлением R представляет полное сопротивление связи между первой измерительной пластиной и землей, а значения емкости C первого конденсатора и сопротивления R первого резистора определяются характеристиками первого барьера, емкостью и сопротивлением контакта первого барьера и земли, а также объемным сопротивлением первой измерительной пластины, и в котором емкость C первого конденсатора имеет величину, превышающую 100 нФ.