ЭЛЕКТРОД ДЛЯ МОРСКОЙ ЭЛЕКТРОРАЗВЕДКИ

Устройство относится к оборудованию для морской электроразведке и предназначено для прогнозирования залежей углеводородов, гидрокарбонатов и иных полезных ископаемых, а именно к электродам (РЭ), применяемым для данной цели.
В настоящее время в электротехнике широко используют различные электроды (RU 2130211, 1999; RU 2180144, 2002; RU 2193861, 1999) для использования в качестве элементов конденсаторов или датчиков. Как правило, РЭ выполняют из смеси сульфата свинца и графита и импрегнируют раствором электролита (RU 2000119099, 2000), из глинозем - содержащего материала (RU 2073749, 1994), соединений никеля (RU 2254641, 2003), графита (RU 2277324, 2000). Выбор конкретного материала определяется особенностями эксплуатации электрода и решаемыми задачами.
При использовании РЭ в качестве датчиков, как правило, используют электроды из графических стержней. Так, известны РЭ, выполненные из графитового стержня, помещенного в смесь угольного порошка, пиролюзита и оксида марганца, пропитанных загущенным раствором хлорида аммония (RU 2277324, 2004). Такие электроды удобны для исследования электрических свойств почвы, однако имеют недостаточную точность из-за разной подвижности катионов и анионов в электролите, что приводит к неконтролируемым диффузионным скачкам потенциала в зоне контакта электрода с почвой.
Для электроразведки используют графитовые электроды (Вольвовский Б.С. и др. Краткий справочник по полевой геофизике. М.: Недра, 1977), которые представляют собой очищенные графитовые стержни, покрытые слоем деполяризатора, пропитанного электролитом. Однако такие электроды имеют нестабильный состав, из-за наличия большого количество химических ингредиентов в деполяризаторе, что ведет к изменению их свойств во времени. При этом «уход» потенциалов электродов составляет десятки милливольт.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому устройству являются применяемые для морской электроразведки РЭ (RU 90224, 2009), выполненные в виде стакана из диэлектрического полимерного материала, в полость которого помещен графитовый стержень и мелкодисперсный графитовый порошок, импрегнированный электролитом, причем графитовый стержень помещают в стакан из инертного полимерного материала, в полость которого помещен мелкодисперсный графитовый порошок, в качестве которого используют фракцию графита с размерами частиц от 10 мкм до 63 мкм Стакан на торце снабжен фиксирующими перегородками из полимерной мембраны, одна из которых выполнена пористой, а через днище стакана проходит выходной кабель, связанный с коннектором электрода.
Недостатком электрода является недостаточно высокая точность, а также высокая вероятность повреждения электрода, установленного на «косе» донной станции при его прохождении через валки лебедки в ходе операций постановки и извлечения донной станции.
Технической задачей, решаемой авторами, являлось создание РЭ, обладающего большей точностью и более надежного в эксплуатации.
Технический результат достигается тем, что в корпусе РЭ, содержащего стакан из диэлектрического полимерного материала, в полость которого помещен графитовый стержень и мелкодисперсный графитовый порошок, импрегнированный электролитом, в качестве которого используют фракцию графита с размерами частиц от 10 мкм до 63 мкм, а также фиксирующие перегородки и коннектор, наружные стенки корпуса выполнены из пористого материала, размер пор которого меньше размера частиц графитового порошка, а на торцы электрода установлены кабельный и электродный наконечники из упругого материала, заканчивающиеся острыми скосами.
Наконечники могут быть снабжены приспособлениями для крепления РЭ к кабелю. В качестве таких приспособлений, в частности, может использоваться канал, выполненный в кабельном наконечнике параллельно оси стакана для размещения в нем кабеля. При этом через корпус наконечника пропускают провод, соединяющий коннектор электрода с сигнальным проводом кабеля. С целью дополнительного крепления электрода к кабелю в электродном наконечнике может быть выполнено монтажное отверстие, через которое для фиксации электрода пропускается резиновое кольцо или иной тяж.
o
Техническая задача решалась исходя из следующих предпосылок. В настоящем случае под поляризацией понимают разность между потенциалом электрода, через который протекает электрический ток, и потенциалом того же электрода, когда ток равен нулю. Возникновение поляризации может быть связано с физическим или химическим изменениями электродов, вызванными прохождением через них тока, с замедленной скоростью переноса вещества к электроду, медленным внедрением ионов в кристаллическую решетку или медленным выводом ионов из нее. При этом надо учитывать, что на поляризацию влияет замедленный перенос заряда или низкая скорость химической реакции, а Также омическое сопротивление раствора и сопротивления внутри диффузионного слоя. В условиях равновесия ток через электрод не протекает. На электроде происходит непрерывное движение зарядов через границу раздела электрод-раствор в обоих направлениях с равными катодными и анодными токами, так что результирующий ток протекающий через электрод и внешнюю цепь, равен нулю. Абсолютная величина этих токов, взятая с положительным знаком, называется током обмена (I). При этом выражение для тока обмена записывается как
, где
s
ox
red
A - площадь электрода, K - константа скорости переноса электрона для катодной или анодной реакции, C, C) - поверхностная концентрация соответственно окисленных и восстановленных ионов. Если ток обмена бесконечно большой, то сколь угодно большое перенапряжение не вызывает заметного изменения тока. Исходя из уравнения (1) увеличить ток обмена можно за счет увеличения площади электрода и концентрации окисленных и восстановленных ионов. Использование пористого корпуса частично решает указанную задачу, обеспечивая снижение сопротивления в электроде и соответственно увеличивая силу тока обмена, однако такой корпус снижает механические характеристики электрода, что особенно значимо при наматывании кабеля на валки лебедки. Введение в конструкцию электрода упругого наконечника, частично защищающего корпус от внешнего воздействия решает возникающую проблему и обеспечивает необходимое улучшение эксплуатационных характеристик электрода. Общий вид заявляемого электрода представлен на фиг. 1, где используются следующие обозначения:
1. графитовый стержень;
2. фиксирующая перегородка;
3. монтажный провод;
4. электродный коннектор;
5. корпус;
6. графитовый порошок;
7. фиксирующая перегородка;
8. электродный наконечник;
9. фиксирующая перегородка с перфорацией;
10. герметик;
11. монтажное отверстие;
12. кабель;
13. сигнальный провод кабеля;
14. кабельный коннектор;
15. монтажный провод;
16. место пайки;
17. кабельный наконечник;
18. резиновое кольцо.
Электрод состоит из твердого графитового стержня (1), соединенного посредством монтажного провода (3) с электродным коннектором (4) и помещенного в корпус (5) из пористого полимерного материала.
Графитовый стержень (1) фиксируется относительно корпуса перегородкой (2) и герметиком (10). Электродный коннектор (4) фиксируется относительно корпуса (5) полимерной перегородкой с перфорацией (9) и герметиком. В полость корпуса (5) помещен мелкодисперсный графитовый порошок (6), ограниченный стенками корпуса и фиксирующими перегородками (2 и 7). Объем, который занимает мелкодисперсный графитовый порошок, образует проницаемое для водного раствора электролита пористое пространство. При этом в качестве графитового порошка выбирается такая фракция мелкодисперсного графитового порошка от 10 мкм до 63 мкм, которая осуществляет полную импрегнацию водного раствора NaCl с плотностью не более 1,02 (аналог морской воды) в пористое пространство. К перегородке (7) подсоединен электродный наконечник (8). В теле электродного наконечника (8) может быть выполнено монтажное отверстие (11) для крепления электрода на кабеле с помощью резинового кольца (18).
Электрод вставлен в кабельный коннектор (14) кабельного наконечника (17). В кабельном наконечнике (17) параллельно оси электрода выполнен канал, в котором размещен кабель (12). Внутри кабеля проходит сигнальный провод (13), который соединяется монтажным проводом (15), посредством пайки (16), с кабельным коннектором (14).
Электродный и кабельный наконечники изготавливают из упругого материала, например, полиуретана и имеют скос под углом 45 градусов.
Электрод работает следующим образом. Пару электродов, закрепляют на определенном расстоянии друг от друга на кабеле (12), попуская его через канал наконечника (17) и фиксируя его с помощью пайки на сигнальном проводе (13) и резинового кольца (18), Т.к. расстояние между электродами может достигать от 50 до 500 метров, кабель с электродами находится на лебедке, которая осуществляет его спуск за борт судна и подъем. В ходе ее работы скошенные кабельный наконечник (17) и электродный наконечник (8) защищают корпус (5) от внешнего механического воздействия, обеспечивая безаварийный спуск и подъем кабеля с электродами из морской воды. Когда электрод опускают в морскую воду, через проницаемый корпус электрода (5) морская вода попадает во внутреннее пористое пространство и контактирует с графитовым электродом (1)и графитовым порошком (6). При этом пара электродов образует электрохимическую ячейку, которая меняет свой потенциал под воздействием электромагнитных излучений. Конструкция заявляемого РЭ позволяет за счет увеличения рабочей поверхности пористого корпуса и снижения сопротивления электродной пары и повысить точность измерений примерно на 8-10%. При этом дополнительно повышается надежность и безопасность крепления электрода на кабеле косы и его защита от внешнего воздействия при подъеме и спуске кабеля.