Газодинамический источник сейсмических колебаний

Изобретение относится к импульсным источникам сейсмических колебаний и может быть использовано в геологоразведке нефтяных и газовых месторождений при геофизических исследованиях в скважинах, в переходных (транзитных) от суши к морю зонах и в акватории моря. Технический результат - повышение безопасности работ путем исключения взрыва электролитических газов и расширения диапазона применения источника сейсмических колебаний. Газодинамический источник сейсмических колебаний содержит систему электропитания, корпус, размещенные в нем камеру сгорания, дно которой герметизировано разрывной мембраной, электролизер, установленный выше камеры сгорания, соединенный с камерой сгорания посредством трубки, снабженной клапаном-отсекателем, и инициирующее приспособление. 1 ил.

 

Изобретение относится к области сейсморазведки месторождений нефти и газа и может быть использовано при геофизических исследованиях в скважинах, в переходных (транзитных) от суши к морю зонах и в акватории моря.

В настоящее время отчетливо определилось большое ресурсное значение мелководных и транзитных (переходных от суши к морю) зон водоемов, в которых находятся объекты геологоразведочных работ на нефть и газ. Например, общая площадь мелководных зон акваторий Арктики и Северо-Каспийского бассейна России составляет более 700 тыс.км².

В пределах суши возбуждение сейсмических колебаний проводится взрывами зарядов тротила в скважинах или различными вибраторами, размещенными на поверхности.

Мелководные и транзитные зоны характеризуются сложными условиями проведения сейсмических исследований. Основными физико-геологическими особенностями этих зон являются предельно малые и быстроменяющиеся глубины водного слоя, сильные и переменчивые течения, наличие крутых берегов и береговых топей. Помимо естественных преград имеют место техногенные препятствия. Указанные особенности мелководных и транзитных зон не позволяют применять стандартные сухопутные и морские технологии.

В морских условиях при мощности водного слоя 2-3 м исключительное применение имеют групповые пневмопушки с суммарным объемом 20 л и рабочими частотами 30-70 Гц. Например, пневмоизлучатели "Bolt" (производства США), сейсмические пневмоизлучатели семейства «ГЕОХИ-УНИСИГНАЛ» института Геохимии и Аналитической химии им.В.И.Вернадского РАН и пневмоисточники «Пульс» (разработка ГНЦ ФГУГП «Южморгеология»)[Гуленко В.И., Карпенко В.Д., Шлыков В.А. Влияние внешнего акустического поля и границ волнового слоя на акустические характеристики пневматического излучателя, ж. Разведочная геофизика. - М: Недра, 1989. Вып.110, с.98-105.].

Ограниченное применение взрывных источников сейсмических волн с использованием традиционных ВВ обусловлено их очевидными недостатками:

- принципиальная невозможность дистанционного дозирования и контроля мощности взрывного импульса,

- отсутствие возможности формирования серии импульсов на фиксированной глубине скважины без подъема источника колебаний,

- особая техника безопасности доставки, хранения ВВ и проведения работ.

Основными недостатками пневмоизлучателей являются, во-первых, необходимость погружения их в грунт вблизи уреза воды, а это требует размещения на плавсредствах буровых или ударно-канатных установок, во-вторых, близость к поверхности воды на предельном мелководье порождает отраженную волну, которая накладывается на прямую волну и деформирует ее. При формировании ударных волн пневмоизлучателями в скважине призабойная зона пласта насыщается газом, что приводит к значительному ослаблению амплитуды зондирующего сигнала и усложняет обработку сейсмических данных.

Создание универсального источника сейсмических колебаний, отвечающего условиям проведения геофизических исследований в акватории моря, в транзитной зоне и на суше, является актуальной задачей.

Известен, например, излучатель ударных волн, содержащий генератор импульсных токов и электрически связанную с ним систему электродов, помещенных в герметичный, заполненный диэлектрической жидкостью, корпус с окнами, перекрытыми эластичной кольцевой мембраной [Патент РФ №1457489]. Существенными недостатками данного источника являются высокая опасность эксплуатации, обусловленная высоким напряжением потребляемого электрического тока (порядка 30 кВ), сложность конструкции изделия и ограниченная невысокая энергия ударных волн (тротиловый эквивалент не более 0,5 г).

Наиболее близким по технической сущности является излучатель акустических импульсов, включающий коаксиальные цилиндры, образующие с кольцевым электродом электролизер, рабочую камеру сгорания с открытым дном и инициирующее приспособление. В элетролизере происходит разложение воды. Кислородно-водородная газовая смесь под действием избыточного давления газов в верхней части электролизера по трубке поступает в камеру сгорания, где она воспламеняется от импульса, подаваемого инициирующим приспособлением [Авторское свидетельство СССР №195233].

Однако известное устройство имеет существенный недостаток, заключающийся в том, что в трубке, по которой поступает гремучий газ в камеру сгорания, отсутствует клапан-отсекатель и возникает опасность взрыва электролитических газов в электролизере.

Кроме того, открытое дно камеры сгорания ограничивает давление смеси газов в ней гидростатическим давлением, что, соответственно, ограничивает энергию ударных волн и исключает проведение геофизических исследований в нефтяных и газоконденсатных скважинах, что сужает область применения известного устройства. Коаксиальное размещение электролизера и камеры сгорания увеличивает диаметр устройства и исключает его использование в насосно-компрессорных трубах (НКТ) скважин.

Задачей изобретения является повышение эффективности геологоразведочных работ в поисках залежей углеводородов.

Технический результат, на достижение которого направлено изобретение, состоит в повышении безопасности работ путем исключения взрыва электролитических газов и расширения диапазона применения источника сейсмических колебаний.

Поставленная задача и технический результат достигаются тем, что в заявленном газодинамическом источнике сейсмических колебаний, содержащем систему электропитания, корпус, размещенные в нем камеру сгорания, электролизер, соединенный с камерой сгорания посредством трубки, и инициирующее приспособление, в отличие от прототипа электролизер установлен в корпусе выше камеры сгорания, при этом трубка, соединяющая его с камерой сгорания, снабжена клапаном-отсекателем, а камера сгорания снабжена съемным элементом, например разрывной мембраной.

На чертеже представлен газодинамический источник сейсмических колебаний.

Источник включает корпус 1 с окнами 2, электрод 3 электролизера, выполненного в форме полого цилиндра и установленного в корпусе 1 посредством изоляторов 4, камеру сгорания 5, соединенную с электролизером с помощью трубки 6, снабженной клапаном-отсекателем 7, размещенные в камере сгорания 5 инициирующее устройство 8 и разрывную мембрану 9. Система электропитания содержит инвертор 10, представляющий собой понижающий трансформатор и диодный выпрямитель, регулятор 11, цепи питания электролизера и блок управления 12 инициирующим приспособлением 8.

Газодинамический источник сейсмических колебаний работает следующим образом.

Электролизер заполняется электролитом, например водным раствором щелочного металла, и устанавливается на трос-кабеле на определенной глубине водоема или скважины. Между корпусом 1 и электродом 3 с помощью инвертора 10 создается напряжение, величина которого устанавливается регулятором 11. Смесь электролитических газов кислорода и водорода, возникающих в результате электролиза, посредством трубки 6, снабженной клапаном-отсекателем 7, поступает в камеру сгорания 5, дно которой герметизировано разрывной мембраной 9. С учетом производительности электролизера при данной величине рабочего тока формируют заданное давление смеси. С блока управления 12 инициирующим приспособлением 8 подается напряжение и происходит воспламенение и взрыв газовой смеси. При этом срабатывает клапан-отсекатель 7, отделяя электролизер от камеры сгорания 5 и предотвращая взрыв газов в электролизере. Взрывным импульсом разрушается разрывная мембрана 9 и ударная волна распространяется в исследуемом пространстве.

В отличие от прототипа использование клапана-отсекателя в предлагаемом источнике колебаний исключает взрыв газов в электролизере, что повышает безопасность работ, а применение разрывной мембраны позволяет расширить диапазон энергии ударных волн и область применения предлагаемого изделия, т.е., газодинамический источник может быть использован как в водоемах, так и в нефтяных и газоконденсатных скважинах, при этом без подъема НКТ в связи с осесимметричным размещением электролизера и камеры сгорания.

В отличие от традиционных импульсных сейсмических источников заявляемый газодинамический источник сейсмических колебаний обладает следующими преимуществами:

- полной безопасностью для обслуживающего персонала,

- экологической безопасностью для окружающей среды,

- дистанционным контролем и дозированием интенсивности колебаний в интервале тротилового эквивалента от 0,5 до 600 г ТНТ,

- широким диапазоном применения: ВСП, МП, НВС, контроль ГВК и НВК,

- проведение сейсмических работ в акватории моря, в транзитных зонах и различных скважинах,

- технологической и экономической эффективностью.

В период 2004-2005 гг. была проведена серия опытно-методических испытаний. Совместно с ОАО «Газпромгеофизика» и ОАО «Костромагеофизика» в Ярославской области на скв. №5 «Скалинская» были выполнены сравнительные испытания предлагаемого источника и вибрационного источника ГСК. Получены амплитудно-частотные спектры на разных удалениях, отмечено, что частота колебаний, формируемых предлагаемым источником, в 2 раза выше частоты колебаний, создаваемых ГСК. Прямые и преломленные волны регистрируются на удалении более 3 км.

Совместно с ГНЦ ФГУГП «Южморгеология» были выполнены сравнительные опытно-методические испытания заявляемого источника и различных конструкций пневмоисточников «Пульс» в транзитной зоне акватории речного порта г. Саратова и в акватории Черного моря.

По итогам испытаний отмечено, что мощность излучения газодинамического источника вполне сопоставима с групповым пневмоизлучателем при явных преимуществах предлагаемого источника: малый вес и объем палубного и забортного оборудования, простота и надежность в эксплуатации, возможность группирования.

Заявляемый газодинамический источник сейсмических колебаний может быть использован в следующих направлениях геофизических исследований:

1. При проведении сейсмических исследований в транзитных (переходных от суши к морю) зонах и в акватории моря.

2. В качестве альтернативы взрывным источникам при проведении ВСП и наземных работ 2D, 3D с тротиловым эквивалентом 200-300 г ТНТ.

3. В качестве скважинного источника для работ по схеме скважина-скважина, скважина-поверхность.

Газодинамический источник сейсмических колебаний, содержащий систему электропитания, корпус, размещенные в нем камеру сгорания, электролизер, соединенный с камерой сгорания посредством трубки, и инициирующее приспособление, отличающийся тем, что электролизер установлен в корпусе выше камеры сгорания, при этом трубка, соединяющая его с камерой сгорания, снабжена клапаном-отсекателем, а камера сгорания снабжена съемным элементом, например разрывной мембраной.