Устройство для морской электроразведки и способ морской электроразведки в движении судна

Изобретение относится к области разведочной геофизики. Сущность: возбуждают импульсы тока в исследуемой среде и определяют параметры ее вызванной поляризации. Строят геоэлектрический разрез и делают заключение о наличии залежей углеводорода по выявленным аномалиям параметров вызванной поляризации. Причем возбуждают одновременно или с временным сдвигом электромагнитные и сейсмические волны. Для возбуждения указанных волн формируют однополярные прямоугольные импульсы постоянного тока, длительность и скважность которых зависит от параметров исследуемой среды. По началу тактового импульса одновременно измеряют электрическое поле на группах приемных электродов двух буксируемых на разной глубине приемных линий. Помимо этого, измеряют глубину погружения приемных линий и гидроакустическое давление от сейсмического источника. Также предложено устройство для морской электроразведки, содержащее генератор импульсов, блок для заряда конденсаторов, генератор, блок конденсаторов, коммутатор, сейсмический излучатель, приемо-передающую линию, приемную линию, многоканальное измерительное устройство, эхолот, приемник спутниковой навигации системы глобального позиционирования, процессор обработки сигналов. Технический результат: повышение достоверности результатов исследования. 2 н. и 16 з.п. ф-лы, 6 ил.

 

Область техники, к которой относится изобретение

Группа изобретений «Устройство для морской электроразведки и способ морской электроразведки в движении судна» относится к области разведочной геофизики, в частности к геоэлектроразведке методом вызванной поляризации в совокупности с сейсмоэлектрическим эффектом. Используется для зондировании морского дна в шельфовой зоне и предназначена для прогнозирования залежей углеводородов, воды, гидрокабонатов и прочих сопутствующих химических веществ.

Уровень техники

Известно изобретение «Method and apparatus for offshore electromagnetic sounding utilizing wavelength effects to determine optimum source and detector positions», патент US, №4617518, Srnka, Oct.14, 1986, в котором использовали магнитные и электрические измерения параметров исследуемой среды, но при этом буксируемая приемная линия не позволяет учесть вертикальную составляющую электрического поля, что существенно снижает достоверность построения геоэлектрического разреза.

Известно изобретение «Способ геоэлектроразведки», патент RU 2219568, Рыхлинский Н.И. и др., февр. 2003, в котором для прогнозирования залежей углеводородов построили модель среды, наиболее близкую по геометрическому строению и электрическим параметрам к исследуемой. При этом использовали уравнение математической физики для напряженности дипольного источника в электрохимически поляризующейся среде. Однако данная модель в силу множественности решений исходного уравнения не может адекватно описывать исследуемую среду и имеет вероятностный характер.

Известно изобретение «Remote reservoir resistivity mapping», патент US №6603313, Srnka, Aug.5, 2003, в котором на основе предварительно полученных геологических данных о наличии месторождения углеводородов для более детального определения залежей углеводородов использовали пространственную сетку регистрирующих электромагнитные волны датчиков, жестко зафиксированных на поверхности морского дна. Однако такой способ определения параметров исследуемой среды не может применяться в движении, так как имеет стационарный характер.

Известно изобретение «Geophysical prospecting», патент US №5877995, Thompson et al., Mar.2, 1999, в котором использован электросейсмический метод прогнозирования залежей углеводородов, но не в морских условиях.

«Electromagnetic-to-seismic conversion: successful developments suggest viable applications in exploration and production», A.H.Thompson, Abstracts of EM Technical Session, SEG, Houston, 2005, в котором рассмотрели основы сейсмоэлектрического и электросейсмического метода, однако для определения залежей углеводородов на суше.

Наиболее близким техническим решением для предложенного устройства и способа морской разведки является «устройство для морской электроразведки в движении судна и способ морской электроразведки», патент RU №2253881, Лисицин Е.Д. и др., июнь, 2005, в котором использовали многоканальные многоразносные измерения исследуемой среды с использованием пересчета полученных характеристик на основе подбора параметров слоистой проводящей и поляризующейся среды. Однако предложенное решение не обладает достаточным пространственным разрешением в силу использования только одного измерительного кабеля, а также отсутствия дополнительного стимулирующего воздействия на исследуемую среду сейсмического излучателя.

Раскрытие изобретения

Требуется обнаружить залежи углеводородов и сопутствующих веществ на основе изучения эффекта вызванной поляризации.

Поставленную задачу решили путем возбуждения в исследуемой среде импульсов электромагнитного излучения, вызывающего эффект вызванной поляризации, с одновременным возбуждением через заданные промежутки времени сейсмической волны, вызывающей дополнительное изменение эффекта вызванной поляризации. При этом использовали две буксируемые на разной глубине приемные электродные линии.

Техническим результатом группы изобретений является повышение достоверности результатов исследования.

Изобретение иллюстрируется чертежами, на которых показано устройство для морской электроразведки и взаимное положение ее частей.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 - Общая схема устройства для определения параметров вызванной поляризации.

Фиг.2 - Схема расположения измерительных кабельных линий и источников излучений относительно судна.

Фиг.3 - Схема распространения сейсмических (21) и электромагнитных (22) волн над месторождением углеводородов (24), а также отраженная электромагнитная волна (23), которая регистрируется симметрично расположенными электродами M1, О1, N1 и M2, О2, N2, а также несимметрично расположенными электродами M3, О3, N3.

Фиг.4 - график, иллюстрирующий цикл работы устройства:

а) - тактовый импульс с длительностью t0-t1;

б) - импульс электромагнитного излучения с длительностью t0-t3;

в) - импульс сейсмического излучения с длительностью t4-t5;

г) - форма электрического поля, регистрируемая на одной из пар приемных электродов.

Задача решатся с помощью устройства для морской электроразведки, содержащего генератор импульсов (1), блок для заряда конденсаторов (2), который питается от генератора (3), блок конденсаторов (4), коммутатор (5), формирующий две последовательности однополярных прямоугольных импульсов постоянного тока, сейсмический излучатель (6) с регулируемой длиной разрядного промежутка, возбуждающего сейсмическую волну (21), приемо-передающую линию (7), которая возбуждает электромагнитную волну (22) и несет приемные электроды (18), датчик давления (19), гидрофон (20), приемную линию (8) с аналогичными электродами, датчиками и гидрофонами, многоканальное измерительное устройство (9), эхолот (10), приемник спутниковой навигации системы глобального позиционирования (GPS) (11) и процессор для обработки сигналов (12), отличающегося тем, что коммутатор (5) обеспечивает формирование по двум каналам прямоугольных импульсов тока длительностью от 0,1 до 10 сек и силой тока от 0 до 2500 А на питающих электродах (13, 14) электромагнитного излучателя и на электродах (15, 16) сейсмического излучателя (6), буксируемая за кормой судна на заданной глубине приемопередающая линия (7), имеющая длину измерительной части не менее 2000 м, выполнена в виде многожильного геофизического кабеля с нейтральной плавучестью с обеспечивающими пространственную ориентацию кабеля в пространстве стабилизаторами заглубления (17), расположенными на концах приемо-передающей линии (7) медными электродами (13, 14), симметрично расположенными графитовыми электродами (18), датчиками давления (19), гидрофонами (20), и приемная линия(8), имеющая длину измерительной части не менее 1000 м, выполненная в виде многожильного геофизического кабеля с нейтральной плавучестью, с обеспечивающими пространственную ориентацию кабеля в пространстве стабилизаторами заглубления (17), симметрично расположенными графитовыми электродами (18), датчиками давления (19), гидрофонами (20).

Кроме того, блок для заряда конденсаторов обеспечивает регулируемую скорость заряда конденсаторов от 0 до 50 А постоянного тока, блок для заряда конденсаторов обеспечивает регулируемую скорость заряда конденсаторов от 0 до 3000 В постоянного тока, емкость блока конденсаторов составляет от 300 до 500 mF, расстояние между электродами сейсмического излучателя составляет от 1 до 10 м, приемо-передающая линия имеет от 3 до 6 датчиков давления, приемо-передающая линия имеет от 3 до 6 гидрофонов, приемо-передающая линия имеет от 6 до 12 стабилизаторов заглубления, приемная линия имеет от 2 до 3 датчиков давления, приемная линия имеет от 2 до 3 гидрофонов, приемная линия имеет от 3 до 6 стабилизаторов заглубления.

Осуществление изобретения

При выходе судна в точку начала профиля запускается процессор (12), генератор управляющих импульсов (1), блок для заряда конденсаторов (2), многоканальное измерительное устройство (9), эхолот (10), GPS (11) и начинается заряд блока конденсаторов (4) до заданного уровня напряжения. В заданной навигационной точке, определяемой посредством системы GPS (11), формируется тактовый импульс с длительностью от 10 до 15 с, посредством которого в момент времени t0 открываются высоковольтные ключи двухканального коммутатора (5) и начинается разряд конденсаторов соответственно через электроды (13, 14) с возбуждением электромагнитной волны (22) и через электроды (15, 16) с возбуждением сейсмической волны (21). Каждый канал разряжается с длительностью от 0,2 до 0,5 с, после чего конденсаторы снова начинают заряжаться. Параметры разряда контролируются многоканальным измерительным устройством (9).

Одновременно с разрядом в момент времени t0 начинается сбор данных с групп измерительных электродов M1, О1, N1 и M2, О2, N2 приемо-передающей линии (7) и M3, О3, N3, приемной линии (8), а также со всех датчиков давления (19), гидрофонов (20), эхолота (10) и GPS (11). Постоянная составляющая электропроводности среды измеряется на электродах А, В и N3, N4.

Данные от всех устройств записываются на жесткий носитель и соотнесены к текущей навигационной точке. Конец считывания данных определятся концом тактового импульса. После того как появляется сигнал о заряде блока конденсаторов до заданного уровня, подается следующий тактовый импульс и работа системы повторяется.

В процессе прохождения судном геологического профиля формируется база данных из таких параметров исследуемой среды, как электропроводность, поляризуемость и постоянная времени спада электродных потенциалов, которые в совокупности определяют эффект вызванной поляризации.

Преимущество указанного устройства заключатся в том, что используется такая пространственная структура приемных электродов, при которой излучающий электромагнитную волну диполь (13, 14) расположен симметрично относительно групп приемных электродов M1, О1, N1 и M2, О2, N3, что позволяет более точно определить контур предполагаемой залежи углеводородов (24) и устранить шумовые помехи, так как сигналы, принятые по разные стороны относительно центрально расположенного излучающего диполя, имеют разные знаки. Кроме того, существенно большая, чем в прототипе, а именно не менее 2000 м, длина излучающего диполя позволяет уменьшить затухание волн при их распространении в жидких и иловых средах. Дополнительная приемная линия (8), которая буксируется в придонных слоях, позволят зафиксировать вертикальную и радиальную составляющую изменения параметров вынужденной поляризации.

Принятая пространственная геометрия приемо-передающих линий в совокупности с возможностью точного позиционирования излучающих и приемных электродов относительно предполагаемой залежи углеводородов позволяет существенно повысить разрешающую способность устройства.

Таким образом достигается технический результат - повышение достоверности результатов исследования.

Наиболее близким способом для предложенного способа морской разведки является «устройство для морской электроразведки в движении судна и способ морской электроразведки», патент RU №2253881, Лисицин Е.Д. и др., июнь, 2005.

С помощью описанного выше устройства для морской электроразведки осуществляется следующий способ морской электроразведки в движении судна. Способ морской электроразведки отличается тем, что выполняют профилирование путем возбуждения в исследуемой среде одновременно или с временным сдвигом электромагнитных и сейсмических волн, для возбуждения которых формируют соответственно для канала электромагнитных и сейсмических волн однополярные прямоугольные импульсы постоянного тока, длительность и скважность которых зависит от параметров исследуемой среды, по началу тактового импульса осуществляют одновременное измерение электрического поля на группах приемных электродов двух буксируемых на разной глубине приемных линий, а также измеряют глубину погружения приемных линий и гидроакустическое давление от сейсмического источника.

Кроме того, мощность источника электромагнитных волн составляет от 80 до 150 кДж, мощность источника сейсмических волн составляет от 50 до 100 кДж, импульсы постоянного тока имеют длительность от 0,1 до 10 с, глубина погружения буксируемой приемо-передающей линии от 10 до 20 м от поверхности моря, глубина погружения буксируемой приемной линии от 10 до 20 м от поверхности дна моря, скорость буксировки приемо-передающей и приемной линии от 0,5 до 4 узлов.

Способ иллюстрируется рисунками.

Фиг.5 - Области, выделенные штриховой линией, соответствуют известным залежам углеводородов. Профили опытных работ обозначены сплошными прямыми линиями. Области выделенные серым тоном, соответствуют залежам углеводородов, зарегистрированным методом вызванной поляризации.

Фиг.6. - Геоэлектрический разрез вдоль профиля участка работ:

а) амплитуда выделенного аномального сигнала;

б) выделение фронтальной фазы аномального сигнала.

Профилирование выполняют во время двигающегося со скоростью от 0,5 до 4,0 узлов судна с буксируемой на разной глубине приемо-передающей (7) и приемной линией (8). При выходе корабля в заданную акваторию запускается процессор (12), генератор управляющих импульсов (1), блок для заряда конденсаторов (2), многоканальное измерительное устройство (9), эхолот (10), GPS (11) и начинается заряд блока конденсаторов (4) до заданного уровня напряжения. В заданной навигационной точке, определяемой посредством системы GPS (11), формируется тактовый импульс с длительностью от 10 до 15 с, посредством которого в момент времени t0 открываются высоковольтные ключи двухканального коммутатора (5) и начинается разряд конденсаторов соответственно через электроды (13, 14) с возбуждением электромагнитной волны и через электроды (15, 16) с возбуждением сейсмической волны. Возбуждение сейсмической волны может осуществляться со сдвигом во времени относительно электромагнитной волны или вообще отсутствовать. Каждый канал разряжается с длительностью от 0,2 до 0,5 с, после чего конденсаторы снова начинают заряжаться.

Одновременно с разрядом в момент времени t0 начинается сбор данных со всех пар приемных электродов (18), датчиков давления (19), гидрофонов (20), эхолота (10) и GPS (11). Данные от всех устройств записываются на жесткий носитель и соотнесены к текущей навигационной точке. Конец считывания данных определятся концом тактового импульса. После того как появляется сигнал о заряде блока конденсаторов до заданного уровня, подается следующий тактовый импульс и работа системы повторяется. По мере прохождения геологического профиля происходит процесс накопления базы данных электрофизических параметров исследуемой среды.

Далее на основе аномального поведения таких параметров исследуемой среды, как электропроводность, поляризуемость и постоянная времени спада электродных потенциалов, а также их зависимости от условий возбуждения электромагнитных и сейсмических волн, осуществляется интерпретация полученных результатов с точки зрения наличия залежей углеводородов.

Преимущество данного способа заключается в том, что использование длинноволнового электромагнитного импульса повышенной мощности в совокупности с воздействием в заданные промежутки времени сейсмического излучателя дает более точную информацию о параметрах исследуемой среды.

Таким образом достигается технический результат - повышение достоверности результатов исследования.

1. Устройство для морской электроразведки, содержащее генератор импульсов, блок для заряда конденсаторов, который питается от генератора, блок конденсаторов, коммутатор, формирующий две последовательности однополярных прямоугольных импульсов постоянного тока, сейсмический излучатель с регулируемой длиной разрядного промежутка, возбуждающий сейсмическую волну, приемопередающую линию, которая возбуждает электромагнитную волну и несет приемные электроды и датчики, приемную линию с аналогичными электродами и датчиками, многоканальное измерительное устройство, эхолот, приемник спутниковой навигации системы глобального позиционирования (GPS) и процессор для обработки сигналов, отличающееся тем, что коммутатор обеспечивает формирование по двум каналам прямоугольных импульсов тока длительностью от 0,1 до 10 с и силой тока от 0 до 2500 А на питающих электродах электромагнитного излучателя и на электродах сейсмического излучателя, буксируемая за кормой судна на заданной глубине приемопередающая линия, имеющая длину измерительной части не менее 2000 м, выполнена в виде многожильного геофизического кабеля с нейтральной плавучестью, с обеспечивающими пространственную ориентацию кабеля в пространстве стабилизаторами заглубления, расположенными на концах приемопередающей линии медными электродами, симметрично расположенными графитовыми электродами, датчиками давления, гидрофонами, и приемная линия, имеющая длину измерительной части не менее 1000 м, выполненная в виде многожильного геофизического кабеля с нейтральной плавучестью, с обеспечивающими пространственную ориентацию кабеля в пространстве стабилизаторами заглубления, симметрично расположенными графитовыми электродами, датчиками давления, гидрофонами.

2. Устройство для морской электроразведки по п.1, отличающееся тем, что блок для заряда конденсаторов обеспечивает регулируемую скорость заряда конденсаторов от 0 до 50 А постоянного тока.

3. Устройство для морской электроразведки по п.1, отличающееся тем, что блок для заряда конденсаторов обеспечивает регулируемую скорость заряда конденсаторов от 0 до 3000 В постоянного тока.

4. Устройство для морской электроразведки по п.1, отличающееся тем, что емкость блока конденсаторов составляет от 300 до 500 mF.

5. Устройство для морской электроразведки по п.1, отличающееся тем, что расстояние между электродами сейсмического излучателя составляет от 1 до 10 м.

6. Устройство для морской электроразведки по п.1, отличающееся тем, что приемопередающая линия имеет от 3 до 6 датчиков давления.

7. Устройство для морской электроразведки по п.1, отличающееся тем, что приемопередающая линия имеет от 3 до 6 гидрофонов.

8. Устройство для морской электроразведки по п.1, отличающееся тем, что приемопередающая линия имеет от 6 до 12 стабилизаторов заглубления.

9. Устройство для морской электроразведки по п.1, отличающееся тем, что приемная линия имеет от 2 до 3 датчиков давления.

10. Устройство для морской электроразведки по п.1, отличающееся тем, что приемная линия имеет от 2 до 3 гидрофонов.

11. Устройство для морской электроразведки по п.1, отличающееся тем, что приемная линия имеет от 3 до 6 стабилизаторов заглубления.

12. Способ морской электроразведки в движении судна, основанный на том, что выполняют исследование геологической среды вдоль профиля наблюдения путем возбуждения импульсов тока в исследуемой среде и определения параметров вызванной поляризации исследуемой среды, строят геоэлектрический разрез и делают заключение о наличии залежей углеводорода по выявленным аномалиям параметров вызванной поляризации, отличающийся тем, что выполняют профилирование путем возбуждения в исследуемой среде одновременно или с временным сдвигом электромагнитных и сейсмических волн, для возбуждения которых формируют соответственно для канала электромагнитных и сейсмических волн однополярные прямоугольные импульсы постоянного тока, длительность и скважность которых зависит от параметров исследуемой среды, по началу тактового импульса осуществляют одновременное измерение электрического поля на группах приемных электродов двух буксируемых на разной глубине приемных линий, а также измеряют глубину погружения приемных линий и гидроакустическое давление от сейсмического источника.

13. Способ морской электроразведки по п.12, отличающийся тем, что мощность источника электромагнитных волн составляет от 80 до 150 кДж.

14. Способ морской электроразведки по п.12, отличающийся тем, что мощность источника сейсмических волн составляет от 50 до 100 кДж.

15. Способ морской электроразведки по п.12, отличающийся тем, что импульсы постоянного тока имеют длительность от 0,1 до 10 с.

16. Способ морской электроразведки по п.12, отличающийся тем, что глубина погружения буксируемой приемопередающей линии составляет от 10 до 20 м от поверхности моря.

17. Способ морской электроразведки по п.12, отличающийся тем, что глубина погружения буксируемой приемной линии составляет от 10 до 20 м от поверхности дна моря.

18. Способ морской электроразведки по п.12, отличающийся тем, что скорость буксировки приемопередающей и приемной линии составляет от 0,5 до 4 узлов.