Донная станция для морских геофизических исследований

Изобретение относится к области разведочной геофизики и может быть использовано для прогнозирования залежей углеводородов под морским дном и изучения глубинного строения земной коры. Предлагается донная станция для морских геофизических исследований, содержащая корпус, в котором расположен блок плавучестей, регистратор сигналов, подвижные штанги с неполяризующимися электродами, датчики, включая индукционные, размыкатель, антенну, блок питания и якорь. В качестве датчиков донная станция дополнительно содержит феррозондовый трехкомпонентный датчик. Причем хотя бы два устройства из группы, включающей в себя датчик, регистратор, блок питания и акустическую систему, помещены в отдельные герметичные корпусы, отнесенные от корпуса станции на расстояние 2-5 метров и связанные с корпусом с помощью консолей. Индукционные датчики, находящиеся внутри корпуса станции, расположены таким образом, чтобы центры индукционных катушек находились максимально близко друг к другу. Технический результат - повышение точности разведочных данных. 3 з.п.ф-лы, 2ил.

 

Изобретение относится к области разведочной геофизики, в частности к комплексам оборудования для осуществления геоэлектроразведки методами кажущихся сопротивлений и магнитотеллурики, и предназначено для прогнозирования залежей углеводородов под морским дном и изучения глубинного строения земной коры.

В настоящее время для морских геофизических исследований широко применяются донные станции различной конструкции и назначения.

Так, известна самовсплывающая электромагнитная станция (US 5770945, 2010), имеющая два взаимно ортогональных индукционных датчика магнитного поля, расположенных в корпусе станции, и систему измерения горизонтальных составляющих электрического поля, состоящую из прикрепленных к корпусу станции горизонтальных полужестких штанг («arms») длиной по пять метров каждая с электродами на концах.

Недостатком станции является возможность измерения только двух компонент, а также то, что основные элементы конструкции - регистратор, источник питания, акустическая система размыкателя располагаются внутри корпуса станции вблизи первичных датчиков поля - индукционных преобразователей и оказывают на них влияние, повышая уровень шумов, а также влияют на показания магнитного компаса в датчике определения углов, что приводит к существенным ошибкам при определении ориентации станции. Кроме того, такая конструкция станции требует свободное место на палубе площадью не менее 100 кв. метров и специального оборудования для проведения спуско-подъемных работ.

Наиболее близкой по технической сущности к заявляемой конструкции является самовсплывающая станция для электромагнитных измерений (US 6842006, 2002). Станция имеет корпус, блок стеклянных плавучестей, регистратор сигналов, датчики, размыкатель, антенну, блок питания и якорь. Штанги длиной пять метров и диаметром около пяти сантиметров с электродами, образующие два взаимно перпендикулярных диполя, могут свободно перемещаться в вертикальной плоскости, что упрощает проведение спуско-подъемных операций. Индукционные датчики (от одного до четырех) располагаются в пределах длины штанг, как правило, ближе к их концу для снижения влияния магнитных масс станции на результаты измерения магнитного поля. Вывод станции за борт осуществляется со штангами, направленными вертикально вниз, что, хотя и упрощает спуск станции, требует специального крана с большой высотой подъема и, кроме того, повышает вероятность повреждения электродов и индукционных датчиков в случае, когда поток воды при спуске не успевает перевести штанги в вертикальное положение или загибает одну или несколько штанг под груз.

Недостатком станции также является возможность измерения только двух компонент, а также неполностью устраненное негативное воздействие, связанное с помехами, вызываемыми работающими приборами. Еще одним недостатком этой и других существующих станций является использование в существующих станциях преимущественно индукционных датчиков магнитного поля, которые обладают на низких частотах высоким уровнем шумов.

Задачей, решаемой авторами, является создание конструкции станции, позволяющей снизить воздействие помех и осуществлять более надежные геофизические измерения.

В основе предлагаемого решения лежит использование в станции феррозондового трехкомпонентного датчика (ФЗД), обеспечивающего регистрацию трех ортогональных компонент магнитного поля, сильное воздействие которого на другие измерительные каналы не позволяло ранее использовать их в донных станциях, а также создание конструкции, позволяющей минимизировать такое воздействие.

Технический результат достигался созданием конструкции, в которой наряду с использованием ФЗД оборудование, которое может оказывать влияние на измеряемые сигналы, помещено в отдельные герметичные корпусы, отнесенные от корпуса станции на расстояние 2-5 метров. В номенклатуру такого оборудования включаются по крайней мере два элемента из группы, в которую входят датчик, регистратор, блок питания и акустическая система. Однако возможно вынесение из корпуса станции дополнительно и иных элементов

Дополнительное улучшение работы станции достигается расположением магнитных датчиков внутри корпуса станции таким образом, чтобы центры индукционных катушек находились максимально близко друг к другу. Такое расположение в отличие от аналогов, где они помещаются на штангах, обеспечивают измерение трех компонент магнитного поля (а не двух, как в аналоге), что позволяет иметь полный вектор. За счет использования ФЗД измеряются также три компоненты, но в низкочастотном диапазоне (0-1000 Гц).

Вынесенные приборы соединяются с корпусом, как правило, с помощью консолей, выполненных из немагнитного материала, например пластмассы или алюминиево-магниевого сплава.

На фиг.1 показана станция, вид сверху; на фиг.2 показана станция, вид сбоку. При этом используются следующие обозначения:

1. Корпус станции.

2. Блок плавучестей.

3. Консоли блоков 9, 10, 11, 12.

4. Штанги с неполяризующимися электродами.

5. Индукционные датчики.

6. Размыкатели.

7. Акустическая антенна.

8. Якорь.

9. Феррозондовый датчик в герметичном корпусе.

10. Регистратор сигналов в герметичном корпусе.

11. Блок питания в герметичном корпусе.

12. Акустическая система размыкателя с датчиком давления в герметичном корпусе.

13. Датчик углов в герметичном корпусе.

14. Замок временного крепления консолей в квазивертикальном положении.

Корпус станции 1, как правило, изготавливается из несмачиваемого материала, например фторопласта, для исключения подлипания корпуса станции к грунту.

Внутри корпуса 1 располагаются блок плавучести 2, выполненный из синтактика или стеклосфер, ортогональная система штанг с электродами 4, обеспечивающая измерение трех компонент электрического поля, ортогональная система 5 индукционных датчиков, обеспечивающая измерение трех компонент магнитного поля в диапазоне частот 0.001-500 Гц, электрохимические размыкатели 6, акустическая антенна 7 и датчик углов 13.

Элементы, которые могут оказывать влияние на измеряемые сигналы, - феррозондовый датчик 9, обеспечивающий регистрацию трех кортогональных компонент магнитного поля в диапазоне 0-0,003 Гц, регистратор 10, блок питания 11 и акустическая система 12, размещены в герметичных корпусах и отнесены от корпуса станции на расстояние 2-5 метров с помощью консолей 3, выполненных из немагнитного материала, например полиэтилена, или алюминиево-магниевого сплава.

Блок питания 11 (аккумулятор или батарейка), как правило, помещается в гермокорпусе на отдельной консоли. Такой вариант предпочтительнее для долговременных постановок, поскольку позволяет целиком заменять модуль при использовании любого типа источника и не требует дополнительных затрат судового времени. Вместе с тем возможен вариант, когда источники питания размещены в модуле регистратора 10 и/или модуле размыкателя 6, а феррозондовый датчик 9 питается от одного из источников, например от регистратора. Такая схема особенно привлекательна при работе с активным источником, где феррозондовый датчик не требуется и можно ограничиться двумя консолями. Но в этом случае предпочтительно использовать в блоке питания 11 аккумуляторы, поскольку их можно заряжать без вскрытия корпуса через разъем.

Индукционные датчики 5, ФЗД 9, электроды на штангах 4, как правило, подключаются к регистратору 10; антенна 7, датчик углов 13, размыкатель 6 - к модулю размыкателя. Для простоты подключения и уменьшения числа разъемов на гермокорпусах модулей подключение может осуществляться через дополнительно устанавливаемый коммутационный блок, на который заводится и питание при работе по первому варианту.

Консоли 3 могут быть закреплены в горизонтальном положении или свободно вращаться вокруг горизонтальной оси для упрощения спуско-подъемных операций.

Количество консолей 3 в зависимости от особенностей используемого оборудования составляет, как правило, от 2 до 6. Так, при работах с искусственными полями в более высокочастотном диапазоне, где не требуется феррозондовый датчик, применяют 2 или 3 консоли. При этом источники питания могут располагаться непосредственно в гермокорпусах регистратора 10 и акустики 12. Датчик углов 13 может быть подсоединен к акустической системе 12 для передачи по акустическому каналу на борт судна информации об ориентации станции на дне.

Герметичные корпусы модулей 9-13 и индукционных датчиков 5, как правило, снабжены вакуум-портами (не показано) для исключения образования влаги внутри корпусов и исключения затечек.

В зависимости от количества консолей и особенностей применяемого спуско-подъемного устройства форма корпуса 1 станции может иметь в горизонтальном сечении форму круга или многоугольника.

Станция работает следующим образом. Консоли 3 перед спуском с помощью замка временного крепления 14, как правило, фиксируются в квазивертикальном положении с углом наклона 10-15 градусов. После опускания станции за борт замки 14 срабатывают автоматически под весом станции после ее отделения от спуско-подъемного устройства. Консоли 3 сохраняют квазивертикальное положение в процессе спуска за счет потока воды, а при достижении станцией дна переводятся в горизонтальное положение под воздействием веса модулей 9-12 и начального угла наклона консолей. По команде с судна станция начинает проводить измерения, а затем после получения соответствующего сигнала происходит срабатывание размыкателей 6 и отделение якоря 8. Консоли 3 при всплытии располагаются в квазивертикальном положении вниз, что обеспечивает минимум в три раза большую скорость всплытия станции по сравнению с конструкцией, в которой консоли закреплены горизонтально.

Заявляемая конструкция прошла успешные полевые испытания, показавшие возможность получения с ее помощью более точных данных о строении морского дна. По сравнению с другими станциями заявляемая конструкция более компактна и удобна в работе.

1. Донная станция для морских геофизических исследований, содержащая корпус, в котором расположен блок плавучестей, регистратор сигналов, подвижные штанги с неполяризующимися электродами, датчики, включая индукционные, размыкатель, антенну, блок питания и якорь, отличающаяся тем, что в качестве датчиков она дополнительно содержит феррозондовый трехкомпонентный датчик, причем хотя бы два устройства из группы, включающей в себя датчик, регистратор, блок питания и акустическую систему, помещены в отдельные герметичные корпусы, отнесенные от корпуса станции на расстояние 2-5 метров и связанные с корпусом с помощью консолей, причем индукционные датчики, находящиеся внутри корпуса станции, расположены таким образом, чтобы центры индукционных катушек находились максимально близко друг к другу.

2. Донная станция для морских геофизических исследований по п.1, отличающаяся тем, что она имеет от 2 до 6 консолей.

3. Донная станция для морских геофизических исследований по п.4, отличающаяся тем, что консоли закреплены в горизонтальном положении.

4. Донная станция для морских геофизических исследований по п.4, отличающаяся тем, что консоли свободно вращаются вокруг горизонтальной оси