СПОСОБ ПРЯМОГО ПОИСКА УГЛЕВОДОРОДОВ
METHOD FOR DIRECT SEARCH OF HYDROCARBONS

Изобретение относится к области физики и может быть использовано для прямого геофизического поиска и разведки месторождения углеводородов (УВ): нефти, газа и др.; при поиске орудий лова - утерянных, брошенных или браконьерских с находящимися в них промысловыми объектами (рыбой, беспозвоночными и др.) - в интересах рационального природопользования; при изучении геологических, гидрофизических и акустических характеристик геологической среды (геосреды) и гидросферы над ней - в интересах изучения Мирового океана и др.
Известен способ поиска УВ-залежи, заключающийся в формировании и периодическом (~6 с) ненаправленном излучении акустических колебаний в диапазоне частот от 5 до 2000 Гц с помощью нескольких пневматических излучателей (ПИ), объединенных между собой в группу и буксируемых за научно-исследовательским судном (НИС) на глубине 5-50 м с постоянной скоростью 5-7 км/ч (3-4 узл.) вдоль линии профиля, распространении акустической волны от точки излучения радиально со скоростью, определяемой упругими свойствами среды и ее плотностью, частичном отражении и частичном преломлении акустической волны на границе раздела сред с иными упругими свойствами, приеме частично отраженных и частично преломленных акустических волн с помощью нескольких - не менее шести, многоканальных гибких протяженных - длиной не менее 3 км, приемных систем - сейсмокос (ССК) с полосой пропускания сигналов от 5 Гц (в лучшем случае) до 2 кГц и динамическим диапазоном не менее 120 дБ, буксируемых за НИС параллельно друг другу, цифровой обработки и регистрации полученной сейсмоакустической информации, установлении (зная скорости распространения акустических волн в различных породах и время прохождения акустической волны от ПИ) пород и глубин их залегания на площади разведки /Аки К., Ричардс П. - Количественная сейсмология. Теория и методы. - М.: Мир, т.1, 1983/.
К недостаткам данного способа относятся:
1. Низкая достоверность полученной информации из-за использования ненаправленных излучателей с дискретными во времени излучениями сигналов.
2. Низкая достоверность, обусловленная необходимостью использования системы синхронизации - для обеспечения работы группы ПИ, причем ее использование не гарантирует точного управления суммарным волновым полем, т.к. в любом случае нельзя учесть параметры грунтов, влияющих на характер сейсмических волн.
3. Низкая достоверность полученной информации из-за использования дискретных в пространстве приемных антенн, обладающих относительно низкой направленностью и имеющих относительно узкий: от 5 Гц (в лучшем случае) до 2000 Гц диапазон рабочих частот.
4. Низкая достоверность из-за сложности в интерпретации полученных результатов, т.к. измерения являются косвенными и несут информацию только о геологической структуре разреза, в которой лишь возможно наличие УВ-залежи.
5. Низкая достоверность из-за невозможности обнаружения собственных излучений УВ-залежи, находящихся в диапазоне частот ниже 5 Гц, т.к. нижняя граничная частота приемного тракта составляет, в лучшем случае, 5 Гц.
6. Низкая достоверность из-за невозможности обнаружения наведенных излучений УВ-залежи, являющихся откликом на внешнее упругое воздействие, т.к. нижняя граничная приемная частота составляет, в лучшем случае, 5 Гц.
7. Низкая надежность способа при буксировке нескольких ССК из-за возможного отклонения НИС с курса, перехлеста ССК и т.д.
8. Высокие финансовые и временные затраты, сопоставимые с бурением.
9. Ограниченная область применения - из-за невозможности использования при развитом (более 4-5 баллов) волнении моря и т.д.
Известен способ поиска УВ-залежи, заключающийся в установке на дне моря: по заданной сетке или по выбранному профилю, исходя из полученных ранее данных сейсморазведки 2D (3D), нескольких - не менее двух, глубоководных донных акустических станций (ГДАС), регистрации по средствам трехканального сейсмодатчика в течение нескольких (не менее двух) часов естественного микросейсмического фона Земли - вне контура УВ-залежи и собственных микросейсмических излучений УВ-залежи - внутри контура УВ-залежи в инфразвуковом диапазоне (ИЗД) частот, подъеме на поверхность моря ГДАС, первичной обработке микросейсмической информации (уровни и формы спектров сигналов и шумов, их дисперсии и др.), расчете комбинации информативных параметров (энтропия микросейсмического фона в контуре и за его пределами и др.), окончательной обработке информации и интерпретации полученных результатов с установлением факта наличия УВ-залежи на площади разведки и ее типа: нефтяная, газовая и т.д. /Сейсмоакустические исследования Мирового океана. - Сборник научных трудов НИПИокеангеофизика. - Геленджик, 1986, стр.11-13/.
К недостаткам данного способа относятся:
1. Необходимость наличия на исследуемых площадях скважин с известной продуктивностью, т.к. уровень микросейсмических колебаний вблизи этих скважин используют в качестве порогового.
2. Низкая производительность (до 2-3 суток в одной точке измерения), обусловленная необходимостью учета суточных естественных изменений уровней (ритмов) микросейсмического поля Земли.
3. Низкая производительность, связанная с затратами времени на: постановку ГДАС, поиск и подъем на поверхность моря в каждой точке измерения.
4. Недостаточная достоверность, обусловленная влиянием суточных естественных ритмов уровня микросейсмического поля Земли при достаточно длительных измерениях в одном районе.
5. Недостаточная помехозащищенность, обусловленная существенным влиянием техногенных помех при длительных (2-3 суток) наблюдениях в одной пространственной точке.
6. Ограниченная область применения из-за невозможности использования (постановки и выборки) при развитом волнении моря и т.д.
7. Низкая надежность способа из-за возможных потерь ГДАС и др.
Известен также способ поиска УВ, заключающийся в установке на дне моря: по заданной сетке или по выбранному профилю, ГДАС, направленном приеме низкочастотной (НЧ) акустической волны, в том числе микросейсмической, включающий формирование в рабочей зоне приемника ГДАС более высокочастотной (ВЧ) акустической или электромагнитной волны в параметрической приемной антенне (ППА) с помощью соответствующего ВЧ излучателя, направленном - благодаря волновым размерам ВЧ приемника и частоте ВЧ сигнала накачки, приеме ВЧ амплитудно-частотно (фазово) модулированных сигналов, сформированных в результате нелинейного взаимодействия в неоднородной: содержащей различные фазовые включения, среде, а также их последующей демодуляции в специальном электронном блоке, выделении из ВЧ сигнала накачки НЧ полезного сигнала, подъеме на поверхность моря ГДАС, первичной и вторичной обработке НЧ сигналов, а также интерпретации полученных результатов с установлением факта наличия УВ /Бахарев С.А., Короченцев В.И., Мироненко М.В. и др. - Способ приема упругой волны в морской воде (варианты). - Патент РФ №2158029, заявка №98122520 от 15.12.1998 г./.
К недостаткам данного способа относятся:
1. Более низкая чувствительность, что затрудняет обнаружение УВ-залежей на большой (более 5 км) глубине.
2. Необходимость наличия на исследуемых площадях скважин с известной продуктивностью.
3. Низкая производительность, обусловленная необходимостью учета суточных естественных ритмов уровня микросейсмического поля Земли.
4. Низкая производительность, связанная с затратами времени на: постановку ГДАС, поиск и подъем на поверхность моря в каждой точке измерения.
5. Недостаточная достоверность, обусловленная влиянием суточных естественных ритмов уровня микросейсмического поля Земли при достаточно длительных измерениях в одном районе.
6. Недостаточная помехозащищенность, обусловленная существенным влиянием техногенных помех при длительных наблюдениях в одной точке.
7. Ограниченная область применения из-за невозможности использования (постановки и выборки) при развитом волнении моря и т.д.
8. Низкая надежность способа из-за возможных потерь ГДАС и др.
Известен способ поиска УВ-залежи, заключающийся в установке на дне моря: по заданной сетке или по выбранному профилю, исходя из полученных ранее данных сейсморазведки 2D (3D), одного или нескольких ГДАС, регистрации по средствам трехканального сейсмодатчика соответствующего ГДАС в течение нескольких - не менее двух, часов как до, так и после внешнего возбуждения с помощью дополнительного излучателя сейсмических колебаний, естественного микросейсмического фона Земли - вне контура УВ-залежи и индуцированных микросейсмических излучений УВ-залежи внутри контура УВ-залежи в ИЗД частот, подъеме на поверхность моря ГДАС, первичной обработке микросейсмической информации (уровни и формы спектров индуцированных сигналов, окружающие шумы и др.), расчете комбинации информативных параметров (площади под кривой взаимного спектра одноименных компонент при записи сейсмического фона после возбуждения сейсмических колебаний по сравнению с записью до возбуждения), окончательной обработке информации и интерпретации полученных результатов с установлением факта наличия УВ-залежи на площади разведки и ее типа: нефтяная, газовая и т.д. /Арутюнов С.Л., Ложкарев Г.Л., Графив Б.М. и др., 1996. Способ вибросейсморазведки при поиске нефтегазовых месторождений. - Патент РФ №2045079, заявка 1992 г./.
К недостаткам данного способа относятся:
1. Недостаточная достоверность, обусловленная влиянием суточных естественных ритмов уровня микросейсмического поля Земли при достаточно длительных измерениях в одном районе.
2. Низкая производительность (до 2-3 суток в одной точке измерения), обусловленная необходимостью учета суточных естественных ритмов уровня микросейсмического поля Земли.
3. Низкая производительность, связанная с затратами времени на: постановку ГДАС, поиск и подъем на поверхность моря в каждой точке измерения.
4. Высокая зависимость от техногенных помех (шумы ближнего и дальнего судоходства и др.), обусловленная необходимостью длительных (до 2-3 суток) наблюдений в одной точке.
5. Ограниченная область применения из-за невозможности использования (постановки и выборки) при развитом волнении моря и т.д.
6. Низкая надежность способа из-за возможных потерь ГДАС и др.
6
6
5
6
4
5
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому относится способ, выбранный в качестве способа-прототипа, прямого поиска УВ, заключающийся в формировании, непрерывном и слабонаправленном - десятки градусов, разнесенном в пространстве и перекрывающемся по площади, излучении: с помощью буксируемой за судном пространственно непрерывной излучающей антенны (БПНИА) интенсивных - с амплитудой акустического давления 10-5×10 Па на расстоянии 1 м гидроакустических волн в диапазоне частот от 1 Гц до 3000 Гц - для лоцирования геосреды на глубину до 10 км; с помощью гидроакустического излучателя, установленного на донной части корпуса ПГФС - менее интенсивных - с амплитудой акустического давления 5×10-10 Па на расстоянии 1 м от излучателя гидроакустических волн в диапазоне частот от 1 Гц до 3000 Гц - для лоцирования геосреды на глубину до 5 км и слоя осадков над УВ-залежью; с помощью многочастотных - не менее трех частот, излучающих антенн активных гидроакустических средств (АГАС), установленных на корпусе ПГФС и на корпусах двух телеуправляемых необитаемых подводных аппаратов (ТНПА), движущихся параллельно ПГФС и на заданном удалении от него, излучения еще менее интенсивных акустических волн в диапазоне частот выше 3 кГц с амплитудой акустического давления 5×10-10 Па на расстоянии 1 м от излучателя - для лоцирования слоя осадков и водного пространства над УВ-залежью; распространении акустических волн различных частот и интенсивностей от пространственно разнесенных точек излучения в направлении дна со скоростью, определяемой упругими свойствами среды и ее плотностью; частичном отражении и частичном преломлении акустических волн на границе раздела сред с иными упругими свойствами; разнесенном и перекрывающемся по площади и пространственно непрерывном приеме в диапазоне частот от 1 Гц до 3 кГц частично отраженных и частично преломленных акустических волн с помощью: буксируемой за ПГФС пространственно непрерывной приемной антенны (БПНПА) и протяженной антенны, установленной на бортовых частях корпуса ПГФС; обработке и регистрации полученной информации, установлении (зная скорости распространения акустических волн в различных породах: с различным минеральным составом и структурой и время прохождения акустической волны от излучателя) координат и глубин залегания характерных пород - коллекторов (ловушек) на площади разведки; приеме собственного излучения УВ над УВ-залежью, используя: несколько - не менее 4 ГДАС с пассивным гидроакустическим средством (ПГАС), работающим в линейном и нелинейном (параметрическом) режимах в диапазоне частот от долей Гц до 3 кГц, установленных сеткой на дне моря или по профилю на расстоянии друг от друга, обеспечивающем взаимное перекрытие зон наблюдения; протяженную антенну, расположенную на бортовых частях корпуса ПГФС; приемную антенну, расположенную по всему обводу носовой оконечности ПГФС; несколько - не менее двух, ПГАС, установленных на соответствующих ТНПА, движущихся параллельно движению ПГФС и на расстоянии друг от друга, обеспечивающем взаимное перекрытие всех зон наблюдения, приеме эхо-сигналов, отраженных от неоднородностей водной среды и дна моря над УВ-залежью в линейном и нелинейном режимах в диапазоне частот до 3 кГц, используя: несколько - не менее двух, ПГАС, установленных на соответствующих ТНПА; первичной обработке: уровни и формы спектров собственного микросейсмического шумоизлучения УВ, вторичной обработке: энтропия собственного микросейсмического шумоизлучения УВ в контуре и за его пределами, окончательной обработке полученной информации и интерпретации полученных результатов с установлением факта наличия УВ-залежи на площади разведки и ее типа: нефтяная, газовая и т.д. /Бахарев С.А. Способ поиска месторождений полезных ископаемых с использованием подводного геофизического судна. - Решение ФИПС о выдаче патента РФ на изобретения от 11.03.2011 г., по заявке №2010100192 от 11.01.2010/.
К недостаткам способа-прототипа относятся:
1. Сложность в реализации.
2. Низкая гидроакустическая совместимость.
4. Недостаточная (~80%) достоверность получаемой информации.
5. Недостаточная достоверность при обнаружении УВ-залежей, находящихся на большой глубине по вертикальному геологическому разрезу.
6. Недостаточная достоверность из-за невозможности обнаружения наведенных излучений УВ, являющихся откликом на внешнее упругое воздействие.
7. Низкая надежность способа при буксировке нескольких антенн и ТНПА.
8. Высокие финансовые затраты на разработку, строительство, содержание (необходимость специального пирса и т.д.) и эксплуатацию ПГФС.
9. Недостаточная экологическая безопасность для морских биологических объектов (МБО) и окружающей природной среды (ОПС) в целом.
10. Недостаточная навигационная безопасность для ПГФС и др.
Задача, которая решается изобретением, заключается в разработке способа, свободного от указанных выше недостатков.
Технический результат предложенного способа заключается в эффективном: с большой производительностью, высокой достоверностью и др., поиске и распознавании: нефтяная, газовая или др., УВ-залежи на большой площади при минимальных финансово-временных затратах с обеспечением навигационной безопасности для геофизического судна (ГФС) и экологической безопасности для МБО и ОПС в целом.
6
6
4
5
2
4
Поставленная цель достигается тем, что известный способ прямого поиска УВ, заключающийся в формировании, непрерывном и слабонаправленном - десятки градусов, излучении с помощью БПНИА интенсивных - с амплитудой акустического давления 10-5×10 Па на расстоянии 1 м, гидроакустических волн в диапазоне частот от 1 Гц до 3000 Гц (для лоцирования геологической среды на глубину до 10 км), в формировании, непрерывном и направленном - единицы-десятки градусов, излучении с помощью многочастотной - не менее трех, судовой гидроакустической излучающей антенны (СГАИА) комбинированного (сочетающего режимы линейного и нелинейного формирования локационных сигналов) активного гидроакустического средства (КАГАС) в диапазоне частот от 3 кГц и выше менее интенсивных - с амплитудой акустического давления 5×10-10 Па на расстоянии 1 м, более ВЧ гидроакустических волн (для лоцирования слоя осадков и водного пространства над УВ-залежью), распространении интенсивных гидроакустических волн в направлении дна со скоростью, определяемой упругими свойствами среды и ее плотностью, частичном отражении и частичном преломлении этих гидроакустических волн на границе раздела сред с иными упругими свойствами и непрерывном приеме частично отраженных и частично преломленных этих гидроакустических волн с помощью БПНПА, распространении менее интенсивных и более ВЧ гидроакустических волн в направлении слоя осадков и водного пространства над УВ-залежью со скоростью, определяемой упругими свойствами среды и ее плотностью, нелинейном взаимодействии двух из трех более ВЧ гидроакустических волн между собой с образованием гидроакустической НЧ волны разностной частоты (ВРЧ), частичном отражении исходных более ВЧ волн и НЧ ВРЧ от неоднородностей водной среды и от границы раздела двух сред: вода-дно над УВ-залежью и непрерывном высоконаправленном - единицы градусов, приеме частично отраженных этих гидроакустических волн с помощью судовой гидроакустической приемной антенны (СГПА) комбинированного (сочетающего режимы линейной и нелинейной обработки принятых гидроакустических сигналов) пассивного гидроакустического средства (КПГАС) одновременно в линейном и нелинейном режимах его работы, обработке и регистрации полученной информации, установлении (зная скорости распространения гидроакустических волн в различных породах: с различным минеральным составом и структурой и время прохождения гидроакустической волны от излучателя) координат и глубин залегания характерных геолого-геофизических структур - коллекторов, являющихся потенциальными ловушками УВ, на площади разведки, приеме собственного микросейсмического шумоизлучения УВ (СМШИ УВ) над некоторыми из характерных геолого-геофизических структур (коллекторами), используя: несколько - не менее 4 ГДАС, установленных заданной сеткой на дне моря или по заданному профилю на расстоянии друг от друга, обеспечивающем взаимное перекрытие зон наблюдения, первичной обработке: измерения уровней и спектров СМШИ УВ внутри контура, а также уровней и этого СМШИ УВ вне контура, вторичной обработке: вычислении энтропии СМШИ УВ в контуре и за его пределами, окончательной обработке полученной информации и интерпретации полученных результатов с установлением факта наличия УВ-залежи на площади разведки и типа залежи: нефтяная, газовая и т.д., отличается тем, что установление координат и глубин коллекторов (соответствующих геолого-геофизических структур) проводят на первом этапе реализации способа, а прием сигналов СМШИ УВ и ВМШИ УВ в узкой полосе частот 2,5-3,5 Гц, а также сигналов СМШИ и ВМШИ УВ-коллекторов в широкой полосе частот 1-10 Гц, над ними - на втором этапе реализации способа, при этом вместо (дорогостоящего при разработке, строительстве, содержании и эксплуатации) ПГФС используют стандартное геофизическое судно для работы по сейсморазведке 2D, на котором дополнительно размещено несколько - не менее четырех, маломерных и устойчивых к опрокидыванию плавательных средств (МУПС) с грузоподъемностью не менее 500 кг, обеспечивающих индивидуальную постановку-выборку в соответствующей измерительной точке измерения каждой из 4-х ГДАС, при этом каждая из ГДАС ставится на дно в режиме свободного падения, а поднимается каждая из ГДАС на поверхность моря по команде в режиме свободного всплытия (благодаря дополнительной плавучести, дополнительному якорю, необходимому запасу фала и замку, автоматически открываемому при приеме кодированного гидроакустического сигнала управления, излучаемого в диапазоне частот выше 3 кГц в заданное время с борта соответствующего МУПС с помощью опускаемого в воду малогабаритного гидроакустического излучателя), при этом на первом этапе дополнительно принимают частично рассеянные интенсивные гидроакустические волны с помощью СГПА КПГАС, при этом СГПА установлена не на корпусе судна, а на жестко закрепленном и буксируемом рядом с судном обтекаемом теле (которое может быть легко демонтировано или вновь установлено в заданном месте корпуса судна без специальной постановки его в док), при этом и СГИА КАГАС также установлена на втором жестко закрепленном и буксируемом рядом с судном обтекаемом теле, при этом на втором этапе вместо интенсивных гидроакустических волн в диапазоне частот 1-3000 Гц излучают, последовательно сочетая интервалы излучений и пауз, интенсивные гидроакустические волны в диапазоне частот, близких к резонансной частоте УВ-залежи в полосе частот 2,5-3,5 Гц, а также на частотах, близких к резонансной частоте коллектора (его пор, каверн и трещин) УВ-залежи в полосе частот 1-10 Гц, дополнительно в КПГАС формируют и излучают в направлении дна, а также дополнительно принимают отраженные от дна и рассеянные на придонных неоднородностях водной среды электромагнитные волны (ЭМ) накачки в диапазоне частот выше 3 кГц с амплитудой, эквивалентной амплитуде акустического давления 5×10-10 Па, с помощью излучающих и приемных антенн электромагнитных волн, установленных на жестко закрепленном и буксируемом рядом с ГФС обтекаемом теле, при этом наиболее целесообразно, что расстояния между БПНИА и ГДАС, а также между соседними ГДАС, должны находиться в пределах соответственно от полутора (~750 м) до двух с половиной (~1500 м) длин волн и от половины (~250 м) до полутора (~750 м) длин волн СМШИ УВ, при этом время регистрации сигналов СМШИ УВ и сигналов вынужденного (индуцированного) микросейсмического шумоизлучения (ВМШИ) УВ с помощью ГДАС до и после воздействия интенсивными гидроакустическими волнами как внутри, так и снаружи контура должно составлять не менее 30 минут, длительности возбуждений УВ и коллекторов должны быть не менее чем по 30 сек, время регистрации результатов возбуждений не менее 3 минут после окончания каждого возбуждения УВ и коллектора, при этом в качестве информационных признаков дополнительно, до и после возбуждения интенсивными гидроакустическими волнами, внутри и снаружи контура, в том числе при движении судна со скоростью 3,5-4 узла (6,5-7,4 км/ч) используют: форма спектра узкой (2,5-3,5 Гц) и относительно широкой (1-10 Гц) полос частот, форма спектра ВЧ модуляционных частот акустического и ЭМ происхождения, соотношения сигнал/помеха (С/П) в узкой и относительно широкой полос частот, дискретное и непрерывное по времени изменения интегральных уровней узкой и относительно широкой полос частот, а также ВЧ модуляционных частот акустического и ЭМ происхождения, площади под кривой взаимного спектра одноименных компонент при регистрации сигналов СМШИ УВ и сигналов ВМШИ УВ, а также комбинации этих признаков с установленными ранее весовыми коэффициентами.
На фиг.1-фиг.5 представлена структурная схема устройства, реализующего разработанный прямой способ поиска УВ. При этом: на фиг.1 иллюстрируется структурная схема с точки зрения общего принципа реализации разработанного способа; на фиг.2 иллюстрируется структурная схема преимущественно с точки зрения излучения и приема сигналов; на фиг.3 иллюстрируется структурная схема преимущественно к КАГАС; на фиг.4 иллюстрируется структурная схема преимущественно к КАГИС; на фиг.5 иллюстрируется структурная схема преимущественно к проводниковой системе (ПС); на фиг.6 иллюстрируется структурная схема преимущественно к ГДАС.
На фиг.7 - фиг.11 иллюстрируются результаты испытаний разработанного способа прямого поиска УВ. При этом на фиг.7, для примера, иллюстрируется типовой геолого-геофизический разрез, по которому можно установить координаты и глубину коллектора; на фиг.8, для примера, иллюстрируются спектрограммы сигналов СМШИ УВ: нефтяной залежи (кривая №1 - точечки), газовой залежи (кривая №2 - короткие пунктирные линии), газоконденсатной залежи (кривая №3 - сплошная линия) и помехи (линия №4 - длинные пунктирные линии); на фиг.9, для примера, иллюстрируются типовые спектрограммы: ВЧ акустического сигнала накачки на частоте 16 кГц в отсутствие СМШИ УВ (кривая №2) и при наличии СМШИ УВ под ГФС, а также акустической помехи в диапазоне частот от 1 Гц до 3 кГц; на фиг.10, для примера, иллюстрируются типовые изменения амплитуд по профилю над УВ-залежью: НЧ сигнала СМШИ УВ (кривая №1 - волнистая сплошная линия), ВЧ сигнала разностной частоты 15,997 кГц (кривая №2 - сплошная сильно изрезанная линия), ВЧ сигнала акустической накачки 16 кГц (кривая №3 - короткие пунктирные линии), НЧ помехи (кривая №4 - длинные пунктирные линии); на фиг.11 и фиг.12 иллюстрируются сонограммы НЧ сигнала 28,5 Гц при использовании ВЧ акустического сигнала накачки 16 кГц и ВЧ электромагнитного (с близкими к акустическому параметрами) сигнала накачки 16 кГц соответственно.
1
2
1
2
3
i
2
1
1
2
3
4
1
2
i
3
4
4
4
i
4
i
эм
i
эм
i
При этом выбраны следующие условные обозначения для сигналов: НЧ сигналы в узкой полосе частот 2,5-3,5 Гц - СМШИ УВ f и ВМШИ УВ , в широкой полосе частот 1-10 - СМШИ коллектора f и ВМШИ коллектора ; НЧ зондирующие сигналы для лоцирования (возбуждения) различных объектов: геолого-геофизических структур - в диапазоне частот 1-3000 Гц F, коллектора - в широкой полосе частот 1-10 Гц F и УВ - в узкой полосе частот 2,5-3,5 Гц F, также соответствующие им НЧ эхо-сигналы: ,  и ; НЧ ВРЧ Ω=ω-ω для лоцирования различных объектов: Ω - УВ в узкой полосе частот 2,5-3,5 Гц, Ω - коллектора в широкой полосе частот 1-10 Гц, Ω - слоя осадков над УВ-залежью в широком диапазоне частот 1-3000 Гц, Ω - слоя ПДЗРС над УВ-залежью в широком диапазоне частот 1-3000 Гц, а также соответствующие им НЧ эхо-сигналы ,  - отраженных от УВ,  - отраженных от коллектора,  - отраженных от слоя осадков над УВ-залежью,  - отраженных от слоя ПДЗРС над УВ-залежью; ВЧ акустических сигналов накачки на близких частотах ω и ω, для формирования в нелинейной среде НЧ ВРЧ Ω; ВЧ акустический сигнал ω для лоцирования слоя осадков над УВ-залежью и слоя ПДЗРС над УВ-залежью, а также его ВЧ эхо-сигнал ; ВЧ акустический сигнал накачки ω для обеспечения работы акустического тракта нелинейного приема НЧ сигналов; ВЧ электромагнитный сигнал накачки ω для обеспечения работы электромагнитного тракта нелинейного приема НЧ сигналов; ВЧ волны акустических комбинационных частот: ω±Ω, ω±f; ВЧ волны комбинационных частот: ВЧ электромагнитных и НЧ акустических: ω±Ω, ω±f.
Устройство содержит (фиг.1 - фиг.5): УВ-залежь (1) - объект поиска, расположенную на продуктивном горизонте над и под породами с различными геолого-геофизическими свойствами, в верхней части наружного горизонта друг на другом расположены: осадочный слой (дно) и придонный звукорассеивающий слой (ПДЗРС): растворенные и не растворенные в воде пузырьки газа, продукты жизнедеятельности и др. При этом ГФС (2) постоянно находится в приповерхностном ЗРС (ППЗРС): пузырьки воздуха, образованные в результате ветрового волнения, продукты жизнедеятельности МБО и др., содержит: спуско-подъемное устройство (3) и КИК (4). При этом на ГФС (2) размещено несколько - не менее четырех, МУПС (5), на каждом из которых, в свою очередь, установлено по одной ГДАС (6), по одной ПС (7) и по одному малогабаритному подъемному устройству (8). При этом к корпусу ГФС (2) жестко: на первом (9) и втором (10) креплениях - вываливающихся за обводы корпуса, а затем прочно фиксирующихся штангах, ниже киля ГФС (2) закреплены соответственно первое (11) и второе (12) хорошо обтекаемые тела (бульбы), а за кормой ГФС (2), с помощью первой (13) и второй (14) лебедок, а также первого (15) и второго (16) кабель-тросов, буксируются БПНИА (17) и БПНПА (18), соответственно, размещенные в первом (19) и втором (20) мягко (на кабель-тросе) буксируемых обтекаемых телах соответственно.
В свою очередь КИК (4) содержит: НЧ - в диапазоне частот ниже 3 кГц, излучающее ГАС (21), выход которой посредством первого кабель-троса (15) соединен с БПНИА (17), размещенной в первом мягко буксируемом обтекаемом теле (19), выставляемом (выбираемом) при помощи первой лебедки (13); НЧ приемное ГАС (22), вход которой посредством второго кабель-троса (16) соединен с БПНПА (18), размещенной во втором мягко буксируемом обтекаемом теле (20), выставляемом (выбираемом) при помощи второй лебедки (14); электронно-вычислительную (23) машину (ЭВМ); КАГАС (24) с СГИА (48), установленной на первом (11) хорошо обтекаемом теле (бульбе), а также КПГАС (25) с СГПА (54), установленной на втором (12) хорошо обтекаемом теле (бульбе).
1
2
3
1
2
3
При этом НЧ излучающее ГАС (21) содержит: параллельно соединенные: первый НЧ генератор (26) сигналов F в диапазоне частот 1-3000 Гц, второй генератор (27) НЧ сигналов F в широкой полосе частот 1-10 Гц и третий генератор (28) НЧ сигналов F в узкой полосе частот 2,5-3,5 Гц. Выходы генераторов: (26), (27) и (28), через коммутатор (29) режимов излучения, последовательно электрически соединены с НЧ усилителем мощности (30) интенсивных гидроакустических волн на частотах F, F и F, первым кабель-тросом (15), размещенным на первой лебедке (13) и БПНИА (17), установленной на первом буксируемом обтекаемом теле (19).
При этом НЧ приемное ГАС (22) содержит электрически соединенные: БПНПА (18), установленную на втором буксируемом обтекаемом теле (20), выход которой, посредством второго кабель-троса (16), размещенного на второй лебедке (14), последовательно соединен с первым предварительным НЧ усилителем (31), первым диапазонным НЧ фильтром (32) и первым основным НЧ усилителем (33), с выходов которого параллельно по трем соответствующим каналам НЧ эхо-сигналы на частотах: ,  и  последовательно поступают: в диапазоне частот 1-3000 Гц - на первый интегратор (34) и далее на соответствующий вход ЭВМ (23); в широкой полосе частот 1-10 Гц - на первый широкополосный фильтр (35), второй интегратор (36) и далее на соответствующий вход ЭВМ (23); в узкой полосе частот 2,5-3,5 Гц - на первый узкополосный фильтр (37), третий интегратор (38) и далее на соответствующий вход ЭВМ.
1
2
i
3
При этом КАГАС (24) содержит: тракт (39) нелинейного (параметрического) излучения НЧ гидроакустических сигналов, который, в свою очередь, содержит: канал (40) формирования и нелинейного излучения двух гидроакустических ВЧ - в диапазоне частот выше 3 кГц, сигналов накачки на близких частотах ω и ω, которые в нелинейной водной среде преобразуются в НЧ ВРЧ Ω, канал (41) линейного приема НЧ эхо-сигналов ВРЧ  - отраженных от УВ,  - отраженных от коллектора,  - отраженных от слоя осадков над УВ-залежью,  - отраженных от слоя ПДЗРС над УВ-залежью; а также тракт (42) линейного излучения гидроакустических ВЧ сигналов, который, в свою очередь, содержит: канал (43) формирования и линейного излучения гидроакустического ВЧ сигнала на ω, канал (44) линейного приема ВЧ эхо-сигналов , отраженных от слоя осадков над УВ-залежью и от слоя ПДЗРС над УВ-залежью.
1
2
1
2
3
3
При этом канал (40) формирования и нелинейного излучения двух гидроакустических ВЧ сигналов накачки на близких частотах ω и ω в диапазоне выше 3 кГц содержит: параллельно и последовательно электрически соединенные: первый ВЧ генератор (45) сигналов ω, первый ВЧ усилитель мощности (46) и первый ВЧ гидроакустический излучатель (47), являющийся соответствующей частью СГИА (48); второй ВЧ генератор (49) сигналов ω, второй ВЧ усилитель мощности (50) и второй ВЧ гидроакустический излучатель (51), являющийся соответствующей частью СГИА (48). При этом канал (43) формирования и линейного излучения ВЧ гидроакустического сигнала на ω в диапазоне выше 3 кГц содержит последовательно электрически соединенные: третий ВЧ генератор (51) сигналов ω, третий ВЧ усилитель мощности (52) и третий ВЧ гидроакустический излучатель (53), являющийся соответствующей частью СГИА (48). При этом канал (41) линейного приема НЧ эхо-сигналов ВРЧ  содержит последовательно электрически соединенные: первый НЧ гидроакустический приемник (55), являющийся соответствующей частью СГПА (54), второй предварительный НЧ усилитель (56), второй диапазонный НЧ фильтр (57), второй основной НЧ усилитель (58) и четвертый интегратор (59), с выхода которого сигнал подают на соответствующий вход ЭВМ (23). При этом канал (44) линейного приема ВЧ эхо-сигналов  содержит последовательно электрически соединенные: первый ВЧ гидроакустический приемник (60), являющийся соответствующей частью СГПА (54), первый предварительный ВЧ усилитель (61), первый ВЧ диапазонный фильтр (62), первый основной ВЧ усилитель (63) и пятый интегратор (64), с выхода которого сигнал подают на соответствующий вход ЭВМ (23).
4
1
2
эм
1
2
/
/
При этом КАГПС (25) содержит: первый (акустический) тракт (65) нелинейного (параметрического) приема НЧ гидроакустических сигналов, который, в свою очередь, содержит: канал (66) формирования и излучения ВЧ - в диапазоне частот выше 3 кГц гидроакустического сигнала накачки ω, канал (67) акустического нелинейного приема: НЧ эхо-сигналов: ,  и , НЧ эхо-сигналов ВРЧ: , ,  и  и НЧ сигналов f, , f и f; второй (электромагнитный) тракт (68) нелинейного приема НЧ гидроакустических сигналов, который, в свою очередь, содержит: канал (69) формирования и излучения ВЧ - в диапазоне частот выше 3 кГц электромагнитного сигнала накачки ω, канал (70) электромагнитного нелинейного приема НЧ эхо-сигналов: ,  и , НЧ эхо-сигналов ВРЧ: , ,  и  и НЧ сигналов f, , f и f, а также тракт (71) линейного приема НЧ эхо-сигналов  и НЧ эхо-сигналов ВРЧ .
4
4
эм
эм
При этом канал (66) формирования и излучения ВЧ гидроакустического сигнала накачки ω содержит последовательно электрически соединенные: четвертый ВЧ генератор (72) сигналов ω, четвертый ВЧ усилитель мощности (73), первое согласующее устройство (74) и четвертый ВЧ гидроакустический излучатель (75), являющийся соответствующей частью СГИА (48). При этом канал (69) формирования и излучения ВЧ электромагнитного сигнала накачки ω содержит последовательно электрически соединенные: пятый ВЧ генератор (76) сигналов ω, пятый ВЧ усилитель мощности (77), второе согласующее устройство (78) и ВЧ электромагнитный излучатель (79), являющийся соответствующей частью СГИА (48). При этом канал (67) акустического нелинейного приема НЧ сигналов содержит последовательно электрически соединенные: второй ВЧ гидроакустический приемник (80), являющийся соответствующей частью СГПА (54), второй предварительный ВЧ усилитель (81), первый амплитудный детектор (82), первый фильтр (83) НЧ и пятый интегратор (84), с входа которого сигнал подают на соответствующий вход ЭВМ (23). При этом канал (70) электромагнитного нелинейного приема НЧ сигналов содержит последовательно электрически соединенные: первый ВЧ электромагнитный приемник (85), являющийся соответствующей частью СГПА (54), третий предварительный ВЧ усилитель (86), второй амплитудный детектор (87), второй фильтр (88) НЧ и шестой интегратор (89), с входа которого сигнал подают на соответствующий вход ЭВМ (23). При этом тракт (71) линейного приема НЧ сигналов содержит последовательно электрически соединенные: второй НЧ гидроакустический приемник (90), являющийся соответствующей частью СГПА (54), третий предварительный НЧ усилитель (91), третий диапазонный НЧ фильтр (92), третий основной НЧ усилитель (93) и седьмой интегратор (94), с входа которого сигнал подают на соответствующий вход ЭВМ (23).
В свою очередь каждая из ПС (7) содержит: водопроницаемый корпус (95), блок (96) крепления к несущему фалу, блок (97) захвата лассо, блок (98) фиксации в грунте (якорь), отдаваемый при всплытии ПС (7), запас фала (99), имеющий собственную положительную плавучесть, уложенный в бухту - при постановке ПС (7) и саморазматывающийся - при всплытии ПС (7), соединительное кольцо (100), вставленное в механический замок (101) - при постановке ПС (7) и отсоединенное от него - для всплытия ПС (7), водонепроницаемый электронный блок (102), имеющий собственную положительную плавучесть, который, в свою очередь, содержит: последовательно электрически соединенные: ВЧ - в диапазоне частот выше 3 кГц, электроакустический преобразователь (103), усилитель (104), дешифратор (105), электромагнит (106), механически соединенный с механическим замком (101), а также первый высокоемкостной аккумулятор (107), обеспечивающий электропитанием: усилитель (104), дешифратор (105) и электромагнит (106).
В свою очередь каждое из ГДАС (6) содержит: водонепроницаемый корпус (108), блок (109) крепления к несущему фалу, блок (110) фиксации в грунте (тренога), блок (111) компенсации угла наклона (кардановый подвес), блок (112) трехкоординатной ориентации в пространстве и электронный блок (113), который, в свою очередь, содержит: последовательно электрически соединенные: многоканальную приемную систему (114), состоящую из нескольких (не менее двух) трехкомпонентных сейсмоприемников, подключенных параллельно друг другу, многоканальный - по числу сейсмоприемников, предварительный усилитель (115), многоканальный - по числу сейсмоприемников, диапазонный фильтр (116), устройство (117) цифрового формирования и сканирования характеристики направленности (ХН) многоканальной приемной системы (114), основной усилитель (118), вычислительное (119) устройство (миниатюрный компьютер), съемный цифровой накопитель (120) информации (флэш-карта), а также второй высокоемкостной аккумулятор (121), обеспечивающий электропитанием: предварительный усилитель (115), устройство (117), основной усилитель (118), решающее устройство (119) и блок (112) трехкоординатной ориентации в пространстве.
Устройство функционирует следующим образом (фиг.1 - фиг.12).
Предполагается, что в заданном географическом районе с ППЗРС, МБО и ПДЗРС имеется промышленная УВ-залежь (1): нефти, газа и др. - объект поиска, расположенная на продуктивном горизонте над и под породами с различными геолого-геофизическими свойствами, имеющая определенные геометрические размеры в пространстве - контур (фиг.7) и обладающая сигналами СМШИ УВ и ВМШИ УВ в узкой полосе частот 2,5-3,5 Гц, а также сигналами СМШИ и ВМШИ УВ-коллектора в широкой полосе частот 1-10 Гц. Следует отметить, что возникновение, а отсюда и возможность регистрации над УВ-залежью, собственных упругих волн - сигналов СМШИ УВ и СМШИ УВ-коллектора, связано с раскрытием и схлопыванием полостей в УВ (узкая полоса частот 2,5-3,5 Гц), а также смещением «берегов трещин» (широкая полоса частот 1-10 Гц) соответственно. При этом интенсивность сигналов СМШИ УВ и СМШИ УВ-залежи определяется количественной дефектностью пород геологической среды, динамикой изменения термоупругих напряжений и запасами УВ.
В общем случае флюиды располагаются в УВ-залежи согласно своим плотностям: газ, нефть и вода. При этом порода-коллектор водонасыщена - за внешним контуром нефтеносности и нефтенасыщена - во внутреннем контуре нефтеносности. В связи с этим основными физическими свойствами пород и жидкостей, характеризующих УВ-залежь и которые можно дистанционно (в том числе и через водную среду - при нахождении регистрирующего датчика на поверхности моря или в толще воды), оценить с помощью методов и средств гидроакустики, в том числе и нелинейной, являются следующие: пористость (наличие пор, не заполненных твердым веществом), каверность (пустоты, которые в трех взаимно перпендикулярных плоскостях имеют размеры более 2 мм) и трещинноватость (трещинная емкость) пласта; проницаемость пород коллектора; насыщение пород коллектора газом, нефтью или водой; физические и физико-химические свойства нефти, воды и газа: плотность, растворимость в них газа, нелинейные их свойства и др. При этом можно, с точки зрения биоакустики, образно представлять, что УВ-залежь имеет: условный «шум сердца» - собственная резонансная частота УВ-залежи в широкой полосе частот 1-10 Гц; условный «пульс» - собственная резонансная частота УВ в узкой полосе частот 2,5-3,5 Гц; условное «дыхание» - относительно частое изменение интенсивности сигналов в течение суток; условные «вздохи» - относительно редкое изменение интенсивности сигнала в течение суток; условные «фазы бодрствования и сна» - периодические изменения интегральной интенсивности сигнала в течение месяца, что обусловлено влиянием луны; условный «кашель» - многократный отклик на последствия микроземлетрясения в данном районе или внешнего возбуждения интенсивными упругими волнами.
В заданном географическом районе с предполагаемым месторождением УВ (нефть, газ и др.), в том числе при наличии течения, развитого волнения моря - выше 4-х баллов, т.е. при наличии условий, затрудняющих или полностью исключающих проведение сейсморазведки 3D (подразумевающей, в том числе, одновременное использование нескольких ССК), движется ГФС (2) в диапазоне скоростей 3,5-4 узл. (6,5-7,4 км/ч) с минимальным уровнем подводных акустических и гидродинамических шумов. При этом к корпусу ГФС (2) жестко - на первом (9) и втором (10) креплениях ниже киля ГФС (2) закреплены соответственно первое (11) и второе (12) хорошо обтекаемые тела (бульбы), а за кормой ГФС (2) с помощью первой (13) и второй (14) лебедок, а также первого (15) и второго (16) кабель-тросов, буксируются БПНИА (17) и БПНПА (18) соответственно в первом мягко буксируемом обтекаемом теле (19) и во втором мягко буксируемом обтекаемом теле (20). Также на ГФС (2), дополнительно к геофизическому оборудованию, размещено несколько - не менее четырех, МУПС (5) грузоподъемностью не менее 500 кг каждое, обеспечивающих индивидуальную постановку-выборку в соответствующей измерительной точке каждой из нескольких - не менее четырех (по числу МУПС), ГДАС (6) с ПС (7), которые на первом этапе геофизических измерений, связанном с установлением пространственных координат коллекторов, не применяют.
1
6
6
При помощи последовательно электрически соединенных первого НЧ генератора (26) сигналов F, коммутатора (29), НЧ усилителя мощности (30), первого кабель-троса (15), размещенного на первой лебедке (13) и БПНИА (17), установленной на первом мягко буксируемом обтекаемом теле (19), НЧ излучающего ГАС (21), осуществляют формирование, усиление - до необходимого уровня и слабонаправленное - десятки градусов, излучение - по направлению дна, интенсивных - с амплитудой акустического давления 10-5×10 Па на расстоянии 1 м от БПНИА, гидроакустических волн в диапазоне частот от 1 Гц до 3000 Гц. Эти волны распространяются в направлении дна со скоростью, определяемой упругими свойствами среды и ее плотностью, от приповерхностного слоя с ППЗРС - горизонта нахождения БПНИА (19), частично поглощаясь, отражаясь и рассеиваясь: в морской воде - во всем диапазоне глубин, на границе раздела двух сред: вода-земля и в геологической среде - на глубинах до 10 км, возвращаются обратно, в том числе и в приповерхностный слой, в котором находится ГФС (2) с БПНПА (18).
При помощи последовательно электрически соединенных: БПНПА (18), установленной на втором мягко буксируемом обтекаемом теле (20), второго кабель-троса (16), размещенного на второй лебедке (14), первого предварительного НЧ усилителя (31), первого диапазонного НЧ фильтра (32), первого основного НЧ усилителя (33) и первого интегратора (34) осуществляют непрерывный слабонаправленный - десятки градусов, прием, усиление и преобразование (из гидроакустической волны в гидроакустический сигнал) частично отраженных и частично преломленных данных НЧ гидроакустических волн и получают в диапазоне частот 1-3000 Гц НЧ эхо-сигнал . С выхода первого интегратора (34), являющегося одним из трех выходов НЧ приемной ГАС (22), данный НЧ эхо-сигнал  подают на соответствующий вход ЭВМ (23), в которой осуществляют вторичную и окончательную обработку сигналов и получают, в конечном итоге, геолого-геофизический разрез, на котором можно визуально увидеть коллектора, а также их пространственное местоположение.
Таким образом, на данном этапе реализации разработанного способа отвечают на первый вопрос при поиске УВ - где потенциальная УВ-ловушка - коллектор. После чего приступают ко второму этапу реализации разработанного способа с тем, чтобы ответить на второй вопрос - есть ли в этой потенциальной УВ-ловушке - углеводороды: нефть, газ и др.
2
3
2
3
2
3
На первом временном интервале (несколько суток) второго этапа реализации разработанного способа ГФС (2) ходит курсами по назначенным исходя из результатов, полученных на первом этапе, профилям. По заданной программе, сочетая интервалы излучений и пауз, с помощью параллельно электрически соединенных второго НЧ генератора (27) или третьего НЧ генератора (28) сигналы на соответствующих частотах: F или F подают на соответствующие входы коммутатора (29), с выхода которого один из сигналов (в соответствии с заданной программой) последовательно подают на НЧ усилитель мощности (30), первый кабель-трос (15) и БПНИА (17) НЧ излучающего ГАС (21), осуществляя, таким образом, формирование, усиление и слабонаправленное излучение во временном интервале не менее чем 30 сек интенсивных гидроакустических волн на частоте F в широкой полосе частот 1-10 Гц или на частоте F в узкой полосе частот 2,5-3,5 Гц. Гидроакустические волны на указанных частотах распространяются в направлении дна со скоростью, определяемой упругими свойствами среды и ее плотностью, от приповерхностного слоя моря до 10 км ниже его дна, воздействуют на частотах F и F, близких к резонансным частотам УВ-коллектора и УВ, соответственно, на УВ-коллектор и УВ, а затем возвращаются обратно - в слой морской воды, в котором находится ГФС (2) с БПНПА (18).
1
2
1
2
1
2
i
2
1
1
2
3
4
i
2
1
1
2
1
2
3
4
Одновременно с этим в канале (40) формирования и нелинейного излучения двух гидроакустических ВЧ сигналов накачки на близких частотах ω и ω в диапазоне выше 3 кГц тракта (39) нелинейного (параметрического) излучения НЧ гидроакустических сигналов КАГАС (24) при помощи параллельно и последовательно электрически соединенных: первого ВЧ генератора (45) сигналов ω, первого ВЧ усилителя мощности (46) и первого ВЧ гидроакустического излучателя (47), являющегося соответствующей частью СГИА (48); второго ВЧ генератора (49) сигналов ω, второго ВЧ усилителя мощности (50) и второго ВЧ гидроакустического излучателя (51), являющегося соответствующей частью СГИА (48), осуществляют формирование, усиление - до необходимого уровня, преобразование (электрического гидроакустического сигнала в гидроакустическую волну) и излучение двух гидроакустических ВЧ волн накачки на близких частотах ω и ω в сторону дна, которые, совместно распространяясь в неоднородной (содержащей различные фазовые включения: ППЗРС, ПДЗРС и др.) водной среде, взаимодействуют друг с другом и преобразуются в суммарные и разностные частоты. Исходные ВЧ гидроакустические волны и еще более ВЧ волна суммарных частот быстро затухают (вследствие поглощения акустической энергии и др.) в водной среде, в то время как НЧ ВРЧ Ω=ω-ω распространяются на значительные - единицы-десятки км, расстояния: на частоте Ω - близкой к резонансной частоте УВ в узкой полосе частот 2,5-3,5 Гц, на частоте Ω - близкой к резонансной частоте коллектора в широкой полосе частот 1-10 Гц, на частоте Ω - близкой к резонансной частоте слоя осадков над УВ-залежью в широком диапазоне частот 1-3000 Гц, на частоте Ω -близкой к резонансной частоте слоя ПДЗРС над УВ-залежью в широком диапазоне частот 1-3000 Гц. Гидроакустические НЧ ВРЧ Ω=ω-ω высоконаправленно - единицы градусов, распространяются в направлении дна, постоянно подкачиваясь акустической энергией от исходных ВЧ волн накачки ω и ω, со скоростью, определяемой упругими свойствами среды и ее плотностью, от приповерхностного слоя моря до 5 км ниже его дна, воздействуют на частотах: Ω, Ω, Ω и Ω на предназначенные для них объекты и возвращаются в виде соответствующих НЧ эхо-сигналов  - отраженных от УВ,  - отраженных от коллектора,  - отраженных от слоя осадков над УВ-залежью,  - отраженных от слоя ПДЗРС над УВ-залежью, обратно - в слой морской воды, в котором находится ГФС (2) с СГИА (48) и СГПА (54).
3
3
3
3
Одновременно с этим в канале (43) формирования и линейного излучения гидроакустического ВЧ сигнала на ω в диапазоне выше 3 кГц тракта (42) линейного излучения гидроакустических ВЧ сигналов КАГАС (24) при помощи последовательно электрически соединенных: третьего ВЧ генератора (51) сигналов ω, третьего ВЧ усилителя мощности (52) и третьего ВЧ гидроакустического излучателя (53), являющегося соответствующей частью СГИА (48), осуществляют формирование, усиление, преобразование и направленное - единицы-десятки градусов, излучение ВЧ гидроакустической волны на частоте ω в направлении дна. Гидроакустические ВЧ волны на частотах ω лоцируют слой осадков над УВ-залежью и слой ПДЗРС над УВ-залежью и возвращаются в виде соответствующих ВЧ эхо-сигналов  - отраженных от слоя осадков над УВ-залежью и  - отраженных от слоя ПДЗРС над УВ-залежью, обратно - в слой морской воды, в котором находится ГФС (2) с СГИА (48) и с СГПА (54).
В НЧ приемном ГАС (22) КИК (4) при помощи последовательно электрически соединенных: БПНПА (18), второго кабель-троса (16), первого предварительного НЧ усилителя (31), первого диапазонного НЧ фильтра (32), первого основного НЧ усилителя (33), а также, в соответствии с заданной программой, первого широкополосного фильтра (35) и второго интегратора (36), или первого узкополосного фильтра (37) и третьего интегратора (38), НЧ эхо-сигнал  в широкой полосе частот 1-10 Гц или НЧ эхо-сигнал  в узкой полосе частот 2,5-3,5 Гц подают на соответствующий вход ЭВМ (23), в которой осуществляют вторичную обработку НЧ эхо-сигналов и получают, наряду со спектральными признаками (в том числе, площади под кривой взаимного спектра одноименных компонент при регистрации СМШИ и ВМШИ УВ, а также СМШИ и ВМШИ УВ-коллектора и др.), соотношения С/П в узкой (2,5-3,5 Гц) и соотношения С/П в широкой (1-10 Гц) полосах частот, непрерывные по времени суток и по пространству изменения интегральных уровней узкой и относительно широкой полос частот, в том числе внутри и снаружи контура УВ-коллектора и УВ-залежи, дисперсию и математическое ожидание значений данных параметров и др. При этом амплитуды НЧ эхо-сигналов на частотах  и  внутри контура значительно - в несколько - от 2-х раз и более, превосходят амплитуды НЧ эхо-сигналов на соответствующих частотах вне контура.
Одновременно с этим в канале (41) линейного приема НЧ эхо-сигналов ВРЧ  тракта (39) нелинейного излучения НЧ гидроакустических сигналов КАГАС (24) при помощи последовательно электрически соединенных: первого НЧ гидроакустического приемника (55), являющегося соответствующей частью СГПА (54), второго предварительного НЧ усилителя (56), второго диапазонного НЧ фильтра (57), второго основного НЧ усилителя (58) и четвертого интегратора (59) осуществляют прием, обратное преобразование (гидроакустической волны в гидроакустический сигнал) и предварительное усиление НЧ эхо-сигналов , а также удаление помех вне диапазона рабочих частот, основное усиление и накопление соответствующих НЧ эхо-сигналов , а затем их подают на соответствующий вход ЭВМ (23). Затем в ЭВМ (23) осуществляют вторичную обработку НЧ эхо-сигналов  и получают, по аналогии с НЧ приемной ГАС (22), наряду со спектральными признаками сигналов, соотношения С/П в узкой (2,5-3,5 Гц) и широкой (1-10 Гц) полосах частот, непрерывные по времени суток и по пространству изменения интегральных уровней узкой и относительно широкой полос частот, в том числе внутри и снаружи контура УВ-коллектора и УВ-залежи, дисперсию и математическое ожидание значений данных параметров и др.; для  - отраженных от слоя осадков над УВ-залежью и  - отраженных от слоя ПДЗРС над УВ-залежью, наряду со спектральными признаками НЧ эхо-сигналов, в том числе характеризующих их резонансное переотражение или резонансное поглощение, соотношения С/П в широком диапазоне частот, непрерывные по времени суток и по пространству изменения интегральных уровней НЧ эхо-сигналов в широком диапазоне частот, в том числе внутри и снаружи контура УВ-коллектора и УВ-залежи, дисперсию и математическое ожидание значений данных параметров и др.
3
Одновременно с этим в канале (44) линейного приема ВЧ эхо-сигналов  тракта (42) линейного излучения гидроакустических ВЧ сигналов ω с помощью последовательно электрически соединенных: первого ВЧ гидроакустического приемника (60), являющегося соответствующей частью СГПА (54), первого предварительного ВЧ усилителя (61), первого ВЧ диапазонного фильтра (62), первого основного ВЧ усилителя (63) и пятого интегратора (64) осуществляют прием, обратное преобразование и предварительное усиление ВЧ эхо-сигналов  а также удаление помех вне диапазона рабочих частот, основное усиление и накопление соответствующих ВЧ эхо-сигналов , а затем их подают на соответствующий вход ЭВМ (23). Затем в ЭВМ (23) осуществляют вторичную обработку ВЧ эхо-сигналов  и получают для:  - отраженных от слоя осадков над УВ-залежью и  - отраженных от слоя ПДЗРС над УВ-залежью, наряду со спектральными признаками ВЧ эхо-сигналов, соотношения С/П в ВЧ диапазоне частот, непрерывные по времени суток и по пространству изменения интегральных уровней ВЧ эхо-сигналов в ВЧ диапазоне частот, в том числе внутри и снаружи контура УВ-коллектора и УВ-залежи, дисперсию и математическое ожидание значений данных параметров и др.
4
1
2
4
4
0
/
Одновременно с этим в канале (66) формирования и излучения ВЧ гидроакустического сигнала накачки ω первого (акустического) тракта (65) нелинейного приема НЧ эхо-сигналов: ,  и , НЧ эхо-сигналов ВРЧ , , ,  и  и НЧ сигналов f, , f и f, с помощью последовательно электрически соединенных: четвертого ВЧ генератора (72) сигналов ω, четвертого ВЧ усилителя мощности (73), первого согласующего устройства (74) и четвертого ВЧ гидроакустического излучателя (75), являющегося соответствующей частью СГИА (48), осуществляют формирование, усиление - до необходимого уровня, преобразование и высоконаправленное - единицы градусов, непрерывное излучение ВЧ сигнала ω на частоте, близкой к резонансной частоте ω рассеивателей звука (ПДЗРС и др.), доминирующих в прилегающем ко дну объеме морской среды.
эм
1
2
эм
эм
0
/
Одновременно с этим в канале (69) формирования и излучения ВЧ электромагнитного сигнала накачки ω второго (электромагнитного) тракта (68) нелинейного приема НЧ эхо-сигналов: ,  и , НЧ эхо-сигналов ВРЧ , , ,  и  и НЧ сигналов f, , f и f, с помощью последовательно электрически соединенных: пятого ВЧ генератора (76) сигналов ω, пятого ВЧ усилителя мощности (77), второго согласующего устройства (78) и ВЧ электромагнитного излучателя (79), являющегося соответствующей частью СГИА (48), осуществляют формирование, усиление - до необходимого уровня, преобразование и направленное - единицы-десятки градусов, непрерывное излучение ВЧ сигнала ω на частоте, близкой к резонансной частоте ω рассеивателей звука (ППЗРС и др.), доминирующих в прилегающем к СГИА (48) объеме морской среды.
4
4
i
4
i
эм
эм
i
эм
i
Высокочастотная гидроакустическая волна на частоте ω распространяется в направлении морского дна, рассеивается на нем, а также на неоднородностях ПДЗРС и ППЗРС, взаимодействует с НЧ полезным сигналом, преимущественно на неоднородностях ПДЗРС, и в виде ВЧ модуляционных волн ω±Ω и ω±f возвращается обратно - в место излучения, являющееся и местом приема. Одновременно с этим ВЧ электромагнитная волна на частоте ω распространяется в направлении морского дна, рассеивается и взаимодействует с НЧ полезным сигналом на неоднородностях ППЗРС, а затем в виде ВЧ модуляционных волн ω±Ω и ω±f возвращаются обратно - в место излучения, являющееся и местом приема.
1
2
/
При этом над коллектором с УВ пузырьки, имеющие определенный поверхностный заряд, газа ПДЗРС и ППЗРС в исходном состоянии - до воздействия на них ВЧ акустическими или ВЧ электромагнитными волнами, совершают колебания монопольного типа - сжимаются и расширяются во всех направлениях, под воздействием НЧ гидроакустических волн СМШИ УВ f и СМШИ коллектора f, а также ВМШИ УВ f и ВМШИ коллектора . В случае же дополнительного коллинеарного (в одном направлении) воздействия на них рассеянными ВЧ акустическими (преимущественно на сам пузырек) или ВЧ электромагнитными (преимущественно на поверхностный заряд пузырька) волнами пузырьки газа начинают совершать колебания дипольного типа, т.е. направленно в сторону места излучения-приема.
4
i
4
i
i
1
2
4
i
4
i
i
i
/
В дальнейшем в канале (67) первого (акустического) тракта (65) нелинейного приема НЧ эхо-сигналов при помощи последовательно электрически соединенных: второго ВЧ гидроакустического приемника (80), являющегося соответствующей частью СГПА (54), и второго предварительного ВЧ усилителя (81) осуществляют высоконаправленный прием, соответствующее преобразование (из гидроакустической волны в соответствующий сигнал) и усиление ВЧ акустических модуляционных частот: ω±Ω и ω±f. Затем, при помощи первого амплитудного детектора (82), осуществляют выделение НЧ полезных сигналов , , ,  и  и f: f, , f и f из ВЧ акустических модуляционных частот: ω±Ω и ω±f. В дальнейшем с помощью первого фильтра (83) НЧ и пятого интегратора (84) производят НЧ фильтрацию (удаление ВЧ помех) и интегрирование (накопление) полезных сигналов Ω и f, которые, в дальнейшем, подают на соответствующий вход ЭВМ (23).
эм
i
эм
i
i
i
эм
i
эм
i
i
i
Одновременно с этим в канале (70) второго (электромагнитного) тракта (68) нелинейного приема НЧ эхо-сигналов при помощи последовательно электрически соединенных первого ВЧ электромагнитного приемника (85), являющегося соответствующей частью СГПА (54), и третьего предварительного ВЧ усилителя (86) осуществляют направленный прием, соответствующее преобразование (из электромагнитной волны в соответствующий сигнал) и усиление ВЧ электромагнитных модуляционных частот: ω±Ω и ω±f. Затем, при помощи второго амплитудного детектора (87), осуществляют выделение НЧ полезных сигналов Ω и f из ВЧ электромагнитных модуляционных частот: ω±Ω и ω±f. В дальнейшем с помощью второго фильтра (88) НЧ и шестого интегратора (89) производят НЧ фильтрацию (удаление ВЧ помех) и интегрирование (накопление) НЧ полезных сигналов Ωи f, которые, в дальнейшем, подают на соответствующий вход ЭВМ (23).
i
i
Одновременно с этим в тракте (71) линейного приема НЧ сигналов при помощи последовательно электрически соединенных: второго НЧ гидроакустического приемника (90), являющегося соответствующей частью СГПА (54), третьего предварительного НЧ усилителя (91), третьего диапазонного НЧ фильтра (92), третьего основного НЧ усилителя (93) и седьмого интегратора (94) осуществляют соответственно прием и необходимое преобразование (из гидроакустической волны в соответствующий сигнал) сигналов, их фильтрацию (удаление НЧ и ВЧ помех вне диапазона рабочих частот фильтра), усиление и интегрирование НЧ полезных сигналов Ω и f, которые, в дальнейшем, подают на соответствующий вход ЭВМ (23).
Затем в ЭВМ (23) осуществляют обработку всей информации и определяют нефтегазоносность УВ-колекторов на месторождении УВ. Таким образом, на первом временном интервале (несколько суток) второго этапа реализации разработанного способа утвердительно отвечают - есть или нет в данном УВ-коллекторе (потенциальной УВ-ловушке) УВ: нефть, газ и др.
Для более детальных исследований УВ-колектора, с целью ответа на третий вопрос - где ставить скважину, на втором временном интервале (несколько десятков суток) второго этапа реализации разработанного способа ГФС (2) подходит в район с данным УВ-коллектором, становится на якорь (или ложится в дрейф) и с его борта при помощи спуско-подъемного устройства (3) на воду спускают несколько - не менее 4-х, МУПС (5). При этом на каждом из МУПС (5) находится по одной ГДАС (6), по одной ПС (7) и по одному малогабаритному подъемному устройству (8).
В дальнейшем каждое из МУПС (5) приходит в свою начальную рабочую (измерительную) точку, расположенную на удалении не менее 1 км от ГФС (2) - для исключения негативного влияния его техногенных шумов, определяет с высокой точностью (по спутнику) свои координаты, готовит к постановке на дно соответствующее ГДАС (6) с ПС (7) и ждет команды с главного (флагманского) МУПС (5) на синхронную постановку всех ГДАС (6) с ПС (7). При этом в ПС (7) укладывают определенным (исключающим самозапутывание при всплытии и т.д.) образом запас фала (99), соединительное кольцо (100) вставляют в механический замок (101) и его поворотом на 90° переводят ПС (7) в дежурный (ожидание команды на срабатывание механического замка) режим. После фиксации замка электрическое питание от первого высокоемкостного аккумулятора (107) подают одновременно на усилитель (104), дешифратор (105) и электромагнит (106). Таким образом, ПС переводят в дежурный (сторожевой) режим работы - ожидание команды на срабатывание замка (100). Затем по команде с ГФС (2) все ГДАС (6) с ПС (7) синхронно бросают за борт во всех начальных точках местонахождения МУПС (5) и начинают процесс обмера УВ-коллектора с помощью ГДАС по профилям или по сетке с целью определения места постановки скважины. При этом ГФС (2) остается на якоре (в дрейфе) в данном районе с МУПС (5), контролируя их навигационную безопасность.
1
2
В свою очередь каждое ГДАС благодаря отрицательной плавучести (не менее 50 кг) в режиме свободного падения опускается на дно и с помощью блока (110) фиксируется в грунте. При этом с помощью блоков (111) и (112) осуществляют соответственно компенсацию угла наклона и трехкоординатную ориентацию в пространстве. Затем в электронном блоке (113), с помощью последовательно электрически соединенных: многоканальной приемной системы (114), состоящей из нескольких (не менее двух) трехкомпонентных сейсмоприемников, подключенных параллельно друг другу, многоканального - по числу сейсмоприемников, предварительного усилителя (115), многоканального диапазонного фильтра (116), устройства (117) цифрового формирования и сканирования ХН и основного усилителя (118), осуществляют соответственно прием и преобразование (из гидроакустической волны в гидроакустический сигнал) НЧ сигналов, их фильтрацию (для исключения негативного влияния помех вне диапазона рабочих частот), сканирование ХН (для определения направления с максимальным соотношением С/П) и усиление НЧ сигналов до необходимого уровня. Затем НЧ сигналы: СМШИ УВ f и ВМШИ УВ , СМШИ коллектора f и ВМШИ коллектора  подают на вход вычислительного устройства (119) для вторичной обработки и хранения, в том числе, на съемном цифровом накопителе (120) информации. При этом электрическое питание предварительного усилителя (115), устройства (117), основного усилителя (118), решающего устройства (119) и блока (112) осуществляют с помощью второго высокоемкостного аккумулятора (121).
3
3
3
После регистрации НЧ сигналов в течение заданного интервала времени (от 1 часа до 3-х суток) все ГДАС (6) по команде с ГФС (2) поднимают на поверхность моря. Для чего: в канале (43) формирования и линейного излучения гидроакустического ВЧ сигнала на частоте ω в диапазоне выше 3 кГц тракта (42) линейного излучения гидроакустических ВЧ сигналов КАГАС (24) при помощи последовательно электрически соединенных: третьего ВЧ генератора (51) сигналов ω, третьего ВЧ усилителя мощности (52) и третьего ВЧ гидроакустического излучателя (53), являющегося соответствующей частью СГИА (48), осуществляют формирование, усиление, преобразование и направленное излучение в течение строго определенного (например, 15 сек - для ПС №1, 30 сек - для ПС №2, 45 сек - для ПС №3 и 60 сек - для ПС №4) интервала времени ВЧ гидроакустической волны на частоте ω в направлении соответствующего ГДАС (6) с ПС (7).
3
3
Гидроакустические ВЧ волны на частоте ω в заданном временном интервале для соответствующего ГДАС (6) принимают, усиливают и дешифруют с помощью последовательно электрически соединенных ВЧ электроакустического преобразователя (103), усилителя (104) и дешифратора (105) водонепроницаемого электронного блока (102). В случае совпадения шифра - строго определенного интервала времени, в течение которого излучают гидроакустическую волну на частоте ω, сигнал управления с дешифратора (105) автоматически подается на электромагнит (106), который открывает механический замок (101) и освобождает, таким образом, соединительное кольцо (100) и блок (98). Благодаря отданному якорю - блоку (98), запасу фала (99), имеющему собственную положительную плавучесть, положительной плавучести водонепроницаемого электронного блока (102), а также благодаря механическому соединению ГДАС (6) с ПС (7) посредством несущего фала и блока (109) крепления ГДАС (6) к нему, а также блока (96) крепления ПС (7) к нему, система ГДАС (6) - ПС (7) в режиме свободного всплытия поднимается на поверхность моря. При этом скорость всплытия определяется запасом положительной плавучести ПС (7), который должен как минимуму на 10-15% превосходить отрицательную плавучесть ГДАС (6).
После всплытия ПС (7) на поверхность на него набрасывают лассо, которое фиксируется блоком (97) захвата, и поднимают, с помощью малогабаритного подъемного устройства (8), на борт соответствующего МУПС (5). Затем выбирают запас фала (99) и поднимают на борт ГДАС (6). Затем, при движении МУПС (5) в новую точку измерений, снова укладывают запас фала (99), вставляют соединительное кольцо (100) в механический замок (101) и поворотом соединительного кольца (100) на 90° по часовой стрелке переводят ПС (7) в дежурный режим. В новой точке измерения повторяется описанная выше последовательность действий. При этом, после последнего подъема на поверхность моря ГДАС (6), из него извлекают съемный цифровой накопитель (120) информации. После завершения измерений всей МУПС (5) подходят к ГФС (2) и при помощи спуско-подъемного устройства (3) их поднимают на его борт. В дальнейшем в ЭВМ (23) осуществляют обработку гидроакустической информации, находящейся на съемном цифровом накопителе (120) соответствующего ГДАС (6). После чего принимают решение о месте постановки скважины.
Таким образом:
1. Обеспечение большой производительности поиска УВ - произведения площади поиска на скорость поиска, достигается за счет того, что:
- установление координат и глубин коллекторов проводят на первом этапе реализации способа, а прием сигналов СМШИ УВ над ними - на втором;
- вместо ПГФС используют ГФС для работы по сейсморазведке 2D;
- на ГФС дополнительно размещено несколько - не менее четырех, МУПС, обеспечивающих индивидуальную постановку-выборку в соответствующей измерительной точке измерения каждой из 4-х ГДАС;
- каждая из ГДАС ставится на дно в режиме свободного падения, а поднимается на поверхность моря по команде в режиме свободного всплытия и др.
2. Обеспечение высокой достоверности поиска УВ достигается за счет того, что:
- на первом этапе дополнительно принимают частично рассеянные интенсивные гидроакустические волны с помощью СГПА КПГАС;
- вместо интенсивных гидроакустических волн в диапазоне частот 1-3000 Гц излучают, последовательно сочетая интервалы излучений и пауз, гидроакустические волны в диапазоне частот, близких к резонансной частоте УВ-залежи в полосе частот 2,5-3,5 Гц, а также на частотах, близких к резонансной частоте коллектора УВ-залежи в полосе частот 1-10 Гц;
2
4
- дополнительно в КПГАС формируют и излучают в направлении дна, а также дополнительно принимают отраженные от дна и рассеянные на придонных неоднородностях водной среды ЭМ волны накачки в диапазоне частот выше 3 кГц с амплитудой, эквивалентной амплитуде акустического давления 5×10-10 Па, с помощью излучающих и приемных антенн электромагнитных волн, установленных на жестко закрепленном и буксируемом рядом с судном обтекаемом теле;
- расстояния между БПНИА и ГДАС, а также между соседними ГДАС, должны находиться в пределах соответственно от полутора (~750 м) до двух с половиной (~1500 м) длин волн и от половины (~250 м) до полутора (~750 м) длин волн СМШИ УВ;
- время регистрации сигналов СМШИ УВ и сигналов ВМШИ УВ с помощью ГДАС до и после воздействия интенсивными гидроакустическими волнами как внутри, так и снаружи контура должно составлять не менее 30 минут, длительности возбуждений УВ и коллекторов должны быть не менее чем по 30 сек, время регистрации результатов возбуждений не менее 3 минут после окончания каждого возбуждения УВ и коллектора;
- в качестве информационных признаков дополнительно, до и после возбуждения интенсивными гидроакустическими волнами, внутри и снаружи контура, в том числе при движении судна со скоростью 3,5-4 узла (6,5-7,4 км/ч) используют: форма спектра узкой (2,5-3,5 Гц) и относительно широкой (1-10 Гц) полос частот, форма спектра ВЧ модуляционных частот акустического и ЭМ происхождения, соотношения СП в узкой и относительно широкой полосах частот, дискретное и непрерывное по времени изменения интегральных уровней узкой и относительно широкой полос частот, а также ВЧ модуляционных частот акустического и ЭМ происхождения, площади под кривой взаимного спектра одноименных компонент при регистрации сигналов СМШИ УВ и сигналов ВМШИ УВ, а также комбинации этих признаков с установленными ранее весовыми коэффициентами.
3. Обеспечение высокой достоверности распознавания УВ достигается за счет того, что:
- на первом этапе дополнительно принимают частично рассеянные интенсивные гидроакустические волны с помощью СГПА КПГАС;
- вместо интенсивных гидроакустических волн в диапазоне частот 1-3000 Гц излучают, последовательно сочетая интервалы излучений и пауз, гидроакустические волны в диапазоне частот, близких к резонансной частоте УВ-залежи в полосе частот 2,5-3,5 Гц, а также на частотах, близких к резонансной частоте коллектора УВ-залежи в полосе частот 1-10 Гц;
2
4
- дополнительно в КПГАС формируют и излучают в направлении дна, а также дополнительно принимают отраженные от дна и рассеянные на придонных неоднородностях водной среды ЭМ волны накачки в диапазоне частот выше 3 кГц с амплитудой, эквивалентной амплитуде акустического давления 5×10-10 Па, с помощью излучающих и приемных антенн электромагнитных волн, установленных на жестко закрепленном и буксируемом рядом с судном обтекаемом теле;
- расстояния между БПНИА и ГДАС, а также между соседними ГДАС, должны находиться в пределах соответственно от полутора (~750 м) до двух с половиной (~1500 м) длин волн и от половины (~250 м) до полутора (~750 м) длин волн СМШИ УВ;
- время регистрации сигналов СМШИ УВ и сигналов ВМШИ УВ с помощью ГДАС до и после воздействия интенсивными гидроакустическими волнами как внутри, так и снаружи контура должно составлять не менее 30 минут, длительности возбуждений УВ и коллекторов должны быть не менее чем по 30 сек, время регистрации результатов возбуждений не менее 3 минут после окончания каждого возбуждения УВ и коллектора;
- в качестве информационных признаков дополнительно, до и после возбуждения интенсивными гидроакустическими волнами, внутри и снаружи контура, в том числе при движении судна со скоростью 3,5-4 узла (6,5-7,4 км/ч) используют: форма спектра узкой (2,5-3,5 Гц) и относительно широкой (1-10 Гц) полос частот, форма спектра ВЧ модуляционных частот акустического и ЭМ происхождения, соотношения СП в узкой и относительно широкой полосах частот, дискретное и непрерывное по времени изменения интегральных уровней узкой и относительно широкой полос частот, а также ВЧ модуляционных частот акустического и ЭМ происхождения, площади под кривой взаимного спектра одноименных компонент при регистрации сигналов СМШИ УВ и сигналов ВМШИ УВ, а также комбинации этих признаков с установленными ранее весовыми коэффициентами и др.
4. Обеспечение минимальных финансовых затрат достигается за счет того, что:
- вместо дорогостоящего при разработке, строительстве, содержании и эксплуатации ПГФС используют стандартное ГФС для работы по сейсморазведке 2D;
- на ГФС дополнительно размещено несколько - не менее четырех, МУПС с грузоподъемностью не менее 500 кг, обеспечивающих индивидуальную постановку-выборку в соответствующей измерительной точке измерения каждой из 4-х ГДАС;
- каждая из ГДАС ставится на дно в режиме свободного падения, а поднимается на поверхность моря по команде в режиме свободного всплытия;
- СГПА КПГАС установлена не на корпусе судна, а на жестко закрепленном и буксируемом рядом с судном обтекаемом теле;
- СГИА КАГАС установлена не на корпусе судна, а на жестко закрепленном и буксируемом рядом с судном обтекаемом теле и др.
5. Обеспечение минимальных временных затрат достигается за счет того, что:
- установление координат и глубин коллекторов проводят на первом этапе реализации способа, а прием сигналов СМШИ УВ над ними - на втором;
- на ГФС дополнительно размещено несколько - не менее четырех, МУПС с грузоподъемностью не менее 500 кг, обеспечивающих индивидуальную постановку-выборку в соответствующей измерительной точке измерения каждой из 4-х ГДАС;
- каждая из ГДАС ставится на дно в режиме свободного падения, а поднимается на поверхность моря по команде в режиме свободного всплытия и др.
6. Обеспечение навигационной безопасности достигается за счет того, что:
- вместо ПГФС используют ГФС для работы по сейсморазведке 2D;
- СГПА КПГАС установлена не на корпусе судна, а на жестко закрепленном и буксируемом рядом с судном обтекаемом теле;
- СГИА КАГАС установлена не на корпусе судна, а на жестко закрепленном и буксируемом рядом с судном обтекаемом теле и др.
7. Обеспечение экологической безопасности для МБО и ОПС в целом достигается за счет того, что:
- вместо ПГФС используют ГФС для работы по сейсморазведке 2D, т.е уменьшается техногенное воздействие на ВБО, находящиеся во всей толще воды и ОПС в целом;
- каждая из ГДАС ставится на дно в режиме свободного падения, а поднимается на поверхность моря по команде в режиме свободного всплытия, т.е. полностью исключается потеря ГДАС;
- вместо интенсивных гидроакустических волн в диапазоне частот 1-3000 Гц излучают, последовательно сочетая интервалы излучений и пауз, гидроакустические волны в диапазоне частот, близких к резонансной частоте УВ-залежи в полосе частот 2,5-3,5 Гц, а также на частотах, близких к резонансной частоте коллектора УВ-залежи в полосе частот 1-10 Гц и др.
Отличительными признаками заявляемого способа являются:
1. Установление координат и глубин коллекторов проводят на первом этапе реализации способа, а прием сигналов СМШИ УВ над ними - на втором этапе реализации способа.
2. Вместо дорогостоящего при разработке, строительстве, содержании и эксплуатации ПГФС используют стандартное ГФС для работы по сейсморазведке 2D.
3. На ГФС дополнительно размещено несколько - не менее четырех, МУПС с грузоподъемностью не менее 500 кг, обеспечивающих индивидуальную постановку-выборку в соответствующей измерительной точке измерения каждой из 4-х ГДАС.
4. Каждая из ГДАС ставится на дно в режиме свободного падения, а поднимается каждая из ГДАС на поверхность моря по команде в режиме свободного всплытия.
5. На первом этапе дополнительно принимают частично рассеянные интенсивные гидроакустические волны с помощью СГПА КПГАС.
6. СГПА КПГАС установлена не на корпусе судна, а на жестко закрепленном и буксируемом рядом с судном обтекаемом теле.
7. СГИА КАГАС также установлена на втором жестко закрепленном и буксируемом рядом с судном обтекаемом теле.
8. На втором этапе вместо интенсивных гидроакустических волн в диапазоне частот 1-3000 Гц излучают, последовательно сочетая интервалы излучений и пауз, интенсивные гидроакустические волны в диапазоне частот, близких к резонансной частоте УВ-залежи в полосе частот 2,5-3,5 Гц, а также на частотах, близких к резонансной частоте коллектора УВ-залежи в полосе частот 1-10 Гц.
2
4
9. Дополнительно в КПГАС формируют и излучают в направлении дна, а также дополнительно принимают отраженные от дна и рассеянные на придонных неоднородностях водной среды ЭМ волны накачки в диапазоне частот выше 3 кГц с амплитудой, эквивалентной амплитуде акустического давления 5×10-10 Па, с помощью излучающих и приемных антенн электромагнитных волн, установленных на жестко закрепленном и буксируемом рядом с судном обтекаемом теле.
10. Расстояния между БПНИА и ГДАС, а также между соседними ГДАС, должны находиться в пределах соответственно от полутора (~750 м) до двух с половиной (~1500 м) длин волн и от половины (~250 м) до полутора (~750 м) длин волн СМШИ УВ.
11. Время регистрации сигналов СМШИ УВ и сигналов ВМШИ УВ с помощью ГДАС до и после воздействия интенсивными гидроакустическими волнами как внутри, так и снаружи контура должно составлять не менее 30 минут, длительности возбуждений УВ и коллекторов должны быть не менее чем по 30 сек, время регистрации результатов возбуждений не менее 3 минут после окончания каждого возбуждения УВ и коллектора.
12. В качестве информационных признаков дополнительно, до и после возбуждения интенсивными гидроакустическими волнами, внутри и снаружи контура, в том числе при движении судна со скоростью 3,5-4 узла (6,5-7,4 км/ч) используют: форма спектра узкой (2,5-3,5 Гц) и относительно широкой (1-10 Гц) полос частот, форма спектра ВЧ модуляционных частот акустического и ЭМ происхождения, соотношения СП в узкой и относительно широкой полос частот, дискретное и непрерывное по времени изменения интегральных уровней узкой и относительно широкой полосах частот, а также ВЧ модуляционных частот акустического и ЭМ происхождения, площади под кривой взаимного спектра одноименных компонент при регистрации сигналов СМШИ УВ и сигналов ВМШИ УВ, а также комбинации этих признаков с установленными ранее весовыми коэффициентами.
Наличие отличительных от прототипа признаков позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого способа критерию "новизна".
Анализ известных технических решений с целью обнаружения в них указанных отличительных признаков показал следующее.
Признаки 5, 8, 9 и 12 являются новыми, и неизвестно их использование для прямого поиска УВ.
Признаки 4, 6, 7, 10 и 11 являются новыми, и неизвестно их использование для прямого поиска УВ.
В то же время известно использование: признака 4 - в рыболовстве и мореплавании - для автоматического аварийного поиска и подъема на поверхность моря орудий лова и маломерных плавательных средств; признаков 6 и 7 - в военной гидроакустике и океанографии - для приема гидроакустических сигналов с помощью буксируемых антенн; признаков 10 и 11 - в прикладной гидроакустике.
Признаки 1-3 являются известными в морской геологоразведке и морской геофизике.
Таким образом, наличие новых существенных признаков, в совокупности с известными, обеспечивает появление у заявляемого решения нового свойства, не совпадающего со свойствами известных технических решений, - с большой производительностью, высокой достоверностью осуществлять поиск и распознавание УВ-залежи (нефтяная, газовая или др.) на большой площади при минимальных финансово-временных затратах с обеспечением навигационной безопасности для судна и экологической безопасности для МБО и ОПС в целом.
В данном случае имеется новая совокупность признаков и их новая взаимосвязь, причем не простое объединение новых признаков и уже известных, а именно выполнение операций в предложенной последовательности и приводит к качественно новому эффекту.
Данное обстоятельство позволяет сделать вывод о соответствии разработанного способа критерию "существенные отличия".
Пример реализации способа.
Промышленные испытания элементов разработанного способа проводились в период с 1989 г. по 2010 гг.: на Дальневосточном шельфе Российской Федерации (1989-2010 гг.) и на шельфе Республики Вьетнам (2007-2010 гг.). В качестве ГФС использовались следующие суда: СТР проекта 503 (специальный - ОС-104 и рыболовные), подводные лодки ВМФ России и обитаемые подводные аппараты (типа ТИНРО-2 и т.д.), в качестве ГДАС - ГДАС «Монолит», в качестве ПС - гидроакустические размыкатели с дистанционным управлением (приборы ГАРД). При этом эксперименты выполнялись на нефтяных и газовых скважинах с известной продуктивностью (в том числе и на «сухих» скважинах).
На фиг.7, для примера, иллюстрируются типовой геолого-геофизический разрез. Как видно из фиг.7, можно даже визуально относительно просто установить координаты и глубину коллектора.
На фиг.8 иллюстрируются спектрограммы сигналов СМШИ нефтяной залежи (кривая №1 - точечки), газовой залежи (кривая №2 - короткие пунктирные линии), газоконденсатной залежи (кривая №3 - сплошная линия) и помехи (линия №4 - длинные пунктирные линии). Как видно из фиг.8: спектр СМШИ нефтяной залежи (кривая №1) имеет наиболее узкую полосу частот (от 2,0 Гц до 4,5 Гц) с двумя спектральными максимумами на частотах 2,5 Гц и 3,0 Гц, которые при соответствующей обработке ~ на 20 дБ превышают уровень окружающих шумов моря; спектр СМШИ газовой залежи (кривая №2) имеет наиболее широкую полосу частот (от 1,7 Гц до 7,0 Гц) со спектральными максимумами на частотах 2,0 Гц, 2,4 Гц, 3,0 Гц, 3,8 Гц и 4,3 Гц, которые при соответствующей обработке ~ на 15 дБ превышают уровень окружающих шумов моря; спектр СМШИ газоконденсатной залежи (кривая №3) имеет достаточно широкую полосу частот (от 2,0 Гц до 7,0 Гц) со спектральными максимумами на частотах 2,8 Гц, 3,0 Гц и 3,8 Гц, которые при соответствующей обработке ~ на 17 дБ превышают уровень окружающих шумов моря. Таким образом, используя данную информацию, можно оптимизировать аппаратуру и алгоритмы обработки информации, в интересах повышения ее достоверности.
На фиг.9, для примера, иллюстрируются типовые спектрограммы: ВЧ акустического сигнала накачки на частоте 16 кГц в отсутствие СМШИ УВ (кривая №2 - пунктирная линия) и при наличии СМШИ УВ (кривая №1 - сплошная линия) под ГФС, а также акустической помехи в диапазоне частот от 1 Гц до 30 кГц. Как видно из фиг.9 при отсутствии СМШИ УВ регистрируется узкая полоса ВЧ частот (дискретная составляющая) на частоте 16 кГц, которая ~ на 35 дБ превышает уровень ВЧ помех в этом диапазоне частот, в то время как при наличии СМШИ УВ регистрируется широкая полоса частот, которая только ~ на 27 дБ превышает уровень ВЧ помех в этом диапазоне частот. То есть уровень дискретной составляющей на частоте 16 кГц уменьшается ~ на 8 дБ при одновременном ее расширении. Таким образом, используя данную информацию, можно в реальном масштабе времени оценить возможность наличия СМШИ УВ, а также оптимизировать алгоритмы обработки информации, в интересах повышения ее достоверности.
На фиг.10, для примера, иллюстрируются типовые изменения амплитуд по профилю над УВ-залежью: НЧ сигнала СМШИ УВ (кривая №1 - волнистая сплошная линия), ВЧ сигнала разностной частоты 15,997 кГц (кривая №2 - сплошная сильно изрезанная линия), ВЧ сигнала акустической накачки 16 кГц (кривая №3 - короткие пунктирные линии), НЧ помехи (кривая №4 - длинные пунктирные линии) в процессе движения ГФС. Как видно из фиг.10, по профилю протяженностью ~ 8 км над УВ-залежью, при соответствующей обработке сигналов: амплитуда НЧ сигнала СМШИ УВ (кривая №1) плавно увеличивается, достигает максимума над УВ-залежью, который ~ на 15 дБ превышает интегральный уровень окружающих НЧ шумов и плавно уменьшается; амплитуда ВЧ сигнала разностной частоты (кривая №2) скачкообразно увеличивается, достигает максимума над УВ-залежью, который ~ на 25 дБ превышает интегральный уровень окружающих ВЧ шумов и плавно уменьшается; амплитуда ВЧ сигнала акустической накачки 16 кГц (кривая №3) плавно уменьшается, достигает минимума над УВ-залежью, который ~ на 10 дБ меньше интегрального уровня окружающих ВЧ шумов и плавно увеличивается. Таким образом, используя данную информацию, можно в реальном масштабе времени по трем различным параметрам оценить возможность наличия СМШИ УВ, а также оптимизировать алгоритмы обработки информации, в интересах повышения ее достоверности.
На фиг.11 и фиг.12 иллюстрируются сонограммы НЧ сигнала 28,5 Гц при использовании ВЧ акустического сигнала накачки 16 кГц и ВЧ электромагнитного (с близкими к акустическому параметрами) сигнала накачки 16 кГц соответственно. При этом излучатель НЧ сигнала находился на дне, а параметрический приемник - на поверхности моря при глубине 120 м. Как видно из фиг.12, использование приповерхностного звукорассеивающего слоя и электромагнитного ВЧ сигнала накачки - исходя из соотношения С/П на выходе соответствующего блока обработки сигналов (более яркая отметка от НЧ сигнала 28,5 Гц на соответствующей сонограмме) предпочтительнее по сравнению с использованием придонного звукорассеивающего слоя и ВЧ акустического сигнала накачки. При этом:
1. Обеспечение большой производительности поиска УВ было достигнуто за счет того, что:
- установление координат и глубин коллекторов проводят на первом этапе реализации способа, а прием сигналов СМШИ УВ над ними - на втором;
- на ГФС дополнительно размещено несколько - не менее четырех, МУПС, обеспечивающих индивидуальную постановку-выборку в соответствующей измерительной точке измерения каждой из 4-х ГДАС;
- каждая из ГДАС ставится на дно в режиме свободного падения, а поднимается на поверхность моря по команде в режиме свободного всплытия и др.
2. Обеспечение высокой достоверности поиска УВ было достигнуто за счет того, что:
- на первом этапе дополнительно принимают частично рассеянные интенсивные гидроакустические волны с помощью СГПА КПГАС;
- излучают гидроакустические волны в диапазоне частот, близких к резонансной частоте УВ-залежи в полосе частот 2,5-3,5 Гц, а также на частотах, близких к резонансной частоте коллектора УВ-залежи в полосе частот 1-10 Гц;
- дополнительно в КПГАС формируют и излучают в направлении дна, а также дополнительно принимают отраженные от дна и рассеянные на придонных неоднородностях водной среды ЭМ волны накачки в диапазоне частот выше 3 кГц с помощью излучающих и приемных антенн электромагнитных волн, установленных на жестко закрепленном и буксируемом рядом с судном обтекаемом теле;
- расстояния между БПНИА и ГДАС, а также между соседними ГДАС, должны находиться в пределах соответственно от полутора до двух с половиной длин волн и от половины до полутора длин волн СМШИ УВ;
- время регистрации сигналов СМШИ УВ и сигналов ВМШИ УВ с помощью ГДАС до и после воздействия интенсивными гидроакустическими волнами как внутри, так и снаружи контура составляет не менее 30 минут, длительности возбуждений УВ и коллекторов - не менее чем по 30 сек, время регистрации результатов возбуждений - не менее 3 минут после окончания каждого возбуждения УВ и коллектора;
- в качестве информационных признаков дополнительно используют: форма спектра узкой (2,5-3,5 Гц) и относительно широкой (1-10 Гц) полос частот, форма спектра ВЧ модуляционных частот акустического и ЭМ происхождения, соотношения СП в узкой и относительно широкой полосах частот, дискретное и непрерывное по времени изменения интегральных уровней узкой и относительно широкой полос частот, а также ВЧ модуляционных частот акустического и ЭМ происхождения, площади под кривой взаимного спектра одноименных компонент при регистрации сигналов СМШИ УВ и сигналов ВМШИ УВ, а также комбинации этих признаков с установленными ранее весовыми коэффициентами.
3. Обеспечение высокой достоверности распознавания УВ было достигнуто за счет того, что:
- на первом этапе дополнительно принимают частично рассеянные интенсивные гидроакустические волны с помощью СГПА КПГАС;
- вместо интенсивных гидроакустических волн в диапазоне частот 1-3000 Гц излучают, последовательно сочетая интервалы излучений и пауз, гидроакустические волны в диапазоне частот, близких к резонансной частоте УВ-залежи в полосе частот 2,5-3,5 Гц, а также на частотах, близких к резонансной частоте коллектора УВ-залежи в полосе частот 1-10 Гц;
2
4
- дополнительно в КПГАС формируют и излучают в направлении дна, а также дополнительно принимают отраженные от дна и рассеянные на придонных неоднородностях водной среды ЭМ волны накачки в диапазоне частот выше 3 кГц с амплитудой, эквивалентной амплитуде акустического давления 5×10-10 Па, с помощью излучающих и приемных антенн электромагнитных волн, установленных на жестко закрепленном и буксируемом рядом с судном обтекаемом теле;
- расстояния между БПНИА и ГДАС, а также между соседними ГДАС, должны находиться в пределах соответственно от полутора до двух с половиной длин волн и от половины до полутора длин волн СМШИ УВ;
- в качестве информационных признаков дополнительно, до и после возбуждения интенсивными гидроакустическими волнами, внутри и снаружи контура, в том числе при движении судна со скоростью 3,5-4 узла (6,5-7,4 км/ч) используют: форма спектра узкой (2,5-3,5 Гц) и относительно широкой (1-10 Гц) полос частот, форма спектра ВЧ модуляционных частот акустического и ЭМ происхождения, соотношения СП в узкой и относительно широкой полосах частот, дискретное и непрерывное по времени изменения интегральных уровней узкой и относительно широкой полос частот, а также ВЧ модуляционных частот акустического и ЭМ происхождения, площади под кривой взаимного спектра одноименных компонент при регистрации сигналов СМШИ УВ и сигналов ВМШИ УВ, а также комбинации этих признаков с установленными ранее весовыми коэффициентами и др.
4. Обеспечение минимальных финансовых затрат было достигнуто за счет того, что:
- вместо дорогостоящего при разработке, строительстве, содержании и эксплуатации ПГФС используют стандартное ГФС для работы по сейсморазведке 2D;
- на ГФС дополнительно размещено несколько - не менее четырех, МУПС с грузоподъемностью не менее 500 кг, обеспечивающих индивидуальную постановку-выборку в соответствующей измерительной точке измерения каждой из 4-х ГДАС;
- каждая из ГДАС ставится на дно в режиме свободного падения, а поднимается на поверхность моря по команде в режиме свободного всплытия;
- СГПА КПГАС установлена не на корпусе судна, а на жестко закрепленном и буксируемом рядом с судном обтекаемом теле;
- СГИА КАГАС установлена не на корпусе судна, а на жестко закрепленном и буксируемом рядом с судном обтекаемом теле и др.
5. Обеспечение минимальных временных затрат достигнуто за счет того, что:
- установление координат и глубин коллекторов проводят на первом этапе реализации способа, а прием сигналов СМШИ УВ над ними - на втором;
- на ГФС дополнительно размещено несколько - не менее четырех, МУПС с грузоподъемностью не менее 500 кг, обеспечивающих индивидуальную постановку-выборку в соответствующей измерительной точке измерения каждой из 4-х ГДАС;
- каждая из ГДАС ставится на дно в режиме свободного падения, а поднимается на поверхность моря по команде в режиме свободного всплытия и др.
6. Обеспечение навигационной безопасности достигнуто за счет того, что:
- вместо ПГФС используют ГФС для работы по сейсморазведке 2D;
- СГПА КПГАС установлена не на корпусе судна, а на жестко закрепленном и буксируемом рядом с судном обтекаемом теле;
- СГИА КАГАС установлена не на корпусе судна, а на жестко закрепленном и буксируемом рядом с судном обтекаемом теле и др.
7. Обеспечение экологической безопасности для МБО и ОПС в целом было достигнуто за счет того, что:
- вместо ПГФС используют ГФС для работы по сейсморазведке 2D, т.е. уменьшается техногенное воздействие на ВБО, находящиеся во всей толще воды и ОПС в целом;
- каждая из ГДАС ставится на дно в режиме свободного падения, а поднимается на поверхность моря по команде в режиме свободного всплытия, т.е. полностью исключается потеря ГДАС;
- вместо интенсивных гидроакустических волн в диапазоне частот 1-3000 Гц излучают, последовательно сочетая интервалы излучений и пауз, гидроакустические волны в диапазоне частот, близких к резонансной частоте УВ-залежи в полосе частот 2,5-3,5 Гц, а также на частотах, близких к резонансной частоте коллектора УВ-залежи в полосе частот 1-10 Гц и др.