ДОННЫЙ СЕЙСМИЧЕСКИЙ МОДУЛЬ

Полезная модель относится к морским автономным донным станциям, предназначенным для проведения сейсморазведочных работ на шельфе и в транзитной зоне, в частности, на акваториях с глубинами от 0 до 500 м, в составе технологического комплекса поиска и разведки морских месторождений углеводородов глубокого залегания.
Сейсморазведочные работы с использованием донных модулей, как правило, проводятся по технологии многокомпонентной сейсморазведки, они обеспечивают получение сейсмических данных с заданными геологическим заданием параметрами, позволяют получать бесшовный профиль море-суша.
Донный модуль представляет собой герметичный корпус, снабженный устройством постановки на дно, внутри которого размещена аппаратура регистрации гидроакустических сигналов с соответствующими фильтрами, формирователями, преобразователями, накопителями информации, схемой синхронизации, источником питания и устройством определения ориентации подводного модуля. Гермокорпус обеспечивает положительную плавучесть всей станции и для постановки станции на дно крепится эластичными (резиновыми) жгутами к бетонному грузу через размыкатель. (RU 24890, 2002; Глубоководная донная самовсплывающая сейсмическая станция АДС-8 / Соловьев С.Л., Контарь Е.А., Дозоров Т.А., Ковачев С.А. // Известия АН СССР Физика Земли, 1988, №9, с. 459-460).
Недостатком аналогов является невозможность полной и адекватной передачи изменяющихся параметров грунта на датчики измерения сигналов, установленные на опорной трубчатой раме, снабженной металлическими механизмами откидывания и прижимания к грунту, что в сочетании с наличием границы грунт-металл вызывает дополнительные погрешности при прохождении акустических сигналов и в конечном итоге приводит к искажению результатов измерений.
Более надежные результаты достигаются при использовании разработанного ранее авторами донного модуля «Черепаха» (RU 111691, 2011), который является ближайшим аналогом по отношению к заявляемому решению. Модуль представляет собой герметичный корпус с внешним гидрофоном и такелажными элементами, в котором размещены блок геофонов, компас, блок питания и блок управления и регистрации, включающий аналого-цифровой преобразователь (АЦП) и блок памяти. Компас выполнен цифровым и соединен с блоком геофонов через связанные между собой по мультиплексным каналам связи платы регистратора и интерфейсной платы блока управления и регистрации.
Недостатком данного модуля, также как и иных используемых сейсмостанций является изменение в ходе работы параметров задающего кварцевого генератора (старение), что влияет на точность внутренних часов и измерений и негативно сказывается на качестве получаемой сейсмической информации. Для устранения этого недостатка приходится проводить его отладку, как правило, перед началом полевого сезона и в процессе подготовки комплекса донных модулей к работе в районе работ, включающих в себя разгерметизацию и разборку корпуса донного модуля, демонтаж соединений, извлечение платы, содержащей кварцевый генератор. Извлеченный модуль устанавливают на специальные стенды, где, после некоторого количества измерений с помощью поверенного высокоточного частотомера, осуществлялся подбор сопротивлений, которые напаивались на плату генератора (таким образом, выполнялась корректировка частоты генератора), после чего она, после проведения проверок частоты, вновь устанавливалась в модуль. Учитывая, что такую процедуру требовалось проводить для каждого из сотен модулей комплекса, используемого для сейсморазведки морского дна, то это приводило к большим временным и финансовым потерям.
Задачей, решаемой авторами являлось модификация конструкции донного модуля, позволяющего проводить коррекцию работы генератора в ходе проводимых работ без вскрытия корпуса модуля.
Технический результат заключался в том, что в донном модуле, содержащим блок питания, блок регистрации с входящим в него кварцевым генератором, платой коммуникации датчиков и датчиками - геофонам и гидрофоном, а также разъемом для получения управляющих команд, данных GPS (GLONASS) и снятия информации, в блоке регистрации к кварцевому генератору подсоединены дополнительно микроконтроллер и цифроаналоговый преобразователь.
Структурно-функциональная схема модуля приведена на фиг. 1, где использованы следующие обозначения:
1. Блок питания (БП); 2. Блок регистрации (БР); 3. Блок коммунитации датчиков (БК); 4. Блок датчиков-геофонов (БД); 5. Гидрофон (ГФ); 6. Разъем; 7. Плата ХАБ (ХАБ); 8. Плата угломера (ПУ); 9. Датчик давления (ДД); 10. Плата компенсации старения генератора (ПК); 11. Кварцевый генератор (КГ); 12. Микроконтроллер; 13. Цифроаналоговый преобразователь (ЦАП); 14. Плата интерфейса (ПИ); 15. Плата регистратора (ПР).
Модуль включает в себя установленные в герметичный корпус блок питания (БП) 1, блок регистрации (БР) 2, блок коммуникации (БК) 3, блок датчиков-геофонов (БД) 4, гидрофон (ГФ) 5, а также на поверхности модуля разъем 6 для получения внешнего питания, управляющих команд, данных GPS или GLONAS и передачи информации о состоянии модуля и полученных данных и вспомогательные приспособления для его установки.
Блок питания (БП) 1 предназначен для обеспечения работы приборов и устройств модуля и содержит аккумуляторную батарею и контроллер блока питания, который обеспечивает автоматическую зарядку аккумуляторов при подаче на блок питания внешнего напряжения. Для питания аппаратуры донного модуля, как правило, используют Li-Ion аккумуляторы, обеспечивающие автономность его работы по питанию в режиме непрерывной записи не менее 45 (сорока пяти) сут.
Блок регистрации 2 включает в себя плату угломера 8 для определения положения донного модуля в пространстве, датчик давления 9, плату компенсации старения генератора 10, плату интерфейса 14, содержащую память данных ПУ 8 и плату регистратора 15, которая обеспечивает прием, усиление, преобразование и запись в цифровом виде сейсмической информации получаемой через ПК 3 от блока геофонов 4 и гидрофона 5.
Блок геофонов 4 представляет собой правую ортогональную тройку из геофонов, имеющих собственную частоту 8-15 Гц, верхний предел частоты пропускания до 250 герц и чувствительность не менее 27 В/м/с характеристики гидрофона.
Гидрофон 5 представляет собой прямоугольный герметичный корпус с элементами герметизации для подсоединения к донному модулю. Он оснащен аналоговым предусилителем, конструктивно представляющем собой печатную плату, закрепленную на блоке геофонов 4.
-9
Работа БР 2 происходит от задающего кварцевого генератора 14 с температурной нестабильностью частоты не хуже ±5×10 с/с, потребление которого обеспечивает требуемую автономность модуля по питанию. КГ 14 контролируется и корректируется МК 15 через ЦАП 16.
На корпусе модуля размещен разъем 6, который предназначен для подключения к донному модулю аппаратуры комплекса без вскрытия герметичного контейнера донного модуля. После отключения от аппаратуры лаборатории разъем 6 закрывается крышкой, позволяющей работать этому узлу на глубине до 500 м.
Модуль работает следующим образом. С судна донные модули, вынутые из транспортных ячеек и подсоединенные к тросу, погружаются, под действием силы тяжести, на дно акватории, при достижении дна обеспечивается надежный контакт модуля с дном,
Прием компонент волнового поля осуществляется датчиками БГ 4 по трем ортогональным направлениям и гидрофоном. Сейсмический сигнал от X, Y, Z каналов блока геофонов поступает ка ПК 3 одновременно с сигналом гидрофона 5. На ПК 3 более слабый сигнал с гидрофона для выравнивания амплитуды сигналов геофонов и гидрофона. Далее, сигнал каждого канала поступает на ПР 15, состоящий из программируемых усилителя и АЦП. Усиленный в соответствии с предустановленными для каждого канала коэффициентами усиления сигнал передается на блок АЦП, где оцифровывается 24 разрядным АЦП и на далее на ПИ 14, где записывается во флеш-память
Кроме преобразования и записи в блок памяти фиксируемой сейсмической информации с привязкой ее ко времени, получаемого от GPS приемника, все остальные операции, выполняемые донным модулем, производятся под ПИ 14, снабженной отдельным мощным микроконтроллером. Однако, при работе донного модуля на профиле работает только плата регистратор ПР 15, а интерфейсная плата ПИ 14 находится в режиме ожидания, с минимальным потреблением энергии.
По окончании работы модуля на профиле ПИ 14 обеспечивает взаимодействие модуля с внешними устройствами и бортовыми системами.
В процессе работы донного модуля на профиле осуществляется синхронизация всех аппаратных блоков от GPS или ГЛОНАСС приемника, выход которого соединен с реализованным программно-аппаратным образом на базе ПИ 14.
При этом МК 12 осуществляет вычисление частоты генератора, ориентируясь на сигналы точного времени GPS или Глонас, поступающие через разъем 6 на БО 2 от внешнего синхронизатора комплекса, соединенного с соответствующей антенной-приемником.
Программа микроконтроллера осуществляет корректировку частоты генератора, при помощи опорного напряжения, генерируемого управляемым ею ЦАП 13. После подбора напряжения, обеспечивающего точность частоты генератора не менее допустимого значения, величина напряжения запоминается в память микроконтроллера ПР 15.
При повторных включениях донного модуля на МК 12 подаются, записанные после процедуры подстройки, корректирующие значения напряжения, обеспечивающие требуемую точность его частоты.
Автоматизация процесса корректировки частоты позволяет выполнять ее непосредственно перед сейсмическими работами и в процессе выполнения работ, одновременно с любым количеством донных модулей.
По окончании работы и выполнения этапа геологической работы, максимальный срок которой ограничен в основном временем автономной работы блока питания и ограниченным ресурсом флеш-памяти, донный модуль, посредством фала, поднимается на борт судна. После чего модуль подсоединяется посредством герморазъемов к бортовому модулю и осуществляется съем информации из блока памяти для дальнейшей обработки.
Использование предлагаемой схемы компенсации старения кварцевого генератора позволяет повысить точность измерения на 2-5% и существенно снизить трудозатраты при работе с донным модулем.