СПОСОБ 3D МОРСКОЙ ЭЛЕКТРОРАЗВЕДКИ НЕФТЕГАЗОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ
METHOD OF 3D-SEA ELECTRICAL EXPLORATION OF OIL AND GAS DEPOSITS

Изобретение относится к области разведочной геофизики и предназначено для прогнозирования залежей углеводородов на шельфе при глубинах от 0 до 2000 и более метров.
В настоящее время для морской разведки залежей углеводородов широко применяются различные методы, связанные с воздействием на морское дно импульсов электромагнитного поля, регистрацией изменений электромагнитных параметров придонных пород и анализом полученных данных для обнаружения имеющихся аномалий и определения их природы (RU 2236028, 2004; SU 1122998, 1984; SU 1798666, 1996; SU 1434385, 1988; US 4298840, 1981; US 4617518, 1986), которые осуществляют с помощью различных исследовательских комплексов аппаратуры и оборудования (ИК).
Так, известен SU 1434385, 1988, в котором предлагается ИК, состоящий из раскладываемой на дне питающей линии, длина которой в 5-10 раз больше заданной глубины исследований, подключенного к ней генератора и датчиков измерений, подключенных к измерительной аппаратуре. После наладки аппаратуры и компенсации сигналов естественного поля и собственной поляризации электродов датчиков в линии возбуждают электрическое поле, пропуская импульсы тока, причем в конце каждого импульса через заданный интервал времени измеряют соответствующие сигналы вызванной поляризации и на основе полученных результатов производят моделирование разреза. Недостатком метода является низкая производительность.
Ранее авторами разработана технология осуществления электроразведки (RU 0048645, 2005), заключающаяся в том, что на судне размещены генератор и блок формирования возбуждающего поля (БФП), позволяющие генерировать импульсы в дискретном режиме, а также измерительная аппаратура и вспомогательные устройства, причем БФП связан с погруженными в воду вертикальным диполем с питающими электродами, нижний конец которого находится на расстоянии не более 100 м от дна моря. Для регистрации сигналов используют комплект донных станций (ДС), в качестве которых используются типовые электрические или магнитные донные станции с гибкими штангами, служащими для размещения приемных электродов. Такие донные станции, в частности, описаны в US 5770945, 1998 или в GB 2402745, 2003. Станции располагают по традиционной схеме, таким образом, чтобы не менее трех станций находилась в области возможного месторождения, а часть станций находилась за его пределами.
Недостатком данного решения является его неуниверсальность, а именно невозможность проводить разведку при малых глубинах, т.к. используемый вертикальный диполь должен иметь длину не менее нескольких сот метров.
Наиболее близок к заявляемому разработанный ранее авторами комплекс для электроразведки на основе судна с горизонтальным диполем и донных станций, соединенных «косами» (RU 53460, 2005). Комплекс работает следующим образом. Перед постановкой станций на дно сверяют часы, установленные на генераторном устройстве и на донных станциях, затем генераторную линию буксируют за судном по поверхности моря, возбуждение поля осуществляют знакопеременными импульсами прямоугольной формы с задаваемыми программным путем длительностью и скважностью, с помощью комплекта многоканальных донных станций с равномерным шагом вдоль всего исследуемого профиля регистрируют развертку сигналов во времени, регистрируя разности потенциалов и пространственные производные электромагнитного поля, как в момент пропускания тока, так и при его отсутствии, а при анализе сигналов учитывают изменение не только первичных, но и вторичных полей во времени и, в частности, особенности изменения спада, и определяют как сопротивление среды, так и ее поляризационные характеристики, на основе которых строят профили обследуемой области, по аномалиям которых судят о наличии залежей углеводородов.
Однако в данном решении не представляется возможным получения трехмерной съемки залежи, что снижает точность полученных результатов.
Технической задачей являлось создание способа морской электроразведки, позволяющего повысить надежность данных электроразведки за счет создания возможности получать в процессе работ объемное изображение залежи в величинах удельного сопротивления и поляризационных характеристик среды.
Технический результат достигается за счет того, что на дне моря по линии (профилю), перекрывающей исследуемую зону, размещают на расстоянии 500-1000 м друг от друга донные станции, положение которых четко фиксируется с помощью приборов, в результате чего формируется профиль наблюдения (ПН). После формирования ПН генераторное судно направляют через центр ПН, двигаясь перпендикулярно профилю наблюдения. При этом в генераторном диполе формируются электромагнитные импульсы, создавая профиль возбуждения (ПВ). Полученные значения электрического поля на приемных электродах донных станций при анализе параметров относят к середине расстояния между центрами генераторного диполя и соответствующего разноса донной станции (точки записи), формируя площадную систему профилей измерений (ПИ), по каждому из профилей измерений проводят одномерную инверсию. На базе полученных данных получают, в зависимости от формы генерируемого тока, объемную геоэлектрическую модель среды в величинах удельного сопротивления или удельного сопротивления и параметров поляризуемости, по аномалиям которых судят о наличии залежи, ее положении в плане и по глубине. Судно может проводить исследования как с горизонтальным генераторным диполем, буксируемым по поверхности, так и с вертикальным или горизонтальным диполем, буксируемым у дна.
В ходе формирования ПВ генерируются в зависимости от поставленной задачи разнополярные прямоугольные импульсы тока с паузой между ними или гармонические колебания тока с одной или несколькими гармониками. Положение приемных электродов на профиле на малых глубинах моря контролируется при расстановке по системе GPS, а при больших глубинах по системе подводной акустической привязки контролируется положение многокомпонентных донных станций. При движении генераторного судна по профилю возбуждения контролируют положение в плане центра генераторного диполя по данным GPS судна и концевого буя при работах с генераторным диполем, буксируемым по поверхности, или по данным судового GPS и системы подводной навигации при работе с диполем, буксируемым у дна.
Для повышения кратности наблюдений действия судна повторяют неоднократно параллельными курсами, отстоящими от первоначального на расстоянии, кратном длине разноса приемной линии, создавая несколько ПВ и формируя несколько параллельных ПН.
Общая схема, иллюстрирующая варианты формирования ПН и ПВ, приведена на фиг.1 «а-в», где «а» - работы на мелководье в транзитной зоне, «б» и «в» - глубоководные работы с горизонтальным и вертикальным диполями соответственно. При этом используются следующие обозначения: 1 - поверхностный буй, 2 - донные станции, 3 - приемные электроды, 4 - генераторные электроды, 5 - генераторное судно, 6 - концевой буй генераторного диполя с приемоиндикатором GPS, 7 - глубоководный аппарат с маяком-ответчиком системы подводной навигации, 8 - судовой приемоиндикатор GPS, «о» - центр генераторного диполя.
На фиг.2 показан принцип формирования профилей измерений. Для этого измеренные значения электрического поля на парах приемных электродов донных станций относят к середине расстояния между центрами генераторного диполя и соответствующего разноса приемной линии или донной станции (точки записи), формируя площадную систему профилей измерений (ПИ). Проводя одномерную инверсию по профилям измерений, получают, в зависимости от формы генерируемого тока, объемную картину среды в величинах удельного сопротивления или удельного сопротивления и параметров поляризуемости, по аномалиям которых судят о наличии залежи, ее положении в плане и по глубине.
Например, ПН сформирован 2N+1 разносами приемных линий длиной 2L или таким же количеством многокомпонентных станций, расположенных на расстоянии 2L друг от друга. Поместим начало координат в центр ПН, направив ось «у» по профилю наблюдений, а ось «х» по профилю возбуждения. В такой системе координат положение центров приемных разносов (положение донных станций) на оси «у» будет определяться величинами 0; +/-2L; +/-4L;… +/-2NL. Если в начале ПВ центр генераторного диполя «о» находится в точке с координатами -2Х0, а в конце ПВ в точке 2Х1, то относя точку записи к середине отрезка между центрами генераторного диполя и соответствующего разноса приемной линии, получим следующие координаты начал и концов профилей измерения:
Для 0-го разноса - [(-Х0,0), (Х1,0)].
Для +/- 1-го разноса - [(-X0,L), (X1,L)] и [(-X0,-L), (X1,-L)] соответственно.
Для +/-2N1-го разноса - [(-X0,NL), (X1,NL)] и [(-X0,-NL), (X1,-NL)] соответственно.
Как видно из фиг.2, смещение ПВ по оси ПН на величину, кратную 2L, повышает кратность наблюдений в центральной области исследуемой площади. Аналогичный результат может быть получен при одновременном формировании нескольких ПН.
Вышеописанная технология, получившая условное наименование «Способ 3D морской электроразведки», реализуется следующим образом.
На мелководье перед началом работ с помощью вспомогательных маломерных судов вдоль профиля наблюдений (ПН) раскладываются приемные линии таким образом, чтобы приемные электроды 3 размещались в определенных, заранее заданных точках профиля. Положение электродов 3 контролируется по данным приемоиндикаторов системы GPS. Коренные концы приемных линий подсоединяются к донным станциям 2, которые перед постановкой на дно инициализируются и синхронизируются с часами генераторного диполя по эталонным сигналам (например, сигналу PPS системы GPS). Могут оборудоваться один или несколько профилей наблюдений. Часть станций с приемными линиями могут размещаться на нулевых глубинах (берегу).
При работах на больших глубинах расстановка станций вдоль ПН осуществляется непосредственно с борта генераторного судна, а их привязка проводится по данным акустического канала.
После завершения расстановки донных станций (формирования ПН) генераторное судно 5 выходит в начальную точку профиля возбуждения (ПВ), направление которого ортогонально направлению ПН и проходит через центр одного из разносов ПН.
Возбуждение среды осуществляется генераторным диполем, буксируемым за судном по поверхности воды или вблизи дна. Может применяться также вертикальный диполь. На одном ПН может отрабатываться несколько параллельных ПВ для повышения кратности наблюдений.
По завершении ПВ осуществляется подъем приемных линий и донных станций на борт, информация с донных станций перезаписывается в бортовой компьютер для дальнейшей обработки и весь цикл работ повторяется.
По данным информационных каналов донных станций и результатам плановой привязки центра генераторного диполя формируются профили измерений.
Полученные результаты обрабатываются и посредством моделирования извлекается информация об изменении как сопротивления, так и параметров вызванной поляризации с глубиной залегания пород вдоль всех профилей измерения.
Получение трехмерной геоэлекгрической модели среды позволяет снизить трудоемкость исследований и повысить точность прогноза.