Комплекс для сейсморазведки в транзитных зонах на основе мультилинейной цифровой кабельной антенны
COMPLEX FOR SEISMIC EXPLORATION IN TRANSIT ZONES BASED ON MULTILINEAR DIGITAL CABLE ANTENNA

Изобретение относится к области гидро- и геоакустики и может быть использовано в транзитной зоне вода-суша в качестве цифровой кабельной антенны для проведения исследований, мониторинга и сейсморазведки месторождений углеводородов в транзитных зонах и обеспечения инженерно-геофизических работ.
Известен стационарный измерительный гидроакустический комплекс (СИГК), состоящий из носителя аппаратуры, выполненного в виде буя с положительной плавучестью. Буй связан гибким кабель-тросом со спускоподъемным устройством, выполненным в виде заякоренного короба, внутри которого расположена барабанная лебедка с запасом кабель-троса, редуктором и приводом, при этом барабан лебедки закреплен неподвижно с вертикально ориентированной осью. Привод размещен внутри неподвижного барабана, причем на ось привода насажено горизонтально ориентированное коромысло, на одном конце которого закреплен ролик, опирающийся на верхнюю щеку барабана. На другом конце коромысла закреплен ролик-укладчик гибкого кабель-троса с горизонтальной осью вращения, причем нижняя кромка ролика-укладчика лежит в плоскости, проходящей через середину барабана лебедки. Управление приводом и подача электроэнергии на него для всплытия и притопления буя осуществляются по магистральному кабелю, связывающему СИГК с надводным центром управления (патент РФ № 2220069, МПК B63B 22/06, приоритет от 06.12.2001 г.).
Недостатком этого устройства является одноточечный характер данных, регистрируемых аппаратурой, расположенной в буе, что не позволяет использовать антенные технологии для выделения полезного сигнала, малая надежность работы на наклонном дне, т.к. при этом ось барабана с запасом кабель-троса не будет вертикально ориентированной, а также необходимость внешнего источника электроэнергии, подводимого по магистральному кабелю. Недостатком данного устройства также является невозможность его использования для проведения сейсморазведки в транзитной зоне на предельном мелководье с входом на берег.
Известен морской гидрогеофизический комплекс, содержащий подводную аппаратуру, подводный магистральный кабель, набор датчиков, соединенных подводным кабелем между собой, надводную аппаратуру сбора и преобразования, соединенную с подводной аппаратурой подводным магистральным кабелем, всплывающий буй, якорный фиксатор подводной аппаратуры, соединенный с всплывающим буем буйрепом через фалонакопитель, концы которого замкнуты размыкателем, при этом фалонакопитель выполнен в виде цилиндра с вращающейся крышкой, имеющей радиальную прорезь, фал уложен слоями со случайно размещенными в пространстве петлями. В накопителе имеются два щелевых отверстия, через которые перед установкой комплекса накопитель заполняется гибким фалом. При заполнении фала крышка накопителя вращается для более равномерного распределения петель фала в корпусе накопителя, который при заполнении самопроизвольно укладывается по всему объему накопителя, при этом длина фала должна быть достаточной для всплытия притопленного буя на поверхность моря. Для всплытия притопленного буя подается кодированная акустическая команда. Размыкатель срабатывает, и сила плавучести притопленного буя вытягивает фал из накопителя. Притопленный буй всплывает на поверхность (патент России №2446979, МПК B63B 22/06, приоритет 09.06.2010 г.).
Недостатками данного устройства являются ограниченные функциональные возможности из-за того, что все датчики расположены на вертикальной линии и их зона действия ограничена. Диаграмма направленности, формируемая вертикальной антенной, не позволяет локализовать структурные неоднородности геологической среды, расположенные в породе под морским дном, которые представляют основной интерес в сейсморазведке. Кроме этого система всплытия буя недостаточно надежна из-за использования акустической команды. Недостатком данного устройства также является невозможность его использования для проведения сейсморазведки в транзитной зоне на предельном мелководье с входом на берег.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату (прототипом) к предлагаемому устройству является геофизический комплекс для мониторинга и морской сейсморазведки, содержащий подводную аппаратуру, подводный магистральный кабель, набор датчиков, соединенных подводным кабелем между собой, надводную аппаратуру сбора и преобразования, соединенную с подводной аппаратурой подводным магистральным кабелем, всплывающий буй, якорный фиксатор подводной аппаратуры, соединенный с всплывающим буем буйрепом через фалонакопитель, концы которого замкнуты размыкателем, отличающийся тем, что подводная аппаратура выполнена в виде установленного на дне коммутатора, при этом набор датчиков выполнен в виде расположенных на дне мультилинейных кабельных антенн, включающих расположенные через определенные интервалы расстояния между собой приемники давления, причем все кабельные антенны подключены к соответствующим входам коммутатора, а их противоположные концы снабжены якорными фиксаторами и соединенными с ними соответствующими буйрепами через фалонакопители, концы которых замкнуты размыкателями, при этом каждый всплывающий буй выполнен в виде контейнера с дренажными отверстиями и с крышкой, внутри которого расположен фалонакопитель в виде плавучей катушки с центральным отверстием, в котором расположен размыкатель, зафиксированный стопорными кольцами в верхней части крышки и в нижней части контейнера, причем конец буйрепа пропущен через нижнее стопорное кольцо и соединен с якорным фиксатором, а размыкатель электрически герметично соединен с соответствующим кабелем антенны (патент России №2576351, МПК G01V 1/38, приоритет 09.04.2014 г.).
Недостатком данного комплекса является фиксирования площадь мониторинга, ограниченная длиной кабельных антенн, и отсутствие возможности ее увеличения за счет последовательного соединения секций. Недостатком данного устройства также является невозможность его использования для проведения сейсморазведки в транзитной зоне на предельном мелководье с входом на берег.
Отмеченные недостатки отсутствуют в комплексе для сейсморазведки в транзитных зонах на основе мультилинейной цифровой кабельной антенны, который является предметом предлагаемого изобретения.
Техническим результатом изобретения является возможность проведения сейсморазведочных работ (в том числе работ по 3D сейсморазведке) в транзитной зоне для поиска и мониторинга месторождений углеводородов на профилях и площадях разного масштаба.
Технический результат достигается за счет ряда разработанных технических решений, а именно:
- секционного строения сейсмокос, входящих в состав мультилинейной цифровой кабельной антенны, которое позволяет менять геометрию приемной антенны в зависимости от решаемой задачи, например, увеличивая длину профиля наблюдения при 2D сейсморазведке за счет последовательной сборки секций или увеличивая площадь наблюдения при 3D сейсморазведке за счет параллельного или веерного расположения секций;
- наличия секций с разными типами датчиков (гидрофонов и 3С геофонов), которые могут быть собраны в любой последовательности, что обеспечивает возможность полноты покрытия системой наблюдения транзитной зоны при минимальной ее избыточности за счет использования гидрофонных секций в воде, а геофонных секций - на предельном мелководье с выходом на берег;
- наличия ультразвукового канала приема в каждом датчике для возможности их индивидуального позиционирования;
- легкостью и простотой системы развертывания комплекса, состоящей из элементов (секции сейсмокосы, модуль сбора геофизической информации, блок питания, надувная лодка с мотором, надувной катамаран), не превышающих по массе 100 кг, которые могут быть легко доставлены на любой необорудованный берег или неспециализированное судно без использования специальных технических средств;
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на Фиг. 1, Фиг. 2, Фиг. 3 схематически представлена блок-схема устройства с тремя различными вариантами соединения.
Комплекс для сейсморазведки в транзитных зонах на основе мультилинейной цифровой кабельной антенны содержит средство мониторинга, записи и хранения информации с блоком питания 1, модуль сбора геофизической информации 2, секцию цифровой сейсмокосы 3, соединенные кабелем между собой набор цифровых датчиков приема сигнала 4 (гидрофонов или четырехкомпонентных (гидрофон + 3C геофон) и линейный электрический модуль 5.
Устройство работает следующим образом: модуль сбора геофизической информации (МОСГИ) 2 устанавливают на берегу, а составные секционные сейсмокосы 3, подключенные к соответствующим входам МОСГИ, в которые могут входить как гидрофоны, так и 3С геофоны, располагают в исследуемой транзитной зоне (какую-то часть (секции с гидрофонами) погружают на дно водного пространства, а какую-то часть (секции с геофонами) укладывают на суше). При этом с выхода модуля сбора геофизической информации все зафиксированные сигналы с датчиков поступают на средство мониторинга, записи и хранения информации 1, которое вместе с блоком питания, питающим модуль сбора геофизической информации, расположено на суше.
После развертывания комплекса датчики приема сигнала, входящие в состав секций мультилинейной цифровой кабельной антенны, будут расположены через определенные интервалы на дне и на суше, создавая единую систему наблюдения в транзитной зоне.
При площадной системе наблюдений, используемой в 3D сейсморазведке, несколько антенных секций подключаются параллельно к соответствующим входам модуля сбора геофизической информации (Фиг. 1). Для увеличения площади сейсморазведки или мониторинга к модулю сбора геофизической информации можно параллельно подключить набор последовательно соединенных секций (Фиг. 2) при помощи линейного электрического модуля (ЛЭМ) 5, через который передается информация, зарегистрированная цифровыми датчиками присоединенной секции.
При линейной системе наблюдения, используемой в 2D сейсморазведке, увеличение ее глубинности возможно получить за счет последовательного соединения в один ряд всех имеющихся секций сейсмокос (Фиг. 3) при помощи линейных электрических модулей (ЛЭМ).
Отдельная секция цифровой кабельной сеймокосы имеет длину 500-600 м и содержит 48-50 цифровых датчиков, расположенных равномерно с интервалом не более 12,5 м. Рабочий сейсмический диапазон частот антенны 3-300 Гц при частоте дискретизации данных 4 кГц. Рабочий сейсмический диапазон частот определяется целевой глубиной и затуханием звука в земной коре и соответствует диапазону частот, который практически используется в морской сейсморазведке.
Каждый цифровой датчик в секциях антенны кроме основного канала приема в рабочем диапазоне частот имеет высокочастотный ультразвуковой канал для позиционирования, работающий на частотах 28-32 кГц. Местоположение приемных датчиков на дне определяется посредством системы ультразвукового акустического позиционирования. Информация о точном положении каждого датчика антенны позволяет существенным образом повысить разрешенность структур геологического разреза, получаемого после обработки зарегистрированных сейсмических данных.