СТРИМЕР ДЛЯ ИНЖЕНЕРНЫХ ИЗЫСКАНИЙ

Полезная модель относится к области разведочной геофизики, в частности, к оборудованию для осуществления морской электроразведки методами становления поля и дистанционных частотных зондирований, и предназначены для расчленения верхней части разреза и выявления линз многолетних мерзлых пород (ММП), газогидратов и т.п., а именно к стримерам, используемым для инженерных изысканий.
В настоящее время стримеры широко используются в исследованиях земной коры с целью поиска полезных ископаемых путем фиксации аномалий в изучаемых физических полях (RU 138001, 2014; US №4984218; RU 2589242, 2016). Так, при проведении сейсмической разведки полезных ископаемых гидрофоны стримера работают как датчики при получении энергии, которая ранее была направлена в толщу земли и отразилась от поверхностей границ раздела породы нижнего горизонта. Энергия обычно вырабатывается транспортными средствами Vibroseis, которые передают импульсы путем возбуждения колебаний грунта на поверхности с заданными интервалами и частотами. На морских участках для этой цели часто используют пневмопушки. Слабые изменения энергии, которые получают при ее возврате на поверхность, зачастую отражают вариации в стратиграфическом, структурном и жидкостном содержании резервуаров. (2187130, 2002; 2169931, 1999).
Стримеры широко используются в морской разведке при поиске залежей углеводородов (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. Однако традиционные методы морской электроразведки недостаточно эффективны для поиска линз многолетних мерзлых пород без существенной переработки технологии их применения и используемых инструментов. При поисках линз ММП хорошо зарекомендовал себя метод зондирования становлением поля в ближней зоне (ЗСБ) (http://geophys.geol.msu.ru/STUDY/3KURS/3_ZSB.pdf; https://studfi-les.net/pre-view/5333166/page:16/), который позволяет картировать положение линз ММП в плане и определять положение верхней границы линз. Однако применение такой технологии отличается большой трудоемкостью и не позволяет проводить обследование больших территорий.
Задачей, решаемой авторами являлось создание стримера для технологии зондирований становлением поля, позволяющего выявлять линзы ММП с более высокой надежностью.
Было предположено, что данная задача решается при создании стримера, позволяющего производить измерения как в пространственно-временной, так и пространственно частотной областях.
Используемый в настоящее стример для электроразведки нефте-газовых месторождений методом ВП, являющийся наиболее близким к заявляемому решению (RU 2510052, 2014), состоит из кабельной линии с длиной диполя 500-1000 м, размещенной за кормой судна, выполненной из кабеля с положительной плавучестью, и снабженной излучающими электродами, и приемной многоэлектродной линии длиной 8-15 км, состоящей из секций длиной 500-3000 м с расположенными на них парами неполяризующихся электродов, расстояние между которыми находится в диапазоне 50-500 метров. Секции связаны с телеметрическими измерительными модулями и буксируемыми по поверхности буями, оснащенными приемниками GPS и радиомодемами для передачи информации о координатах приемной линии на борт судна.
Данная технология обеспечивает высокую производительность работ, однако имеет ряд существенных недостатков. Так применение электроразведочной установки большой протяженности не позволяет проводить измерения непосредственно вблизи берега и тем более в зоне перехода суша-море. Кроме того, в существующей модификации использование такого стримера далеко не позволяет получить надежную информацию о зонах ММП.
Технический результат достигался за счет того, что стример для инженерных изысканий методами электроразведки, включающий в себя генераторный диполь, образованный кабелем генераторной части стримера и излучающими медленно разрушающимися электродами, и буксируемую за судном приемную многоэлектродную приемную линию, состоящую из пар приемных электродов, размещенных на кабеле приемной линии, связанной с поддерживающими буями, на которых размещены приемники системы спутниковой навигации с радиомодемами и оснащенную цифровым модулем для оцифровки сигналов с электродов приемной линии и передачи информации на борт судна, имеет разносы (расстояния между центрами генераторного и приемного диполей) приемной многоэлектродной линии, выполненные с последовательно возрастающей длиной от 3 до 400 м и генераторный диполь, длина которого составляет 100-300 м. Оптимально использование приемной линии длиной 1000-1500 м, в которой длина разносов возрастает в геометрической прогрессии.
Конструкция заявляемого стримера для инженерных изысканий приведена на фиг. 1, где используются следующие обозначения: 1 - судно, 2 - лаборатория с генераторной и приемной аппаратурой и лебедкой стримера, 3 - генераторная часть стримера, 4 - приемная часть стримера, 5 - неизлучающее балластное устройство, медленно разрушающийся анод которого является ближним к судну электродом «А», 6 - медленно разрушающийся электрод «В», 7 - поддерживающий буй с приемником системы спутниковой навигации и радиомодемом, 8 - мачта радиомодема концевого буя, 9 - цифровой модуль (ЦМ), 10 - герморазъемы, 11 - приемные электроды, 12 - анкера крепления поддерживающих буев, 13 - груза заглубители.
На фиг. 2 приведена электрическая схема приемной части стримера 4 с 10-ю проводами и 2-мя витыми парами.
Учитывая, что глубинность залегания ММП под дном не превышает 400 м, удалось сократить длину приемной части стримера 4 до 1100-1500 м и длину генераторной части 3 уменьшить с 500-1000 м (ближайший аналог) до 100-300 метров. При этом отпадает необходимость во второй ветви генераторной линии и в качестве ближнего электрода может использоваться анод неизлучающего балластного устройства 5. Также при этих условиях отпадает необходимость в секционном построении приемной части стримера, что существенно упрощает конструкцию стримера и повышает его эксплуатационные качества.
Приемные электроды 11 образуют пары MN для измерения разности потенциалов. В отличие от аналогов, где расстояние между парами электродов для всех секций одинаково, в предлагаемом варианте стримера расстояние между электродами (разнос) по мере удаления от генераторного электрода «В» возрастает, например, в геометрической прогрессии. Образующиеся на парах приемных электродов 11 сигналы с первых разносов передаются на борт судна в аналоговом виде и оцифровываются на борту судна, сигналы с остальных разносов оцифровываются в ЦМ 9 и передаются на борт судна в цифровом виде по телеметрическому каналу. Количество разносов, оцифровываемых на борту судна и в цифровом модуле, зависит от конструкции кабеля стримера. Для примера, электрическая схема приемной части стримера с 10-ю проводами и 2-мя витыми парами приведена на фиг. 2. Как видно из рисунка, такое техническое решение позволяет организовать систему с 10 измерительными разносами. Цифровой модуль располагается на стримере в середине 6-го разноса и обеспечивает измерение по 7 каналам.
Работа с заявляемым стримером осуществляется следующим образом. Судно выходит на линию профиля и на расстоянии, необходимом для выпуска стримера, начинается его выпуск. К анкеру 12 концевой части приемной линии стримера с помощью оттяжки глубины (не показано) крепиться концевой поддерживающий буй 7 с мачтой радиомодема 8 и груз заглубитель 13. приемная линия 4 выводится за борт и производится ее выпуск до места крепления цифрового модуля 9. Модуль 9 крепится на стримере и с помощью герморазъемов 10 подключается к стримеру. К анкеру 12, расположенному вблизи ЦМ 9, подсоединяется поддерживающий буй 7 и груз-заглубитель 13. Выпуск приемной линии стримера 4 осуществляется до места крепления поддерживающего буя 7 и груза-заглубителя 13. После их подсоединения производится выпуск линии до места крепления генераторного электрода 6 «В». К генераторной части стримера 3 подсоединяется медленно разрушающийся электрод «В» 6 и осуществляется выпуск генераторной части стримера на полную длину. По завершении выпуска кабеля стримера выпускается неизлучающее балластное устройство 3 с электродом «А» 5 и стример подключается к генераторной и приемной аппаратуре лаборатории 2.
В генераторном диполе, образованном генераторной частью стримера 3 и электродами 5 и 6, формируются прямоугольные разнополярные импульсы тока силой до 300 А с паузой между ними или последовательности таких импульсов с переменной длительностью. Длительности импульсов и пауз задаются программным путем и контролируются сигналом канала PPS системы GPS. Эти же сигналы PPS передаются в цифровой модуль 9 в качестве меток времени. Модуль 9 производит измерение сигналов на парах неполяризующихся электродов 11 соответствующих разносов, как во время импульсов тока, так и в паузах между ними, преобразует сигналы в цифровую форму одновременно во временной и частотной областях и передает полученную информацию на обработку. Информация с модуля 9 и результаты оцифровки сигналов с первых разносов поступают в общую базу данных для дальнейшей обработки и интерпретации.
Проведенные натурные испытания показали перспективность применения заявляемого стримера в условиях Арктики для поиска ММП и газогидратов.