НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОЕ ЛЕДОКОЛЬНОЕ СУДНО ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ СЕЙСМОРАЗВЕДКИ ПО 3D ТЕХНОЛОГИИ В АРКТИЧЕСКИХ МОРЯХ ВНЕ ЗАВИСИМОСТИ ОТ ЛЕДОВЫХ УСЛОВИЙ
RESEARCH ICEBREAKING VESSEL TO CONDUCT A SEISMIC SURVEY ON 3D TECHNOLOGY IN ARCTIC SEAS REGARDLESS OF ICE CONDITIONS

Изобретение относится к области разведки подводных месторождений нефти и газа в арктических морях.
Задачей разведки любого нового нефтегазоконденсатного месторождения является поиск места месторождения и задача получения его 3D томографической карты для определения геометрии продуктивных пластов месторождения, мест для бурения эксплуатационных скважин.
Для морской 3D сейсморазведки используются специализированные суда, оборудованные специальными средствами для сейсморазведки.
Технология морской сейсморазведки основана на анализе отраженных звуковых сигналов от пластов грунта морского дна. Для излучения звука применяются пневмопушки. Прием отраженных сигналов осуществляется на систему приемных кабельных антенн-сейсмокос, которая буксируется за судном.
Для получения 3D карты изучаемого района необходимое количество буксируемых сейсмических кос как минимум составляет 6-8 штук. Длина каждой сейсмической косы - до 6 км.
Лидер в постройке и эксплуатации судов, предназначенных для буксировки системы кабельных приемных антенн-сейсмокос, - фирма «Petroleum Gea-Services» (PGS), Норвегия.
При буксировке для получения качественного приема отраженных сигналов необходимо обеспечивать правильную геометрию всей системы сейсмических кос по глубине, по расстоянию между косами, по направлению движения. Для этого сейсмические косы снабжаются стабилизаторами глубины и направления («птичками»), которые устанавливаются с шагом около 100 м. Между собой косы связываются поперечными связями.
Сейсмические косы выполняются из отдельных частей, которые соединяются герметичными муфтами. Замена вышедшей из строя части сейсмической косы на новую производится на палубе судна.
Основным недостатком надводной технологии сейсморазведки является ограничение по волнению - не более 3 баллов. Отсюда - огромные финансовые потери из-за простоев по погодным условиям.
В настоящее время одной из основных задач освоения новых месторождений нефти и газа является задача разведки месторождений углеводородов на шельфе арктических морей.
Акватории арктических морей характеризуются штормовыми условиями, а в зимнее время покрыты сплошными дрейфующими льдами. Данные обстоятельства делают невозможным проведение сейсморазведочных работ по 3D технологии судами с надводной буксировкой системы сейсмических кос. Требуется разработка судов новой конструкции для работы по новым технологиям сейсморазведки, не зависящим от ледовых условий.
Известна многоцелевая подводная станция МПС (патент RU №2436705, 20.12.2011 [1]), предназначенная для использования и проведения 3D сейсморазведки по указанному выше способу в арктических условиях.
Недостатком многоцелевой подводной станции (МПС) является то, что она, в сущности, представляет собой атомную подводную лодку и, соответственно, сверхдорогое техническое средство повышенной опасности, требующее, к тому же, разработки всего сейсмического оборудования, рассчитанного на работу при полном рабочем давлении воды, в забортном исполнении. Кроме этого, у многоцелевой подводной станции по сравнению с надводными судами значительно ниже уровень обитаемости и отсутствует возможность ремонтов во время рейса.
Известно надводное судно «COSL720» для глубоководных трехмерных сейсмологических исследований, способное буксировать 12 сейсмических приемных антенн длиной по 8 км (Зарубежная информация // Судостроение. 2012. №2. с. 71 [2]), которое можно рассматривать в качестве аналога.
Но надводное судно «COSL720» не может выполнять сейсморазведку в ледовых и штормовых условиях.
Кроме того, и многоцелевая подводная станция, и надводные суда сами являются буксировщиками сейсмоакустических излучателей, что требует значительных затрат мощности главной энергетической установки, особенно при движении во льдах. Аналогичные недостатки имеют аналогичные известные устройства (патенты RU №2072534 С1, 27.01.1997 [3], RU №2388022 С1, 27.04.2010 [4], RU №2317572 С1, 20.02.2008 [5], US №2010226204 А1, 09.09.2010 [6], US №2009316526 A1, 24.12.2009 [7]).
Известно также техническое решение, представляющее собой судно с конструкцией, объединяющей преимущества надводного корабля (высокий уровень обитаемости, безопасность, большие площади палуб, позволяющие производить обслуживание и ремонт сейсмического оборудования) и преимущества многоцелевой подводной станции в части применения г/а излучателей и буксируемых в толще воды подо льдом сейсмических кос для 2D технологии сейсморазведки (патент RU №2539430 С2, 20.01.2015 [8]). Технический результат в известном изобретении [8] достигается тем, что внутри корпуса судна устанавливаются две шахты для выдвижения устройства подводного выпуска буксируемой сейсмической косы и устройства выдвижения блока с г/а излучателями. Оба устройства выдвигаются из днища корпуса судна, тем самым защищаются от воздействия льда, а для снижения сопротивления при ходе судна они выполняются крыльевой формы. В корпусе судна размещаются шахта для устройства выпуска буксируемой сейсмической косы и шахта для выдвижной конструкции г/а излучателей. Спуск-подъем выдвижных устройств осуществляется при помощи лебедок. Г/а излучатели в выдвижной конструкции устанавливаются вертикально с шагом, равным 1/3 или 2/3 длины излучающей волны для получения диаграммы направленности излучения в виде луча, направленного вниз. Расстояние между г/а излучателями внутри выдвижной конструкции регулируется за счет крепления в зависимости от длины излучающих сейсмических волн и позволяет использовать излучатели разной частоты излучения для решения различных сейсмографических задач. Для повышения надежности системы и возможности получения дополнительной информации от отраженных сигналов от разных грунтов в подводной части судна устанавливаются не менее двух бортовых приемных антенн, которые не требуют обслуживания. Антенны устанавливаются стационарно в днищевой части корпуса судна вне зоны воздействия льда, что не требует контроля их положения при работе и обслуживании. Применение коротких бортовых антенн длиной около 2/3 длины судна допускается вследствие реализации синтеза апертуры при использовании когерентных г/а излучателей. Однако известное надводное судно не может выполнять сейсморазведку в ледовых и штормовых условиях
Известное научно-исследовательское ледокольное судно (патент RU №2549303 С2, 27.04.2015 [9]) объединяет преимущества надводного судна (высокий уровень обитаемости, безопасность, существующая инфраструктура по эксплуатации) и многоцелевой подводной станции в части применения донных сейсмических кос для проведения 3D сейсморазведки вне зависимости от ледовых условий.
Для выпуска и укладки донных сейсмических кос на судне имеется как минимум одна вертикальная шахта, выходящая в днищевую часть. В целях экономии запасов топлива судна в качестве носителя сейсмических излучателей используется один или несколько малых самоходных автономных необитаемых подводных аппаратов (НПА), базирующихся на судне.
Спуск и подъем НПА-носителей сейсмических излучателей осуществляется через вертикальную шахту, выходящую в днищевую часть. С целью снижения расхода электроэнергии бортовых источников энергии и, соответственно, массогабаритных характеристик НПА сейсмические излучатели выполняются в виде системы из когерентных широкополосных низкочастотных акустических излучателей, что обеспечивает направленность диаграммы излучения строго вниз, а за счет положительной интерференции сигналов достигается снижение мощности самих излучателей.
Недостатком известного технического решения является низкая оперативность считывания зарегистрированных данных с сейсмических регистраторов в систему судовой обработки, так как считывание зарегистрированных данных в известном техническом решении выполняется только после поднятия сейсмической косы на борт судна. Кроме того, при использовании нескольких сейсмических кос используют дополнительные необитаемые телеуправляемые подводные аппараты с манипуляторными устройствами для подсоединения донных кос к тросам вытяжных лебедок, что существенно повышает трудозатраты при выполняемых сейсмических исследованиях.
Задачей предлагаемого технического решения является повышение оперативности считывания зарегистрированных данных с сейсмических регистраторов, с одновременным снижением энергозатрат на подъем сейсмической косы на борт судна.
Поставленная задача решается за счет того, что научно-исследовательское ледокольное судно для проведения сейсморазведки по 3D технологии в арктических морях вне зависимости от ледовых условий, имеющее корпус, в котором размещается сейсмическое оборудование, судно оборудовано шахтой для выпуска и укладки на дно донной сейсмической косы, а для перемещения источника акустических волн используется самоходный автономный необитаемый подводный аппарат (НПА), базирующийся на судне, спуск-подъем которого осуществляется через отдельную вертикальную шахту при помощи спуско-подъемного устройства, содержит самоходный автономный необитаемый подводный аппарат (НПА), который оборудован считывающим устройством данных с сейсмического регистратора, модемами радиосвязи, гидроакустической связи и спутниковой связи. В днищевой части НПА также дополнительно установлен излучатель, при этом НПА выполнен в виде необитаемого телеуправляемого подводного аппарата с манипуляторными устройствами для подсоединения донных кос к тросам вытяжных лебедок.
Сейсморазведка выполняется следующим образом.
Судно следует в район разведки. По прибытии с судна через шахту вытравливается донная коса, длина косы может составлять 10 км и более. После чего судно встает и удерживается в точке. С судна через вертикальную шахту спускается самоходный автономный НПА-носитель сейсмоакустических излучателей.
НПА по программе движется галсами вдоль донной сейсмической косы и выполняет облучение дна. Отраженные от слоев грунта сейсмоакустические волны фиксируются акустическими датчиками на донной сейсмической косе, с которых информация передается на судно, где производится их математическая обработка для получения 3D карты обследуемого участка.
После обследования первого участка сейсмической косой, посредством считывающего устройства, размещенного на НПА, осуществляется считывание зарегистрированных сейсмической косой данных и НПА поднимается на поверхность для трансляции зарегистрированных данных через модемы радиосвязи и/или гидроакустической связи и/или спутниковой связи. Затем НПА опускается на дно, стыкуется с сейсмической косой и перемещает ее в следующий район сейсмических исследований.
Для ускорения обследования района месторождения на судне может быть установлено несколько автономных НПА-носителей излучателей, причем часть НПА находится в работе, а в это время другая часть НПА на борту судна проходит техническое обслуживание.
При отсутствии тяжелых льдов судно само может производить облучение обследуемого района дна за счет дополнительного излучателя, установленного в днищевой части судна. В этом случае сейсмическая коса отсоединяется от судна, регистрация данных производится в отдельном устройстве накопления информации, установленном на косе.
При наличии тяжелых льдов облучение обследуемого района дна может осуществляться за счет дополнительного излучателя, установленного в днищевой части НПА.
Для повышения эффективности сейсморазведки участка дна с судна может выпускаться несколько сейсмических кос, укладываемых на грунт либо перпендикулярно друг другу, когда используются две сейсмические косы, либо их располагают на дне в виде прямоугольника, когда используются четыре сейсмические косы. В этих случаях сейсмические косы снабжаются индивидуальными накопителями-регистраторами информации и являются автономными изделиями, считывание зарегистрированных сейсмических данных с которых осуществляется посредством НПА.
Для подъема сейсмических кос на судно осуществляется посредством одного или нескольких НПА, для постановки сейсмических кос и считывания зарегистрированных данных, которые снабжены манипуляторными устройствами для подсоединения донных кос к тросам вытяжных сейсмолебедок.
При отсутствии тяжелых льдов судно само может производить облучение обследуемого района дна за счет дополнительного излучателя, установленного в днищевой части судна. В этом случае сейсмическая коса отсоединяется от судна, регистрация данных производится в отдельном устройстве накопления информации, установленном на косе. После обследования одного участка района судно поднимает сейсмическую косу на борт, где производится передача данных с сейсмических регистраторов в систему их обработки. После чего судно переходит на следующий участок района обследования и процесс повторяется.
Источники информации
1. Патент RU №2436705,20.12.2011.
2. Зарубежная информация // Судостроение. 2012. №2. с. 71.
3. Патент RU №2072534 С1, 27.01.1997.
4. Патент RU №2388022 С1, 27.04.2010.
5. Патент RU №2317572 С1, 20.02.2008.
6. Патент US №2010226204 А1, 09.09.2010.
7. Патент US №2009316526 А1, 24.12.2009.
8. Патент RU №2539430 С2, 20.01.2015.
9. Патент RU №2549303 С2, 27.04.2015.