Универсальная донная станция

Полезная модель универсальной донной станции применяется в сейсморазведке для приема сейсмических колебаний, преобразования их в электрический сигнал и может работать как на суше, так и на мелководье.
Универсальная донная станция предназначена для обеспечения записи сейсмических колебаний как на дне акваторий до 50 м, так и на суше по трем компонентам X, Y, Z от геофонов, образующих правую ортогональную тройку.
Донная станция как сухопутная предназначена для установки на суше с целью регистрации сейсмических колебаний на флэш-карту, для проведения сейсмических исследований, также донная станция может работать на мелководье.
Донная станция обеспечивает запись сейсмических колебаний на профиле на дне акваторий и на суше по трем компонентам X, Y, Z от геофонов.
В процессе эксплуатации донные станции могут находиться как в поле, во время работ на профиле, так и на любых средствах доставки к месту работ. На средствах доставки донные станции должны быть надежно закреплены. Непосредственная эксплуатация донных станций должна производиться при температуре от минус 30 до плюс 50°С.
Известно изобретение «Наземно-донная сейсмическая станция», патент RU 2381526, опубл. 10.02.2010, МПК G01V 1/00, G01V 1/38. Станция устанавливается на суше и в воде, содержит герметичный корпус с платформой, на которой установлен цилиндрический стакан с размещенной в нем регистрирующей аппаратурой, изобретение позволяет расширить область использования, однако требуется сложная и громоздкая система устройств, обеспечивающих вертикальное положение оси герметичного сферического корпуса. Станция не позволяет осуществлять работы в любой пространственной ориентации без статических отклонений.
Известно изобретение «Способ и установка для наземной регистрации сейсмических данных», патент RU 2352960, опубл. 20.04.2009, МПК G01V 1/16, использующий устройство, содержащее несферический полностью закрытый корпус, регистратор сейсмических данных, содержащий долговременную память, расположенный внутри упомянутого корпуса с возможностью сохранения сейсмических отраженных волн при сейсмическом исследовании за продолжительный период времени. Для данного устройства не требуется внешняя кабельная разводка для связи и подачи электропитания от управляющей станции или кабельная разводка между компонентами блока в самом блоке сбора сейсмических данных. Однако она не обеспечивает универсальности ее использования, так она не может устанавливаться как на дне, так и на земле во время работ на едином профиле «суша-море» без каких-либо изменений конструкции, не обеспечивает возможности установки с любых средств доставки к месту работ.
Известно изобретение «Морская автономная донная станция для сейсморазведки и сейсмологического мониторинга», патент RU 2294000, опубл. 20.02.2007, МПК G01V 1/38, включающая герметичный корпус с размещенной внутри корпуса геофизической аппаратурой, блок регистрации, блок преобразования и хранения зарегистрированных сигналов. Однако требуются блоки сопряжения с бортовым модулем при всплытии, якорь-балласт и другие устройства. Не обеспечивает работу на суше, а также может устанавливаться только с плавучих средств. Не обеспечивает работу в любой пространственной ориентации, без любых статических отклонений, не может быть использована во время работ на едином профиле «суша-море» без каких-либо изменений конструкции.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемой универсальной донной станции относится полезная модель «Донная сейсмическая станция «СДС», патент RU 83345, опубл. 27.05.2009, МПК G01V 3/02, содержащая гермокорпус, в котором располагаются датчик, источник питания, регистратор, который содержит ортогональные датчики, при этом регистрация и запись информации осуществляется на флэш-карту. Полезная модель позволяет создать устройство более надежное в работе и более чувствительное. Однако высокое расположение датчиков смещения относительно дна и эластичное крепление станции к грузу снижает чувствительность станции к волнам смещения. Кроме того, акустическая система дополнительного контроля положения станции и геофон существенно усложняют ее конструкцию, делают работу с ней на суше неудобной (велики масса и габариты, элементы акустики чувствительны к механическим воздействиям), конструкция станции не позволяет ей работать при любых погодных условиях в широком диапазоне температур.
В настоящее время практикуется установка измерительных модулей с автоматических станций, которые могут размещаться как на судне, так и на других средствах доставки, например сухопутных вездеходах. Кроме того, необходимость сбрасывания наиболее простым и надежным способом с разных носителей необходима еще и для того, чтобы установить измерительную аппаратуру в данных станциях как на дне, так и на земле. Причем требуется во время работ обеспечить установку таких станций на едином профиле «суша-море» без каких-либо изменений конструкции. Установка станций на едином профиле позволяет (после обработки и интерпретации) получать данные о залежах углеводородов и о глубинном строении земной коры, которые получают в одном эксперименте, что существенно повышает достоверность таких измерений. Для более простого и менее затратного получения данных требуется автономный и универсальный измерительный модуль, который можно сбрасывать в автоматическом режиме со станции с любых носителей. Кроме того, необходимо, по возможности, наиболее простым способом хранить эти данные в течение длительного времени в самой станции и простым подключением разъема станции к компьютеру снимать все накопленные за промежуток времени, в который велись измерения, данные.
Предложенная полезная модель позволяет достичь следующего технического результата:
- обеспечить работу в любой пространственной ориентации, без любых статических отклонений;
- осуществление работ при любых погодных условиях и в широком диапазоне атмосферных воздействий;
- осуществление регистрации сейсмических сигналов как на суше, так и в воде на глубине до 50 м;
- а также достичь универсальности использования измерительного модуля, т.к.:
он позволяет устанавливать его как на дне, так и на земле, во время работ на едином профиле «суша-море» без каких-либо изменений конструкции;
- он позволяет устанавливать его с любых средств доставки к месту работ.
Данный технический результат достигается следующим образом.
Универсальная донная станция содержит герметичный контейнер с установленной в него приемной и регистрирующей аппаратурой. Отличительной особенностью по сравнению с прототипом является то, что контейнер состоит из двух частей - кожуха и силовой платформы, которые герметично соединены между собой за счет того, что в штатном состоянии донной станции из контейнера откачан воздух, по крайней, мере до 0,1 (атм) от атмосферного давления. Одна часть контейнера выполнена в виде кожуха, установленного на силовую платформу, снабженную съемным штырем-заглубителем, электроразъемом и заглушкой. На силовой платформе внутри кожуха установлены: блок геофонов и регистрирующее устройство, включающее две электронные платы. На одной размещены, в частности, четыре приемных канала, выполненных на основе микросхем и образующих блок регистрации, а также кварцевый генератор в виде высокостабильного термостатированного генератора, обеспечивающего хранение станцией времени, а также PIC-контроллер и считыватель флэш-карт, преобразователи питания, преобразующие напряжение батарей в напряжение питания блока регистрации. На второй электронной плате размещены устройство управления питанием и контейнеры батарей. При этом кожух контейнера выполнен, например, цилиндрической формы. Кожух в сборе с силовой платформой рассчитан на работу на глубине до 50 м. Электроразъем снабжен герметичной крышкой, позволяющей работать на глубине до 50 м. Нижняя часть силовой платформы соединена со штырем-заглубителем посредством крепежа разъемным соединением, например болтами. Штырь-заглубитель расположен по центру силовой платформы и выполнен конусообразной формы. Кроме того, штырь-заглубитель с торцевой части, обращенной к силовой платформе, снабжен полостью, в которой размещен герметичный разъем для связи со станцией, запрограммированным на сбор данных и остановки сбора данных, получения точного времени от GPS антенны.
Блок питания включает четыре литиевых батареи, а блок геофонов состоит из трех геофонов, образующих правую ортогональную тройку с диапазоном входных сигналов от 10 до 250 Гц и чувствительностью 27 В/м/с. Четыре одинаковых входных канала размещены на одной электронной плате, выполнены на основе, например, микросхем AD1555\AD1556 фирмы ANALOG DEVICES. На второй электронной плате размещены четыре контейнера для литиевых батарей. Кожух и платформа герметично соединены посредством разницы внешнего давления и давления во внутреннем объеме контейнера, образованного кожухом и силовой платформой. При этом одна из электронных плат может быть снабжена синхронизатором, работающим от GPS-приемника точного времени и обеспечивающим точную привязку блока регистрации к текущему времени. Работа модуля происходит от единого задающего кварцевого генератора, в качестве которого используется высокостабильный термостатированный генератор типа М32008-8,192М «Георгин» с нестабильностью частоты +\-5*10-9, изготовитель ФГУП ОНИИП.
Предложенное техническое решение иллюстрируется чертежами. Однако представленные чертежи охватывают не все возможные модификации исполнения данного модуля. На Фиг. 1 изображен разрез донной станции, на силовой платформе показан вырез крепления заглушки.
На Фиг. 2 показано сечение силовой платформы с закрепленными на ней двумя электронными платами. Показан вырез крепления электроразъема с установленной на нем герметичной крышкой.
Донная станция состоит из кожуха (1) и силовой платформы (2), которые образуют герметичный контейнер. Герметичность обеспечена за счет того, что после сбора станции в штатное состояние, вывернув заглушку (3), откачивают воздух до получения разрежения внутри контейнера до 0,1 атм. Заглушка вакуум-порта (4) необходима для создания пониженного атмосферного давления внутри цилиндрического герметичного контейнера донной станции. В рабочем состоянии, а также при длительном хранении донной станции полость внутри контейнера должна находиться под пониженным атмосферным давлением около 0,1 атм. Этим обеспечивается отсутствие влаги внутри контейнера, образование которой недопустимо. Откачка воздуха происходит через вакуум-порт (4), который представляет собой отверстие малого диаметра, закрытое герметичной заглушкой (3). При снятой заглушке (3) вакуум-порта (4) производится откачка воздуха из внутренней полости с помощью вакуум-насоса. На силовой платформе (2) также находится электроразъем (5). Разъем (5) предназначен для подключения к донной станции компьютера с помощью кабеля запуска и контроля, без вскрытия контейнера. При отключенных внешних устройствах разъем закрывается герметичной крышкой, позволяющей работать этому узлу на глубине до 50 м. Поверх разъема (5) на силовую платформу (2) с нижней стороны на болтах крепят съемный штырь-заглубитель (6), который имеет конусообразную форму, обеспечивающую закрепление донной станции в грунте на суше, либо на дне.
Внутри кожуха (1) на креплениях размещены две электронные платы (7, 8), блок геофонов (9). Блок геофонов (9) представляет собой правую ортогональную тройку из геофонов, имеющих диапазон входных сигналов от 10 до 250 Гц и чувствительность 27 В/м/с. Ось X ортогональной тройки помечена риской на платформе, что позволяет ориентировать станцию при работе на профиле.
Две электронные платы (7, 8) образуют регистрирующее устройство. На первой электронной плате (7) размещены четыре приемных канала, выполненных на основе микросхем и входящих в состав регистрирующего устройства, а также кварцевый генератор в виде высокостабильного термостатированного генератора, обеспечивающего хранение модулем времени, PIC-контроллер, считыватель флэш-карт (10), преобразователи питания, преобразующие напряжение батарей (11) в напряжение питания регистрирующего устройства. Все эти устройства представляют собой микросхемы, на чертеже они не показаны, располагаются на плате "Регистратор", см. ТО Приложение 2. Схема электрическая соединений. Не хотелось бы выкладывать в свободный доступ более подробные электронные схемы устройства.
Регистрирующее устройство представляет собой плату (7), на которой находятся четыре одинаковых канала, выполненных на основе микросхем AD1555\1556 фирмы ANALOG DEVICES. Микросхемы обеспечивают усиление и преобразование сейсмических данных от геофонов в цифровую форму. PIC-контроллер обеспечивает управление регистрацией и запись данных на флэш-карту (10). Одна из электронных плат (7, 8) снабжена синхронизатором, работающим от GPS-приемника точного времени (подключаемого через электроразъем на корпусе при подготовке станции к работе и при остановке сбора данных) и обеспечивающим точную привязку блока регистрации по времени.
На второй плате (8) размещены устройство управления питанием и контейнеры батарей. В качестве батарей (11) применяют, например, литиевые батареи. Блок питания включает 4 литиевых батареи.
Устройство управления предназначено для организации управления питанием донной станции. Для хранения сейсмической информации в донной станции используются флэш-карты (10).
Хранение времени донной станции происходит от единого задающего кварцевого генератора, в качестве которого используется высокостабильный термостатированный генератор.
Донная станция работает следующим образом.
Сейсморазведка - геофизический метод изучения геологических объектов с помощью упругих колебаний - сейсмических волн. Этот метод основан на том, что скорость распространения и другие характеристики сейсмических волн зависят от свойств геологической среды, в которой они распространяются: от состава пород, их пористости, трещиноватости, флюидонасыщенности, напряженного состояния и температурных условий залегания.
При этом возбуждаются три типа сейсмических волн: продольные (Р), поперечные (S) и поверхностные (волны Лява и Рэлея).
Для получения сейсмических данных на едином профиле устанавливают донные станции на определенном расстоянии по всему профилю. При этом профиль может проходить как по суше, так и по морскому дну. Поэтому важно, чтобы при отработке профиля были расставлены донные станции одного образца для получения наиболее достоверной информации.
Через определенный промежуток времени станции собирают для снятия с них информации. Все это время собранная сейсмическая информация хранится в самой станции. Упругие колебания записываются в виде трассы на электронные носители, например на флэш-карты типа Compact Flash card (CF) емкостью 4ГБ.
В комплекте с донными станциями (для работы с ними) изготавливаются синхронизатор МГК 203.02.04.00.000, устройство бортовое сейсмическое (БСУ), предназначенное для инициализации донной станции перед постановкой на профиль и считывания сейсмической информации после окончания работ на профиле.
Контролируют работу устройств без вскрытия контейнера (1) только при подключении к компьютеру с помощью специальных программ. Подключение с помощью кабеля через разъем (5) на платформе (2). При этом донная станция может работать в системе коммутации донных станций, например, типа МГК 204.00.00.00.000.
Для выполнения данных требований в предложенную донную станцию перед установкой монтируют все платы и блоки в корпусе и на силовой платформе.
В качестве геофонов могут быть применены следующие геофоны:
для координаты X - Геофон горизонтальный GS-20DX;
для координаты Y - Геофон горизонтальный GS-20DX;
для координаты Z - Геофон вертикальный GS-30CT.
В качестве задающего кварцевого генератора может быть применен кварцевый генератор М32008-ТС-8.192М, «Георгин», ФГУП ОНИИП.
При этом донная станция обеспечивает рабочие диапазоны регистрируемых частот от 0,05 до 1600 Гц и интервал рабочих температур устройства регистрации (7) от -30 до +50°С. При этом обеспечивается эффективный уровень шумов в зависимости от диапазона и коэффициента усиления, мкВ от 0,08 до 20.
Далее в рабочем состоянии, а также при длительном хранении донной станции полость внутри контейнера должна находиться под пониженным атмосферным давлением около 0,1 атм. Тем самым обеспечивается отсутствие образования внутри контейнера влаги. При снятой заглушке (3) вакуум-порта производится откачка воздуха из внутренней полости с помощью вакуум-насоса. Затем, через 5-7 минут (время, необходимое для того, чтобы убедиться по манометру в герметичности) производится герметизация отверстия заглушкой (3). Затем крепится штырь-заглубитель (6). Сейсмический модуль инициируется (программируется на сбор данных, синхронизируется с временем GPS) и размещается в заданной точке. После его подъема через разъем (5) скачивают информацию, сверяются с временем GPS (для учета "ухода" внутренних часов модуля) без разгерметизации контейнера. После чего при необходимости модуль устанавливают в другом месте.
Таким образом, достигается универсальность работы такой станции и обеспечивается возможность работы станции на едином профиле без конструктивных доработок. Донная станция работает при любых погодных условиях и в широком диапазоне атмосферных воздействий за счет прочного герметичного контейнера (кожуха) и применения термостатированного кварцевого генератора.