Многокомпонентное приемное устройство для сейсмической разведки на шельфе и в переходных зонах суша-море

МНОГОКОМПОНЕНТНОЕ ПРИЁМНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ СЕЙСМИЧЕСКОЙ РАЗВЕДКИ НА ШЕЛЬФЕ И В ПЕРЕХОДНЫХ
ЗОНАХ СУША - МОРЕ
Техническое решение относится к технике нроведения сейсморазведочных работ на акваториях и конструктивному выполнению приёмников сейсмических сигналов для сейсмической разведки на шельфе и в переходных зонах суша - море.
Известны устройства 1, 2, 8, 9 для морской сейсморазведки на шельфе, содержащие бортовой вычислитель, установленный на борту обеспечивающего научно-исследовательского судна (НИС), и носитель геофизической аппаратуры, выполненный в виде буксируемой за НИС и укладываемой на дно сейсмической косы с размещёнными в ней блоками донных сейсмических приёмников.
Основной проблемой сейсморазведки на акваториях является создание адекватных сейсмоприёмников (приёмных сейсмических модулей), обладающих достаточно высокой точностью, надёжностью и достоверностью регистрации сейсмических сигналов.
Известны 4, 5, 6 трёхкомпонентные установки сейсмоприёмников, содержащие, как правило, три сейсмических приёмника-геофона (описание которых дано, например в 9), предназначенные, в основном, для сухопутных работ. При многоволновом методе сейсморазведки (МВС) используются традиционные установки 4, 5, содержащие три приёмника
МПК:001У 1/16,1/38
сейсмических сигналов (ПСС), состоящие из двух горизонтальных и одного вертикального ПСС (по трём компонентам х, у, z). Однако такие установки требуют сложных, дорогостоящих и в то же время недостаточно надёжных механических средств самоориентации (гимблов). При этом МВС на акваториях имеют недостаточную точность (см. 1,2, 8) и, как следствие, - недостаточную адекватность для корректной интерпретации сейсмических данных.
Альтернативой установкам со сложными и дорогими устройствами ориентации (самоориентации) могут служить модули ПСС, снабжённые датчиками ориентации, позволяющими определять фактическое положение установки ПСС в пространстве.
Так, известная установка ПСС 2, 4 включает три (или четыре) приемника и жёстко связанный с установкой датчик ориентации в пространстве. При этом первый - третий ПСС расположены под углом 120, а четвёртый (вертикальный) приёмник размещён в центре установки. В качестве датчиков ориентации в установке 4 используются гироскопические датчики, либо устройства ориентации по магнитному полю Земли (инклинометры). Датчики ориентации также могут быть выполнены 7 в виде сложной электронной схемы.
Однако сложность и громоздкость известных установок ПСС 4, 7, требующих, кроме того, их управления с наземного пункта, не позволяют, в ряде случаев, использовать их для корректной детальной сейсморазведки, особенно при установке на дне акваторий.
Таким образом, известные устройства 2, 4, 5, 7, 8 не позволяют получить потенциальной точности и достоверности данных сейсморазведки, особенно при съёмках на акваториях, громоздки и дороги в изготовлении, а ориентация установки из ПСС требует специального оборудования и адекватного построения сейсмического 3
модуля с учётом комплексного критерия «сложность - стоимость точность - эффективность.
Известный приёмный сейсмический модуль 3 включает установку из четырёх ПСС и жёстко связанный с ней гравитационный датчик ориентации, выполненный в виде шарика (или маятника) из проводящего материала, замыкающего секторные контакты, размещённые по круговым направляющим цилиндрического корпуса модуля ПСС. При этом первый-третий ПСС расположены под углом 120 в плоскости, ортогональной линии наблюдений, а ось чувствительности четвёртого приёмника размещена по горизонтальной линии наблюдений. Датчик ориентации модуля 3 имеет не менее 12 секторных контактов, соответствующих углу сектора не более 30°.
Известное устройство 1 для поляризационной разведки, принятое за прототип, содержит бортовую часть, установленную на ПИС и забортные, укладываемые на дно приёмные устройства, выполненные в виде шланговых комбинированных или кабельномодульных устройств геофонного и гидрофонного типов, каждое из которых предназначено для регистрации всех типов (компонент) упругих волн или специализировано на приёме одной компоненты поля с заданной поляризацией. В качестве приёмного сейсмического модуля в 1 используется, как правило, устройство 3.
Однако, в ряде случаев в качестве датчиков ориентации в многокомпонентном приёмном устройстве целесообразно использовать бесконтактные датчики с повышенной точностью (с возможностью определения угла ориентации до 3°), а в конструкцию донной косы включить несколько усилителей-ретрансляторов для обеспечения адекватных сигналов на борту НИС при большой протяжённости укладываемой на дно сейсмокосы.
Сущность предлагаемого технического решения заключается в создании многокомпонентного приёмного устройства для сейсмической разведки на шельфе и в переходных зонах суша - море, имеющего в своём составе такие приёмные сейсмические модули, которые путём специального конструктивного выполнения системы ПСС и датчиков ориентации ПСС в пространстве позволили бы снизить погрешность съёмки и проводить многокомпонентную (включая МВС) съёмку, обеспечивая достаточно высокую чувствительность и точность измерений относительно простым и универсальным устройством с бесконтактным датчиком ориентации без применения сложных и дорогостоящих систем самоориентации.
Основной технический результат предлагаемого технического решения - повышение точности, надёжности и достоверности сейсмической съёмки и, как следствие, - увеличение информативности данных сейсморазведки при снижении трудоёмкости и стоимости работ. При этом обеспечивается оптимальность показателей по критерию «сложность - стоимость - точность - эффективность, т.е. достижение максимальной точности и эффективности при приемлемых сложности и стоимости устройства.
Технический результат достигается следующим образом.
Многокомпонентное приёмное устройство (МПУ) для сейсмической разведке на шельфе и в переходных зонах суша-море, характеризуется наличием технических и программных средств и содержит бортовой вычислительный модуль (БВМ), установленный на борту обеспечивающего научно-исследовательского судна (НИС), и носитель геофизической аппаратуры (ПГА), выполненный в виде, по крайней мере, одной буксируемой НИС и укладываемой на дно сейсмической косы с размещёнными в ней блоками донных сейсмических приёмников геофонного и гидрофонного типов.
Отличие МПУ от прототипа заключается в том, что блоки донных сейсмических приёмников выполнены в виде приёмных сейсмических модулей (ПСМ), соединённых между собой и с БВМ кабельными секциями, каждый из ПСМ включает размещённые в цилиндрическом корпусе три пьезоакселерометра, гидрофон и датчик ориентации ПСМ, выходы которых подключены к входам блока электроники, состоящего из предусилителей, фильтров и аналого-цифровых преобразователей (АЦП). Пьезоакселерометры в ПСМ расположены по взаимно ортогональным компонентам х, у, z, гидрофон размещён в центре корпуса ПСМ вдоль его оси, а датчик ориентации ПСМ, жёстко связанный с системой пьезоакселерометры-гидрофон, выполнен в виде бесконтактного датчика угла поворота ПСМ относительно вертикали и включает расположенный между светодиодами и фотодиодами прозрачный диск со смещённым центром тяжести и с нанесённым на нём штрих-кодом Грея. При этом диск установлен в плоскости, ортогональной линии наблюдений, с возможностью свободного вращения относительно оси корпуса ПСМ и имеет не менее 128 дискретных положений, соответствующих углу сектора поворота не более 3°.
Кроме того, МПУ отличается тем, что часть сейсмической косы, соединяющая её уложенную на дно часть с БВМ, снабжена модулями усилителей-ретрансляторов для обмена информацией между ПСМ и БВМ по кабельным секциям из бронированного многожильного кабеля, которые содержат шесть токопроводящих жил для подачи питания с борта НИС на ПГА и две витые пары для подачи управляющих и синхронизирующих сигналов с борта НИС на ПГА и передачи цифровых сейсмических данных от ПСМ и данных об ориентации ПСМ на БВМ.
Дд)( 5
в частных случаях выполнения МПУ укладываемая на дно часть косы включает до 120 ПСМ с наружным диаметром не более 0,07м, соединённых кабельными секциями длиной до 25м с диаметром кабеля не более 0,03м, а часть сейсмической косы, соединяющая донную часть с БВМ, включает до 6 модулей усилителей-ретрансляторов с наружным диаметром не более 0,07м, соединённых кабельными секциями длиной до 50м, при общей длине кабельных секций до 3200м, длине каждого ПСМ не более 0,6м и длине модулей усилителей-ретрансляторов не более 0,03м.
Отличием МПУ является также то, что БВМ включает соединённые входами-выходами интерфейсную плату ПСМ, персональный компьютер с пакетом программ специального математического обеспечения, лазерный принтер и магнитооптический накопитель с потоком информации не менее 1 Мбит/с и ёмкостью 5,2 Гбайт, а также блоки питания БВМ и ПСМ.
При этом в ряде случаев в ПСМ могут быть дополнительно введены пороговые устройства для фиксации шумов и обеспечения регистрации сейсмической информации только при полном окончании укладки донной части сейсмокосы и ПСМ на дно акватории.
Па фиг.1 представлена общая схема МПУ для сейсмической разведки на щельфе и в переходных зонах суша - море, на фиг.2 приведена схема конструктивного выполнения ПСМ.
МПУ (фиг.1) содержит БВМ 1, установленный на борту НИС 2, ПГА (сейсмокосу) 3 с приёмными сейсмическими модулями ПСМ 4, кабельными секциями 5 и модулями 6 усилителей-ретрансляторов. ПСМ 4 (фиг.2) включает цилиндрический корпус 7, блок из трёх пьезоакселерометров 8, гидрофон 9, датчик 10 ориентации ПСМ и блок 11 электроники (предусилители, фильтры, АЦП, пороговые устройства). 6
Работа МПУ в части отличия от работы прототипа и аналогов 1 3 заключается в следующем.
При укладывании с НИС 2 сейсмокосы 3 на дно акватории сейсмические приёмники (пьезоакселерометры) 8 ПСМ 4 принимают составляющие х, у, z волнового поля смещения, а гидрофон 9 акустические волны давления. Три приёмника 8, расположенные в плоскости, ортогональной линии наблюдений, позволяют определять фиксированные компоненты волнового поля в виде проекций показаний приёмников на выбранные направления, т.е. производить многокомпонентную съёмку. В зависимости от ориентации ПСМ 4 датчик 10 ориентации вырабатывает сигналы, которые совместно с сигналами от приёмников 8 и гидрофона 9 поступают в блок электроники 11. В датчике 10 ориентации система световодов (излучателей) и фотодиодов (приёмников) в совокупности с прозрачным диском со смещённым центром тяжести и с нанесённым на нём штрих-кодом Грея позволяет определять ориентацию корпуса 7 ПСМ 4 с точностью 3°. Смещение центра тяжести диска обеспечит его адекватное размещение в поле силы тяжести Земли за счёт свободного вращения относительно оси корпуса 7 ПСМ 4, реализуя бесконтактный гравитационный датчик ориентации. Сигналы от датчиков 8, 9, а также от датчика 10 ориентации, преобразованные в цифровую форму посредством АЦП блока 11 электроники, поступают для накопления и дальнейшей обработки на БВМ 2 (сейсмостанцию).
Для оптимизации совокупности получаемой геофизической информации в частных случаях укладываемая на дно часть косы Звключает до 120 ПСМ 4 с наружным диаметром не более 0,07м, соединённых кабельными секциями 5 длиной до 25м с диаметром кабеля не более 0,03м, а часть сейсмической косы 3, соединяющая донную часть с БВМ 1, включает до 6 модулей 6 усилителей7
ретрансляторов с наружным диаметром не более 0,07м, соединённых кабельными секциями 5 длиной до 50м, при общей длине кабельных секций 5 до 3200м, длине каждого ПСМ 4 не более 0,6м и длине модулей 6 усилителей-ретрансляторов не более 0,03м. При этом в ПСМ 4 (в блок электроники 11) аналогично 1 могут быть дополнительно введены пороговые устройства для фиксации шумов и обеспечения регистрации сейсмической информации только при полном окончании укладки донной части сейсмокосы 3 и ПСМ 4 на дно акватории.
Таким образом, за счёт специального конструктивного выполнения ПСМ МПУ и бесконтактного датчика ориентации его корпуса в пространстве повышается точность, надёжность и достоверность сейсмической съёмки. При этом ПСМ выполнены без сложных и дорогостояш,их систем самоориентирования, что обеспечивает оптимальность показателей по критерию «сложность стоимость - точность - эффективность.
ИСТОЧНИКИ ПО УРОВНЮ ТЕХНИКИ
I. Прототип и аналоги:
1.Пат. РФ №2072534, МПК G 01 V 1/38, опубл.: 27.01.97: ОБ «Изобретения, 1997, .№3, с.357 (прототип).
2.Пат.С111А №4942557, МКИ G 01 V 1/38, НКИ 367/15, опубл.: 17.07.90. (аналог).
З.Св-во на ПМ РФ №10889, МПК G 01 V 1/16, опубл. 16.08.99, ОБ «ПМПО, 1999, №8, с. 120 (аналог).
П. Дополнительные источники по уровню техники:
4.Гальперин Е.И., Иванов Л.И., Мирзоян Ю.Д. Применение поляризационного метода сейсморазведки для поиска нефти и газа/Обзорная информация. Сер. «Нефтегазовая геология и геофизика. -М.:ВНИИОЭНГ, 1981, 55с.
iOl
5.Пат. РФ №2030766, МПК G 01 V 1/00, опубл.: ОБ «Изобретения, 1995, №7, с.210.
6.А.С. СССР №688885, МКИ G О V 1/16, опубл.: ОБ «Изобретения, 1979, №36, с.161.
7.Пат. РФ №2107312, МПК G 01 V 1/22, опубл.: 20.03.98: ОБ «Изобретения, 1998, №8, с.474 - 475.
8.Пат. РСТ WO 85/05461, МКИ G 01 V 1/38, опубл.: 05.12.85.
9.Сейсморазведка. Справочник геофизика/Под ред. И.И.Гурвича, В.П.Номоконова. - М.: Недра, 1981 (с.226 - 227).
lui