СПОСОБ ПЛОЩАДНОЙ МОРСКОЙ СЕЙСМИЧЕСКОЙ РАЗВЕДКИ
AREAL MARINE SEISMIC EXPLORATION METHOD

Изобретение относится к морской сейсмической разведке и может быть использовано для трехмерной разведки нефти и газа на акваториях с широким диапазоном глубин, в переходных зонах море-суша, для активного и пассивного мониторинга морских углеводородных месторождений при их разработке, для морских разреженных трехмерных работ и для исследований земной коры.
Известен способ морской поляризационной сейсморазведки, включающий размещение средств регистрации в водной среде, излучение, прием и регистрацию волн группами сейсмоприемников гидрофонного и геофонного типов по методике многократных перекрытий или одинаковых зондирований, измерение трехмерных полей скорости звука, температуры, плотности, солености и поля скорости течения с последующим восстановлением характеристик среды по измерениям задержек сигналов, синхронное излучение сигналов в диапазоне 2000-5000 Гц, определение по принятым сигналам циркуляции поля вдоль замкнутых лучевых траекторий путем сравнения прямого измерения разности времен по кругу во взаимно противоположных направлениях по различным лучам, определение по этой разности взаимного расположения средств регистрации друг относительно друга после реконструкции поля скорости звука по задержке сигнала по глубоководному лучу. (RU, патент №2279696, 2006 г.).
Недостатком данного способа является низкая достоверность и точность морской разведки, т.к. невозможно получить изображение осадочной толщи на необходимую глубину из-за высокочастотности зондирующего сигнала, который распространяется только в придонных слоях.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ морской многоволновой многокомпонентной сейсморазведки, включающий синергию совокупных синхронных измерений донными сейсмоприемниками, в качестве которых используют установленные в заданном районе акватории автономные донные сейсмические станции, и буксируемых сейсмокос ближней и дальней зон, использование для интерпретации данных, кинематические и динамические характеристики всей совокупности отраженных, рефрагированных, головных продольных и поперечных волн, синхронно зарегистрированных автономными донными сейсмическими станциями и сейсмокосами ближней и дальней зон (RU, патент №2246122, 2005 г.).
Недостатком данного способа является низкая достоверность и точность морской разведки, т.к. разведка двухмерная и проводится в определенных направлениях, определяемых буксировкой косы и с ограничением удаления длиной косы, низкая производительность способа из-за наличия двух разнородных приемных устройств, одно из которых (косы) не работает при установке и подъеме со дна акватории автономных донных сейсмических станций. Кроме того, редкие многокомпонентные измерения на дне акватории исследуемого участка не позволяют сформировать его устойчивое изображение по горизонтальным и вертикальным компонентам, а соединение поверхностных и донных полученных данных затруднено из-за различий в форме импульса и частотном составе.
Техническим результатом является повышение достоверности и точности морской площадной сейсмической разведки измерений за счет полноазимутальной разведки целевых горизонтов исследуемого участка, повышение производительности работ и снижение затрат на проведение работ при улучшении качества результата работ.
Технический результат достигается в способе площадной морской сейсмической разведки, включающем расстановку посредством судна регистратора на дне акватории исследуемого участка по параллельным линиям профилей с заданным шагом автономных самовсплывающих многокомпонентных донных регистраторов (АСДР), непрерывное излучение сейсмических колебаний по меньшей мере одним источником, установленным на судне-излучателе, проходящим между профилями расстановки АСДР, при этом направление движения судна-излучателя параллельно указанным профилям, регистрацию сейсмических колебаний каждым АСДР, обработку полученных данных, включающую выделение в зарегистрированных колебаниях однократных и многократных волн путем суммирования вертикальной компоненты вектора скорости смещения частиц дна и колебаний давления в воде, построение по полученным данным пространственных глубинных и временных изображений исследуемого участка, при этом после прохождения судном-излучателем половины профилей начинают непрерывную перестановку АСДР на следующие профили, начиная с АСДР, расположенных на первом профиле, сбор АСДР осуществляется судном-регистратором, оборудованным гидрофонами гидроакустической связи с АСДР, при непрерывном его движении вдоль профилей расположения АСДР, а судно-излучатель начально расположено на расстоянии R от первого профиля расположения АСДР, равном 0,5D≤R≤D, где D - ширина исследуемого участка.
Отличительными признаками предлагаемого способа являются расстановка посредством судна-регистратора на дне акватории исследуемого участка по параллельным линиям профилей с заданным шагом автономных, самовсплывающих многокомпонентных донных регистраторов (АСДР), прохождение судна излучателя между профилями расстановки АСДР, направление движения судна-излучателя параллельно указанным профилям, обработку полученных данных, включающую выделение в зарегистрированных колебаниях однократных и многократных волн путем суммирования вертикальной компоненты вектора скорости смещения частиц дна и колебаний давления в воде, после прохождения судном-излучателем половины профилей оно начинает непрерывную перестановку АСДР на следующие профили, начиная с АСДР, расположенных на первом профиле, а сбор АСДР осуществляется судном-регистратором, оборудованным гидрофонами гидроакустической связи с АСДР, при непрерывном его движении вдоль профилей расположения АСДР, начальное расположение судна-излучателя на расстоянии R от первой линии профиля расположения АСДР, равном 0,5D≤R≤D, где D - ширина исследуемого участка. Это позволяет повысить достоверность и точность результатов морской сейсмической разведки. Расстановка посредством судна-регистратора на дне акватории исследуемого участка по параллельным линиям профилей с заданным шагом автономных, самовсплывающих многокомпонентных донных регистраторов (АСДР) позволяет повысить достоверность и точность морской разведки за счет полноазимутального (по всем направлениям) исследования целевых горизонтов исследуемого участка, которое дополнительно позволяет получать полноазимутальные карты распределения амплитуд целевых горизонтов исследуемого участка для идентификации плотности разломов и их ориентации, за счет достижения необходимого удаления источника излучения от донных регистраторов во всех направлениях, что позволяет получать изображения подсолевых структур и зон наддвигов в условиях сложной тектонической обстановки, за счет исключения влияния шума с поверхности акватории и погодных условий на результаты разведки, за счет отсутствия участков без данных в зонах препятствий и мелководья, интенсивного морского судоходства и рыболовства и за счет расширения частотного диапазона принимаемых сигналов на дне акватории, что позволяет получать изображения более глубоких горизонтов. Автономность АСДР позволяет осуществлять полноазимутальную и широкоугольную морскую сейсморазведку, контролировать качество зарегистрированной каждым регистратором информации и при необходимости повторять измерения. Многокомпонентность АСДР позволяет получать изображения целевых горизонтов в поперечных волнах, исключать влияние многократных и обменных волн на результирующие изображение. Самовсплывание АСДР позволяет организовать высокопроизводительную морскую сейсморазведку. Установка АСДР по параллельным линиям профиля с заданным шагом позволяет организовать равномерные по площади измерения в продольном и поперечном направлениях. Обработка полученных данных, включающая выделение в зарегистрированных колебаниях однократных и многократных волн путем суммирования вертикальной компоненты вектора скорости смещения частиц дна и колебаний давления в воде профилям позволяет очистить полученное итоговое изображение исследуемого участка от многократных волн - помех и получить качественное изображение целевых горизонтов исследуемого участка для продольных и поперечных волн. Непрерывная перестановка АСДР после прохождения судном-излучателем половины профилей на следующие профили, начиная с АСДР, расположенных на первом профиле, позволяет использовать минимально возможное количество АСДР и проводить излучения судном-излучателем без перерывов, что существенно сокращает время работ и тем самым снижает затраты на их проведение. Сбор АСДР осуществляется судном-регистратором, оборудованным гидрофонами гидроакустической связи с АСДР, при непрерывном его движении вдоль профилей, что позволяет повысить производительность разведки. Т.к. профили АСДР установлены по параллельным линиям, то судно-регистратор двигается вдоль этих профилей. Начальное расположение судна-излучателя на расстоянии R от первой линии профиля расположения АСДР, равном 0,5D≤R≤D, где D - ширина исследуемого участка, позволяет достичь равномерной кратности измерений исследуемого участка, равномерного распределения ближних и дальних удалений по азимуту, что повышает достоверность и точность разведки.
Способ площадной морской сейсмической разведки поясняется чертежами, где на фиг.1 представлено расположение АСДР при начальной расстановке на дне и начальное расположение судна-излучателя, на фиг.2 - движение судна-регистратора, на фиг.3 - сбор АСДР судном-регистратором.
Способ площадной морской сейсмической разведки осуществляется следующим образом.
На дне акватории исследуемого участка производят расстановку посредством судна-регистратора по параллельным линиям профилей с заданным шагом автономных самовсплывающих многокомпонентных донных регистраторов (АСДР). По меньшей мере один источник, установленный на судне-излучателе, непрерывно излучает сейсмические колебания. Судно-излучатель проходит между профилями расстановки АСДР. Направление движения судна-излучателя параллельно указанным профилям. Судно-излучатель в начале работы расположено на расстоянии R от первого профиля расположения АСДР, равном 0,5D≤R≤D, где D - ширина исследуемого участка. Каждый АСДР регистрирует сейсмические колебания. После прохождения судном-излучателем половины профилей начинают непрерывную перестановку АСДР на следующие профили, начиная с АСДР, расположенных на первом профиле. Сбор АСДР осуществляется судном-регистратором, оборудованным гидрофонами гидроакустической связи с АСДР, при непрерывном его движении вдоль профилей расположения АСДР. После считывания данных, записанных АСДР, проводят их обработку, включающую выделение в зарегистрированных колебаниях однократных и многократных волн путем суммирования вертикальной компоненты вектора скорости смещения частиц дна и колебаний давления в воде, построение по полученным данным пространственных глубинных и временных изображений исследуемого участка.
Конкретный пример реализации способа площадной морской сейсмической разведки.
2
В районе работ на акватории площадью 360 км (20 км × 18 км) находятся два судна - судно-регистратор и судно-излучатель. На дне участка исследуемой акватории (20 км × 5 км) осуществляют расстановку посредством судна-регистратора по параллельным линиям 12 профилей с заданным шагом (450 м) 496 автономных самовсплывающих многокомпонентных донных регистраторов (АСДР). На каждом профиле установлено 41 АСДР через 450 м. Судно-излучатель буксирует 2 источника, выполненные в виде последовательно закрепленных между собой пневмоизлучателей разного объема, расположенных в по меньшей мере в два ряда и попеременно излучающих сейсмические колебания. Судно-излучатель проходит между профилями расстановки АСДР. Направление движения судна-излучателя параллельно указанным профилям. Судно-излучатель начинает работу с удаления от первого профиля расположения АСДР на расстоянии R, равном 2,5 км, 0,5D≤R≤D, где D - ширина участка, на котором установлены АСДР. R=2,5, D=5 км Расстановка АСДР осуществляется во время работы судна-излучателя. На нем установлены высокопроизводительные компрессора, щит распределения высокого давления от компрессора в каждый пневмоизлучатель, достаточно емкий ресивер (накопитель) для сжатого воздуха, шланги высокого давления, подающие сжатый воздух от компрессора в каждый пневмоизлучатель, водостойкий электрокабель, подающий сигнал подрыва в каждый пневмоизлучатель с компьютерного пульта управления излучениями и передающий сигналы срабатывания каждого пневмоизлучателя обратно в компьютерный пульт управления излучениями, навигационная система, вычисляющая момент каждого излучения, согласно текущему положению судна и спланированного сеткой излучений при съемке. Расстояние между пневмоизлучателями 1,5-2 метра и выбирается исходя из расчета нужной формы импульса при срабатывании их для каждого источника. Перед стрельбой пневмоизлучатели вывешиваются за корму и разводятся по разным сторонам борта судна, так чтобы при буксировке они не пересекали линии движения друг друга. Компрессора работают и наполняют магистрали сжатым воздухом. В момент излучения, навигационная система посылает импульс срабатывания на компьютеризированный пульт управления излучениями и сигнал на срабатывание в каждый пневмоизлучатель. Момент срабатывания каждого пневмоизлучателя передается обратно в пульт управления для планирования индивидуальной задержки для каждого пневмоизлучателя при следующем выстреле, чтобы обеспечивать максимальную синхронность срабатывания всего ряда. В другой момент времени, когда другой ряд пневмоизлучателей подходит к заданному месту излучения, навигационная система дает сигнал на его срабатывание. Процесс повторяется до тех пор, пока весь участок не будут отработан. Судно-регистратор имеет переднюю надстройку и большую заднюю палубу, где можно разместить достаточное количество АСДР и балластных грузов для них. К корпусу судна-регистратора жестко прикреплены гидрофоны гидроакустической связи с АСДР. Это можно сделать через шахту в корпусе или же закрепить сбоку судна на поворотной штанге. Для ловли всплывших АСДР с воды имеется ковш захвата и транспортная лента доставки АСДР на палубу.
apx
в
apx
в
0,5
3
2
После прохождения судном-излучателем половины профилей начинают непрерывную перестановку АСДР на следующие профили, начиная с АСДР, расположенных на первом профиле. Сбор АСДР осуществляется судном-регистратором, оборудованным гидрофонами гидроакустической связи с АСДР, при непрерывном его движении вдоль профилей расположения АСДР. После считывания данных, записанных АСДР, проводят обработку полученных данных, включающую выделение в зарегистрированных колебаниях однократных и многократных волн путем суммирования вертикальной компоненты вектора скорости смещения частиц дна и колебаний давления в воде, построение по полученным данным пространственных глубинных и временных изображений исследуемого участка. Компьютером, связанным с беспроводной точкой доступа на палубе, через которую будет считываться информация и проводиться контроль качества данных и их предобработка, будет проверяться работоспособность регистратора и его программирование для следующей постановки. Для определения местонахождения судна используется спутниковая морская навигационная система. Для постановки на дно АСДР задают параметры регистрации сбора информации (количество каналов, частота дискретизации, время начала регистрации и т.д.), снаряжают балластным грузом, устанавливают на транспортную ленту, которая доставляет станцию к уровню моря (обычно используется наклонная палубу на корме судна), в момент прохождения точки постановки АСДР навигационная система дает сигнал на устройство постановки и оно освобождает АСДР от захвата. В результате АСДР попадает в воду, где свободно падает на дно в точку регистрации. При сборе АСДР со дна акватории, судно-регистратор выходит к началу линии, где установлены АСДР. Каждый АСДР использует для гидроакустической связи (посредством гидроакустической антенны) с судном свой опознавательный код. Судно-регистратор последовательно посылает гидроакустические сигналы на всплытие каждому стоящему в профиле АСДР с небольшой временной задержкой и начинает движение на встречу вплывающим АСДР. По получении сигналов на всплытие, АСДР освобождает захват балластного груза и начинает всплывать к поверхности моря. Время всплытия зависит от глубины моря и происходит с постоянной скоростью, определяемой по формуле {(F-mg)/(СρS)}, где (F-mg) результирующая выталкивающая сила, равная разности силы Архимеда и веса тела в воздухе, ρ - плотность воды, кг/м и S - площадь поперечного сечения контейнера, в котором расположен регистратор, м, С - безразмерный коэффициент, зависящий от формы поперечного сечения контейнера, для сферы он равен единице. Судно-регистратор начинает собирать всплывшие АСДР и одновременно дает сигналы на всплытие следующим стоящим в профиле АСДР, с таким расчетом, чтобы обеспечить непрерывное движение вдоль профиля регистраторов и их подъем на борт по мере их всплытия на поверхность. Судно-регистратор может быть оборудовано специальным ковшом захвата с транспортной лентой для ловли АСДР с поверхности воды. Такое устройство обеспечивает более быструю ловлю всплывших станций и доставку на борт. На палубе судна зарегистрированные АСДР данные копируются по беспроводному или проводному интерфейсу в обрабатывающий компьютер, после чего АСДР программируется на новый цикл записи данных, и после прикрепления нового балластного груза АСДР готово к новой постановке на дно.
Предлагаемый способ площадной морской сейсмической разведки позволяет повысить достоверность и точность морской площадной сейсмической разведки измерений за счет полноазимутальной разведки целевых горизонтов исследуемого участка, повысить производительность работ, снизить затраты на проведение работ при улучшении качества результата работ.