ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ КОМПЛЕКС "VESOTEM" ДЛЯ МОРСКОЙ ЭЛЕКТРОРАЗВЕДКИ НЕФТЕГАЗОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

Полезная модель относится к области разведочной геофизики, в частности к комплексам оборудования для осуществления геоэлектроразведки и предназначена для прогнозирования залежей углеводородов при зондировании морского дна в глубоководной части шельфовой зоны.
В настоящее время для морской разведки залежей углеводородов широко применяются различные методы, связанные с воздействием на морское дно импульсов электромагнитного поля, последующей регистрацией изменений электромагнитных параметров придонных пород и анализом полученных данных для обнаружения имеющихся аномалий и определения их природы. Разведку осуществляют с помощью различных исследовательских комплексов аппаратуры и оборудования (ИК) (пат. РФ №2236028, 2004; авт. св. СССР №1122998, 1984; авт. св. СССР №1798666, 1996; авт. св. СССР №1434385, 1988; пат. США №4298840, 1981; пат. США №4617518, 1986).
Так, известен комплекс для морской электроразведки на дрейфующей льдине, состоящий из возбуждающих и приемных установок, источника знакопеременных периодических импульсов тока и установки обработки данных. При использовании комплекса возбуждающую и приемные установки
размещают вертикально подо льдом в неподвижном слое воды (RU 2069375, 1993) Подачу импульсов проводят источником знакопеременных периодических импульсов тока силой в несколько десятком ампер с помощью ЭРС 72 или иной установки, обработку данных с помощью цифровой электроразведочной станции типа ЦЭС. Профилирование разреза осуществляют. с фиксированным расстоянием между точками возбуждения и приема сигналов после воздействия знакопеременным импульсом. Измеряют только вертикальную компоненту электрического поля. Однако данный способ не может быть использован при измерениях в движении судна, т.к. основывается на работе с неподвижным относительно льдины слоем воды. Кроме того метод неработоспособен при работе на глубине более 200 м.
Более универсальными и перспективными при разведке с помощью судов являются методы, связанные с использованием для анализа данных по поляризации пород под воздействием электромагнитного поля (метод вызванной поляризации, становления поля и т.п.). (пат. РФ №2236028, 2004; авт. св. СССР №1122998, 1984; авт. св. СССР №1798666, 1996; авт. св. СССР №1434385, 1988; пат. США №4298840, 1981; пат. США №4617518, 1986)
В частности, в авт. св. СССР №1434385, 1988 предлагается ИК состоящий из раскладываемой на дне питающей линии, длина которой в 5-10 раз больше заданной глубинности исследований, подключенного к ней генератора и датчиков измерений, подключенных к измерительной аппаратуре. После установки аппаратуры и компенсации сигналов естественного поля и собственной поляризации электродов датчиков в линии пропуская импульсы тока возбуждают электрическое поле и в конце импульса через заданный интервал времени измеряют соответствующие сигналы вызванной поляризации.
Недостатком данного ИК является относительно невысокая точность измерения и невозможность его применения на больших глубинах.
Известен способ проведения разведки месторождений с помощью метода вызванной поляризации (пат. РФ № 2094829, 1993), в рамках которого регистрируют напряженность электромагнитного поля индукционной вызванной
поляризации, представляющую собой разность между напряженностью полного поля и напряженностью поля, обусловленного процессом вызванной поляризации. По результатам анализа изменения данного параметра от времени судят о наличии геоэлектрических неоднородностей и их природе.
В типовой ИК, используемый для морской электроразведки, входит судно-носитель аппаратуры, снабженное эхолотом, буксируемые горизонтальный диполь с питающими электродами и приемные электроды. В комплект расположенной на судне аппаратуры входят блоки формирования импульсов, регистрации и анализа полученных данных и вспомогательные устройства, обеспечивающие привязку судна к точке исследований, фиксацию глубины моря и т.п. (пат. РФ №1819354,. 1990).
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому решению является ИК (пат. РФ №2236028, 2003), в состав которого входит судно (плавсредство), на котором расположен генератор прямоугольных токовых импульсов, погруженные в воду питающие электроды горизонтального токового диполя, приемные электроды, установленные на оси профиля через определенные заданные расстояния, компьютерные регистрирующие и обрабатывающие блоки, а также вспомогательные устройства, используемые для синхронизации измерений и фиксации точки зондирования (радиоприемник, спутниковая антенна и т.п.). В ходе исследований в конце каждого импульса тока и в паузах между импульсами измеряют мгновенные значения первых и вторых осевых разностей потенциалов и с помощью дальнейших расчетов строят модель анализируемой среды.
Недостатком данного ИК является невозможность работы с ним при исследовании больших глубин из-за отсутствия в этом случае поляризационного эффекта.
Задачей, стоявшей перед авторами, являлось создание ИК, способного проводить разведку морского дна на глубинах до 5000 м.
Технический результат достигается за счет того, что в ИК, состоящем из судна с генератором и блоком формирования возбуждающего поля, связанными
с погруженными в воду диполем с питающими электродами, регистрирующими устройствами, блоком регистрации и обработки данных и вспомогательной аппаратурой, вместо горизонтального питающего диполя применяется вертикальный диполь, нижний конец которого находится на расстоянии не более 100 м от дна моря, а для регистрации сигналов используют комплект донных станций.
Как выяснилось в ходе проведенного исследования использование такого вертикального диполя в отличии от горизонтального способно вызывать поляризацию пород и при исследовании больших глубин моря.
Необходимость регистрации изменения электромагнитного поля на больших глубинах требует перехода от регистрационных устройств, находящихся на борту судна к донным станциям, т.к. в противном случае технологически сложно зафиксировать изменения электромагнитного поля на больших глубинах. В качестве донных станций (ДС) используются типовые электрические или магнитные донные станции или их сочетание. Такие донные станции, в частности, описаны в пат. США №5770945, 1998 или в Англ. пат №2402745, 2003. Станции располагают по традиционной схеме, таким образом, чтобы не менее трех станций находилась в области возможного месторождения, а часть станций находилась за его пределами.
В качестве вспомогательных устройств в ИК входят, в частности, блок системы самовсплытия донных станций, балластное устройство, обеспечивающее рассеивание мощности генератора в промежутках между импульсами и представляющее собой пары разнонаправленных электрических диполей с равными моментами, аппаратура для определения места судна, глубины моря и т.п.
Достигаемым техническим результатом является возможность проводить разведку при существенно большей глубине моря (с 200-300 до 5000 м) при одновременном сохранении преимуществ метода ВП, позволяющего проводить исследования с повышенной степенью точности и надежности результатов измерения.
Общая схема ИК приведена на фиг.1, где используются следующие обозначения.
1 - судно, на борту которого находится судовой генератор 2, блок формирования возбуждающего поля (БФП) 3, и блоком регистрации и обработки данных (БРО) 4;
5 - генераторная линия (диполь);
6 - верхний питающий электрод;
7 - нижний питающий электрод;
8 - первая линия (коаксиальный участок кабеля генераторной установки, подающий напряжение на питающий электрод 6);
9 - вторая линия (участок кабеля генераторной установки, соединенный с питающим электродом 7);
10 - модуль измерения давления и миниэхолот;
11 - балластное устройство;
12 - набортный акустический блок системы самовсплытия донных станций;
13 - донные станции;
14 - приемные электроды;
15 - гибких взаимоперпендикулярные штанги, служащие для размещения приемных электродов 14;
16 - индукционные датчики магнитного поля;
17 - размыкатели системы самовсплытия донных станций;
18 - груз, обеспечивающий погружение станции.
Исследовательский комплекс работает следующим образом. При выходе судна 1 в точку начала профиля перед постановкой донных станций производится синхронизация часов БПФ 3 и донных станций 13 по эталонным сигналам (например, сигналу PPS системы GPS). Донные станции 13 устанавливаются вдоль профиля измерений в заранее заданных точках таким образом, чтобы не менее трех станций находилась в области возможного месторождения, а часть станций находилась за его пределами.
После постановки станций 13 судно выходит в точку, расположенную на расстоянии не менее глубины моря от начала профиля, генераторную линию 5 опускают вертикально, чтобы нижний питающий электрод 7 находился на расстоянии не более 100 м от дна, что контролируется по показанию мини-эхолота модуля 10. Далее запускается БФП 3, который формирует двуполярные импульсы с паузами, оказывающие поляризующее действие на породы морского дна. Длительность импульсов и пауз составляет от 0.5 до 16 сек. В зависимости от стоящих задач и особенностей используемой аппаратуры. В паузах к судовому генератору 2 подключается неизлучающее балластное устройство 11, что снижает броски тока нагрузки. БРО 4 осуществляет измерение тока в диполе 5 с заданной программным путем дискретностью, как во время импульса, так и в паузе между импульсами с фиксацией времени начала и конца каждого импульса. В процессе формирования возбуждающего поля судно 1 позиционируется в заданной точке по сигналам GPS в течение не менее 10 минут. При этом донные станции 13 осуществляют регистрацию сигнала с той же дискретностью, что и в БФП 3, как во время импульса, так и в паузе между импульсами.
Далее судно переходит в следующую заданную точку, где процесс повторяется. После прохождения всего профиля выключается БФП 3, генераторную линию (диполь) 5 поднимают на борт и дается команда на блок системы самовсплытия донных станций 12 на последовательное всплытие донных станций 13. После подъема донных станций осуществляют измерение величины взаимного рассогласования часов донных станций и генераторной линии 5. Полученная невязка равномерно распределяется по всему периоду измерения. Измеренные в моменты токовых импульсов и пауз сигналы с донных станций 13 переписываются в БРО 4 для дальнейшей обработки и интерпретации.
На фиг.2 и 3 приведены результаты расчета электрических полей, регистрируемых донными станциями, для морского месторождения углеводородов
с параметрами удельного сопротивления ρ и с параметрами η, τ и c, характеризующими частотную дисперсию (ВП) согласно формуле Cole-Cole:
, где j - номер слоя;
при использовании традиционной схемы возбуждения горизонтальным электрическим диполем (ГЭД) при глубине моря 500 м и при использовании вертикального электрического диполя (ВЭД) при глубине моря 1000 м (сплошные линии модель с залежью и измененными породами, пунктир - фон).
Как видно из приведенных данных при использовании ГЭД уже на глубине 500 м отличие полей при наличии углеводородов и их отсутствии практически отсутствуют, в то время как при использовании ВЭД отличия в поздней стадии процесса становления {t>0.5 с) весьма существенны и могут быть зарегистрированы посредством донных станций.
На фиг.4 проиллюстрировано изменение сигналов в том случае, если нижний электрод диполя отдаляется от дна (t>1.0 с). Из приведенного графика следует, что при удалении электрода от дна более чем на 100 м различие в полях в присутствии и отсутствии месторождения углеводородов становится малоинформативным.
Приведенные выше результаты показали возможность получения поляризационных характеристик пород при использовании заявляемого исследовательского комплекса и его перспективность для разведки месторождений углеводородов глубоководного шельфа с целью осуществлять более качественный прогноз на наличие углеводородов под морским дном в районе поиска.