УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОРСКОЙ ЭЛЕКТРОРАЗВЕДКИ НЕФТЕГАЗОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ И СПОСОБ ЕЕ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
DEVICE FOR MARINE ELECTRIC EXPLORATION OF OIL AND GAS FIELDS AND ITS IMPLEMENTATION

Заявляемая группа изобретений относится к области разведочной геофизики, в частности к комплексам оборудования для осуществления геоэлектроразведки методами вызванной поляризации и сопротивления, и предназначена для прогнозирования залежей углеводородов в транзитной зоне шельфа при глубинах моря от 0 до 10 м.
В настоящее время для морской разведки залежей углеводородов широко применяются различные методы, связанные с воздействием на морское дно импульсов электромагнитного поля, регистрацией изменений электромагнитных параметров придонных пород и анализом полученных данных для обнаружения имеющихся аномалий и определения их природы (RU 2236028, 2004; SU 1122998, 1984; SU 1798666, 1996; SU 1434385, 1988; US 4298840, 1981; US 4617518, 1986), которые осуществляют с помощью различных исследовательских комплексов аппаратуры и оборудования. Наиболее универсальным и перспективным при разведке с помощью судов является метод вызванной поляризации (ВП) (RU 2236028; RU 2253881, SU 1798666; SU 1434385; US 4298840; US 4617518), позволяющий при построении профиля учитывать как проводимость, так и поляризуемость пород морского дна.
Так, известны способы и устройства (RU 2236028; RU 2253881), в которых среда возбуждается буксируемой за судном горизонтальной генераторной линией, а измерение первичных и вторичных сигналов осуществляется буксируемой приемной линией длиной от 500 до 1000 м. Данное устройство практически не применимо в условиях мелководья, когда судно, на котором базируется установка, должно находиться на достаточном расстоянии от берега в зоне больших глубин. Кроме того, при использовании подобного способа возможности получения информации ограничены, т.к. предусматривают лишь два варианта: либо возбуждение среды на фиксированном симметричном относительно точки зондирования расстоянии, либо непосредственно в точке зондирования при двух измерительных установках. Так, в патенте RU 2236028 используют однополярные импульсы тока и генераторный диполь располагается по оси линии измерений.
Известен исследовательский комплекс (RU 0048645, 2005), состоящий из судна, на котором размещен генератор и блок формирования возбуждающего поля (БФП), позволяющие генерировать импульсы в дискретном режиме, измерительная аппаратура и вспомогательные устройства. БФП связан с погруженными в воду вертикальным диполем с питающими электродами, нижний конец которого находится на расстоянии не более 100 м от дна моря. Для регистрации сигналов используют комплект донных станций (ДС), в качестве которых используются типовые электрические или магнитные донные станции с гибкими штангами, служащими для размещения приемных электродов. Станции располагают таким образом, чтобы не менее трех станций находились 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. Способ измерения заключается в том, что при выходе судна в точку начала профиля перед постановкой донных станций производится синхронизация часов БФП и донных станций. Донные станции устанавливаются вдоль профиля измерений в заранее заданных точках таким образом, чтобы не менее трех станций находились в области возможного месторождения, а часть станций находилась за его пределами. После постановки станций судно выходит в точку, расположенную на расстоянии не менее глубины моря от начала профиля, генераторную линию опускают вертикально, чтобы нижний питающий электрод находился на расстоянии не более 100 м от дна, далее запускается БФП, который формирует двуполярные импульсы с паузами, оказывающие поляризующее действие на породы морского дна. В паузах к судовому генератору подключается неизлучающее балластное устройство, что снижает броски тока нагрузки. БРО осуществляет измерение тока в диполе с заданной программным путем дискретностью как во время импульса, так и в паузе между импульсами с фиксацией времени начала и конца каждого импульса. Донные станции осуществляют регистрацию сигнала с той же дискретностью, что и в БФП, как во время импульса, так и в паузе между импульсами. На базе полученных данных, характеризующих как проводимость, так и поляризуемость пород морского дна, строится профиль разреза, на базе которого делается заключение о наличии или отсутствии нефтегазовых месторождений.
Недостатком данного решения являлось практическая невозможность его применения в транзитной зоне шельфа в связи с необходимостью использования вертикальной генераторной линии длиной от нескольких десятков до нескольких сотен метров, что практически невозможно при глубинах до 10 м.
Наиболее близкими по технической сущности к заявляемому изобретению являются разработанные ранее авторами способ и аппаратурный комплекс для нефтегазоразведки (RU 2375728, 2009), в котором за маломерным судном буксируется электроразведочная установка общей длиной до 2000 м, состоящая из генераторной и приемной линий. В генераторной линии длиной 300-500 м формируются двуполярные импульсы тока с паузой между ними, приемная линия с минимум тремя электродами, расположенными вдоль нее с равномерным шагом, позволяет проводить измерения первых и вторых (аналогов пространственных производных) разностей потенциалов, как во время токового импульса, так и в паузах между ними. Способ состоит в том, что в качестве источника информации о состоянии пород используют данные как о проводимости пород, так и их поляризационные характеристики, в частности вычисляемые как непрерывное измерение первых и вторых разностей потенциалов электрического поля как во время пропускания тока, так и в паузе между ними в широкой пространственно-временной области. Для этого генераторную линию буксируют за судном по поверхности моря, возбуждение поля осуществляют знакопеременными импульсами прямоугольной формы, регистрируют развертку сигналов во времени с помощью многоканальных донных станций, снабженных приемными линиями (косами), имеющих не менее трех электродов, расположенных на расстоянии 50-500 м друг от друга, регистрируют временные ряды первых и вторых разностей потенциалов электрического поля между электродами как во время пропускания тока, так в паузе между импульсами, а при интерпретации информации используют информацию о поле как во время пропускания тока, так в паузе между импульсами в широкой пространственно-временной области и определяют не только сопротивление среды, но также ее поляризационные характеристики.
Способ ориентирован, в основном, на выявление аномалий вызванной поляризации (ВП), обеспечивает высокую производительность работ, однако имеет ряд существенных недостатков. Так применение электроразведочной установки большой протяженности не позволяет проводить измерения непосредственно вблизи берега и тем более в зоне перехода суша-море. Кроме того, ориентация на выявление только аномалий ВП приводит к бурению непромышленных или разубоженных залежей.
Технической задачей, решаемой авторами, являлось повышение точности прогноза за счет создания технологии, обеспечивающей непрерывность измерений.
Технический результат в отношении заявляемого устройства был получен путем применения комплекта донных станций с не менее чем одним измерительным каналом, соединенных друг с другом электроразведочными косами длиной 500-1000 метров с неполяризующимися измерительными электродами, расположенными на косе таким образом, чтобы образовать для каждой станции, по крайней мере, один симметричный относительно станции разнос, равный длине электроразведочной косы, причем электроды для измерения соседними станциями расположены на косе напротив друг друга для измерения поля в одной и той же точке, что обеспечивает непрерывность и равномерность измерения поля по профилю. Станция может быть дополнена вторым измерительным каналом с симметричным относительно станции разносом, имеющим размер в 10 раз меньше длины генераторного диполя, но не менее 10 метров.
Предлагаемая конструкция обеспечивает оптимальную схему измерений, поскольку при прохождении генераторного диполя вблизи станции измерения на малом разносе в частотной области обеспечивают разрешение по сопротивлению верхней части разреза, а во временной - измерение разнонаправленных сигналов электродинамического становления и ВП. Основные разносы образуют непрерывный профиль измерений и для каждого импульса тока могут суммироваться, образуя измерительные разносы, кратные длине приемной линии.
Технический результат в отношении заявляемого способа состоит в том, что перед постановкой станций на дно сверяют часы, установленные на генераторном устройстве и на донных станциях, генераторную линию буксируют за судном по поверхности моря, возбуждение поля осуществляют знакопеременными импульсами прямоугольной формы с паузой между ними и задаваемыми программным путем длительностью и скважностью, с помощью комплекта донных станций с приемными линиями, образующими вдоль всего исследуемого профиля равномерную непрерывную сеть измерений по разносам, равным длине приемной линии, и равномерную сеть по разносам, симметричным относительно станции и имеющим длину не менее чем в 10 раз меньше длины генераторного диполя, регистрируют для каждого положения генераторного диполя, определяемого с помощью буев с приемоиндикаторами спутниковой навигации, возникающие на парах приемных электродов сигналы во временной и частотной областях как во время импульсов тока, так и в паузе между ними, а при анализе сигналов выделяют участки профиля, где сигналы электродинамического становления и становления вызванной поляризации имеют противоположные знаки, по изменениям которых вдоль профиля выявляют аномалии ВП, по данным сигналов во временной и частотной области для дистанционных и вертикальных зондирований строят разрез удельного сопротивления вдоль профиля и по корреляции аномалий вызванной поляризации и удельного сопротивления судят о наличии залежей углеводородов.
Непрерывность сети измерения по основным разносам позволяет для положения генераторного диполя, определяемого по данным системы спутниковой навигации, симметричного относительно станции для каждой станции строить систему измерений поля симметричными установками с последовательно увеличивающимися длинами приемных линий. Поскольку исходя из принципа взаимности поле, возбуждаемое в средней трети симметричной приемной линии, практически не меняется, сигналы от генераторного диполя, перемещающегося в этом интервале, могут суммироваться для подавления помехи, что особенно важно на больших разносах для увеличения глубинности исследований.
Изложенные положения иллюстрируются следующими чертежами.
1
1
2
2
На фиг. 1 приведена схема комплекса донных станций, где 1 - донная станция, 2 - электроразведочная коса, 3 - силовые узлы крепления, 4 - герморазъемы, MN, MN - соответствующие пары электродов.
На фиг. 2-5 приведены результаты математического моделирования сигнала вне и над залежами для симметричной установки. На фиг. 2 - модель среды вне залежи и для нефтяной и газовой залежей. На фиг. 3 показаны сигналы становления поля, измеряемые симметричной установкой для разных типов разреза. На фиг. 4 показаны изменения сигнала вдоль теоретического профиля для разных задержек (изохроны) для газонасыщенной модели. На фиг. 5 показаны изменения сигнала вдоль теоретического профиля для разных задержек (изохроны) для нефтенасыщенной модели. На фиг. 6 показана схема перестроения измеренных данных в данные вертикального электрического зондирования. Здесь 5 - маломерное генераторное судно, 6 - генераторный диполь с электродами А и В, 7 - буи с приемниками спутниковой системы навигации для определения координат электродов.
На фиг. 7 приведена схема работы с комплексом.
Получение информации о структуре морского дна осуществляется следующим образом (фиг. 7). Судно-постановщик (не показано) выходит в точку на продолжении профиля на расстоянии, равном длине приемной линии от его начала, и сбрасывает самовсплывающий буй 8 с грузом, к которому присоединен отвязочный фал с отрицательной плавучестью 9. Диаграмма направленности антенны акустического размыкателя буя должна иметь ширину 90-180 градусов и быть направлена горизонтально наружу относительно направления профиля. По мере движения судна-постановщика по профилю осуществляется последовательный выпуск отвязочного фала 9, приемных линий 2 со станциями 1. Точки сброса станций фиксируются с помощью системы спутниковой навигации. В конце расстановки, по аналогии с началом, сбрасывается самовсплывающий буй с диаграммой антенны размыкателя, направленной наружу. После окончания расстановки генераторное судно 5 с генераторным диполем 6, неизлучающим балластным сопротивлением 10, оснащенное дизель-генератором генераторного диполя 11 и блоком формирования импульсов тока 12, выходит в заданную точку профиля и начинается его отстрел. По мере движения судна 5 по профилю в генераторном диполе 6 с помощью устройства 12 формируются двухполярные импульсы тока с паузой между ними. Начало и конец импульсов тока, их длительность контролируются часами системы спутниковой навигации 13, синхронизированными с часами станций 1. Во время пауз между токовыми импульсами дизель-генератор 11 нагружается на балластное сопротивление 10. После отстрела профиля судно-постановщик по акустическому каналу подает команду на всплытие самовсплывающего буя, осуществляется последовательная выборка отвязочного фала 8, приемных линий 2 и станций 1.
После отработки профиля, в зависимости от погодных условий, осуществляется постановка станций и отстрел следующих профилей либо производится скачивание информации со станций для оценки качества материалов и последующей обработки и интерпретации. В процессе обработки данных во временной области выявляются зоны аномальных сигналов ВП, а в частотной области - участки профиля с повышенными значениями кажущегося удельного сопротивления целевого горизонта. Корреляция выявленных аномалий ВП и сопротивления позволяет еще на стадии производства работ оценивать перспективность участка и принимать управленческие решения по изменению и детализации сети съемок.