устройство для морской электроразведки в движении судна и способ морской электроразведки

Формула изобретения

1. Устройство для морской электроразведки в движении судна, состоящее из блока формирования возбуждающего поля, включающего судовой генератор, коммутатор, формирующий двуполярные прямоугольные импульсы постоянного тока, генераторную установку и балластное устройство, и блока измерения сигналов, включающего приемную многоэлектродную линию, резистивиметр, многоканальное измерительное устройство, судовой эхолот, приемоиндикатор Global Position System и процессор для обработки сигналов, отличающееся тем, что в блоке формирования возбуждающего поля коммутатор обеспечивает формирование двух разнополярных прямоугольных импульсов тока на питающих электродах длительностью 0,5-10 с и силой тока 5-1000 А, со скважностью последовательности импульсов, задаваемой программным путем, генераторная установка состоит из двух кабельных линий, причем первая линия имеет длину не более 100 м и снабжена хотя бы одним излучающим электродом, размещенным на конце или вблизи конца, вторая линия имеет длину 500-1000 м и снабжена хотя бы одним излучающим электродом, размещенным на конце или вблизи конца, обе линии размещены за кормой судна параллельно друг другу и выполнены из кабеля с положительной плавучестью 5-15%, излучающие электроды выполнены из токопроводящего материала, обеспечивающего их медленное разрушение при пропускании тока, неизлучающее балластное устройство размещено за кормой судна и представляет собой пары разнонаправленных электрических диполей с равными моментами, а в блоке измерения сигналов приемная многоэлектродная кабельная линия размещена за кормой судна на заданной глубине от поверхности воды, выполнена длиной около 2000 м из многожильного кабеля с плавучестью, близкой к нейтральной, связана с многоканальным измерительным устройством и снабжена приемными электродами, размещенными на приемной многоэлектродной кабельной линии с шагом около 200 м, пространственно расположенными как в промежутке между излучающими электродами генераторной установки, так и за ними.

2. Устройство для морской электроразведки по п.1, отличающееся тем, что кабельные линии генераторной установки выполнены из токопроводящего материала и изолированы от воды.

3. Устройство для морской электроразведки по п.1, отличающееся тем, что излучающие электроды генераторной установки выполнены из графитопласта.

4. Устройство для морской электроразведки по п.1, отличающееся тем, что балластное устройство выполнено из двух цилиндрических графитопластовых электродов, подключенных к положительному полюсу коммутатора и разделенных изолирующей вставкой из диэлектрика, и, по крайней мере, двух катодов, размещенных внутри изолирующей вставки симметрично к оси электродов соответственно на равном удалении от концов.

5. Устройство для морской электроразведки по п.1, отличающееся тем, что судовой генератор выполнен в виде генератора постоянного тока или генератора переменного тока снабженного выпрямителя.

6. Устройство для морской электроразведки по п.1, отличающееся тем, что внутри второй кабельной линии генераторной установки пропущены провода приемной многоэлектродной кабельной линии и приемная многоэлектродная кабельная линия подключена к концу второй кабельной линии генераторной установки.

7. Способ морской электроразведки, заключающийся в том, что выполняют исследование геологической среды вдоль профиля наблюдения путем возбуждения в среде периодических знакопеременных импульсов тока и определения геоэлектрических параметров среды, строят геоэлектрические разрезы, делают заключение о наличии залежи углеводородов по выявленным аномалиям проводимости и параметров вызванной поляризации, отличающийся тем, что исследование выполняют во время движения судна, для чего формируют двуполярные прямоугольные импульсы постоянного тока, длительность и скважность которого задается программным путем, исходя из суммарной проводимости геологического разреза и предполагаемой глубины залежи, осуществляют одновременное измерение электрического поля на парах приемных электродов приемной многоканальной линии как во время импульсов постоянного тока, так и в паузах между ними, для заданной в пространстве точки среды подбирают параметры слоистой проводящей и поляризующейся среды заданной точки профиля наблюдений таким образом, чтобы значения характеристик расчетного поля этой среды совпадали с величинами одновременных измерений на всех парах приемной многоканальной кабельной линии, полученных как во время импульсов постоянного тока, так и в паузах между ними, повторяют подбор параметров слоистой проводящей и поляризующейся среды геологического разреза для каждой заданной точки профиля наблюдения.

8. Способ морской электроразведки по п.7, отличающийся тем, что двуполярные прямоугольные импульсы постоянного тока и паузы между ними имеют длительность 0,5-10 с.

Описание изобретения к патенту

Группа изобретений «Устройство для морской электроразведки в движении судна и способ морской электроразведки» относится к области разведочной геофизики, в частности к геоэлектроразведке методом вызванной поляризации. Используется при зондировании морского дна в шельфовой зоне и предназначена для прогнозирования залежей углеводородов.

Известно изобретение «Способ морской электроразведки», патент RU, №2069375, в котором 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.

Известно изобретение «Способ морской электроразведки», патент RU, №2069375, в котором используют измерения, опирающиеся на регистрацию отношения второй разности потенциалов к первой. Способ позволяет увеличить чувствительность, но по изменениям характерных параметров графика: ординаты минимума, градиентов нисходящей и восходящей ветвей, а также по интерпретационным трансформациям измеряемого параметра судят о наличии аномальных зон поляризационного действия разреза. Однако способ не обладает достаточной разрешающей способностью в морских условиях.

Известен способ геоэлектроразведки, патент RU, №1436675, в котором возбуждают электромагнитное поле, пропуская через исследуемую среду периодическую последовательность знакопеременных прямоугольных импульсов. Измеряют первый и второй осевые разности потенциалов на заданной частоте. Однако способ не дает возможности построения модели геоэлектрического профиля исследуемой залежи.

Наиболее близким техническим решением для предложенного устройства и способа морской разведки является «способ электроразведки путем возбуждения импульсного электромагнитного поля», патент RU, №2094829, в котором в паузах между импульсами тока регистрируют напряженность электромагнитного поля индукционной вызванной поляризации, определяя геоэлектрические неоднородности. Однако предложенное решение основано лишь на специфической форме визуализации данных, измеренных на одном разносе, и не использует никаких модельных представлений исследуемой среды.

Требуется осуществить локализацию залежи углеводородов на основе изучения процессов становления электрического поля после возбуждения среды импульсами постоянного тока.

При этом требуется осуществить геоэлектроразведку залежи на основе изучения переходных процессов при становлении поля в среде после воздействия на поле импульсами постоянного тока. При этом изучаются кривые становления поля во время переходного процесса, которые после обработки представлены в форме модели среды, в том числе геоэлектрического разреза.

При этом техническим результатом группы изобретений является повышение надежности (достоверности) результатов исследования, уменьшение времени исследования.

Поставленную задачу предложено решить при использовании многоканальных многоразносных измерений.

Задача решается с помощью устройства для морской электроразведки в движении судна, состоящего из блока формирования возбуждающего поля (1), включающего судовой генератор (2), коммутатор (3), формирующий двуполярные прямоугольные импульсы постоянного тока, генераторную установку (4) и балластное устройство (5), и блока измерения сигналов (6), включающего приемную многоэлектродную линию (7), резистивиметр (8), многоканальное измерительное устройство (9), судовой эхолот (10), приемоиндикатор Global Position System (GPS) (11) и процессор для обработки сигналов (12), отличающегося тем, что в блоке формирования возбуждающего поля (1) коммутатор (3) обеспечивает формирование двуполярных прямоугольных импульсов тока на питающих электродах (15, 16) длительностью от 0,5 до 10 с и силой тока от 5 до 1000 А, со скважностью последовательности импульсов, задаваемых программным путем, генераторная установка (4) состоит из двух кабельных линий, причем первая линия (13) имеет длину не более 100 м и снабжена хотя бы одним излучающим электродом (15), размещенным на конце или вблизи конца, и вторая линия (14) имеет длину от 500 до 1000 м и снабжена хотя бы одним излучающим электродом (16), размещенным на конце или вблизи от конца, обе линии размещены за кормой судна, например, параллельно друг другу и выполнены из кабеля с положительной плавучестью более 5, например -15%, излучающие электроды (15, 16) выполнены из токопроводящего материала, обеспечивающего их медленное разрушение при пропускании тока, неизлучающее балластное устройство (5) размещено за кормой судна и представляет собой пары разнонаправленных электрических диполей с равными моментами, а в блоке измерения сигналов (6) приемная многоэлектродная кабельная линия (7) размещена за кормой судна, например, параллельно кабельным линиям (13, 14) генераторной установки (4), буксируется на заданной глубине от поверхности воды, выполнена длиной около 2000 м из многожильного кабеля с плавучестью, близкой к нейтральной, связана с многоканальным измерительным устройством (9) и снабжена приемными электродами (17), размещенными на приемной многоэлектродной кабельной линии (7) с шагом около 200 м, пространственно расположенными как в промежутке между излучающими электродами генераторной установки, так и за ней.

Кроме того, в устройстве для морской электроразведки кабельные линии генераторной установки могут быть выполнены из токопроводящего материала и изолированы от воды. В устройстве для морской электроразведки излучающие электроды генераторной установки могут быть выполнены, например, из графитопласта. В устройстве для морской электроразведки балластное устройство может быть выполнено из двух цилиндрических графитопластовых электродов, подключенных к положительному полюсу коммутатора и разделенных изолирующей вставкой из диэлектрика, и, по крайней мере, двух катодов, размещенных внутри изолирующей вставки симметрично к оси электродов соответственно на равном удалении от концов. В устройстве для морской электроразведки судовой генератор может быть выполнен в виде генератора постоянного тока или генератора переменного тока, снабженного выпрямителем. Внутри второй кабельной линии генераторной установки могут быть пропущены провода приемной многоэлектродной кабельной линии и приемная многоэлектродная кабельная линия может быть подключена к концу второй кабельной линии генераторной установки.

Изобретение иллюстрируется чертежами, на которых показано устройство для морской электроразведки и взаимное положение ее частей.

Фиг.1 - Общая схема измерений.

Фиг.2 - Пространственное расположение кабельных линий относительно судна.

Устройство смонтировано следующим образом.

В отдельном помещении на судне располагаются коммутатор (3), который подключается напрямую к судовому генератору (2) постоянного тока или через трехфазный выпрямитель к судовому генератору переменного тока. Коммутатор формирует двуполярные импульсы в генераторной линии (4), а также переключает судовой генератор на балластное устройство (5) для рассеивания мощности генератора в паузах между импульсами.

Описанная выше конструкция балластного устройства не создает внешнего электрического поля, поскольку представляет собой пары разнонаправленных электрических диполей с равными моментами.

Обе ветви (13, 14) генераторной линии (4) выполнены из плавающего кабеля с целью обеспечения минимального гидродинамического сопротивления при буксировке. В отдельном помещении располагается многоканальное измерительное устройство (9), к которому подключаются буксируемая за судном многоразносная приемная линия (7), резистивиметр (8) и процессор обработки сигналов (12). В процессор обработки сигналов поступает также информация о глубине моря от судового эхолота (10) и плановом положении судна от системы спутниковой навигации GPS (11).

Многоканальное измерительное устройство (9) фиксирует величину напряжения поля в задаваемых парах приемных электродов (17, 18) и резистивиметре (8) одновременно. Количество приемных неполяризующихся электродов выбирают в зависимости от длины приемной линии и размещают с постоянным шагом (обычно, 200 м).

Резистивиметр буксируется в толще воды и обеспечивает измерение ее проводимости. Процессор обработки сигналов служит для предварительной обработки всех измеряемых сигналов, включая данные эхолота и GPS, для их фиксации на жестком носителе и визуализации в реальном времени для контроля за поступающей информацией.

Устройство работает следующим образом.

При выходе судна в точку начала профиля, что определяется с помощью системы GPS (11), запускается процессор (12), управляющий работой коммутатора (3) и блока измерения сигналов (6).

Процессор выдает команду на начало формирования токового импульса, например, положительной полярности. После этого осуществляется регистрация данных резистивиметра (8), приемника GPS и эхолота (10).

Длительность импульсов может быть от 0.5 до 10 секунд в зависимости от характеристик среды и решаемых задач. В заданный момент времени до окончания импульса (например за 1/8 длительности импульса) процессор (12), управляющий коммутатором (3), формирует синхроимпульс, поступающий в многоканальное измерительное устройство (9), которое начинает регистрацию с заданной дискретностью величины установившегося поля на всех разносах (парах) приемной линии (7) и тока в генераторной установке (2). Синхроимпульс заканчивается одновременно с окончанием импульса тока в генераторной установке (2), что в приемной аппаратуре используется как сигнал для начала регистрации спада поля. После окончания импульса тока процессор (12) выдает команду на коммутатор (3) для переключения судового генератора (2) на балластное устройство (5), что необходимо для уменьшения бросков нагрузки на судовом генераторе.

Многоканальное измерительное устройство (9) начинает регистрировать с заданной дискретностью отсчеты разностей потенциалов устанавливающегося поля на парах электродов (17, 18) приемной линии (7).

По окончании паузы, длительность которой определяется программой работы процессора (12), происходит формирование токового импульса отрицательной полярности в соответствии с вышеописанным алгоритмом.

Формирование разнополярных импульсов с паузами между ними происходит на всем протяжении профиля.

Преимущество указанного устройства состоит в том, что при его использовании осуществляются многоразносные измерения в движении судна и существенно повышается производительность геофизических работ.

Таким образом, достигается повышение достоверности полученных прогнозных данных. Возможно наглядное построение модели геологического разреза.

Преимущества указанного устройства состоит в том, что использована многоразносная схема измерений, позволяющая осуществить детальное построение геологического разреза вдоль профиля наблюдений и надежно определить наличие залежи углеводородов.

Таким образом, достигается технический результат повышения достоверности измерений и уменьшения времени измерения.

Наиболее близким способом для предложенного способа морской разведки является «способ электроразведки путем возбуждения импульсного электромагнитного поля», патент RU, №2094829.

С помощью описанного выше устройства осуществляют следующий способ морской электроразведки. Способ морской электроразведки отличается тем, что выполняют профилирование путем возбуждения в среде периодических знакопеременных импульсов тока во время движения судна, для чего формируют двуполярные прямоугольные импульсы постоянного тока, длительность и скважность которых задается программным путем исходя из оценочной суммарной проводимости геологического разреза и ожидаемой глубины залежи, осуществляют одновременное измерение электрического поля на парах приемных электродов (разносах) приемной многоканальной линии как во время импульсов постоянного тока, так и в паузах между ними, для заданной в пространстве точки среды подбирают параметры слоистой проводящей и поляризующейся среды таким образом, чтобы значения характеристик расчетного поля этой среды совпадали с величинами одновременных измерений на всех разносах приемной многоканальной линии, полученных как во время импульсов постоянного тока, так и в паузах между ними, повторяют подбор параметров слоистой проводящей и поляризующейся среды для каждой заданной точки профиля наблюдений, строят геоэлектрические разрезы среды, делают заключение о наличии залежи углеводородов по выявленным аномалиям проводимости и параметров вызванной поляризации. Кроме того, двуполярные прямоугольные импульсы постоянного тока и паузы между ними имеют длительность от 0,5 до 10 с.

Способ иллюстрируется графиками:

Фиг.3 - график данных АЦП.

Фиг.4 - график, демонстрирующий пример одновременного подбора на трех разносах.

Фиг.5 - графическое изображение фрагмента разреза по поляризуемости.

Профилирование выполняют с выпущенными за борт генераторной линией (4), приемной линией (7) и анодно-балластным устройством (5). В генераторной линии формируют двуполярные знакопеременные прямоугольные импульсы постоянного тока, длительность и скважность которых задается программным путем в диапазоне от 0,5 до 10 сек исходя из суммарной проводимости геологического разреза и глубинности исследования, знакопеременных импульсов тока и измерением сигналов в приемной линии (7) как во время пропускания тока, так и в паузе между импульсами, осуществляют одновременное измерение электрического поля на парах (разносах) приемных электродов (17, 18) приемной многоканальной линии (7) как во время импульсов постоянного тока, так и в паузах между импульсами постоянного тока, для заданной в пространстве точки среды, подбирают параметры модельной слоистой проводящей и поляризующейся среды таким образом, чтобы значения характеристик расчетного поля этой среды совпадали с величинами одновременных измерений на всех парах (разносах) приемных электродов (17, 18) приемной многоканальной линии (7), полученных как во время импульсов постоянного тока, так и в паузах между ними, повторяют подбор параметров слоистой проводящей и поляризующейся среды для каждой заданной пространственной точки местонахождения судна над геологическим профилем, строят разрезы найденных параметров (см. фиг.5), делают заключение о наличии залежи углеводородов по выявленным аномалиям.

Результаты, полученные заявленным способом, проиллюстрированы на графиках.

Фиг.3 иллюстрирует пример измеряемых сигналов, регистрируемых многоканальным измерительным устройством на шести измерительных разносах приемной линии как во время пропускания тока (левая часть графиков), так и в паузе между импульсами. Измеряемые сигналы отличаются как по амплитуде, так и по скорости спада сигнала.

На фиг.4 показан пример одновременного подбора на трех разносах. Сплошная линия показывает измеренные сигналы в приемной линии (7), пунктир - модель. Как видно из графика, модельные и экспериментальные кривые на всех трех приведенных разносах совпадают в широком временном диапазоне.

На фиг.5 продемонстрирован фрагмент разреза по поляризуемости. Аномальная зона между 10 и 20 пикетами соответствует известной залежи УВ (залежи углеводородов).

Таким образом, обеспечивается выполнение технического результата - повышение надежности (достоверности) результатов исследования, уменьшение времени исследования. В результате построения разрезов можно быстро и с высокой степенью достоверности осуществить зондирование морского дна и спрогнозировать залежи углеводородов.