СПОСОБ ГЕОХИМИЧЕСКОЙ РАЗВЕДКИ Российский патент 2009 года по МПК G01V9/00 G01S1/00 

Изобретение относится к области геохимической разведки полезных ископаемых, а более конкретно к поиску нефтяных и газовых месторождений, преимущественно морских, и может быть использовано для обнаружения утечек природного газа из морских трубопроводов.

Известен способ геохимической разведки [1], включающий отбор проб горных пород и растительности вдоль водотоков, разделение проб горных пород на фракции и их анализ на содержание химических элементов, в котором пробы пород разделяют на две фракции - более 0,1 мм и менее 0,1 мм, первую анализируют на Si, Al, Ti, Y, а вторую на Hg, а пробы растительности анализируют на Ва, Cu, Pb, Zn, Ag, результаты анализа фракции более 0,1 мм и проб растительности пересчитывают на соответствующие аддитивные показатели нормированных концентраций, строят карты распределения указанных аддитивных показателей и Hg и отождествляют объекты, характеризующиеся распределением аномальных значений аддитивных показателей и Hg в ряду Si, Al, Ti, Y - Ва, Cu, Pb, Zn, Ag - Hg - Ва, Cu, Pb, Zn, Ag - Si, Al, Ti, Y, с нефтегазоперспективными участками.

Разделение проб пород на две фракции с последующим химическим анализом в данном способе позволяет повысить надежность выявления нефтегазоперспективных участков.

Однако данный способ при использование его в морских условиях является трудоемким и связан с существенными материальными затратами, так как его реализация требует привлечения сложного оборудования и средств обеспечения поисковых работ.

Известен также способ обнаружения утечек природного газа из трубопроводов [2], заключающийся в облучении участка земной поверхности вблизи трубопровода лазерным излучением на двух длинах волн, одна из которых λ₁ попадает в полосу поглощения газа, а другая λ₂ лежит вне ее, регистрации интенсивности рассеянного поверхностью излучения на длине волны λ₁-P₁ и λ₂-P₂, формировании видеосигнала, пропорционального отношению Р₂/Р₁, и сравнении видеосигнала с априорно заданным порогом, в котором с целью повышения точности определения места утечки и точности оценки концентрации газа в облаке утечки дополнительно регистрируют температурный контраст обследуемого участка, по которому определяют координаты вероятного места утечки и его размеры L на поверхности, а лазерным излучением облучают непосредственно вероятное место утечки, причем среднюю концентрацию природного газа в облаке утечки определяют по формуле:

N=[2(σ_i-σ₂)Λ]^-1ln(P₂/P₁), Λ=min{L/cosθ, H},

где σ₁ - сечение поглощения газа на длине волны λ₁;

σ₂ - сечение поглощения газа на длине волны λ₂;

θ - угол зондирования вероятного места утечки, отсчитываемый от вертикали;

Н - высота, с которой производится обследование.

При этом выполняют многократное облучение с разных направлений по отношению к облаку утечки, по которым устанавливают истинное место утечки.

Использование данного способа также ограничено только береговыми условиями и требует выполнения вычислительных операций.

Известен также способ определения места утечки жидкости или газа из трубопровода [3], находящего в грунте, заключающийся в обзоре трубопровода трассоискателем с одновременным сканированием трубопровода телевизионным датчиком, с помощью которого определяют место утечки, в котором обзор трубопровода осуществляют облетом на маловысотном летательном аппарате с использованием в качестве трассоискателя метрового локатора, а для определения места утечки дополнительно используют тепловизионный датчик, сьюстированный с тепловизионным датчиком, и осуществляют совместную цифровую фильтрацию сигналов локатора, телевизионного и тепловизионного датчика.

Данный способ также имеет ограниченное применение, так как его использование возможно только для определения утечки в трубопроводах, уложенных на поверхности суши или уложенных в грунте, и при благоприятных погодных условиях для выполнения полетов на малой высоте и отсутствии навигационных опасностей.

Известен также способ контроля магистрального трубопровода посредством обнаружения с вертолета облака метана над трубопроводом с использованием лазерного локатора, сканирующего атмосферу вдоль газопровода тремя разностными лучами [4].

Достоинством известного способа является то, что обработке подвергается облако метана, который является профилирующим при оценке обнаружения нефтегазовых месторождений, что обеспечивает необходимую достоверность получения исходных данных для последующего анализа.

Данный способ также имеет ограничения по использованию, обусловленные благоприятными погодными условиями для выполнения полетов.

Задачей настоящего технического предложения является повышение точности оценки концентрации газа в газовом образовании, преимущественно в водной среде.

Поставленная задача решается за счет того, что в способе геохимической разведки, включающем анализ на содержание метана путем определения концентрации газа в газовом образовании, определение координат газового образования, согласно изобретению в водной среде размещают буйковые станции, снабженные датчиками обнаружения метана, посредством которых измеряют концентрацию метана в водной толще по изменению сопротивления активного слоя датчика, которое преобразуют в выходное (измеренное) напряжение, координаты (географические) газового образования определяют по положению газового образования в подвижной системе координат буйковой станции, которое определяется в соответствии с выражением:

R(V_го, V_бс)=R_го+(V_го+V_бс)t,

где R(V_го, V_бс) - текущее положение газового образования относительно буйковой станции;

V_го, V_бс - векторы скорости буйковой станции и газового образования;

R_го - начальное положение газового образования;

R - радиус-вектор, определяющий положение буйковой станции в спутниковой системе координат;

t - текущее значение времени после определения положения газового образования.

Способ реализуется следующим образом.

На акватории предполагаемых месторождений размещают буйковые станции, представляющие собой дрифтеры, или автономные донные станции, или одновременно те и другие.

При этом буйковые станции снабжены датчиками обнаружения метана, например, типа METS ("CAPSUM"), которые позволяют измерять концентрацию метана в водной толще. Датчик представляет собой полупроводниковый прибор, принцип работы которого заключается в том, что диффузия молекул углеводородов из воды через специальную силиконовую мембрану транслируется в камеру датчика. Адсорбция молекул углеводов на активном слое датчика приводит к электронному обмену с молекулами кислорода, таким образом, меняя сопротивление активного слоя, которое преобразуется в выходное (измеряемое) напряжение.

Основные характеристики датчика:

- 10 µм силиконовая мембрана;

- рабочая глубина 0-3500 м;

- рабочая температура 2-20°С;

- время измерения от 1 до 3 с;

- время стабилизации диффузии до 5 минут, в зависимости от турбулентности;

- входное напряжение 9-36 В;

- расход энергии 160 мА/ч;

- выходной сигнал - аналоговый 0-5 В и цифровой RS - 485;

- метан 50 нмоль/л - 10µмоль/л.

В качестве буйковых станций используются дрифтеры (аналоги - патент РФ № 2047874, якорный буй прибрежного мониторинга модели 4280 фирмы AANDERAA Instruments - проспект компании "Компания ИНФОРМАР", сайт www.infomarcompany.com.) или автономные донные станции (аналоги - Современные донные станции для сейморазведки и сейсмологического мониторинга / Зубко Ю.Н., Левченко Д.Г., Леденев В.В., Парамонов А.А. // Научное приборостроение, 2003, том 13, №4, с.70-82), которые также снабжены аппаратурой для регистрации температуры, давления, солености и электропроводности морской воды и средствами связи (гидроакустическими, спутниковыми) с береговыми центрами приема и обработки информации. Наличие каналов связи позволяет определять координаты газового образования по траектории его движения. Определение координат газового образования определяется следующим образом.

Буйковая станция посредством спутниковой антенны принимает сигналы спутниковой навигационной системы, в которой вектор скорости дрейфа буйковой станции точно фиксируется. При этом на буйковой станции постоянно накапливается информация о точном ее положении и траектории движения в системе гидрографических координат. Газовое образование также совершает движение в подводном пространстве на глубине Н с вектором скорости V_го, который, как и глубина H, является также сугубо переменной величиной.

Положение газового образования в подвижной системе координат буйковой станции может быть определено следующим векторным выражением (чертеж):

R(V_го, V_бс)=R_го+(V_го-V_бс)t,

где

R(V_го, V_бс) - текущее положение газового образования относительно буйковой станции;

V_го, V_бс - векторы скорости буйковой станции и газового образования;

R_го - начальное положение газового образования;

R - радиус-вектор, определяющий положение буйковой станции в спутниковой системе координат;

t - текущее значение времени после определения положения газового образования.

Имея географические координаты буйковой станции, можно решением геодезической задачи определить координаты газового образования в географической системе координат относительно буйковой станции. При этом в качестве измеряемых параметров наиболее простым решением является определение направления (пеленг) и дистанции до газового образования, что осуществляется посредством гидроакустического средства, установленного на буйковой станции.

Задача обнаружения утечки газа из нефтепровода решается аналогичным образом.

Практическая реализация предлагаемого способа технической сложности не представляет, так как для его реализации используются средства, имеющие промышленную применимость.

Источники информации

1. Авторское свидетельство СССР № 1786460.

2. Патент РФ № 2017138.

3. Патент РФ № 2040783.

4. Патент РФ № 2108597.

Изобретение относится к области геохимической разведки месторождений полезных ископаемых в водной среде и может быть использовано как для поиска нефтяных и газовых месторождений, так и для обнаружения утечек природного газа из трубопроводов. Сущность: в водной среде размещают буйковые станции, снабженные датчиками обнаружения метана. Измеряют концентрацию метана в водной толще посредством указанных датчиков. Определяют географические координаты газового образования по положению газового образования в подвижной системе координат буйковой станции, которое, в свою очередь, определяется с учетом векторов скорости буйковой станции и газового образования, начального положения газового образования, радиус-вектора, определяющего положение буйковой станции в спутниковой системе координат, текущего значения времени после определения положения газового образования. Технический результат: повышение точности оценки. 1 ил.

Способ геохимической разведки, включающий анализ на содержание метана путем определения концентрации газа в газовом образовании, определение координат газового образования, отличающийся тем, что в водной среде размещают буйковые станции, снабженные датчиками обнаружения метана, посредством которых измеряют концентрацию метана в водной толще по изменению сопротивления активного слоя датчика, которое преобразуют в измеренное выходное напряжение, географические координаты газового образования определяют по положению газового образования в подвижной системе координат буйковой станции, которое определяется в соответствии с выражением:
R(V_го, V_бс)=R_го+(V_го-V_бc)t,
где R(V_го, V_бс) - текущее положение газового образования относительно буйковой станции,
V_го, V_бс - векторы скорости газового образования и буйковой станции,
R_го - начальное положение газового образования,
R - радиус-вектор, определяющий положение буйковой станции в спутниковой системе координат,
t - текущее значение времени после определения положения газового образования.