СИСТЕМЫ СБОРА ДАННЫХ ДЛЯ МОРСКОЙ МОДИФИКАЦИИ С КОСОЙ И ПРИЕМНЫМ МОДУЛЕМ Российский патент 2017 года по МПК G01V3/165 

Изобретение используется для сбора данных и расчета трансформант электромагнитного поля - дифференциально-нормированных параметров DU, P1, Dϕ, Ps, которые могут быть определены, в частности, способом количественного разделения эффектов электромагнитной индукции и вызванной поляризации, например метод ДНМЭ в морской модификации. Используется при комплексном анализе данных, полученных методом ДНМЭ в сочетании с сейсморазведкой и данными каротажа скважин. Способ относится к способам электромагнитных геофизических исследований подводных пластов пород.

Морская модификация предназначена для выполнения геологических и инженерно геологических исследований в шельфовой зоне морей и океанов.

Полученные данные могут применяться, например, при электромагнитном профилировании морского дна.

Известно изобретение «Электромагнитная разведка углеводородов в мелком море», патент RU 2394256, № 20050108, опубл. WO 2006/073315 от 13.07.2006, MПK G01V 3/12, в котором определяют нефтеносность на основе свойств электрического удельного сопротивления подводного, насыщенного нефтяным флюидом пласта с применением излучающих антенн и нескольких приемников электромагнитного поля, установленных в море, получая сигналы, состоящие из одного или нескольких прямоугольных импульсов, а затем оценивают различие сигналов. Такая электромагнитная разведка может быть использована для выявления некоторых геологических слоев с более высоким или более низким удельным сопротивлением по сравнению с окружающими геологическими формациями. Однако приходится устанавливать излучающую антенну в море, которая обеспечивает излучение электромагнитных волн, распространяющихся сквозь море и геологические формации. Для выявления нефтеносных пластов используют обнаруженные сигналы от небольшой части энергии в виде электромагнитных волн, отраженных и преломленных от морского дна, которые приходит обратно к морскому дну и их обнаруживают и измеряют с помощью антенн, установленных на дне, предложенным способом. Однако таким способом возможно только определить - будет ли нефтеносным разведанный при сейсмических исследованиях нефтяной коллектор и является ли он пригодным для определения горизонтальной протяженности нефтяного коллектора и ряда некоторых электрических свойств нефтяного коллектора. Данный способ не позволяет осуществить количественное разделение эффектов электромагнитной индукции (ЭМ) и вызванной поляризации (ВП) при электроразведке на море, а следовательно, не позволяет определить количественное определение интенсивности полей электромагнитной индукции и вызванной поляризации постоянного тока с погрешностью не более 0,5% и одновременно обеспечить большой временной интервал разделения полей от 1 мс до нескольких секунд, в том числе и над разрезами с высокой проводимостью. Не позволяет достичь большей информативности об электрических свойствах залежи, в отличие от предложенного способа, не позволяет точнее интерпретировать залежи УВ в коллекторе, а также отличать их нефтегазоносность от пустых пород, которые обычно присутствуют в большей части донных пород.

Известно изобретение «Электромагнитный способ на мелководье с использованием управляемого источника», патент RU 2475781, № 2007/000044, опубл. WO 2007/094676 от 23.08.2007, МПК G01V 3/12, в котором электромагнитный излучатель буксируют в море, а электромагнитные датчики располагают с заданными удалениями (х) в море. Данный способ позволяет обнаружить нефтеносные пласты пород в геологических слоях пород ниже морского дна.

Породы ниже морского дна насыщены водой и содержат ионы, делающие породы электропроводными, которые вследствие этого имеют высокую удельную проводимость или низкое удельное сопротивление, от 0,7 до 3 Ом⋅м. Углеводороды в виде нефти или газа вытесняют воду из поровых пространств таких нефтегазоносных слоев пород. Однако необходимое требования по соблюдению глубины моря, которое должно быть достаточной для подавления воздушной волны, приводит к усложнению конструкции измерительных установок и требует вводить управляемый источник излучения, а измерительные датчики оставлять неподвижными. Кроме того, для этого метода требуется, чтобы объект исследования был не слишком мал по сравнению с глубиной залегания.

Известно изобретение «Способ морской электроразведки шельфовых зон», патент RU 1805425, опубл. 30.03.1993, МПК G01V 1/38, G01V 3/06, в котором буксируют многоэлектродную установку, состоящую из питающих и приемных электродов, буксировку многоэлектродной установки осуществляют в придонном слое с непрерывным измерением расстояния до морского дна, минимальный и максимальный разносы выбирают в зависимости от расстояния от электроразведочной установки до дна бассейна и мощности исследуемой толщи, расстояние до дна измеряют непрерывно с помощью датчиков глубины. На приемной линии размещены поддерживающие буи в виде трубок, заполненных воздухом, длина которых устанавливается по условию гидростатического равновесия, в начальной и хвостовой частях приемной линии размещены датчик глубины и стабилизатор. Данный способ возможно использовать при электроразведочных исследованиях в мелководных бассейнах (глубины до 200 м) с монотонным рельефом дна. Способ позволяет повысить качество измерений, однако требуется соблюдать условие минимального расстояния, равного расстояния от электроразведочной установки до дна, а также максимального расстояния, равного сумме мощности исследуемого слоя и расстояния от электроразведочной установки до дна. Это условие трудно выполнить, особенно при исследовании незнакомых залежей в породах ниже морского дна.

Известно изобретение «Способ электромагнитных геофизических исследований подводных пластов пород», RU 2397512, № 20062365, опубл. WO 2007/136276 от 29.11.2007, МПК G01V 3/17, в соответствии с которым буксируют излучающее переменное поле от источников, источники образуют излучающую фазированную антенную решетку с направленностью для излучения основной пропорциональной части объединенной электромагнитной энергии вниз, поля объединяют в суммарное поле и измеряют с помощью приемников (r1, r2, …, rn) электромагнитного поля. Используют излучающие первое и второе переменные поля (E1, Е2) источников (s1, s2) на первой и второй глубинах ниже поверхности моря. Однако значительная часть электромагнитной энергии, излученной от антенны, будет распространяться вверх к поверхности моря и распространяться по воздуху. Некоторая часть распространяющейся вверх энергии, излученной от антенны, также будет отражаться от поверхности моря и затемнять первоначально излученный сигнал. Поэтому при данном способе требуется несколько измерительных кос, расположенных на разной глубине, что существенной усложняет процесс измерений, а также требует более сильного электромагнитного сигнала для распространения вниз от излучающей антенны.

Известно изобретение «Способ картирования коллекторов углеводородов на мелководье и устройство для осуществления этого способа», патент RU 2450293, № 20065436, опубл. WO 2008/066389 от 05.06.2008, МПК G01V 3/12, в котором осуществляют подачу токовых импульсов, характеризующихся резким окончанием, в подводный вертикально или горизонтально ориентированный передающий кабель, завершающийся передающими электродами, и получение отклика среды в паузах между последовательными токовыми импульсами с использованием соответственно горизонтального или вертикального приемного кабеля, соединенного с приемными электродами. Данным способ определяют ρ(t) - кажущееся удельное сопротивление подслоя для времени t. При этом достигают повышения чувствительности по отношению к целевым объектам, содержащим углеводороды, а также возможность проведения разведки на мелководье, причем получают возможность электромагнитной разведки углеводородных коллекторов на малых и больших глубинах, включая исследование геометрии коллектора и водонасыщенность формаций, входящих в состав коллектора. Однако для этого применяют ортогональные системы измерения, используя поперечно-магнитные (transverse magnetic, ТМ) волны (ТМ-мод), генерируемые источником электромагнитного поля для регистрации ТМ-отклика. Однако в предложенном способе не используют поперечно-электрическую (ТЕ) составляющую поля, которая вносит вклад в горизонтальную осевую (т.е. направленную вдоль оси диполя) составляющую электрического поля, что снижает информативность и не позволяет использовать количественное разделение эффектов электромагнитной индукции (ЭМ) и вызванной поляризации (ВП) при электроразведке на море, а также обеспечить большой временной интервал разделения полей. При этом использование ортогональной системы измерения на мелководье проблематично, поскольку вертикальная ориентация передающего и приемного кабелей не позволяет достичь значительных уровней измеряемых сигналов. Это обстоятельство ограничивает глубину, на которой может быть обнаружен целевой объект при использовании метода.

Известно изобретение «Аппаратурный комплекс для морской электроразведки нефтегазовых месторождений и способ морской электроразведки», RU 2510052, опубл. 20.03.2014, МПК G01V 3/08, содержащее кабельную линию, размещенную за кормой судна, выполненную из кабеля с положительной плавучестью, и снабженную излучающими электродами, балластное устройство, размещенное за кормой судна, буксируемую за судном приемную линию с приемными электродами, буй, буксируемый по поверхности, оснащенный дополнительными приемниками GPS и радиомодемами для передачи информации о координатах приемной линии на борт судна, телеметрические измерительные модули, оттяжка глубины и многоканальное измерительное устройство. Комплекс позволяет повысить объем информации за счет повышения длины основной приемной линии (ОПЛ) в несколько раз - до 8-15 км, что позволяет получать данные о состоянии пород морского дна на глубине до 4-5 км, однако резко возрастает уровень помех. Используется в электроразведке и предназначен для прогнозирования залежей углеводородов при зондировании морского дна при глубинах моря более 500 м для изменений электромагнитных параметров придонных пород и анализом полученных данных для обнаружения имеющихся аномалий и определения их природы. Однако поскольку электрическое сопротивление морской воды ниже, чем морского дна, сигнал в воде быстро затухает, в результате чего при измерении на расстоянии более 500 м от источника излучения, без использования дифференциально-нормированных параметров DU, P1, Dϕ, Ps, получают ограниченный объем информации о породах морского дна, и в этом случае - невозможность получить данные о поляризуемости пород, что существенно снижает точность прогноза.

Известно изобретение «Устройство для морской электроразведки в движении судна и способ морской электроразведки», RU 2253881, опубл. 10.06.2005, МПК G01V 3/02, которое содержит блок формирования возбуждающего поля, балластное устройство, первая кабельная линия короткая, не более 100 м, и снабжена хотя бы одним излучающим электродом, размещенным на конце или вблизи конца, вторая кабельная линия длиной до 1000 м и снабжена хотя бы одним излучающим электродом, размещенным на конце или вблизи конца, многоканальное измерительное устройство, судовой эхолот, приемоиндикатор Global Position System и процессор для обработки сигналов, причем приемная многоэлектродная кабельная линия размещена за кормой судна на заданной глубине от поверхности воды и снабжена приемными электродами. Устройство предназначено для зондирования морского дна в шельфовой зоне. С помощью данного устройства осуществляют локализацию залежи углеводородов на основе изучения процессов становления электрического поля после возбуждения среды импульсами постоянного тока, 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. Устройство позволяет повысить надежность (достоверность) результатов исследования, однако не предоставляет возможности работы устройства при скорости движения судна от 2 узлов относительно воды, а также достоверность получаемых результатов недостаточна, поскольку в условиях глубоководной части шельфа из-за затухания вызванной поляризации (ВП) в мощной высокопроводящей водной толще применение этого метода не эффективно. Способ, осуществляемый с помощью данного устройства, не обладает достаточной разрешающей способностью в морских условиях. Решение основано лишь на специфической форме визуализации данных, измеренных на одном разносе, и не использует никаких модельных представлений исследуемой среды.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемой системе сбора данных является изобретение «Способ морской электроразведки и устройство для морской электроразведки в движении судна», патент RU 2425399, опубл. WO 2008/136700 от 13.11.2008, MПK G01V 3/165, содержащее блок формирования возбуждающего поля, балластное устройство, первую короткую кабельную линию не более 100 м и снабженную хотя бы одним излучающим электродом, размещенным на конце или вблизи конца, вторую кабельную линию длинной до 1000 м и снабженную хотя бы одним излучающим электродом, размещенным на конце или вблизи конца, многоканальное измерительное устройство, судовой эхолот, приемоиндикатор Global Position System и процессор для обработки сигналов, причем приемная многоэлектродная кабельная линия размещена за кормой судна на заданной глубине от поверхности воды и снабжена приемными электродами, элементы секционного электрода электрически связаны между собой с обеспечением сложения возникающих в них ЭДС. Измерение электрического поля ведут на основе пространственного осреднения потенциала двойного электрического слоя, возникающего на границе электрод-вода при движении судна, на парах приемных секционных электродов приемной многоканальной линии. Устройство используется при зондировании морского дна в шельфовой зоне. Способ и устройство позволяют осуществить локализацию залежи углеводородов на основе изучения процессов становления электрического поля после возбуждения среды импульсами постоянного тока. На основе изучения переходных процессов при становлении поля в среде после воздействия на поле импульсами постоянного тока, изучаются кривые становления поля во время переходного процесса, которые после обработки представлены в форме модели среды, в том числе геоэлектрического разреза.

Однако устройство не позволяет производить морскую геоэлектроразведку с максимальной точностью при движении судна, особенно при быстром движении судна до 2 узлов. Это обусловлено тем, что возникают помехи на приемных электродах за счет меняющегося в движущейся среде потенциала от двойного электрического слоя, возникающего на границе электрод-вода при движении. Отсутствие применения измерений дифференциально-нормированных параметров DU, P1, Dϕ, Ps, не позволяет преодолеть этот недостаток, не позволяет повысить точность и достоверность измерений за счет количественного разделения эффектов электромагнитной индукции (ЭМ) и вызванной поляризации (ВП) при электроразведке на море. Так при последующей обработке принимаемого сигнала тяжело повысить отношение сигнал-помеха, поскольку частотная область полезного сигнала и помехи совпадают, что необходимо устранить. Помехи, возникающие на приемных электродах за счет меняющегося в среде потенциала от двойного электрического поля, возникающего на границе электрод-вода и меняющегося под действием турбулентных потоков, возникающих при движении косы с электродами в воде при движении судна более 2 узлов относительно воды, не позволяют измерить интенсивности полей электромагнитной индукции и вызванной поляризации постоянного тока с достаточно малой погрешностью, а также обеспечить достаточно большой временной интервал разделения полей.

В настоящее время есть необходимость высокой подтверждаемости прогноза при поиске залежей углеводородов и существенного снижения экономических расходов и экологических рисков при морском бурении и обнаружении присутствия поляризующихся объектов другой природы, таких как газогидраты, льдистые породы при инженерно-геологических работах. Для этого необходимо определить дифференциально-нормированные параметры DU, P1, Dϕ, Ps, например, методом количественного разделения эффектов электромагнитной индукции (ЭМ) и вызванной поляризации (ВП), достигаемого, в частности, методом ДНМЭ. В морском варианте традиционно работы выполняются с плавающей косой. Однако в условиях глубоководной части шельфа из-за затухания ВП в мощной высокопроводящей водной толще применение этого метода не эффективно. Для повышения качества полученных измерительных данных, которые являются материалом для дальнейшего анализа в целом и расширения применения системы, требуется определение дифференциально-нормированных параметров DU, P1, Dϕ, Ps, на участках с большими глубинами, для чего необходимо разработать буксируемую систему измерения с заглубленной электроразведочной косой, или, по крайне мере, с косой, расположенной вблизи поверхности моря, и имеющую плавучесть, близкую к нейтральной. Требуется также повысить качество получаемого материала в целом и расширить применение способа измерения методом ДНМЭ, в частности, на участках с большими глубинами. Кроме того, требуется повысить соотношение сигнал/помеха за счет сокращения длины приемных проводников и удаления их от силового диполя. При этом необходимо использовать предложенную систему сбора данных также с применением метода ДНМЭ, обеспечивая определение как удельного электрического сопротивления, так и поляризационных характеристик разреза в глубоководных морских условиях. Это особенно важно для сокращения затрат на бурение при комплексном анализе данных, полученных методом ДНМЭ в сочетании с сейсморазведкой и данными каротажа скважин.

При осуществлении электроразведки электромагнитное возбуждение под водой длинноволновыми электромагнитными сигналами проблематично, поскольку обнаружение электромагнитных волн под водой без дополнительных помех, возникающих от аналогичных радиоволн, затруднено. Так, электромагнитные волны имеют намного большую длину волны, и некоторые волны распространяются вниз, вдоль и вверх через геологические слои под водой. Электромагнитные волны очень сильно затухают в море и грунте из-за электрического удельного сопротивления пород или существующей в той или иной степени солености воды, поэтому необходимо также получить отклик от геологической среды с определением удельного электрического сопротивления этих пород. Затухание является наиболее сильным на высоких частотах, поэтому необходимо на малых интервалах иметь возможность количественного разделения эффектов электромагнитной индукции (ЭМ) и вызванной поляризации (ВП).

В известных способах измерения используют электромагнитный источник и очень чувствительный приемник, тогда при использовании низкой частоты сигнал, прошедший через морскую воду и грунт, может быть обнаружен на приемнике. Однако обычно осадочные слои морского дна могут образовывать покрывающие породы поверх глубоко заглубленного пористого геологического слоя, являющегося предполагаемым углеводородным коллектором. Тогда некоторые электромагнитные волны отражаются предполагаемым углеводородным коллектором, а некоторые волны могут преломляться вдоль предполагаемого углеводородного коллектора.

Задача, решаемая изобретением, состоит в устранении или, по меньшей мере, уменьшении указанных недостатков, присущих способам и устройствам, известным из уровня техники.

Техническим результатом предложенной системы сбора данных является то, что данная система обеспечивает:

- возможность количественного разделения эффектов электромагнитной индукции (ЭМ) и вызванной поляризации (ВП) при электроразведке на море;

- возможность работы системы сбора данных и получения кондиционного материала на акваториях;

- возможность работы системы сбора данных при скорости движения судна от 2 узлов относительно воды.

Данный технический результат достигается за счет того, что в системе сбора данных определяют дифференциально-нормированные параметры DU, P1, Dϕ, Ps, для чего, например, используют метод ДНМЭ и применяют его для морской модификации. Система снабжена балластным устройством и включает: электроразведочную косу, состоящую из нескольких участков - генераторного участка из силового коаксиального кабеля, снабженного по крайней мере, одним питающим электродом, приемного участка, снабженного по крайней мере, тремя приемными электродами, размещенными на по крайней мере одной измерительной линии с АЦП, и навигационного участка с концевым устройством, снабженным системой позиционирования и аппаратурой, передающей данные на судно. Система является новой, т.к. она отличается тем, что генераторный участок электроразведочной косы системы выполнен с применением силового коаксиального кабеля с отрицательной или нулевой плавучестью и снабжен по крайней мере одним питающим электродом, размещенным на дальнем от судна конце генераторного участка и по крайней мере вторым питающим электродом, размещенным вблизи судна. При этом на дальнем от судна конце генераторного участка дополнительно установлен заглубитель генераторного участка с регулируемым весом от ноля до максимального расчетного, при этом заглубитель обеспечивает излом измерительной части электроразведочной косы; приемный участок электроразведочной косы системы выполнен с применением кабеля с нулевой плавучестью, имеет прямолинейную часть и снабжен, по крайней мере, тремя приемными электродами, размещенными на прямолинейной части приемного участка; при этом на приемном участке дополнительно установлен, по крайней мере, одни датчик глубины и/или, по крайней мере, один акустический датчик, обеспечивающие контроль положения приемных электродов. Устройство, снабженное системой позиционирования и аппаратурой, передающей данные на судно, выполнено в виде измерительного модуля. Причем приемный участок косы дополнительно снабжен концевым заглубителем с регулируемым весом от ноля до максимального расчетного на дальнем от генераторного участка конце, и концевой заглубитель приемного участка косы снабжен, по крайней мере, одним гидродинамическим натяжителем, обеспечивающим прямолинейность приемного участка электроразведочной косы. Навигационный участок электроразведочной косы системы образован дальним от генераторного участка концом приемного участка, соединенным фалом из высокопрочного волокна с буксируемым концевым буем и/или со стабилизатором заглубления. При этом электроразведочная коса системы имеет расчетную конфигурацию, зависящую от расчетной скорости буксирования, длины и веса электроразведочной косы.

Система может быть исполнена в различных пополнениях. Так, возможно использовать систему с двумя и более измерительными линиями, при необходимости, а также заглубленную незначительно косу на 50-100 м, т.е. близкую к нейтральной плавучести при учете волнения поверхности моря. А также система может быть не связана или связана с генераторной частью механически. Поэтому в частном случае генераторный участок в системе сбора данных, а именно генераторный участок электроразведочной косы может быть выполнен с применением силового коаксиального кабеля с отрицательной плавучестью или с нулевой (нейтральной) плавучестью.

В связи с этим при отрицательной плавучести кабеля на заглубленном, дальнем от судна конце генераторного участка может быть установлен заглубитель, а на дальнем от генераторного участка конце приемного участка установлен концевой заглубитель, каждый из которых имеет регулируемый вес, рассчитанный в зависимости от требуемой глубины погружения выбранной электроразведочной косы.

Также при использовании кабеля с нулевой (нейтральной) плавучестью, на дальнем от судна конце генераторного участка может быть установлен заглубитель, а на дальнем от генераторного участка конце установлен концевой заглубитель, каждый из которых имеет регулируемый вес, обеспечивающий расположение электроразведочной косы на поверхности.

В частном случае второй питающий электрод выполнен погружным в виде отдельного кабеля. Он может быть размещен также на отдельном кабеле длиной не менее 50 метров.

Измерительный модуль может быть выполнен погружным и герметичным, и измерители, АЦП и приемная аппаратура измерительного модуля размещены на дальнем от генераторного участка конце приемного участка. При этом измерительный модуль передает данные на компьютер, размещенный на борту судна по оптоволоконным линиям в реальном времени.

Концевой заглубитель приемного участка электроразведочной косы может быть размещен после (позади) погружного герметичного измерительного модуля.

В частном случае АЦП и многоканальная приемная аппаратура измерительного модуля, размещены на борту судна. Могут быть различные комбинации размещения частей измерительного модуля. Так, одна часть измерительного модуля с АЦП и приемной аппаратурой могут быть размещены на борту судна, а другая часть измерительного модуля с приемными электродами и датчиками будет размещена на конце приемного участка электроразведочной косы системы.

Также может быть размещен натяжитель, который располагается после (позади) концевого заглубителя приемного участка электроразведочной косы, который в частном случае, выполнен гидродинамическим.

Также синтетический высокопрочный фал навигационного участка может быть выполнен с буксируемым концевым буем. А буксируемый концевой буй может быть снабжен блоком питания, спутниковой навигационной системой (GPS) и радиомодемом. При этом блок питания, спутниковая навигационная система (GPS или Глонас) и радиомодем могут быть размещены на буе в герметичном контейнере и при этом обеспечивать передачу данных на борт судна. Буй также может быть выполнен обтекаемой формы со стабилизирующими плоскостями.

Для оперативного регулирования заглубления за счет изменения длины навигационного участка электроразведочной косы на буе может быть установлена лебедка.

Для более устойчивой работы системы синтетический высокопрочный фал навигационного участка может быть выполнен со стабилизатором заглубления.

В случае использования двух и более измерительных линий приемный участок снабжен, по меньшей мере, тремя приемными электродами, размещенными на первой измерительной линии, и, по меньшей мере, тремя приемными электродами, размещенными на каждой второй измерительной линии.

Расчет электроразведочной косы системы осуществляют до ее спуска на воду на основе математического моделирования, для чего рассчитывают длину генераторного участка, вес заглубителей, мощность гидродинамических натяжителей и длину навигационного участка.

Предложенное техническое решение иллюстрируется чертежом, который не отражает всех возможных вариантов реализации, но демонстрирует работу системы.

На Фиг. 1 показана схема электроразведочной косы

В предпочтительном варианте предлагаемое устройство реализуют следующим образом.

Электроразведочная коса состоит из генераторного (1), приемного (2) и навигационного (3) участков. Буксируемая система может работать при скорости движения судна от 2 до 4,5 узлов относительно воды.

Конфигурация косы рассчитывается для достижения определенных глубин буксирования с учетом глубины моря и условий буксирования. Эти глубины могут достигать в шельфовой зоне до более 700 м и более.

В состав буксируемой системы электроразведочной косы входит:

- генераторный (01) участок косы, представленный силовым коаксиальным кабелем с отрицательной плавучестью;

- балластное устройство (4);

- заглубитель (5) генераторного участка;

- питающие электроды (6);

- приемный участок (2), представленный кабелем с нулевой плавучестью;

- приемные электроды (7);

- концевой заглубитель (8) приемного (2)участка косы;

- погружной модуль (9) с АЦП (условно не показан);

- набор гидродинамических натяжителей (10);

- навигационный участок (3), представленный высокопрочным синтетическим канатом;

- концевой буй (11) с системой позиционирования и радиомодемом, передающим данные на судно.

Для повышения качества материала в целом, определения дифференциально-нормированных параметров DU, P1, Dϕ, Ps, и расширения применения, например, метода ДНМЭ на участках с большими глубинами была разработана буксируемая система с заглубленной косой.

На генераторном участке (1) размещен питающий электрод (6). Все три приемных электрода размещены на одной измерительной линии (12) с АЦП. Генераторный участок (1) электроразведочной косы системы выполнен в предпочтительном варианте с применением силового коаксиального кабеля с отрицательной плавучестью. Один питающий электрод А (6) размещен на дальнем от судна конце генераторного участка (1) и второй питающий электрод В (6), размещен вблизи судна. При этом на дальнем от судна конце генераторного участка (1) дополнительно установлен заглубитель G₁ (5) генераторного участка с регулируемым весом от ноля до максимального расчетного, при этом заглубитель обеспечивает излом измерительной (2) части электроразведочной косы. Вес заглубителя (5) рассчитан в математическом моделировании заранее в зависимости от требуемой глубины погружения выбранной электроразведочной косы.

На дальнем от генераторного участка (1) конце приемного участка (2) установлен концевой заглубитель G₂ (8). Вес концевого заглубителя (8) также рассчитан в математическом моделировании заранее в зависимости от требуемой глубины погружения выбранной электроразведочной косы. Вместе они обеспечивают прямолинейность участка косы G₁-G₂.

Питающий электрод А (6) выполнен погружным в виде отдельного кабеля. Он размещен на отдельном кабеле (13) длиной не менее 50 метров.

Приемный участок (2) электроразведочной косы системы выполнен с применением кабеля с нулевой плавучестью, имеет прямолинейную часть G₁-G₂ и снабжен, по крайней мере, тремя приемными электродами X1, Х2, … Xn (7), размещенными на прямолинейной части G₁-G₂ приемного участка (2). На приемном участке дополнительно установлены датчики глубины D_t(14), акустические датчики D_d(15), которые обеспечивают контроль положения приемных электродов (7). Устройство, снабженное системой позиционирования и аппаратурой, передающей данные на судно, выполнено в виде измерительного модуля S (16). Измерительный модуль (16) выполнен погружным и герметичным. Многоканальный измеритель, АЦП и приемная аппаратура измерительного модуля (16) размещены на дальнем от генераторного (1) участка конце приемного (2) участка. При этом измерительный модуль (16) передает данные на компьютер, размещенный на борту судна по оптоволоконным линиям в реальном времени. На конце приемного участка (2) установлен концевой заглубитель G₂ (8) с регулируемым весом от ноля до максимального расчетного, и он размещен на дальнем от генераторного участка (1) конце косы. Концевой заглубитель (8) приемного участка (2) косы снабжен гидродинамическим натяжителем G₃ (10), обеспечивающим прямолинейность приемного участка (2) электроразведочной косы. Концевой заглубитель (8) приемного (2) участка может быть размещен позади погружного герметичного измерительного модуля (16). Натяжитель (10) располагается позади концевого заглубителя (8) приемного (2) участка косы.

Навигационный участок (3) электроразведочной косы системы образован дальним от генераторного (1) участка концом приемного (2) участка, соединенным фалом (17) из высокопрочного волокна с буксируемым концевым буем (11). Буй (Buoy) (11) может быть снабжен стабилизатором заглубления. Концевой буй (11) буксируют синтетическим высокопрочным фалом (17) навигационного (3) участка. Буксируемый концевой буй (11) снабжен блоком питания, спутниковой навигационной системой (GPS) и радиомодемом. При этом блок питания, спутниковая навигационная система (GPS или Глонас) и радиомодем размещены на буе в герметичном контейнере. Навигационная система посредством модема обеспечивает передачу данных на борт судна. Для уменьшения гидродинамической составляющей буй (11) выполнен обтекаемой формы со стабилизирующими плоскостями. Для оперативного регулирования заглубления за счет изменения длины навигационного участка на буе (11) устанавливают лебедку. А для более устойчивой работы системы синтетический высокопрочный фал (17) выполнен со стабилизатором заглубления.

На участках с малыми глубинами буксируемая система может работать с косой, размещенной вблизи поверхности моря, что не снижает качества материала в целом и также позволяет расширять применение метода ДНМЭ. За приповерхностное положение косы в контексте данной заявки понимают положение косы с нейтральной или нулевой плавучестью, когда она полностью скрыта под водой и находится вблизи поверхности моря, т.е. не заглублена. Например, такой глубиной может считаться 50-100 м. Однако чаще всего используют заглубленную косу на участках моря глубиной более 700 м. Максимальную глубину определяют исходя из наличия зависимости глубины от удельного электрического сопротивления воды. Кроме того, для контроля положения косы на ней установлены датчики давления.

Кроме того, приемных и генераторных участков, объединенных в измерительные линии, может быть несколько.

Понятие электроразведочная коса применено как более широкое понятие по отношению к измерительной линии. Так коса предполагает наличие участков, например генераторного и/или измерительного, но коса может также состоять только из приемного участка или только из генераторного участка или только из навигационного участка.

Система сбора данных работает следующим образом.

Генераторный участок (1) длиной 1000 метров крепится одним концом к судну-буксировщику, а на другом конце крепится дальний погруженный электрод (B) (6). Ближний к судну электрод (А) (6) погружается на коротком кабеле (13) длиной не менее 50 метров.

На конце генераторного участка (1) кабеля устанавливается заглубитель (G1) (5) с регулируемым весом, обеспечивающий «излом» косы. На приемном (2) участке косы устанавливаются приемные электроды (X1, Х2, … Xn) (7), а также датчики глубины D_t(14) и акустические датчики D_d (15) (на чертеже обозначены как D1, D2, … Dn), позволяющие контролировать положение измерительных электродов на участке G₁-G₂.

На конце приемного (2) участка косы устанавливается приемный герметичный модуль S (16) с приемной аппаратурой, передающей данные на борт судна по оптоволоконным линиям в реальном времени.

За приемным модулем S (16) устанавливается концевой заглубитель (G₂) (5) и гидродинамический натяжитель (G₃) (10), обеспечивающий прямолинейность приемной части косы.

Концевой заглубитель (8) соединяется с буксируемым буем (11) (Buoy) фалом (17), изготовленным из синтетического высокопрочного волокна. Буй (11) имеет обтекаемую форму со стабилизирующими плоскостями. На буе (11) установлен герметичный контейнер с блоком питания, спутниковой навигационной системой (GPS) и радиомодемом для передачи данных на борт судна. Для оперативного регулирования заглубления за счет изменения длины G₂ - Y навигационного участка косы на буксируемом буе устанавливается лебедка.

Питание и опрос акустических датчиков D_d (15) давления, а также питание погружного приемного модуля S (16) производятся таким образом, чтобы их питание осуществлялось только во время возбуждения сигнала в линии АВ. А исключение создания помех осуществляется за счет того, что в момент измерений все электрические цепи датчиков и модуля отключаются, чем достигается исключение их влияния на приемные электроды X1, Х2, … Xn (7).

Система телеметрии передает данные на борт судна в реальном времени. Также могут быть установлены акустические маяки-ответчики для повышения точности позиционирования косы при выполнении работ без концевого буя в условиях ледовых полей или на больших глубинах.

Перед спуском электроразведочной косы выполняется математическое моделирование и определяется конфигурация забортной системы, скорость буксирования. Рассчитываются длина генераторного участка, веса головного и концевого заглубителей, мощность гидродинамических натяжителей и длина навигационного участка.

Регистрация переходных процессов может осуществляться приемным модулем S (16), расположенным частично на борту судна, а частично на самой косе. Приемный модуль выполняет преобразование аналогового сигнала в цифровой и передает его по оптоволоконным линиям на борт судна. Размещение ее на косе в подводном модуле позволяет повысить соотношение сигнал/помеха за счет сокращения длины приемных проводников и удаления их от силового диполя А-В. Подзарядка аккумуляторных батарей станции производится в паузах между измерениями, что исключает наводку помех по питающим проводам.

Применение системы позиционирования косы позволяет надежно определять положение приемных и питающих электродов за счет того, что питание при возбуждении сигнала в линии АВ и опрос датчиков, исполнены с учетом времени их работы и отключения, что также позволяет исключить наводку помех на полезный сигнал.

Применение лебедки, регулирующей длину навигационного участка косы, позволяет оперативно регулировать глубину буксирования косы в определенных пределах.

Основное отличие метода от других электроразведочных методов шельфовых зон заключается в возможности количественного разделения эффектов электромагнитной индукции (ЭМ) и вызванной поляризации (ВП). Например, метод количественного разделения описан в патенте RU 2399931 тех же авторов, публикация 20.09.2010 в Бюл. № 26. При измерении проводимости платформ, имеющих большую мощность осадочного чехла, электромагнитные колебания затухают медленно, вследствие большой (сотни и тысячи Сименс) проводимости осадочного чехла. Поэтому применение данного метода измерения (метод ДНМЭ) позволяет осуществить количественное определение интенсивности полей электромагнитной индукции и вызванной поляризации постоянного тока с малой погрешностью и обеспечить большой временной интервал разделения полей от 1 мс до нескольких секунд, в том числе и над разрезами с высокой проводимостью. Комплексирование ДНМЭ с сейсморазведкой и использование данных каротажа позволяет добиться высокой подтверждаемости прогноза при поиске залежей углеводородов и существенно снижать экономические расходы и экологические риски при бурении в шельфовой зоне морей и океанов.

Также предложенное устройство применяют в морской электроразведке при исследовании геометрии коллекторов, их емкости и водонасыщенности формаций, входящих в состав коллектора в шельфовых зонах. Во время морских работ методом ДНМЭ регистрация сигнала происходит непрерывно во время движения судна вдоль линий прямолинейных профилей. При записи сигнала в непрерывном движении судна осуществляют накапливание записи сигнала на участке профиля протяженностью около 3 км. Затем данные на этих участках суммируются и в каждой точке физического наблюдения, соответствующем центру этого участка, формируют полевые кривые параметров DU, Р1, Dϕ, Ps. Далее, при проведении инверсии данных, на основе подбора полевых и модельных кривых с погрешностью не менее определенной величины, в каждой точке физического наблюдения в выбранных геоэлектрических слоях шельфовых пород определяют величину коэффициента поляризуемости η. Это позволяет определять зависимость с применением различных методик и на основе количественных характеристик залежи УВ, с которыми в дальнейшем устанавливается функциональная связь с параметром η, рассматривать и анализировать параметры эффективной емкости (q - нефтепромысловый параметр, определяется на основе каротажа и керна) и суммарного количества газа (TG - геохимический параметр, определяется на основе газовой съемки).

Например, предложенную систему сбора данных применяли для построения геоэлектрической модели в северной акватории Каспия. Так при выполнении работ на Каспии применение усовершенствованной системы сбора позволило выполнить работы и получить кондиционный материал на участках моря глубиной более 700 м.

Изобретение используется для сбора данных и расчета трансформант электромагнитного поля - дифференциально-нормированных параметров DU, P1, Dϕ, Ps, которые могут быть определены, в частности, способом количественного разделения эффектов электромагнитной индукции и вызванной поляризации, например метод ДНМЭ в морской модификации. Используется при комплексном анализе данных, полученных методом ДНМЭ в сочетании с сейсморазведкой и данными каротажа скважин. Способ относится к способам электромагнитных геофизических исследований подводных пластов пород. Морская модификация предназначена для выполнения геологических и инженерно-геологических исследований в шельфовой зоне морей и океанов. Полученные данные могут применяться, например, при электромагнитном профилировании морского дна. Технический результат при реализации заявленного изобретения заключается в обеспечении возможности количественного разделения эффектов электромагнитной индукции (ЭМ) и вызванной поляризации (ВП), возможности работы системы сбора данных и получения кондиционного материала на акваториях, а также возможности работать при скорости движения судна от 2 узлов. 20 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Система сбора данных для морской модификации, снабженная балластным устройством и включающая электроразведочную косу, состоящую из нескольких участков: генераторного участка из силового коаксиального кабеля, снабженного по крайней мере одним питающим электродом, приемного участка, снабженного по крайней мере тремя приемными электродами, размещенными на по крайней мере одной измерительной линии с АЦП, и навигационного участка с концевым устройством, снабженным системой позиционирования и аппаратурой, передающей данные на судно, отличающаяся тем, что генераторный участок электроразведочной косы системы выполнен с применением силового коаксиального кабеля с отрицательной или нулевой плавучестью и снабжен по крайней мере одним питающим электродом, размещенным на дальнем от судна конце генераторного участка, и по крайней мере вторым питающим электродом, размещенным вблизи судна, на дальнем от судна конце генераторного участка дополнительно установлен заглубитель генераторного участка с регулируемым весом от 0 до максимального расчетного, заглубитель обеспечивает излом измерительной части электроразведочной косы; приемный участок электроразведочной косы системы выполнен с применением кабеля с нулевой плавучестью, имеет прямолинейную часть и снабжен по крайней мере тремя приемными электродами, размещенными на прямолинейной части приемного участка; на приемном участке дополнительно установлен по крайней мере один датчик глубины и/или по крайней мере один акустический датчик, обеспечивающие контроль положения приемных электродов; устройство, снабженное системой позиционирования и аппаратурой, передающей данные на судно, выполнено в виде измерительного модуля, приемный участок косы дополнительно снабжен концевым заглубителем с регулируемым весом от 0 до максимального расчетного на дальнем от генераторного участка конце, и концевой заглубитель приемного участка косы снабжен по крайней мере одним гидродинамическим натяжителем, обеспечивающим прямолинейность приемного участка электроразведочной косы; навигационный участок электроразведочной косы системы образован дальним от генераторного участка концом приемного участка, соединенным фалом из высокопрочного волокна с буксируемым концевым буем и/или со стабилизатором заглубления, и электроразведочная коса системы имеет расчетную конфигурацию, зависящую от расчетной скорости буксирования, длины и веса электроразведочной косы.

2. Система сбора данных по п.1, отличающаяся тем, что генераторный участок электроразведочной косы системы выполнен с применением силового коаксиального кабеля с отрицательной плавучестью.

3. Система сбора по п.2, отличающаяся тем, что на заглубленном, дальнем от судна конце генераторного участка установлен заглубитель, а на дальнем от генераторного участка конце установлен концевой заглубитель, каждый из которых имеет регулируемый вес, рассчитанный в зависимости от требуемой глубины погружения выбранной электроразведочной косы.

4. Система сбора данных по п.1, отличающаяся тем, что генераторный участок электроразведочной косы системы выполнен с применением силового коаксиального кабеля с нулевой плавучестью;

5. Система сбора данных по п.4, отличающаяся тем, что на дальнем от судна конце генераторного участка установлен заглубитель, а на дальнем от генераторного участка конце установлен концевой заглубитель, каждый из которых имеет регулируемый вес, обеспечивающий расположение электроразведочной косы на поверхности.

6. Система сбора по п.1, отличающаяся тем, что второй питающий электрод выполнен погружным в виде отдельного кабеля.

7. Система сбора по п.6, отличающаяся тем, что второй погружной питающий электрод размещен на отдельном кабеле длиной не менее 50 метров.

8. Система сбора по п.1, отличающаяся тем, что измерительный модуль выполнен погружным и герметичным и измерители, АЦП и приемная аппаратура измерительного модуля размещены на дальнем от генераторного участка конце приемного участка, а измерительный модуль передает данные на компьютер, размещенный на борту судна по оптоволоконным линиям в реальном времени.

9. Система сбора по п.8, отличающаяся тем, что концевой заглубитель приемного участка электроразведочной косы размещен после (позади) погружного герметичного измерительного модуля.

10. Система сбора по п.1, отличающаяся тем, что измерители и АЦП измерительного модуля размещены на борту судна.

11. Система сбора по п.1, отличающаяся тем, что измерительный модуль находится с АЦП, либо на конце приемного участка косы, либо и на борту судна и на конце приемного участка косы.

12. Система сбора по п.1, отличающаяся тем, что натяжитель размещен после(позади) концевого заглубителя приемного участка косы электроразведочной и выполнен гидродинамическим.

13. Система сбора по п. 1, отличающаяся тем, что синтетический высокопрочный фал навигационного участка выполнен с буксируемым концевым буем.

14. Система сбора по п. 13, отличающаяся тем, что буксируемый концевой буй снабжен блоком питания, спутниковой навигационной системой (GPS) и радиомодемом.

15. Система сбора по п. 13, отличающаяся тем, что блок питания, спутниковая навигационная система и радиомодем размещены на буе в герметичном контейнере и обеспечивают передачу данных на борт судна.

16. Система сбора по п. 13, отличающаяся тем, что буй выполнен обтекаемой формы со стабилизирующими плоскостями.

17. Система сбора по п. 13, отличающаяся тем, что на буе для оперативного регулирования заглубления за счет изменения длины навигационного участка электроразведочной косы установлена лебедка.

18. Система сбора по п. 1, отличающаяся тем, что синтетический высокопрочный фал навигационного участка выполнен со стабилизатором заглубления.

19. Система сбора по п. 1, отличающаяся тем, что расчет электроразведочной косы системы осуществляют до ее спуска на воду на основе математического моделирования, для чего рассчитывают длину генераторного участка, вес заглубителей, мощность гидродинамических натяжителей и длину навигационного участка.

20. Система сбора по п. 1, отличающаяся тем, что приемный участок снабжен, по меньшей мере, тремя приемными электродами, размещенными на одной измерительной линии, и, по меньшей мере, три приемных электрода размещены на другой измерительной линии.

21. Система сбора по п. 1, отличающаяся тем, что система сбора данных выполнена с использованием разделения электромагнитной индукции и вызванной поляризации для морской модификации.