Способ определения места установки магнитной обсерватории на территории исследуемого месторождения Российский патент 2024 года по МПК G01C21/00 G01V3/00 

Область техники

Изобретение относится к области магнитометрической разведки, в частности к комбинированной, а именно аэромагнитной и наземной, магнитоградиентометрической съемке больших территорий для поиска оптимального места установки абсолютного и вариометрического павильонов магнитной обсерватории.

Уровень техники

В уровне техники широко раскрыто проведение различных видов магнитной разведки от простой наземной магнитной разведки до перспективных видов аэромагнитной и аэроградиентометрической разведки с применением различных видов беспилотных летательных аппаратов (далее – БПЛА), например, таких как «крыло» или «коптер» с различным количеством винтов.

Известна из уровня техники статья [1], в которой отражена методика выбора места для развертывания геомагнитной обсерватории. Согласно данной методике, в процессе места выбора места установки магнитной обсерватории учитывают 11 факторов, среди которых основным является учет распределения магнитного поля Земли. Производят картирование вариаций магнитного поля Земли и выбирают место с минимальными вариациями. Так в примере, приведенном в указанной статье, выявлено семь участков, где могут быть развернуты магнитные обсерватории.

Однако, раскрытая в данной статье методика не обладает достаточной точностью, также в ней отсутствуют сведения о поиске и выборе месторождения для последующего выбора конкретного места для магнитной обсерватории на территории выбранного месторождения.

Известен патентный источник информации [2], в котором раскрыт комбинированный способ определения распределения магнитного поля Земли, реализуемый в три этапа. На первом этапе проводят наземную магнитометрическую съемку на местности разведочной площади вдоль базовой линии измерения. На втором этапе проводят аэрофотограмметрию с использованием БПЛА, направляя его вдоль базовой линии измерений. При этом получают многоуровневую оценку распределения магнитных силовых линий. После коррекции результатов измерений выполняют быстрое сканирование исследуемой области и определяют круговую область для утверждения предварительного целевого района добычи. На третьем этапе выполняет финальную магнитную съемку перед целевой зоной предполагаемой добывающей шахты. Данное решение позволяет с высокой точностью по результатам исследования магнитного поля определить места для последующего развертывания бурильного оборудования.

Раскрытая в данном источнике информации методика хоть и направлена на повышение точности измерений, тем не менее в ней отсутствуют сведения о поиске и выборе конкретного места для магнитной обсерватории на территории разрабатываемого месторождения.

Известна из уровня техники книга [3], принятая нами за прототип, в которой на стр. 15 – 16 показаны рекомендации по выбору перспективных локаций расположения магнитной обсерватории и более тщательному обследованию каждой перспективной локации для выбора конкретного места расположения магнитной обсерватории для ее дальнейшего строительства.

Так сначала проводят площадную геомагнитную съемку. Достаточно обеспечить, чтобы хотя бы один элемент имел нормальное распределение по территории, окружающей обсерваторию. Если детальное обследование района ранее не проводилось, следует обследовать профиль протяженностью 30 километров к северу и югу от перспективного участка с расстоянием между станциями в три километра. Обычно измеряют вертикальную или общую интенсивность. Наблюдаемые значения, нанесенные на график в зависимости от расстояния, должны давать примерно прямую, хотя и наклонную линию. Аналогичным образом следует обследовать траверс с востока на запад. Результаты, построенные в зависимости от расстояния, дадут вертикальную и общую интенсивность либо горизонтальной, либо слегка наклонной линии. Площадка будет отличной, если аномалии (отклонения от прямой) будут меньше 50 гамм. Аномалий более 200 гамм следует избегать. Могут быть добавлены два коротких профиля с северо-запада на юго-восток и с северо-востока на юго-запад на расстоянии до 10 километров в каждую сторону от обсерватории.

За площадной магнитной съемкой следует более детальная магнитная съемка потенциальной площадки обсерватории. Участок 100 на 100 метров размечается колышками от 10 до 10 метров и затем обследуется. Суточные вариации можно учесть, наблюдая в центральной точке каждые тридцать минут. По результатам более детальной съемки выбирают конкретное место установки магнитной обсерватории.

Также в случае необходимости проводят рекогносцировочную съемку либо с помощью весов вертикальной напряженности поля, либо, что предпочтительнее, с помощью протонного магнитометра. Протонный магнитометр будет очень полезен, особенно при съемке на близком расстоянии.

Несмотря на неплохую точность проведения двухэтапной магнитной съемки, тем не менее она является очень трудоемкой ввиду задействования специально обученного персонала для проведения двух этапов съемки, а также является времязатратной, так как провести площадную наземную съемку нескольких направлений протяженностью в несколько километров в сжатые сроки при наличии труднопроходимых территорий невозможно. При этом в прототипе отсутствует сведения о проведении предварительной аэроградиентометрической съемки с помощью БПЛА, что позволяет значительно сократить время на проведение площадной съемки, а также значительно повысить точность измерений ввиду исключения человеческого фактора.

Таким образом, существует потребность в способах, позволяющих исключить, уменьшить или преодолеть недостатки известных технических решений.

Раскрытие сущности изобретения

Исходя из вышеперечисленных недостатков техническим результатом, на достижение которого направлено настоящее изобретение, является повышение точности проведения комбинированной магнитометрической съемки для определения места установки магнитной обсерватории на территории исследуемого месторождения, а также сокращение времени на проведение комбинированной съемки за счет использования БПЛА.

Для достижения указанного технического результата представлен способ определения места установки магнитной обсерватории на территории исследуемого месторождения, согласно которому проводят аэрофотосъемку выбранного участка с помощью БПЛА, по результатам которой строят цифровую карту местности. Затем проводят площадную аэромагнитную съемку с помощью БПЛА с подвесным магнитометром, проводят детальную площадную аэромагнитную съемку участка с помощью БПЛА с подвесным магнитометром. По результатам аэромагнитных съемок строят цифровую карту аномальной составляющей магнитного поля Земли участка, далее определяют участки, где магнитная составляющая поля Земли изменяется наиболее плавно в заданном направлении. Проводят детальную наземную магнитоградиентометрическую съемку выбранных участков, по результатам проведенной наземной детальной магнитной съемки определяют два участка, где отсутствуют существенные магнитные аномалии, после чего в отношении выбранных участков проводят наземную микромагнитную съемку для определения конкретного места строительства абсолютного и вариометрического павильонов магнитной обсерватории.

В другом аспекте заявленного изобретения для проведения аэромагнитных магнитных съемок используется БПЛА самолетного типа.

В другом аспекте заявленного изобретения для проведения аэромагнитных магнитных съемок используется БПЛА мультироторного типа, который может быть выполнен в виде квадро-, гекса- или октокоптера.

В другом аспекте заявленного изобретения при проведении наземных магнитоградиентометрической и микромагнитной съемок используется протонный оверхаузеровский магнитометр.

В другом аспекте заявленного изобретения перед проведением наземной магнитной съемки выбирают участки размером 100 на 100 метров.

В другом аспекте заявленного изобретения проводят детальную наземную магнитоградиентометрическую съемку выбранных участков с шагом 10 на 10 метров.

В другом аспекте заявленного изобретения проводят наземную микромагнитную съемку с шагом 1 на 1 метр.

Краткой описание чертежей

На фиг. 1 представлен пример полетного задания для БПЛА самолетного типа при проведении аэрофотосъемки.

На фиг. 2 представлен пример построенной по результатам проведенной аэрофотосъемки цифровой карты местности.

На фиг. 3 представлен пример полетного задания для БПЛА мультироторного типа при проведении аэромагнитных съемок.

На фиг. 4 представлен пример построенной карты магнитного поля Земли участка по результатам наземной магнитоградиентометрической съемки, причем слева представлена аномальная составляющая, а справа вертикальный градиент магнитного поля Земли.

На фиг. 5 представлен пример карты аномальной составляющей (сверху) и вертикального градиента (снизу) магнитного поля Земли для участка наземной магнитоградиентометрической съёмки. Красным на карте обозначены участки для микромагнитной съёмки для будущих павильонов обсерватории: А – абсолютного павильона, В – вариометрического павильона.

На фиг. 6 представлен пример карты аномальной составляющей (сверху) и вертикального градиента (снизу) магнитного поля Земли по результатам микромагнитоградиентометрической съёмки с указанием оптимальных мест установки постаментов абсолютного и вариометрического павильонов магнитной обсерватории в районе разрабатываемого месторождения.

Осуществление изобретения

При бурении эксплуатационных скважин на месторождении применяются самые современные высокотехнологичные методы наклонно-направленного бурения, требующие наличия детальной оперативной информации о динамике магнитного поля Земли. Для этого необходимо использовать данные непрерывных высокоточных геомагнитных измерений, производимых вблизи места разработки месторождения. Для проведения высокотехнологичных работ по освоению месторождения целесообразно строительство новой полномасштабной отечественной магнитной обсерватории на территории самого месторождения.

Учет вариаций магнитного поля в реальном времени путем их мониторинга в районе бурения при помощи высокоточной магнитометрической аппаратуры является неотъемлемым элементом при высокотехнологичной добыче углеводородного сырья.

Для развёртывания геомагнитной обсерватории требуется исследование места, в котором она будет расположена, площадной магнитной съёмкой в нескольких масштабах. Вначале проводится мелкомасштабная магнитная съёмка, затем – детальная, необходимая для точного установления мест расположения будущих обсерваторских зданий, где будет размещена функционирующая магнитометрическая аппаратура. Обсерваторские павильоны размещаются на участках, для которых характерны наиболее однородное аномальное магнитное поле и минимальные значения его градиента.

Для определения оптимального места установки магнитной обсерватории на территории исследуемого месторождения необходимо:

- провести аэрофотосъемку выбранного участка;

- построить цифровую карту местности по итогам аэрофотосъемки;

- провести площадную аэромагнитную съемку с помощью БПЛА с подвесным магнитометром;

- провести детальную площадную аэромагнитную съемку участка с помощью БПЛА с подвесным магнитометром;

- построить цифровую карту аномальной составляющей магнитного поля Земли отснятого участка по итогам аэромагнитных съемок;

- определить участки (преимущественно размером 100х100 метров), где магнитная составляющая поля Земли изменяется наиболее плавно в заданном направлении;

- провести детальную наземную магнитоградиентометрическую съемку выбранных на предыдущем этапе участков (преимущественно с шагом 10×10 метров);

- определить по результатам проведенной наземной детальной съемки два участка, где отсутствуют существенные магнитные аномалии;

- провести в отношении выбранных участков наземную микромагнитную съемку (преимущественно с шагом 1×1 метр) для определения конкретного места строительства абсолютного и вариометрического павильонов магнитной обсерватории.

Для проведения аэрофотосъемки и последующей аэромагнитной съемки могут быть использованы БПЛА типа «крыло», например Геоскан-101, и мультироторного типа, например октокоптер Геоскан-401, но также могут быть использованы и другие БПЛА квадро- или гексакоптеры.

Для обработки материалов аэрофотосъемки, проведенной с помощью БПЛА типа крыло, требуется использование действующей базовой станции ГНСС-приемника, работающей в режиме статика с дискретностью записи 10 Гц. При этом для обработки полученных данных аэрофотосъемки, БПЛА использовался в сочетании с действующей базовой станцией ГНСС-приемника, что позволяло осуществить точное определение координат и ориентации полученных снимков.

Полет БПЛА, в данном случае Геоскан-101, осуществлялся в соответствии с заранее подготовленным полетным заданием. Полетное задание было разработано заранее и далее скорректировано на месте с учетом особенностей рельефа (см. фиг. 1). Высота полета составляла до 390 метров над поверхностью земли (истинная высота). Продолжительность полета составила до 8 часов.

После выполнения полетов была создана цифровая карта местности (см. фиг. 2). Обработка снимков и создание карты местности производились на портативной рабочей станции. Время обработки составило немного более 10 часов.

По полученной цифровой карте местности планировался полет БПЛА, в данном случае был задействован Геоскан-401, с подвесным магнитометром (см. фиг. 3). Облет, согласно полетному заданию, занял два дня.

Аномальная составляющая магнитного поля представляет собой постоянный во времени магнитный эффект от природных источников (геологических тел) или источников искусственного происхождения. Аномальная составляющая магнитного поля вычисляется как разность между значением модуля поля, измеренным оператором в точке съемки, и значением модуля поля, измеренным базовым магнитометром в тот же или близкий момент времени. Поскольку период автоматических измерений скалярного магнитометра на БПЛА Геоскан-401 был равен 0,1 с, а базового магнитометра – 3 с, для корректного учета суточного хода запись с базового магнитометра была интерполирована с таким же шагом.

Далее решалась задача последовательной детализации места расположения обсерватории, заключающаяся в двух следующих этапах:

1. Детальная съёмка (преимущественно с шагом 10×10 м, т.е. шаг профиля и шаг между профилями равны 10 м) для изучения магнитных аномалий, сопоставимых с размерами территории будущей обсерватории;

2. Микромагнитная съёмка (преимущественно с шагом 1×1 м) для изучения участков, выбранных по итогам предшествующей съёмки для строительства измерительных павильонов.

Магнитоградиентометрия выполнялась протонным оверхаузеровским магнитометром MMPOS-2. Вертикальный градиент магнитного поля измерялся на высоте приблизительно 2 метра над поверхностью земли, расстояние между датчиками было выбрано 50 см. Высота измерения вертикального градиента была выбрана такой для оценки значений градиента в непосредственном месте расположения приборных постаментов абсолютного и вариометрического павильонов с учетом будущего фундамента.

На участке наземной магнитоградиентометрической съёмки (преимущественно 100×100 м с шагом 10×10 м) общее количество точек магнитоградиентометрии составило 11×11 = 121. Контрольные измерения были выполнены для 6 точек (по последнему профилю), что составило 5% от общего объёма и удовлетворяло общим требованиям к съёмке (см. фиг. 4).

Рассчитанные по контрольным измерениям значения точности для аномальной составляющей и вертикального градиента магнитного поля равны, соответственно, 0,12 нТл и 0,1 нТл/м. Это позволяет построить карты указанных характеристик с наиболее оптимальным сечением изолиний, соответственно, 0,3 нТл и 0,3 нТл/м. Видно, что на контрольных точках значения аномальной составляющей магнитного поля ближе друг к другу, чем значения вертикального градиента магнитного поля; последние не превышают первых единиц нТл/м по абсолютной величине, однако имеют заметную изменчивость в пределах этого диапазона.

Карты аномальной составляющей магнитного поля Земли и вертикального градиента на площади этапа наземной съёмки приведены на фиг. 5.

Для удобства интерпретации карта аномальной составляющей представлена в сине-бело-красной цветовой шкале с переходом в районе средних значений. В юго-западной части площади расположена область относительно повышенных значений. Тем не менее, амплитуды магнитных аномалий малы, и горизонтальный градиент практически на всей площади не превышает 0,5–1 нТл/м. Значения же вертикального градиента местами превышают 1 нТл/м. Однако можно сделать общий вывод, что данная площадь полностью удовлетворяет рекомендациям IAGA к выбору места для развёртывания геомагнитной обсерватории, согласно которым на площади расположения зданий обсерватории величины горизонтального и вертикального градиентов по возможности не должны превышать по абсолютной величине 2 нТл/м, а в месте, где будут располагаться постаменты для абсолютных измерений, обсерватории величины горизонтального и вертикального градиентов – 1 нТл/м.

Таким образом, по итогам этапа наземной съёмки были выбраны два участка площадью 10×10 м для выполнения микромагнитоградиетометрии и окончательного вывода о пригодности участков для размещения обсерваторских павильонов (см. фиг. 5).

Наконец, заключительный этап микромагнитоградиентометрической съёмки (преимущественно с шагом 1×1 м) на выбранных в 30 м друг от друга участках позволил удостовериться в их пригодности для размещения будущих павильонов А и В магнитной обсерватории. Карты демонстрируют отсутствие существенных магнитных аномалий. В пределах участков в зонах наиболее невозмущенного аномального поля были выбраны места для двух постаментов абсолютного павильона и одного постамента вариометрического павильона, что показано на фиг. 6.

Таким образом, поставленные задачи по значительному повышению точности для определения оптимального места установки абсолютного и вариометрического павильонов магнитной обсерватории на территории исследуемого месторождения, а также сокращению времени производимых съемок за счет применения разных типов перспективных БПЛА, были достигнуты в полном объеме.

Представленные здесь примеры предназначены для обеспечения лучшего понимания принципов настоящего способа определения места установки магнитной обсерватории на территории исследуемого месторождения, а не для ограничения его объема до таких специально приведенных примеров.

Список используемых источников:

1. Marjan Izadi et al. «A GIS-based site selection experience for the construction of a geomagnetic observatory in Kerman Province, Iran» // Geophysical Prospecting, 2017, 65 (S1), 237–245 doi: 10.1111/1365-2478.12568

2. Заявка CN 109901225 A, опубл. 18.06.2019, Beijing Chuang Chuang Resources Technology Co Ltd.

3. Книга автора Karl A. Wienert «Notes on geomagnetic observatory and survey practice» UNESCO, Paris 1970 г.

Изобретение относится к области магнитометрической разведки, в частности к комбинированной, а именно аэромагнитной и наземной, магнитоградиентометрической съемке больших территорий для поиска оптимального места установки абсолютного и вариометрического павильонов магнитной обсерватории. Способ определения места установки магнитной обсерватории на территории исследуемого месторождения, согласно которому проводят аэрофотосъемку выбранного участка, проводят двухэтапную аэромагнитную съемку и выбирают участок для дальнейшего проведения двухэтапной наземной магнитной съемки, по результатам которой определяют оптимальные места строительства абсолютного и вариометрического павильонов магнитной обсерватории. Технический результат – повышение точности проведения комбинированной магнитометрической съемки, а также сокращение времени на проведение комбинированной съемки за счет использования БПЛА. 7 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Способ определения места установки магнитной обсерватории на территории исследуемого месторождения, характеризующийся тем, что проводят аэрофотосъемку выбранного участка с помощью беспилотного летательного аппарата (БПЛА), по результатам которой строят цифровую карту местности, затем проводят площадную аэромагнитную съемку с помощью БПЛА с подвесным магнитометром, проводят детальную площадную аэромагнитную съемку участка с помощью БПЛА с подвесным магнитометром, по результатам аэромагнитных съемок строят цифровую карту аномальной составляющей магнитного поля Земли участка, далее определяют участки, где магнитная составляющая поля Земли изменяется наиболее плавно в заданном направлении, проводят детальную наземную магнитоградиентометрическую съемку выбранных участков, по результатам проведенной наземной детальной магнитной съемки определяют два участка, где отсутствуют существенные магнитные аномалии, после чего в отношении выбранных участков проводят наземную микромагнитную съемку для определения конкретного места строительства абсолютного и вариометрического павильонов магнитной обсерватории.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для проведения аэромагнитных магнитных съемок используется БПЛА самолетного типа.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для проведения аэромагнитных магнитных съемок используется БПЛА мультироторного типа.

4. Способ по п. 3, отличающийся тем, что мультироторный БПЛА выполнен в виде квадрокоптера, гексакоптера или октокоптера.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при проведении наземных магнитных съемок используется протонный оверхаузеровский магнитометр.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что перед проведением наземной магнитной съемки выбирают участки размером 100 на 100 метров.

7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что проводят детальную наземную магнитоградиентометрическую съемку выбранных участков с шагом 10 на 10 метров.

8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что проводят наземную микромагнитную съемку с шагом 1 на 1 метр.