Станция изучения газа в морских акваториях ("сигма") для геохимической съемки, прогнозирования нефтегазовых залежей и геоэкологического мониторинга
Использование: устройства геохимической съемки для непрерывного геохимического профилирования акваторий со специальных судов. Сущность: станция дополнительно содержит блок стабилизации температуры анализируемой воды, включающий заполненный водой резервуар, в котором размещены водная магистраль анализируемой воды, контактный термометр и нагревательный элемент, а также устройство управления нагревательным элементом. Технический результат: повышение точности, информативности и достоверности измерений и интерпретации непрерывных измерений на движущемся судне за счет реализации постоянства условий пробоотбора (стабилизация температуры анализируемой воды и стабилизация скорости воды в водной магистрали дегазатора). 1 с. и 9 з.п. ф-лы, 5 фиг.
Техническое решение относится к устройствам геохимической съемки с целью прогнозирования залежей нефти и газа под дном акваторий и/или геоэкологического мониторинга и предназначено для непрерывного геохимического профилирования акваторий со специализированных судов.
Известные технологии и устройства [1-10] для исследования геохимического поля водных акваторий, как правило, основаны на анализе проб воды на предмет содержания углеводородов, в том числе при сопоставлении результатов наблюдений с результатами геофизических методов нефтегазовой разведки [3-12], с точной геодезической привязкой пунктов наблюдений [1-3].
Технология гидрогазовой съемки [3, 8-12] традиционно включает отбор проб, дегазацию и хроматографический анализ на углеводородные компоненты с последующим выделением полей аномальных концентраций и выявление их связей с залежами нефти и газа [11-13]. При этом специфика геохимической съемки акваторий требует рационального применения технологии отбора проб с учетом динамики пробоотбора при непрерывном гидрогазовом профилировании.
Технические средства [3-10] традиционной геохимической съемки, как правило, включают водозаборники, набортный газоанализатор, ЭВМ для сбора и обработки данных и систему навигационно-геодезической информации.
Так, известна система [4] непрерывного контроля параметров воды с движущегося специализированного судна, которая включает пробоотборник воды, блок измерителей параметров воды, вычислительный блок, блок памяти, навигационные средства для точной геодезической привязки профиля измерений и блок оперативной контрольной индикации. Однако, система [4] предназначена для специального применения по контролю загрязненности водоемов и не может адекватно применяться для поиска нефтегазовых месторождений.
Известная газоаналитическая станция [3] предназначена специально для непрерывного газового профилирования акваторий с целью прогнозирования нефтегазовых залежей под их дном. Станция [3] содержит размещенные на специализированном судне установку для геохимического анализа проб воды (ГАПВ) и подключенное к установке ГАПВ средство геодезической привязки пунктов наблюдений, причем установка ГАПВ включает последовательно соединенные водозаборник, дегазатор, газовый хроматограф и блок сбора и обработки геохимической информации, выполненный в виде персонального компьютера (ПК) с дополнительным блоком памяти и графопостроителем.
Устройство [3] обладает рядом недостатков, основными из которых следует считать недостаточный учет динамики пробоотбора вследствие отсутствия контроля и регулировки скорости поступления проб воды на дегазатор и далее в аналитический блок, а также неадекватное управление скоростью подачи газа-носителя проб воды в дегазационную камеру. Это препятствует соблюдению постоянства условий пробоотбора и, как следствие, ведет к потере точности и достоверности газового распределения
действительной структуре геохимического поля изучаемого участка акватории.
Непрерывный контроль постоянства пробоотбора с учетом динамики движения судна, включая контроль скорости воды в водной магистрали дегазатора и регулировку скорости подачи газа-носителя, осуществляется в известной морской углеводородной станции анализа газа «Мустанг» [2], а также в установке [1] для геохимической съемки акваторий, принятой за прототип.
Устройство [1] для геохимической съемки акваторий при непрерывном профилировании содержит размещенные на специализированном судне установку ГАПВ и подключенное к установке ГАПВ средство геодезической привязки пунктов наблюдений. Установка ГАПВ включает последовательно соединенные водозаборник, дегазатор, газовый хроматограф и блок сбора и обработки геохимической информации, выполненный в виде персонального компьютера с дополнительным блоком памяти и графопостроителем. Дегазатор устройства [1] включает водную магистраль, блок контроля и регулировки скорости подачи воды, устройство сброса воды из водной магистрали, проточный резервуар, блок подачи газа-носителя, дегазационную камеру, средство сброса воды из дегазационной камеры, газовый насос и кран-дозатор. Блок контроля и регулировки скорости подачи воды и устройство сброса воды из водной магистрали подсоединены к водной магистрали, входы проточного резервуара соединены с блоком контроля и регулировки скорости подачи воды и с блоком подачи газа-носителя, вход дегазационной камеры соединен с выходом проточного резервуара, первый выход дегазационной камеры подсоединен к средству сброса воды, второй выход дегазационной камеры через газовый насос подсоединен к крану дозатору. Управляющий вход крана-дозатора подключен к персональному компьютеру. При этом водная магистраль является входом дегазатора, а выход крана-дозатора является выходом дегазатора и подключен к газовому хроматографу.
Однако устройство [1] обладает рядом недостатков. Так, классификация объектов на основании полученных данных (например, залежей углеводородов) требует адекватного сопоставления с результатами известных, ранее идентифицированных (эталонных) объектов, для чего необходимо постоянство условий измерений, в том числе постоянство условий пробоотбора и постоянство физических параметров анализируемой воды. Поэтому применение устройства [1] при низкой температуре (4÷6°С) забортной анализируемой воды вызывает определенные трудности ввиду сложности сопоставления с эталонными классификационными моделями, полученными, например, в тропических акваториях с температурой воды от 20°С и выше.
Сущность предлагаемого технического решения заключается в создании станции изузучения газа в морских акваториях «СИГМА» («СИГМА» - специальное название по аббревиатуре: Станция Изучения Газа в Морских Акваториях), которая позволила бы адекватно и корректно решать комплекс задач геохимических исследований (включая прогнозирование нефтегазовых залежей под дном акватории и геоэкологический мониторинг), используя непрерывный контроль постоянства условий пробоотбора с учетом местоположения и динамики движения судна, включая стабилизацию температуры анализируемой воды, контроль скорости воды в водной магистрали дегазатора и регулировку скорости подачи газа-носителя.
Основной технический результат предложенной станции - повышение точности, информативности и достоверности измерений и интерпретации непрерывных измерений на движущемся судне за счет реализации постоянства условий пробоотбора (за счет стабилизации температуры анализируемой воды и стабилизации скорости воды в водной магистрали дегазатора).
Технический результат достигается следующим образом.
Станция изучения газа в морских акваториях для геохимической съемки, прогнозирования нефтегазовых залежей и геоэкологического
мониторинга содержит последовательно соединенные водозаборник, дегазатор, газовый хроматограф и блок сбора и обработки геохимической информации, выполненный в виде персонального компьютера с дополнительным блоком памяти и графопостроителем, при этом дегазатор включает водную магистраль, блок контроля и регулировки скорости подачи воды, устройство сброса воды из водной магистрали, проточный резервуар, блок подачи газа-носителя, дегазационную камеру, средство сброса воды из дегазационной камеры, газовый насос и кран-дозатор. Причем блок контроля и регулировки скорости подачи воды и устройство сброса воды из водной магистрали подсоединены к водной магистрали, входы проточного резервуара соединены с блоком контроля и регулировки скорости подачи воды и с блоком подачи газа-носителя, вход дегазационной камеры соединен с выходом проточного резервуара, первый выход дегазационной камеры подсоединен к средству сброса воды, второй выход дегазационной камеры через газовый насос подсоединен к крану-дозатору, управляющий вход которого подключен к персональному компьютеру. При этом водная магистраль является входом дегазатора, выход крана-дозатора является выходом дегазатора и подключен к газовому хроматографу, а персональный компьютер подключен к средству геодезической привязки пунктов наблюдений.
Отличительной особенностью станции «СИГМА» является то, что вход проточного резервуара соединен с блоком контроля и регулировки скорости подачи воды через дополнительно введенный блок стабилизации температуры анализируемой воды, включающий заполненный водой резервуар, в котором размещены водная магистраль анализируемой воды, контактный термометр и нагревательный элемент, а также устройство управления нагревательным элементом, при этом вход устройства управления нагревательным элементом подключен к контактному термометру, а выход - к нагревательному элементу.
При этом устройство управления нагревательным элементом выполнено в виде реле с электрическим релейным элементом.
Водная магистраль анализируемой воды внутри блока стабилизации температуры может быть выполнена в виде спирального змеевика.
Отличием станции «СИГМА» также является то, что блок стабилизации температуры анализируемой воды выполнен с возможностью стабилизации температуры воды до 18÷22°С.
Кроме того, станция отличается тем, что блок контроля и регулировки скорости подачи воды в дегазационную камеру включает последовательно соединенные регулировочный кран, водяной манометр и расходомер воды с подключенным к нему таймером.
Устройство сброса воды из водной магистрали снабжено регулировочным краном, расходомером и сбросовым шлангом.
В частном случае выполнения станции блок подачи газа-носителя включает последовательно соединенные газовый баллон, газовую линию, редуктор, регулятор скорости газового потока, ротаметр, манометр и газовый кран.
В качестве средства геодезической привязки пунктов наблюдений использована аппаратура спутниковых систем радионавигации «Навстар» и/или «Глонасс».
В конкретном случае использования станция включает два или более водозаборника, два или более дегазатора, а также два или более газовых хроматографа.
Для производства работ в северных морях станция выполнена с возможностью обеспечения геохимической съемки, прогнозирования нефтегазовых залежей и/или геоэкологического мониторинга в акваториях с температурой анализируемой воды 4÷6°С.
На фиг.1 представлена общая конструктивная схема станции «СИГМА» изучения газа в морских акваториях, на фиг.2 приведена структурная схема блока стабилизации температуры анализируемой воды, на
фиг.3 - схема блока контроля и регулировки скорости подачи воды, на фиг.4 - схема устройства сброса воды из водной магистрали, на фиг.5 - схема блока подачи газа-носителя.
Станция 1 «СИГМА» (фиг.1) содержит водозаборник 2, дегазатор 3, газовый хроматограф 4, блок 5 сбора и обработки геохимической информации в составе персонального компьютера 6, дополнительного блока 7 памяти и графопостроителя 8. Дегазатор 3 включает водную магистраль 9, блок 10 контроля и регулировки скорости подачи воды, устройство 11 сброса воды из водной магистрали, блок 12 стабилизации температуры анализируемой воды, проточный резервуар 13, блок 14 подачи газа-носителя, дегазационную камеру 15, средство 16 сброса воды из дегазационной камеры, газовый насос 17, кран-дозатор 18. Станция имеет линию 19 связи персонального компьютера со средством геодезической привязки.
Блок 12 стабилизации температуры анализируемой воды (фиг.2) содержит заполненный водой резервуар 20, водную магистраль 21 анализируемой воды, контактный термометр 22, нагревательный элемент 23 и устройство 24 управления нагревательным элементом.
Блок 10 контроля и регулировки скорости подачи воды (фиг.3) включает регулировочный кран 25, водяной манометр 26, расходомер 27 и таймер 28. Устройство 11 сброса воды снабжено регулировочным краном 29, расходомером 30 и сбросовым шлангом 31 (фиг.4). Блок 14 подачи газа (фиг.5) содержит газовый баллон 32, газовую линию 33, редуктор 34, регулятор 35 скорости газового потока, ротаметр 36, манометр 37 и газовый кран 38.
Работа станции заключается в следующем.
Вода из водозаборника 2 поступает в водную магистраль 9 дегазатора 3. В блоке 10 посредством регулировочного крана 25, манометра 26, расходомера 27 и таймера 28 устанавливается контроль за постоянством скорости водного потока в водной магистрали 9, лишняя вода сбрасывается
посредством устройства 11 через сбросовый шланг 31. Сброс воды контролируется расходомером 30 и регулировочным краном 29.
В заполненном водой резервуаре 20 блока 12 осуществляется стабилизация температуры анализируемой воды, протекающей по водной магистрали 21, выполненной в виде спирального змеевика. Стабилизация производится до заданной температуры посредством нагревательного элемента 23, управляемого устройством 24 по значениям контактного термометра. В качестве устройства 24 управления нагревательным элементом 23 может быть использовано реле с электрическим релейным элементом, порог срабатывания которого задается устройством 24 управления. При производстве работ в холодных северных морях с начальной температурой забортной анализируемой воды 4÷6°С блок 12 осуществляет стабилизацию температуры воды, предназначенной для анализа, до 18÷22°С.
В проточном резервуаре 13 дегазатора 3 происходит насыщение водяного потока газом-носителем (например, гелием), поступающим из блока 14, где давление и скорость подачи газа-носителя, поступающего из баллона 32 по газовой линии 33 через редуктор 34, устанавливается с помощью ротаметра 36, манометра 37, регулятора 35 и газового крана 38. Скорость подачи газа-носителя из блока 14 устанавливается в соответствии со скоростью подачи водного потока в дегазатор 3, контролируемой блоком 10. При этом скорость подачи газового потока устанавливается в соответствии со скоростью подачи воды, так, при расходе воды 4 л/мин обеспечивается оптимальная скорость подачи газа-носителя 30 см 3/с при давлении 2,5 атм (24,5·104 Па).
В дегазационной камере 15 с помощью насоса 17 и средства 16 сброса воды создается необходимое для дегазации разрешение (порядка 0,2 кг/см2), в результате которого происходит извлечение газовой фазы. Далее, в верхней части дегазационной камеры 15 дегазатора 3 смесь газа-носителя с извлеченным из воды газом через кран-дозатор 18 подается на вход
аналитического блока - газового хроматографа 4 с ионизационно-плазменным детектором, в котором происходит анализ суммарного содержания углеводородных газов в анализируемой воде. Дискретность (периодичность) анализа устанавливается краном-дозатором 18 (например, через 5-20 мин) по команде с компьютера 6 в зависимости от скорости судна, определяемой средством геодезической привязки, подключенным к персональному компьютеру 6 посредством линии связи 19.
С выхода хроматографа 4 значения измеренных данных о концентрации в воде углеводородов (в относительных единицах) поступают в компьютер 6, где регистрируются синхронно с данными о координатах точек наблюдения на профиле, поступающих из средства геодезической привязки - приемоиндикаторов спутниковых радионавигационных систем «Навстар» и/или «Глонасс» - по линии связи 19. Файлы с информацией о площадном распределении углеводородов на участках акваторий хранятся в блоке 7 дополнительной памяти, а на графопостроителе 8 реализуется построение карт геохимического поля.
В конкретных случаях использования станция может включать два или более водозаборника, два или более дегазатора, а также два или более хроматографа.
Таким образом, техническое решение, реализованное в станции «СИГМА» позволяет адекватно и корректно решать задачи геохимической съемки акваторий, используя непрерывный контроль постоянства условий пробоотбора и синхронную точную координатную привязку пунктов наблюдений, совокупность которых обеспечивает достижение технического результата: повышение точности, информативности и надежности измерений, а, следовательно, достоверности интерпретации результатов наблюдений при поисках нефтегазовых месторождений под дном акваторий или при геоэкологическом мониторинге.
ИСТОЧНИКИ ПО УРОВНЮ ТЕХНИКИ
I. Прототип и аналоги:
1. RU 2188440 С1, 27.08.2002 (прототип).
2. RU 21960 U1, 27.02.2002 (аналог).
3. Кругляков В.В., Круглякова Р.П. Геохимические методы поисков месторождений нефти и газа под дном акваторий / Обзор: Геол. Методы поисков, разведки и оценки месторождений топливо-энергетического сырья. - М. АОЗТ «Геоинформмарк», 1995. - 47 с. (аналог: с.3, 6-7).
II. Дополнительные источники по уровню техники:
4. SU 1754660 А1, 15.08.1992.
5. SU 1297613 А1, 10.07.1996.
6. RU 2095830 С1, 10.11.1997.
7. RU 2090912 С1, 20.09.1997.
8. SU 1374163 А1, 15.02.1988.
9. US 3428431 А, 18.02.1969.
10. RU 23340 U1, 10.06.2002.
11. RU 2183845 С1, 20.06.2002.
12. RU 2210793 С1, 20.08.2003.
13. RU 2135586 С2, 27.08.1999.
1. Станция изучения газа в морских акваториях для геохимической съемки, прогнозирования нефтегазовых залежей и геоэкологического мониторинга, содержащая последовательно соединенные водозаборник, дегазатор, газовый хроматограф и блок сбора и обработки геохимической информации, выполненный в виде персонального компьютера с дополнительным блоком памяти и графопостроителем, при этом дегазатор включает водную магистраль, блок контроля и регулировки скорости подачи воды, устройство сброса воды из водной магистрали, проточный резервуар, блок подачи газа-носителя, дегазационную камеру, средство сброса воды из дегазационной камеры, газовый насос и кран-дозатор, причем блок контроля и регулировки скорости подачи воды и устройство сброса воды из водной магистрали подсоединены к водной магистрали, входы проточного резервуара соединены с блоком контроля и регулировки скорости подачи воды и с блоком подачи газа-носителя, вход дегазационной камеры соединен с выходом проточного резервуара, первый выход дегазационной камеры подсоединен к средству сброса воды, второй выход дегазационной камеры через газовый насос подсоединен к крану-дозатору, управляющий вход которого подключен к персональному компьютеру, при этом водная магистраль является входом дегазатора, выход крана-дозатора является выходом дегазатора и подключен к газовому хроматографу, а персональный компьютер подключен к средству геодезической привязки пунктов наблюдений, отличающаяся тем, что вход проточного резервуара соединен с блоком контроля и регулировки скорости подачи воды через дополнительно введенный блок стабилизации температуры анализируемой воды, включающий заполненный водой резервуар, в котором размещены водная магистраль анализируемой воды, контактный термометр и нагревательный элемент, а также устройство управления нагревательным элементом, при этом вход устройства управления нагревательным элементом подключен к контактному термометру, а выход - к нагревательному элементу.
2. Станция изучения газа в морских акваториях по п.1, отличающаяся тем, что устройство управления нагревательным элементом выполнено в виде реле с электрическим релейным элементом.
3. Станция изучения газа в морских акваториях по п.1, отличающаяся тем, что водная магистраль анализируемой воды внутри блока стабилизации температуры выполнена в виде спирального змеевика.
4. Станция изучения газа в морских акваториях по п.1, отличающаяся тем, что блок стабилизации температуры анализируемой воды выполнен с возможностью стабилизации температуры воды до 18÷22°С.
5. Станция изучения газа в морских акваториях по п.1, отличающаяся тем, что блок контроля и регулировки скорости подачи воды в дегазационную камеру включает последовательно соединенные регулировочный кран, водяной манометр и расходомер воды с подключенным к нему таймером.
6. Станция изучения газа в морских акваториях по п.1, отличающаяся тем, что устройство сброса воды из водной магистрали снабжено регулировочным краном, расходомером и сбросовым шлангом.
7. Станция изучения газа в морских акваториях по п.1, отличающаяся тем, что блок подачи газа-носителя включает последовательно соединенные газовый баллон, газовую линию, редуктор, регулятор скорости газового потока, ротаметр, манометр и газовый кран.
8. Станция изучения газа в морских акваториях по п.1, отличающаяся тем, что в качестве средства геодезической привязки пунктов наблюдений использована аппаратура спутниковых систем радионавигации «Навстар» и/или «Глонасс» в дифференциальном режиме.
9. Станция изучения газа в морских акваториях по п.1, отличающаяся тем, что включает два или более водозаборника, два или более дегазатора, а также два или более газовых хроматографа.
10. Станция изучения газа в морских акваториях по п.1, отличающаяся тем, что выполнена с возможностью обеспечения геохимической съемки, прогнозирования нефтегазовых залежей и/или геоэкологического мониторинга в акваториях с температурой анализируемой воды 4÷6°С.
