Исследовательский комплекс "vesotem" для морской электроразведки нефтегазовых месторождений

Полезная модель относится к области разведочной геофизики, в частности к комплексам оборудования для осуществления геоэлектроразведки и предназначена для прогнозирования залежей углеводородов при зондировании морского дна в глубоководной части шельфовой зоны. Предлагаемый комплекс приборов и оборудования для морской электроразведки нефтегазовых месторождений включает в себя судно с генератором и блоком формирования возбуждающего поля, связанными кабелем с погруженным в воду вертикальным диполем с питающими электродами, блоком регистрации и обработки данных на борту судна, комплектом донных станций и вспомогательной аппаратурой, причем диполь расположен таким образом, что его нижний электрод находится на расстоянии не более 100 м от дна моря. Использование заявляемого исследовательского комплекса «VeSoTEM» открывает возможность регистрации поляризационных характеристик пород при воздействии на них электромагнитного поля, что позволяет осуществлять более качественный прогноз на наличие углеводородов под морским дном в районе поиска.

Полезная модель относится к области разведочной геофизики, в частности к комплексам оборудования для осуществления геоэлектроразведки и предназначена для прогнозирования залежей углеводородов при зондировании морского дна в глубоководной части шельфовой зоны.

В настоящее время для морской разведки залежей углеводородов широко применяются различные методы, связанные с воздействием на морское дно импульсов электромагнитного поля, последующей регистрацией изменений электромагнитных параметров придонных пород и анализом полученных данных для обнаружения имеющихся аномалий и определения их природы. Разведку осуществляют с помощью различных исследовательских комплексов аппаратуры и оборудования (ИК) (пат. РФ №2236028, 2004; авт. св. СССР №1122998, 1984; авт. св. СССР №1798666, 1996; авт. св. СССР №1434385, 1988; пат. США №4298840, 1981; пат. США №4617518, 1986).

Так, известен комплекс для морской электроразведки на дрейфующей льдине, состоящий из возбуждающих и приемных установок, источника знакопеременных периодических импульсов тока и установки обработки данных. При использовании комплекса возбуждающую и приемные установки

размещают вертикально подо льдом в неподвижном слое воды (RU 2069375, 1993) Подачу импульсов проводят источником знакопеременных периодических импульсов тока силой в несколько десятком ампер с помощью ЭРС 72 или иной установки, обработку данных с помощью цифровой электроразведочной станции типа ЦЭС. Профилирование разреза осуществляют. с фиксированным расстоянием между точками возбуждения и приема сигналов после воздействия знакопеременным импульсом. Измеряют только вертикальную компоненту электрического поля. Однако данный способ не может быть использован при измерениях в движении судна, т.к. основывается на работе с неподвижным относительно льдины слоем воды. Кроме того метод неработоспособен при работе на глубине более 200 м.

Более универсальными и перспективными при разведке с помощью судов являются методы, связанные с использованием для анализа данных по поляризации пород под воздействием электромагнитного поля (метод вызванной поляризации, становления поля и т.п.). (пат. РФ №2236028, 2004; авт. св. СССР №1122998, 1984; авт. св. СССР №1798666, 1996; авт. св. СССР №1434385, 1988; пат. США №4298840, 1981; пат. США №4617518, 1986)

В частности, в авт. св. СССР №1434385, 1988 предлагается ИК состоящий из раскладываемой на дне питающей линии, длина которой в 5-10 раз больше заданной глубинности исследований, подключенного к ней генератора и датчиков измерений, подключенных к измерительной аппаратуре. После установки аппаратуры и компенсации сигналов естественного поля и собственной поляризации электродов датчиков в линии пропуская импульсы тока возбуждают электрическое поле и в конце импульса через заданный интервал времени измеряют соответствующие сигналы вызванной поляризации.

Недостатком данного ИК является относительно невысокая точность измерения и невозможность его применения на больших глубинах.

Известен способ проведения разведки месторождений с помощью метода вызванной поляризации (пат. РФ № 2094829, 1993), в рамках которого регистрируют напряженность электромагнитного поля индукционной вызванной

поляризации, представляющую собой разность между напряженностью полного поля и напряженностью поля, обусловленного процессом вызванной поляризации. По результатам анализа изменения данного параметра от времени судят о наличии геоэлектрических неоднородностей и их природе.

В типовой ИК, используемый для морской электроразведки, входит судно-носитель аппаратуры, снабженное эхолотом, буксируемые горизонтальный диполь с питающими электродами и приемные электроды. В комплект расположенной на судне аппаратуры входят блоки формирования импульсов, регистрации и анализа полученных данных и вспомогательные устройства, обеспечивающие привязку судна к точке исследований, фиксацию глубины моря и т.п. (пат. РФ №1819354,. 1990).

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому решению является ИК (пат. РФ №2236028, 2003), в состав которого входит судно (плавсредство), на котором расположен генератор прямоугольных токовых импульсов, погруженные в воду питающие электроды горизонтального токового диполя, приемные электроды, установленные на оси профиля через определенные заданные расстояния, компьютерные регистрирующие и обрабатывающие блоки, а также вспомогательные устройства, используемые для синхронизации измерений и фиксации точки зондирования (радиоприемник, спутниковая антенна и т.п.). В ходе исследований в конце каждого импульса тока и в паузах между импульсами измеряют мгновенные значения первых и вторых осевых разностей потенциалов и с помощью дальнейших расчетов строят модель анализируемой среды.

Недостатком данного ИК является невозможность работы с ним при исследовании больших глубин из-за отсутствия в этом случае поляризационного эффекта.

Задачей, стоявшей перед авторами, являлось создание ИК, способного проводить разведку морского дна на глубинах до 5000 м.

Технический результат достигается за счет того, что в ИК, состоящем из судна с генератором и блоком формирования возбуждающего поля, связанными

с погруженными в воду диполем с питающими электродами, регистрирующими устройствами, блоком регистрации и обработки данных и вспомогательной аппаратурой, вместо горизонтального питающего диполя применяется вертикальный диполь, нижний конец которого находится на расстоянии не более 100 м от дна моря, а для регистрации сигналов используют комплект донных станций.

Как выяснилось в ходе проведенного исследования использование такого вертикального диполя в отличии от горизонтального способно вызывать поляризацию пород и при исследовании больших глубин моря.

Необходимость регистрации изменения электромагнитного поля на больших глубинах требует перехода от регистрационных устройств, находящихся на борту судна к донным станциям, т.к. в противном случае технологически сложно зафиксировать изменения электромагнитного поля на больших глубинах. В качестве донных станций (ДС) используются типовые электрические или магнитные донные станции или их сочетание. Такие донные станции, в частности, описаны в пат. США №5770945, 1998 или в Англ. пат №2402745, 2003. Станции располагают по традиционной схеме, таким образом, чтобы не менее трех станций находилась в области возможного месторождения, а часть станций находилась за его пределами.

В качестве вспомогательных устройств в ИК входят, в частности, блок системы самовсплытия донных станций, балластное устройство, обеспечивающее рассеивание мощности генератора в промежутках между импульсами и представляющее собой пары разнонаправленных электрических диполей с равными моментами, аппаратура для определения места судна, глубины моря и т.п.

Достигаемым техническим результатом является возможность проводить разведку при существенно большей глубине моря (с 200-300 до 5000 м) при одновременном сохранении преимуществ метода ВП, позволяющего проводить исследования с повышенной степенью точности и надежности результатов измерения.

Общая схема ИК приведена на фиг.1, где используются следующие обозначения.

1 - судно, на борту которого находится судовой генератор 2, блок формирования возбуждающего поля (БФП) 3, и блоком регистрации и обработки данных (БРО) 4;

5 - генераторная линия (диполь);

6 - верхний питающий электрод;

7 - нижний питающий электрод;

8 - первая линия (коаксиальный участок кабеля генераторной установки, подающий напряжение на питающий электрод 6);

9 - вторая линия (участок кабеля генераторной установки, соединенный с питающим электродом 7);

10 - модуль измерения давления и миниэхолот;

11 - балластное устройство;

12 - набортный акустический блок системы самовсплытия донных станций;

13 - донные станции;

14 - приемные электроды;

15 - гибких взаимоперпендикулярные штанги, служащие для размещения приемных электродов 14;

16 - индукционные датчики магнитного поля;

17 - размыкатели системы самовсплытия донных станций;

18 - груз, обеспечивающий погружение станции.

Исследовательский комплекс работает следующим образом. При выходе судна 1 в точку начала профиля перед постановкой донных станций производится синхронизация часов БПФ 3 и донных станций 13 по эталонным сигналам (например, сигналу PPS системы GPS). Донные станции 13 устанавливаются вдоль профиля измерений в заранее заданных точках таким образом, чтобы не менее трех станций находилась в области возможного месторождения, а часть станций находилась за его пределами.

После постановки станций 13 судно выходит в точку, расположенную на расстоянии не менее глубины моря от начала профиля, генераторную линию 5 опускают вертикально, чтобы нижний питающий электрод 7 находился на расстоянии не более 100 м от дна, что контролируется по показанию мини-эхолота модуля 10. Далее запускается БФП 3, который формирует двуполярные импульсы с паузами, оказывающие поляризующее действие на породы морского дна. Длительность импульсов и пауз составляет от 0.5 до 16 сек. В зависимости от стоящих задач и особенностей используемой аппаратуры. В паузах к судовому генератору 2 подключается неизлучающее балластное устройство 11, что снижает броски тока нагрузки. БРО 4 осуществляет измерение тока в диполе 5 с заданной программным путем дискретностью, как во время импульса, так и в паузе между импульсами с фиксацией времени начала и конца каждого импульса. В процессе формирования возбуждающего поля судно 1 позиционируется в заданной точке по сигналам GPS в течение не менее 10 минут. При этом донные станции 13 осуществляют регистрацию сигнала с той же дискретностью, что и в БФП 3, как во время импульса, так и в паузе между импульсами.

Далее судно переходит в следующую заданную точку, где процесс повторяется. После прохождения всего профиля выключается БФП 3, генераторную линию (диполь) 5 поднимают на борт и дается команда на блок системы самовсплытия донных станций 12 на последовательное всплытие донных станций 13. После подъема донных станций осуществляют измерение величины взаимного рассогласования часов донных станций и генераторной линии 5. Полученная невязка равномерно распределяется по всему периоду измерения. Измеренные в моменты токовых импульсов и пауз сигналы с донных станций 13 переписываются в БРО 4 для дальнейшей обработки и интерпретации.

На фиг.2 и 3 приведены результаты расчета электрических полей, регистрируемых донными станциями, для морского месторождения углеводородов

с параметрами удельного сопротивления и с параметрами , и c, характеризующими частотную дисперсию (ВП) согласно формуле Cole-Cole:

, где j - номер слоя;

при использовании традиционной схемы возбуждения горизонтальным электрическим диполем (ГЭД) при глубине моря 500 м и при использовании вертикального электрического диполя (ВЭД) при глубине моря 1000 м (сплошные линии модель с залежью и измененными породами, пунктир - фон).

Как видно из приведенных данных при использовании ГЭД уже на глубине 500 м отличие полей при наличии углеводородов и их отсутствии практически отсутствуют, в то время как при использовании ВЭД отличия в поздней стадии процесса становления {t>0.5 с) весьма существенны и могут быть зарегистрированы посредством донных станций.

На фиг.4 проиллюстрировано изменение сигналов в том случае, если нижний электрод диполя отдаляется от дна (t>1.0 с). Из приведенного графика следует, что при удалении электрода от дна более чем на 100 м различие в полях в присутствии и отсутствии месторождения углеводородов становится малоинформативным.

Приведенные выше результаты показали возможность получения поляризационных характеристик пород при использовании заявляемого исследовательского комплекса и его перспективность для разведки месторождений углеводородов глубоководного шельфа с целью осуществлять более качественный прогноз на наличие углеводородов под морским дном в районе поиска.

1. Исследовательский комплекс для морской электроразведки нефтегазовых месторождений, включающий в себя судно с генератором и блоком формирования возбуждающего поля, связанными с погруженным в воду диполем с питающими электродами, регистрирующими устройствами, блоком регистрации и обработки данных на борту судна и вспомогательной аппаратурой, отличающийся тем, что диполь с питающими электродами расположен вертикально таким образом, что его нижний конец находится на расстоянии не более 100 м от дна моря, а для регистрации сигналов используют комплект донных станций.

2. Исследовательский комплекс по п.1, отличающийся тем, что в качестве вспомогательных устройств в него входят блок системы самовсплытия донных станций и аппаратура для определения места судна и глубины моря.

3. Исследовательский комплекс по п.1, отличающийся тем, что в качестве вспомогательных устройств в него входит балластное устройство.