Система малоглубинной сейсморазведки
Использование: устройства наземной сейсмической разведки для изучения геологической среды на глубинах от 100 до 1000 м. Сущность: новые конструктивные особенности, включая установку адекватной длительности регистрации сейсмограмм, выполнение источника сейсмических сигналов, приемной сейсмокосы и сейсмостанции. Технический результат: повышение точности и достоверности малоглубинной сейсморазведки от 100 до 1000 м, идентификация малоразмерных УВ-объектов, выявление «пропущенных» при традиционной сейсморазведке УВ. 1 с. и 8 з.п п. ф-лы, 2 фиг.
Техническое решение относится к устройству систем наземной сейсмической разведки полезных ископаемых, преимущественно углеводородов (УВ), посредством сейсмических записей, позволяющих более детально изучить строение геологической среды на глубинах от 100 до 1000 м.
Разведка и разработка пластов в любом продуктивном районе требует тщательного исследования, уточнения границ залежей УВ, особенно при сложном геологическом строении (чередование разномощных пластов, неоднородность строения продуктивных горизонтов, выклинивание, блоковое строение, наличие тупиковых зон и т.п.).
Известные традиционные технологии (см. [4] и запатентованные системы [3, 5-7]) включают средства возбуждения сейсмических волн (ВСВ) в заданном частном диапазоне, средства приема отраженных сигналов (сейсмоприемники), а также средство обработки данных с предварительным суммированием информации. Известные устройства [3-7] используют, как правило, отклик отраженных сейсмических сигналов в совокупности от большеглубинных, среднеглубинных и малоглубинных геологических пластов и не могут адекватно регистрировать малоглубинные УВ-объекты на глубинах от 100 до 1000 м вследствие недостаточной детальности и значительного разнесения приемников. Это приводит к «пропущенным» при разведке малоразмерным, но в то же время достаточно продуктивным
малоглубинным объектам (залежам) УВ. При этом в качестве средств ВСВ используются взрывчатые вещества [4, 6, 12] или пневмоисточники [1, 2, 7], первые из которых являются экологически небезопасными [4], а вторые требуют средств бурения для установки пневмоисточников в точках взрывпунктов [1, 2, 4], что ограничивает применение устройств (в том числе [1-4]) для обеспечения адекватной малоглубинной сейсморазведки.
Принятая за прототип система [1] сейсмической разведки содержит средство возбуждения сейсмических волн (ВСВ), многоканальное сейсмоприемное устройство (МКСУ), модуль сбора, регистрации и обработки сейсмических сигналов, выполненный в виде сейсмостанции, вход которой подключен к выходу МКСУ, при этом средство ВСВ, перемещающееся по взрывпунктам вдоль прямолинейного или криволинейного профиля наблюдений, включает источник сейсмических сигналов (ИСС) и размещено на буксируемых транспортным средством платформах, транспортное средство снабжено блоком управления ИСС и подключенным к его входу дешифратором радиосигналов синхронизации ВСВ от сейсмостанции, выход блока управления ИСС подключен к управляющим входам ИСС, а сейсмостанция снабжена шифратором радиосигналов синхронизации ВСВ.
Однако система-прототип [1] предназначена в основном для сейсморазведки на ледовых покрытиях и включает буровую установку для бурения скважин и размещенные в скважинах пневмоисточники, что в ряде случаев усложняет процесс наземной сейсморазведки, где получили распространение средства ВСВ, выполненные в виде виброисточников [4, 9-11]. Система [1], как и другие аналоги, не обеспечивает адекватной регистрации малоглубинных УВ-объектов на глубинах от 100 до 1000 м, что приводит к «пропущенным» малоразмерным, но достаточно продуктивным залежам УВ.
Сущность предлагаемого технического решения заключается в создании системы малоглубинной сейсморазведки, на основе конструктивных
особенностей которой (включая установку адекватной длительности регистрации сейсмограмм, выполнение источника сейсмических сигналов и приемной сейсмокосы) может быть реализован максимальный синергетический технический эффект.
Основной технический результат - реализация малоглубинной сейсморазведки для глубин от 100 до 1000 м при повышении точности и достоверности идентификации малоразмерных УВ-объектов, выявление «пропущенных» при традиционной сейсморазведке УВ и, как следствие, - повышение эффективности выработки залежей с недостаточно извлеченными ресурсами УВ.
Технический результат достигается следующим образом.
Система малоглубинной сейсморазведки содержит средство возбуждения сейсмических волн (ВСВ), многоканальное сейсмоприемное устройство (МКСУ), модуль сбора, регистрации и обработки сейсмических сигналов, выполненный в виде сейсмостанции, вход которой подключен к выходу МКСУ, при этом средство ВСВ, перемещающееся по взрывпунктам вдоль прямолинейного или криволинейного профиля наблюдений, включает источник сейсмических сигналов (ИСС) и размещено на буксируемых транспортным средством платформах, транспортное средство снабжено блоком управления ИСС и подключенным к его входу дешифратором радиосигналов синхронизации ВСВ от сейсмостанции, выход блока управления ИСС подключен к управляющим входам ИСС, а сейсмостанция снабжена шифратором радиосигналов синхронизации ВСВ.
Отличительной особенностью системы является то, что в качестве ИСС использован, по крайней мере, один импульсный электромагнитный источник, МКСУ выполнено в виде снабженной сейсмоприемниками и полевыми модулями сейсмокосы, а сейсмостанция, включающая последовательно соединенные блоки сбора, регистрации и обработки сейсмических сигналов, выполнена с возможностью реализации малоглубинной сейсморазведки от 100 до 1000 м посредством установки
длительности регистрации сейсмограммы от 0,5 до 1,0 с после каждого единичного ВСВ.
Система также отличается тем, что импульсный электромагнитный источник, осуществляющий единичные ВСВ, содержит размещенные на двух буксируемых транспортным средством платформах и соединенные между собой силовой блок и блок электроники.
При этом силовой блок импульсного электромагнитного источника включает являющуюся излучателем жесткую плиту, на которую опирается массивный пригруз, и электромагнит, индуктор которого закреплен на пригрузе, а якорь опирается на жестко соединенные с плитой стойки, при этом якорь отделен от индуктора регулируемым в зависимости от свойств грунта зазором, а между жесткой плитой и пригрузом размещены демпферы.
Блок электроники включает источник первичного электропитания, а также преобразователь напряжения 24 В / 1000 В, накопительный конденсатор 1000 мкФ × 1600 В, тиристорный коммутатор и стабилизатор-коммутатор.
Для контроля стабильности формы и амплитуды излучаемого сигнала на плите силового блока импульсного электромагнитного источника закреплен акселерометр, выход которого подключен к дополнительно введенной в блок электроники энергонезависимой памяти.
Отличием системы также является то, что для усиления мощности ВСВ она может включать 2 или 3 ИСС, выполненных в виде идентичных импульсных электромагнитных источников и размещенных на последующих буксируемых транспортным средством платформах.
Кроме того, система отличается тем, что сейсмокоса общей длиной 504 м выполнена из двух секций длиной 252 м каждая, которые включают 48 сейсмоприемников с разнесением между соседними сейсмоприемниками 5,2 м и равномерным шагом между выводами от полевых модулей 10,5 м, а средство ВСВ устанавливается в зонах 1-го и 48-го сейсмоприемников при количестве ВСВ в каждой из них, равном 10.
Причем в качестве сейсмоприемников используются геофоны для 24-битных систем сбора данных, обеспечивающие прием и преобразование вертикальной составляющей механических колебаний среды в электрические сигналы.
В конкретном случае использования системы сейсмостанция выполнена переносной на базе портативного персонального компьютера «Ноутбук», вход которого посредством порта USB подключен через адаптер к полевым 4-х канальным модулям 8-жильной сейсмокосы, управление работой которых выполняется программируемым контроллером связи, при этом дискретные значения длительности регистрации сейсмограммы в интервале времени от 0,5 до 1,0 с после каждого единичного ВСВ устанавливаются программно в зависимости от выбранной глубины сейсморазведки для последующего суммирования информации по 10 ВСВ и ее обработки, а линия связи между шифратором сейсмостанции и дешифратором средства ВСВ выполнена в виде двустороннего радиоканала между ними.
На фиг.1, а, б приведена общая конструктивная схема системы малоглубинной разведки (а - схема размещения ИСС, б - общая конструктивная схема сейсмокосы и сейсмостанции), фиг.2 иллюстрирует конструкцию силового электромагнитного ИСС.
Система малоглубинной сейсморазведки (фиг.1) включает транспортное средство 1 (например, автомобиль), буксирующее платформы 2 с импульсным электромагнитным источником в составе силового блока 3 и блока 4 электроники, сейсмокосу 5 с сейсмоприемниками 6 и полевыми модулями 7, а также переносную сейсмостанцию 8 на базе портативного персонального компьютера «Ноутбук», вход которого посредством порта 9 USB через адаптер 10 подключен к сейсмокосе. Сейсмостанция 8 снабжена устройством 11 синхронизации ВСВ с шифратором радиосигналов синхранизации и радиостанцией 12 для передачи их на дешифратор блока 4 ИСС. Силовой блок импульсного электромагнитного ИСС (фиг.3) включает
жесткую плиту-излучатель 13, пригруз 14, индуктор 15 и якорь 16 электромагнита, стойки 17, регулируемый зазор 18 между индуктором и якорем и демпферы 19.
Работа предложенной системы, в основном, аналогична работе известных устройств [1-4] со спецификой, обусловленной назначением для малоглубинной сейсморазведки, и заключается в следующем.
Транспортное средство 1 буксирует платформы 2 с импульсным электромагнитным ИСС в составе силового блока 3 и блока 4 электроники по взрывпунктам вдоль прямолинейного или криволинейного профиля наблюдений (в том числе в труднодоступных районах: лесные массивы, пересеченный рельеф местности и т.п.). ВСВ осуществляется в зонах 1-го и 48-го сейсмоприемников 6 сейсмокосы 5, и принятые сейсмические сигналы через полевые модули 7 и адаптер 10 поступают для сбора, регистрации и обработки в сейсмостанцию 8 посредством порта 9 USB. ВСВ осуществляется силовым блоком 3 по команде блока 4 электроники на каждом из взрывпунктов в количестве, равном 10.
Силовой блок 3 (фиг.2) представляет собой собственно источник ВСВ (габаритами 1000×800×500 мм и массой до 100 кг) и работает следующим образом. Сейсмические волны излучает жесткая плита 13, на которую опирается массивный пригруз 14 с закрепленным на нем индуктором 15 электромагнита. Якорь 16 электромагнита отделен от индуктора 15 зазором 18, который регулируется для обеспечения наиболее эффективного создания импульсного воздействия на грунт с различными поверхностными свойствами. При подаче в обмотку возбуждения электромагнита импульса тока с блока 4 электроники возникает магнитный поток и усилие между индуктором 15 и якорем 16 не менее 900 Н. Это усилие через стойки 17 передается на плиту 13, в результате чего плита перемещается вниз и осуществляет ВСВ. Под действием электромагнитной силы индуктор 15 перемещается вверх, в результате встречного движения якоря 16 вниз зазор 18 выбирается и происходит ударное взаимодействие якоря 16 с индуктором
15. Далее индуктор 15 с пригрузом 14 (при общей массе около 90 кг) перемещается вниз, их плавное перемещение из верхнего положения в нижнее обеспечивается демпферами 19, что исключает создание волн-помех при возврате индуктора 15 с пригрузом 14 на плиту 13.
Для контроля стабильности формы и амплитуды излучаемого сигнала на плите 13 силового блока 3 импульсного электромагнитного источника закреплен акселерометр, выход которого подключен к дополнительно введенной в блок 4 электроники энергонезависимой памяти.
Для усиления мощности ВСВ система может включать 2 или 3 ИСС, выполненных в виде идентичных импульсных электромагнитных источников и размещенных на последующих буксируемых транспортным средством 1 платформах 2.
Сейсмоприемники 6 сейсмокосы 5 (геофоны 24-битных систем сбора данных) обеспечивают прием и преобразование вертикальной составляющей механических колебаний среды в электрические сигналы.
В сейсмостанции 8 производится регистрация сейсмограммы отраженных ВСВ в течение от 0,5 до 1,0 с после каждого единичного (каждого из 10) ВСВ, установка дискретных значений длительности регистрации производится программно в зависимости от 100 до 1000 м глубины сейсморазведки для последующего суммирования информации по 10 ВСВ и ее обработки (в том числе формирование файлов накопленных трасс, запись на жесткий диск, вывод графического изображения на дисплей «Ноутбука» и т.п.).
Сигналы синхронизации ВСВ с шифратора сейсмостанции 8 на дешифратор ИСС передаются из устройства 11 синхронизации посредством радиостанции 12.
Таким образом, новые признаки предложенной системы: длительность регистрации сейсмограмм от 0,5 до 1,0 с, конструктивное выполнение ИСС и приемной сейсмокосы обеспечивают малоглубинную адекватную сейсморазведку от 100 до 1000 м при повышении точности и достоверности
идентификаций малоразмерных УВ-объектов и выявление «пропущенных» при традиционной сейсморазведке УВ.
ИСТОЧНИКИ ПО УРОВНЮ ТЕХНИКИ
I. Прототип и аналоги:
1. RU 23338 U1, 10.06.2001. (прототип).
2. RU 07515 U1, 16.08.1998. (аналог).
3. SU 1305615 А1, 23.04.1987. (аналог).
4. Сейсморазведка. Справочник геофизика. - М.: Недра, 1981, 464 с. (аналоги: с.190-195, 210-213, 224-226).
II. Дополнительные источники по уровню техники:
5. RU 2162608 С2, 27.01.2001.
6. SU 1132270 А1, 30.12.1984.
7. RU 2171477 С1, 27.07.2001.
8. RU 2154847 С1, 20.08.2000.
9. RU 2231087 С1, 20.06.2004.
10. RU 2231086 С1, 20.06.2004.
11. RU 27173 U1, 10.01.2003.
12. RU 2298207 С1, 27.04.2007.
1. Система малоглубинной сейсморазведки, содержащая средство возбуждения сейсмических волн (ВСВ), многоканальное сейсмоприемное устройство (МКСУ), модуль сбора, регистрации и обработки сейсмических сигналов, выполненный в виде сейсмостанции, вход которой подключен к выходу МКСУ, при этом средство ВСВ, перемещающееся по взрывпунктам вдоль прямолинейного или криволинейного профиля наблюдений, включает источник сейсмических сигналов (ИСС) и размещено на буксируемых транспортным средством платформах, транспортное средство снабжено блоком управления ИСС и подключенным к его входу дешифратором радиосигналов синхронизации ВСВ от сейсмостанции, выход блока управления ИСС подключен к управляющим входам ИСС, а сейсмостанция снабжена шифратором радиосигналов синхронизации ВСВ, отличающаяся тем, что в качестве ИСС использован, по крайней мере, один импульсный электромагнитный источник, МКСУ выполнено в виде снабженной сейсмоприемниками и полевыми модулями сейсмокосы, а сейсмостанция, включающая последовательно соединенные блоки сбора, регистрации и обработки сейсмических сигналов, выполнена с возможностью реализации малоглубинной сейсморазведки от 100 до 1000 м посредством установки длительности регистрации сейсмограммы от 0,5 до 1,0 с после каждого единичного ВСВ.
2. Система по п.1, отличающаяся тем, что импульсный электромагнитный источник, осуществляющий единичные ВСВ, содержит размещенные на двух буксируемых транспортным средством платформах и соединенные между собой силовой блок и блок электроники.
3. Система по п.2, отличающаяся тем, что силовой блок импульсного электромагнитного источника включает являющуюся излучателем жесткую плиту, на которую опирается массивный пригруз, и электромагнит, индуктор которого закреплен на пригрузе, а якорь опирается на жестко соединенные с плитой стойки, при этом якорь отделен от индуктора регулируемым в зависимости от свойств грунта зазором, а между жесткой плитой и пригрузом размещены демпферы.
4. Система по п.2, отличающаяся тем, что блок электроники включает источник первичного электропитания, а также преобразователь напряжения 24 В/1000 В, накопительный конденсатор 1000 мкФ×1600 В, тиристорный коммутатор и стабилизатор-коммутатор.
5. Система по пп.3 и 4, отличающаяся тем, что для контроля стабильности формы и амплитуды излучаемого сигнала на плите силового блока импульсного электромагнитного источника закреплен акселерометр, выход которого подключен к дополнительно введенной в блок электроники энергонезависимой памяти.
6. Система по п.1, отличающаяся тем, что включает 2 или 3 ИСС, выполненных в виде идентичных импульсных электромагнитных источников и размещенных на последующих буксируемых транспортным средством платформах.
7. Система по п.1, отличающаяся тем, что сейсмокоса общей длиной 504 м выполнена из двух секций длиной 252 м каждая, которые включают 48 сейсмоприемников с разнесением между соседними сейсмоприемниками 5,2 м и равномерным шагом между выводами от полевых модулей 10,5 м, а средство ВСВ устанавливается в зонах 1-го и 48-го сейсмоприемников при количестве ВСВ в каждой из них, равном 10.
8. Система по пп.1 и 7, отличающаяся тем, что в качестве сейсмоприемников используются геофоны для 24-битных систем сбора данных, обеспечивающие прием и преобразование вертикальной составляющей механических колебаний среды в электрические сигналы.
9. Система по п.1, отличающаяся тем, что сейсмостанция выполнена переносной на базе портативного персонального компьютера «Ноутбук», вход которого посредством порта USB подключен через адаптер к полевым 4-х канальным модулям 8-жильной сейсмокосы, управление работой которых выполняется программируемым контроллером связи, при этом дискретные значения длительности регистрации сейсмограммы в интервале времени от 0,5 до 1,0 с после каждого единичного ВСВ устанавливаются программно в зависимости от выбранной глубины сейсморазведки для последующего суммирования информации по 10 ВСВ и ее обработки, а линия связи между шифратором сейсмостанции и дешифратором средства ВСВ выполнена в виде двустороннего радиоканала между ними.
