Способ геохимической съемки акваторий и устройство для его осуществления

 

Использование: геохимическая съемка с целью прогнозирования залежей нефти и газа под дном акваторий при непрерывном профилировании со специализированных судов. Сущность: введение непрерывного контроля постоянства условий пробоотбора с учетом динамики движения судна: контроль скорости воды в водной магистрали дегазатора, регулировка скорости подачи газа-носителя, а также реализация синхронной точной координатной привязки пунктов наблюдения и дискретности анализа последовательных проб воды в зависимости от скорости судна. Технический результат: повышение точности, информативности и достоверности измерений и интерпретации непрерывных измерений на движущемся судне. 2 с. и 7 з.п.ф-лы, 5 ил.

Техническое решение относится к способам и конструктивному выполнению средств геохимической съемки с целью прогнозирования залежей нефти и газа под дном акваторий, в частности на мелководье, и предназначено для непрерывного геохимического профилирования акваторий со специализированных судов.

Известные способы и устройства (например [1-4]) 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 [2], с точной геодезической привязкой пунктов наблюдений [2, 3].

Способ гидрогазовой съемки 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.

Однако специфика геохимической съемки акваторий требует [1, с.3] рационального измерения технологии отбора проб с учетом динамики пробоотбора при непрерывном гидрогазовом профилировании.

Технические средства [1-3] традиционной геохимической съемки, как правило, включают водозаборники, набортный газоанализатор, ЭВМ для сбора и обработки данных и систему навигационно-геодезической информации.

Известна система [3] 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.

Система [3] предназначена для специального применения по контролю загрязненности водоемов и не может адекватно применяться для поиска нефтегазовых месторождений. При этом в системе [3] отсутствует контроль скорости поступления проб воды, что при изменении элементов движения судна искажает результаты измерений, снижая точность и достоверность площадных карт геохимического поля акваторий.

Система [2] предназначена в основном для взятия проб на стоянках судна, что вносит искажения при определении площадной структуры геохимического поля, которая может быть получена только при непрерывном профилировании акваторий.

Известный способ геохимической съемки, описанный в обзоре [1] и принятый за прототип способа, предназначен специально для непрерывного газового профилирования акваторий с целью прогнозирования нефтегазовых залежей под их дном. Способ [1] включает отбор проб по заданной программе в пунктах наблюдения с известными геодезическими координатами проб воды, извлечение газовой фазы из проб воды путем дегазации, хромотографический анализ газа на содержание углеводородных компонентов, выделение полей с аномально высокими концентрациями углеводородных газов, суждение по полученным данным о наличии залежей нефти и газа и картографическое построение контуров месторождений в принятой системе геодезических координат.

Устройство [1] , реализующее способ [1] геохимической съемки акваторий, принято за прототип устройства. Известная газоаналитическая станция [1] для непрерывного газового профилирования акваторий, принятая за прототип, 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 с дополнительным блоком памяти и графопостроителем.

Однако способ и устройство [1] для осуществления непрерывного геохимического профилирования с целью поиска нефтегазовых месторождений под дном акваторий обладают 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 при поступлении проб воды в дегазационную камеру. При этом в совокупности [1] способа и устройства недостаточно внимания уделено геодезической привязке пунктов наблюдения, необходимой для точной интерпретации данных измерений и построения карт распределения углеводородов по акватории в координатных осях. Это препятствует соблюдению постоянства условий пробоотбора и, как следствие, ведет к потере точности и достоверности измерений и неадекватности газового распределения действительной структуре геохимического поля изучаемого участка акватории.

Сущность предлагаемого технического решения заключается в создании способа и устройства для непрерывного гидрогазового профилирования, которые позволили бы адекватно и корректно решать комплекс задач геохимических исследований с целью поиска и разведки углеводородов под дном акваторий, используя непрерывный контроль постоянства условий пробоотбора с учетом динамики движения судна, включая контроль скорости воды в водной магистрали дегазатора и регулировку скорости подачи газа-носителя, а также реализуя синхронную точную координатную привязку пунктов наблюдений с дискретностью анализа последовательных проб воды в зависимости от скорости судна.

Основной технический результат способа и устройства геохимической съемки - повышение точности, информативности и достоверности измерений и интерпретации непрерывных измерений на движущемся судне за счет реализации постоянства условий пробоотбора и точной синхронизации геодезической привязки пунктов наблюдений на профилях измерений.

При этом предложенная технология может быть эффективно использована при традиционном отборе проб воды с неподвижного судна, например с разных горизонтов водной толщи, а также в комплексе с другими методами поисков нефти и газа, например с непрерывным сейсмическим, и/или электрическим, и/или гравимагнитным профилированием акваторий. Это может сделать предложенные способ и устройство в достаточной степени универсальным.

Технический результат в способе геохимической съемки акваторий достигается следующим образом.

Способ включает отбор по заданной программе в пунктах наблюдения с известными геодезическими координатами проб воды, извлечение газовой фазы из проб воды путем дегазации, хроматографический анализ газа на содержание углеводородных компонентов, выделение полей с аномально высокими концентрациями углеводородных газов, суждение по полученным данным о наличии залежей нефти и газа и картографическое построение контуров месторождений в принятой системе геодезических координат.

Отличительными особенностями способа является то, что при непрерывном профилировании акваторий специализированным судном, оснащенным установкой для геохимического анализа проб воды (ГДПВ) и средством геодезической привязки пунктов наблюдений, обеспечивают постоянство условий при последовательных отборах проб воды путем контроля и регулировки скорости подачи воды и соответствующего значения скорости подачи газа-носителя в дегазатор, а дискретность анализа последовательных проб воды устанавливают в зависимости от скорости судна, определяемой средством геодезической привязки специализированного судна.

При этом способ отличается тем, что контроль скорости подачи воды в дегазатор осуществляют посредством измерения давления воды и расхода воды в единицу времени, регулилировку скорости подачи воды осуществляют регулировочным краном и посредством сброса лишней воды, который контролирует расходомером.

Отличие способа также заключается в том, что значение скорости подачи газа-носителя в дегазатор устанавливают посредством регулятора скорости газового потока, ротаметра, манометра и газового крана.

В конкретном случае выполнения способа дискретность анализа последовательных проб воды устанавливают в зависимости от скорости судна, которую определяют, используя спутниковые системы радионавигации "НАВСТАР" и/или "ГЛОНАСС" в дифференциальном режиме.

Технический результат устройства для геохимической съемки достигается следующим образом.

Устройство при непрерывном профилировании акваторий 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.

Отличительными особенностями устройства является то, что 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. 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.

В частном случае выполнения устройства блок контроля и регулировки скорости подачи воды в дегазационную камеру включает последовательно соединенные регулировочный кран, водяной манометр, расходомер воды с подключенным к нему таймером, а устройство сброса воды из водной магистрали снабжено регулировочным краном, расходомером и сбросовым шлангом.

При этом блок подачи газа-носителя включает последовательно соединенные газовый баллон, газовую линию, редуктор, регулятор скорости газового потока, ротаметр, манометр и газовый кран.

В качестве высокоточного средства геодезической привязки пунктов наблюдений в предлагаемом устройстве использована аппаратура спутниковых систем радионавигации "НАВСТАР" и/или "ГЛОНАС" в дифференциальном режиме.

Для дополнительного повышения надежности и информативности в установке ГАПВ могут быть использованы два или более водозаборника, два или более дегазатора, а также два или более газовых хроматографа.

На фиг. 1 представлена общая конструктивная схема устройства, реализующего способ геохимической съемки акваторий при непрерывном профилировании специализированным судном, на фиг.2 приведена структурная схема блока контроля и регулировки скорости подачи воды, на фиг.3 - схема устройства сброса воды из водной магистрали, на фиг.4 - схема блока подачи газа-носителя. Фиг. 5 иллюстрирует достижение технического результата при реализации предложенного способа геохимической съемки путем использования устройства для осуществления этого способа.

Устройство для осуществления способа геохимической съемки при непрерывном профилировании акваторий (фиг.1) содержит установку 1 ГАПВ и средство 2 геодезической привязки пунктов наблюдений. Установка 1 ГАПВ включает водозаборник 3, дегазатор 4, газовый хроматограф 5, блок 6 сбора и обработки геохимической информации, персональный компьютер 7, дополнительный блок 8 памяти и графопостроитель 9. Дегазатор 4 включает водную магистраль 10, блок 11 контроля и регулировки скорости подачи воды, устройство 12 сброса воды из водной магистрали, проточный резервуар 13, блок 14 подачи газа-носителя, дегазационную камеру 15, средство 16 сброса воды из дегазационной камеры, газовый насос 17 и кран-дозатор 18. Блок 11 (фиг.2) контроля и регулировки скорости подачи воды в дегазационную камеру включает регулировочный кран 19, водяной манометр 20, расходомер 21 воды и таймер 22. Устройство 12 сброса воды (фиг. 3) из водной магистрали снабжено регулировочным краном 23, расходомером 24 и сбросовым шлангом 25. Блок 14 подачи газа-носителя включает (фиг. 4) газовый баллон 26, газовую линию 27, редуктор 28, регулятор 29 скорости газового потока, ротаметр 30, манометр 31 и газовый кран 32.

Способ реализуют следующим образом.

Для отбора проб используют специальный водозаборник или судовой кингстон, причем исключают попадание воды из приповерхностного слоя при волнении. Извлечение газа из проб воды осуществляют путем вакуумной дегазации в сочетании с ротационным перемешиванием. Оптимальную скорость подачи воды обеспечивают посредством измерения давления воды и расхода воды в единицу времени, используя водяной манометр 20, расходомер 21 и таймер 22, регулировку скорости подачи воды осуществляют регулировочным краном 19 и посредством сброса лишней воды через сбросовый шланг 25 устройства 12, количество которой контролируют регулировочным краном 23 и расходомером 24. Давление и скорость подачи газа-носителя устанавливают посредством регулятора 29 скорости газового потока, ротаметра 30, манометра 31 и газового крана 32. При этом скорость подачи водного потока устанавливают в соответствии со скоростью подачи воды, так, при расходе воды 4 л/мин обеспечивают оптимальную скорость подачи газа-носителя 30 см³/с при давлении 2,5 атм (24,510⁴ Па). Таким образом, на хроматографический анализ подают определенное количество газа при постоянных условиях (скорости подачи воды и выделенного при дегазации газа) с учетом заданной программы гидрогазовой съемки и в соответствии с техническими характеристиками используемого газового хроматографа. Далее устанавливают дискретность анализа последовательных проб воды посредством крана-дозатора 18, который с помощью персонального компьютера 17 переключают через заданные промежутки (например, через 5-20 мин) времени в зависимости от скорости судна, которую определяют высокоточной (0,1-0,5 м/с) аппаратурой спутниковых радионавигационных систем "НАВСТАР" и/или "ГЛОНАСС". Оцифрованные данные хроматографа 5 в совокупности с геодезическими координатами пунктов наблюдений от средства 2 обрабатывают с помощью компьютера 7, используя дополнительную память 8. Окончательную интерпретацию данных, построение профилей и карт (фиг.5) выполняют на графопостроителе 9.

Устройство по реализации способа работает следующим образом.

Вода из водозаборника 3 поступает в водную магистраль 10 дегазатора 4. В блоке 11 посредством регулировочного крана 19, манометра 20, расходомера 21 и таймера 22 устанавливается контроль за постоянством скорости водного потока в водной магистрали 10, лишняя вода сбрасывается посредством устройства 12 через сбросовый шланг 25. Сброс воды контролируется расходомером 24 и регулировочным краном 23. В проточном резервуаре 13 дегазатора 4 происходит насыщение водяного потока газом-носителем (гелием), поступающим из блока 14, где давление и скорость подачи газа-носителя устанавливается с помощью ротаметра 30, регулятора 29 и газового крана 32. Скорость подачи газа из блока 14 устанавливается в соответствии со скоростью подачи водного потока в дегазатор 4, контролируемой блоком 11. В дегазационной камере 15 с помощью насоса 17 и средства 16 создается необходимое для дегазации разрежение (порядка 0,2 кг/см²), в результате которого происходит извлечение газовой фазы. Далее в верхней части дегазационной камеры 15 дегазатора 4 смесь газа-носителя с извлеченным из воды газом через кран-дозатор 18 подается на вход аналитического блока - газового хроматографа 5 с ионизационно-пламенным детектором, в котором происходит анализ суммарного содержания углеводородных газов в воде. Дискретность (периодичность) анализа устанавливается краном-дозатором 18 по команде с компьютера 7 в зависимости от скорости судна, определяемой средством 2 геодезической привязки. Из установки 1 ГАПВ (с выхода хроматографа 5) значения измеренных данных о концентрации в воде углеводородов (в относительных единицах) поступают в компьютер 7, где регистрируются синхронно с данными о координатах точек наблюдения на профиле, поступающих из средства 2 геодезической привязки - приемоиндикаторов спутниковых радионавигационных систем "НАВСТАР" и/или "ГЛОНАСС". Файлы с информацией о площадном распределении углеводородов на участках акваторий хранятся в блоке 8 дополнительной памяти, а на графопостроителе 9 реализуется построение карт геохимического поля, например, в виде, представленном на фиг.5.

Таким образом, техническое решение, реализованное в предлагаемом способе и устройстве, позволяет адекватно и корректно решать задачи геохимической съемки акваторий, используя непрерывный контроль постоянства условий пробоотбора и синхронную точную координатную привязку пунктов наблюдений, совокупность которых позволяет повысить точность, информативность и надежность измерений, а следовательно, достоверность интерпретации результатов наблюдений при поисках нефтегазовых месторождений под дном акваторий.

Источники информации 1. Кругляков В.В., Круглякова Р.П. Геохимические методы поисков месторождений нефти и газа под дном акваторий // Обзор: Геол. методы поисков, разведки и оценки месторождений топливно-энергетического сырья. - М.: АОЗТ "Геоинформмарк", 1995. - 47 с. (прототип способа и устройства: с.3, 6-7).

2. Глумов И.Ф. Автоматизированные геофизические комплексы для изучения геологии и минеральных ресурсов Мирового океана. - М.: Недра, 1986. - 344 с. (аналоги).

3. Пат. РФ 1754660, МПК C 02 F 1/00, G 06 F 15/46, C 05 D 27/00, peг. а. с. СССР 15.04.92, peг. пат. РФ 17.02.93, опубл. БИ 30, 1992, с.268 (аналог устройства).

4. А.с. СССР 1374163, МПК G 01 V 9/00, опубл. БИ 6, 1988, с.181 (аналог способа).

Формула изобретения

1. Способ геохимической съемки акваторий, включающий отбор по заданной программе в пунктах наблюдения с известными геодезическими координатами проб воды, извлечение газовой фазы из проб воды путем дегазации, хромотографический анализ газа на содержание углеводородных компонентов, выделение полей с аномально высокими концентрациями углеводородных газов, суждение по полученным данным о наличии залежей нефти и газа и картографическое построение контуров месторождений в принятой системе геодезических координат, отличающийся тем, что при непрерывном профилировании акваторий специализированным судном, оснащенным установкой для геохимического анализа проб воды и средством геодезической привязки пунктов наблюдений, обеспечивают постоянство условий при последовательных отборах проб воды путем контроля и регулировки скорости подачи воды и соответствующего значения скорости подачи газа-носителя в дегазатор, а дискретность анализа последовательных проб воды устанавливают в зависимости от скорости судна, определяемой средством геодезической привязки специализированного судна.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что контроль скорости подачи воды в дегазатор осуществляют посредством измерения давления воды и расхода воды в единицу времени, регулировку скорости подачи воды осуществляют регулировочным краном и посредством сброса лишней воды, который контролируется расходомером.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что значение скорости подачи газа-носителя в дегазатор устанавливают посредством регулятора скорости газового потока, ротаметра, манометра и газового крана.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что дискретность анализа последовательных проб воды устанавливают в зависимости от скорости судна, которую определяют, используя спутниковые системы радионавигации "НАВСТАР" и/или "ГЛОНАСС" в дифференциальном режиме.

5. Устройство для геохимической съемки при непрерывном профилировании акваторий, содержащее 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, выполненной в виде персонального компьютера с дополнительным блоком памяти и графопостроителем, отличающееся тем, что 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, а вход крана-дозатора является выходом дегазатора и подключен к газовому хроматографу.

6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что блок контроля и регулировки скорости подачи воды в дегазационную камеру включает последовательно соединенные регулировочный кран, водяной манометр, расходомер воды с подключенным к нему таймером, а устройство сброса воды из водной магистрали снабжено регулировочным краном, расходомером и сбросовым шлангом.

7. Устройство по п.5, отличающееся тем, что блок подачи газа-носителя включает последовательно соединенные газовый баллон, газовую линию, редуктор, регулятор скорости газового потока, ротаметр, манометр и газовый кран.

8. Устройство по п.5, отличающееся тем, что в качестве средства геодезической привязки пунктов наблюдений использована аппаратура спутниковых систем радионавигации "НАВСТАР" и/или "ГЛОНАСС" в дифференциальном режиме.

9. Устройство по п.5, отличающееся тем, что в установке ГАПВ использованы два или более водозаборника, два или более дегазатора, а также два или более газовых хроматографа.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5