RU199836U1 - Донная станция - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к области разведочной геофизики, в частности к оборудованию для осуществления морской геоэлектроразведки методами кажущихся сопротивлений и магнито-теллурики и предназначено для прогнозирования залежей углеводородов и изучения глубинного строения земной коры. Сущность: донная станция для морских геофизических исследований содержит корпус, в котором расположен блок плавучестей, регистратор сигналов, размыкатель с акустической антенной, источники питания, подвижные штанги с неполяризующимися электродами, подвижные консоли с расположенными на концах магнитными датчиками и груз. Консоли магнитных датчиков имеют форму перевернутой буквы «V». Консоли индукционных датчиков расположены ортогонально. Консоль с феррозондовым датчиком образует с ними угол 135 градусов. Технический результат: повышение точности измерений за счет снижения помех. 5 з.п. ф-лы, 2 ил.

Description

Полезная модель относится к области разведочной геофизики, в частности к оборудованию для осуществления морской геоэлектроразведки методами кажущихся сопротивлений и магнито-теллурики и предназначено для прогнозирования залежей углеводородов и изучения глубинного строения земной коры.

В настоящее время для морских геофизических исследований широко применяются донные станции различной конструкции и назначения. Так, известны донные сейсмические станции (RU 24890; Глубоководная донная самовсплывающая сейсмическая станция АДС-8 / Соловьев С.Л., Контарь Е.А., Дозоров Т.А., Ковачев С.А. // Известия АН СССР Физика Земли, 1988, №9, с. 459-460; Ocean Bottom Seismometer (OBS) Systems. Company Profile Project Companies Kieler Umwelt und Meerestechnik GmbH (K.U.M.), Signal-Elektronik und Nets Dienste GmbH (SEND), April 2002, 11 p.), на основе подводного модуля, который представляет собой герметичный корпус, снабженный устройством постановки на дно, внутри которого размещена аппаратура регистрации гидроакустических сигналов с соответствующими фильтрами, формирователями, преобразователями, накопителями информации, схемой синхронизации, источником питания и устройством определения ориентации подводного модуля.

Основным недостатком подобных станций является невозможность полной и адекватной передачи изменяющихся параметров грунта на датчики измерения сигналов, установленные на опорной трубчатой раме, снабженной металлическими механизмами откидывания и прижимания к грунту, что в сочетании с наличием границы грунт-металл вызывает дополнительные погрешности при прохождении акустических сигналов и в конечном итоге приводит к искажению результатов измерений. Кроме того, использование механизмов откидывания и прижимания к грунту недостаточно эффективно вследствие их сложности, отсутствия контроля за их установкой, что приводит к попаданию блока измерительных датчиков в рыхлый грунт дна и, как следствие, к нарушению работоспособности.

Известна самовсплывающая электромагнитная станция (US 5770945, 2010), имеющая два взаимноортогональных индукционных датчика магнитного поля, расположенных в корпусе станции, и систему измерения горизонтальных составляющих электрического поля, состоящую из прикрепленных к корпусу станции горизонтальных полужестких штанг, длиной по пять метров каждая, с электродами на концах.

Недостатком станции является возможность измерения только двух компонент, а также то, что основные элементы конструкции - регистратор, источник питания, акустическая система размыкателя располагаются внутри корпуса станции вблизи первичных датчиков поля - индукционных преобразователей и оказывают на них влияние, повышая уровень шумов, а также влияют на показания магнитного компаса в датчике определения углов, что приводит к существенным ошибкам при определении ориентации станции. Кроме того, такая конструкция станции требует свободное место на палубе площадью не менее 100 кв. метров и специального оборудования для проведения спуско-подъемных работ.

Известна самовсплывающая станция для электромагнитных измерений (US 6842006, 2002). Станция имеет корпус, блок стеклянных плавучестей, регистратор сигналов, датчики, размыкатель, антенну, блок питания и якорь. Штанги длиной пять метров и диаметром около пяти сантиметров с электродами, образующие два взаимоперпендикулярных диполя, могут свободно перемещаться в вертикальной плоскости, что упрощает проведение спуско-подъемных операций. Индукционные датчики (от одного до четырех) располагаются в пределах длины штанг, как правило, ближе к их концу, для снижения влияния магнитных масс станции на результаты измерения магнитного поля. Вывод станции за борт осуществляется со штангами, направленными вертикально вниз, что хотя и упрощает спуск станции, требует специального крана с большой высотой подъема и, кроме того, повышает вероятность повреждения электродов и индукционных датчиков в случае, когда поток воды при спуске не успевает перевести штанги в вертикальное положение или загибает одну или несколько штанг под груз.

Недостатком станции также является возможность измерения только двух координат, а также не полностью устраненное негативное воздействие, связанная с помехами, вызываемыми работающими приборами. Еще одним недостатком этой и других существующих станций является использование в существующих станциях преимущественно индукционных датчиков магнитного поля, которые обладают на низких частотах высоким уровнем шумов.

Наиболее близкой по технической сущности к заявляемому решению является ранее разработанная авторами структура донной станции (RU 2510051, 2012), которая содержит корпус, в котором расположен блок плавучестей, регистратор сигналов, подвижные штанги с неполяризующимися электродами, размыкатель, антенну, блок питания, якорь и набор датчиков, включая индукционные и феррозондовый трехкомпонентный датчик, причем хотя бы два устройства из группы, включающей в себя датчик, регистратор, блок питания и акустическую систему, помещены в отдельные герметичные корпуса, отнесенные от корпуса станции на расстояние 2-5 метров и связанные с корпусом с помощью консолей, которые закреплены в горизонтальном положении с возможностью вращения вокруг горизонтальной оси, причем индукционные датчики, находящиеся внутри корпуса станции, расположены таким образом, чтобы центры индукционных катушек находились максимально близко друг к другу. Консоли, при спуске расположены в квазивертикальном положении, и раскладываются при постановке на дно.

Недостатком станции этого типа является возможное негативное влияние феррозондового датчика на другие измерительные каналы из-за недостаточной длины консоли, а также механическое воздействие больших масс регистраторов, расположенных на концах консолей на их прочность.

Технической задачей, решаемой авторами, являлось повышение точности измерений за счет снижения образующихся помех.

Технический результат достигался за счет оптимального пространственного расположения первичных датчиков относительно элементов конструкции станции, которые могут оказывать негативное влияние на измеряемые сигналы, заключающийся в том, что консоли магнитных датчиков имеют форму перевернутой буквы «V», консоли индукционных датчиков расположены ортогонально, а консоль с феррозондовым датчиком образует с ними угол 135 градусов. При этом возможно использование в качестве одного из магнитных датчиков феррозондового.

Консоли, как правило, снабжены фиксаторами, обеспечивающими прямолинейность консоли после ее выпрямления под воздействием вертикального потока воды в процессе спуска, и имеют длину 5-12 метров.

Для контроля ориентации датчиков на расстоянии не меньше метра от магнитного датчика могут быть расположены трехкомпононтные датчики углов.

Оптимальные результаты достигаются, если штанги неполяризующихся электродов также выполнены в виде перевернутой буквы «V» и снабжены фиксатором.

Общий вид станции приведен на фиг. 1 (вид сверху) и фиг. 2 (вид сбоку), где используются следующие обозначения:

1. Корпус станции.

2. Блок плавучести.

3. Сфероцилиндрический герметичный корпус регистратора.

4. Размыкатель.

5. Акустическая антенна размыкателя.

6. Источники питания в гермокорпусах.

7. Консоли датчиков.

8. Ось складной консоли.

9. Фиксатор складной консоли.

10. Индукционные датчики магнитного поля в гермокорпусах.

11. Феррозондовый датчик магнитного поля в гермокорпусе.

12. Датчики углов с магнитными компасами в гермокорпусах.

13. Штанги неполяризующихся электродов.

14. Штанга вертикальной составляющей.

15. Неполяризующиеся электроды.

16. Узлы временного крепления консолей и штанг.

17. Груз.

Корпус 1 изготавливается из полимерного материала, например, полистона или фторопласта. Внутри корпуса располагается блок плавучести 2, изготовленный, в зависимости от глубины постановки станции, из синтактика или пенопласта. Блок плавучести должен обеспечивать положительную плавучесть станции не менее 50 кг. В сфероцилиндрическом корпусе регистратора 3 размещаются многоканальный регистратор величин измеряемых компонент электромагнитного поля, регистратор вспомогательной информации (крена, дифферента и азимута магнитных датчиков, глубины моря и т.д.), электроника системы акустического размыкателя и источники питания. Размыкатель 4 и акустическая антенна 5 размещаются в верхней точке сферической части гермокорпуса регистратора 3. По периметру цилиндрической части гермокорпуса регистратора 3 размещаются герморазъемы (не показаны) для подключения к датчикам электромагнитного поля и датчикам углов. Внутри корпуса станции располагаются также источники питания магнитных датчиков 6. При необходимости, там же может размещаться дополнительный источник питания регистратора (не показан).

Консоли 7 магнитных датчиков, обеспечивающие их удаление от магнитных масс станции, выполнены в виде перевернутых букв V, что позволяет увеличить их длину до 5-12 метров и, тем самым, существенно уменьшить или исключить влияние на датчики магнитных масс станции. Конструкция консоли обеспечивает вращение нисходящей части вокруг горизонтальной оси 8 в диапазоне углов от 20-30 до 180 градусов, при достижении которого срабатывает фиксатор 9. На концах нисходящей части консолей 7 крепятся индукционные датчики 10, обеспечивающие измерение в диапазоне частот 0,0005-500 Гц, и феррозондовый датчик 11 для измерения в диапазоне 0-0,0005 Гц. Консоли 7 индукционных датчиков устанавливаются на станции ортогонально друг другу, консоль 7 феррозондового датчика образует с каждой из консолей индукционных датчиков угол 135 градусов, что приблизительно в 1,85 раза увеличивает расстояние между датчиками по отношению к длине консоли. На нисходящих частях консолей 7 на расстоянии не менее метра от магнитных датчиков устанавливаются трехкомпонентные датчики углов 12.

Штанги неполяризующихся электродов для измерения горизонтальной составляющей электрического поля 13 располагаются напротив консолей 7 индукционных датчиков. Штанги 13 могут быть складными, разборными или телескопическими и изготавливаться из полиэтиленовых, стекло- или углепластиковых материалов. На концах штанг 13 устанавливаются неполяризующиеся электроды 15, которые вместе с электродами, расположенными на восходящих частях консолей 7, образуют измерительную базу (разнос) для соответствующей горизонтальной компоненты электрического поля. Величина разноса, как правило, составляет оптимально 10 метров, но может быть больше или меньше. В случае необходимости существенного увеличения разноса, штанги 13 могут быть выполнены по схеме перевернутой буквы V с фиксатором, а неполяризующиеся электроды 15, устанавливаемые на консолях 7, вынесены на нисходящую часть.

Штанга вертикальной составляющей электрического поля 14 располагается напротив консоли 7 с феррозондовым датчиком, изготавливается из полимерного материала и имеет длину от 1.5 до 3 м. Неполяризующиеся электроды 15 располагаются на верхнем и нижнем концах штанги 14.

Консоли 7 и штанги неполяризующихся электродов 13 крепятся к корпусу станции 1 с помощью узлов крепления (не показано), обеспечивающих вращение консолей и штанг вокруг горизонтальной оси. При подготовке станций к работе, перед спуском консоли 7 и штанги неполяризующихся электродов 13 фиксируются с помощью узла 16 в квазивертикальном положении, образующим с вертикалью угол 10-15 градусов.

Станция устанавливается на грузе 17, изготовленного из бетона или терраблоков, обеспечивающего доставку станции на дно. Вес груза в воде должен быть в несколько раз больше положительной плавучести станции.

При проведении работ, не требующих низкочастотных измерений магнитного поля, например при работе с активными источниками при поисках нефти и газа, консоль 7 с феррозондовым датчиком магнитного поля может быть заменена на вертикальную консоль с длиной 2-3 метра. На верхнем конце такой консоли устанавливается индукционный датчик для измерения вертикальной составляющей магнитного поля. На этой же консоли могут быть размещены неполяризующиеся электроды 15 для измерения вертикальной составляющей электрического поля.

Работа с донной станцией осуществляется следующим образом. Собранная станция с консолями 7 и штангами неполяризующихся электродов 13 установленными в квазивертикальном положении выводится за борт. После опускания станции в воду и освобождения от грузового устройства, узлы временного крепления консолей и штанг 16 срабатывают под собственным весом станции, освобождая консоли 7 и штанги неполяризующихся электродов 13. Под воздействием потока воды, направленным при спуске станции на дно вертикально вверх, восходящие части консолей 7 и штанги неполяризующихся электродов 13 сохраняют квазивертикальное положение, а нисходящие части консолей 7 начинают движение вверх вокруг осей складной консоли 8. При выпрямлении консолей в линию происходит срабатывание фиксаторов складных консолей 9, и станция продолжает спуск с выпрямленными консолями 7, находящимися в квазивертикальном положении. При достижении станцией дна, консоли 7 и штанги неполяризующихся электродов 13 за счет первоначального раскрытия в 10-15 градусов, опускаются на дно под весом магнитных датчиков и электродов.

Станция по таймеру или команде с борта начинает проводить измерения электромагнитного поля. По завершении работ, с борта судна подается команда на всплытие. Происходит срабатывание размыкателя 4, станция освобождается от груза 17 и всплывает. При всплытии станции консоли 7 и штанги неполяризующихся электродов 13 располагаются квазивертикально вниз, что обеспечивает существенно большую скорость всплытия по сравнению со случаем, когда штанги располагаются горизонтально.

По сравнению с другими типами станций, заявляемая конструкция более технологична, удобна в работе и снижает на 95% влияние магнитных масс станции, а также повышает точность полученных результатов.

Claims (6)

1. Донная станция для морских геофизических исследований, содержащая корпус, в котором расположен блок плавучестей, регистратор сигналов, размыкатель с акустической антенной, источники питания, подвижные штанги с неполяризующимися электродами, подвижные консоли с расположенными на концах магнитными датчиками и груз, отличающаяся тем, что консоли магнитных датчиков имеют форму перевернутой буквы «V», консоли индукционных датчиков расположены ортогонально, а консоль с феррозондовым датчиком образует с ними угол 135 градусов.

2. Донная станция по п. 1, отличающаяся тем, что один из магнитных датчиков феррозондовый.

3. Донная станция по п. 1, отличающаяся тем, что консоли снабжены фиксаторами, обеспечивающими прямолинейность консоли после ее выпрямления под воздействием вертикального потока воды в процессе спуска.

4. Донная станция по п. 1, отличающаяся тем, что консоли имеют длину 5-12 метров.

5. Донная станция поп. 1, отличающаяся тем, что на расстоянии не меньше метра от магнитного датчика расположен трехкомпонентный датчик углов.

6. Донная станция по пп. 1-5, отличающаяся тем, что штанги неполяризующихся электродов выполнены в виде перевернутой буквы «V» и снабжены фиксатором.

Images