RU2362187C1

RU2362187C1 - Method for stimulating seismic waves in water

Info

Publication number: RU2362187C1
Application number: RU2007144236/28A
Authority: RU
Inventors: Юрий Петрович Бевзенко (RU); Юрий Петрович Бевзенко
Original assignee: Юрий Петрович Бевзенко; Закрытое акционерное общество "ГЕРУС"
Priority date: 2007-11-28
Filing date: 2007-11-28
Publication date: 2009-07-20

Abstract

FIELD: seismic prospecting.

SUBSTANCE: invention relates to the field of seismic prospecting, in particular to ways of stimulating seismic waves in aquatic areas. The method consists of creating a volumetric disturbance in the aquatic environment by means of a mechanical impact on the water using a pulsator. The innovation is seen in that the pulsator is located within an enclosure formed from a robust container possessing an open section, opening up below, which is in contact with the water. The pulisator is located within the robust container above the level of the water of the aquatic environment. The water from the aquatic environment rises above the level of the surrounding aquatic environment into the enclosure until it is completely full and creates the volumetric disturbance by using the pulsator.

EFFECT: increased effectiveness in the conversion of energy from the mechanical fluctuations from the pulsator into the vibrations of stimulated seismic waves in the water for transferal of wave energy to the bottom of the water mass and increased productivity of seismic prospecting work in shallow bodies of water.

3 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к сейсморазведке, а точнее к способам возбуждения сейсмических волн в водной среде, преимущественно в мелководных зонах морей, рек и озер, для передачи волновой энергии в донный грунт водоемов.The invention relates to seismic exploration, and more specifically to methods of exciting seismic waves in the aquatic environment, mainly in shallow areas of the seas, rivers and lakes, for transferring wave energy to the bottom soil of water bodies.

Наиболее распространенным является способ возбуждения сейсмических волн в водоемах путем образования объемного возмущения в водной среде посредством подачи порции сжатого воздуха из специального устройства (пневмопушки) (Захаров Н.В., Шумский Б.В. Технология и технические средства для сейсмических исследований на мелководье и транзитных зонах. Журнал «Приборы и системы разведочной геофизики», 01/2005, с.24-26).The most common is the method of exciting seismic waves in water bodies by generating volumetric disturbances in the aquatic environment by supplying a portion of compressed air from a special device (air gun) (Zakharov N.V., Shumsky B.V. Technology and technical means for seismic studies in shallow water and transit Journal “Instruments and Systems for Exploration Geophysics”, 01/2005, pp. 24-26).

Основной недостаток этого способа состоит в том, что при малой глубине водоема эффективность преобразования энергии порции сжатого воздуха в энергию упругих колебаний сейсмической волны становится крайне низкой вследствие быстрого прорыва расширяющимся воздушным пузырем толщи воды, перекрывающей порцию сжатого воздуха, и образованием неупругих поверхностных колебаний воды. Для повышения эффективности упомянутого выше преобразования осуществляют выпуск воздуха из пневмопушки, предварительно заглубив ее в дно водоема, что приводит к снижению производительности и увеличению стоимости сейсморазведочных работ.The main disadvantage of this method is that, at a shallow depth of the pond, the efficiency of converting the energy of a portion of compressed air into the energy of elastic vibrations of a seismic wave becomes extremely low due to the rapid breaking of a water column overlying a portion of compressed air by an expanding air bubble and the formation of inelastic surface vibrations of water. To increase the efficiency of the aforementioned conversion, air is released from the air gun, having previously been buried in the bottom of the reservoir, which leads to a decrease in productivity and an increase in the cost of seismic exploration.

Наиболее близким к заявляемому объекту является сейсмоисточник для создания сейсмических волн на акваториях, где приводится способ возбуждения сейсмических волн путем создания объемного возмущения в водной среде пульсирующим жестким элементом (пульсатором), выполненным в виде плиты-излучателя и расположенным в днище плавсредства, которое выполняет роль экрана, обеспечивающего снижение эффективности образования неупругой поверхностной волны и повышение эффективности преобразования энергии механических колебаний пульсатора в энергию упругих колебаний возбужденной сейсмической волны в массе воды (Патент РФ №2231087, кл. G01V 1/155, 1/38, опубл. 20.06.2004).Closest to the claimed object is a seismic source for creating seismic waves in water areas, which provides a method of exciting seismic waves by creating a disturbance in the aquatic environment by a pulsating rigid element (pulsator), made in the form of a radiator plate and located in the bottom of the craft, which acts as a screen , providing a decrease in the efficiency of formation of an inelastic surface wave and an increase in the efficiency of conversion of the energy of mechanical oscillations of the pulsator into giya elastic vibrations of an excited seismic wave in a mass of water (RF Patent No. 2231087, CL G01V 1/155, 1/38, publ. 06/20/2004).

Недостаток этого способа состоит в недостаточной эффективности преобразования энергии механических колебаний пульсатора в энергию упругих колебаний возбужденной сейсмической волны при сочетании малой глубины погружения днища плавсредства и относительно малого радиуса экрана (днища плавсредства), окружающего активный элемент пульсатора.The disadvantage of this method is the lack of efficiency in converting the energy of mechanical oscillations of the pulsator into the energy of elastic vibrations of an excited seismic wave with a combination of a small immersion depth of the bottom of the boat and the relatively small radius of the screen (bottom of the boat) surrounding the active element of the pulsator.

Низкая эффективность упомянутого выше преобразования энергии обусловлена рассеянием энергии в горизонтальном направлении, быстрым пробегом переднего фронта возбужденной сейсмической волны до края экрана и слабой укупоркой активного элемента пульсатора, обусловленной малой глубиной его погружения, равной глубине осадки плавсредства, вследствие чего большая доля энергии механических колебаний пульсатора преобразуется в неупругую поверхностную волну.The low efficiency of the energy conversion mentioned above is due to horizontal energy dissipation, the fast leading edge of the excited seismic wave to the edge of the screen, and the closure of the active element of the pulsator due to the shallow depth of immersion equal to the draft depth of the watercraft, as a result of which a large fraction of the energy of the mechanical vibrations of the pulsator is converted into an inelastic surface wave.

Для повышения эффективности преобразования энергии механических колебаний пульсатора в энергию упругих колебаний возбужденной сейсмической волны необходимо либо усилить укупорку пульсатора путем увеличения глубины погружения днища плавсредства, тогда будет исключена возможность работы при малой глубине водоема, либо увеличить время пробега переднего фронта сейсмической волны от пульсатора до края экрана путем увеличения радиуса экрана, окружающего активный элемент пульсатора, за счет увеличения ширины плавсредства, но при этом снизится маневренность плавсредства и будет исключена возможность его захода в относительно узкие протоки водоема.To increase the efficiency of converting the energy of mechanical oscillations of the pulsator into the energy of elastic vibrations of an excited seismic wave, it is necessary to either strengthen the capping of the pulsator by increasing the depth of immersion of the bottom of the watercraft, then it will be impossible to work at a shallow depth of the reservoir, or increase the travel time of the leading edge of the seismic wave from the pulsator to the edge of the screen by increasing the radius of the screen surrounding the active element of the pulsator, by increasing the width of the craft, but with izitsya flexibility boats and will be prevented from further entering the relatively narrow channels of the reservoir.

Задача изобретения состоит в повышении эффективности преобразования энергии механических колебаний пульсатора в энергию упругих колебаний возбужденной сейсмической волны в водной среде для передачи волновой энергии в донный грунт водоема и повышение производительности сейсморазведочных работ в неглубоких водоемах.The objective of the invention is to increase the efficiency of converting the energy of mechanical oscillations of the pulsator into the energy of elastic vibrations of an excited seismic wave in an aqueous medium for transferring wave energy to the bottom soil of a reservoir and increasing the productivity of seismic surveys in shallow reservoirs.

Задача решается тем, что в известном способе возбуждения сейсмических волн в водоеме, включающем создание объемных возмущений в водной среде посредством механического воздействия на массу воды пульсатором, пульсатор размещают внутри полости, образованной жесткой емкостью, имеющей открытую часть, обращенную вниз, которую вводят в контакт с водой водоема, при этом пульсатор размещают внутри жесткой емкости выше уровня поверхности водоема, массу воды из водоема поднимают выше уровня поверхности водоема в полость жесткой емкости и создают пульсатором объемные возмущения.The problem is solved in that in the known method of exciting seismic waves in a reservoir, including the creation of volumetric perturbations in an aqueous medium by mechanical action of a pulsator on a mass of water, the pulsator is placed inside a cavity formed by a rigid container with an open part facing down, which is brought into contact with water of the reservoir, while the pulsator is placed inside a rigid tank above the surface of the reservoir, the mass of water from the reservoir is raised above the surface of the reservoir into the cavity of the rigid reservoir and create pulsator volumetric perturbation.

Для большего повышения эффективности передачи сейсмических волн в донный грунт водоема перед созданием объемных возмущений в водной среде заполненную водой жесткую емкость с размещенным в ней пульсатором погружают на дно водоема.To increase the efficiency of the transfer of seismic waves to the bottom soil of a reservoir before creating volumetric disturbances in the aquatic environment, a rigid tank filled with water with a pulsator placed in it is immersed at the bottom of the reservoir.

Для повышения производительности работ за счет возбуждения сейсмических волн в процессе непрерывного движении жесткой емкости на плаву или по дну водоема открытую часть емкости перекрывают мембраной.To increase the productivity of work due to the excitation of seismic waves during the continuous movement of a rigid tank afloat or along the bottom of a reservoir, the open part of the tank is covered with a membrane.

Сущность изобретения состоит в следующем.The invention consists in the following.

Размещение пульсатора внутри полости, образованной жесткой емкостью, и заполнение жесткой емкости водой, взаимодействующей с водой водоема, позволяет предотвратить рассеяние энергии упругих колебаний возбужденной сейсмической волны в горизонтальном и в вертикальном направлении вверх и обеспечить за счет отражения сейсмических волн от корпуса емкости концентрацию энергии упругих колебаний возбужденной сейсмической волны в направлении вниз, в сторону донного грунта.Placing a pulsator inside a cavity formed by a rigid vessel and filling the rigid vessel with water interacting with the water of the reservoir helps to prevent the dispersion of the energy of elastic vibrations of the excited seismic wave in the horizontal and vertical direction up and to ensure the concentration of elastic vibration energy by reflecting the seismic waves from the vessel body excited seismic wave in the downward direction towards the bottom soil.

Вместе с тем, подъем воды в полость емкости выше уровня поверхности водоема позволяет усилить укупорку пульсатора, так как при этом увеличивается длина пути пробега переднего фронта возбужденной сейсмической волны до поверхности водоема, она становится равной сумме расстояний от пульсатора до нижней кромки жесткой емкости и от нижней кромки емкости до поверхности водоема.At the same time, raising the water into the cavity of the reservoir above the surface of the reservoir makes it possible to increase the closure of the pulsator, since this increases the path length of the leading edge of the excited seismic wave to the surface of the reservoir, it becomes equal to the sum of the distances from the pulsator to the lower edge of the rigid reservoir and from the lower the edges of the tank to the surface of the reservoir.

Погружение жесткой емкости на дно водоема обеспечивает повышение эффективности передачи упругих колебаний непосредственно в донный грунт за счет увеличения укупорки пульсатора до максимального значения и за счет полного перекрытия жесткой емкостью пути распространения сейсмических волн в горизонтальном направлении.Immersion of a rigid container at the bottom of the reservoir provides an increase in the efficiency of transmission of elastic vibrations directly to the bottom soil by increasing the closure of the pulsator to a maximum value and due to the complete blocking of the horizontal path of seismic wave propagation by the rigid container.

Перекрытие открытой части жесткой емкости мембраной, защищающей полость емкости от попадания в нее ила, песка и различных предметов, находящихся вблизи дна или на дне водоема, обеспечивает возбуждение сейсмических волн в процессе непрерывного перемещения жесткой емкости в непосредственной близости от дна водоема на плаву либо по дну водоема волоком, чем обеспечивается повышение производительности работ.Overlapping the open part of the rigid tank with a membrane that protects the cavity of the tank from ingress of silt, sand and various objects located near the bottom or at the bottom of the reservoir ensures the excitation of seismic waves during the continuous movement of the rigid reservoir in the immediate vicinity of the bottom of the reservoir afloat or along the bottom pond dragging, which ensures increased productivity.

Способ поясняется чертежом, где на фиг.1 показана жесткая емкость с пульсатором, расположенная в водной среде водоема, в рабочем положении; на фиг.2 - то же, но опирающаяся на дно водоема; на фиг.3 - жесткая емкость, перекрытая мембраной.The method is illustrated in the drawing, where figure 1 shows a rigid tank with a pulsator located in the water environment of the reservoir, in the working position; figure 2 is the same, but resting on the bottom of the reservoir; figure 3 - rigid capacity, overlapped by a membrane.

На фиг.1-3 обозначены: пульсатор 1, жесткая емкость 2 с полостью 3, вода 4 водоема, уровень поверхности 5 водоема, дно 6 водоема, мембрана 7.Figure 1-3 marked: pulsator 1, a rigid tank 2 with a cavity 3, water 4 reservoir, surface level 5 of the reservoir, bottom 6 of the reservoir, membrane 7.

Согласно изобретению пульсатор 1 любым известным способом размещают внутри полости 3, образованной жесткой емкостью 2, открытую часть жесткой емкости 2 вводят в контакт с водой 4 водоема, погружая ее ниже уровня поверхности 5 водоема так, чтобы полость 3 была полностью перекрыта водой 4 водоема; любым известным способом, например вакуумной откачкой, поднимают воду 4 водоема в полость 3 до полного ее заполнения и производят объемные возмущения пульсатором 1, возбуждая тем самым сейсмические волны в водной среде внутри полости 3 емкости 2, которые согласно известным физическим свойствам воды через открытую часть емкости 2 переходят в водоем.According to the invention, the pulsator 1 is placed by any known method inside the cavity 3 formed by the rigid tank 2, the open part of the rigid tank 2 is brought into contact with the water 4 of the reservoir, immersing it below the surface 5 of the reservoir so that the cavity 3 is completely covered by the water 4 of the reservoir; by any known method, for example by vacuum pumping, raise the water 4 of the reservoir into the cavity 3 until it is completely filled and produce volumetric disturbances by the pulsator 1, thereby exciting seismic waves in the aqueous medium inside the cavity 3 of the reservoir 2, which according to the known physical properties of water through the open part of the reservoir 2 go into the pond.

Жесткая емкость может быть выполнена, например, в виде колокола, цилиндра, в форме поверхности полусферы или параболоида вращения и т.п.The rigid container can be made, for example, in the form of a bell, a cylinder, in the form of a hemisphere surface or a rotation paraboloid, etc.

В качестве пульсатора применяют любой известный пульсатор импульсного или вибрационного типа.As a pulsator, any known pulsator of a pulse or vibration type is used.

Повышение эффективности преобразования энергии механических колебаний пульсатора в энергию упругих колебаний сейсмических волн в водной среде, передаваемых в донный грунт, происходит вследствие предотвращения распространения упругих колебаний возбужденной сейсмической волны в нежелательных направлениях (горизонтально и вертикально вверх) и концентрации энергии упругих колебаний в нужном направлении (вниз в сторону донного грунта) за счет отражения сейсмических волн от корпуса жесткой емкости, а также усиления укупорки пульсатора за счет увеличения длины пути пробега возбужденной сейсмической волны от пульсатора до уровня поверхности водоема.The increase in the efficiency of converting the energy of mechanical oscillations of the pulsator into the energy of elastic vibrations of seismic waves in an aqueous medium transmitted to the bottom soil occurs due to the prevention of the propagation of elastic vibrations of an excited seismic wave in undesirable directions (horizontally and vertically up) and the concentration of energy of elastic vibrations in the desired direction (down towards the bottom soil) due to the reflection of seismic waves from the body of the rigid capacity, as well as the strengthening of the capping of the pulsator due to the increase in the path length of the excited seismic wave from the pulsator to the surface level of the reservoir.

При погружении жесткой емкости 2 на дно 6 водоема повышение эффективности передачи возбужденных упругих колебаний воды, находящейся в полости 3, в грунт происходит потому, что колебания, возбуждаемые в полости, воздействуют непосредственно на грунт. Если же жесткая емкость не погружена на дно водоема, то передача волновой энергии в грунт происходит не непосредственно, а через воду 4 водоема, находящуюся вне полости 3, что приводит к утечке волновой энергии в горизонтальном направлении и, соответственно, снижению передачи волновой энергии в грунт дна водоема.When immersing the rigid container 2 on the bottom 6 of the reservoir, the increase in the efficiency of transfer of the excited elastic vibrations of the water located in the cavity 3 to the soil occurs because the vibrations excited in the cavity act directly on the soil. If the rigid container is not immersed at the bottom of the reservoir, then the transfer of wave energy to the soil does not occur directly, but through the water 4 of the reservoir outside the cavity 3, which leads to leakage of wave energy in the horizontal direction and, accordingly, a decrease in the transfer of wave energy to the soil bottom of the reservoir.

Перекрытие открытой части емкости 2 мембраной 7 препятствует заполнению полости 3 материалом донных осадков, чем обеспечивается сохранение постоянными физических свойств массы воды, находящейся в полости, и возникает возможность повышения производительности сейсморазведочных работ за счет возбуждения сейсмических волн в процессе непрерывного перемещения жесткой емкости 2 на плаву либо волоком по дну водоема.Overlapping the open part of vessel 2 with membrane 7 prevents the filling of cavity 3 with bottom sediment material, which ensures that the physical properties of the mass of water in the cavity are kept constant, and it becomes possible to increase the productivity of seismic exploration due to the excitation of seismic waves during continuous movement of rigid vessel 2 afloat or dragging along the bottom of the reservoir.

Мембрана 7 может быть изготовлена из упругого синтетического материала, устойчивого к истиранию и к ударным нагрузкам.The membrane 7 can be made of an elastic synthetic material that is resistant to abrasion and impact loads.

В качестве примера рассмотрим применение способа в водоеме, глубина которого изменяется от 0,3 до 5,0 м.As an example, consider the application of the method in a reservoir, the depth of which varies from 0.3 to 5.0 m

Согласно изобретению в полости, образованной жесткой емкостью, выполненной в форме поверхности параболоида вращения, высотой 3 м с диаметром открытой нижней части 4 м, в зоне фокуса параболоида (при выбранных параметрах жесткой емкости фокус параболоида расположен на 0,5 м ниже вершины емкости) размещают пульсатор поршневого типа, выполненный, например, в виде цилиндра с поршнем, жестко закрепленного на внутренней поверхности жесткой емкости, и работающий без выпуска газообразных продуктов работы в полость. Жесткую емкость закрепляют над отверстием в днище плавсредства, имеющего осадку не более 0,2 м, так, чтобы открытая часть емкости находилась на уровне днища плавсредства; при наличии в водоеме участков с очень малой глубиной (0,2 м и менее) открытую часть жесткой емкости перекрывают мембраной, при этом емкость можно располагать и вне корпуса плавсредства, соединив ее с плавсредством при помощи буксирного троса. Емкость любым известным способом заполняют водой, например путем вакуумной откачки воздуха из полости либо принудительной подачей воды в полость емкости одновременно с выпуском вытесняемого водой воздуха, и производят объемные возмущения (импульсы или вибрации) в водной среде поршнем пульсатора.According to the invention, in a cavity formed by a rigid container made in the form of a surface of a paraboloid of revolution, 3 m high with a diameter of the open lower part of 4 m, in the focus area of the paraboloid (with the selected parameters of the rigid container, the focus of the paraboloid is located 0.5 m below the top of the container) a piston-type pulsator, made, for example, in the form of a cylinder with a piston, rigidly fixed on the inner surface of a rigid container, and working without the release of gaseous products of work into the cavity. A rigid container is fixed above the hole in the bottom of the boat having a draft of not more than 0.2 m, so that the open part of the tank is at the level of the bottom of the boat; in the presence of sections with a very shallow depth (0.2 m or less) in the reservoir, the open part of the rigid container is covered with a membrane, and the container can also be located outside the body of the craft, connecting it to the craft using a tow rope. The container is filled with water by any known method, for example, by vacuum pumping air out of the cavity or by forced supply of water into the cavity of the container at the same time as the air displaced by the water is discharged, and volumetric disturbances (pulses or vibrations) are produced in the aqueous medium by the pulsator piston.

Если емкость закреплена в корпусе плавсредства, то вода в полости, образованной емкостью, поднимается над уровнем водоема на высоту, равную высоте емкости (3,0 м), уменьшенной на величину осадки плавсредства (0,2 м), а эффективность преобразования энергии пульсаций в энергию сейсмических волн будет такой же, как при погружении пульсатора без емкости на глубину, равную высоте емкости (3,0 м), уменьшенной на величину расстояния между вершиной емкости и зоной фокуса параболоида (0,5 м) и увеличенной на величину осадки плавсредства (0,2 м). Это значит, что при любой фактической глубине водоема, выбранных параметрах жесткой емкости и выбранной осадке плавсредства эффективная укупорка пульсатора будет соответствовать глубине погружения пульсатора, равной 2,7 м.If the tank is fixed in the body of the craft, then the water in the cavity formed by the tank rises above the level of the reservoir to a height equal to the height of the tank (3.0 m), reduced by the draft of the craft (0.2 m), and the pulsation energy conversion efficiency is the energy of seismic waves will be the same as when a pulsator without a tank is immersed to a depth equal to the height of the tank (3.0 m), reduced by the distance between the top of the tank and the focus area of the paraboloid (0.5 m) and increased by the draft of the craft ( 0.2 m). This means that for any actual depth of the reservoir, the selected parameters of the rigid capacity and the selected draft of the craft, the effective closure of the pulsator will correspond to a depth of immersion of the pulsator equal to 2.7 m.

Если емкость располагается вне корпуса плавсредства, на дне водоема, то эффективная глубина погружения пульсатора будет равна глубине водоема, увеличенной на высоту (3,0 м) жесткой емкости и уменьшенной на величину расстояния (0,5 м) между вершиной емкости и зоной фокуса параболоида. Это значит, что при глубине водоема 1 м эффективная глубина погружения пульсатора будет равна 3,5 м.If the tank is located outside the body of the craft, at the bottom of the reservoir, the effective depth of immersion of the pulsator will be equal to the depth of the reservoir, increased by the height (3.0 m) of the rigid tank and reduced by the distance (0.5 m) between the top of the tank and the focus area of the paraboloid . This means that with a reservoir depth of 1 m, the effective immersion depth of the pulsator will be equal to 3.5 m.

Во всех вариантах размещения жесткой емкости производили импульсные возбуждения пульсатором и сравнивали сейсмический эффект с эффектом, создаваемым при использовании прототипа. Во всех случаях было достигнуто не менее чем двукратное увеличение амплитуды сейсмических волн, регистрируемых датчиками давления, расположенными на поверхности дна водоема.In all variants of the placement of the rigid capacitance, pulsed excitations were made by a pulsator and the seismic effect was compared with the effect created using the prototype. In all cases, at least a twofold increase in the amplitude of seismic waves recorded by pressure sensors located on the bottom surface of the reservoir was achieved.

Claims

1. A method of exciting seismic waves in a body of water, including the creation of volumetric disturbances in the aquatic environment by mechanically acting on the mass of water with a pulsator, characterized in that the pulsator is placed inside a cavity formed by a rigid container having an open part facing down, which is brought into contact with water a reservoir, while the pulsator is placed inside a rigid tank above the surface of the reservoir, the mass of water from the reservoir is raised above the surface of the reservoir into the cavity of the rigid reservoir until it is full I create pulsator volumetric perturbation.

2. The method according to claim 1, characterized in that before creating volumetric disturbances in the aquatic environment, a rigid container filled with water with a pulsator located in it is immersed at the bottom of the reservoir.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the open part of the rigid container is covered with a membrane.