RU2503977C1 - System for offshore hydrocarbon deposit prospecting - Google Patents
System for offshore hydrocarbon deposit prospecting Download PDFInfo
- Publication number
- RU2503977C1 RU2503977C1 RU2012130827/28A RU2012130827A RU2503977C1 RU 2503977 C1 RU2503977 C1 RU 2503977C1 RU 2012130827/28 A RU2012130827/28 A RU 2012130827/28A RU 2012130827 A RU2012130827 A RU 2012130827A RU 2503977 C1 RU2503977 C1 RU 2503977C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- frequency
- receiving
- waves
- channel
- signals
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к средствам поиска углеводородных залежей на протяженных морских акваториях, предпочтительно на шельфе. Изобретение также может быть использовано в просветных гидроакустических системах дальнего приема и комплексного мониторинга характеристик полей различной физической природы (акустических, электромагнитных и гидродинамических), формируемых искусственными и естественными источниками водной среды и морского дна в низком, инфранизком и дробном диапазонах частот.The invention relates to means for searching for hydrocarbon deposits in extended sea areas, preferably on the shelf. The invention can also be used in translucent hydroacoustic systems for long-distance reception and complex monitoring of the characteristics of fields of various physical nature (acoustic, electromagnetic and hydrodynamic) formed by artificial and natural sources of the aquatic environment and the seabed in the low, infra-low and fractional frequency ranges.
Известна сейсмоакустическая система поиска углеводородов, включающая взаимосвязанные, как минимум два, приемники, а также блоки обработки и пространственно-временного представления характеристик измеряемых сейсмических волн, формируемых углеводородными залежами, как неоднородными полостями земной коры, при этом в качестве приемных антенн использованы объемные, пространственно-разнесенные на 50-1000 м полусферы, соединенные со сквозными трактами обработки сигналов, содержащими блоки выделения информационных волн на фоне техногенных и других помех среды, а также блоки: исключения искаженных участков сигналов и их последующего обобщения; спектрального анализа сигналов и вычисления дисперсий, а также их амплитудно-временного представления, последующего определения временных участков проявления максимальных уровней дискретных составляющих, по которым затем судят о наличии УВ залежей и глубине их залегания. A seismic-acoustic hydrocarbon search system is known, including interconnected at least two receivers, as well as processing and spatiotemporal representations of the characteristics of the measured seismic waves generated by hydrocarbon deposits as inhomogeneous cavities of the earth's crust, while volumetric, spatially Hemispheres spaced 50-1000 m apart, connected to through signal processing paths containing blocks for extracting information waves against technogenic and other environmental interference, as well as blocks: exclusion of distorted sections of signals and their subsequent generalization; spectral analysis of signals and calculation of variances, as well as their amplitude-time representation, the subsequent determination of the time sections of the manifestation of the maximum levels of discrete components, which then judge the presence of hydrocarbon deposits and the depth of their occurrence.
Недостатками рассматриваемой системы являются низкая чувствительность приема сейсмических излучений углеводородных залежей, отсутствие мобильности поисковой системы, а также сложность и большое время обработки измеряемой информации. Это в совокупности приводит к низкой эффективности системы и трудностям ее практической реализации и к недостаточной достоверности результатов прогнозирования залежей углеводородов.The disadvantages of the system under consideration are the low sensitivity of the reception of seismic emissions of hydrocarbon deposits, the lack of mobility of the search system, as well as the complexity and long processing time of the measured information. This together leads to a low efficiency of the system and difficulties in its practical implementation and to insufficient reliability of the results of forecasting hydrocarbon deposits.
В целом такая система уступает по своей эффективности системам, основанным на закономерностях нелинейной гидроакустики.In general, such a system is inferior in effectiveness to systems based on the laws of nonlinear hydroacoustics.
Известна система параметрического приема акустической (упругой) волны в морской среде, включающая создание вблизи приемника рабочей зоны нелинейного взаимодействия и параметрического преобразования волн накачки и измеряемых информационных посредством излучения в эту зону дополнительного сигнала. В основе системы заложена закономерность нелинейного взаимодействия и параметрического преобразования волн накачки с измеряемыми информационными (см. Б.К. Новиков, О.В. Руденко, Тимошенко В.И. Нелинейная гидроакустика, Л.: Судостроение, 1981, с.7-12).A known system for the parametric reception of an acoustic (elastic) wave in a marine environment, including the creation of a non-linear interaction near the receiver and a parametric conversion of pump waves and measured information waves by radiation into this zone of an additional signal. The system is based on the regularity of nonlinear interaction and parametric transformation of pump waves with measured information waves (see B.K. Novikov, O.V. Rudenko, Timoshenko V.I. Non-linear hydroacoustics, L .: Sudostroenie, 1981, pp. 7-12 )
Недостатками этого технического решения являются низкая чувствительность и малая дальность параметрического приема информационных волн в инфранизкочастотном и дробном диапазонах. Существенным недостатком этой системы является практическая невозможность приема слабых геофизических волн в морской среде, формируемых неоднородностями, а также УВ залежами морского дна, как «волн малых амплитуд». Не предусматривается также возможность мобильного поиска источников формирования волн.The disadvantages of this technical solution are the low sensitivity and the short range of the parametric reception of information waves in the infra-low-frequency and fractional ranges. A significant drawback of this system is the practical impossibility of receiving weak geophysical waves in the marine environment, formed by heterogeneities, as well as hydrocarbon deposits of the seabed, as "waves of small amplitudes." The possibility of a mobile search for wave formation sources is also not provided.
Известна система поиска морских месторождений углеводородов, включающая: установленные на дне моря по выбранному профилю (на основе данных сейсморазведки) одной или нескольких гидроакустических станций (ГДАС), снабженных трехканальными сейсмодатчиками, которые в течение нескольких часов как до, так и после использования внешнего возбуждения морского дна с помощью дополнительного излучения сейсмических колебаний, а также применения излучений естественного микросейсмического фона Земли - вне контура и внутри контура УВ залежи в инфразвуковом диапазоне (ИЗД) частот. Система включает блоки первичной обработки измеренной и зарегистрированной на носителях микросейсмической информации (уровней и формы спектров, формируемых залежью сигналов из окружающего сейсмоакустического шума), что выполняется после подъема на поверхность моря ГДАС, по которым рассчитывают комбинации информативных параметров (площади под кривой взаимного спектра одноименных компонент при записи сейсмического фона после возбуждения среды сейсмическими колебаниями по сравнению с записью до возбуждения). Система включает также операции и блоки вторичной обработки информации и интерпретации полученных результатов с установлением факта наличия УВ залежи на площади разведки и ее типа: нефтяная, газовая и т.д. (см. Арутюнов С.Л., Ложкарев Г.Л., Графив Б.М. и др., 1996, Система вибросейсморазведки при поиске нефтегазовых месторождений (см. RU №2045079, 1992 г).A known search system for offshore hydrocarbon deposits, including: installed on the seabed according to the selected profile (based on seismic data) of one or more sonar stations (GDS), equipped with three-channel seismic sensors, which for several hours both before and after using external excitation of the sea bottom with the help of additional radiation from seismic vibrations, as well as the use of radiation from the natural microseismic background of the Earth - outside the contour and inside the contour of the hydrocarbon deposits in the infras Vukovy range (IZD) frequencies. The system includes the primary processing units of the measured and recorded microseismic information on the media (levels and spectral shapes generated by a pool of signals from the surrounding seismoacoustic noise), which is performed after rising to the sea surface of the GPS, according to which combinations of informative parameters are calculated (the area under the curve of the mutual spectrum of the same components when recording a seismic background after excitation of the medium by seismic vibrations compared to recording before excitation). The system also includes operations and blocks for the secondary processing of information and interpretation of the results with the establishment of the fact of the presence of hydrocarbon deposits in the exploration area and its type: oil, gas, etc. (see Arutyunov S.L., Lozhkarev G.L., Grafiv B.M. et al., 1996, Vibro-seismic exploration system for the search for oil and gas fields (see RU No. 2045079, 1992).
Недостатком данной системы является низкая эффективность поиска источников гидрофизических и геофизических волн, обусловленная ограниченными возможностями автономных донных гидроакустических станций, а также техническими трудностями их практического использования в морских условиях. Существенным недостатком этого технического решения является невозможность его реализации в мобильных поисковых системах обнаружения и измерения характеристик гидрофизических и геофизических волн на протяженных морских акваториях.The disadvantage of this system is the low efficiency of the search for sources of hydrophysical and geophysical waves, due to the limited capabilities of autonomous bottom sonar stations, as well as the technical difficulties of their practical use in marine conditions. A significant drawback of this technical solution is the impossibility of its implementation in mobile search engines for detecting and measuring the characteristics of hydrophysical and geophysical waves in extended sea areas.
Известно также изобретение, наиболее близкое по своей сущности к заявленному решению, которое может быть использовано как система поиска подводных морских месторождений углеводородов, выполненная с возможностью приема, идентификации гидрофизических и геофизических волн, как поисковых признаков месторождения углеводородов и определения местоположения источников этих волн, включающая в себя размещенные в среде излучающий и приемный акустические преобразователи, выполненные с возможностью формирования между ними параметрической антенны, соединенные с ними соответственно, тракт формирования и усиления излучаемых сигналов накачки среды, а также тракт приема усиления, обработки, выделения и регистрации информационных сигналов (cм. RU №2158029, G10K 11/00, G10K 15/02, 1998 г.). Это решение реализует параметрический прием упругих волн в морской воде, в котором рабочая зона (параметрическая антенна) формируется только в ближней зоне приемника. При этом модуляционные возмущения сигналов подсветки используются только для повышения параметра нелинейности среды в рабочей зоне, а изменение этого параметра за счет непосредственного воздействия измеряемых волн источников не используются. Названная система может быть принята за прототип заявленной системы поиска подводных морских месторождений углеводородов.The invention is also known, which is closest in essence to the claimed solution, which can be used as a search system for submarine offshore hydrocarbon deposits, configured to receive, identify hydrophysical and geophysical waves, as search signs of a hydrocarbon field and determine the location of the sources of these waves, including themselves placed in the medium emitting and receiving acoustic transducers made with the possibility of forming between them a parametric antennas connected to them, respectively, the path for generating and amplifying the emitted pump signals of the medium, as well as the path for receiving amplification, processing, extraction and recording of information signals (see RU No. 2158029, G10K 11/00,
Вместе с тем недостатками известного технического решения, затрудняющими их эффективное использование при поиске подводных морских месторождений углеводородов, являются низкие чувствительность и помехоустойчивость приема и, как следствие, ограниченная (единицы километров) дальность параметрического приема информационных сигналов различной физической природы в инфразвуковом и дробном (единицы-доли герца) диапазонах частот. Эти недостатки обусловлены низким коэффициентом их нелинейного преобразования в рабочей зоне среды, а также наличием интенсивных помех среды в инфразвуковом и дробном диапазонах частот. При поиске углеводородного месторождения к помехам среды добавляется интенсивные техногенные излучения, формируемые инженерными сооружениями обследуемой акватории. Не реализуется также возможность дальнего параметрического приема геофизических волн, формируемых в морском дне, мобильного поиска их источников. Кроме того, в условиях протяженного гидроакустического канала распространения волн неизбежно формируются интенсивные помехи среды инфразвукового диапазона частот, которые излучаются естественными источниками морской среды, а также развитым судоходством, что также ограничивает надежность поиска на протяженных акваториях.At the same time, the disadvantages of the known technical solution that impede their effective use in the search for underwater marine hydrocarbon deposits are the low sensitivity and noise immunity of reception and, as a result, the limited (units of kilometers) range of the parametric reception of information signals of various physical nature in infrasound and fractional (units Hertz fraction) frequency ranges. These disadvantages are due to the low coefficient of their nonlinear conversion in the working area of the medium, as well as the presence of intense interference of the medium in the infrasound and fractional frequency ranges. When searching for a hydrocarbon field, intense man-made radiation generated by the engineering structures of the surveyed water area is added to environmental noise. The possibility of far parametric reception of geophysical waves formed in the seabed, mobile search for their sources is also not realized. In addition, in conditions of a long hydro-acoustic wave propagation channel, intense interference of the infrasonic frequency range medium, which is emitted by natural sources of the marine environment, as well as by developed shipping, will inevitably form, which also limits the reliability of the search in extended water areas.
Задача, на решение которой направлено заявленное изобретение, выражается в обеспечении мобильности поиска углеводородных залежей на шельфе, при повышении надежности поиска на протяженных акваториях.The problem to which the claimed invention is directed is expressed in ensuring mobility of the search for hydrocarbon deposits on the shelf, while increasing the reliability of the search in extended water areas.
Технический результат, проявляющийся при решении поставленной задачи, выражается в достижении дальнего параметрического приема и измерения спектральных характеристик и пространственно-временной динамики гидрофизических и геофизических полей в инфранизкочастотном и дробном диапазонах, формируемых морскими объектами, как самодвижущимися подводными аппаратами или судами, так и источниками морского дна (углеводородными залежами). Кроме того, обеспечивается четкая идентификация источников полученных информационных сигналов, высокая мобильность поиска месторождений углеводородов и точность определения их пространственной протяженности.The technical result that manifests itself in solving the problem is expressed in the achievement of long-range parametric reception and measurement of the spectral characteristics and spatiotemporal dynamics of hydrophysical and geophysical fields in the infra-low-frequency and fractional ranges formed by marine objects, both self-propelled underwater vehicles or ships, and sources of the seabed (hydrocarbon deposits). In addition, it provides clear identification of the sources of information signals, high mobility of the search for hydrocarbon deposits and the accuracy of determining their spatial extent.
Для решения поставленной задачи система поиска подводных морских месторождений углеводородов, выполненная с возможностью приема, идентификации гидрофизических и геофизических волн как поисковых признаков месторождения углеводородов и определения местоположения источников этих волн, включающая в себя размещенные в среде излучающий и приемный акустические преобразователи, выполненные с возможностью формирования между ними параметрической антенны, соединенные с ними соответственно, тракт формирования и усиления излучаемых сигналов накачки среды, а также тракт приема усиления, обработки, выделения и регистрации информационных сигналов, отличается тем, что протяженность рабочей зоны измерительной параметрической системы соответствует протяженности обследуемой акватории, для чего излучающий и приемный преобразователи акустических сигналов разнесены на ее противоположные границы, при этом излучающий преобразователь размещен на подвижном носителе и содержит низкочастотный и высокочастотный излучатели, первый из которых выполнен с возможностью горизонтального ориентирования его диаграммы направленности в сторону приемного преобразователя, при этом высокочастотный излучатель выполнен с возможностью ориентирования его диаграммы направленности на морское дно, кроме того, тракт формирования и усиления излучаемых сигналов накачки среды сформирован как двухканальный, содержащий низкочастотный и высокочастотный каналы, каждый из которых включает последовательно соединенные генератор стабилизированной частоты, усилитель мощности, блоки согласования выходов усилителей с подводными кабелями, которые подключены к соответствующим излучающим преобразователям, кроме того, приемный преобразователь включает два горизонтально разнесенных приемных блока, каждый из которых соединен с расположенным на поверхности моря радиомодулем, который по радиоканалу связан с приемным трактом системы, содержащим последовательно связанные с соответствующим каналом двухканального приемного радиоблока информационных сигналов, двухканальный широкополосный усилитель информационных сигналов, блок измерения разности фаз информационных сигналов, преобразователь временного масштаба информационных сигналов в высокочастотную область, блок узкополосного спектрального анализа и функционально связанный с ним регистратор спектров выделяемых информационных сигналов, кроме того, система содержит средства определения местоположения излучающего преобразователя и приемных блоков приемного преобразователя в режиме реального времени. Кроме того, она включает в себя блок спутниковой связи с центральным постом, выполненный с возможностью дистанционного управление ее работой.To solve this problem, a system for searching for subsea marine hydrocarbon deposits, configured to receive, identify hydrophysical and geophysical waves as search signs of a hydrocarbon field and determine the location of the sources of these waves, including emitting and receiving acoustic transducers placed in the medium, configured to form between them parametric antennas connected to them, respectively, the path of formation and amplification of the emitted signal in pumping the medium, as well as the path for receiving amplification, processing, extraction and registration of information signals, is characterized in that the length of the working area of the measuring parametric system corresponds to the length of the investigated water area, for which the emitting and receiving transducers of acoustic signals are spaced at its opposite boundaries, while the converter is placed on a movable medium and contains low-frequency and high-frequency emitters, the first of which is made with the possibility of horizontal orienting its radiation pattern towards the receiving transducer, while the high-frequency emitter is configured to orient its radiation pattern to the seabed, in addition, the path for generating and amplifying the emitted pump signals of the medium is formed as a two-channel one containing low-frequency and high-frequency channels, each of which includes sequentially connected by a stabilized frequency generator, power amplifier, blocks matching output amplifiers with submarine cables, which are connected to the respective radiating transducers, in addition, the receiving transducer includes two horizontally spaced receiving blocks, each of which is connected to a radio module located on the sea surface, which is connected via a radio channel to the receiving path of the system, which contains information signals in series with the corresponding channel of the two-channel receiving radio block , two-channel broadband amplifier of information signals, unit for measuring the phase difference of information signal a converter time warping information signals in the high frequency region, a narrowband spectral analysis unit and operably associated recorder spectra allocated information signals, in addition, the system comprises means for determining the location of the emitting transducer and the receiving transducer receiving units in real time. In addition, it includes a satellite communications unit with a central post, configured to remotely control its operation.
Сопоставительный анализ признаков заявляемого и известных технических решений свидетельствует о его соответствии критерию «новизна».A comparative analysis of the features of the claimed and well-known technical solutions indicates its compliance with the criterion of "novelty."
Признаки отличительной части формулы изобретения решают следующие функциональные задачи.The features of the characterizing part of the claims solve the following functional tasks.
Признак «протяженность рабочей зоны измерительной параметрической системы соответствует протяженности обследуемой акватории» является основным (исходным) принципом формирования системы и обеспечивает возможность реализации всех последующих признаков изобретения и достижения технического результата, поскольку обеспечивает возможность проведения поиска на протяженных поисковых участках, что минимизирует трудоемкость и продолжительность поисковых работ.The sign "the length of the working area of the measuring parametric system corresponds to the length of the surveyed water area" is the main (initial) principle of the formation of the system and provides the opportunity to implement all the subsequent features of the invention and achieve a technical result, since it provides the ability to search in long search areas, which minimizes the complexity and duration of search works.
Признак, указывающий на то, что «излучающий и приемный преобразователи акустических сигналов разнесены» на противоположные границы обследуемой акватории, обеспечивает охват всего поискового участка акватории и возможность практической реализации первого отличительного признака.A sign indicating that the "emitting and receiving transducers of acoustic signals are spaced" to opposite boundaries of the surveyed water area, provides coverage of the entire search area of the water area and the possibility of practical implementation of the first distinguishing feature.
Признак, указывающий на то, что «излучающий преобразователь размещен на подвижном носителе», обеспечивает возможность при его перемещении вдоль соответствующей границы поискового участка акватории «просканировать» всю площадь, при использовании одного излучающего преобразователя, размещенного на подвижном носителе (предпочтительно морском судне), не прибегая к плотному оснащению акватории излучающими устройствами, что кроме всего прочего позволяет сканировать поисковый участок, обеспечивая одинаковые для каждой линии характеристики излучения.A sign indicating that the “radiating transducer is located on a mobile carrier” provides the ability to “scan” the entire area when moving along the corresponding boundary of the search section of the water area, when using one radiating transducer located on a mobile carrier (preferably a ship), not resorting to dense equipment of the water area with radiating devices, which, among other things, allows you to scan the search area, providing the same characteristics for each line radiation radiation.
Признак, указывающий на то, что излучающий преобразователь «содержит низкочастотный и высокочастотный излучатели», обеспечивает формирование низкочастотных горизонтальных и высокочастотных вертикальных параметрических антенн, которые, в свою очередь, обеспечивают возможность дальнего параметрического приема гидрофизических волн среды и геофизических волн морского дна, в т.ч. являющихся результатом проявления месторождений углеводородов.A sign indicating that the emitting transducer "contains low-frequency and high-frequency emitters" provides the formation of low-frequency horizontal and high-frequency vertical parametric antennas, which, in turn, provide the possibility of long-range parametric reception of hydrophysical waves of the environment and geophysical waves of the seabed, in t. hours resulting from the manifestation of hydrocarbon deposits.
Признак, указывающий, что низкочастотный излучатель «выполнен с возможностью горизонтального ориентирования его диаграммы направленности в сторону приемного преобразователя», обеспечивает формирование параметрической антенны в горизонтальной плоскости протяженностью, соизмеримой с размерами поискового участка акватории, которой (при перемещении излучателя вдоль соответствующей границы поискового участка акватории) можно «просканировать» всю его площадь.A sign indicating that the low-frequency emitter "is configured to horizontally orient its radiation pattern toward the receiving transducer", provides the formation of a parametric antenna in a horizontal plane with a length commensurate with the size of the search section of the water area, which (when moving the emitter along the corresponding boundary of the search section of the water area) You can "scan" its entire area.
Признак, указывающий, что «высокочастотный излучатель выполнен с возможностью ориентирования его диаграммы направленности на морское дно», обеспечивает сканирование толщи акватории в направлении ее дна.A sign indicating that "the high-frequency emitter is configured to orient its radiation pattern to the seabed", provides a scan of the thickness of the water area in the direction of its bottom.
Признак, указывающий на то, что «тракт формирования и усиления излучаемых сигналов накачки среды сформирован как двухканальный, содержащий низкочастотный и высокочастотный каналы», продиктован конструктивной схемой излучающего преобразователя, который содержит низкочастотный и высокочастотный излучатели, таким образом названные признаки обеспечивают возможность реализации ранее упомянутых признаков.A sign indicating that “the path of formation and amplification of the emitted pump signals of the medium is formed as a two-channel, containing low-frequency and high-frequency channels”, is dictated by the design of the radiating transducer, which contains low-frequency and high-frequency emitters, thus the aforementioned features make it possible to implement the previously mentioned features .
Признак, указывающий на то, что и низкочастотный и высокочастотный каналы, содержат «последовательно соединенные генератор стабилизированной частоты, усилитель мощности, блоки согласования выходов усилителей с подводными кабелями, которые подключены к соответствующим излучающим преобразователям», обеспечивает работоспособность названных каналов, т.е. возможность формирования соответствующих сигналов накачки.A sign indicating that both the low-frequency and high-frequency channels contain “series-connected stabilized frequency generator, power amplifier, amplifier output matching blocks with submarine cables that are connected to the corresponding radiating converters”, ensures the operability of these channels, i.e. the ability to generate appropriate pump signals.
Признак, указывающий, что «приемный преобразователь включает два горизонтально разнесенных приемных блока, каждый из которых соединен с расположенным на поверхности моря радиомодулем, который по радиоканалу связан с приемным трактом системы», обеспечивает формирование двухгоризонтально разнесенных параметрических антенн, следствием чего является помехоустойчивый прием измеряемых информационных волн (сигналов) с последующей их передачей по радиоканалу в приемный тракт системы, для последующей обработки. Этот признак включает необходимую последовательность радиогидроакустических блоков и их измерительных технологий, обеспечивающих решение основных задач радиогидроакустической системы. Это решение, помимо всего прочего минимизирует количество плавсредств, задействуемых при обследовании акватории, поскольку позволяет дистанционно возвратить (перебросить) информационный сигнал к месту обработки.A sign indicating that "the receiving transducer includes two horizontally spaced receiving blocks, each of which is connected to a radio module located on the sea surface, which is connected via a radio channel to the receiving path of the system", provides the formation of bi-horizontally spaced parametric antennas, resulting in noise-tolerant reception of measured information waves (signals) with their subsequent transmission over the air to the receiving path of the system, for subsequent processing. This feature includes the necessary sequence of radio-acoustic units and their measuring technologies, which provide solutions to the main tasks of the radio-acoustic system. This solution, among other things, minimizes the number of boats involved in the survey of the water area, since it allows you to remotely return (transfer) an information signal to the processing site.
Признак, указывающий на то, что приемный тракт системы содержит «последовательно связанные с соответствующим каналом двухканального приемного радиоблока информационных сигналов, двухканальный широкополосный усилитель информационных сигналов, блок измерения разности фаз информационных сигналов, преобразователь временного масштаба информационных сигналов в высокочастотную область, блок узкополосного спектрального анализа и функционально связанный с ним регистратор спектров выделяемых информационных сигналов», описывает конструктивное выполнение тракта обработки параметрически преобразованных волн подсветки среды, который обеспечивает подавление помех среды путем фазовой обработки принимаемых сигналов, выделение информационных признаков в инфранизкочастотном и дробном диапазонах частот путем узкополосного спектрального анализа сигналов существующими радиотехническими средствами.A sign indicating that the receiving path of the system contains “sequentially connected to the corresponding channel of the two-channel receiving radio block of information signals, a two-channel broadband amplifier of information signals, a unit for measuring the phase difference of information signals, a converter of the time scale of information signals in the high-frequency region, a unit of narrow-band spectral analysis and a functionally associated recorder of spectra of allocated information signals ”, describes the design active execution of the path for processing parametrically transformed waves of illumination of the medium, which provides suppression of environmental noise by phase processing of the received signals, the selection of information signs in the infra-low-frequency and fractional frequency ranges by narrow-band spectral analysis of signals by existing radio equipment.
Признак, указывающий на то, что «система содержит средства определения местоположения излучающего преобразователя и приемных блоков приемного преобразователя в режиме реального времени», обеспечивает точное позиционирование на акватории параметрических антенн и точную топографическую привязку на плане акватории мест проявлений, являющихся поисковым признаком на месторождения углеводородов, что особенно важно в процессе перемещения плавсредства (с излучающими преобразователями) по акватории и обеспечения мобильности поиска.A sign indicating that "the system contains means for determining the location of the emitting transducer and the receiving units of the receiving transducer in real time", provides accurate positioning in the water area of the parametric antennas and accurate topographic reference on the plan of the water area of the manifestation sites, which are a search sign for hydrocarbon deposits, which is especially important in the process of moving a watercraft (with radiating converters) across the water area and ensuring search mobility.
Признаки второго пункта изобретения обеспечивают дистанционную управляемость системы.The features of the second point of the invention provide remote controllability of the system.
Измерительные технологии закономерностей концентрации и последующего переизлучения УВ скоплениями микросейсмических волн Земли заключается в использовании метода «прослушивания». Такой метод подобен медицинскому прослушиванию живого организма, в котором аналогичные волны формируются за счет работы сердца. В УВ залежах, как протяженных полостях, такие волны формируются за счет наличия в окружающей земной среде микросейсмических и других аналогичных колебаний. При этом, в зависимости от пространственных размеров и плотности залежей, происходит близкое к резонансному формирование и переизлучение волн в диапазоне доли-единицы-десятки герц. В отдельных случаях переизлучение охватывает диапазон частот до 200 Гц. Излучения залежей, как показывает практика, прослушиваются и регистрируются на поверхности земли с использованием специальных ловушек (антенных полусфер), затем измерения дальнейшей обработке и анализу. В этом случае поверхность земли работает как рупор, усиливающий шумовые сигналы. Но, как показывает практика, не все, что эффективно шумит, является нефтяной залежью, в этом случае необходима специальная идентификация принимаемых шумов, сущность которой используется в заявляемом изобретении. Закономерности формирования и практического использования микросейсмических излучений Земли интенсивно исследуются и широко используются в практике поиска УВ залежей в морских условиях (например, см. Биряльцев Е.В., Рыжов В.А., Шабалин Н.Я. // Прием и обработка информации в сложных системах. - Казань. Изд. Казанский Университета, 2005. - Вып. 22 - С.113-120).The measuring technology of the laws of concentration and subsequent re-emission of hydrocarbons by clusters of microseismic waves of the Earth consists in using the “listening” method. This method is similar to medical listening to a living organism, in which similar waves are formed due to the work of the heart. In hydrocarbon deposits, such as extended cavities, such waves are formed due to the presence of microseismic and other similar vibrations in the earth's environment. In this case, depending on the spatial dimensions and density of the deposits, the formation and reemission of waves close to resonance occurs in the fraction-unit-tens of hertz range. In some cases, re-emission covers the frequency range up to 200 Hz. The radiation of the deposits, as practice shows, is tapped and recorded on the surface of the earth using special traps (antenna hemispheres), then measurements are further processed and analyzed. In this case, the surface of the earth acts as a horn amplifying noise signals. But, as practice shows, not everything that effectively makes noise is an oil reservoir, in this case, a special identification of the received noise is necessary, the essence of which is used in the claimed invention. The patterns of formation and practical use of microseismic emissions of the Earth are intensively investigated and widely used in the practice of searching for hydrocarbon deposits in marine conditions (for example, see Biryaltsev E.V., Ryzhov V.A., Shabalin N.Ya. // Information reception and processing in complex systems. - Kazan. Publishing house of Kazan University, 2005. - Issue 22 - S.113-120).
Обнаружение и идентификация геофизических волн, а также их принадлежность к характерным углеводородным залежам производится на основе обобщенных спектральных характеристик и их пространственно-временной динамики, которые получают в местах действующих нефтедобывающих скважин или на выявленных подводных месторождениях углеводородов.The detection and identification of geophysical waves, as well as their belonging to characteristic hydrocarbon deposits, is based on the generalized spectral characteristics and their spatio-temporal dynamics, which are obtained at the sites of existing oil wells or at the identified subsea hydrocarbon deposits.
Заявленное изобретение иллюстрируется чертежами. На фиг.1 приведена структурная схема измерительной системы мониторинга, обеспечивающей дальний параметрический прием в морской среде и измерение характеристик геофизических и гидрофизических полей, генерируемых источниками водной среды и морского дна. На фиг.2 представлена схема обследования акватории, измерения характеристик полей и определения местоположения и горизонтальной протяженности участков проявления источников геофизических и гидрофизических волн. На фиг.3-5 приведены спектры и спектрограммы гидрофизических полей источников морских акваторий, которые соответствуют измерениям сигналов разности фаз горизонтально разнесенных приемных элементов. Фиг.3 - спектр акустических резонансных и гидродинамических полей движущегося морского судна, измеренных параметрическим способом. Частота подсветки среды 400 - Гц, протяженность обследуемой акватории - 30 км, горизонтальное разнесение приемных элементов донной антенны - 200 м. Фиг.4 - спектр электромагнитных излучений морского судна, измеренный параметрическим просветным методом, частота около 390 Гц. Протяженность обследуемой акватории - 45 км, горизонтальное разнесение приемных элементов донной антенны - 200 м. Спектр представляет результат нелинейного взаимодействия акустических и электромагнитных волн в проводящей морской среде. Фиг.5 - спектр шумоизлучения морского судна (вально-лопастного звукоряда). Представлен результат «тройного» нелинейного взаимодействия волн различной физической природы в морской среде. Наблюдаются акустические волны на частоте подсветки среды 386 Гц, электромагнитные волны на частоте 400 Гц и акустические волны вально-лопастного звукоряда морского судна. На фиг.6-8 приведены обобщенные (используемые как эталонные) спектры геофизических волн морского дна, сформированного углеводородными залежами при различной степени их насыщения газом и нефтью. Фиг.6 - спектр углеводородных залежей (соответствует преимущественно газовым скоплениям). Фиг.7 - спектр углеводородных залежей (соответствует преимущественно газоконденсатным скоплениям). Фиг.8 - спектр углеводородных залежей (соответствует преимущественно залежам с притоком газа).The claimed invention is illustrated by drawings. Figure 1 shows the structural diagram of a measuring monitoring system that provides long-range parametric reception in the marine environment and measuring the characteristics of geophysical and hydrophysical fields generated by sources of the aquatic environment and the seabed. Figure 2 presents a diagram of the survey of the water area, measuring the characteristics of the fields and determining the location and horizontal extent of the areas of manifestation of sources of geophysical and hydrophysical waves. Figure 3-5 shows the spectra and spectrograms of the hydrophysical fields of the sources of marine waters, which correspond to measurements of phase difference signals of horizontally spaced receiving elements. Figure 3 - spectrum of acoustic resonant and hydrodynamic fields of a moving marine vessel, measured in a parametric manner. The frequency of illumination of the medium is 400 Hz, the length of the surveyed area is 30 km, the horizontal spacing of the receiving elements of the bottom antenna is 200 m. Figure 4 is a spectrum of the electromagnetic radiation of a marine vessel, measured by the parametric translucent method, the frequency is about 390 Hz. The length of the surveyed water area is 45 km, the horizontal separation of the receiving elements of the bottom antenna is 200 m. The spectrum represents the result of a nonlinear interaction of acoustic and electromagnetic waves in a conducting marine environment. 5 is a spectrum of noise emission of a marine vessel (shaft-lobe scale). The result of the “triple” nonlinear interaction of waves of various physical nature in the marine environment is presented. Acoustic waves are observed at a frequency of illumination of the medium of 386 Hz, electromagnetic waves at a frequency of 400 Hz and acoustic waves of a shaft-blade scale of a marine vessel. Figure 6-8 shows the generalized (used as reference) spectra of geophysical waves of the seabed formed by hydrocarbon deposits at various degrees of their saturation with gas and oil. 6 is a spectrum of hydrocarbon deposits (corresponds mainly to gas accumulations). 7 is a spectrum of hydrocarbon deposits (corresponds mainly to gas condensate accumulations). Fig. 8 is a spectrum of hydrocarbon deposits (corresponds mainly to gas inflow deposits).
Теоретическое обоснование закономерностей нелинейной акустики и их реализации в предлагаемой параметрической системе поиска и измерения характеристик геофизических и гидрофизических волн в проводящей морской среде заключается в следующем. Известно, что характеристики гидрофизических полей морской среды различной физической природы, в которой распространяется гидроакустическая волна, влияют на ее параметры (см. Воронин В.А., Кириченко И.А. Исследование параметрической антенны в стратифицированной среде с изменяющимся полем скорости звука. Журнал «Известия вузов». - Электромеханика, №4, 1995). Это связано с тем, что влияние гидрофизических полей осуществляется через изменение плотности и коэффициента упругости среды. По своей физической сущности заявляемый способ предусматривает изменение плотности и (или) температуры контролируемой водной среды, распределение этих величин в протяженной рабочей зоне параметрического приема (взаимодействия волн различной физической природы), которое является следствием воздействия на морскую среду измеряемыми информационными полями, формируемыми комплексом информационных сигналов, распространяющихся в обследуемой акватории. Очевидно, что и все инфранизкочастотные волны, сформированные специальными морскими источниками или стихийными явлениями (например, землетрясениями или цунами), будут надежно зарегистрированы.The theoretical basis for the laws of nonlinear acoustics and their implementation in the proposed parametric system for searching and measuring the characteristics of geophysical and hydrophysical waves in a conducting marine environment is as follows. It is known that the characteristics of hydrophysical fields of the marine environment of various physical nature in which the hydroacoustic wave propagates affect its parameters (see Voronin V.A., Kirichenko I.A. Study of a parametric antenna in a stratified medium with a variable sound velocity field. Journal “ University Proceedings. ”- Electromechanics, No. 4, 1995). This is due to the fact that the influence of hydrophysical fields is carried out through a change in the density and coefficient of elasticity of the medium. According to its physical nature, the inventive method provides for a change in the density and (or) temperature of a controlled aqueous medium, the distribution of these values in an extended working area of parametric reception (interaction of waves of various physical nature), which is a consequence of the impact on the marine environment with measured information fields generated by a complex of information signals propagating in the surveyed water area. Obviously, all infra-low-frequency waves generated by special marine sources or natural disasters (for example, earthquakes or tsunamis) will be reliably recorded.
Качественная и количественная характеристики процесса взаимодействия упругих (акустических) и электромагнитных волн в проводящих средах заключаются в следующем. При излучении электромагнитной волны в морскую электропроводящую среду происходит ее поглощение и затухание. Одновременно значительно уменьшается ее длина. В зависимости от проводимости морской среды расстояние, на котором затухает электромагнитная волна инфранизких частот (от единиц Гц до сотен Гц), может составлять от 10-20 метров до 100-200 метров. При этом «длина» затухающей электромагнитной волны может составлять от 0,1-0,2 до 10-20 метров.Qualitative and quantitative characteristics of the process of interaction of elastic (acoustic) and electromagnetic waves in conductive media are as follows. When an electromagnetic wave is emitted into a marine electrically conductive medium, its absorption and attenuation occur. At the same time, its length is significantly reduced. Depending on the conductivity of the marine environment, the distance at which the electromagnetic wave of infra-low frequencies decays (from units of Hz to hundreds of Hz) can range from 10-20 meters to 100-200 meters. In this case, the "length" of the damped electromagnetic wave can be from 0.1-0.2 to 10-20 meters.
Математически процесс распространения электромагнитной волны описывается известным уравнением диффузии, которое выводится на основе теории взаимодействия электромагнитной волны в проводящей жидкости, приблизительно описывающей морскую среду. Теоретическая основа рассматриваемой закономерности заключается в том, что электрические токи, генерируемые электромагнитной волной, переходят в джоулево тепло. Диссипативные потери на ток проводимости в морской среде преобразовываются в тепловые потери, которые в свою очередь изменяют механические характеристики проводящей жидкости (плотность, температуру, теплоемкость и т.д.). При пропускании по такой промодулированной в пространстве нелинейной среде акустической волны накачки ее параметры будут промодулированы за счет изменения фазовой скорости волны по трассе распространения. Спектр упругой (акустической) волны накачки за счет нелинейного преобразования изменяется, в нем формируются высокочастотные и низкочастотные параметрические составляющие. Параметрический прием информационных волн в рассматриваемой системе проявляется как амплитудно-фазовая модуляция акустической волны накачки, которая распространяется вместе с ней в точку приема и затем выделяется в тракте обработки сигналов. Процесс формирования параметрического приема волн просветной гидроакустической линией можно пояснить обычной системой уравнений гидродинамики для вязкой жидкости при наложении на уравнение состояния соответствующих изменений фазовой скорости звука во времени и пространстве.Mathematically, the process of propagation of an electromagnetic wave is described by the well-known diffusion equation, which is derived on the basis of the theory of the interaction of an electromagnetic wave in a conducting fluid, which approximately describes the marine environment. The theoretical basis of the pattern under consideration is that the electric currents generated by the electromagnetic wave pass into Joule heat. Dissipative losses on the conduction current in the marine environment are converted into heat losses, which in turn change the mechanical characteristics of the conductive fluid (density, temperature, heat capacity, etc.). When an acoustic pump wave is transmitted through such a spatially modulated nonlinear medium, its parameters will be modulated by changing the phase velocity of the wave along the propagation path. The spectrum of an elastic (acoustic) pump wave changes due to nonlinear conversion, and high-frequency and low-frequency parametric components are formed in it. The parametric reception of information waves in the system under consideration is manifested as amplitude-phase modulation of the acoustic pump wave, which propagates with it to the receiving point and then is allocated in the signal processing path. The process of generating parametric wave reception by a transverse hydroacoustic line can be explained by the usual system of hydrodynamic equations for a viscous fluid when superimposed on the equation of state of the corresponding changes in the phase velocity of sound in time and space.
Для вычисления скорости распространения упругой (акустической) волны можно применить известную формулуTo calculate the propagation velocity of an elastic (acoustic) wave, one can apply the well-known formula
Где βs=-1/υ(∂υ/∂P)S - коэффициент адиабатической сжимаемости жидкости;Where β s = -1 / υ ( ∂υ / ∂P ) S is the coefficient of adiabatic compressibility of the fluid;
υ - удельный объем.υ is the specific volume.
Воспользовавшись соотношением между адиабатической и изотермической сжимаемостью βs=Gυ/Gpβt, можно получить следующее выражение для фазовой скоростиUsing the relation between adiabatic and isothermal compressibility β s = Gυ / G p β t , we can obtain the following expression for the phase velocity
Очевидно, что качественно любые изменения плотности ρ, давления Р при постоянной температуре приводят к изменению фазовой скорости звука во времени в зоне взаимодействия электромагнитной волны с упругой через морскую среду, проводящую электрический ток. То есть, в отличие от классических уравнений гидродинамики для идеальной жидкости, которые используются в теории нелинейных параметрических излучателей, в последних уравнениях фазовая скорость упругой волны изменяется во времени и пространстве по закону изменения электромагнитной волны. Таким образом, если в рабочей зоне просветной параметрической системы распространяется электромагнитная волна гармонической частоты Ωэм, то фазовая скорость упругой (просветной акустической) волны C(t) также будет меняться с той же частотой Ωзв=Ωэм. Количественные характеристики глубины модуляцииObviously, qualitatively any changes in density ρ, pressure P at a constant temperature lead to a change in the phase velocity of sound in time in the zone of interaction of an electromagnetic wave with an elastic wave through a marine medium conducting electric current. That is, in contrast to the classical equations of hydrodynamics for an ideal fluid, which are used in the theory of nonlinear parametric emitters, in the latter equations the phase velocity of an elastic wave changes in time and space according to the law of change of the electromagnetic wave. Thus, if an electromagnetic wave of harmonic frequency Ω em propagates in the working zone of the lumen parametric system, then the phase velocity of the elastic (lumen acoustic) wave C (t) will also change with the same frequency Ω sv = Ω em . Quantitative characteristics of modulation depth
можно получить, используя конкретные инженерные модели реализации способа.can be obtained using specific engineering models for implementing the method.
В заявляемом изобретении используется закономерность нелинейного взаимодействия низкочастотных просветных волн подсветки и высокочастотных волн накачки среды с измеряемыми информационными различной физической природы. В этом случае имеет место совокупное взаимодействие волн. Теоретическими и морскими экспериментальными исследованиями обоснованы закономерность и эффективность так называемого «тройного» взаимодействия акустических просветных волн с акустическими и электромагнитными полями источников морской среды. Показано, что морские источники, например, сейсмические возмущения морского дна, могут быть обнаружены по признакам преобразования их упругими и электромагнитными полями распространяющихся в среде просветных акустических волн. Аналитический вид такого преобразования представляется в следующем виде (см. Шостак С.В., Мироненко М.В., Сургаев И.Н. Амплитудно-фазовая модуляция просветных акустических волн при их взаимодействии с электромагнитными в морской среде // Сб. статей. - Владивосток. ТОВМИ. Вып.22, 2001, с.82-88): The claimed invention uses the pattern of nonlinear interaction of low-frequency translucent backlight waves and high-frequency pump waves of the medium with measured information of various physical nature. In this case, the aggregate interaction of the waves takes place. Theoretical and marine experimental studies substantiate the regularity and effectiveness of the so-called “triple” interaction of acoustic translucent waves with acoustic and electromagnetic fields of marine sources. It has been shown that marine sources, for example, seismic disturbances of the seabed, can be detected by signs of their transformation by elastic and electromagnetic fields of transparent acoustic waves propagating in the medium. The analytical form of such a transformation is presented in the following form (see Shostak S.V., Mironenko M.V., Surgaev I.N. Amplitude-phase modulation of translucent acoustic waves during their interaction with electromagnetic waves in the marine environment // Collection of articles. - Vladivostok. TOVMI.
где P*(t), P(t) - результирующее (промодулированное) и мгновенное значения просветной акустической волны; ω1, ω2 - круговая частота акустической просветной и электромагнитной объектных волн; Ω - низкочастотная акустическая волна от объекта; φ - начальная фаза просветной волны; t - текущее время; Jn - функции Бесселя n-го порядка; A0, Am - амплитуды исходной и промодулированных волн; m - коэффициент модуляции. Анализ этого выражения показывает, что спектр колебаний взаимодействующих волн состоит из бесконечного числа составляющих, расположенных симметрично относительно удвоенной центральной частоты 2ω (равной ω1+ω2), значения частот которых отличаются от 2ω на n·Ω, где n - любое целое число. Амплитуды n-х боковых составляющих будут определяться выражением where P * (t), P (t) is the resulting (modulated) and instantaneous values of the translucent acoustic wave; ω 1 , ω 2 - the circular frequency of the acoustic translucent and electromagnetic object waves; Ω is the low-frequency acoustic wave from the object; φ is the initial phase of the translucent wave; t is the current time; J n - n-th order Bessel functions; A 0 , A m are the amplitudes of the initial and modulated waves; m is the modulation coefficient. An analysis of this expression shows that the vibrational spectrum of interacting waves consists of an infinite number of components located symmetrically with respect to the doubled central frequency 2ω (equal to ω 1 + ω 2 ), the frequency values of which differ from 2ω by n · Ω, where n is any integer. The amplitudes of the n-th side components will be determined by the expression
Jn(2Am/P)·0,5P2.J n (2A m / P) · 0.5P 2 .
Из него следует, что вклад различных боковых составляющих в суммарную мощность модулированного колебания определяется величиной 2Аm/P.It follows from this that the contribution of various side components to the total power of the modulated oscillation is determined by the value 2A m / P.
Причем при малых значениях коэффициента модуляции mp спектр колебания состоит приближенно из гармоник центральной частоты 2ω (суммарной) и двух боковых частот: верхней (2ω+Ω) и нижней (2ω-Ω).Moreover, for small values of the modulation coefficient m p, the vibrational spectrum consists approximately of harmonics of the center frequency 2ω (total) and two side frequencies: the upper (2ω + Ω) and lower (2ω-Ω).
В случае совместного применения в системах мониторинга методов просветной и реверберационной гидролокации (см. фиг.1) высокочастотные волны накачки среды, излучаемые в направлении морского дна, отражаясь от его поверхности, распространяются совместно с измеряемыми информационными и нелинейно взаимодействуют в среде. А далее при пересечении с низкочастотной просветной параметрической антенной они получают дополнительное (тройное) нелинейное взаимодействие и параметрическое преобразование. Большой объем и протяженность рабочей зоны общего взаимодействия волн в этом случае обеспечивают повышенный эффект параметрического приема, а также его направленность в широком низкочастотном диапазоне. Научно-технические основы формирования практических путей реализации параметрической системы как реверберационной антенны также достаточно проработаны.In the case of combined use in the monitoring systems of the methods of translucent and reverberation sonar (see Fig. 1), the high-frequency pump waves of the medium emitted in the direction of the seabed, reflected from its surface, propagate together with the measured information and nonlinearly interact in the medium. And then when they intersect with a low-frequency translucent parametric antenna, they receive an additional (triple) non-linear interaction and parametric transformation. The large volume and length of the working area of the general interaction of the waves in this case provides an increased effect of parametric reception, as well as its directivity in a wide low-frequency range. The scientific and technical foundations for the formation of practical ways to implement a parametric system as a reverberation antenna are also well developed.
Структурная схема радиогидроакустической системы измерения характеристик полей на протяженных морских акваториях показана на фиг.1. Система включает двухканальный тракт 1 формирования низкочастотных сигналов подсветки среды, а также высокочастотных сигналов накачки среды, выход которого посредством морских кабелей соединен с низкочастотным и высокочастотным излучающими преобразователями 2, 3. Тракт 1 формирования и усиления сигналов подсветки среды и накачки в направлении морского дна представляет собой двухканальную электронную схему, содержащую последовательно соединенные: генераторы стабилизированной частоты 9 и 12; тиристорные инверторы 10 и 13; блоки согласования 11, 14 их выходов с подводными кабелями и далее с излучающими преобразователями 2 и 3 (см. фиг.1).The structural diagram of a radio-acoustic system for measuring the characteristics of fields in extended marine areas is shown in figure 1. The system includes a two-channel path 1 for generating low-frequency signals for medium illumination, as well as for high-frequency signals for pumping the medium, the output of which is connected via sea cables to low-frequency and high-
Система включает также приемный тракт 15 параметрически преобразованных просветных сигналов, обеспечивающий усиление, выделение и регистрацию информационных волн, вход которого по радиоканалу соединен с расположенными на поверхности морской среды радиомодулями 7 и 8 и далее по кабелям с акустическими преобразователями волн 5, 6. Приемный тракт 15 представляет собой электронную систему, включающую последовательно соединенные двухканальный приемный радиоблок 16, двухканальный широкополосный усилитель 17, выходы усилителя соединены с блоком измерения разности фаз 18, его выход с преобразователем временного масштаба параметрически преобразованных просветных сигналов в высокочастотную область 19, далее с узкополосным анализатором спектров 20, выход которого соединен с рекордером 21 или иным носителем выделяемых спектров информационных волн. Кроме того, на фиг.1 показаны: источник формирования гидрофизических волн 4; источник 22 формирования геофизических волн морского дна, низкочастотные просветные параметрические антенны 23, рабочая зона 24 (нелинейного взаимодействия и параметрического преобразования волн), сформированная взаимодействием волн накачки и измеряемых информационных сигналов; морское дно 25, поверхность обследуемой акватории 26; морское судно 28 (носитель) излучателей низкочастотной подсветки 2 и высокочастотной накачки среды 3, а также характеристика направленности дополнительного излучения (накачки) среды в сторону морского дна 27.The system also includes a receiving
Заявленная система функционирует следующим образом. Процесс приема информационных волн начинается с перемещения сформированной просветной параметрической антенны по периметру обследуемой акватории. При обнаружении признаков информационных волн носитель 28 излучающего преобразователя перемещают в сторону сближения, а затем на удаление от приемных преобразователей (центра акватории) и уточняют места расположения и протяженности источников информационных волн. В обнаруженных местах определяют их координаты. Путем отклонения излучателей от прямолинейного курса перемещают по змейке и определяют ширину залежи УВ. При этом производят наблюдения и измерения пространственно-временных характеристик и динамики волн. Далее судно - носитель излучающего блока возвращается в исходную точку периметра акватории, из которой процесс обнаружения и поиска источников информационных волн продолжается (повторяется) по всему периметру акватории.The claimed system operates as follows. The process of receiving information waves begins with the movement of the formed luminal parametric antenna along the perimeter of the investigated water area. If signs of information waves are detected, the
Закономерность измерения гидрофизических и геофизических волн просветным параметрическим методом в поисковой радиогидроакустической системе реализуется следующим образом. Воздействие источников информационных волн 4 и 22 приводит к изменению механистических характеристик морской среды (плотности и температуры, которые модулируют сигналы накачки). При пропускании по такой промодулированной в пространстве нелинейной упругой среде акустической волны накачки ее параметры будут промодулированы за счет изменения фазовой скорости по трассе распространения. Возникающие в результате нелинейного взаимодействия волн гармоники проявляются как модуляционные составляющие амплитуды и фазы низкочастотных волн накачки. Являясь неразрывно связанной компонентой низкочастотной просветной волны, они переносятся на большие расстояния и затем выделяются (обнаруживаются) в блоках обработки приемного тракта системы мониторинга.The regularity of measurement of hydrophysical and geophysical waves by the translucent parametric method in the search radio-acoustic system is implemented as follows. The influence of sources of information waves 4 and 22 leads to a change in the mechanical characteristics of the marine environment (density and temperature, which modulate the pump signals). When an acoustic pump wave is transmitted through such a nonlinear elastic medium modulated in space, its parameters will be modulated by changing the phase velocity along the propagation path. The harmonics arising as a result of the nonlinear interaction of the waves manifest themselves as modulation components of the amplitude and phase of the low-frequency pump waves. Being an inextricably linked component of the low-frequency translucent wave, they are transported over long distances and then are allocated (detected) in the processing units of the receiving path of the monitoring system.
Усиление нелинейного взаимодействия геофизических волн источников морского дна, а также эффективности дальнего приема и последующей идентификации измеряемых геофизических и гидрофизических волн и определения их местоположения, обеспечивается за счет дополнительного направленного облучения морского дна сигналами близкой по частоте к акустической подсветке среды, что обеспечивает «тройное» нелинейное взаимодействие волн (просветных в направлении трассы, дополнительных в направлении дна и информационных) в морской среде.Strengthening the nonlinear interaction of geophysical waves of seabed sources, as well as the efficiency of long-distance reception and subsequent identification of measured geophysical and hydrophysical waves and determining their location, is ensured by additional directed irradiation of the seabed with signals close in frequency to the acoustic illumination of the medium, which provides a “triple” nonlinear interaction of waves (translucent in the direction of the track, additional in the direction of the bottom and information) in the marine environment.
Повышенный эффект нелинейного взаимодействия и параметрического преобразования волн достигается за счет использования соизмеримой с протяженностью среды пространственной рабочей зоны (протяженного объема) взаимодействия волн, а также дополнительного облучения среды в направлении морского дна. Применение в тракте приема и обработки операций преобразования (переноса) частотно-временного масштаба волн накачки в высокочастотную область обеспечивает эффективное выделение волн инфранизкочастотного и дробного диапазонов частот существующими средствами узкополосного спектрального анализа и их последующей регистрации.The increased effect of nonlinear interaction and parametric wave transformation is achieved through the use of the interaction of waves commensurate with the length of the medium of the spatial working zone (extended volume), as well as additional irradiation of the medium in the direction of the seabed. The use of the frequency-time scale of the pump waves in the high-frequency region in the receiving and processing path of the conversion (transfer) operations ensures the efficient separation of the infra-low-frequency and fractional frequency ranges by existing means of narrow-band spectral analysis and their subsequent registration.
Ниже приведены конкретные результаты использования заявленного устройства (результаты наблюдений и измерений шумоизлучения УВ залежей), полученные в условиях реальных акваторий, которые могут использоваться как признаки проявления (присутствия) подводных месторождений углеводородов.Below are the specific results of using the claimed device (the results of observations and measurements of noise emission from hydrocarbon deposits) obtained in real water areas, which can be used as signs of the manifestation (presence) of subsea hydrocarbon deposits.
Газовая залежь (фиг.6) характеризуется следующими признаками. На спектрограмме наблюдаются сплошные и дискретные шумы с уровнями их превышений над фоном 10% и 45%, соответственно. Дискретный ряд представляет собой несимметричный колокол, состоящий из трех двойных и двух (более широких) одиночных составляющих, расположенных в интервале частот около 3,4-4,2 Гц, а его максимума на частоте около 3,8 Гц.Gas reservoir (Fig.6) is characterized by the following features. The spectrogram shows continuous and discrete noises with their excess levels above the background of 10% and 45%, respectively. The discrete row is an asymmetric bell, consisting of three double and two (wider) single components located in the frequency range of about 3.4-4.2 Hz, and its maximum at a frequency of about 3.8 Hz.
Газоконденсатная залежь (фиг.7). В интервале частот около 1,8-4,8 Гц приведенная к фону спектральная мощность собственных шумоизлучений залежи УВ примерно на 5% превышает фон. При этом в диапазоне частот от 2,0 до 3,4 Гц над сплошным шумом регистрируется «лежащая на спине буква Е», у которой две широкие (по 0,2 Гц) дискретные составляющие, в пределах 25 % превышающие сплошной шум и на 30% превышающие фон. Центральная линия, как двойная дискретная составляющая, примерно на 15% превышает сплошной шум и на 20% превышает фон. В диапазоне частот от 3,5 Гц до 5 Гц регистрируются «изрезанный меандр» (серия из трех разрезанных прямоугольников), в которых уровень «меандра» превышает сплошной шум примерно на 15%, и на 20% - фон.Gas condensate reservoir (Fig.7). In the frequency range of about 1.8-4.8 Hz, the spectral power of the intrinsic noise emissions of the hydrocarbon pool reduced to the background is approximately 5% higher than the background. Moreover, in the frequency range from 2.0 to 3.4 Hz over continuous noise, a “letter E lying on the back" is recorded, which has two wide (0.2 Hz each) discrete components, 25% higher than continuous noise and 30 % exceeding the background. The central line, as a double discrete component, exceeds solid noise by about 15% and exceeds background by 20%. In the frequency range from 3.5 Hz to 5 Hz, a “rugged meander” (a series of three cut rectangles) is recorded in which the meander level exceeds the continuous noise by about 15%, and the background by 20%.
Залежь с притоком газа (фиг.8). В диапазоне частот от 1,0 Гц до 7,0 Гц приведенная к фону спектральная мощность собственных шумоизлучений залежи УВ примерно на 10-20% превышает фоновый уровень. При этом в диапазоне частот от 2,0 до 5,5 Гц регистрируется равносторонний «треугольник» с вершиной (максимумом спектральной плотности) на частоте около 4,0 Гц, который превышает уровень фона примерно на 40%.Deposit with gas influx (Fig. 8). In the frequency range from 1.0 Hz to 7.0 Hz, the spectral power of the intrinsic noise emissions of the hydrocarbon deposit reduced to the background is approximately 10–20% higher than the background level. Moreover, in the frequency range from 2.0 to 5.5 Hz, an equilateral “triangle” with a peak (maximum spectral density) is recorded at a frequency of about 4.0 Hz, which exceeds the background level by about 40%.
Совокупность положительных результатов общего технического эффекта достигается за счет низкочастотной подсветки (прозвучивания) всего пространства обследуемой акватории и формирования двух горизонтально разнесенных параметрических антенн протяженностью десятки-сотни километров. При этом прием волн горизонтально разнесенными антеннами обеспечивает возможность последующей фазовой обработки сигналов и эффективное подавление некоррелированных помех среды, формируемых различными источниками, включая техногенные излучения в зоне действия поисковой системы. Круговое сканирование протяженной параметрической антенны по периметру обследуемой акватории обеспечивает возможность определения направлений приема информационных волн на акватории, а последующее перемещение излучателей подсветки и накачки (сокращение, а затем увеличение протяженности просветной линии), использование дополнительного направленного облучения морского дна акустическими или электромагнитными волнами накачки обеспечивает определение местонахождения источников информационных волн с повышенной точностью. При этом за счет отклонения движущегося двойного излучающего преобразователя от прямолинейного курса при удалении от приемного блока переменным курсом обеспечивается точное определение места и пространственной протяженности источников информационных, преимущественно геофизических волн.The set of positive results of the overall technical effect is achieved due to the low-frequency illumination (sounding) of the entire space of the investigated water area and the formation of two horizontally spaced parametric antennas with a length of tens to hundreds of kilometers. In this case, the reception of waves by horizontally spaced antennas provides the possibility of subsequent phase processing of signals and the effective suppression of uncorrelated environmental noise generated by various sources, including man-made radiation in the area of the search system. Circular scanning of an extended parametric antenna around the perimeter of the surveyed water area makes it possible to determine the directions of receiving information waves in the water area, and the subsequent movement of the backlight and pump emitters (reduction and then increase in the length of the luminal line), the use of additional directed irradiation of the seafloor with acoustic or electromagnetic pump waves ensures the determination location of sources of information waves with increased accuracy. In this case, due to the deviation of the moving double radiating transducer from the straight course when moving away from the receiving unit with a variable course, an exact determination of the location and spatial extent of the sources of information, mainly geophysical waves is provided.
Таким образом, техническими решениями заявляемого способа дальнего параметрического приема и измерения характеристик геофизических и гидрофизических волн низкочастотного, инфранизкочастотного и дробного диапазонов, реализованы практические пути построения и эксплуатации широкомасштабной гидроакустической системы комплексного мониторинга гидрофизических и геофизических полей в инфранизкочастотном и дробном диапазонах, формируемых источниками водной среды и морского дна. Протяженность рассматриваемой системы (большой масштаб дальности параметрического приема волн) обеспечивается прозвучиванием среды слабозатухающими низкочастотными акустическими сигналами в диапазоне десятки-сотни герц.Thus, the technical solutions of the proposed method for the long-range parametric reception and measurement of the characteristics of geophysical and hydrophysical waves of the low-frequency, infra-low-frequency and fractional ranges have implemented practical ways to build and operate a large-scale hydro-acoustic system for the comprehensive monitoring of hydrophysical and geophysical fields in the infra-low-frequency and fractional ranges formed by sources of the aquatic environment the seabed. The length of the system under consideration (a large scale of the range of parametric wave reception) is ensured by sounding the medium with weakly attenuated low-frequency acoustic signals in the range of tens to hundreds of hertz.
Обеспечение в заявляемой системе дальнего обнаружения и определения местоположения источников геофизических и гидрофизических волн, а также их пространственной протяженности, достигается за счет совместной реализации закономерностей и измерительных технологий просветной и реверберационной гидролокации, что обосновано теоретически и подтверждено морскими экспериментами.The provision in the inventive system of early detection and location of sources of geophysical and hydrophysical waves, as well as their spatial extent, is achieved through the joint implementation of the laws and measurement technologies of translucent and reverberation sonar, which is theoretically justified and confirmed by marine experiments.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012130827/28A RU2503977C1 (en) | 2012-07-18 | 2012-07-18 | System for offshore hydrocarbon deposit prospecting |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012130827/28A RU2503977C1 (en) | 2012-07-18 | 2012-07-18 | System for offshore hydrocarbon deposit prospecting |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2503977C1 true RU2503977C1 (en) | 2014-01-10 |
Family
ID=49884791
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2012130827/28A RU2503977C1 (en) | 2012-07-18 | 2012-07-18 | System for offshore hydrocarbon deposit prospecting |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2503977C1 (en) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20050017722A1 (en) * | 2000-02-02 | 2005-01-27 | Statoil Asa | Method and apparatus for determining the nature of subterranean reservoirs |
| RU2246122C1 (en) * | 2003-05-15 | 2005-02-10 | Савостина Татьяна Леонидовна | Method of naval multiwave multicomponent seismic prospecting |
| RU58733U1 (en) * | 2006-08-08 | 2006-11-27 | Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичева Дальневосточного отделения Российской академии наук (ТОИ ДВО РАН) | GEOACOUSTIC DEVICE FOR DETECTION OF HYDROGEN |
| RU70377U1 (en) * | 2007-09-24 | 2008-01-20 | Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичева Дальневосточного отделения Российской академии наук (ТОИ ДВО РАН) | GAS-GEOPHYSICAL COMPLEX FOR DETECTION OF UNDERWATER EXITS OF GAS-HYDRATES |
| RU2354996C2 (en) * | 2007-05-23 | 2009-05-10 | Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичева Дальневосточного отделения Российской академии наук (ТОИ ДВО РАН) | Method of searching for gas hydrates (versions) |
-
2012
- 2012-07-18 RU RU2012130827/28A patent/RU2503977C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20050017722A1 (en) * | 2000-02-02 | 2005-01-27 | Statoil Asa | Method and apparatus for determining the nature of subterranean reservoirs |
| RU2246122C1 (en) * | 2003-05-15 | 2005-02-10 | Савостина Татьяна Леонидовна | Method of naval multiwave multicomponent seismic prospecting |
| RU58733U1 (en) * | 2006-08-08 | 2006-11-27 | Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичева Дальневосточного отделения Российской академии наук (ТОИ ДВО РАН) | GEOACOUSTIC DEVICE FOR DETECTION OF HYDROGEN |
| RU2354996C2 (en) * | 2007-05-23 | 2009-05-10 | Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичева Дальневосточного отделения Российской академии наук (ТОИ ДВО РАН) | Method of searching for gas hydrates (versions) |
| RU70377U1 (en) * | 2007-09-24 | 2008-01-20 | Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичева Дальневосточного отделения Российской академии наук (ТОИ ДВО РАН) | GAS-GEOPHYSICAL COMPLEX FOR DETECTION OF UNDERWATER EXITS OF GAS-HYDRATES |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2536836C1 (en) | System for parametric reception of hydrophysical and geophysical waves in marine environment | |
| RU2474793C1 (en) | Method for parametric reception of waves of different physical nature in marine environment | |
| RU2593673C2 (en) | Radio-hydroacoustic system for parametric reception of waves of sources and phenomena of atmosphere, ocean and earth's crust in marine environment | |
| RU2602763C2 (en) | Method for parametric reception of waves of different physical nature of sources, processes and phenomena of atmosphere, ocean and earth's crust in marine environment | |
| RU2550588C1 (en) | Method of formation of parametric antenna in marine conditions | |
| RU2433425C2 (en) | Method for seismic prospecting hydrocarbons and method of determining attitude of producing formations on hydrocarbons and seismic station for realising said method | |
| RU2485554C1 (en) | Method of conducting 3d submarine-subglacial seismo-acoustic survey using submarine vessel | |
| RU2452041C1 (en) | Method for parametric reception of waves of different physical nature in marine environment | |
| RU2453930C1 (en) | Method of parametric reception of waves of different physical origin in sea medium | |
| RU2452040C1 (en) | Method for parametric reception of waves of different physical nature in marine environment | |
| RU2424538C1 (en) | Method of searching for mineral deposits using submarine geophysical vessel | |
| RU2624607C1 (en) | Method of acoustic tomography system fields in the atmosphere, the oceans and crust of different physical nature in the marine environment | |
| RU2474794C1 (en) | Method for parametric reception of waves of different physical nature in marine environment | |
| RU2436134C1 (en) | Method for rapid investigation of atmosphere, earth's surface and ocean | |
| RU2434250C1 (en) | Method of detecting seismic signals on sea area when searching for underwater deposits of hydrocarbons | |
| RU83140U1 (en) | PARAMETRIC ECHO-PULSE LOCATOR | |
| RU2646528C1 (en) | Method of searching for mineral resources on the shelf of seas coated by ice | |
| RU2592741C1 (en) | Hydroacoustic station for detection and location of gas leaks | |
| RU2536837C1 (en) | Method for parametric reception of hydrophysical and geophysical waves in marine environment | |
| Sobisevich et al. | Fundamentals of Passive Seismohydroacoustic Methods for Arctic Shelf Investigation | |
| RU2405176C2 (en) | Drift buoy hydroacoustic station to reveal signs of large earthquake and tsunami | |
| RU2602995C2 (en) | Method of formation and spatial development of luminal parametric antenna in the marine environment | |
| RU2601773C2 (en) | Method for mobile search of hydrocarbon deposits and bottom objects, detecting signs of occurrence of hazardous phenomena at sea shelf | |
| RU2545463C1 (en) | Multifrequency-phase sounding (mfp sounding) for searches and detail exploration of oil and gas deposits and prospecting and exploration system to this end | |
| RU2292569C1 (en) | Method of determining tsunami precursor |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200719 |