RU2510052C1

RU2510052C1 - Hardware system for marine electrical exploration of oil-gas fields and marine electrical exploration method

Info

Publication number: RU2510052C1
Application number: RU2012148480/28A
Authority: RU
Inventors: Андрей Владимирович ТУЛУПОВ; Евгений Дмитриевич ЛИСИЦЫН; Владимир Эдуардович КЯСПЕР; Александр Аркадьевич ПЕТРОВ
Original assignee: Андрей Владимирович ТУЛУПОВ; Евгений Дмитриевич ЛИСИЦЫН; Владимир Эдуардович КЯСПЕР; Александр Аркадьевич ПЕТРОВ
Priority date: 2012-11-15
Filing date: 2012-11-15
Publication date: 2014-03-20

Abstract

FIELD: physics.

SUBSTANCE: disclosed is a hardware system, having a signal measuring unit having a ship-towed receiving multi-electrode line with receiving non-polarisable electrodes, buoys for holding the receiving lines mounted on the ship, a Global Position System (GPS) receiving indicator and a processor. The hardware system further includes telemetric measuring modules that are capable of digitising signals from pairs of receiving electrodes on all offsets of the section, additional GPS receiving indicators mounted on the buoys. Also disclosed is a marine electrical exploration method carried out using said hardware system. Signals at pairs of receiving electrodes of the receiving line are measured simultaneously in time and frequency domains during both current pulses and intervals in between said pulses. Data inversion is also carried out simultaneously in the frequency and time domains.

EFFECT: high accuracy of exploration data.

8 cl, 12 dwg

Description

Заявляемая группа изобретений относится к области разведочной геофизики, в частности к электроразведке, и предназначена для прогнозирования залежей углеводородов при зондировании морского дна при глубинах моря более 500 м.The claimed group of inventions relates to the field of exploration geophysics, in particular to electrical exploration, and is intended to predict hydrocarbon deposits during sounding of the seabed at sea depths of more than 500 m.

В настоящее время для морской разведки залежей углеводородов широко применяются различные методы, связанные с воздействием на морское дно импульсов электромагнитного поля, последующей регистрацией изменений электромагнитных параметров придонных пород и анализом полученных данных для обнаружения имеющихся аномалий и определения их природы.Currently, various methods are widely used for marine exploration of hydrocarbon deposits, which are associated with exposure to the seabed of pulses of an electromagnetic field, subsequent registration of changes in the electromagnetic parameters of benthic rocks and analysis of the data obtained to detect existing anomalies and determine their nature.

Наиболее распространенным в настоящее время является способ морской электроразведки и используемый при этом комплекс оборудования (ИК), получивший условное наименование CSEM ((L.MacGregor, М.Sinha /Geophysical Prospecting, 2000, 48, 1091-1106; GB 2402745, 2003), который позволяет производить разведку на глубинах до 3 км. Сущность этого способа (L.MacGregor, М. Sinha /Geophysical Prospecting, 2000, 48, 1091-1106) состоит в том, что электромагнитные импульсы передаются с горизонтального диполя, а получаемая информация принимается помещенными предварительно на дно донными станциями. Полученные данные сопоставляются с аналогичными данными, полученными из сходного района, где отсутствуют залежи углеводородов, и на базе сопоставления делается вывод о перспективности района на углеводородные месторождения. Для получения указанных данных горизонтальный диполь с моментом около 10⁴ Ам буксируется в районе донных станций на расстоянии примерно 50 м от морского дна. Диполь излучает непрерывный импульсный сигнал электромагнитного поля с частотой 0.25-4 Гц. Т.к. электрическое сопротивление морской воды ниже, чем морского дна, то сигнал в воде быстро затухает, в результате чего при измерении на расстоянии более 500 м от источника излучения донная станция принимает только сигналы, связанные с сопротивлением пород морского дна. В результате приемники донных станций регистрируют две ортогональные компоненты горизонтального электрического поля на расстояние до 15 км от источника. Изучение изменений в амплитуде и фазе полученного сигнала позволяет получить информацию об электрическом сопротивлении пород до глубин 5-7 км.The most common currently is the method of marine electrical exploration and the equipment complex (IR) used for this, which has received the code name CSEM ((L. MacGregor, M. Sinha / Geophysical Prospecting, 2000, 48, 1091-1106; GB 2402745, 2003), which allows reconnaissance at depths of up to 3 km.The essence of this method (L. MacGregor, M. Sinha / Geophysical Prospecting, 2000, 48, 1091-1106) is that electromagnetic pulses are transmitted from a horizontal dipole, and the received information is received placed preliminary to the bottom by bottom stations. vlyayutsya with similar data obtained from a similar area where there are no deposits of hydrocarbons, and based on the comparison concludes promising area for hydrocarbon deposits. For these data horizontal dipole moment of about April ¹⁰ Am towed near the bottom stations at a distance of about 50 m from the seabed Dipole emits a continuous pulse signal of an electromagnetic field with a frequency of 0.25-4 Hz. Because Because the electrical resistance of sea water is lower than that of the seabed, the signal in the water decays quickly, as a result of which, when measured at a distance of more than 500 m from the radiation source, the bottom station receives only signals related to the resistance of the rocks of the seabed. As a result, bottom station receivers record two orthogonal components of a horizontal electric field at a distance of up to 15 km from the source. The study of changes in the amplitude and phase of the received signal allows you to obtain information about the electrical resistance of rocks to depths of 5-7 km.

Используемый при этом комплекс оборудования (GB 2402745, 2003) состоит из судна, на котором расположен генератор, спускаемого аппарата (СА), связанного с генератором соединительным кабелем, и содержащего блок формирования прямоугольных импульсов, горизонтальным электрическим диполем длиной около 100 м с дипольным моментом около 10⁴ Ам и донными станциями различного типа.The equipment complex used for this (GB 2402745, 2003) consists of a vessel on which the generator is located, a descent vehicle (SA) connected to the generator by a connecting cable, and containing a rectangular pulse generating unit, with a horizontal electric dipole about 100 m long with a dipole moment of about 10 ⁴ Am and bottom stations of various types.

Недостатком технологии CSEM является возможность получения ограниченного объема информации о породах морского дна, в частности, невозможность при ее использовании получить данные о поляризуемости пород, что существенно снижает точность прогноза. Кроме того, данная технология обладает относительно невысокой производительностью.The disadvantage of CSEM technology is the ability to obtain a limited amount of information about the rocks of the seabed, in particular, the inability to use it to obtain data on the polarizability of rocks, which significantly reduces the accuracy of the forecast. In addition, this technology has a relatively low performance.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является разработанное ранее авторами устройство для морской электроразведки в движении судна (RU 2253881, 2007), состоящее из расположенных на судне блока формирования возбуждающего поля, включающего судовой генератор, коммутатор, формирующий двухполярные прямоугольные импульсы постоянного тока, генераторную установку и балластное устройство, блока измерения сигналов, включающего приемную многоэлектродную линию, резистивиметр, многоканальное измерительное устройство, судовой эхолот, приемо-индикатор Global Position System (GPS) и процессор для обработки сигналов.Closest to the proposed invention is a device previously developed by the authors for marine electrical exploration in the movement of a ship (RU 2253881, 2007), consisting of a unit for generating an exciting field located on the vessel, including a ship generator, a switch that generates bipolar rectangular pulses of direct current, a generator set and ballast device, signal measuring unit, including receiving multi-electrode line, resistivity meter, multi-channel measuring device, marine echo sounder, receiving and Global Position System (GPS) indicator and signal processor.

В ходе проведения измерений в блоке формирования возбуждающего поля коммутатор обеспечивает формирование на питающих электродах двухполярных прямоугольных импульсов тока длительностью от 0,5 до 10 сек и силой тока от 5 до 1000А, со скважностью последовательности импульсов, задаваемых программным путем. Генераторная установка состоит из двух кабельных линий, причем первая линия имеет длину не более 100 м и снабжена хотя бы одним излучающим электродом, размещенным на конце или вблизи конца, и вторая линия имеет длину от 500 до 1000 м и снабжена хотя бы одним излучающим электродом, размещенным на конце или вблизи от конца, обе линии размещены за кормой судна, например, параллельно друг другу и выполнены из кабеля с положительной плавучестью более 5-15%, неизлучающее балластное устройство размещено за кормой судна и представляет собой пары разнонаправленных электрических диполей с равными моментами, а в блоке измерения сигналов приемная многоэлектродная кабельная линия длиной около 2000 м, состоящая из пар приемных неполяризующихся электродов, размещена за кормой судна, параллельно кабельным линиям генераторной установки, буксируется на заданной глубине от поверхности воды, связана с многоканальным измерительным устройством и снабжена приемными электродами, размещенными на приемной многоэлектродной кабельной линии с шагом около 200 м, пространственно расположенными как в промежутке между излучающими электродами генераторной установки, так и за ней. При этом пары приемных электродов выполнены неполяризующимися для исключения влияния собственных процессов электродов на измеряемые устанавливающиеся электрические поля. Приемная линия фиксируется по глубине с помощью буев.During measurements in the block of formation of the exciting field, the switch ensures the formation of bipolar rectangular current pulses on the supply electrodes with a duration of 0.5 to 10 seconds and a current strength of 5 to 1000A, with a duty cycle of a series of pulses set by software. The generator installation consists of two cable lines, the first line having a length of not more than 100 m and equipped with at least one radiating electrode located at the end or near the end, and the second line has a length of 500 to 1000 m and equipped with at least one radiating electrode, placed at the end or near the end, both lines are placed behind the stern of the vessel, for example, parallel to each other and are made of cable with positive buoyancy of more than 5-15%, a non-radiating ballast device is located behind the stern of the vessel and is a pair of different of alternating electric dipoles with equal moments, and in the signal measuring unit, a receiving multi-electrode cable line with a length of about 2000 m, consisting of pairs of receiving non-polarizing electrodes, is placed behind the stern of the vessel, parallel to the cable lines of the generator set, towed at a given depth from the water surface, is connected with a multi-channel measuring device and is equipped with receiving electrodes placed on the receiving multi-electrode cable line with a pitch of about 200 m, spatially arranged as in between between the radiating electrodes of the generator set and behind it. In this case, the pairs of receiving electrodes are made non-polarizable to exclude the influence of the intrinsic processes of the electrodes on the measured established electric fields. The receiving line is fixed in depth using buoys.

С помощью описанного выше устройства осуществляют способ морской электроразведки, в котором выполняют профилирование путем возбуждения в среде периодических знакопеременных импульсов тока во время движения судна, для чего формируют двуполярные прямоугольные импульсы постоянного тока, длительность и скважность которых задается программным путем исходя из оценочной суммарной проводимости геологического разреза и ожидаемой глубины залежи, осуществляют одновременное измерение электрического поля на парах приемных электродов (разносах) приемной многоканальной линии, как во время импульсов постоянного тока, так и в паузах между ними, для заданной в пространстве точки среды подбирают параметры слоистой проводящей и поляризующейся среды таким образом, чтобы значения характеристик расчетного поля этой среды совпадали с величинами одновременных измерений на всех разносах приемной многоканальной линии, полученных как во время импульсов постоянного тока, так и в паузах между ними, повторяют подбор параметров слоистой проводящей и поляризующейся среды для каждой заданной точки профиля наблюдений, строят геоэлектрические разрезы среды, делают заключение о наличии залежи углеводородов по выявленным аномалиям проводимости и параметров вызванной поляризации.Using the device described above, a marine electrical prospecting method is carried out, in which profiling is performed by excitation of periodic alternating current pulses in the medium while the vessel is moving, for which bipolar rectangular pulses of direct current are generated, the duration and duty cycle of which is set programmatically based on the estimated total conductivity of the geological section and the expected depth of the reservoir, carry out simultaneous measurement of the electric field on the pairs of the receiving electrodes (different a) the receiving multichannel line, both during DC pulses and in the pauses between them, for a given spatial point in the medium, select the parameters of the layered conducting and polarizing medium so that the values of the characteristics of the calculated field of this medium coincide with the values of simultaneous measurements at all the spacings of the receiving multichannel line, obtained both during DC pulses and in the pauses between them, repeat the selection of the parameters of the layered conducting and polarizing medium for each given th point of observation profile, build geoelectric sections of the environment, inferring the presence of hydrocarbon deposits on the identified conductivity anomalies and induced polarization parameters.

Недостатком данного способа и применяемого аппаратурного комплекса является его направленность на выявление преимущественно аномалий вызванной поляризации в верхней части разреза. Выявление аномалий сопротивления на глубине более 500 м, непосредственно связанных с залежами углеводородов затруднительно, поскольку на всех разносах приемной линии сигналы становления осложнены сигналами вызванной поляризации.The disadvantage of this method and the applied hardware complex is its focus on identifying mainly anomalies caused by polarization in the upper part of the section. It is difficult to identify resistance anomalies at a depth of more than 500 m directly associated with hydrocarbon deposits, since formation signals are complicated by signals of induced polarization at all spans of the receiving line.

Задачей, решаемой авторами, являлась разработка комплекса аппаратуры и способа морской электроразведки с его использованием, позволяющих получить более надежный прогноз пород морского дна, а также снизить трудоемкость работ по снятию необходимых для этого параметров.The problem to be solved by the authors was the development of a complex of equipment and method for marine electrical exploration with its use, allowing to obtain a more reliable forecast of the rocks of the seabed, as well as reduce the complexity of the work to remove the necessary parameters for this.

В основу предложенного изобретения была положена идея повышения объема информации за счет повышения длины основной приемной линии (ОПЛ) в несколько раз -до 8-15 км, что позволяет получать данные о состоянии пород морского дна на глубине до 4-5 км. Ранее в используемых аппаратурных комплексах подобное удлинение ОПЛ не применялось в связи с резким возрастанием уровня помех при удлинении ОПЛ более 2 км.The basis of the proposed invention was the idea of increasing the amount of information by increasing the length of the main receiving line (PL) several times, up to 8-15 km, which allows to obtain data on the state of the rocks of the seabed at a depth of 4-5 km. Earlier, in the used equipment complexes, such an extension of the OPL was not used due to a sharp increase in the level of interference with an extension of the PLD of more than 2 km.

Технический результат достигается за счет использования в АК, содержащем блок формирования возбуждающего поля, включающего судовой генератор, коммутатор, генераторную установку, состоящую из кабельной линии с фиксированной длиной диполя, размещенной за кормой судна, выполненной из кабеля с положительной плавучестью, и снабженной излучающими электродами, и балластное устройство, размещенное за кормой судна и состоящее из пары разнонаправленных электрических диполей с равными моментами, блок измерения сигналов, включающий буксируемую за судном приемную многоэлектродную линию с приемными неполяризующимися электродами, размещенными на приемной многоэлектродной кабельной линии с шагом 50-500 м, буи для фиксации приемных линий, многоканальное измерительное устройство, судовой эхолот, установленный на судне, приемо-индикатор Global Position System (GPS) и процессор, причем АК содержит дополнительно телеметрические измерительные модули, способные производить оцифровку сигналов с пар приемных электродов по всем разносам секции, дополнительные приемо-индикаторы Global Position System, установленные на буях, причем основная приемная линия (ОПЛ) выполнена длиной 8-15 км, состоит из секций длиной 500-3000 м с расположенными на них парами неполяризующихся электродов, расстояние между которыми находится в диапазоне 50-500 метров, причем секции связаны с телеметрическими измерительными модулями и буксируемыми по поверхности буями, оснащенными приемниками GPS и радиомодемами для передачи информации о координатах приемной линии на борт судна.The technical result is achieved through the use in an AK containing a block for generating an exciting field, including a ship generator, a switch, a generator set consisting of a cable line with a fixed dipole length located behind the stern of the vessel, made of cable with positive buoyancy, and equipped with radiating electrodes, and a ballast device located behind the stern of the vessel and consisting of a pair of multidirectional electric dipoles with equal moments, a signal measuring unit including a towed behind the vessel there is a receiving multi-electrode line with receiving non-polarizing electrodes placed on the receiving multi-electrode cable line with a pitch of 50-500 m, buoys for fixing receiving lines, a multi-channel measuring device, a marine echo sounder installed on the vessel, a Global Position System (GPS) receiving indicator, and a processor, the AK additionally containing telemetry measuring modules capable of digitizing signals from pairs of receiving electrodes over all section spacing, additional receiving-indicators Global Position System, installed data on buoys, and the main receiving line (OPL) is 8-15 km long, consists of sections 500-3000 m long with pairs of non-polarizing electrodes located on them, the distance between which is in the range of 50-500 meters, and the sections are connected with telemetric measuring modules and buoys towed on the surface, equipped with GPS receivers and radio modems for transmitting information about the coordinates of the receiving line on board the vessel.

Телеметрические измерительные модули, как правило, связаны с секциями ОПЛ и буем с помощью оттяжек глубины, длина которых обеспечивает заданную глубину буксировки приемной линии, контролируемую датчиками давления, расположенными в модулях. Конструкция оттяжек глубины, особенно при буксировках с большим заглублением приемной линии, выполняется таким образом, чтобы обеспечить низкое гидродинамическое сопротивление. Для стабилизации секций приемной линии по глубине в промежутках между телеметрическими модулями могут дополнительно использоваться «кондепы», например, с гидростатическим управлением.Telemetric measuring modules, as a rule, are connected to the sections of the arrester and buoy with the help of depth guy wires, the length of which provides the specified towing depth of the receiving line, controlled by pressure sensors located in the modules. The design of guy rods of depth, especially when towing with a large depth of the receiving line, is performed in such a way as to provide low hydrodynamic resistance. To stabilize the sections of the receiving line in depth between the telemetry modules, “condeps” can be additionally used, for example, with hydrostatic control.

Секции ОПЛ, как правило, выполняются из плавающего кабеля с положительной плавучестью 3-5% и разрывным усилием не менее 40 кН.PL sections are usually made of a floating cable with a positive buoyancy of 3-5% and a breaking strength of at least 40 kN.

Как правило, используемая в АК генераторная линия электроразведочной установки выполнена из кабеля положительной плавучести и содержит грузонесущую, например кевларовую, основу с разрывным усилием не менее 40 кН и изолированные жилы в виде витых пар и оптоволоконных жил для передачи электрического питания, команд и цифровой информации, начальная и дипольная части помимо указанного выше содержит слой, обеспечивающий плавучесть кабеля и концентрическую обмотку для передачи импульсов тока к электроду В. Генераторная линия, как правило, подразделяется на три части - начальную, дипольную и буферную, причем начальная часть генераторной линии имеет длину 50-100 метров, буферная часть имеет длину 10-50 метров, а дипольная часть имеет длину 500-1000 метров.As a rule, the generator line of the electrical exploration system used in the AK is made of positive buoyancy cable and contains a load-bearing, for example Kevlar, base with a breaking strength of at least 40 kN and isolated conductors in the form of twisted pairs and fiber optic wires for transmitting electrical power, commands and digital information, The initial and dipole parts, in addition to the above, contain a layer that provides buoyancy of the cable and a concentric winding for transmitting current pulses to the electrode B. The generator line, as a rule, It is divided into three parts - the initial, dipole and buffer, and the initial part of the generator line has a length of 50-100 meters, the buffer part has a length of 10-50 meters, and the dipole part has a length of 500-1000 meters.

Начальная часть генераторной линии содержит дополнительную обмотку, концентричную первой для передачи импульсов тока к электроду А, причем обмотки токовых электродов могут быть разделены в начальной части линии гидроканалами, по которым при помощи насоса подается забортная вода для отвода излишков тепла от внутренней обмотки начальной части, а буферная часть через специальную муфту соединена с основной приемной линией,The initial part of the generator line contains an additional winding concentric with the first one for transmitting current pulses to electrode A, and the windings of the current electrodes can be separated in the initial part of the line by hydrochannels, through which outboard water is supplied by means of a pump to remove excess heat from the internal winding of the initial part, and the buffer part is connected through a special coupling to the main receiving line,

Для удобства эксплуатации блок формирования импульсов тока, многоканальная набортная станция и лебедка с электроразведочной установкой могут быть размещены в контейнер-лаборатории на базе стандартного морского 20-ти футового контейнера.For ease of operation, a current pulse generating unit, a multi-channel onboard station, and a winch with an electrical prospecting installation can be placed in a laboratory container on the basis of a standard marine 20-foot container.

Способ морской электроразведки, осуществляемый с помощью указанного АК, заключается в том, что судно буксирует в ходе движения судна по профилю измерений ОПЛ длиной 8-15 км на глубине 7-50 м, среду возбуждают разнополярными прямоугольными импульсами тока с паузой между ними или последовательностью таких импульсов разной длительности, измеряют сигналы на парах приемных электродов многоразносной приемной линии в диапазоне расстояний от первых сотен метров до конца линии длиной 8-15 км одновременно во временном и частотном диапазонах, как во время токовых импульсов, так и во время пауз между ними, полученные сигналы проходят первичную обработку в телеметрическими модулями, которые производят передачу полученных цифровых данных одновременно с данными о местоположении данного модуля в набортную многоканальную станции, где осуществляют одновременную инверсию данных во временном и частотном диапазонах по всем разносам для каждой точки наблюдения вдоль профиля исследований и определяют удельное сопротивление и параметры поляризуемости среды, по аномалиям которых судят о наличии залежи.The method of marine electrical exploration carried out using the indicated AK is that the vessel is towed during the movement of the vessel along the measurement profile of the arrester length of 8-15 km at a depth of 7-50 m, the medium is excited by bipolar rectangular current pulses with a pause between them or a sequence of such pulses of different durations, measure the signals on the pairs of receiving electrodes of a multi-diversity receiving line in the range of distances from the first hundreds of meters to the end of the line with a length of 8-15 km simultaneously in the time and frequency ranges, as in the current pulses, and during pauses between them, the received signals are processed primarily by telemetry modules, which transmit the received digital data simultaneously with the location data of this module to the on-board multichannel station, where the data are simultaneously inverted in time and frequency ranges all the spacings for each observation point along the research profile and determine the resistivity and polarizability parameters of the medium, according to which anomalies are judged whose deposits.

Изобретение иллюстрируется чертежами, на которых приведены общая схема измерений и конструкции отдельных элементов изобретения.The invention is illustrated by drawings, which show the General scheme of measurements and design of individual elements of the invention.

На фиг.1 показана общая схема комплекса, где используются следующие обозначения: 1-контейнер-лаботатория, 2 - генераторная линия с токовыми электродами А и В, 3 - дополнительная приемная линия с неполяризующимися приемными электродами М и N, 4 - основная приемная линия, 5 - телеметрические измерительные модули, 6 - поддерживающий буй с GPS приемником и радиомодемом, 7 - приемные неполяризующиеся электроды, 8 - лебедка балластного устройства, 9 - неизлучающее балластное устройство, 10 - лебедка дополнительной приемной линии, 35 - технологический контейнер-лаборатория, 39 - судовой эхолот, 40 - судовой или автономный дизель-генератор.Figure 1 shows the general scheme of the complex, where the following notation is used: 1-container-laboratory, 2 - generator line with current electrodes A and B, 3 - additional receiving line with non-polarizable receiving electrodes M and N, 4 - main receiving line, 5 - telemetry measuring modules, 6 - supporting buoy with GPS receiver and radio modem, 7 - non-polarizing receiving electrodes, 8 - ballast device winch, 9 - non-radiating ballast device, 10 - additional receiving line winch, 35 - technological container non-laboratory, 39 - ship echo sounder, 40 - ship or standalone diesel generator.

На фиг.2а-2в изображены схема генераторной линии 2 и возможные конструкции ее частей, гдеOn figa-2B shows a diagram of the generator line 2 and the possible design of its parts, where

11-начальная часть, 12-дипольная часть, 13-буферная часть, 14-грузонесущий элемент, 15-гидроизоляция из диэлектрика, 16-витые пары и оптоволоконные жилы, 17 - гидроизоляция из диэлектрика, 18 - элемент, обеспечивающий плавучесть кабеля, например, пенополиэтилен, 19 - токовые жилы, присоединяющиеся к дальнему электроду В, 20-гидроизоляция из диэлектрика, 21 - гидроканалы, 22-токовые жилы, присоединяющиеся к электроду А, 23 - наружная гидроизоляция из диэлектрика.11-initial part, 12-dipole part, 13-buffer part, 14-load-bearing element, 15-waterproofing from dielectric, 16-twisted pairs and fiber optic cores, 17 - waterproofing from dielectric, 18 - element that provides buoyancy of the cable, for example, polyethylene foam, 19 - current conductors connecting to the far electrode B, 20-waterproofing from dielectric, 21 - hydrochannels, 22-current conductors connecting to electrode A, 23 - external waterproofing from dielectric.

На фиг.3 представлена блок-схема телеметрического измерительного модуля 5. Здесь 24 - управляющий процессор, 25-24-х или 32-х разрядный АЦП, 26 - передатчик цифровых сигналов, 27 - промежуточный усилитель цифровых сигналов, 28-приемник командных сигналов, 29 - датчик давления.Figure 3 shows a block diagram of a telemetry measuring module 5. Here 24 is a control processor, a 25-24-bit or 32-bit ADC, 26 is a digital signal transmitter, 27 is an intermediate digital signal amplifier, 28 is a command signal receiver, 29 - pressure sensor.

На фиг.4 изображен контейнер-лаборатория 1, в котором 30 - блок формирования импульсов тока, состоящий из трехфазного выпрямителя и генератора импульсов на базе IGBT, 31 - основная лебедка, на которой располагаются генераторная линия 2 и приемная линия 4, 32 - рабочее место оператора блока формирования импульсов тока с управляющим компьютером и контрольной аппаратурой, 33 - многоканальная набортная станция с количеством каналов не менее 16, 34 - рабочее место оператора набортной станции, 38 - индикатор системы GPS.Figure 4 shows the laboratory container 1, in which 30 is a current pulse generating unit, consisting of a three-phase rectifier and an pulse generator based on IGBT, 31 is the main winch, on which the generator line 2 and the receiving line 4, 32 are located; an operator of a current pulse generating unit with a control computer and control equipment, 33 — a multi-channel on-board station with at least 16 channels, 34 — the workplace of the on-board station operator, 38 — a GPS system indicator.

Фиг.5 иллюстрирует принципиальную конструкцию технологического контейнера-лаборатории 35, где 36 - вспомогательная лебедка, на которой располагаются дополнительные и запасные секции приемной линии, 37 - транспортно-лабораторный отсек, в котором на судно доставляется технологическое оборудование - лебедка дополнительной приемной линии с линией, лебедка балластного устройства, балластное устройство, буи с GPS, силовые кабели, линии связи, ЗИП и т.п. После установки оборудования на судне, отсек используется для размещения операторов контроля качества и первичной обработки информации.Figure 5 illustrates the basic design of the technological laboratory container 35, where 36 is an auxiliary winch on which additional and spare sections of the receiving line are located, 37 is a transport and laboratory compartment in which technological equipment is delivered to the vessel - an additional receiving line winch with a line, ballast device winch, ballast device, GPS buoys, power cables, communication lines, spare parts, etc. After installing the equipment on the ship, the compartment is used to accommodate quality control operators and primary information processing.

На фиг.6 показаны относительные изменения сигнала при глубине воды 500 м, сигналы для тока 1А на трех частотах. Пунктир соответствует сигналам при отсутствии залежи, частоты: 1-0.0625 Гц, 2-0.1875 Гц, 3-0.3125 Гц.Figure 6 shows the relative changes in the signal at a water depth of 500 m, signals for current 1A at three frequencies. The dotted line corresponds to signals in the absence of a deposit, frequencies: 1-0.0625 Hz, 2-0.1875 Hz, 3-0.3125 Hz.

На фиг.7а-7в показаны относительные изменения сигнала по отношению к разрезу без залежи, приведены для глубин моря, соответственно, 20 м, 100 м, 500 м.On figa-7c shows the relative changes in the signal with respect to the section without deposits, shown for the depths of the sea, respectively, 20 m, 100 m, 500 m

На фиг.8 приведен план графиков относительных изменений сигналов становления поля для первых восьми разносов. Пунктирная линия соответствует разрезу без залежи и без вызванной поляризации, сплошная - разрез при наличии залежи, но без вызванной поляризации, и штрихпунктирная соответствует разрезу при наличии залежи и аномальной вызванной поляризации во втором слое модели.On Fig shows a graph of the relative changes in the signals of the formation of the field for the first eight spans. The dashed line corresponds to the section without deposits and without induced polarization, the solid line represents the section in the presence of deposits, but without polarization, and the dash-dotted line corresponds to the section in the presence of deposits and anomalous induced polarization in the second layer of the model.

В состав комплекса входят дизель-генератор 40, в качестве которого используется судовой миллиавтономный дизель-генератор, с которым связаны неизлучающее балластное устройство 9, к которому блок формирования импульсов тока подключается во время пауз и вспомогательные устройства (судовой эхолот 39, система GPS, лебедки 8 и 10 и т.д.). На борту судна установлены контейнер-лаборатория 1 и, при необходимости, технологический контейнер-лаборатория 35.The complex includes a diesel generator 40, which is used as a milli-autonomous marine diesel generator, to which a non-emitting ballast device 9 is connected, to which the current pulse generation unit is connected during pauses and auxiliary devices (marine echo sounder 39, GPS system, winches 8 and 10, etc.). A container laboratory 1 and, if necessary, a technological laboratory container 35 are installed on board the vessel.

В контейнере-лаборатории 1 размещаются блок формирования импульсов тока 30, состоящий из трехфазного выпрямителя и генератора импульсов на базе IGBT, основная лебедка 31, на которой располагаются генераторная линия 2 и приемная линия 4, рабочее место оператора блока формирования импульсов тока 32 с управляющим компьютером и контрольной аппаратурой, многоканальная набортная станция 33 с количеством каналов не менее 16, рабочее место оператора набортной станции 34, индикатор системы GPS 38.In the laboratory container 1, a current pulse shaping unit 30, consisting of a three-phase rectifier and a pulse generator based on IGBT, the main winch 31, on which the generator line 2 and the receiving line 4 are located, the operator’s workplace of the current pulse shaping unit 32 with a control computer, are located control equipment, multi-channel on-board station 33 with the number of channels no less than 16, the workplace of the operator of the on-board station 34, GPS indicator 38.

В технологическом контейнере-лаборатории 35 располагаются вспомогательная лебедка 36, на которой располагаются дополнительные и запасные секции приемной линии, транспортно-лабораторный отсек 37, в котором на судно доставляется технологическое оборудование - лебедка дополнительной приемной линии с линией, лебедка балластного устройства, балластное устройство, буи с GPS, силовые кабели, линии связи, ЗИП и т.п. После установки оборудования на судне, отсек используется для размещения операторов контроля качества и первичной обработки информации.An auxiliary winch 36 is located in the technological laboratory container 35, on which additional and spare sections of the receiving line are located, a transport and laboratory compartment 37, in which the technological equipment is delivered to the vessel — an additional receiving line winch with a line, a ballast device winch, ballast device, buoys with GPS, power cables, communication lines, spare parts, etc. After installing the equipment on the ship, the compartment is used to accommodate quality control operators and primary information processing.

К генератору 40 подключены буксируемые за судном генераторная линия 2 с токовыми электродами А и В, дополнительная приемная линия 3 с неполяризующимися приемными электродами М и N, основная приемная линия 4. На генераторной линии 2 установлены телеметрические измерительные модули 5, связанные с поддерживающими буями 6 с GPS приемником и радиомодемом, и приемные неполяризующиеся электроды 7.A generator line 2 with current electrodes A and B, an additional receiving line 3 with non-polarizing receiving electrodes M and N, the main receiving line 4 is connected to the generator 40, towed behind the vessel, and telemetry measuring modules 5 connected to supporting buoys 6 s are installed on the generator line 2 GPS receiver and radio modem, and receiving non-polarizing electrodes 7.

Телеметрический измерительный модуль 5 содержит управляющий процессор 24, 24 или 32-разрядный аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 25, передатчик цифровых сигналов 26, промежуточный усилитель цифровых сигналов 27, приемник командных сигналов 28, датчик давления 29. Корпус модуля 5, может оснащаться вакуум портом для вакуумирования внутреннего пространства, что обеспечивает проверку герметичности модуля и исключает появление влаги внутри модуля.The telemetry measuring module 5 contains a control processor 24, 24 or 32-bit analog-to-digital converter (ADC) 25, a digital signal transmitter 26, an intermediate digital signal amplifier 27, a command signal receiver 28, a pressure sensor 29. The housing of module 5 can be equipped with a vacuum a port for evacuating the internal space, which provides verification of the tightness of the module and eliminates the appearance of moisture inside the module.

Генераторная линия состоит из начальной части 11, дипольной части 12 и буферной части. Она содержит витые пары и оптоволоконные жилы 16, 19 и 22, снабженные гидроизоляцией из диэлектрика 15, 17, 20 и 23, элемент, обеспечивающий плавучесть кабеля 18, например, пенополиэтилен, грузонесущий элемент 14, и 21-гидроканалы.The generator line consists of an initial part 11, a dipole part 12, and a buffer part. It contains twisted pairs and fiber optic cores 16, 19 and 22, provided with waterproofing from a dielectric 15, 17, 20 and 23, an element that provides buoyancy of cable 18, for example, polyethylene foam, load-bearing element 14, and 21 hydrochannels.

Приведенный принцип формирования аппаратурного комплекса позволяет проводить работы с неспециализированных судов и резко снижает требования к ним.The above principle of the formation of the hardware complex allows you to work with non-specialized vessels and dramatically reduces the requirements for them.

Работа комплекса осуществляется следующим образом. Судно выходит на линию профиля на расстоянии, превышающем длину электроразведочной установки производится ее выпуск. При большой длине линии спуск начинается с выпуска дополнительных секций приемной линии 4, расположенной на вспомогательной лебедке 36. По мере спуска приемной линии 4 она оснащается поддерживающими буями 6 и, если необходимо, «кондепами» (не показаны). После выпуска генераторной линии 2 или параллельно с ней осуществляется выпуск дополнительной приемной линии 3, информация с которой может передаваться на борт судна в аналоговом виде с оцифровкой непосредственно в многоканальной набортной станции 33 или цифровом виде через телеметрический цифровой модуль 5. После завершения выпуска электроразведочной установки токовые жилы 19 и 22 генераторной линии 2 подключаются к генератору импульсов тока блока формирования импульсов (БФИ) 30, соединенного с судовым или автономным дизель-генератором 40, а жилы 16 генераторной линии 2, дополнительная линия 3 и датчики измерения тока блока формирования импульсов - к многоканальной набортной станции 17. К генератору импульсов тока БФИ 30 также подсоединяется неизлучающее балластное устройство 9, на которое нагружается генератор 40. С помощью блока 30, подсоединенного к судовому или автономному дизель-генератору 40, в генераторной линии 2 формируются прямоугольные разно-полярные импульсы тока силой до 1000 А с паузой между ними или последовательности таких импульсов с переменной длительностью. Длительности импульсов и пауз задаются программным путем через компьютер РМО 32 и контролируются сигналом канала pps системы GPS 38. Эти же сигналы pps передаются в телеметрические измерительные модули 5 в качестве меток времени. Модули 5 производят измерение сигналов на парах неполяризующихся электродов 7 соответствующих разносов секции, как во время импульсов тока, так и в паузах между ними, преобразуют сигналы в цифровую форму одновременно во временной и частотной областях и передают полученную информацию через последовательность промежуточных усилителей цифровых сигналов 27 в многоканальную станцию 17. Информация может передаваться прямо в процессе измерения или через буфер управляющего процессора 24. Вместе с информацией в станцию 17 передаются данные о коэффициентах усиления каналов и глубина буксировки приемной линии с датчиков давления 29. Частота дискретизации измерений, величины коэффициентов усиления каналов и алгоритм их изменения задаются в управляющих процессорах 24 модулей 5 программным путем и устанавливаются с помощью приемника командных сигналов 28. Поскольку все измерения синхронизируются высокоточным каналом pps, набортная станция 17 может осуществлять в частотной области измерение сдвига фаз между током и измеренным напряжением электрического поля на основной и первых гармониках. Кроме описанной информации, в станцию 17 передаются данные о глубине моря с судового эхолота 39.The work of the complex is as follows. The vessel enters the profile line at a distance exceeding the length of the electrical exploration installation; it is released. With a long line, the descent begins with the release of additional sections of the receiving line 4 located on the auxiliary winch 36. As the descent line 4 is descent, it is equipped with supporting buoys 6 and, if necessary, “condes” (not shown). After the generator line 2 is released or in parallel with it, an additional receiving line 3 is released, the information from which can be transmitted on board the vessel in analog form with digitization directly in the multi-channel on-board station 33 or digitally via the telemetric digital module 5. After the completion of the electric prospecting installation, the current the cores 19 and 22 of the generator line 2 are connected to a current pulse generator of a pulse forming unit (BFI) 30 connected to a ship or autonomous diesel generator 40, and the cores 16 of the generator line 2, the additional line 3 and the current measurement sensors of the pulse forming unit are connected to the multi-channel on-board station 17. A non-emitting ballast device 9 is also connected to the current pulse generator BFI 30, onto which the generator 40 is loaded. Using the block 30 connected to a ship or autonomous diesel generator 40, in the generator line 2 are formed rectangular different-polar current pulses with a power of up to 1000 A with a pause between them or a sequence of such pulses with a variable duration. The durations of pulses and pauses are set programmatically through the PCM 32 computer and are controlled by the pps channel signal of the GPS 38 system. The same pps signals are transmitted to the telemetry measuring modules 5 as time stamps. Modules 5 measure signals on pairs of non-polarizing electrodes 7 of the corresponding section spacing, both during current pulses and in the pauses between them, convert the signals to digital form simultaneously in the time and frequency domains and transmit the received information through a sequence of intermediate amplifiers of digital signals 27 V multichannel station 17. Information can be transmitted directly during measurement or through the buffer of the control processor 24. Together with the information, coefficient information is transmitted to station 17 the channel amplification factors and the receiving line towing depth from pressure sensors 29. The sampling frequency of the measurements, the channel gain coefficients and the algorithm for changing them are set in the control processors of 24 modules 5 programmatically and are set using the command signal receiver 28. Since all measurements are synchronized with a high-precision pps channel , the on-board station 17 can carry out in the frequency domain the measurement of the phase shift between the current and the measured voltage of the electric field at the main and first harmonics ikah. In addition to the information described, data on the depth of the sea from the ship’s echo sounder 39 are transmitted to station 17.

Информация о положении электроразведочной установки с поддерживающих буев 6 может передаваться на борт судна через радиомодем с необходимым интервалом во время токового импульса, или после отработки всего профиля для исключения влияния радиопередатчика на измеряемые сигналы.Information about the position of the electrical installation from the supporting buoys 6 can be transmitted on board the vessel through a radio modem with the necessary interval during the current pulse, or after working out the entire profile to exclude the influence of the radio transmitter on the measured signals.

После отработки профиля судно переходит на следующий профиль без подъема электроразведочной установки.After working off the profile, the vessel proceeds to the next profile without raising the electrical prospecting installation.

Предложенный комплекс обеспечивает высокую производительность работ, поскольку измерения проводятся в движении судна на скорости 4-5 узлов.The proposed complex provides high productivity, since measurements are carried out in the movement of the vessel at a speed of 4-5 knots.

Преимущество указанного устройства состоит в том, что при его использовании в движении судна осуществляются многоразносные измерения в диапазоне разносов до 8-15 км, обеспечивающие глубинность исследований 3-6 км, и существенно повышается достоверность геофизических данных.The advantage of this device lies in the fact that when it is used in the movement of a vessel, multiaxial measurements are carried out in the separation range of up to 8-15 km, providing a depth of exploration of 3-6 km, and the reliability of geophysical data is significantly increased.

Для демонстрации целесообразности применения приведем расчеты для "классического" морского разреза со слоем, имитирующим залежь:To demonstrate the appropriateness of the application, we present the calculations for the “classic” sea section with a layer simulating a deposit:

№ слояLayer number РR hh 1one 0.30.3 20-50020-500 22 1one 20002000 33 50fifty 100one hundred 4four 1one ∞∞

В расчетах параметры стримера: А 500 м В 250 м M1 250 м М2 250 м М3 500 м М4…М24 500 м М25, глубина линии -10 мIn the calculations, streamer parameters: A 500 m B 250 m M1 250 m M2 250 m M3 500 m M4 ... M24 500 m M25, line depth -10 m

На фиг.6 показаны относительные изменения сигнала при глубине воды 500 м сигналы для тока 1А на трех частотах. Пунктир соответствует сигналам при отсутствии залежи, частоты: 1-0.0625 Гц, 2-0.1875 Гц, 3-0.3125 Гц.Figure 6 shows the relative changes in the signal at a water depth of 500 m signals for current 1A at three frequencies. The dotted line corresponds to signals in the absence of a deposit, frequencies: 1-0.0625 Hz, 2-0.1875 Hz, 3-0.3125 Hz.

Относительные изменения сигнала по отношению к разрезу без залежи приведены на фиг.7а-7в, для глубин моря, соответственно, 20 м, 100 м, 500 м. При любой из рассмотренных глубин моря плохопроводящий слой на глубине 2000 м под дном, символизирующий залежь, уверенно выделяется при измерениях рассматриваемой установкой.Relative changes in the signal with respect to the section without a deposit are shown in Figs. 7a-7c, for the depths of the sea, respectively, 20 m, 100 m, 500 m. For any of the considered sea depths, a poorly conducting layer at a depth of 2000 m below the bottom, symbolizing the reservoir, confidently stands out when measuring the installation in question.

На измерениях во временной области, особенно на малых разносах, существенным образом сказывается наличие аномалий вызванной поляризации, в первую очередь, в верхней части разреза. На фиг.8 приведен план графиков относительных изменений сигналов становления поля для первых восьми разносов. Пунктирная линия соответствует разрезу без залежи и без вызванной поляризации, сплошная - разрез при наличии залежи, но без вызванной поляризации и штрихпунктирная соответствует разрезу при наличии залежи и аномальной вызванной поляризации во втором слое модели. Параметры вызванной поляризации были заданы в соответствии с классической формулой Cole-Cole: поляризуемость η - 5%, постоянная времени τ=1 сек и показатель степени С=0.5.The measurements in the time domain, especially at small spacings, are significantly affected by the presence of anomalies of induced polarization, primarily in the upper part of the section. On Fig shows a graph of the relative changes in the signals of the formation of the field for the first eight spans. The dashed line corresponds to the section without a deposit and without induced polarization, the solid line corresponds to a section in the presence of a deposit, but without a polarization, and the dash-dotted line corresponds to the section in the presence of a deposit and anomalous induced polarization in the second layer of the model. Parameters of induced polarization were set in accordance with the classical Cole-Cole formula: polarizability η - 5%, time constant τ = 1 sec and exponent С = 0.5.

На малых разносах влияние вызванной поляризации кардинальным образом изменяет характер становления поля, что позволяет использовать такие измерения для изучения поляризационных свойств разреза.At small spacings, the effect of induced polarization radically changes the nature of the formation of the field, which allows the use of such measurements to study the polarization properties of the section.

Claims

1. A hardware complex for offshore electrical exploration of oil and gas fields, which includes an exciting field formation unit, which includes a ship generator and a switch, a generator set consisting of two cable lines located behind the stern of the vessel, made of cable with positive buoyancy, and equipped with radiating electrodes, a ballast device located behind the stern of the vessel and consisting of a pair of multidirectional electric dipoles with equal moments, a signal measuring unit, including a receiving multi-electrode line towed behind the vessel with receiving non-polarizing electrodes placed on the receiving multi-electrode cable line with a pitch of 50-500 m, buoys for fixing receiving lines, a multi-channel measuring device, a fish finder, a Global Position System (GPS) receiver-indicator installed on the vessel and a processor, characterized in that the complex additionally contains telemetry measuring modules capable of digitizing signals from pairs of receiving electrodes over all section spacing, additional reception Global Position System o-indicators mounted on buoys, the main receiving line being 8-15 km long and consists of sections 500-3000 m long with pairs of non-polarizing electrodes located on them, the distance between which is in the range of 50-500 meters, sections are connected with telemetric measuring modules and buoys towed on the surface, equipped with additional GPS receivers and radio modems for transmitting information about the coordinates of the receiving line on board the vessel.

2. The hardware complex according to claim 1, characterized in that the sections of the main receiving line are made of a floating cable with a positive buoyancy of 3-5% and a breaking force of at least 40 kN.

3. The hardware complex according to claim 1, characterized in that the telemetry measuring modules are usually connected to sections of the main receiving line and the buoy using depth braces, the length of which provides a predetermined towing depth of the receiving line, controlled by pressure sensors located in the modules.

4. The hardware complex according to claims 1 or 3, characterized in that in the intervals between the telemetry modules are installed condeps.

5. The hardware complex according to claim 1, characterized in that the generator line of the electrical exploration installation is made of positive buoyancy cable and contains a load-bearing, for example Kevlar, base with a breaking strength of at least 40 kN and insulated conductors in the form of twisted pairs and fiber optic wires for electric transmission power, commands and digital information, the initial and dipole parts in addition to the above contains a layer that provides buoyancy of the cable and concentric windings for transmitting current pulses.

6. The hardware complex according to claim 1, characterized in that the generator line of the electrical exploration installation is divided into three parts - the initial, dipole and buffer, and the initial part of the generator line contains an additional winding concentric with the first for transmitting current pulses, and the buffer part through a special coupling connected to the main receiving line.

7. The hardware complex according to claim 1, characterized in that the multi-channel boarding station and winch with an electrical prospecting installation are placed in a container laboratory based on a standard 20-foot sea container.

8. The method of marine electrical exploration carried out using the hardware complex according to claim 1, which includes profiling by excitation in the medium of periodic alternating current pulses during the movement of the vessel by forming bipolar rectangular pulses of direct current, the duration and duty cycle of which is set programmatically based on estimated total conductivity of the geological section and the expected depth of the reservoir, simultaneous measurement of the electric field at the pairs of receiving electrodes of a multi-channel line, both during DC pulses and in the pauses between them, the choice for a given spatial point of the medium of the parameters of a layered conducting and polarizing medium so that the values of the characteristics of the calculated field of this medium coincide with the values of the simultaneous measurements at all the differences of the receiving multichannel lines obtained both during DC pulses and in the pauses between them, repeat the selection of the parameters of a layered conducting and polarizing medium for each given point n observation observation, construction of geoelectric sections of the medium and the formulation of the conclusion on the presence of a hydrocarbon deposit according to the identified anomalies of conductivity and the parameters of the induced polarization, characterized in that the vessel tows the main receiving line 8-15 km long at a depth of 7-50 while the vessel is moving along the measurement profile m, the signals are measured on the pairs of receiving electrodes of a multiaxial receiving line in the range of distances from the first hundreds of meters to the end of the line with a length of 8-15 km simultaneously in the time and frequency ranges as during current pulses, and during pauses between them, after which the received signals are subjected to primary processing with telemetry modules that transmit the received digital data simultaneously with the location data of this module to the on-board multichannel station, where the data are simultaneously inverted in the time and frequency ranges for all spacings for each observation point along the research profile and determine the resistivity and polarizability parameters of the medium, the anomalies of which are t Finally, the presence of deposits.