MKИ G01VЗ/02
СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОРСКОЙ ЭЛЕКТРОРАЗВЕДКИ НЕФТЕГАЗОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ. Область техники
Заявляемая группа изобретений относится к области разведочной геофизики, в частности к способам осуществления геоэлектроразведки для прогнозирования залежей углеводородов в транзитной зоне шельфа при глубинах до 10 м методом вызванной поляризации и оборудованию для этих целей, и предназначена
Предшествующий уровень техники
В настоящее время для морской разведки залежей углеводородов широко применяются различные метолы, связанные с воздействием на морское дно импульсов электромагнитного поля, регистрацией изменений электромагнитных параметров придонных пород и анализом полученных данных для обнаружения имеющихся аномалий и определения их природы (RU 2236028, 2004; SU 1122998,1984; SU 1798666,1996; SU 1434385, 1988; US 4298840, 1981; US 4617518, 1986), которые осуществляют с помощью различных исследовательских комплексов аппаратуры и оборудования (ИК).
Так, известен комплекс для морской электроразведки на дрейфующей льдине, состоящий из возбуждающих и приемных установок, источника знакопеременных периодических импульсов тока и установки обработки данных. При использовании комплекса возбуждающую и приемные установки размещают вертикально подо льдом в неподвижном слое воды (RU 2069375,1993) Подачу импульсов проводят источником знакопеременных периодических импульсов тока силой в несколько десятков ампер с помощью ЭРС 72 или иной установки, обработку данных с помощью цифровой электроразведочной станции типа ЦЭС.
Профилирование разреза осуществляют с фиксированным расстоянием между точками возбуждения и приема сигналов после воздействия знакопеременным импульсом. Измеряют только вертикальную компоненту электрического поля. Однако данная технология не может быть использована при измерениях в движении судна, т.к. основывается на работе с неподвижным относительно льдины слоем воды, а также неработоспособна при работе на малых глубинах, где свободный дрейф льдины затруднен.
Более универсальным и перспективным при разведке с помощью судов является метод вызванной поляризации (ВП) (RU 2236028; SU 1122998; SU 1798666; SU 1434385; US 4298840; US 4617518), позволяющий при построении профиля учитывать как проводимость, так и поляризуемость пород морского дна.
В частности, известен (SU 1434385, 1988) комплекс, состоящий из раскладываемой на дне питающей линии, длина которой в 5-10 раз больше заданной глубины исследований, подключенного к ней генератора и датчиков измерений, подключенных к измерительной аппаратуре. После наладки аппаратуры и компенсации сигналов естественного поля и собственной поляризации электродов датчиков в линии возбуждают электрическое поле, пропуская импульсы тока, причем в конце каждого импульса через заданный интервал времени измеряют соответствующие сигналы вызванной поляризации и на основе полученных результатов производят моделирование разреза. Недостатком метода является низкая производительность метода, связанная с относительно небольшой областью измерения, определяемую длиной питающей линии
Наиболее близким по технической сущности к заявляемой группе технических решений являлся исследовательский комплекс (RU 0048645, 2005), состоящий из судна на котором размещен генератор и блок формирования возбуждающего поля (БФП), позволяющие генерировать импульсы в дискретном режиме, измерительная аппаратура и вспомогательные устройства. БФП связан с погруженными в воду вертикальным диполем с питающими электродами, нижний конец которого находится на расстоянии не более 100 м от дна моря. Для регистрации сигналов используют комплект донных станций (ДС) в качестве которых используются типовые электрические или магнитные донные станции с гибкими штангами, служащими для размещения приемных электродов. Станции
располагают по традиционной схеме, таким образом, чтобы не менее трех станций находилась в области возможного месторождения, а часть станций находилась за его пределами. В качестве вспомогательных устройств в ИК входят, в частности, блок системы самовсплытия донных станций, балластное устройство, обеспечивающее рассеивание мощности генератора в промежутках между импульсами и представляющее собой пары разнонаправленных электрических диполей с равными моментами, аппаратура для определения места судна, глубины моря и т.п.
Способ измерения заключается в том, что при выходе судна в точку начала профиля перед постановкой донных станций производится синхронизация часов БФП и донных станций. Донные станции устанавливаются вдоль профиля измерений в заранее заданных точках таким образом, чтобы не менее трех станций находилась в области возможного месторождения, а часть станций находилась за его пределами. После постановки станций судно выходит в точку, расположенную на расстоянии не менее глубины моря от начала профиля, генераторную линию опускают вертикально, чтобы нижний питающий электрод находился на расстоянии не более 100 м от дна, далее запускается БФП, который формирует двуполярные импульсы с паузами, оказывающие поляризующее действие на породы морского дна.. В паузах к судовому генератору подключается неизлучаю- щее балластное устройство , что снижает броски тока нагрузки. БРО осуществляет измерение тока в диполе с заданной программным путем дискретностью, как во время импульса, так и в паузе между импульсами с фиксацией времени начала и конца каждого импульса. Донные станции осуществляют регистрацию сигнала с той же дискретностью, что и в БФП, как во время импульса, так и в паузе между импульсами. На базе полученных данных, характеризующих как проводимость, так и поляризуемость пород морского дна, строится профиль разреза, на базе которого делается заключение о наличии или отсутствии нефтегазовых месторождений.
Недостатком данного решения являлось практическая невозможность его применения в транзитной зоне шельфа при глубинах до 10 м в связи с тем, что на таких глубинах длина питающего электрода недостаточно велика. .
Технической задачей, решаемой авторами, являлось создание ИК и способа измерения для работы в транзитной зоне шельфа, позволяющего получать данные на основании как проводимости пород, так и их поляризационных характеристик.
Технический результат в отношении заявляемого способа состоит в том, что генераторную линию буксируют за судном по поверхности моря, возбуждение поля осуществляют знакопеременными импульсами прямоугольной формы, регистрируют развертку сигналов во времени с помощью многоканальных донных станций, снабженных приемными линиями (косами), имеющих не менее трех электродов, расположенных на расстоянии 50-500 метров друг от друга, регистрируют разности потенциалов и пространственные производные электромагнитного поля, как в момент пропускания тока, так и при его отсутствии, а при анализе сигналов учитывают изменение не только первичных, но и вторичных полей во времени и, определяют не только сопротивление среды, но также ее поляризационные характеристики.
Технический результат в отношении заявляемого устройства состоит в том, что в ИК, состоящем из транспортного средства (судна), на котором расположена аппаратура формирования дискретных двуполярных генераторных импульсов, неизлучающее балластное устройство, аппаратуры для считывания и записи информации с донных станций, регистрации места и времени генерации импульсов тока и инициализации донных станций; буксируемой горизонтальной генераторной линии; многоканальных донных станций, снабженных приемными линиями (косами), имеющими не менее трех электродов, расположенных на расстоянии 50-500 метров друг от друга, позволяющих регистрировать и сигналы становления поля AU я их пространственную производную A2U.
Одновременное рассмотрение AU ж A2U позволяет более полно изучать пространственно-временную структуру поля, повышает достоверность определения всех параметров разреза. При этом появляется возможность одновременного формирования нескольких профилей наблюдения.
Косы располагаются параллельно или перпендикулярно линии возбуждения, по которой буксируется генераторный диполь (фиг.l и 2). Конкретное расположение кос определяется конкретными особенностями участка измерений. Соче-
тание генератора дискретных импульсов, буксируемого горизонтального диполя и кос с регистрирующими электродами обеспечивает получение данных, содержащих информацию не только о сопротивлении глубинных пластов пород, но и об их поляризационных характеристиках, что позволяет получить более качественный прогноз о возможных ресурсах углеводородного сырья в исследуемой зоне.
Краткое описание фигур чертежа
Сущность изобретения иллюстрируется следующими рисунками. На фиг.1 приведена общая схема исследовательского комплекса, в ходе которого судно движется параллельно косам.
На фиг.2 приведена общая схема работы исследовательского комплекса, в ходе которого судно движется перпендикулярно косам.
На фиг.З приведена зависимость между AU между электродами M и N от времени измерения для различных разносов для соосного расположения генерирующего электрода и линии расположения кос.
На фиг.4 приведена зависимость между отношение A2UZAU, где A2U - разность между сигналами, измеряемыми на парах электродов МО и ON , от времени измерения для различных разносов для соосного расположения генерирующего электрода и линии расположения кос.
На фиг.5 приведена зависимость между Δ U между электродами Ми N от времени измерения для различных разносов для ортогонального расположения генерирующего электрода и линии расположения кос.
На фиг.6 приведена зависимость между отношение Δ UIAU, где A U- разность между сигналами, измеряемыми на парах электродов МО и ON , от времени измерения для различных разносов для ортогонального расположения генерирующего электрода и линии расположения кос. На фиг.l используются следующие обозначения.
1 - маломерное судно, на борту которого находится судовой генератор 2, блок формирования возбуждающего поля (БФП) 3 и блок регистрации и обработки данных (БРО) 4;
5- буксируемая генераторная линия (диполь);
6- балластное устройство;
7 - донные станции;
8- приемная линия (коса) с приемными электродами 9.
Па фиг. 3-6 используют сплошные линии для расчета модели с залежью и измененными породами, пунктирной линией показан фон.
Лучший вариант осуществления изобретения
Измерения проводятся на глубинах от 0 до 10 м по системе профилей, которые могут располагаться как вдоль береговой линии, так и перпендикулярно ей.
Исследовательский комплекс работает следующим образом.
Перед началом работ с помощью вспомогательных маломерных судов вдоль профиля наблюдений (ПН) раскладываются приемные линии 8, таким образом, чтобы приемные электроды 9 размещались в определенных, заранее заданных точках профиля. Положение электродов 9 контролируется по данным приемо- индикаторов (ПИ) системы GPS. Коренные концы приемных линий 8 подсоединяются к донным станциям 7, которые перед постановкой на дно инициализируются и синхронизируются с часами БФП 3 по эталонным сигналам (например, сигналу PPS системы GPS). Донными станциями 7 с приемными линиями 8 могут оборудоваться один или одновременно несколько профилей. Часть станций с приемными линиями могут размещаться на нулевых глубинах (берегу).
После завершения расстановки донных станций маломерное судно 1 выходит в начальную точку профиля возбуждения (ПВ), направление которого может совпадать с направлением ПН или быть ортогональным.
Возбуждение осуществляется генераторной линией 5, буксируемой маломерным носителем 1. Перед буксировкой на основе генератора 2 запускается БФП 3, который формирует разнополярные импульсы прямоугольной формы с задаваемой длительностью и скважностью, оказывающие поляризующее действие на породы шельфа. Длительность импульсов и пауз в зависимости от стоящих задач и особенностей используемой аппаратуры составляет от 0.5 до 16 сек. В паузах к судовому генератору 2, как правило, подключается неизлучающее балластное устройство 6, что снижает броски нагрузки судового генератора.
БРО 4 осуществляет измерение тока в диполе 5 с заданной программным путем дискретностью, как во время импульса, так и в паузе между импульсами с
фиксацией времени начала и конца каждого импульса. При этом донные станции 7 регистрируют временные ряды с данными, как о разностях потенциалов между электродами, так и вторые разности, являющиеся аналогом пространственной производной поля. По завершении ПВ осуществляется подъем приемных линий и донных станций на борт судна, информация с донных станций перезаписывается в БРО 4 для дальнейшей обработки и весь цикл работ повторяется.
Полученные результаты обрабатывают, причем при интерпретации используется информация о поле, как во время пропускания тока, так и в паузе между импульсами. Из измеренных донными станциями 7 сигналов посредством моделирования извлекается информация об изменении параметров, как сопротивления, так и параметров вызванной поляризации с глубиной залегания пород.
Для оценки перспективности способа проводилось математическое моделирование. В частности решалась задача при следующих исходных данных : глубина моря 5 м, длина горизонтального электрического диполя (ГЭД) с центром О', буксируемого по поверхности - 500 м, сила тока - 100 А. Измерительная коса, состоит из трех электродов M 400 м О 400 м N, О - центр установки. Модель среды, имитирующая морское месторождение углеводородов, используемая для теоретических расчетов состоит из 5-и слоев. Параметры каждого слоя модели задавались согласно формуле Соlе-Соlе:
1
P> PA* -ПJ)/ ι - *j l + (-гωτjУ. j
где p
ω - удельное электрическое сопротивление на частоте ω, η - поляризуемость, τ- постоянная времени и с - показатель степени, j ~ номер слоя. Параметры слоев приведены в таблице.
Теоретические расчеты проводятся для двух вариантов измерения — в первом случае генераторная линия и профиль с донными станциями сосны, расстояния ОО' = 500, 1000 и 1500 м. Во втором случае ГЭД перемещается вдоль профиля, перпендикулярного линии MON, пересекающего ее на расстоянии 1000 м, расстояния между точкой пересечения и центром О' равны 250, 500, 1000 м.
Рассчитывались следующие величины: сигналы ΔU между электродами Ми N и отношение A2UZAU, где A2U- разность между сигналами, измеряемыми на парах электродов МО и ON. Результаты приведены на фиг. 3 и 4 для соосного расположения ГЭД и измерительной линии и на фиг. 5 и 6 для ортогональной установки. Сплошные линии - модель с залежью и измененными породами, пунктир - фон. Как видно из приведенных данных при изменении дистанции, аномальная зона проявляется в сигналах по-разному. Использование широкой пространственно-временной области дает возможность восстановления разреза, как по сопротивлению, так и по параметрам поляризации.
Промышленная применимость
Приведенные выше результаты показывают возможность получения комплекса характеристик пород при использовании заявляемого ИК и его перспективность для разведки месторождений углеводородов в условиях транзитной зоны с
целью осуществлять более качественный прогноз на их наличие под морским дном в районе поиска
Использование заявляемой технологии, в совокупности с данными других геофизических методов, позволяет повысить надежность определения наличия в разрезе углеводородного сырья и тем самым повысить коэффициент успешности разведочного бурения.