Донная станция для морских геофизических исследований



Донная станция для морских геофизических исследований
Донная станция для морских геофизических исследований

 


Владельцы патента RU 2510051:

Тулупов Андрей Владимирович (RU)
Петров Александр Аркадьевич (RU)
Лисицын Евгений Дмитриевич (RU)
Кяспер Владимир Эдуардович (RU)

Изобретение относится к области разведочной геофизики и может быть использовано для прогнозирования залежей углеводородов под морским дном и изучения глубинного строения земной коры. Предлагается донная станция для морских геофизических исследований, содержащая корпус, в котором расположен блок плавучестей, регистратор сигналов, подвижные штанги с неполяризующимися электродами, датчики, включая индукционные, размыкатель, антенну, блок питания и якорь. В качестве датчиков донная станция дополнительно содержит феррозондовый трехкомпонентный датчик. Причем хотя бы два устройства из группы, включающей в себя датчик, регистратор, блок питания и акустическую систему, помещены в отдельные герметичные корпусы, отнесенные от корпуса станции на расстояние 2-5 метров и связанные с корпусом с помощью консолей. Индукционные датчики, находящиеся внутри корпуса станции, расположены таким образом, чтобы центры индукционных катушек находились максимально близко друг к другу. Технический результат - повышение точности разведочных данных. 3 з.п.ф-лы, 2ил.

 

Изобретение относится к области разведочной геофизики, в частности к комплексам оборудования для осуществления геоэлектроразведки методами кажущихся сопротивлений и магнитотеллурики, и предназначено для прогнозирования залежей углеводородов под морским дном и изучения глубинного строения земной коры.

В настоящее время для морских геофизических исследований широко применяются донные станции различной конструкции и назначения.

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

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

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

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

Задачей, решаемой авторами, является создание конструкции станции, позволяющей снизить воздействие помех и осуществлять более надежные геофизические измерения.

В основе предлагаемого решения лежит использование в станции феррозондового трехкомпонентного датчика (ФЗД), обеспечивающего регистрацию трех ортогональных компонент магнитного поля, сильное воздействие которого на другие измерительные каналы не позволяло ранее использовать их в донных станциях, а также создание конструкции, позволяющей минимизировать такое воздействие.

Технический результат достигался созданием конструкции, в которой наряду с использованием ФЗД оборудование, которое может оказывать влияние на измеряемые сигналы, помещено в отдельные герметичные корпусы, отнесенные от корпуса станции на расстояние 2-5 метров. В номенклатуру такого оборудования включаются по крайней мере два элемента из группы, в которую входят датчик, регистратор, блок питания и акустическая система. Однако возможно вынесение из корпуса станции дополнительно и иных элементов

Дополнительное улучшение работы станции достигается расположением магнитных датчиков внутри корпуса станции таким образом, чтобы центры индукционных катушек находились максимально близко друг к другу. Такое расположение в отличие от аналогов, где они помещаются на штангах, обеспечивают измерение трех компонент магнитного поля (а не двух, как в аналоге), что позволяет иметь полный вектор. За счет использования ФЗД измеряются также три компоненты, но в низкочастотном диапазоне (0-1000 Гц).

Вынесенные приборы соединяются с корпусом, как правило, с помощью консолей, выполненных из немагнитного материала, например пластмассы или алюминиево-магниевого сплава.

На фиг.1 показана станция, вид сверху; на фиг.2 показана станция, вид сбоку. При этом используются следующие обозначения:

1. Корпус станции.

2. Блок плавучестей.

3. Консоли блоков 9, 10, 11, 12.

4. Штанги с неполяризующимися электродами.

5. Индукционные датчики.

6. Размыкатели.

7. Акустическая антенна.

8. Якорь.

9. Феррозондовый датчик в герметичном корпусе.

10. Регистратор сигналов в герметичном корпусе.

11. Блок питания в герметичном корпусе.

12. Акустическая система размыкателя с датчиком давления в герметичном корпусе.

13. Датчик углов в герметичном корпусе.

14. Замок временного крепления консолей в квазивертикальном положении.

Корпус станции 1, как правило, изготавливается из несмачиваемого материала, например фторопласта, для исключения подлипания корпуса станции к грунту.

Внутри корпуса 1 располагаются блок плавучести 2, выполненный из синтактика или стеклосфер, ортогональная система штанг с электродами 4, обеспечивающая измерение трех компонент электрического поля, ортогональная система 5 индукционных датчиков, обеспечивающая измерение трех компонент магнитного поля в диапазоне частот 0.001-500 Гц, электрохимические размыкатели 6, акустическая антенна 7 и датчик углов 13.

Элементы, которые могут оказывать влияние на измеряемые сигналы, - феррозондовый датчик 9, обеспечивающий регистрацию трех кортогональных компонент магнитного поля в диапазоне 0-0,003 Гц, регистратор 10, блок питания 11 и акустическая система 12, размещены в герметичных корпусах и отнесены от корпуса станции на расстояние 2-5 метров с помощью консолей 3, выполненных из немагнитного материала, например полиэтилена, или алюминиево-магниевого сплава.

Блок питания 11 (аккумулятор или батарейка), как правило, помещается в гермокорпусе на отдельной консоли. Такой вариант предпочтительнее для долговременных постановок, поскольку позволяет целиком заменять модуль при использовании любого типа источника и не требует дополнительных затрат судового времени. Вместе с тем возможен вариант, когда источники питания размещены в модуле регистратора 10 и/или модуле размыкателя 6, а феррозондовый датчик 9 питается от одного из источников, например от регистратора. Такая схема особенно привлекательна при работе с активным источником, где феррозондовый датчик не требуется и можно ограничиться двумя консолями. Но в этом случае предпочтительно использовать в блоке питания 11 аккумуляторы, поскольку их можно заряжать без вскрытия корпуса через разъем.

Индукционные датчики 5, ФЗД 9, электроды на штангах 4, как правило, подключаются к регистратору 10; антенна 7, датчик углов 13, размыкатель 6 - к модулю размыкателя. Для простоты подключения и уменьшения числа разъемов на гермокорпусах модулей подключение может осуществляться через дополнительно устанавливаемый коммутационный блок, на который заводится и питание при работе по первому варианту.

Консоли 3 могут быть закреплены в горизонтальном положении или свободно вращаться вокруг горизонтальной оси для упрощения спуско-подъемных операций.

Количество консолей 3 в зависимости от особенностей используемого оборудования составляет, как правило, от 2 до 6. Так, при работах с искусственными полями в более высокочастотном диапазоне, где не требуется феррозондовый датчик, применяют 2 или 3 консоли. При этом источники питания могут располагаться непосредственно в гермокорпусах регистратора 10 и акустики 12. Датчик углов 13 может быть подсоединен к акустической системе 12 для передачи по акустическому каналу на борт судна информации об ориентации станции на дне.

Герметичные корпусы модулей 9-13 и индукционных датчиков 5, как правило, снабжены вакуум-портами (не показано) для исключения образования влаги внутри корпусов и исключения затечек.

В зависимости от количества консолей и особенностей применяемого спуско-подъемного устройства форма корпуса 1 станции может иметь в горизонтальном сечении форму круга или многоугольника.

Станция работает следующим образом. Консоли 3 перед спуском с помощью замка временного крепления 14, как правило, фиксируются в квазивертикальном положении с углом наклона 10-15 градусов. После опускания станции за борт замки 14 срабатывают автоматически под весом станции после ее отделения от спуско-подъемного устройства. Консоли 3 сохраняют квазивертикальное положение в процессе спуска за счет потока воды, а при достижении станцией дна переводятся в горизонтальное положение под воздействием веса модулей 9-12 и начального угла наклона консолей. По команде с судна станция начинает проводить измерения, а затем после получения соответствующего сигнала происходит срабатывание размыкателей 6 и отделение якоря 8. Консоли 3 при всплытии располагаются в квазивертикальном положении вниз, что обеспечивает минимум в три раза большую скорость всплытия станции по сравнению с конструкцией, в которой консоли закреплены горизонтально.

Заявляемая конструкция прошла успешные полевые испытания, показавшие возможность получения с ее помощью более точных данных о строении морского дна. По сравнению с другими станциями заявляемая конструкция более компактна и удобна в работе.

1. Донная станция для морских геофизических исследований, содержащая корпус, в котором расположен блок плавучестей, регистратор сигналов, подвижные штанги с неполяризующимися электродами, датчики, включая индукционные, размыкатель, антенну, блок питания и якорь, отличающаяся тем, что в качестве датчиков она дополнительно содержит феррозондовый трехкомпонентный датчик, причем хотя бы два устройства из группы, включающей в себя датчик, регистратор, блок питания и акустическую систему, помещены в отдельные герметичные корпусы, отнесенные от корпуса станции на расстояние 2-5 метров и связанные с корпусом с помощью консолей, причем индукционные датчики, находящиеся внутри корпуса станции, расположены таким образом, чтобы центры индукционных катушек находились максимально близко друг к другу.

2. Донная станция для морских геофизических исследований по п.1, отличающаяся тем, что она имеет от 2 до 6 консолей.

3. Донная станция для морских геофизических исследований по п.4, отличающаяся тем, что консоли закреплены в горизонтальном положении.

4. Донная станция для морских геофизических исследований по п.4, отличающаяся тем, что консоли свободно вращаются вокруг горизонтальной оси



 

Похожие патенты:

Устройство относится к электроизмерениям и может быть использовано для исследования турбулентности в потоке слабо электропроводящей жидкости, например морской или пресной воды.

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано при мониторинге катастрофических явлений, например землетрясений. .

Изобретение относится к способу и устройству для интегрирования измерений удельного сопротивления в электромагнитный ("ЭМ") телеметрический инструмент. .

Изобретение относится к электроразведке методом электросопротивления. .

Изобретение относится к геоэлектроразведке и предназначено для регистрации внутренних изменений структуры массива горных пород, в частности образования закрытых полостей, трещиноватых зон, зон тектонического дробления.

Изобретение относится к геофизике и может быть использовано для инженерно-геологического обеспечения при проектировании и строительстве гражданских и промышленных объектов в криолитозоне.

Изобретение относится к измерениям свойств геологических объектов. .

Изобретение относится к электроразведке методом электросопротивления. .

Изобретение относится к области разведочной геофизики. .

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано при исследовании залежей минерального сырья в геологической среде. Изобретение относится к сенсорному устройству и способу геоэлектрического исследования местоположения, стратиграфической разбивки и простирания залежей минерального сырья и смежных горных пород, оконтуривающих данные залежи. Заявленное сенсорное устройство имеет сенсорную головку (51), торцевая поверхность которой образует сенсорную измерительную поверхность (53), и по меньшей мере один электрод. Согласно изобретению сенсорная головка (51) может устанавливать контакт с поверхностью геологической среды, и центральный электрод (54) и множество наружных электродов (55), расставленные геометрически единообразно вокруг центрального электрода (54), располагаются на сенсорной измерительной поверхности (53). Причем центральный электрод (54) и наружные электроды (55) являются электропроводными и электрически изолированными друг от друга. Технический результат - повышение точности данных исследования залежи непосредственно в процессе ее разработки. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к многоканальным геофизическим исследованиям и предназначено для решения инженерно-геологических, шахтных, геотехнических, экологических задач, поиска полезных ископаемых и подземных вод. Способ геоэлектроразведки зондирования геологической среды основан на использовании многоканальной установки в виде косы, предназначенной для выполнения групповых зондирований. Установка представляет собой систему парных электродов, расположенных с постоянным шагом вдоль профиля наблюдений, выполняющих в процессе зондирования последовательно функцию как приемных, так и питающих линий. Данная установка в отличие от аналогов обеспечивает независимость задания длины приемной линии MN от шага между пикетами и разносами установки, снижение при необходимости переходного сопротивления питающей линии посредством подачи тока в землю спаренными электродами, повышение плотности наблюдений за счет получаемого дополнительного зондирования. Съемка с помощью данной установки обеспечивает постоянную максимальную глубину зондирования на каждом из пикетов группового зондирования путем применения методики встречных трехэлектродных установок. Технический результат заключается в возможности исследования массива горных пород в условиях ограниченного пространства с повышением производительности работ и информативности результатов измерений, осуществление опережающей разведки впередизабойного пространства, выполнение мониторинговых наблюдений, обеспечивающих контроль изменения свойств среды в пределах исследуемого участка. 2 ил.

Изобретение относится к области полевой электроразведки и служит для оценки размеров камеры в соляном куполе, образующейся при строительстве подземных хранилищ газа (ПХГ). Технический результат: возможность определения размеров соляной камеры в соляном куполе с использованием метода заряда. Сущность: способ включает себя использование двух питающих электродов. Первый электрод погружают в рабочую скважину. Второй электрод размещают на поверхности земли в «бесконечности». С помощью двух измерительных электродов, размещаемых на поверхности земли в окрестности первого питающего электрода, измеряют разность потенциалов в окрестности первого питающего электрода, опускают первый питающий электрод на подошву соляной камеры и после пуска тока проводят измерение потенциалов с помощью передвигаемого измерительного электрода не менее чем по четырем прямолинейным профилям, равномерно распределенным по азимуту, с длиной каждого профиля 50 м, с шагом по профилю не более 2 м. Фиксируют резкое увеличение измеренного потенциала при переходе границы неоднородных сред, составляющих стенки соляной камеры. Длину проекции камеры на дневную поверхность по соответствующему профилю определяют по точкам отрыва потенциала (резкие увеличения), измеренного по этому профилю и характеризующего границу перехода неоднородных сред в соляном куполе. 6 ил.

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано при поиске морских нефтегазовых месторождений. Сущность изобретения состоит в том, что для поисков морских нефтегазовых залежей используется эффект возникновения над ними аномалий концентрации тяжелых металлов, микроэлементы которых поступают из области залежи на поверхность морского дна. Химический анализ проб морской воды, отобранных в зоне аномалий, подтверждает значительное превышение значений содержания этих элементов над фоновыми в 3-80 раз. Приведенные теоретические и экспериментальные данные позволяют сделать вывод о возможности непрерывного изучения концентраций тяжелых металлов в морской воде с помощью ионоселективных электродов, избирательно реагирующих на отдельные металлы. При этом аномалии серебра и ртути являются мешающими факторами и должны быть введены соответствующие поправки. Технический результат - повышение точности получаемых данных.
Наверх