Система на основе сейсмокосы для проведения подводной разведки с использованием электромагнитного поля

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ЕВРАЗИЙСКОМУ ПАТЕНТУ Дата публикации и выдачи патента СИСТЕМА НА ОСНОВЕ СЕЙСМОКОСЫ ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ПОДВОДНОЙ РАЗВЕДКИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ Сейсмокоса для проведения морской электромагнитной съемки включает опорный электрод,проходящий, по существу, по всей длине сейсмокосы. Ряд пространственно разнесенных измерительных электродов размещен вдоль сейсмокосы, при этом каждый из них электрически изолирован от опорного электрода. Цепь измерения напряжения представляет собой цепь,функционально включенную между каждым измерительным электродом и опорным электродом. Давидссон Пер Андерс (SE) Хмара М.В. (RU)(71)(73) Заявитель и патентовладелец: ПГС ГЕОФИЗИКАЛ АС (NO) 016068 Область техники, к которой относится изобретение Настоящее изобретение в целом относится к области применения аппаратуры для электромагнитной съемки для проведения подводной разведки. Конкретнее, изобретение относится к применению конструкций приемных электродов и групп на их основе для обнаружения электрических полей, возникающих из электромагнитных полей, направляемых в землю. Предшествующий уровень техники Электромагнитная съемка, помимо прочего, применяется для выявления наличия углеводородсодержащих структур геологической среды. Электромагнитная съемка включает методики съемки с так называемым "управляемым источником". В методиках съемки с управляемым источником электрический ток или магнитное поле направляются в землю при наземной съемке или в отложения под подошвой водного слоя (дна моря) при морской съемке. Такие методики включают измерение напряжений и/или магнитных полей, наведенных в электродах, антеннах или магнетометрах, расположенных на поверхности земли, на морском дне или на выбранной глубине в воде. Эти напряжения и/или магнитные поля наводятся в результате взаимодействия электромагнитного поля, вызванного электрическим током и/или магнитным полем, направленным в геологическую среду (через подошву водного слоя при морской съемке), с формациями геологической среды. Один из типов морской электромагнитной съемки с управляемым источником, известных в данной области техники, включает направление переменного электрического тока в отложения под подошвой водного слоя посредством подачи тока от источника, обычно расположенного на геологоразведочном судне, на двухполюсный электрод, буксируемый геологоразведочным судном. Двухполюсный электрод,как правило, представляет собой изолированный электрический кабель с двумя пространственно разнесенными на выбранное расстояние электродами, причем расстояние иногда составляет от 300 до 1000 м и более. Для этого переменного тока выбираются одна или несколько частот, как правило, в диапазоне примерно от 0,1 до 100 Гц. У подошвы водного слоя размещается ряд пространственно разнесенных приемных электродов, эти приемные электроды подсоединены к приборам, регистрирующим напряжения,наведенные в различных частях этих электродов. Такая съемка известна как электромагнитная съемка в частотной области с управляемым источником. Методики электромагнитной съемки в частотной области описаны, например, в патенте США 7026819, выданном Eidesmo и др. Другая методика электромагнитной съемки формаций геологической среды известна как электромагнитная съемка методом переходных процессов с управляемым источником. При электромагнитной съемке методом переходных процессов с управляемым источником электрический ток может быть направлен в геологическую среду посредством использования электродов на кабеле, аналогичных описанным выше электродам, применяемым при съемке в частотной области. Электрический ток может быть постоянным током (DC). В выбранный момент или моменты времени электрический ток отключается и измеряются наведенные напряжения, как правило, в зависимости от времени в выбранном временном интервале, с использованием электродов, расположенных у подошвы водного слоя, как объяснено выше в связи со съемкой в частотной области. Предположения о структуре и составе геологической среды выводятся из временного распределения наведенных напряжений. Методики электромагнитной съемки методом переходных процессов описаны, например, в публикации заявки на патент США 2006/0186887,поданной Strack и др. Независимо от используемой методики предположения о наличии углеводородсодержащих структур геологической среды могут быть выведены из скачка удельного сопротивления между углеводородсодержащими структурами, которые могут иметь электрические сопротивления в диапазоне от нескольких Ом-метров до нескольких сотен Ом-метров, и прилегающими формациями геологической среды, не содержащими углеводородов, сопротивления которых могут находиться в диапазоне от 0,2 до нескольких Ом-метров. Потребность в усовершенствованных методиках и аппаратуре для картирования геологической среды с использованием электромагнитных измерений по-прежнему сохраняется. Сущность изобретения Одним из аспектов настоящего изобретения является сейсмокоса для проведения морских сейсморазведочных работ с использованием электромагнитного поля. Согласно этому аспекту изобретения сейсмокоса включает опорный электрод, проходящий, по существу, по всей длине сейсмокосы. Ряд пространственно разнесенных измерительных электродов размещается вдоль сейсмокосы, при этом каждый из них электрически изолирован от опорного электрода. Цепь измерения напряжения функционально включена между каждым измерительным электродом и опорным электродом. Согласно другому аспекту изобретения система морской электромагнитной съемки включает сейсмоприемную косу, размещаемую в водоеме. Сейсмоприемная коса включает опорный электрод, проходящий, по существу, по всей длине косы, ряд пространственно разнесенных измерительных электродов,размещенных вдоль косы и электрически изолированных от опорного электрода, и цепь измерения напряжения, функционально подключенную между каждым измерительным электродом и опорным электродом. Записывающее устройство функционально подключено к одному из концов сейсмоприемной косы. Кабель возбуждения размещается в водоеме. Этот кабель возбуждения включает по меньшей мере-1 016068 одну антенну, подключенную к источнику электрического тока. Прочие особенности и преимущества настоящего изобретения будут ясны из нижеследующего описания и прилагаемой формулы изобретения. Краткий перечень фигур чертежей На фиг. 1 показан один из примеров системы электромагнитной съемки на основе сейсмокосы согласно настоящему изобретению. На фиг. 2 более подробно представлен пример сенсорного модуля в системе на основе сейсмокосы по фиг. 1. На фиг. 3 более подробно представлен пример цепи измерения и передачи данных сенсорного модуля, показанного на фиг. 2. На фиг. 4 показан один из примеров системы подзарядки аккумуляторных батарей для кабеля по фиг. 1. Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения На фиг. 1 показан пример системы морской электромагнитной съемки в целом. Система электромагнитной съемки включает сейсмоприемную косу 10, вдоль которой на пространственно разнесенных позициях размещается ряд сенсорных модулей 12. Функции сенсорных модулей 12 более подробно объясняются с помощью фиг. 2 и 3. Сейсмоприемная коса 10 показана буксируемой геологоразведочным судном 18, движущимся по поверхности водоема 22, например озера или океана. Буксирование сейсмоприемной косы 10 представляет собой лишь один из возможных способов осуществления сейсмоприемной косы. Объем настоящего изобретения также включает размещение сейсмоприемной косы 10 на подошве 23 водного слоя. Судно 18 может везти оборудование (обозначенное в целом позицией 20 и для удобства называемое"записывающей системой"), которое может включать навигационные приборы (не показанные отдельно),возбуждающие электроды или антенны для генерации электромагнитного поля, направляемого в формации, находящиеся под подошвой 23 водного слоя, и для регистрации и обработки сигналов, генерируемых различными сенсорными модулями, расположенными на сейсмоприемной косе 10. Система электромагнитной съемки, показанная на фиг. 1, включает электроды 16, расположенные на пространственно разнесенных позициях вдоль электрического изолированного кабеля возбуждения 14, который может буксировать геологоразведочное судно 18 или другое судно (не показано). В качестве альтернативного варианта кабель возбуждения 14 может размещаться на подошве 23 водного слоя. Электроды 16 могут возбуждаться в выбранные моменты времени источником электрического тока (не показан отдельно) в записывающей системе 20 или в другой аппаратуре (не показана), чтобы вызвать электромагнитное поле в формациях, находящихся под подошвой 23 водного слоя. В схеме, показанной на фиг. 1, пропускание электрического тока через электроды 16 вызывает образование поля горизонтального электрического диполя в геологической среде. Наведение полей вертикального электрического диполя в геологической среде, так же как и наведение магнитных полей вертикального и (или) горизонтального диполя полностью входит в объем настоящего изобретения. Наведение магнитных полей, как правило,производится пропусканием электрического тока через рамочную антенну или соленоид. Соответственно, направление и тип наведенного поля не ограничивают объем изобретения. Кроме того, изобретение применимо для использования как при съемке в частотной области (с непрерывно излучаемым сигналом), так и при измерениях методом наведенных электромагнитных полей переходных процессов. Все вышеописанные методы наведения электромагнитного поля в геологической среде изложены, например,в публикации заявки на патент США 2006/0186887, поданной Strack и др. Один из примеров сейсмоприемной косы 10 и одного из сенсорных модулей 12 более подробно представлен на фиг. 2. Сейсмоприемная коса 10 может быть выполнена из проволок для армирования 10 А из электропроводящего материала со спиральной намоткой, которые могут быть изготовлены из нержавеющей стали или другого высокопрочного коррозионно-устойчивого электропроводящего материала. В одном из примеров, который более подробно объясняется ниже, коса 10 может включать один или несколько изолированных электрических проводников и один или несколько волоконных световодов, проходящих внутри проволоки для армирования 10 А. Применение косы с внешним армированием,показанной на фиг. 2, может обеспечивать преимущества высокой прочности при осевом растяжении и высокого сопротивления истиранию. В настоящем примере сейсмоприемная коса 10 может быть разделена на сегменты, каждый из которых заканчивается комбинированным механико-оптико-электрическим соединителем 25 ("кабельный соединитель"), соединенным с продольными концами каждого сегмента косы. Кабельный соединитель 25 может относиться к любому известному в данной области техники типу, позволяющему обеспечить электрическое и оптическое соединение и передать осевую нагрузку на ответный соединитель 27. В настоящем примере такой ответный соединитель 27 может быть смонтирован на каждом продольном конце одного из сенсорных модулей 12. Соединители 25, 27 выдерживают ввод жидкости под давлением, когда соединители 25, 27 подключены друг к другу. Корпус 24 сенсорного модуля предпочтительно выполнен стойким к давлению и образует герме-2 016068 тичную камеру 26. Корпус 24 может быть изготовлен из электрически непроводящего высокопрочного материала, такого как пластик, армированный стекловолокном, и должен иметь толщину стенок, выбранную таким образом, чтобы противостоять разрушению при максимальном ожидаемом гидростатическом давлении, которое может воздействовать на корпус 24. Ответные соединители 27 могут быть расположены на концах корпуса 24, как показано на фиг. 2, чтобы осевая нагрузка вдоль косы 10 передавалась через корпус 24 сопряженными кабельными соединителями 25 и ответными соединителями 27. Таким образом, сейсмоприемная коса 10 может быть собрана из ряда сегментов с соединителями на концах,каждый из которых соединен с соответствующим ответным соединителем на корпусе 24 сенсорного модуля. В качестве альтернативного варианта коса 10 может включать проволоки для армирования 10 А,непрерывным образом протянутые на большое расстояние от одного конца до другого, при этом сенсорные модули 12 могут крепиться к наружной стороне проволок для армирования 10 А. Измерительный электрод 28 может располагаться на внешней поверхности корпуса 24 и может быть выполнен, например, из свинца, золота, графита или другого коррозионно-устойчивого электропроводящего материала с низким электродным потенциалом. Электрическое соединение между измерительным электродом 26 и измерительными цепями 34 (которые более подробно объясняются в связи с фиг. 3), расположенное внутри камеры 26 в корпусе 24, может быть выполнено с помощью герметизированной проходной перегородки 30, расположенной в стенке корпуса 24 и обращенной одной стороной к внутреннему объему камеры 26. Одна из герметизированных проходных перегородок такого типа продается под маркой BMS компанией Kemlon Products, 1424 N. Main Street, Pearland, Texas 77581. Питание на измерительные цепи 34 может подаваться от аккумуляторной батареи 36, расположенной внутри камеры 26 в корпусе 24. Батарейное электропитание может быть предпочтительным по сравнению с подачей питания от записывающей системы (20 на фиг. 1) через изолированные электрические проводники в сейсмоприемной косе 10 с точки зрения снижения возможности возникновения электромагнитных полей вследствие протекания тока по сейсмоприемной косе 10 из-за создания помех для электромагнитной съемки в различных сенсорных модулях 12. Сейсмоприемная коса 10 может включать один или несколько волоконных световодов 38 для передачи сигналов управления, например, от записывающего блока (20 на фиг. 1) к цепям 34 в различных сенсорных модулях 12 и для передачи телеизмерительных сигналов от модулей 12 на записывающий блок (20 на фиг. 1) или на отдельное запоминающее устройство (не показано). Изолированный электрический проводник 32, образующий часть сейсмоприемной косы (10 на фиг. 2), может проходить через камеру 26 в корпусе 24 так, чтобы неразрывность электрической цепи в таком проводнике 32 поддерживалась практически по всей длине косы 10. Оптические телеизмерения могут быть предпочтительнее электрических телеизмерений по той же причине, что и применение аккумуляторных батарей для питания цепей 34, а именно из-за уменьшения эффекта воздействия электромагнитных полей, вызванных протеканием электрического тока по косе 10. В приведенном примере изолированный электрический проводник 32 служит в качестве общего опорного потенциала между всеми сенсорными модулями 12. Один из примеров цепей 34 более подробно представлен на фиг. 3. Цепи 34 могут включать резистор R, подключенный с помощью электрического соединения между измерительным электродом (28 на фиг. 2) и изолированным проводником 32, который, как объясняется выше, служит в качестве общего опорного потенциала. Резистор R также подключен параллельно входным клеммам предварительного усилителя 40. Таким образом, падение напряжения на резисторе R, вызванное разностью потенциалов между фиксированным опорным потенциалом (проводник 32) и измерительным электродом (28 на фиг. 2), будет являться входным для предварительного усилителя 40. Такое падение напряжения будет связано с величиной градиента электрического поля, существующего в месте нахождения электрода в любой момент времени. Выходной сигнал предварительного усилителя 40 может проходить через фильтр 42, который может состоять из сглаживающего фильтра нижних частот или фильтра для ослабления нежелательных шумов, перед преобразованием в цифровую форму в аналого-цифровом преобразователе (АЦП) 44. В качестве альтернативного варианта выходной сигнал предварительного усилителя 40 может непосредственно преобразовываться в цифровую форму, а выходной сигнал АЦП может подвергаться цифровой фильтрации. Выходной сигнал АЦП 44 независимо от того, прошел ли он цифровую фильтрацию, может поступать на электронно-оптический преобразователь (ЭОП) 46. Выходной сигнал ЭОП 46 может подаваться на один или несколько волоконных световодов (38 на фиг. 2) в косе (10 на фиг. 2) так, что оптические сигналы, соответствующие напряжению, измеренному каждым из измерительных электродов (28 на фиг. 2) относительно опорного проводника (32 на фиг. 2), могут передаваться в записывающую систему(20 на фиг. 1) или на запоминающее устройство. Тип телеизмерений на основе оптических или других сигналов, применяемый в любом варианте осуществления, выбирается по усмотрению разработчика системы и не ограничивает объем данного изобретения. В некоторых примерах аккумуляторные батареи 36 могут быть перезаряжаемыми, чтобы продлить полезное время работы косы (10 на фиг. 1). Как показано на фиг. 4, в таких примерах каждый из сенсорных модулей 12 может включать источник стабилизированного питания 50, функционально связанный с аккумуляторной батареей 36. Источник стабилизированного питания 50 может принимать, например,-3 016068 сигнал источника переменного тока, поступающий по паре изолированных электрических проводников 52, размещенных внутри проволоки для армирования 10 А, образующей броню в сейсмоприемной косе, и преобразовывать его в постоянный ток, пригодный для зарядки аккумуляторной батареи 36 в каждом модуле 12. В примере, показанном на фиг. 4, электрические проводники 52 от каждого сегмента косы присоединяются к проводникам в следующем сегменте косы с помощью реле К в каждом сенсорном модуле 12. Электропитание, подаваемое от записывающего блока (20 на фиг. 1), может возбуждать реле К в сенсорном модуле 12, ближайшем к судну по длине косы. В случае возбуждения такое реле К образует соединение с электрическими проводниками 52, подключенными к следующему сенсорному модулю. Таким образом, электропитание будет подаваться на все источники стабилизированного питания 50 для зарядки аккумуляторных батарей 36. Вместе с тем, когда электропитание в проводниках 52 отключается от записывающего блока (20 на фиг. 1), электрические проводники между последующими сенсорными модулями 12 становятся электрически развязанными друг от друга. Благодаря этому сейсмоприемная коса 10 не содержит больших электропроводящих контуров, в которых могут наводиться паразитные напряжения за счет воздействия наведенных или других электромагнитных полей в геологической среде. Такие паразитные напряжения сами наводили бы электромагнитные поля, способные влиять на измерения, выполняемые с помощью электродов (28 на фиг. 2) в различных сенсорных модулях. Использование бронированного электрического кабеля (косы) с электрическими проводниками, находящимися внутри брони, дополнительно снизит возможность возникновения такой паразитной электромагнитной индукции, поскольку проводники будут экранированы от воздействия электромагнитных полей проволоками для армирования 10 А. При использовании системных компонентов, показанных на фиг. 4, электропитание может подаваться на проводники 52 в моменты времени, когда не происходит приема сигналов, чтобы аккумуляторные батареи 36 могли перезаряжаться для обеспечения последующего приема сигналов. Возможное преимущество сейсмоприемной косы, выполненной описанным выше образом, заключается в том, что вдоль заданной длины косы можно произвести большее количество измерений амплитуды электрического поля, чем при использовании сейсмоприемных кос, известных в данной области техники до настоящего изобретения. Как правило, такие известные косы включали разнесенную в продольном направлении пару электродов для каждого измерения электрического поля. Такая конфигурация неизбежно увеличивает продольное расстояние между позициями для измерения поля вдоль косы. Другим возможным преимуществом косы, выполненной в соответствии с данным изобретением, является то,что все измерительные электроды привязаны к одному электроду, создающему опорный потенциал. Изменения опорного потенциала могут быть практически исключены. Хотя настоящее изобретение описано с использованием ограниченного числа вариантов осуществления, специалисты, используя преимущества раскрытого здесь изобретения, смогут вывести из настоящего описания другие варианты осуществления, не отступающие от объема раскрытого изобретения. Соответственно объем настоящего изобретения ограничивается только прилагаемой формулой. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Сейсмокоса для проведения морской электромагнитной съемки, включающая следующие компоненты: опорный электрод, проходящий, по существу, по всей длине сейсмокосы; ряд пространственно разнесенных измерительных электродов, размещенных вдоль сейсмокосы и электрически изолированных от опорного электрода; цепь измерения напряжения, функционально включенную между каждым измерительным электродом и опорным электродом; аккумуляторную батарею, связанную с каждой цепью измерения для подачи на нее электропитания,и реле, функционально связанное с каждой аккумуляторной батареей,при этом сейсмокоса включает по меньшей мере один изолированный электрический проводник, а каждое реле выполнено с возможностью замыкания по меньшей мере одного электрического проводника при подаче на него напряжения возбуждения от источника электропитания с одной стороны сейсмокосы и размыкания по меньшей мере одного электрического проводника при обесточивании. 2. Сейсмокоса по п.1, отличающаяся тем, что каждый измерительный электрод связан с корпусом,выполненным из электрически непроводящего материала и образующим герметичную камеру. 3. Сейсмокоса по п.1 или 2, отличающаяся тем, что каждая цепь измерения напряжения включает резистор, который электрически подключен между измерительным электродом и опорным электродом, и предварительный усилитель, к входу которого электрически подключен резистор. 4. Сейсмокоса по п.3, отличающаяся тем, что выход предварительного усилителя функционально связан с электронно-оптическим преобразователем, выход которого подключен к волоконному световоду, связанному с сейсмокосой. 5. Сейсмокоса по п.4, отличающаяся тем, что включает по меньшей мере один волоконный световод для обмена сигналами с каждым электронно-оптическим преобразователем.-4 016068 6. Сейсмокоса по п.1, отличающаяся тем, что включает источник стабилизированного напряжения,функционально связанный с каждой аккумуляторной батареей и с каждым реле. 7. Сейсмокоса по любому из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что опорный электрод включает проволоку для армирования. 8. Система морской электромагнитной съемки, включающая следующие компоненты: сейсмоприемную косу, размещаемую в водоеме, при этом сейсмоприемная коса включает опорный электрод, проходящий, по существу, по всей длине сейсмоприемной косы, ряд пространственно разнесенных измерительных электродов, размещенных вдоль сейсмоприемной косы и электрически изолированных от опорного электрода, и цепь измерения напряжения, функционально включенную между каждым измерительным электродом и опорным электродом; записывающее устройство, функционально подключенное к одному из концов сейсмоприемной косы; кабель возбуждения, размещаемый в водоеме, при этом кабель возбуждения включает по меньшей мере одну антенну, подключенную к источнику электрического тока; аккумуляторную батарею, связанную с каждой цепью измерения для подачи на нее электропитания,и реле, функционально связанное с каждой аккумуляторной батареей,при этом сейсмоприемная коса включает по меньшей мере один изолированный электрический проводник, а каждое реле выполнено с возможностью замыкания по меньшей мере одного электрического проводника при подаче напряжения возбуждения от источника электропитания с одной стороны сейсмоприемной косы и размыкания по меньшей мере одного электрического проводника при обесточивании. 9. Система по п.8, отличающаяся тем, что по меньшей мере одна антенна включает горизонтальный электрический диполь. 10. Система по п.8 или 9, отличающаяся тем, что каждый измерительный электрод связан с корпусом, выполненным из электрически непроводящего материала и образующим герметичную камеру. 11. Система по любому из пп.8-10, отличающаяся тем, что каждая цепь измерения напряжения включает резистор, электрически подключенный между измерительным электродом и опорным электродом, и предварительный усилитель, к входу которого электрически подключен резистор. 12. Система по п.11, отличающаяся тем, что выход предварительного усилителя функционально связан с электронно-оптическим преобразователем, выход которого подключен к волоконному световоду, связанному с сейсмоприемной косой. 13. Система по любому из пп.8-12, отличающаяся тем, что сейсмоприемная коса включает по меньшей мере один волоконный световод для обмена сигналами с каждым электронно-оптическим преобразователем. 14. Система по п.8, отличающаяся тем, что включает источник стабилизированного напряжения,функционально связанный с каждой аккумуляторной батареей и с каждым реле. 15. Система по любому из пп.8-14, отличающаяся тем, что опорный электрод включает проволоку для армирования.