|
УДК 550.834:527(26) |
ПРОБЛЕМЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕСТОПОЛОЖЕНИЯ ПУНКТОВ
ПРИЕМА – ВОЗБУЖДЕНИЯ СЕЙСМИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ ПРИ ПРОВЕДЕНИИ МОРСКОЙ ТРЕХМЕРНОЙ СЕЙСМИЧЕСКОЙ СЪЕМКИMorgan J. G. Positioning challenges in marine 3-D seismic surveys // Ocean Industry, – 1992. – Vol.
27, № 1. – P. 53–56.Современная технология проведения исследований на море требует привлечения эффективных высокоточных и экономичных систем определения местоположения пунктов приема и возбуждения сейсмических сигналов. Среди специалистов в науках о Земле и инженеров-нефтяников трехмерную сейсморазведку принято считать одной из самых важных составных частей процесса поисков и разведки новых месторождений нефти и газа и основным методом, обеспечивающим прирост запасов на месторождениях, которые разрабатывались уже в течение многих лет (Эбриел, 1991). На протяжении последних десяти лет в литературе неоднократно обсуждались вопросы, связанные с определением местоположения пунктов приема – возбуждения при проведении морской трехмерной сейсмической съемки.
Сюда относятся и вопросы получения возможно более точных данных о пространственном положении пунктов возбуждения и приема сейсмических сигналов для буксируемой сейсмокосы. В отдельных случаях такие сейсмокосы достигают 6 км в длину и содержат от 240 до 48
0 групп приема. Определение местоположения каждой из этих приемных групп и пунктов возбуждения сейсмических сигналов представляет собой достаточно сложную задачу, тем более что данные о местоположении пунктов приема – возбуждения должны поступать примерно один раз в каждые 10 с при скорости буксировки сейсмокосы около 2,5 м/с.Для дальнейшего усложнения задачи достаточно добавить, что современные геофизические суда способны буксировать до четырех сейсмических кос одновременно. А при необходимости съемка может проводиться при движении сразу нескольких геофизических судов, каждое из которых тянет за собой несколько сейсмокос. Усложнение технологии приводит к весьма ощутимому повышению производительности работ, а, следовательно, и экономически более выгодно. Поэтому можно утверждать, что усложнение технологии трехмерной сейсмической съемки было обусловлено не только чисто техническими причинами, но также и причинами экономического характера, что было особенно важно после некоторого спада активности работ на море
в середине 80-х гг.Итак, в сложной современной технологии морских сейсморазведочных работ точное определение местоположения пунктов приема и возбуждения сейсмических сигналов является одним из важнейших условий получения высококачественных результатов. Для решения этой задачи необходимо ответить на несколько важных вопросов: с какой точностью можно определять местоположение пунктов приема и возбуждения сейсмических сигналов; сколько и каких датчиков для этого потребуется; как проконтролировать качество получаемой информации; нужно ли специально планировать сложные технологические операции; насколько производительной и экономически эффективной является современная технология работ.
При решении вопроса о точности привязки пунктов приема – возбуждения специалисты по навигационным системам руководствуются в первую очередь параметрами выбранной сети съемки. На сегодняшний день типовая ячейка сети при проведении трехмерной сейсмической съемки на море имеет размеры 12,5x25 м. Геофизики утверждают, что точность определения координат пунктов приема должна составлять не менее 1/4–1/3 от длины и ширины единичной ячейки сети. В соответствии с этим требованием точность определения координат пунктов приема и возбуждения должна составлять 3...4 м при расчете по меньшему из
измерений и около 6 м при оценке по большему из параметров сети. Таким образом, радиус ошибки определения координат в каждом случае не должен превышать 3...6 м (Морган, 1983; Спредли, 1985; Зинн, 1991).Требования к точности определения координат пунктов приема и возбуждения значительно больше зависят от конкретных условий работы на объекте, чем это упрощенно описано выше. Во время работы ежегодного геофизического совещания и выставки Общества геофизиков-разведчиков в ноябре 1991 г. в Хьюстоне вопрос о точности определения координат пунктов приема и возбуждения при проведении трехмерной сейсмической съемки вызвал оживленные дискуссии и споры. При этом одной из основных тем дискуссий было обсуждение вопроса о возможности разумного снижения затрат при обеспечении требуемого качества исходных данных в процессе выполнения работ по новой технологии.
При проведении трехмерной сейсмической съемки на акваториях немаловажное значение имеют число и тип навигационных датчиков, используемых для обеспечения заданной точности определения координат пунктов приема и возбуждения. В настоящее время принято фиксировать положение головной и хвостовой части сейсмокосы относительно объектов на поверхности – самого судна или буксируемых буев. Положение поверхностных объектов в свою
очередь контролируется при помощи наземных радионавигационных систем (к примеру системы Syledis) или спутниковых навигационных систем, таких, как GPS (Global Positioning System), работающих в специальном режиме (Морган, 1985).Положение пунктов возбуждения и хвостовые части сейсмокос фиксируются относительно поверхностных объектов при помощи
акустических измерительных систем (рисунок). В некоторых случаях данные акустических измерительных систем подменяются или дополняются измерениями расстояния от кормы судна до пункта возбуждения и головной части сейсмокосы, выполненными при помощи лазерных дальномеров. Для более точного определения формы сейсмокосы и положения различных приемных групп через каждые 300 м установлены магнитные компасы. Вышеописанную схему (см. рисунок) можно рассматривать как типовой вариант развертывания сейсморегистрирующего канала при проведении морской трехмерной съемки по современной технологии. Очевидно, что чем больше будет использовано геофизических судов, сейсмоисточников и сейсмокос, тем более сложной будет эта схема.Для более точного определения координат пунктов приема и возбуждения рекомендуется проводить перекрестные измерения между параллельными сейсмокосами, по результатам которых при помощи метода наименьших квадратов или с применением Кальман-фильтрации можно рассчитать значения координат пунктов, увязанных в данной сети. Перекрестные измерения выполняются при помощи акустических пар (см.
рисунок). Дальнейшего уточнения положения пунктов приема и возбуждения можно добиться благодаря размещению дополнительного числа магнитных компасов или акустических пар по всей длине параллельных сейсмокос. Однако до какой степени нужно уточнять положение пунктов приема и возбуждения и сколько это может стоить?На совещании Общества геофизиков-разведчиков в 1991 г. Зинн представил результаты моделирования, проводившегося для ответа на первый из этих вопросов, а Хьюстон по данным Зинна предпринял попытку оценить необходимые для этого затраты. Оба автора полагают, что в большинстве случаев погрешность определения координат пунктов приема и возбуждения может составлять 4...8 м без особого ущерба для качества съемки, с одной стороны, и удорожания работ – с другой. Использование дополнительных акустических систем приводит к заметному повышению точности привязки, но одновременно влечет за собой увеличение затрат на специальное оборудование, а следовательно, приводит к удорожанию работ в целом, по некоторым оценкам на 60 % (Майнер, 1991).
Для экономически обоснованных решений при проектировании работ чрезвычайно важно учитывать требования к точности привязки пунктов возбуждения и приема. Пренебрежение этими требованиями может сказаться на низком качестве полученных данных, тогда как излишнее внимание к этому вопросу приводит к несоразмерному удорожанию работ. Таким образом, при проектировании работ по трехмерной сейсморазведке на море на сегодняшний день одной из важнейших задач является выбор оптимальных условий, обеспечивающих требуемое качество материалов при минимуме затрат.
Как было указано Ридъярдом в открытой дискуссии по сбору данных на совещании Общества геофизиков-разведчиков в 1991 г., имеет значение не только число используемых для привязки датчиков, но и возможность сочетания результатов измерений с помощью различных типов датчиков. Так, например, известно, что лазерные дальномеры практически непригодны в условиях плохой видимости (тумана и пр.).
На результаты измерений, полученных с помощью акустических систем, сильное влияние оказывает волнение в верхней толще воды (реверберация, поверхностные волны и др.). Данные, полученные с помощью магнитных компасов, могут быть искажены техногенными магнитными аномалиями, обусловленными присутствием трубопроводов, платформ и др. По мнению Ридъярда, при расчете координат пунктов приема – возбуждения наиболее объективную информацию можно получить при разумном сочетании результатов измерений, полученных с помощью всех перечисленных типов датчиков.
Другой важной проблемой является контроль качества полученных данных о положении пунктов приема – возбуждения. За последние 5...6 лет число необходимых измерений и результатов расчета возросло более чём на порядок. Но даже до того, как резко возросли объемы перерабатываемой информации, перед геофизиками и нефтяниками встал вопрос о необходимости контроля качества привязки и расчета координат пунктов приема – возбуждения непосредственно при проведении съемки с помощью бортового компьютера. Современная технология проведения съемки еще больше обострила эту проблему
, показав, что для ее реализации необходимо на борту геофизического судна иметь мощный компьютер для контроля качества получаемой информации.Геофизики предпринимают попытки разработать такие системы, и уже есть первые успехи на этом поприще, но темпы их работы не устраивают нефтяников, которые подходят к решению этой проблемы как практики и потому просто приобретают такие системы и устанавливают их на борту геофизических судов, что позволяет удовлетворить их потребности в контроле качества данных и расчете
результатов измерений. Для решения этой проблемы за сравнительно короткий срок возникла небольшая вспомогательная служба, позволившая заполнить эту нишу.Новые системы контроля качества представляют возможность проведения независимого анализа полученной информации и робастных статистических расчетов непосредственно на борту геофизического судна. На графических дисплеях, которыми оснащены персональные компьютеры и автоматизированные рабочие станции, данные по расположению пунктов приема и возбуждения и другая получаемая информация анализируются по мере поступления. Некоторые из подобных систем позволяют также моделировать погрешности.
При помощи современной архитектуры базы данных информация, поступающая в процессе проведения съемки, детально анализируется с различных точек зрения, что позволяет непосредственно на борту судна принимать обоснованные управленческие решения, которые раньше принимались чисто интуитивно или в лучшем случае при помощи некоторых расчетов, не учитывающих, однако, всей имеющейся полезной информации.
Внедрение современных технических средств контроля качества получаемой информации да и всей современной технологии съемки требует привлечения высококвалифицированного персонала для проведения работ, способного поддерживать и сопровождать весь указанный технологический цикл. Поиск и подготовка таких квалифицированных кадров для проведения работ на море – одна из важнейших задач и геофизиков, и нефтяников, заинтересованных в получении качественных результатов.
Усложнение технологий морских работ требует обязательного планирования. В дополнение к хорошо знакомым проблемам: необходимости учета погодных факторов, проверки работоспособности аппаратуры, учета графика работы судов и многим другим – при проведении работ по современной технологии возникают новые проблемы, связанные с необходимостью согласованных действий всех участвующих в съемке судов, возрастанием объемов перерабатываемой информации и обеспечением требуемой точности привязки пунктов приема и возбуждения сейсмических сигналов.
Для решения этих проблем большую помощь может оказать превентивное планирование. Все неясные вопросы и возможные осложнения должны быть оговорены между исполнителями и заказчиками
еще до начала выполнения работ – при их планировании. Однако, если большинство из ранее рассматривавшихся проблем нетрудно согласовать, просто руководствуясь соображениями здравого смысла, то для решения задачи определения положения пунктов приема – возбуждения необходимы принципиально новые технические решения. Таким образом, новая технология трехмерной съемки требует нового подхода к решению возникающих проблем.Использование компьютерных систем контроля качества получаемой информации и связанных с ними аппаратных и программных средств и квалифицированного обслуживающего персонала, безусловно, приводит к существенному удорожанию работ. Однако, если работы проводятся по новой технологии с привлечением нескольких геофизических судов, каждое из которых тянет за собой по несколько сейсмокос и сейсмоисточников, то без специальных средств контроля качества получаемой информации никак не обойтись, поскольку в этом случае цена возможной ошибки слишком велика.
И действительно, во что обойдется отсутствие на борту такой системы контроля и квалифицированных специалистов? Как быть, если при этом велико влияние помех, а расчеты, производимые в процессе съемки, ошибочны? Что делать, если брак в работе (недостаточное качество перекрытия) обнаружился лишь после того, как судно ушло из района проведения работ? Или если правильная постановка задачи требует слишком много времени? Или, что еще важнее, если ошибки остались незамеченными на всех стадиях сбора и обработки информации и даже при интерпретации? Одним словом, какова вообще цена ошибки? И сколько надо заплатить, чтобы быть уверенными в успехе?
Автор примерно представляет себе, как ответить на все поставленные вопросы, но считает, что читатели должны сделать это самостоятельно. Со своей стороны автор может отметить только, что современная технология трехмерной морской сейсмической съемки значительно сложнее, чем та, что была каких-нибудь 5...10 лет назад, и к оценке затрат на нее нужно подходить с какими-то новыми мерками.
Трехмерная сейсмическая съемка на сегодняшний день зарекомендовала себя как очень ценный метод поисков и разведки месторождений нефти и газа. Одной из важных составляющих успеха применения этого метода является точное определение координат пунктов приема и возбуждения сейсмических сигналов (Хорват, 1985). Использование нескольких геофизических судов, сейсмоисточников и сейсмокос многократно усиливает значимость процедуры определения положения пунктов приема – возбуждения при проведении современной морской сейсмической съемки. С экономической точки зрения
такое усложнение технологии работ вполне оправдано, и пока других вариантов усовершенствования работ не предвидится.Затраты на определение координат пунктов приема – возбуждения при данной технологии съемки весьма существенны, но все же они составляют лишь малую долю от общих затрат на сбор, обработку и
интерпретацию данных трехмерных сейсмических наблюдений. Однако, поскольку затраты на точное определение координат пунктов приема и возбуждения все же достаточно высоки, в настоящее время пересматривается вопрос о необходимости столь жестких требований к точности привязки.После решения вопроса о требуемой точности определения местоположения пунктов приема – возбуждения можно подобрать необходимые для удовлетворения данных требований навигационные датчики. Причем, как уже было отмечено, современные методы моделирования способствуют принятию экономически обоснованных решений.
Для контроля качества получаемой информации о координатах пунктов приема – возбуждения и сети съемки в настоящее время используются специальные бортовые компьютерные системы, которые требуют привлечения высококвалифицированного персонала. В связи с этим одной из важнейших проблем, встающих перед организаторами работ, является поиск и подготовка соответствующих кадров. Было отмечено также, что новая технология трехмерной съемки требует нового подхода к планированию. Основная роль в этом вопросе отводится улучшению качества превентивного планирования.
Ожидать успешного завершения работ можно только после того, как будут сформулированы ответы на вопросы, касающиеся затрат на проведение работ. Если же затраты на определение координат пунктов приема – возбуждения свести к минимуму, то рассчитывать на получение качественных результатов трехмерной съемки не приходится. Более того, возможен даже полный провал. Однако для каждого района работ характерны свои особенности, требующие индивидуального подхода. И то, что годится для одного из районов, может оказаться неприемлемым для другого.
Настоящее время относится к периоду становления и бурного развития новой технологии и от того, насколько он будет успешным, зависит очень многое. Специалисты по навигационным системам должны в некотором смысле даже опережать время и быть готовыми к встрече с любыми новыми задачами, обеспечивая достаточно точную привязку пунктов возбуждения и приема сейсмических сигналов при минимуме затрат и разумном уровне контроля качества работ.
Референт Е. В. Древаль
СХЕМА РАСПОЛОЖЕНИЯ НАВИГАЦИОННЫХ ДАТЧИКОВ ПРИ ПРОВЕДЕНИИ МОРСКОЙ ТРЕХМЕРНОЙ
СЪЕМКИ ПО НОВОЙ ТЕХНОЛОГИИ.
а – поверхностная навигационная антенна; б – акустические дальномеры и схемы их увязки; в – магнитный компас;1 – геофизическое судно; 2 – сейсмоисточники; 3 – сейсмокосы; 4 – хвостовой буй