Диссертация (Электромагнитные геометрические зондирования с донными косами при поисках углеводородов на мелководье), страница 7

В настоящее время успешные работы выполнены на глубинах до 240 м.Поле возбуждается током переменной полярности (режим: плюс, пауза, минус, пауза).Длительность пропускания и пауз составляет 4 с; длительность всего цикла 16 с. Частота 1/16Гц была выбрана потому, что она снижает эффект «воздушной волны» при работах на малыхглубинах (см.

раздел 2.3)Рисунок 2.2. Фрагмент сигнала, записанного приёмником на глубине 10 м. Под разносом понимаетсярасстояние от приёмника до генераторной линии.Зависимость амплитуды сигнала от расстояния до источника обрабатывается какдистанционное зондирование на частоте 1/16 Гц. При обработке обычно используется 3-5нечётных субгармоник (3/16 Гц, 5/16 Гц, и т.д.).2.1.3 Система приёмаКабельная система представляют собой электронный блок в герметичном корпусе, иподсоединяемую к ней приёмную косу.

Внешний вид кабельных систем приведён на рисунке2.3.32А)Б)Рисунок 2.3. Измерительные блоки на палубе (А) и процесс подключения приёмной косы (Б).Длина приёмной косы составляет 525 м. На ней расположены 5 приёмных электродов,расстояние между которыми равняется 125 м. Электроды образуют 4 приёмных канала. Внастоящее время используется схема коммутации, при которой электроды образуют 2трёхточки длиной 250 м и 500 м, с общим центром, с измерением разности потенциалов U и2U на каждой трёхточке (таблица 2.1).Таблица 2.1Стандартная схема коммутации электродов в кабельной системе.№ каналаЭлектродыТип каналаДлинаприёмнойлинии11,3,52U500 м21,5U500 м32,4U250 м42,3,42U250 мИспользование разностных каналов 2Uсвязано с дифференциальными измерениямистановления поля, и в данной работе не рассматриваются.Внутри корпуса станции расположены измерительный блок с кварцевым генераторомчастоты и ответная часть акустической системы.

Каждый канал станции содержит 24-хразрядный дельта-сигма АЦП c предусилителем. АЦП управляются микроконтроллером,который обеспечивает задание параметров регистрации и запись результатов измерений вэнергонезависимую память. Частота опроса АЦП обычно составляет 1000 Гц.В настоящее время используется усилители адаптивным усилением и невысокимизначениямикоэффициентовусиления,изначальноразработанныедлярегистрации33высодинамичных сигналов становления.

Такие усилители обладают высоким входныхсопротивлением(порядкапервыхМОм).Этопозволяетиспользоватьотносительновысокоомные электроды и подводящие провода. Уровень шумов таких усилителейВ⁄ Гц ). Тем не менее, ниже будет показано, что из-заотносительно высок (порядка 10используемых длинных приёмных кос и высокого уровня МТ шума и волновой помехи намелководье, уровень аппаратного шума существенно ниже уровня внешних шумов. Впоследнее время была разработана и проходят испытания аппаратура с новым поколениемусилителей уровень шума которых находиться на уровне лучших мировых образцов исоставляет 10(первыеВ⁄ Гц.

Тем не менее, низкие входные сопротивления таких усилителейкОм) требуют повышенного внимания к сопротивлению подводящих проводов иэлектродов.Станции снабжены термостатированные кварцевые осцилляторы. Отличие фактическойчастоты от фактической составляет порядка 10(ок. 8 мс/сут). Для устранения этого сдвигакаждая станция синхронизируется с сигналами точного времени перед постановкой и послевсплытия. Накопленная невязка внутренних часов линейно разбрасывается по всему времениизмеренияпутёмкоррекциичастотыопросаприконвертацииданныхвформатобрабатывающей системы.

Таким способом удаётся компенсировать большую часть уходавремени. Питание станций осуществляется от сменных солевых батарей. Некоторые параметрыэлектронного блока приведены в таблице 2.2.Таблица2.2.Параметры электронного блока кабельной системы.1Количество измерительных каналов42Предельная глубина погружения корпусов, м7003Габаритные размеры, ммДиаметр 200, высота2104Разрядность АЦП245Эффективный уровень шумов (в зависимости откоэффициента усиления), мкВ0.151.56Полный динамический диапазон, дБ1407Напряжение питания, В10168Автономность работы (в зависимости от режима), сутки 10159Емкость твердотельного накопителя данных, Гбайт48При работе на мелководье кабельные системы имеют ряд преимуществ по сравнению савтономными донными станциями. Они проще и надёжнее, поскольку не имеют системысамовсплытия и бетонного якоря,внутреннего компаса и угломера, и, при работах в34транзитной зоне, акустической системы.

Они дешевле в производстве, что позволяет быстросоздать парк из нескольких сотен станций, необходимый при выполнении 3D съёмки. За счётувеличения длины приёмной линии кабельные системы позволяют ослабить влияние ветровоговолнения, которое оказывает катастрофическое воздействие на измерения в транзитной зоне.К настоящеему времени тестовые и коммерческие работы с кабельными системами наглубинах от 4 до 300 м в Каспийском и Чёрном морях.2.1.4 Система возбужденияСистема возбуждения состоит из следующих основных элементов: лебедки,генераторной линии AB, балластного устройства, дизель-генератораи аппаратурыгенераторного комплекса. Общая схема системы возбуждения приведена на рисунке 2.4.Рисунок 2.4 Общая схема системы возбуждения.

Даны приблизительные размеры.Внешний вид лебёдки с генераторным кабелем на борту судна-источника приведены нарисунке 2.5. Данные, использованные в данной работе, получены при использованиигенераторной линии длиной от 400 от 500 м.Рисунок 2.5. Судно-источник буксирует генераторную линию (Чёрное море, 2011 г.).35В качестве токовых и балластных электродов используются массивные графитовыетрубы длиной ок.

2 м. Они относительно медленно разрушаются при пропускании большихтоков. Во время буксировки тяжёлые электроды полностью находятся в воде. Врассматриваемых работах применяются разнополярные прямоугольные импульсы тока,разделённые паузами. Такая форма тока используется потому, что параллельно сгеометрическими зондированиями выполняется измерение становления поля в паузах междуимпульсами. Такая форма тока делает необходимым использование балластного устройства, накоторое подаётся нагрузка во время токовой паузы. Балласт представляет собой дваблизкорасположенных встречных диполя, и находиться в воде за кормой судна.В качестве энергетической установки используются судовой генератор.

При выполненииизмерений на маломерных судах часто возникает необходимость использовать внешний дизельгенератор. Аппаратура генераторного комплекса обеспечивает формирование импульсов токазаданной формы, синхронизацию фронтов импульсов с сигналами точного времени системыGPS и запись с частотой 100 Гц значений тока в питающей линии. Сила тока, который можнопропустить через морскую воду в большой степени зависит от солёности воды. Так, во времяработ на Каспийском море, где УЭС воды менялось в пределах 0.40.8 Ом-м, значения силытока изменялось от 300 А до 500 А. Такая сила тока при длине AB равной 400500 м создаётмомент 120-250 кАм. Фрагмент записи тока приведён на рисунке 2.6.

В данном случае биения вначале каждого импульса связаны с особенностями судового генератора.Рисунок 2.6. Фрагмент записи тока (Каспийское море, УЭС воды 0.6 Ом-м).Позиционирование питающей линии осуществляется GPS-приёмниками, закреплённымина буях, которые закреплены на питающей линии вблизи питающих электродов (рисунок 2.7).На рисунке 2.7 приведена запись 5 GPS приёмников, буксируемых в приёмной косе во времяполевых работ в Чёрном море в 2011 г (по два приёмника у каждого питающего электрода плюс36судовой приёмник). Система координат развёрнута таким образом, чтобы ось X совпадала снаправлением профиля.Рисунок 2.7 Сравнение 5 GPS-приёмников, буксируемых на приёмной косе. Ось X – расстояние вдольпрофиля в км.

Ось Y – отклонение от профиля, м. Две кривые красных оттенков – пара GPSприёмников, буксируемых рядом с дальним электродом B. Две кривые в синих тонах – пара GPSприёмников, буксируемых рядом с ближним электродом A. Чёрная кривая – трек судового приёмника,установленного на рубке.Несовпадение треков двух приёмников, находящихся в одной точке соответствуютточности системы GPS (дисперсия 5-8 м).

Отклонение электродов от профиля на 10-15 мвызваны рысканием судна (использовалось неспециализированное судно без подруливающихдвигателей). Отклонения дальних электродов от линии профиля на 40 м и более связаны сизменением течения при движении профилю. Таким образом, использование поверхностногоисточника позволяет простыми средствами обеспечить точность планового позиционированияпитающей линии до 10 м.2.2 Физико-математические основы2.2.1 Основные уравненияПоведение электромагнитного поля в однородной среде описываются уравнениямиМаксвелла, которые могут быть записаны в виде (Светов, 2008):Dt  jt ст ,tBt rotEt   ,tdivDt   p ,rotHt   jt  divBt   0 ,(2.1)(2.2)(2.3)(2.4)37где Ht  и Et  - вектора напряжённости магнитного электрического поля как функции отвремени t , Bt  и Dt  - вектора магнитной и электрической индукции, jt  - ток проводимости,jt ст - сторонний ток, p - плотность зарядов.