CC BY
23
УДК 519.87
doi:10.15217/issnl684-8853.2017.2.77
ИНСТРУМЕНТАРИЙ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ВЕДЕНИЯ СЕЙСМОРАЗВЕДКИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ АВТОНОМНЫХ НЕОБИТАЕМЫХ ПОДВОДНЫХ АППАРАТОВ
Л. А. Мартыноваа, доктор техн. наук, старший научный сотрудник аАО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор», Санкт-Петербург, РФ
Введение: наиболее перспективным видом поиска в ледовой обстановке является сейсморазведка, заключающаяся в размещении на морском дне геофонов, принимающих отраженные от залежей углеводородов сигналы, излучаемые специальным вибратором. Переход от статической схемы ведения сейсморазведки к динамической с использованием автономных необитаемых подводных аппаратов, несмотря на свою привлекательность, является сложной в реализации задачей с точки зрения обеспечения согласованного поведения излучателя, совершающего круговые движения, и поступательно перемещающейся группы автономных необитаемых подводных аппаратов. Широкомасштабное проведение исследований по определению оптимальных параметров динамической системы ведения сейсморазведки возможно только с использованием математического моделирования, позволяющего создать инструментарий (совокупность методических и технических средств) для исследований эффективности ведения сейсморазведки. Цель исследования: на основе математической модели разработать инструментарий для исследования эффективности сейсморазведки с использованием автономных необитаемых подводных аппаратов. Результаты: в качестве показателей эффективности приняты: время обследования заданного района, степень координации работы излучателя и группы автономных необитаемых подводных аппаратов, степень широкоазимутальности направлений прихода отраженных сигналов, создаваемых излучателем. Сформулированы требования к математической модели, связанные со степенью детализации воспроизводимых процессов. На базе математической модели разработан инструментарий для проведения исследований, включающий в себя: таблицы значений азимутов прихода отраженных сигналов и расстояний от автономных необитаемых подводных аппаратов до излучателя в каждом такте имитации, гистограммы распределения азимутов отраженных сигналов и дистанций до излучателя, траектории относительного перемещения автономных необитаемых подводных аппаратов вокруг излучателя, розу-диаграмму азимутов, таблицу накопленных значений азимутов и дистанций, графическое представление изменения среднеквадратического отклонения азимутов с течением времени. На конкретном примере продемонстрирована возможность использования разработанного инструментариядля оптимизации параметров ведения сейсморазведки. Практическая значимость: применение разработанных показателей и инструментария приводит к существенному сокращению времени на проведение исследований по выбору оптимальных алгоритмов поиска, а также способствует наглядности получения значений, вскрытию причинно-следственных связей, а значит — оперативному принятию решения по выбору оптимальных параметров и технических решений.
Ключевые слова — автономный необитаемый подводный аппарат, математическое моделирование, метод согласованного поведения, азимуты, среднеквадратическое отклонение.
Введение
Поиску месторождений углеводородов в настоящее время уделяется повышенное внимание, особенно в Арктических районах [1-10]. Наиболее перспективным видом поиска в ледовой обстановке является сейсморазведка [11-17], заключающаяся в размещении на морском дне геофонов, принимающих отраженные от залежей углеводородов сигналы, излучаемые специальным вибратором (далее — излучателем). Использование геофонов в составе автономных необитаемых подводных аппаратов (АНПА), способных оперативно перемещаться как в горизонтальном, так и в вертикальном направлениях, открывает широкие возможности для дальнейшего совершенствования сейсморазведки с использованием АНПА путем формирования динамической системы, поступательно перемещающейся в пространстве за счет того, что большая часть АНПА задействована для приема сигналов, а меньшая часть осуществляет перемещение в новое место своей дислокации [18]. Однако динами-
ческая схема ведения сейсморазведки, несмотря на свою привлекательность, является сложной в реализации с точки зрения обеспечения согласованного поведения излучателя, совершающего круговые движения, и поступательно перемещающейся группы АНПА.
Сказанное означает, что необходим тщательный подход к выбору параметров согласованного движения излучателя и группы АНПА. Для определения оптимальных параметров сейсморазведки необходимо проведение исследований, основанных на оценке эффективности сейсморазведки.
Исследования путем натурного эксперимента для определения этих параметров экономически не оправданы, так как:
— требуют существенных трудозатрат на оснащение полигона, использования вспомогательной техники и т. д.;
— результаты натурного эксперимента существенно зависят от условий его проведения, и при других условиях ведения сейсморазведки принятые значения параметров могут привести к результатам, далеким от оптимальных.
Поэтому для определения оптимальных параметров динамической системы при проведении сейсморазведки целесообразно использовать математическое моделирование, позволяющее создать инструментарий для исследований эффективности ведения сейсморазведки. Под инструментарием будем понимать совокупность методических и технических средств проведения исследований.
Целью настоящей работы явилась разработка на основе математической модели инструментария для исследований эффективности ведения сейсморазведки, обеспечивающего возможность определения оптимальных параметров ведения сейсморазведки с использованием группы АНПА.
Показатели эффективности ведения сейсморазведки
Определение оптимальных параметров осуществляется на основании оценки эффективности ведения сейсморазведки. В качестве показателей эффективности были выбраны параметры, характеризующие степень достижения поставленной в сейсморазведке цели. Поскольку целью сейсморазведки является обнаружение залежей углеводородов и определение их местоположения, то при разработке инструментария для оценки эффективности ведения сейсморазведки использованы следующие показатели эффективности:
— время ведения обследования заданного района;
— степень координировании работы излучателя и группы АНПА;
— степень широкоазимутальности, выраженная отклонением от равномерного распределения азимутов, полученных в ходе численного эксперимента.
Первый показатель эффективности — это время, затрачиваемое на ведение сейсморазведки. Время обследования определяется скоростью согласованного перемещения излучателя и группы АНПА.
Инструментарий предоставляет возможность для рассмотрения различных схем ведения сейсморазведки, например, таких двух схем согласованного поведения излучателя и группы АНПА:
— схемы 1, при которой происходит чередование перемещения группы АНПА и прием отраженного сигнала. Во время перемещения группы АНПА излучатель либо ждет, пока АНПА группы займут новые позиции, либо продолжает движение по круговой траектории, но без обеспечения группой АНПА приема отраженных сигналов. При этом переход к режиму ожидания связан с выполнением дополнительных технологических мероприятий по торможению, остановке, разгону излучателя, что менее выгодно, чем
установившееся движение, поскольку установившееся движения всегда более экономично;
— схемы 2, при которой система «излучатель — группа АНПА» постоянно перемещается в соответствии с технологическими возможностями АНПА.
Время, затрачиваемое на выполнение технологических операций, сопровождающих проведение сейсморазведки, расходуется на:
— прикрепление АНПА к донной поверхности (*!>;
— позиционирование АНПА
— прослушивание отраженных сигналов, создаваемых излучателем (г3);
— всплытие АНПА на заданную глубину для перемещения в следующую позицию (г4);
— перемещение АНПА в заданную точку (г5).
Время движения излучателя по окружности
радиуса Яи определяется выражением
Ъ =
К.
где Уи — скорость движения излучателя.
С точки зрения широкоазимутальности целесообразно описать по крайней мере один круг вокруг группы АНПА.
Тогда радиус Яи определяется топологией взаимного положения группы АНПА и окружности исходя из того, что окружность должна быть описана вокруг группы АНПА для повышения ши-рокоазимутальности, и длительностью одного оборота АНПА вокруг группы.
За время ¿3 будет осмотрена площадь при движении излучателя со скоростью
К, =
2лВи
Затем происходит технологический перерыв по перемещению группы АНПА на новое место дислокации. На это затрачивается время
Ттех - ¿1 + ¿2 + ¿4 +
В это время зондирование дна излучателем не производится; излучатель при этом может как находиться в состоянии покоя, так и продолжать свое движение.
Таким образом, время, затраченное на осмотр района площадью Я2, определяется соотношением
Тосм = *3 + ( Ч + ¿2 + Ч + Ч).
При схеме 2 технологическое время Ттех, необходимое на приход АНПА в требуемую позицию для приема отраженных сигналов, «содержится» во времени ¿3, затрачиваемом на движение излу-
чателя по круговой траектории, поскольку перемещение части АНПА из группы, технологические работы по размещению их на дне и подготовка к приему отраженного сигнала происходят синхронно с перемещением излучателя. В этом случае времени на обследование района той же площади, что и в схеме 1, потребуется на Т = ¿1 + ¿2 + ¿4 + меньше, что позволяет считать схему 2 более эффективной по сравнению со схемой 1.
Второй показатель эффективности — степень координирования работы излучателя и группы АНПА — заключается в максимально возможном согласованном движении группы АНПА и центра окружности, вдоль которой осуществляет движение излучатель. Очевидно, что идеальным является вариант абсолютного совпадения геометрического «центра масс» группы АНПА с положением центра окружности, поэтому показатель эффективности определяется расстоянием между центром группы АНПА и центром окружности, оцениваемым в каждый момент времени ведения сейсморазведки.
Третий показатель эффективности — степень широкоазимутальности. Параметром, характеризующим степень широкоазимутальности, является среднеквадратическое отклонение (СКО) азимутов — отклонение от среднего значения азимутов прихода отраженных от залежей углеводородов сигналов на каждый геофон в каждый момент времени ведения сейсморазведки. Степень широкоазимутальности характеризуется СКО азимутов. При этом необходимо оговориться, что это происходит при полной группе азимутов или по крайней мере при получении не менее, например, 80 % отраженных сигналов. Если вследствие ограничений по дальности приема отраженных сигналов их количество окажется меньше, то погрешность разностно-дальномерного метода для определения местоположения залежей углеводородов может увеличиться.
Инструментарий для оценки эффективности ведения сейсморазведки
В основу разработанного инструментария для оценки эффективности положена математическая модель, в которой осуществляется воспроизведение поведения излучателя; группы АНПА; отдельно взятого АНПА, всецело определяемого поведением группы АНПА, как единого целого (АНПА в «контейнере»).
Степень детализации процессов, воспроизводимых в математической модели, определяется этапностью разработки математической модели. Разработанная в настоящей работе математическая модель воспроизводит процесс сейсморазведки в целом и может быть использована на начальных этапах исследований. На дальнейших
этапах проведения исследований, направленных на уточнение полученных на первом этапе результатов, ее необходимо будет дополнять и масштабировать за счет повышения степени детализации отдельных процессов с учетом сбалансированности всех воспроизводимых процессов, реализованных в математической модели.
В основу разработанного инструментария положены результаты имитации процессов, происходящих при ведении сейсморазведки. В каждом такте имитации воспроизводились процессы движения излучателя по круговой траектории, движение группы АНПА и отдельно взятых АНПА из группы, излучение излучателем зондирующего импульсного сигнала и прием геофонами отраженного от месторождений углеводородов сигнала. При этом оценивались задержки прихода сигнала на геофоны, и по полученным задержкам с использованием разностно-дальномерного метода определялись координаты положения залежей месторождений углеводородов. Месторождение углеводородов моделировалось в виде эллипсоида, размеры которого являлись случайными и разыгрывались равновероятно из заданного диапазона. Положение месторождения в заданном районе также было случайным и разыгрывалось равновероятно.
Для проведения численных экспериментов по определению оптимальных параметров ведения поиска месторождений углеводородов по предложенной схеме согласованного движения группы АНПА и излучателя разработанная математическая модель была программно реализована в виде программно-аппаратного комплекса.
Разработанный программно-аппаратный комплекс при проведении исследований, направленных на определение условий, обеспечивающих координацию функционирования излучателя и группы АНПА, дает возможность оперативно варьировать значения параметров, оказывающих влияние на координацию (согласованность). Такими параметрами являются:
— радиус окружности, вдоль которой происходит перемещение излучателя;
— скорость и направление перемещения центра этой окружности;
— скорость перемещения группы;
— геометрические размеры группы.
Программно-аппаратный комплекс предоставляет инструментарий, позволяющий иметь оперативную информацию о степени влияния параметров согласованного ведения сейсморазведки на широкоазимутальность и другие показатели эффективности.
Инструментарий программно-аппаратного комплекса обеспечивает:
— возможность оперативного ввода значений основных параметров поведения излучателя и группы АНПА при ведении сейсморазведки;
— отображение общего плана движения излучателя и группы АНПА в динамике;
— отображение результатов моделирования — конечного (СКО азимутов в цифровом виде) и промежуточных, оказывающих влияние на конечный результат.
Описание инструментария для проведения исследований
Для того чтобы иметь возможность наблюдать динамическое развитие процесса ведения сейсморазведки в реальном времени, в каждом такте имитации определяются текущие параметры — как промежуточные, так и конечные.
Среднеквадратическое отклонение азимутов в оцифрованном виде отображается на экране во время всего процесса имитации ведения сейсморазведки, что позволяет оперативно наблюдать количественный результат эффективности функционирования динамической системы ведения сейсморазведки.
Однако отображения одного только конечного результата — СКО азимутов — недостаточно для вскрытия причинно-следственных связей и факторов, оказывающих влияние на конечный результат, необходимо дополнительно иметь данные, оказывающие влияние на полученный результат. Поскольку СКО азимутов — это результат обобщения азимутов, то наряду со СКО азимутов необходимо иметь представление о распределении азимутов как в цифровом виде, так и в более наглядном — графическом представлении, например, в виде гистограммы. Поэтому наряду со значением СКО азимутов в программно-аппаратном комплексе реализована возможность отображения гистограммы распределения азимутов по направлениям прихода отраженных сигналов.
а)
Отображение гистограммы азимутов позволяет проследить в динамике изменение распределения азимутов по направлениям с тем, чтобы иметь возможность оказать влияние на вид гистограммы путем корректировки задаваемых параметров сейсморазведки.
Вместе с тем отображение гистограммы распределения азимутов по направлениям не учитывает ограничения на дистанции приема отраженных сигналов, формируемых излучателем. Поэтому программно-аппаратный комплекс предоставляет в дополнение к описанному выше инструментарий в виде отображения:
— траекторий движения АНПА группы относительно излучателя;
— розы-диаграммы, отражающей плотность заполнения сейсмотрасс цветовым решением по направлениям и по дистанциям.
Вид траекторий движения АНПА из группы относительно излучателя представлен на рис. 1, а, поступательное движение излучателя и группы АНПА показано на рис. 1, б.
Для того чтобы иметь возможность определить, на основе каких данных сформированы траектории относительного движения и роза-диаграмма, в реальном времени в каждом такте имитации программно-аппаратный комплекс обеспечивает отображение текущих значений азимутов каждого АНПА и дистанций в цифровом виде, как это показано в таблицах на рис. 2.
На основании этих таблиц формируется сводная таблица азимутов и дистанций с результатами суммирования азимутов по направлениям и дистанций по отрезкам, позволяющая, по сути, иметь оцифрованный вид гистограмм (рис. 3).
И, наконец, программно-аппаратный комплекс обеспечивает отображение конечного результата, динамику его изменения с течением времени. Для этого в каждом такте имитации
б)
■ Рис. 1. Отображение согласованного перемещения излучателя и группы АНПА (а) и траекторий перемещения АНПА относительно излучателя (б)
Рис. 2. Отображение таблиц азимутов и дальностей в ходе согласованного перемещения излучателя и группы АНПА
0 к1 40 60 83 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360 380 400
10 618 991 1151 1151 1105 593 5820
20 225 721 869 1100 1194 1143 788 6040
30 230 628 1042 1152 1167 1040 864 331 6512
40 241 686 901 1311 99В 1014 900 596 03 6430
50 294 680 847 948 1050 912 835 690 301 6557
60 233 660 958 871 1097 1014 874 716 412 6885
70 249 749 781 1168 893 1164 998 778 480 7260
ВО 251 825 771 999 1092 122В 1214 852 438 7670
90 191 718 816 1109 1178 1156 1398 1139 203 7908
100 210 809 947 1285 1337 132В 1357 1148 226 8697
110 232 837 779 1322 1067 1212 1206 829 435 7619
120 255 720 784 1155 883 1171 948 742 497 7155
130 244 662 939 876 1058 993 881 720 414 6787
140 239 652 825 916 10В6 906 871 701 281 6527
150 269 662 930 945 994 1087 940 557 52 6436
160 270 626 1004 1151 1120 1082 857 263 6373
170 233 719 871 1058 1242 1087 734 5944
180 335 668 921 1108 1131 1010 538 5711
190 179 676 1009 1167 1215 1097 525 5868
200 233 746 928 1076 1211 1060 745 6049
210 301 641 939 1062 1095 1049 857 317 6261
220 276 674 831 973 949 1044 866 562 78 6253
230 273 653 843 920 1009 870 866 646 292 6372
240 230 604 888 767 1071 977 807 735 403 6532
250 255 733 777 1125 849 1064 982 701 485 6971
260 251 784 767 894 1088 1088 1224 785 428 7309
270 207 660 783 1019 1137 1112 1334 1101 132 7485
280 239 719 979 1202 1354 1253 1347 1107 182 8382
290 235 795 690 950 1100 1127 1193 762 416 7318
300 297 713 827 1127 839 1109 951 713 478 7054
310 266 625 917 811 1071 998 825 707 370 6590
320 275 633 832 925 1020 894 814 668 276 6337
330 272 688 865 1008 991 980 909 584 60 6357
340 250 654 994 1060 1144 1075 839 275 6291
350 290 783 929 1050 1147 1070 761 6030
360 177 585 921 1131 1093 994 517 5418
9226 25006 31695 37292 39171 38513 33166 19725 7422 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
■ Рис. 3. Таблица накопленных значений азимутов и дистанций дальностей в ходе согласованного перемещения излучателя и группы АНПА
700 600 500
300 200 100 0
■ Рис. 4. Вид изменения СКО азимутов направлений прихода отраженных сигналов в течение согласованного перемещения излучателя и группы АНПА: 1 — накопленный; 2 — осредненный по тактам
■
1
2 Г
;
500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500
Время
строится график СКО накопленных значений азимутов к текущему моменту времени, а также интегрированное СКО азимутов на текущий момент времени (рис. 4).
Предложенный инструментарий, предоставляемый программно-аппаратным комплексом, позволяет проводить всесторонний анализ влияния параметров на конечный результат, оптимизировать параметры сейсморазведки для обеспечения эффективного ее ведения.
Далее приведено описание использования инструментария программно-аппаратного комплекса при проведении исследований, направленных на вскрытие причинно-следственных связей при ведении сейсморазведки.
Пример использования предлагаемого инструментария для проведения исследований
Был проведен эксперимент для различных значений радиуса движения излучателя по окружности (рис. 5, а-в). При этом была задана дальность приема отраженного сигнала, равная 180 м.
По результатам проведения численного эксперимента была получена зависимость значений СКО азимутов от радиуса окружности, вдоль которой происходит движение излучателя (рис. 6).
Для примера проанализируем результат, полученный при изменении радиуса обхода группы от 10 до 200 м, и оценим влияние радиуса на СКО азимутов.
Ярко выраженный минимум СКО азимутов виден при Я = 90 м. Для определения причин изменения монотонности зависимости СКО азимутов от радиуса окружности, вдоль которой происходит движение излучателя, используем предоставляемый программно-аппаратным комплексом инструментарий. Анализ результатов производился в два этапа.
На первом этапе анализируем причину наличия максимума СКО азимутов при Я = 10 м, а затем последующее снижение СКО азимутов вплоть до значения Я = 100 м. Зависимости СКО азимутов накопленного сигнала 1 и осреднен-ного по тактам 2 для двух вариантов показаны на рис. 7, а и б.
а) б)
• О * в • 6 О 6 О о о • О О 4 О О ф
о 0 • О О О О 0 0 * О 6 О 0 0 О
ШШШЖ:
■ Рис. 5. Схема согласованного перемещения излучателя и группы АНПА при различных радиусах окружности, вдоль которой происходит движение излучателя: а — 40 м; б — 100 м; в — 140 м
8
X
О К
С4
0
10 30 50 70 90 110 130 150 170 190
Я, м
Рис. 6. Влияние радиуса окружности на СКО азимутов
а)
16
14
12
Сч1
0 10
С 8
У
с;
6
4
2
0
б)
с у
с
2,4 2,0 1,6 1,2 0,8 0,4 0
500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500
Время
500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500
Время
Рис. 7. Зависимости СКО азимутов от радиуса окружности, вдоль которой происходит движение излучателя: а — Я= 10 м; б — Я= 100 м
Для выявления степени равномерности азимутов направлений, с которых приходит отраженный сигнал, проанализируем гистограммы, представленные на рис. 8.
При Я = 10 м (рис. 8, а) значения азимутов в каждом такте, по сути, одни и те же, поскольку излучатель вращается по круговой траектории внутри группы.
Сравнивая гистограммы, видим, что при Я = 10 м в гистограмме азимутов с течением времени формируются ярко выраженные максимумы в области 100 и 270°, а при Я = 100 м (соответствует точке
минимума на графике рис. 6) имеем распределение, близкое к равномерному (рис. 8, б).
Минимум в гистограмме азимутов возникает из-за периодичности зависимости, которая хорошо видна на графике: за счет колебаний происходит компенсация однобоких направлений прихода отраженного сигнала. В свою очередь, периодичность возникает из-за постепенного описания излучателем окружности вокруг группы АНПА. Для понимания того, откуда берется периодичность, смотрим на цифровые значения в таблице (см. рис. 3).
ИНФОРМАЦИОННЫЕ КАНАЛЫ И СРЕДЫ
а)
103
8
6 4 2
0
| Г М [ f I | М | fl'l | Г|Ц| Г|*1 I I» |lV'|lVi I
| 'l' r'^l'l' I 'l' I V , '|>L 'l<4 'l' I 'l*. 'l' ......... I ■■* '1*1» ] '.''P I V I i i 'i' I 'i' i 'i' Г'.'ч V-r
20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360
б)
103
- J- - J . - J- - JT
6 4
2
0
20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360
Рис. 8. Гистограммы распределения азимутов направлений, с которых приходит отраженный сигнал: а — И = 10 м; б — И = 100 м
Физически все описанное выше означает следующее: при движении излучателя внутри группы с малым радиусом вне зависимости от его положения все геофоны будут наблюдаться под одними и теми же «внутренними» углами. Чтобы скомпенсировать внутренние углы, необходимо хотя бы часть азимутов иметь при нахождении излучателя за пределами группы.
На втором этапе проведения исследований анализируем причину начала подъема значений СКО азимутов после точки И = 100 м (см. рис. 6).
Анализ таблиц цифровых значений показал, что с ростом радиуса окружности, вдоль которой происходит перемещение излучателя, возникает тот же эффект, что и при малом радиусе: с увеличением радиуса вне зависимости от положения излучателя на окружности все направления прихода отраженного сигнала на АНПА группы являются «внешними». Этим объясняется увеличение СКО азимутов с увеличением радиуса. Увеличение СКО азимутов продолжается до отметки И = 130 м, однако затем снова начинается спад. Для анализа причин этого явления рассмо-
трим траектории (рис. 9, а и б) и розу-диаграмму (рис. 10, а и б) при R = 100 м и R = 180 м.
Наблюдается влияние ограничения по дальности приема отраженного сигнала: на рис. 9, б трассы явно вышли за пределы заданных дальностей. Об этом же свидетельствует роза-диаграмма азимутов (см. рис. 10): при увеличении радиуса окружности часть дистанций вышла за пределы заданной предельно допустимой дальности.
Для того чтобы определить часть азимутов, которые были исключены из расчета СКО азимутов, рассмотрим гистограммы распределения дистанций (рис. 11, а и б). Видно, что большая часть дистанций вышла за допустимые пределы.
Этим объясняется спад СКО азимутов на графике (см. рис. 6): из статистического накопления для определения СКО азимутов были исключены часть азимутов вследствие выхода дистанций прихода отраженных сигналов за допустимые пределы.
Однако снижение СКО азимутов на больших радиусах вследствие исключения части азимутов из статистической обработки нельзя считать в данном случае положительным результатом, по-
Рис. 9. Траектория перемещения АНПА относительно излучателя: а — R=100 м; б — R= 180 м
Рис. 10. Роза-диаграмма плотности сейсмотрасс по азимутам и дистанциям: а — R = 100 м; б — R = 180 м
а)
3 2
1 ■ 0
б)
80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360 380 400
пШ
2 1 0
-ь
-н
г+п
-ь
-ь
-ь
-н
-ь
-ь
20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360 380 400 Рис. 11. Гистограмма распределения дистанций без ограничений (а) и с ограничениями (б) по дальности
скольку при исключении части азимутов уменьшается общее число АНПА, участвующих при использовании разностно-дальномерного метода расчета местоположений залежей углеводородов, в связи с чем возникают погрешности определения местоположения залежей углеводородов, только теперь уже на уровне самого метода.
Заключение
Определены показатели эффективности ведения сейсморазведки с использованием группы АНПА.
Разработан инструментарий для определения параметров согласованного поведения излучателя и группы АНПА с приемниками-геофонами.
Положенная в основу разработанного инструментария математическая модель с элементами имитации может рассматриваться как базовая при формировании общей схемы ведения сейсморазведки и в дальнейшем может быть расширена за счет повышения степени детализации отдельных воспроизводимых в ней процессов.
1. Фасхутдинов Р. В. Подводные камни морской сейсморазведки // www.Korabel.ru. 2016. Вып. 2. С. 98106.
2. Лаверов Н. П., Дмитриевский А. Н., Богоявленский В. И. Фундаментальные аспекты освоения нефтегазовых ресурсов арктического шельфа России // Арктика: экология и экономика. 2011. № 1. С. 25-37.
3. Лаверов Н. П., Лобковский Л. И., Тулупов А. В., Воронов М. А., Ганжа О. Ю. Перспективы донной сейсморазведки в Российской Федерации // Арктика: экология и экономика. 2011. № 4. С. 4-13.
4. Зверев С. М. ГСЗ на океанах за 30 лет экспедиций: методика и волновые поля //Физика Земли. 1999. № 7-8. С. 143-163. http://www.arctica-ac.ru/ аосв/4/4-13.ра£ (дата обращения: 03.02.2017).
Программная реализация математической модели предоставляет инструментарий, который позволяет проводить широкомасштабные исследования влияния параметров ведения сейсморазведки на результат согласованного функционирования излучателя и группы АНПА, вскрывать причинно-следственные связи и намечать пути повышения эффективности ведения сейсморазведки, определять параметры оптимальной схемы функционирования излучателя и группы АНПА для обеспечения эффективного ведения сейсморазведки залежей углеводородов.
Анализ результатов в реальном масштабе времени позволяет оперативно внести коррективы в схему ведения сейсморазведки, выявить причины снижения результатов, создать основу для проведения дальнейших, более глубоких исследований в рамках выбранной схемы ведения сейсморазведки залежей углеводородов.
Работа выполнена при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (проект № 17-08-00666).
5. Тюхалов В. И. Исследование и разработка автоматизированной системы управления и контроля параметров группового пневматического источника для морской нефтегазовой сейсморазведки. http:// earthpapers.net/issledovanie-i-razrabotka-avtomatizirovannoy-sistemy-upravleniya-i-kontrolya-parametrov-gruppovogo-pnevmaticheskogo-istoc (дата обращения: 03.02.2017).
6. Лисицын Е. Д., Кяспер В. Э., Петров А. А., Тулупов А. В. Новые возможности морских электромагнитных исследований при поисках углеводородов в транзитной зоне, на мелководье и на больших глубинах. http://rudocs.exdat.com/docs/index-16267. html?page=4 (дата обращения: 03.02.2017).
7. Delaney J. R. NEPTUNE: An Interactive Submarine Observatory at the Scale of a Tectonic Plate. Long-Term Observations in the Oceans// OHP/ION Joint Symp. Japan, 2001. P. 309.
8. Maultzsch S., Nawab R., Yuh S., at al. An Integrated Multiazimuth VSP Study for Fracture Characterization in the Vicinity of a Well // Geophys Prosp. 2009. Vol. 57. P. 263-274.
9. Wild P. Practical Application of Seismic Anisotro-py// First Break. May 2011. Vol. 29. P. 117-124.
10. Leurera K. C. Compressional and Shear-Wave Velocities and Attenuation in Deep-sea Sediment During Laboratory Compaction // J. Acoust. Soc. Amer. 2004. Vol. 116. N 4. P. 2023-2030.
11. Пат. 2381530 РФ. Морская автономная донная станция для выполнения геофизических и геологоразведочных работ / А. И. Машошин, С. В. Жумен-ков, В. Б. Зиннатов, С. Ю. Ермаков, А. С. Смирнов (РФ). — № 2008124873/28; заявл. 10.06.2008; опубл. 10.02.2010, Бюл. № 4. — 8 с.
12. Пат. 2438149 РФ. Автономная донная станция для сейсмических наблюдений/ И. А. Ильин, П. Г. Бродский, В. С. Аносов, Д. Г. Левченко, Е. Р. Павлюкова,
B. П. Леньков, В. В. Чернявец, А. А. Зайцев,
A. Л. Гвоздецкий (РФ). — № 2010103093/28; заявл. 29.01.2010; опубл. 27.12.2011, Бюл. № 36. — 14 с.
13. Пат. 2435180 РФ. Подводная геофизическая станция /
C. Я. Суконкин, С. В. Белов, А. В. Кошурников, П. Ю. Пушкарев, Н. П. Рыбаков, С. Ю. Чернявец,
B. В. Червинчук (РФ). — № 2010113601/28, заявл. 07.04.2010; опубл. 27.11.2011, Бюл. № 33. — 13 с.
14. Максимов С. В. О применении автономных необитаемых подводных аппаратов в технологии тоталь-
ной донной сейсморазведки/ Технические проблемы освоения Мирового океана: тр. 4-й Всерос. науч.-техн. конф. Секция 2. Владивосток, 2011. С. 220-224.
15. Пат. № 2515170 РФ. Подвижная подводная автономная сейсмогидроакустическая станция разведки углеводородов на акватории арктического шельфа / П. Д. Груздев, В. П. Дмитриченко, Р. А. Жостков,
B. Н. Кочедыков, М. З. Нисневич, О. В. Руденко, А. Л. Собисевич, Л. Е. Собисевич, В. А. Солдатен-ков, П. Д. Сухопаров (РФ). — № 2012136491/28; заявл. 24.08.2012; опубл. 27.02.2014, Бюл. № 6. — 6 с.
16. Кебкал К. Г., Машошин А. И. Гидроакустические методы позиционирования автономных необитаемых подводных аппаратов // Гироскопия и навигация. 2016. Т. 24. № 3. С. 115-130.
17. Буя М., Флорес П. Э., Хилл Д., Палмер Э., Росс Р., Уокер Р., Хаубирс М., Томпсон М., Лаура С., Мен-ликли Д., Молдовану Н., Снайдер Э. Морская сейсморазведка по спиральной траектории Coil Shooting // Нефтегазовое обозрение. 2008. Т. 21. № 4.
C. 22-39.
18. Мартынова Л. А. Метод согласованного поведения излучателя и автономных необитаемых подводных аппаратов для эффективного ведения сейсморазведки // Информационно-управляющие системы. 2017. № 1. С. 83-92. doi:10.15217/issn1684-8853.2017.1.83
UDC 519.87
doi:10.15217/issn1684-8853.2017.2.77
Tools for Studying the Efficiency of Seismic Exploration with Standalone Unmanned Submersibles
Martynova L. A.a, Dr. Sc., Tech., Associate Professor, [email protected]
aState Research Center of the Russian Federation Concern CSRI Elektropribor, JSC, 30, Malaya Posadskaya St., 197046, Saint-Petersburg, Russian Federation
Introduction: Seismic survey is the most promising type of underice exploration. Seabed geophones accept the signals radiated by a special vibrator and then reflected from hydrocarbon deposits. The transition from a static seismic exploration scheme to a dynamic one with the use of standalone unmanned submersibles is tempting but difficult to implement, as it is hard to ensure the concordant action of a radiator moving in circles and a group of submersibles moving progressively. A large-scale research to determine the optimal parameters for a dynamic seismic survey system is possible only with the use of mathematical modeling allowing you to create tools (a set of methodical and technical means) for the researches of seismic exploration efficiency. Purpose: The goal is to offer a mathematical model for developing the tools of studying the efficiency of seismic exploration with the use of standalone unmanned submersibles. Results: For the role of performance indicators, we have accepted the specified area inspection time, the degree of coordination between the radiator and the group of submersibles, and the width of the azimuth formed by the directions of the received signals emitted by the radiator. We have formulated the requirements to the mathematical model associated with the degree of specification of the modelled processes. On the base of the mathematical model, the research tools have been developed which include the tables of azimuth values for the reflected signals and distances from the submersibles to the radiator on each step of the simulation, the distribution histograms for the azimuths of the reflected signals and distances to the radiator, the relative movement trajectories for the submersibles, an azimuthal rose diagram, a table of cumulative values for azimuths and distances, and a graphical representation of the mean squared deviation of the azimuths in time. A special example demonstrates the way of using the developed tools to optimize the parameters of seismic exploration. Practical relevance: The developed indicators and tools can essentially reduce the time necessary for choosing the optimal search algorithms. It also helps you to visualize obtaining the values, to reveal the cause and effect and, hence, to provide a quick decision-making in choosing the optimal parameters and technical solutions.
Keywords — Standalone Unmanned Submersible, Concordant Action Method, Azimuths, Mean Squared Deviation.
References
1. Faskhutdinov R. V. Reefs of Naval Seismic Exploration. www.Korabel.ru, 2016, iss. 2, pp. 98-106 (In Russian).
2. Laverov N. P., Dmitriyevsky A. N., Bogoyavlensky V. I. Fundamental Aspects of Development of Oil and Gas Resources of the Arctic Shelf of Russia. Arktika: ekologiia i ekonomika, 2011, no. 1, pp. 25-37 (In Russian).
3. Laverov N. P., Lobkovsky L. I., Tulupov A. V., Ravens M. A., Ganzha O. Y. The Prospects of Ground Seismic Exploration in the Russian Federation. Arktika: ekologiia i ekonomika, 2011, no. 4, pp. 4-13 (In Russian).
4. Zverev S. M. GSZ in Oceans in 30 Years of Expeditions: Technique and Wave Fields. Physics of Earth, 1999, no. 7-8, pp. 143-163. Available at: http://www.arctica-ac.ru/ docs/4/4-13.pdf (accessed 03 February 2017) (In Russian).
5. Tyukhalov V. I. Issledovanie i razrabotka avtomatizirovan-noi sistemy upravleniia i kontrolia parametrov gruppovogo pnevmaticheskogo istochnika dlia morskoi neftegazovoi seis-morazvedki [Research and Development of an Automated Control System and Control of Parameters Group Pneumatic a Source for Naval Oil and Gas Seismic Exploration]. Available at: http://earthpapers.net/issledovanie-i-raz-rabotka-avtomatizirovannoy-sistemy-upravleniya-i-kon-trolya-parametrov-gruppovogo-pnevmaticheskogo-istoc (accessed 03 February 2017) (In Russian).
6. Lisitsyn E. D., Kyasper V. E., Petrov A. A., Tulupov A. V. Novye vozmozhnosti morskikh elektromagnitnykh issledova-nii pri poiskakh uglevodorodov v tranzitnoi zone, na melkovod'e i na bol'shikh glubinakh [New Opportunities of Sea Electromagnetic Researches by Searches of Hydrocarbons in a Transit Zone, in Shallow Water and at Big Depths]. Available at: http://rudocs.exdat.com/docs/index-16267. html?page = 4 (accessed 03 February 2017) (In Russian).
7. Delaney J. R. NEPTUNE: an Interactive Submarine Observatory at the Scale of a Tectonic Plate. OHP/ION Joint Symp., Japan, 2001, p. 309.
8. Maultzsch S., Nawab R., Yuh S. An Integrated Multiazi-muth VSP Study for Fracture Characterization in the Vicinity of a Well. Geophys Prosp, 2009, vol. 57, pp. 263-274.
9. Wild P. Practical Application of Seismic Anisotropy. First Break, May 2011, vol. 29, pp. 117-124.
10. Leurera K. C. Compressional and Shear-wave Velocities and Attenuation in Deep-sea Sediment During Laboratory Compaction. J. Acoust. Soc. Amer., 2004, vol. 116, no. 4, pp. 2023-2030.
11. Mashoshin A. I., Zhumenkov S. V., Zinnatov V. B., Erma-kov S. Y., Smirnov A. S. Morskaia avtonomnaia donnaia stantsiia dlia vypolneniia geofizicheskikh i geologorazvedoch-nykh rabot [The Sea Autonomous Ground Station for Accomplishment of Geophysical and Exploration Works]. Patent RU, no. 2381530, 2008 (In Russian).
12. Il'in I. A., Brodskij P. G., Anosov V. S., Levchenko D. G., Pav-ljukova E. R., Len'kov V. P., Chernjavets V. V., Zajtsev A. A., Gvozdetskij A. L. Avtonomnaia donnaia stantsiia dlia seis-micheskikh nabliudenii [Independent Bottom Station for Seismic Observations]. Patent RU, no. 2438149, 2010.
13. Sukonkin S. J., Rybakov N. P., Belov S. V., Chervinchuk S. J., Koshurnikov A. V., Pushkarev P. J., Chernjavets V. V. Pod-vodnaia geofizicheskaia stantsiia [Underwater Geophysical Station]. Patent RU, no. 2435180, 2010.
14. Maximov S. V. About use of Autonomous Uninhabited Submersibles in Technology of Total Ground Seismic Exploration. Trudy 4-i Vserossiiskoi nauchno-tekhnicheskoi konferentsii "Tekhnicheskie problemy osvoeniia Mirovogo okeana" [Proc. 4th All-Russian Scientific and Technical Conference "Engineering Problems of Development of the World Ocean"], Section 2, Vladivostok, 2011, pp. 220-224 (In Russian).
15. Gruzdev P. D., Dmitrichenko V. P., Zhostkov R. A., Kochedyk-ov V. N., Nisnevich M. Z., Rudenko O. V., Sobisevich A. L., Sobisevich L. E., Soldatenkov V. A., Sukhoparov P. D. Pod-vizhnaia podvodnaia avtonomnaia seismogidroakustich-eskaia stantsiia razvedki uglevodorodov na akvatorii ark-ticheskogo shel'fa [Mobile Self-contained Underwater Seis-mic-hydroacoustic Station for Exploration of Hydrocarbons on Water Area of Arctic Shelf]. Patent RU, no. 2515170, 2012.
16. Kebkal K. G., Mashoshin A. I. Acoustic Positioning Methods of Autonomous Underwater Vehicles. Giroskopiia i navi-gatsiia, 2016, vol. 24, no. 3, pp. 115-130 (In Russian).
17. Buoy M. S., Flores P. E., Hill D., Palmer E., Ross R., Walker R., Haubirs M., Thompson M., Laura S., Menlikli D., Moldovan N., Snider E. Naval Seismic Exploration on a Spiral Traj ectory of Coil Shooting. Neftegazovoe obozrenie, 2008, vol. 21, no. 4, pp. 22-39 (In Russian).
18. Martynova L. A. Concerted Action of a Radiator and Autonomous Uninhabited Submersibles for Effective Seismic Exploration. Informatsionno-upravliaiushchie sistemy [Information and Control Systems], 2017, no. 1, pp. 83-92 (In Russian). doi:10.15217/issn1684-8853.2017.1.83
