Спосіб виявлення покладів газу з урахуванням зносу аномалій пониження температур поверхні моря

Реферат: Спосіб виявлення положення покладів газу з урахуванням зносу аномалій пониження температур поверхні моря належить до геофізики і використовується при пошуку покладів газу в межах газоперспективних ділянок моря. Спосіб полягає у тому, що на ділянці робіт за матеріалами супутникових зйомок виявляють аномалії пониження температур АПТ поверхні моря, що утворюються за рахунок виносу бульбашками газу холодних вод з дна моря. Для визначення і врахування зсуву аномалій пониження температур поверхні моря відносно ділянки виділення газу з дна моря, обчислюють моделі циркуляції морської товщі, за якими визначають довготну і широтну компоненти швидкості течій у кожному шарі морської товщі, величини загального зносу бульбашок газу при їх спливанні з дна до поверхні моря, обчислюють і вводять поправки у географічні координати точок контуру АПТ, а також уточнюють положення ділянки виділення вуглеводневих газів з дна моря, за якою прогнозують положення глибинних покладів вуглеводневих газів. Технічним результатом є уточнення положення ділянок виділення метану, які були виявлені за попередніми матеріалами супутникових зйомок. UA 104515 C2 (12) UA 104515 C2 UA 104515 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до області пошуків покладів газу в межах газоперспективних ділянок моря. Визначення обсягів міграції газу (в першу чергу метану) має важливе значення для оцінки нафтогазоносності ділянок моря і може служити критерієм при виборі об'єктів геологорозвідувальних робіт. Висока вартість глибокого буріння на морі обумовлює необхідність підвищення ефективності супутникових способів пошуку покладів газу. Використання супутникових методів для пошуку покладів метану базується на виявленні аномалій, пов'язаних з виверженнями бульбашок цього газу з дна моря і спливанням їх до поверхні моря. В процесі спливання бульбашок газу відбувається також підйом до поверхні моря холодних придонних вод (процес газліфтингу), що приводить до утворення аномалій пониження температури (АПТ) поверхневого шару моря у теплий сезон року. Прояви міграції газів з глибинних покладів вуглеводнів (ВВ) при достатніх обсягах вивержень газу з дна моря можуть реєструватись за допомогою супутникових методів. Супутникові методи дозволяють оперативно і з відносно невеликими витратами виявляти прояви на поверхні моря процесів міграції вуглеводневих газів (метану) з глибинних покладів газу, а також намічати ділянки для детальних робіт. У товщі моря діють течії, напрям і швидкості яких змінюються в залежності від часу, глибини і географічного положення ділянки моря [1]. Швидкості течій у береговій зоні Чорного моря не перевищують 20-30 см/с, а в області Основної Чорноморської течії (шириною 40-80 км) швидкості течій на поверхні моря можуть досягати 40-50 см/с і з глибиною поступово зменшуються [1]. У глибоководній частині Чорного моря швидкості течій становлять 5-15 см/с і зменшуються з глибиною [1]. Течії у товщі моря приводять до зносу АПТ поверхні моря відносно ділянки виверження метану за рахунок зносу бульбашок метану при їх спливанні з дна до поверхні моря. За результатами досліджень [2] встановлено, що переважаюча частина бульбашок газу має швидкості підйому в діапазоні 0.2-0.3 м/с. Такі швидкості підйому мають бульбашки газу із розмірами від 1.2 до 20.0 мм [2]. При середній швидкості спливання бульбашок газу 0.2 м/с для підйому їх з глибини 600 м до поверхні моря необхідно 3000 с (50 хвилин). Воробйов А.І. і Лялько В.І. запропонували спосіб пошуку нафтогазоносних об'єктів на морі [3], який дозволяє підвищити точність визначення їх положення. Цей спосіб [3] дозволяє визначити і врахувати знос положення продуктивного блока пастки вуглеводнів шляхом обчислення зсуву аномалії пониження температури (АПТ) поверхні моря за рахунок невертикальності розламаних зон, вздовж яких відбувається міграція ВВ з глибинних покладів до поверхні моря. Недоліком способу є те, що у ньому не враховують знос АПТ течіями у морській товщі. У способі виявлення нафтогазперспективних ділянок на морському шельфі [4] за космічним знімком (КЗ) дальнього інфрачервоного діапазону обчислюють поле температури поверхні моря, яке статистично сегментують і за допомогою просторово-об'єктного аналізу виділяють компактні температурні аномалії. Після статистичного аналізу часового ряду об'єктних зображень відбирають регулярні температурні аномалії, які повторюються із заданим періодом. При обробці серій різночасових супутникових зображень, зареєстрованих у інфрачервоному діапазоні не враховують зміну напрямків і швидкості течій, що значно знижує ефективність способу при виявленні місць виділень метану з дна моря, які пов'язуються з глибинними покладами газу. Основним недоліком способу виявлення нафтогазперспективних ділянок на морському шельфі [4] є те, що в ньому не враховують зсув аномалій пониження температури (АПТ) поверхні моря, який відбувається за рахунок зносу течіями бульбашок газу при їх спливанні з дна до поверхні моря, що може приводити до значних похибок у визначенні положення місця виверження газу на дні моря. Найбільш близьким до способу, що пропонується, є спосіб пошуку покладів газу на морі [5] (прототип). У цьому способі для визначення зсуву АПТ течіями у морській товщі відносно місця просочування газу з дна моря, використовують спеціальний спливаючий буй. Підрахунки показують, що при середній швидкості течій у шарах морської товщі 10 см/с і швидкості спливання бульбашок газу 0.25 см/с для глибин моря 500, 1000, 1500 і 2000 м значення зносу потоку бульбашок газу відносно точки їх виверження з дна моря становлять відповідно 200, 400, 600 і 800 м. Зважаючи на те, що швидкості течій у шарах товщі моря можуть досягати більших значень (до 50 см/с) [1] зсув АПТ на поверхні моря може бути значним і його необхідно враховувати при пошуках покладів метану. Підвищення точності визначення місцеположення газоносних об'єктів на морі у способі [5] досягається шляхом використання спливаючого буя. Для вимірів зносу цього буя течіями його скидають з судна і занурюють на дно моря у заданій 1 UA 104515 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 точці (положення точки задають за географічними координатами) району пошуку покладів газу, а потім дають команду на спливання. У способі пошуку покладів газу на морі [5] проводять реєстрацію і передачу інформації про координати точки його занурення буя на дно моря і в момент після його спливання на поверхню моря. Різницю в географічних координатах точки занурення буя на дно моря і точки його спливання використовують для обчислення і введення поправок у координати точок контуру АПТ на супутниковому зображенні. Серед недоліків способу пошуку покладів газу на морі [5] слід відзначити такі: - у способі не враховують зміни із часом поля швидкостей течій на ділянці пошукових робіт, що може приводити до похибок у визначенні зсуву АПТ поверхні моря і контуру ділянки виділення газу на дні моря; - спосіб дозволяє визначати поправки за знос АПТ для матеріалів зйомок тільки у час використання буя і в період стабільності моделі циркуляції після проведення робіт з ним; - для застосування способу необхідні спеціальні витрати, які включають витрати на експедиційні роботи, в тому числі на аренду судна, на якому доставляють спеціальний буй в район пошукових робіт, з нього занурюють буй на задану глибину у точці із заданими координатами, дають команду на спливання буя і реєструють координати точки спливання буя. Новизна способу, що пропонується, полягає в тому, що в ньому вперше запропоновано спосіб визначення зсуву АПТ поверхні моря, які виділяють за КЗ інфрачервоного діапазону, відносно ділянки виділення газів з дна моря (ДВГ). У способі, що пропонується, для визначення зсуву АПТ на поверхні моря використовують значення швидкостей течій у шарах моря, які обчислюють для моделей циркуляції морської товщі. В останні роки їх широко використовують для прогнозу змін динаміки руху у морських акваторіях і океанах [7, 8]. З метою забезпечення ефективності виявлення малих за обсягами виділень газу у способі вибирають літній період часу, сприятливий з точки зору більш простих і стабільних у часі моделей циркуляції морської товщі. Період часу для проведення робіт на заданій площі пошуку покладів газу вибирають з врахуванням даних метеорологічних спостережень у вибраний період літнього сезону за попередні роки і прогнозу погоди у поточний рік на основі сучасних методів. Зважаючи на необхідність підвищення надійності виявлення АПТ поверхні моря ряд КЗ вибирають без хмарності, проводять обчислення і сегментацію карт абсолютних температур [6]. Обчислення карт температур і виділення на них АПТ виконують з використанням спеціально розроблених алгоритмів і програм [6]. Вибір типу КЗ проводять за інформацією про їх роздільну здатність і з урахуванням необхідної детальності пошукових робіт. На даному етапі для пошуку покладів нафти і газу використовують матеріали зйомок на інфрачервоному каналі супутників NOAA, AQUA (або TERRA) і ASTER [6]. Для уточнення координат точок контуру ДВГ за точками контуру АПТ поверхні моря створюють базу даних по цих аномаліях, яка містить інформацію про координати точок контуру АПТ поверхні моря, час супутникових зйомок, географічні координати точок контуру АПТ і середнє значення її температури. Зокрема, інформацію про час реєстрації рядів КЗ використовують для уточнення значень часу, для яких обчислюють моделі циркуляції моря. Географічні координати точок контурів АПТ для кожного часу зйомок визначають за положенням відповідних аномалій на географічно прив'язаних КЗ. Кількість точок контуру АПТ задають з урахуванням необхідної детальності пошукових робіт, яка не може бути вище роздільної здатності КЗ. Середнє значення АПТ поверхні моря в межах її контуру використовують для оцінки потужності газових виділень з дна моря і як критерій оцінки ресурсів газу, які містяться у глибинних покладах. Зсув точок контуру АПТ на поверхні моря відносно відповідних точок контуру ДВГ на дні моря обчислюють за результатами оцінки зносу бульбашок газу при їх спливанні з дна до поверхні моря. На фіг. 1 як приклад показано двомірну модель зносу потоку бульбашок газу, що спливає з дна до поверхні моря. Представлена на фіг. 1 модель морської товщі складається з  , N шарів з товщинами Hn(n  12,3....N) і швидкостями течій в них Vn (n  1,2,3.....N) . Місце виділення бульбашок газу з дна моря показано у нижньому лівому куті фіг. 1. З фіг. 1 видно, що загальний знос течіями бульбашок газу при їх спливанні з дна до поверхні моря дорівнює сумі зносів у кожному з N шарів морської товщі. Загальний знос потоку бульбашок газу у морській товщі визначають за формулами: XГАЗУ  N n  TГАЗУ , n  VX n1 , 2 UA 104515 C2 YГАЗУ  n де VX , N n  TГАЗУ,n  VY n1 n VY (1) - швидкість течії у «-ому шарі товщі моря в напрямку координатних осей x , y відповідно, a TГАЗУ, n - час спливання бульбашок газу у n- ому шарі обчислюють за формулою: TГАЗУ , n  5 10 15 20 25 30 35 40 45 Hn n VZ , (2) n де VZ - швидкість спливання бульбашок газу у морській товщі, яка за даними роботи [2] залежить від радіусу бульбашок газу. Як показано у роботі [2] на ділянках виділень метану звичайно переважають бульбашки газу із радіусом від 1.2 до 20.0 мм. Середня швидкість спливання бульбашок газу з дна до поверхні моря становить близько 0.25 м/с. У разі тривимірної моделі товщі моря значення повного вектора спливання бульбашок газу у кожному шарі дорівнює сумі горизонтальних компонент швидкості течій VX і Vy , а також вертикальної компоненти швидкості підйому бульбашок газу VZ . Для тривимірної моделі циркуляції повний вектор швидкості у і-ому шарі моря дорівнює: n n n n (3) VS  VX i  VY j  VZ k , де i , j , k - одиничні вектори в напрямку координатних осей x , y , z відповідно. На фіг. 2 наведено модель повного вектора швидкості течій у n-ому шарі моря (Vs") за n n n векторами компонент швидкості VX , VY і VZ вздовж напрямків осей координат X , Y і Z відповідно. З фіг. 2 видно, що повний вектор зносу бульбашок газу залежить від компонент n n n швидкостей VX , VY а також від швидкості підйому бульбашок газу VZ у n-ому шарі моделі. Наприклад, для акваторії Чорного моря, інформацію про швидкості течій у шарах морської товщі для заданого часу, у способі отримують за результатами обчислень прогностичної моделі у Чорноморському центрі Морського гідрофізичного інституту (МГІ) НАН України, який є частиною Міжнародної системи Європейських Центрів Морських Прогнозів у проекті MyOcean-A project for the European "Marine Core Service" European Community's Seventh Framework Programme FP7/2007-2013 under grant agreement № 218812. Прогностична система Чорноморського центру включає такі підсистеми: - підсистему завантаження з тематичних центрів Міжнародної системи Європейських Центрів Морських Прогнозів і попередньої підготовки супутникових і опорних метеорологічних даних, що використовуються у моделі; - підсистему прогнозування фізичних полів Чорного моря; - підсистему валідації результатів обчислень; - підсистему архівації гідрологічних полів моря і відображення результатів моделювання на серверах відображення і передачі даних споживачу, розроблених у рамках проекту MyOcean і функціонуючих у складі міжнародного Чорноморського Центру Морських Прогнозів. Більш детальна інформація доступна за адресою у Інтернет: http://www.myocean.eu [8]. Для автоматизованого приймання, перетворення і зберігання у архіві даних у способі, що пропонується, використовують спеціальну програму, яка доповнює стандартні засоби завантаження даних, що надаються системою МуОсean для автоматизації приймання даних згідно з результатами запиту на WEB-порталі проекту МуОсean. В результаті роботи спеціальної програми дані Міжнародного Чорноморського Центру переводять у формат даних ASCII, який використовується для визначення зносу спливаючих на поверхню моря бульбашок вуглеводневих газів. Запропонований спосіб дозволяє аналогічним чином використовувати дані інших прогностичних центрів проекту МуОсean [8] для вирішення нафтобазо-пошукових робіт у інших районах Світового океану. Для обчислення зсуву АПТ на поверхні моря відносно ділянки виділення газу на дні моря у способі використовують файли [8]: - northward_sea water_velocity.dat для компоненти швидкості течій northward; - eastward_sea_water_velocity.dat для компоненти швидкості течій eastward. Область моря, для якої обчислюють моделі циркуляції і відповідні значення швидкості течій, задають географічними координатами кутів області пошукових робіт. При обчисленні кожної моделі циркуляції для періоду супутникових зйомок у інфрачервоному діапазоні задають час 3 UA 104515 C2 початку і час кінця їх обчислення (рік, місяць і дата), а також параметри шарів (кількість і товщину), з яких вона складається. Зсув кожної K-ої точки контуру АПТ відносно відповідної точки контуру ДВГ вздовж осей координат X і Y обчислюють у градусах за формулами: N n XK    Vx T n (4) n1 N n YK    Vy Tn n1 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 (5) , n де Tn  Hn / VZ Поправки, обчислені за формулами (4) і (5), добавляють до відповідних географічних координат точок контуру АПТ. На фіг. 3 наведено графічну модель врахування зносу точок контуру АПТ на площі робіт. В результаті введення поправок у координати точок контуру АПТ отримують географічні координати точок контуру ДВГ, які виносять на географічно прив'язану інтегровану карту геологічних структур, супутникових і геофізичних аномалій. Таким чином, спосіб, що пропонується, має такі переваги перед способами, розробленими раніше: - спосіб дозволяє враховувати зміни зсуву АПТ поверхні моря відносно контуру ділянки виділення газу (ДВГ) на дні моря у часі і за рахунок цього обробляти серії різночасових КЗ, що дає можливість підвищити ефективність супутникових методів при виявленні газоперспективних ділянок моря; - спосіб дозволяє визначати знос АПТ, виявлених за матеріалами супутникових зйомок, виконаних у поточний час і в періоди часу у минулому; - спосіб не потребує витрат на розробку і виготовлення спеціальних буїв [5], а також витрат на експедиційні роботи. Використання запропонованого способу дозволяє уточнювати положення ділянок виділення газу, на основі чого підвищує ефективність виявлення покладів газу на морі. Етапи, які дозволяють реалізувати запропонований спосіб, показано на блок-схемі фіг. 4, де позначено: 1 - Вибір періоду часу, сприятливого для проведення пошукових досліджень на основі метеорологічного прогнозу погоди з урахуванням даних метеорологічних спостережень у вибраний період літнього сезону за попередні роки і прогнозу погоди у поточний рік на основі сучасних методів. 2 - Підбір для вибраного періоду часу і району пошукових робіт ряду супутникових знімків у інфрачервоному діапазоні, обчислення полів температур і виділення на них аномалій пониження температур. 3 - Створення бази даних по супутникових аномаліях пониження температур з інформацією про час зйомок, координати точок контуру АПТ і середнє значення її температури. 4 - Обчислення моделей циркуляції за допомогою спеціально розроблених програм, за якими визначають значення горизонтальних компонент швидкості течій (довготна - eastward) і (широтна - northward) для кожного шару моделі циркуляції. 5 - Визначення зносу для всіх точок контуру кожної АПТ поверхні моря XK і Y , обчисленими за прогнозними моделями циркуляції, відповідними кожному часу зйомок. 6 - Внесення поправок в географічні координати контуру АПТ і винесення їх на географічно прив'язану інтегровану карту геологічних структур, супутникових і геофізичних аномалій. 7 - Визначення положення глибинних покладів метану на заданій ділянці пошуків з урахуванням зносу контурів ділянок газових виділень всіх АПТ, виявлених за матеріалами супутникових зйомок у інфрачервоному діапазоні, а також комплексна інтерпретація супутникової і апріорної геолого-геофізичної інформації. Запропонований спосіб дає можливість уточнення положення глибинних покладів вуглеводневих газів на площі пошуку. Посилання 1. Блатов А.С., Иванов В.А. Гидрология и гидродинамика шельфовой зоны Черного моря. МГИ. - Киев: Наукова думка, 1992.-244 с. 2. Любицкий А.А. Гидроакустические исследования явлений активного газовыделения в северо-западной части Черного моря // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой 4 UA 104515 C2 5 10 15 зон и комплексное использование ресурсов шельфа. Сб. науч. трудов. Вып. 9. - Севастополь.2003.- С. 226-240. 3. Воробйов А.І., Лялько В.І., Попов М.О. Спосіб пошуку нафтогазоносних об'єктів на морському шельфі. Патент України на винахід № 77811. Бюлетень № 1 від 15.01.2007 р. 4. Лялько В.І., Попов М.О., Станкевич С.А., Воробйов А.І. Спосіб виявлення нафтогазоперспективних ділянок на морському шельфі. Патент України на винахід № 88090. Бюлетень № 17 від 10.09.2009 р. 5. Воробйов А.І., Лялько В.І. Спосіб пошуку покладів газу па морі. Патент України на винахід № 94322. Бюлетень № 8 від 26.04.2011 р. 6. Багатоспектральні методи дистанційного зондування Землі в задачах природокористування. За редакцією В.І.Лялька і М.О.Попова. Київ, Наукова думка, 2006.-357 с. 7. Океанология: средства и методы океанологических исследований/ Смирнов Г.В., Еремеев В.Н., Агеев М.Д., Коротаев Г.К., Ястребов B.C., Мотыжев С.В.; Междунар. ассоц. акад. наук; РАН; Нац. акад. наук Украины.-М: Наука, 2005.-795 с. 8. http://www.myocean.eu ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 20 25 Спосіб виявлення покладів вуглеводневого газу з урахуванням зносу аномалій пониження температур поверхні моря, згідно з яким на ділянці робіт за матеріалами супутникових зйомок виявляють аномалії пониження температур (АПТ) поверхні моря, що утворюються за рахунок виносу бульбашками газу холодних вод з дна моря, який відрізняється тим, що для визначення і врахування зносу аномалій пониження температур поверхні моря відносно ділянки виділення газу з дна моря, обчислюють моделі циркуляції морської товщі, за якими визначають довготну і широтну компоненти швидкості течій у кожному шарі морської товщі та величини загального зносу бульбашок газу при їх спливанні з дна до поверхні моря, обчислюють і вводять поправки у географічні координати точок контуру АПТ, а також уточнюють положення ділянки виділення вуглеводневого газу з дна моря, за яким прогнозують положення глибинних покладів вуглеводневого газу. 5 UA 104515 C2 6 UA 104515 C2 7 UA 104515 C2 Комп’ютерна верстка Л. Литвиненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 8