Спосіб пошуку покладів газу на морі

Спосіб пошуку покладів газу на морі, що включає супутникові зйомки у тепловому діапазоні електромагнітних хвиль, обчислення за отриманими зображеннями карт температури поверхні моря і виявлення на них аномалій, пов'язаних з покладами газу, який відрізняється тим, що для врахування зсуву аномалії, обумовленого зносом течіями потоку пухирців газу з дна моря, використовують спливаючий буй, який занурюють на дно моря у точці з відомими координатами під час супутникових зйомок ділянки пошуку покладів газу, визначають координати буя в момент його спливання на поверхню моря і за різницею у координатах точок його занурення і спливання обчислюють знос буя, скоректовані координати контуру аномалії пониження температури, місцеположення виверження газу з дна моря і положення глибинного покладу газу. Винахід належить до області пошуків покладів газу на морі. Висока вартість глибокого буріння на морі обумовлює необхідність підвищення точності визначення положення газоносних об'єктів при використанні супутникових методів [1, 2]. Ефективність супутникових методів пошуку покладів вуглеводнів на морі залежить від активності процесів міграції вуглеводнів (ВВ), на які впливають тектонічні процеси в нафтогазоносних регіонах. Субвертикальні зони деструкції (руйнування) гірських порід формують геофлюїдопровідні структури, які контролюють вертикальну міграцію ВВ. Результати проявів такої міграції наведено в роботі [2], в якій детально описано характеристики потужного виверження газу в районі грязьового вулкану Двореченського (западина Сорокіна у північно-східній частині Чорного моря). Висота цього виверження газу у 2002 році за даними гідроакустики складала близько 850м від дна моря. В результаті аналізу розподілу запасів в межах родовищ вуглеводнів встановлено високий кореляційний зв'язок щільності запасів із зонами тектонічної напруженості і неотектонічної активності, багатошарова структура запасів в областях високої концентрації покладів ВВ, зв'язок з їх вер тикальною міграцією та стовбуватий характер покладів, а також обумовлених ними аномалій за рахунок локального прояву міграції ВВ по зонах тектонічних порушень до дна і поверхні моря. Активізація тектонічних рухів створює передумови для руйнування покладів ВВ на великих глибинах і міграції газів нагору по зонах підвищеної флюїдопровідності осадочних відкладів. Вивчення обсягів вертикальної міграції має важливе значення для оцінки нафтогазоносності ділянок регіону і може служити критерієм при виборі об'єктів геологорозвідувальних робіт [1, 2]. Прояви міграції газів з глибинних покладів ВВ при достатніх обсягах вивержень газу з дна моря можуть реєструватись за допомогою супутникових методів [3-5]. Супутникові методи дозволяють оперативно і з відносно невеликими витратами виконати оцінку процесів міграції вуглеводневих газів з глибинних покладів газу, а також намітити ділянки для постановки детальних робіт. Запропоновані раніше способи пошуку покладів газу [3-5] дозволяють виявляти аномалії, пов'язані з міграцією газу з глибинних покладів ВВ. (19) UA (11) 94322 (13) C2 (21) a200910117 (22) 05.10.2009 (24) 26.04.2011 (46) 26.04.2011, Бюл.№ 8, 2011 р. (72) ВОРОБЙОВ АНАТОЛІЙ ІВАНОВИЧ, ЛЯЛЬКО ВАДИМ ІВАНОВИЧ (73) ЦЕНТР АЕРОКОСМІЧНИХ ДОСЛІДЖЕНЬ ЗЕМЛІ ІНСТИТУТУ ГЕОЛОГІЧНИХ НАУК НАЦІОНАЛЬНОЇ АКАДЕМІЇ НАУК УКРАЇНИ (56) UA 200701376, 25.04.2007 UA 57600 C2, 16.06.2003 UA 21783 A, 30.04.1998 UA 77811 C2, 15.01.2007 SU 972452, 07.11.1982 RU 2224268 C2, 10.07.2003 US 6578405 B2, 17.01.2003 GB 1516281, 05.07.1978 3 Використання супутникових методів для пошуку покладів газу базується на виявленні аномалій, пов'язаних з виверженнями газу з дна моря і спливанням пухирців газу до поверхні моря. В процесі спливання пухирців газу відбувається захоплення ними холодних придонних вод, що і призводить до пониження температур води поверхневого шару моря у теплий сезон року [5]. Спосіб Ю.В.Тимошина і С.Г.Семенової [3] (патент України 21783А від 30.04.98р.) базується на використанні ефекту утворення сліду дифузійного потоку вуглеводнів у частині геологічного розрізу над покладами ВВ, за рахунок їх вертикальної палеоміграції з глибинних покладів нафти і газу. Помилки у прогнозі при використанні цього способу можливі за рахунок того, що вивчаються наслідки палеоміграції у минулий геологічний час. Очевидно, що чим більшими були об'єми міграції ВВ, тим більш значним було руйнування глибинних покладів вуглеводнів і їх вплив на фізичні характеристики вищезалягаючих осадових відкладів. Спосіб оцінки перспектив нафтогазоносності В.А.Демідова і Ю.А.Кузьміна [4] використовує супутникові методи для виявлення сітки розломів, вздовж яких відбувається міграція вуглеводнів з глибинних покладів до поверхні Землі. Недоліком цього способу є те, що він не враховує нахил розривних порушень, що не дозволяє точно визначити місце положення продуктивного блока пастки. Спосіб пошуку нафтогазоносних об'єктів на морському шельфі А.І.Воробйова, В.І.Лялько і М.О.Попова [5], взятий нами за прототип, дозволяє визначити положення нафтогазоносних блоків пастки шляхом врахування нахилу розривних порушень у середній і верхній частині геологічного розрізу, тобто внести поправку у відстань між положенням продуктивного блока і місцем просочування газу, який мігрує з глибинного покладу до дна моря. Але цей спосіб не враховує знос аномалії пониження температур поверхні моря, яка утворюється за рахунок підйому пухирцями газу холодних придонних вод. Цей процес називають газліфтингом. При підйомі пухирців газу з дна моря до його поверхні відбувається знос цього потоку відносно місця виверження. Задачею запропонованого способу є підвищення точності визначення місцеположення газоносних об'єктів на морі за матеріалами супутникових зйомок шляхом урахування зносу течіями аномалій пониження температури поверхні моря відносно місця виверження пухирців газу з дна моря шляхом використання спливаючого буя. Останній занурюють на дно моря, а за положенням точки його спливання на поверхню моря (за різницю між координатами точки занурення і точки підйому на поверхню моря) визначають його знос буя течіями. За даними зносу буя обчислюють знос течіями пухирців газу. За інформацією про знос пухирців газу визначають і вводять поправки у координати аномалії пониження температур на супутниковому зображенні теплового діапазону. У товщі моря діють течії, напрям і швидкості яких змінюються в залежності від часу, глибини і географічного положення ділянки моря [6]. Спосіб дозволяє визначити знос потоку газу у водній тов 94322 4 щі, встановити місце виверження газу з дна моря, обчислити і внести поправки у координати контуру аномалії пониження температур. Для визначення зносу потоку газів необхідно мати інформацію про напрями і швидкість течій, які змінюються з часом у кожному шарі товщі моря [6-10]. Наприклад, швидкості течій у береговій зоні Чорного моря не перевищують 20-30см/с, в області Основної Чорноморської течії (шириною 4080км) швидкості течій на поверхні моря становлять 40-50см/с і з глибиною поступово зменшуються. У глибоководній частині Чорного моря швидкості течій становлять 5-15см/с і слабо зменшуються з глибиною. Оцінимо значення зносу пухирців газу для різних глибин моря і швидкостей течій. Обчислення виконуємо для глибин моря 500, 1000, 1500 і 2000м, швидкості спливання пухирців газу 0,25см/с і при середній швидкості течії у товщі моря 10см/с. В результаті обчислень для глибин моря 500, 1000, 1500 і 2000м отримано такі відповідні значення зносу потоку пухирців газу відносно точки їх виверження з дна моря: 200, 400, 600 і 800м. Це свідчить про те, що знос пухирців газу і пов'язаної з ними аномалії пониження температури поверхні моря може бути значним і його необхідно враховувати, зважаючи на періодичну зміну напряму і швидкості течій у шарах водної товщі моря [6]. У способі пропонується вирішення задачі визначення зносу потоку газу шляхом визначення зносу спливаючого буя, який звичайно використовують для вивчення процесів циркуляції водних мас та оцінки фізичних параметрів шарів моря [79]. Як спливаючий буй може використовуватись, наприклад, буй типу APEX [7-9], який є автономним вільно дрейфуючим буєм-профілеміром і використовується для вимірів течій на заданій глибині водної товщі моря, а також для вимірів температур і солонуватості по вертикалі [7-9]. Цей буй може багато разів (до 150 разів) опускатись на глибини до 2000м і спливати до поверхні моря через заданий інтервал часу для визначення місцеположення буя і передачі зареєстрованих даних через супутникову систему ARGOS, яка встановлюється на супутниках NOAA [7-9]. Запуск цих буїв із зануренням може здійснюватись як із суден, так і з літаків [7]. Для вирішення задачі визначення зносу потоку пухирців газу течіями у водній товщі використовують буй більш простої конструкції. Основні блоки цього буя забезпечують занурення буя на дно моря, спливання його на поверхню моря, а також реєстрацію і передачу інформації про координати точки занурення буя на дно моря і в момент після його спливання на поверхню моря. За результатами досліджень [10] встановлено, що переважаюча частина пухирців газу має швидкості підйому в діапазоні 0,2-0,3м/с. Такі швидкості підйому мають пухирці газу із розмірами від 1,2 до 20,0мм [10]. При середній швидкості спливання пухирців газу 0,25м/с для підйому з 100м до поверхні моря необхідно близько 400с (6 хвилин і 40 секунд). Для вимірів зносу буя течіями спочатку скидають його з судна і занурюють на дно моря у районі 5 94322 пошуку покладів газу, а потім дають команду на спливання. Різниці в координатах точки занурення буя на дно моря і точки його спливання використовується для обчислення і введення поправок у координати точок контуру аномалії пониження температури на супутниковому зображенні. Для викладення сутності винаходу розглянемо двомірну і тривимірну моделі зносу потоку газу течіями у багатошаровій моделі морської товщі. Модель зносу течіями потоку пухирців газу з дна моря. На Фіг.1 за приклад показана двомірна (площинна) модель зносу потоку газу, що піднімається з дна до поверхні моря. На Фіг.1 представлена модель розрізу морської товщі, що складається з трьох шарів, які відрізняються швидкостями течій    ( V1 , V2 , V3 ) і товщинами шарів ( H1, H2 , H3 ). Місце виверження газу показано у нижньому лівому куті Фіг.1. Для цієї моделі морської товщі знос потоку пухирців газу дорівнює сумі зносів у кожному з трьох шарів водної товщі. Знос потоку пухирців газу у водній товщі, яка містить N шарів визначають за формулою: N XГАЗУ   TГАЗУ , і  Vi i1 де Vi моря, а TГАЗУ , і - час підйому пухирців газу у i-ому (2),  де VГАЗУ - швидкість підйому пухирців газу у морській товщі за даними роботи [8] дорівнює 0,25м/с, а i - кут відхилення потоку пухирців газу у і-ому шарі води від вертикалі. З формули (1) видно, що значення зносу пухирців газу від місця виверження з дна моря прямо пропорційне часу підйому пухирців газу в межах відповідного шару і швидкості течії в ньому. Швидкість підйому буя у воді у загальному випадку відрізняється від швидкості підйому пухирців газу. Тому необхідно заздалегідь експериментально визначити швидкість підйому (спливання) буя  VБУЯ по вертикалі. Ці дослідження виконують за допомогою гідроакустичного методу у інтервалі глибин моря з малими швидкостями течій. Швидкість спливання буя обчислюють за формулою: Н  VБУЯ  (3), Т де Н і Т - відповідно потужність інтервалу морської товщі, в якому проводять виміри, і час спливання буя у ньому. Знос буя у водній товщі, яка містить N шарів, визначають за формулою: N XБУЯ   TБУЯ, і  Vi i1 де Vi - швидкість течії у i-ому шарі товщі моря, а TБУЯ, і - час підйому буя у i-ому шарі може бути обчислений за формулою: TБУЯ, і  Ні (4), (5),  cos i VБУЯ  де VБУЯ - швидкість підйому буя у морській товщі обчислюється за формулою (3), а  i - кут відхилення напряму підйому буя від вертикалі у іому шарі води. З формул (2) і (5) можна отримати формулу для часу спливання буя з урахуванням його відхилення від вертикалі: TГАЗУ , і  TБУЯ, і  VБУЯ cos i  VГАЗУ cos i , (6). За умови невеликої різниці у кутах відхилення від вертикалі потоку пухирців газу ( i ) і спливаючого буя (  i ), отримаємо наближену формулу: TГАЗУ , і  TБУЯ, і (1), - швидкість течії у i -ому шарі товщі шарі обчислюють за формулою: Hi TГАЗУ , і   cos i VГАЗУ 6  VБУЯ  VГАЗУ (7). Оскільки швидкості спливання буя (за однакових розмірах внутрішньої камери) і потоку пухирців газу відрізняються між собою, кожна з них є постійною у різних шарах товщі моря, то на основі формул (1) і (7) отримують значення зносу для потоку пухирців газу за значенням зносу спливаючого буя вздовж осей координат X і Y : XГАЗУ  XБУЯ YГАЗУ  YБУЯ  VБУЯ  VГАЗУ (8),  VБУЯ (9).  VГАЗУ На Фіг.2 показана тривимірна модель зносу потоку пухирців газу під час їх спливання з дна до поверхні моря. Значення швидкості спливання буя  VБУЯ використовується для обчислення поправо чного коефіцієнта K ЗНОСУ зносу пухирців газу за даними зносу буя. Послідовність процедур, які виконують при реалізації способу, представлена блок-схемою, наведеною на Фіг.3. Перший етап (1) включає супутникові зйомки у тепловому діапазоні електромагнітних хвиль. Другий етап (2) включає реєстрацію і обробку супутникових зображень моря у тепловому діапазоні і виявлення аномалій пониження температур у період часу із сприятливою гідрометеорологічною ситуацією (стабільність напрямку і швидкості течій у водній товщі) [6]. Стан гідрометеорологічної стабільності встановлюють за стабільністю структури поля температур на супутникових зображеннях із часом. Третій етап (3) включає вибір місця (за виявленими аномаліями пониження температур) і часу занурення буя на дно моря, синхронізованого із часом супутникових зйомок. Для забезпечення ефективності способу оцінки зносу за допомогою спливаючого буя використовують інтервал часу 7 ( TСТАБІЛЬНОС ТІ ) із стабільними параметрами циркуляції вод (напрями і швидкості течій) в районі пошуків покладів газу (Фіг.4). Значення TСТАБІЛЬНОС ТІ залежить від зміни швидкості і напрямів течій. Необхідно щоб різниця у часі супутникових зйомок, часі занурення і спливання буя була не більше періоду стабільності параметрів течій у шарах морської товщі (Фіг.4). При виконанні цієї умови параметри зносу потоку пухирців газу, обчислені за даними занурення і спливання буя, є близькими до тих, які мали місце під час супутникових зйомок. На Фіг.4 представлено приклад, коли час супутникових зйомок, час занурення і час спливання буя на поверхню моря знаходяться в межах інтервалу стабільності параметрів течій [6]. Слід зазначити, що місце занурення буя повинно знаходитись в районі ділянки пошуку покладів газу. Допустиму різницю в глибинах моря у точках виверження пухирців газу і занурення спливаючого буя визначають з урахуванням швидкості течій у придонному шарі та допустимої похибки у зносі потоку пухирців газу. При дотриманні цих умов дані про знос буя течіями можуть бути використані для врахування зносу потоку пухирців газу. На Фіг.5а показано приклад занурення буя на дно моря за допомогою спеціального вантажу у точку з координатами X1, У1 , а на Фіг.5б - етап спливання і знос буя течіями у точку з координатами X2, У 2 в момент спливання буя на поверхню моря. Четвертий етап (4) - визначення координат буя в момент часу після його спливання на поверхню моря (за даними GPS [8]), обчислення зносу буя і за ним зносу пухирців газу з урахуванням різниці у швидкостях спливання пухирців газу. За даними роботи [10] швидкість спливання пухирців газу залежить від їх радіуса і більшість з них мають швидкість підйому (спливання) близько 0,25м/с. Швидкість спливання буя, яка залежить від його плавучості, визначають за формулою (3). П'ятий етап (5) включає корекцію контурів аномалії пониження температур поверхні моря і винесення її на спеціальне зображення для накопичення фрагментів зображень, зареєстрованих за даними супутникових зйомок у тепловому діапазоні електромагнітних хвиль. Скоректовані контури аномалії пониження температур поверхні моря обчислюють з використанням формул (8) і (9): Х АНОМАЛІЇ  Х  ХГАЗУ (10), YАНОМАЛІЇ  Y  YГАЗУ (11). Ці поправки вносять у значення координат контуру супутникової аномалії пониження температур поверхні моря. 94322 8 Шостий етап (6) включає обчислення карти щільності аномалій пониження температур в районі пошуків і винесення її на карту прогнозу покладів газу. Застосування запропонованого способу врахування зносу течіями пухирців газу дозволяє підвищити точність визначення місцеположення вивержень газу з дна моря, пов'язаних з покладами газу і збільшити коефіцієнт успішності пошуковорозвідувальних робіт на родовища газу на морі. Посилання: 1. Шнюков Е.Ф., Пасынков А.А., Клещенко С.А. и др. Газовые факелы на дне Черного моря. – Киев.: ОМГОР НАН Украины, 1999. - 134с. 2. Шнюков Е.Ф., Пасынков А.А., Клещенко С.А., Кутний В.А. Крупнейший газовый фонтан Черноморской впадины. Геофизический журнал. №2, 2003, Т.25. С.170-176. 3. Тимошин Ю.В., Семенова С.Г. Спосіб пошуку покладів вуглеводнів сейсморозвідкою. Патент України №21783. Опис до патенту на винахід, 1993р. -12с. 4. Демидов В.А., Кузьмин Ю.А. Способ оценки перспектив нефтегазоносности №423920. Описание изобретения к авт.свидетельству. Опубл. 5.09.74.- 6с. 5. Воробйов А.І., Лялько В.І., Попов М.О. Спосіб пошуку нафтогазоносних об'єктів на морському шельфі. Патент України №77811. Зареєстровано 15 січня 2007р. 6. Блатов А.С., Иванов В.А. Гидрология и гидродинамика шельфовой зоны Черного моря. МГИ. - К.: Наукова думка, 1992.- 244с. 7. Middle East Technical University Profiling Drifters. http://flux.ocean.washington.edu/metu/info/generalinfo.shtml. 8. Дорофеев В.Л., Коротаев Г.К. Валидация результатов циркуляции Черного моря на основе данных всплывающих буев // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа. Сб. научных трудов МГИ НАНУ. 2004. вып. 11. Севастополь. - С.63-74. 9. Ратнер Ю.Б., Баянкина Т.М. Сопоставление величин поверхностной температуры, полученных по модели динамики Черного моря и данным дрифтеров в марте-августе 2003г. // Сб. науч. трудов МГИ. Дистанционное зондирование морских стстем. Вып. 11. 2004. - С.51-62. 10. Любицкий А.А. Гидроакустические исследования явлений активного газовыделения в северо-западной части Черного моря // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа. Сб. науч. трудов. Вып. 9.- Севастополь. - 2003.С.226-240. 9 94322 10 11 Комп’ютерна верстка Н. Лиcенко 94322 Підписне 12 Тираж 23 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601