Спосіб виявлення покладів газу на морі з урахуванням зміщення течіями супутникових аномалій пониження температур поверхні моря

Реферат: Винахід належить до області пошуків покладів газу на морі. За способом виявлення покладів газу на морі з урахуванням зміщення течіями супутникових аномалій пониження температур поверхні моря вибирають район пошукових робіт та періоди часу, сприятливі для проведення пошукових досліджень з урахуванням даних метеорологічних спостережень. За супутниковими зйомками підбирають для вибраних періодів часу і району пошукових робіт космічні знімки (КЗ) теплового діапазону без хмарності та з однорідним полем температур поверхні моря. Обчислюють для дат і часу кожного з КЗ тривимірні моделі циркуляції моря, за якими для кожного шару і точки моделі визначають напрямки і швидкості течій. Згідно з винаходом, на кожному відібраному КЗ теплового діапазону виділяють прямокутну область моря з одними і тими ж координатами кутів ділянки пошукових робіт, обчислюють для зазначеної ділянки карту абсолютних температур, проектують її на глибину дна моря з урахуванням напрямків і швидкостей течій, визначених за моделями циркуляції моря. Підсумовують карти абсолютних температур для кожного КЗ та визначають усереднену карту абсолютних температур, на ній виділяють аномалію пониження температур, яку ідентифікують як контур ділянки виділення газу на дні моря, і за ним прогнозують положення глибинного покладу газу. Спосіб забезпечує за рахунок зменшення рівня завад підвищення ефективності та надійності виявлення глибинних покладів газу. UA 107124 C2 (12) UA 107124 C2 UA 107124 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до області пошуків покладів газу на морі. У способі, що пропонується для прогнозу покладів газу з використанням космічних знімків (КЗ) моря у тепловому діапазоні, визначають і враховують зміщення течіями супутникових аномалій пониження температур відносно положення вивержень газу з дна моря шляхом обчислення для дат космічних зйомок моделей циркуляції моря, напрямків і швидкостей течій. Висока вартість глибокого буріння на морі обумовлює необхідність підвищення ефективності існуючої методики пошуку покладів нафти і газу, в тому числі з використанням супутникових способів. Використання супутникових методів для пошуку покладів метану базується на виявленні аномалій пониження температури (АПТ) верхнього шару моря, пов'язаних з виверженнями бульбашок газу з дна моря і спливанням їх до поверхні моря. При цьому відбувається процес газліфтингу - винос з дна до поверхні моря холодних придонних вод, що приводить до утворення АПТ поверхні 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, що дозволяє виявляти ділянки для постановки детальних геофізичних робіт. З метою забезпечення ефективності виявлення виділень газу вибирають літній період часу, сприятливий як з точки зору більш простих і стабільних у часі моделей циркуляції морської товщі, так і більш сприятливий для фіксування контрасту фонових та аномальних температур. Період часу для проведення робіт на заданій площі пошуку покладів газу вибирають з урахуванням даних метеорологічних спостережень у вибраний період літнього сезону у попередні роки і прогнозу погоди в поточний рік. У товщі моря діють течії, напрям і швидкості яких змінюються в залежності від часу, глибини і географічного положення ділянки моря [1-3]. 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 [2, 3]. У глибоководній частині Чорного моря швидкості течій становлять 5-15 см/с і зменшуються з глибиною [2]. Течії у товщі моря приводять до зміщення АПТ поверхні моря відносно ділянки виверження метану за рахунок зносу бульбашок газу при їх спливанні з дна до поверхні моря. За результатами досліджень [1] 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 [1]. При середній швидкості спливання бульбашок газу 0.2 м/с для підйому їх з глибини 1200 м до поверхні моря необхідно 6000 с. У разі одношарової моделі моря і швидкості течії у ній 0.2 м/с зміщення місця спливання бульбашок газу на поверхню моря відносно місця їх виділення з дна моря становитиме 1200 м. Ці обчислення свідчать про значні зміщення АПТ відносно місця виверження газу при наявності течій у морській товщі. На даному етапі для пошуку покладів нафти і газу використовують в основному матеріали зйомок у тепловому діапазоні супутників NOAA, AQUA (або TERRA) і ASTER [3]. Звичайно, для підвищення ефективності виявлення аномалій пониження температур (АПТ) поверхні моря КЗ вибирають без хмарності в атмосфері, а також з максимально однорідним регіональним полем температури моря (відсутні вихорі на поверхні моря), проводять обчислення і сегментацію карт температур, які отримують з використанням спеціально розроблених алгоритмів і програм [3]. Способи [4-6] є аналогами для способу, що пропонується, тому, що у них використовують багатократні зйомки ділянок пошукових робіт і обробки КЗ для підвищення відношення сигнал/завада і надійності виділення аномалій пониження температур поверхні моря, які пов'язані з глибинними покладами вуглеводнів. Всі ці способи детально описані в монографії [7]. У способі [4] ("Спосіб пошуку нафтогазоносних об'єктів на морському шельфі") враховують зміщення місця виверження газу на дні моря відносно положення глибинних покладів газу шляхом визначення нахилу розломних зон, вздовж яких відбувається міграція геофлюїдів з глибинних покладів до дна моря [4]. Величину зміщення АПТ відносно положення глибинного покладу у цьому способі визначають з врахуванням кутів нахилу розломних зон в межах верхньої і нижньої частини осадової товщі, які залягають над покладом газу. Кути нахилу розломних зон визначають за сейсмоакустичними і сейсмічними розрізами [4]. Недоліком способу [4] є те, що в ньому не враховують зміщення течіями АПТ поверхні моря відносно місця виверження газу на дні моря. "Спосіб виявлення нафтогазоперспективних ділянок на морському шельфі" [5] включає такі етапи: спочатку одержують комплект різночасових КЗ теплового діапазону одного і того ж району морського шельфу, кожний КЗ перераховують на температурне поле, на якому 1 UA 107124 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 виявляють статистичні аномалії пониження температури, після чого здійснюють накопичення і аналіз часового ряду виявлених температурних аномалій, серед них відбирають такі, що задовольняють умові регулярної відтворюваності, а відповідні їм ділянки шельфу ідентифікують як нафтогазоперспективні та рекомендують для подальших пошукових робіт на шельфі. Спосіб [5] має той недолік, що аномалії пониження температур виділяють по вхідних КЗ, отримують ряд температурних аномалій, а потім їх обробляють. На думку авторів способу, що пропонується, спочатку необхідно накопичити КЗ, а потім виявляти температурну аномалію. Таким чином, основним недоліком способів [4, 5] є те, що у них не враховують зміщення аномалій температур течіями у морській товщі відносно місця виверження газу на дні моря. Як показано вище, це може призводити до значних похибок у визначенні положення глибинних покладів вуглеводнів. Найбільш близьким до способу, що пропонується, є "Спосіб пошуку покладів газу на морі" [6], який візьмемо як прототип. В цьому способі для визначення зміщення АПТ відносно місця виверження газу з дна моря у період проведення пошукових робіт з використанням супутникових зйомок у тепловому діапазоні, застосовують спеціальний спливаючий буй. За допомогою цього буя моделюють процес спливання і зносу течіями бульбашок газу з дна до поверхні моря. При вимірах зносу цього буя течіями його скидають з судна і занурюють на дно моря у точці із заданими географічними координатами ділянки пошуку покладів газу, а потім дають команду на спливання, яка може виконуватись з використанням гідроакустичного розмикача [2]. У способі [6] на центр обробки даних передають інформацію про географічні координати точки занурення буя у задану точку дна моря і точки на поверхні моря в момент спливання буя. 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 і визначають координати ділянки виділення газів (ДВГ) з дна моря, яку виносять на географічно прив'язану карту геологічних структур. Таким чином, інтегральне зміщення АПТ визначають не маючи інформацію про напрямки і швидкості течій у шарах морської товщі. Серед основних недоліків прототипу слід відзначити такі: - необхідність виявляти контури АПТ на кожному КЗ, зареєстрованому у тепловому діапазоні. При малих об'ємах виділення газу з дна моря АПТ можуть не виділятись на КЗ з фоном випадкових завад. - прототип дозволяє визначати поправки за зміщення АПТ для матеріалів зйомок тільки у час використання буя і в період стабільності моделі циркуляції після його спливання; - для застосування способу необхідні спеціальні витрати, які включають витрати на розробку, виготовлення буя і оренду судна, яке використовують при проведенні експедиційних робіт. Задачею запропонованого способу є підвищення ефективності та надійності виявлення глибинних покладів газу за рахунок зменшення рівня завад та з урахуванням зміщення течіями супутникових аномалій пониження температур поверхні моря. Поставлена задача вирішується тим, що в способі виявлення покладів газу на морі з урахуванням зміщення течіями супутникових аномалій пониження температур поверхні моря, за яким вибирають район пошукових робіт та періоди часу, сприятливі для проведення пошукових досліджень з урахуванням даних метеорологічних спостережень, і за супутниковими зйомками підбирають для вибраних періодів часу і району пошукових робіт космічні знімки (КЗ) теплового діапазону без хмарності та з однорідним полем температур поверхні моря, обчислюють для дат і часу кожного з КЗ тривимірні моделі циркуляції моря, за якими для кожного шару і точки моделі визначають напрямки і швидкості течій, згідно з винаходом, на кожному відібраному КЗ теплового діапазону виділяють прямокутну область моря з одними і тими ж координатами кутів ділянки пошукових робіт, обчислюють для зазначеної ділянки карту абсолютних температур, проектують її на глибину дна моря з урахуванням напрямків і швидкостей течій, визначених за моделями циркуляції моря, підсумовують карти абсолютних температур для кожного КЗ та визначають усереднену карту абсолютних температур, на ній виділяють аномалію пониження температур, яку ідентифікують як контур ділянки виділення газу на дні моря, і за ним прогнозують положення глибинного покладу газу. У запропонованому способі спочатку за метеорологічними даними визначають періоди часу сприятливі для проведення пошукових досліджень з використанням супутникових методів, відбирають для вибраних періодів часу і району пошукових робіт КЗ теплового діапазону без хмарності. Для кожної дати зйомок на КЗ виділяють прямокутну область моря, для якої обчислюють моделі циркуляції і відповідні параметри швидкості течій, задають географічними координатами 2 UA 107124 C2 5 10 кутів області пошукових робіт. При цьому задають рік, місяць, дату, і час обчислення, а також кількість і товщину кожного з шарів моделі циркуляції. Моделі циркуляції морської товщі обчислюють на основі квазіоперативного моніторингу гідрофізичних полів моря, який включає виміри альтиметрії поверхні моря, напруги тертя вітру і температури поверхні моря [8]. Для заданої прямокутної ділянки для кожного КЗ обчислюють карту абсолютних температур (КАТ). Зміщення пікселів для кожної карти визначають за значеннями напрямків і швидкостей течій, які обчислюють за параметрами відповідної моделі циркуляції. Загальний знос течіями бульбашок газу при їх спливанні з дна до поверхні моря дорівнює сумі зносів у кожному з N шарів морської товщі. Для двовимірної моделі морської товщі загальний знос потоку бульбашок газу відносно місця виділення газу на дні моря визначають за формулами [7]: ГАЗУ   n  ГАЗУ ,n  V , n 1  (1)  n YГАЗУ  ГАЗУ ,n  VY , n 1 15 n n де V , VY - східна і північна компоненти швидкості течії у n-ому шарі товщі моря в напрямку координатних осей x, y відповідно, а ΔТГАЗУ, n - час спливання бульбашок газу у n-ому шарі, який обчислюють за формулою: ГАЗУ ,n  20 25 30 n , n VZ (2) n де Нn - потужність n-го шару, a VZ - швидкість спливання бульбашок газу у морській товщі, яка за даними роботи [1] залежить від радіуса бульбашок газу. У запропонованому способі значення повного вектора спливання бульбашок газу у кожному шарі обчислюють як суму горизонтальних компонент швидкості течій Vx і Vy, а також вертикальної компоненти швидкості підйому бульбашок газу Vz. Для тривимірної моделі циркуляції повний вектор швидкості у n-ому шарі моря дорівнює: n n n n VS  V i  VY j  VZ k, (3) де i , j , k - одиничні вектори в напрямку координатних вісей x, y, z відповідно. Для обчислення зміщення АПТ відносно ділянки виділення газу на дні моря у способі використовують інформацію про напрямки і швидкості течій з сайту [8, 9], визначених за моделями циркуляції, обчисленими для дат зйомок КЗ теплового діапазону: - northward_sea_water_velocity.dat - для північної компоненти швидкості течій; - eastward_sea_water_velocity.dat - для східної компоненти швидкості течій. Зміщення за рахунок течій положення пікселів супутникових зображень теплового діапазону відносно відповідної точки дна моря обчислюють за формулами: 35  n      Vx n , (4) n 1  n Y    Vy n , (5) n 1 n 40 n n де T =H /VZ У запропонованому способі з використанням напрямків і швидкостей течій, визначених за моделями циркуляції моря, проектують карти абсолютних температур на глибину дна моря, і таким чином враховують зміщення АПТ відносно місяця виверження газу з дна моря за рахунок зносу бульбашок газу при їх спливанні на поверхню моря. 3 UA 107124 C2 Підсумовування N карт абсолютних температур і нормування результативних значень КАТ 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 шляхом ділення дозволяє зменшити рівень завад у  раз [3]. Це дозволяє підвищити надійність виявлення на нормованій карті абсолютних температур контуру аномалії пониження температур, який ідентифікують як контур виверження газу на дні моря. Для контролю проміжних результатів за формулами (4) і (5) обчислюють векторні карти течій і зносу бульбашок газу (фіг. 1 і фіг. 2), виводять їх на екран монітора для аналізу. На фіг. 1 наведено векторні карти течій для двох шарів (0-2.5 м і 87.5-100 м) для моделі циркуляції, обчисленої для північно-східної частини Чорного моря на 10 липня 2012 року (час 12:00). Довжина векторів на цих картах відображає значення швидкості, а азімут - напрямок течії. На фіг. 2 представлено векторну карту зміщення АПТ для зазначеного регіону, визначених за швидкостями течій моделі циркуляції, обчисленої на 27 липня 2012 року. Довжина вектора відображає величину, а азімут - напрямок зміщення. На фіг. 3 – блок-схема етапів способу виявлення покладів газу з урахуванням зміщення течіями аномалій пониження температур. Проекцію значень карти абсолютних температур на дно моря виконують з урахуванням напрямків і швидкостей течій у шарах моря, які визначають за моделями циркуляції. Після цього проводять підсумовування карт абсолютних температур. Після завершення підсумовування карт абсолютних температур виконують нормування значень накопиченої карти шляхом ділення на кількість накопичених КЗ. Виконана обробка КЗ дозволяє враховувати зміщення аномалії пониження температур відносно контуру виділення газу, а також зменшити вплив випадкових завад і підвищити ефективність виділення контуру ДВГ на нормованій карті абсолютних температур. Зважаючи на високу вартість подальших детальних пошукових геофізичних і бурових робіт, необхідно проводити перевірку виявленого контуру ДВГ. Цей етап робіт може бути ефективно виконаний за допомогою гідроакустичного профілювання, який дозволяє виявляти виверження газу з дна моря. У разі позитивних результатів перевірки виконують прогноз положення покладів метану на основі комплексної інтерпретації супутникової і геолого-геофізичної інформації. Запропонований спосіб включає етапи, які показано на блок-схемі фіг. 3: 1 - Вибір за метеорологічними даними про погоду (висота хвиль моря, швидкість вітру, хмарність) періодів часу, сприятливих для проведення пошукових досліджень з використанням супутникових даних. Значна швидкість і зміна напрямку вітру впливає на швидкість течій у верхньому шарі моря. Тому необхідно враховувати ці метеорологічні параметри, які виміряють за допомогою скаттерометрів [2]. Для підвищення надійності виявлення АПТ, пов'язаних з глибинними покладами газу, необхідно вибирати періоди часу для супутникових зйомок з мінімальним рівнем хмарності. 2 - Відбір для вибраних періодів часу і району пошукових робіт КЗ теплового діапазону без хмарності та з однорідним полем температур поверхні моря (без вихорів). Цей етап необхідно виконувати на основі візуального аналізу КЗ. 3 - Обчислення для кожного відібраного КЗ теплового діапазону карти абсолютних температур (КАТ) поверхні моря [3]. 4 - Обчислення тривимірних моделей циркуляції для заданої області моря, кожної дати і часу зйомок відібраних КЗ виконують з використанням системи моніторингу гідрофізичних полів моря [8] і їх замовлення з сайту [9]. 5 - Обчислення за тривимірними моделями циркуляції напрямків і швидкостей течій для кожної точки всіх шарів заданої області моря і їх контроль (виведення у вигляді графіків і карт). 6 - Обчислення проекції карт абсолютних температур з врахуванням обчислених напрямків і швидкостей течій проводять на глибину дна моря з використанням формул (4) і (5). 7 - Підсумовування і нормування КАТ дозволяє отримати одну карту з більш високим рівнем корисного сигналу ніж на вхідних КЗ. 8 - Проводять виявлення на нормованій карті АПТ аномалій пониження температури, яку ідентифікують як контур виділення газу (КВГ) на дні моря, шляхом візуального аналізу експертом, або з використанням алгоритмів наведених у монографіях [3] і [7]. 9 - Перевірку КВГ проводять за даними методу гідроакустичного профілювання, який має високу ефективність при виявленні вивержень газу з дна моря [1,2]. 10 - Прогноз положення покладів метану проводять на основі аналізу та комплексної інтерпретації карт контурів виділення газу з використанням даних гідроакустичного профілювання і геолого-геофізичної інформації (сейсмічні і сейсмоакустичні розрізи та структурні карти) [4]. 4 UA 107124 C2 5 10 15 20 25 30 Виконання наведених вище етапів дозволяє підвищити ефективність супутникової технології при виявленні покладів газу на морі у порівнянні з наведеними вище аналогами і прототипом. За рахунок врахування зміщення АПТ течіями і накопичення карт температур запропонований спосіб дозволяє зменшити рівень завад і підвищити надійність виявлення контурів ДВГ на дні моря, за якими прогнозують положення глибинних покладів газу. Джерела інформації: 1. 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. 2. Океанология: средства и методы океанологических исследований/ Смирнов Г.В., Еремеев В.Н., Агеев М.Д., Коротаев Г.К., Ястребов B.C., Мотыжев СВ.; Междунар. ассоц. акад. наук; РАН; Нац. акад. наук Украины.- М.: Наука, 2005.- 795 с. 3. Багатоспектральні методи дистанційного зондування Землі в задачах природокористування. За редакцією В.І. Лялька і М.О. Попова. Київ, Наукова думка, 2006. - 357 с 4. 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. 5. 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. 6. Воробйов А.І., Лялько В.І. Спосіб пошуку покладів газу на морі. Патент України на винахід № 94322. Бюлетень № 8 від 26.04.2011 р. 7. Спутниковые методы поиска полезных ископаемых // Под ред. акад. НАН Украины В.И. Лялько В.И. и д-ра техн. наук М.А.Попова. Киев: Карбон-Лтд. 2012.-436 с. 8. Дорофеев В.Л., Коротаев Г.К., Мартынов М.В., Ратнер Ю.Б. Система мониторинга гидрофизических полей Черного моря // Екологічна безпека прибережної і шельфової зон та комплексне використання ресурсів шельфу: 36. наук, праць. Вип. 11/ НАН України, МГІ, ІГН,ОФ ІнБЮМ, Редкол.: Іванов В.О. (гол. ред) і інші. - Севастополь, 2004.- С.268. 9. http://www.myocean.eu ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 35 40 45 Спосіб виявлення покладів газу на морі з урахуванням зміщення течіями супутникових аномалій пониження температур поверхні моря, за яким вибирають район пошукових робіт та періоди часу, сприятливі для проведення пошукових досліджень з урахуванням даних метеорологічних спостережень, і за супутниковими зйомками підбирають для вибраних періодів часу і району пошукових робіт космічні знімки (КЗ) теплового діапазону без хмарності та з однорідним полем температур поверхні моря, обчислюють для дат і часу кожного з КЗ тривимірні моделі циркуляції моря, за якими для кожного шару і точки моделі визначають напрямки і швидкості течій, який відрізняється тим, що на кожному відібраному КЗ теплового діапазону виділяють прямокутну область моря з одними і тими ж координатами кутів ділянки пошукових робіт, обчислюють для зазначеної ділянки карту абсолютних температур, проектують її на глибину дна моря з урахуванням напрямків і швидкостей течій, визначених за моделями циркуляції моря, підсумовують карти абсолютних температур для кожного КЗ та визначають усереднену карту абсолютних температур, на ній виділяють аномалію пониження температур, яку ідентифікують як контур ділянки виділення газу на дні моря, і за ним прогнозують положення глибинного покладу газу. 5 UA 107124 C2 6 UA 107124 C2 Комп’ютерна верстка М. Мацело 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 7