Особенности проведения полевых исследований на примере ОАО "Оренбургская геофизическая экспедиция"

Существенным фактором является то, что ФВД с микропроцессором 63В03 не может поддерживать значения "Регулировки фазы", отличные от нулевого, для режимов "Запись параметров" или "Запись значений". Детектор коррекции с микропроцессором Н-8 может поддерживать любые знчения параметров "Синхронизации фазы" в любом режиме записи сигнала. Это позволяет улучшить контроль за фазой в начале генерируемых сигналов, особенно в случае использования сервоклапана с модификацией DR.

Для обоих типов ФДК при первом возбуждении заданного сигнала система использует начальный сдвиг по времени, введенный с клавиатуры. Типичное значение сдвига по времени составляет 12 мс. Сигналы с обратным изменением частоты могут требовать несколько большего или меньшего начального сдвига по времени. Результат генерации сигнала запоминается в памяти, и эта информация используется для фазовой и временной коррекции при следующей генерации рассматриваемого сигнала. Эта операция называется предварительной установкой фазы. Предварительная установка фазы выполняется каждый раз после генерации сигнала, что дает возможность сразу начать возбуждение следующего сигнала с фазой, близкой к фазе опорного сигнала еще до начала процесса фазовой коррекции в реальном масштабе времени.

Версия 5 оборудования снабжена новым ФДК с микропроцессором Н-8. Мощность этого микропроцессора примерно в 30 раз больше мощности микропроцессора 63В03, что значительно улучшает контроль качества. Основным преимуществом является возможность вычисления мгновенного значения фазы (каждые 0,488 мс), а не одного в конце каждого окна. Это существенно снижает задержку в системе управления фазой выходного сигнала. Оценка фазы и ее коррекция начинаются сразу по достижении амплитуды опорного сигнала уровня 0,78 В. Микропроцессор определяет фазу опорного сигнала в момент превышения порога, а коррекция фазы начинается спустя один период сигнала. В режиме "Phase Lock Mode 0" фазовая коррекция производится один раз за период свип-сигнала. В режиме "Phase Lock Mode 1-4" в дополнение к этому корректирующая поправка запоминается в памяти аналогично тому, как это делается в детекторе коррекции, снабженном микропроцессором 63В03, за тем исключением, что это производится каждые 19 мс, что дает возможность использовать этот подход вплоть до частоты 52,6 Гц.

Для различных условий системы вибратор - грунт различные алгоритмы фазовой коррекции могут давать лучшие результаты. С целью оптимизации фазового контроля над энергией, генерируемой вибратором, пользователю предоставляется возможность менять фазовые соотношения между опорным сигналом в блоке управления и выходным сигналом вибратора, оставляя постоянными фазовые соотношения между сигналами, записываемыми сейсмостанцией. Это достигается путем изменения фазы опорного сигнала в блоке управления вибратором по сравнению с фазой опорного сигнала в генераторе сигналов, расположенном в сейсмостанции [13].

2.2.2 Анализ работы вибратора

Для измерения параметров работы гидравлического вибратора могут быть использованы различные методы. Эти методы включают использование системы независимых акселерометров, анализ подобия сигналов с помощью передачи их по радио или проводам, а также встроенную систему контроля качества. В каждом из этих методов для оценки параметров работы вибратора используются различные сигналы и различные алгоритмы обработки данных. Вследствие этих различий анализ фазы и амплитуды сигналов также различен. Эти различия обычно довольно незначительны, но они становятся заметными при высокой точности современного электронного блока управления вибратором.

Метод записи данных анализа подобия выходного сигнала с вибратора и опорного сигнала с использованием передачи данных по проводам (Wireline Similarities) в свое время был одним из основных методов. Теперь же он используется значительно реже. Анализ подобия сигналов может быть как простым, так и очень сложный в зависимости от программ, используемых для обработки данных. Для этого метода анализа качества работы вибратора обычно используется опорный сигнал, переданный по проводам и представляющий собой просто отфильтрованный истинный опорный сигнал с блока управления вибратором или генератора сигналов. Сравнение опорных сигналов с блока управления вибратором и генератора сигналов позволяет убедиться в том, что блок управления вибратором начал работать в нужный момент и генерирует правильный сигнал. В качестве анализируемого выходного сигнала используется сигнал, снимаемый с блока управления вибратором. С помощью клавиатуры оператор может выбрать, какой конкретно сигнал с блока управления будет взят для анализа. Наиболее часто используемым сигналом является сила воздействия на грунт, которая определяется как взвешенная сумма сигналов с акселерометров, установленных на плите и реактивной массе. Весовые коэффициенты пропорциональны весу плиты и реактивной массы. Получаемый сигнал усиливается так, чтобы амплитуда его достигала 5,12 В, когда генерируемая сила воздействия на грунт равняется введенному с клавиатуры полному прижимающему весу вибрационной установки. Оператор может также использовать другие сигналы для анализа. Взятый сигнал может быть передан на сейсмостанцию для анализа по радио, в этом случае он называется «выходной сигнал, переданный по радио». Чтобы произвести анализ фазы сигналов без искажений, генератор сигналов, расположенный на сейсмостанции, имитирует опорный сигнал, переданный по радио. Этот сигнал представляет собой сдвинутый по времени и отфильтрованный истинный опорный сигнал. Это делается с целью компенсации задержки и фильтрации сигнала при передаче его по радио на сейсмостанцию. В оборудовании, существовавшем до версии 5, эта задержка нередко отличалась от действительной, возникающей при передаче по радио. Версия 5 оборудования позволяет добиться желаемого совпадения задержек сигналов с помощью изменения соответствующих параметров с клавиатуры. Описываемый метод получил название "радиоанализ подобия сигналов" (Radio Similarities). Если выходной сигнал вибратора и опорный сигнал с генератора имеют заданные фазовые соотношения и если оборудование соответствующим образом настроено, то опорный и выходной сигналы, переданные по радио, должны иметь соответствующие фазовые соотношения в пределах спектра сейсмических сигналов. Это также справедливо и для сигналов, переданных по проводам, за исключением того, что не требует специальной настройки оборудования.

В систему анализа работы вибратора входит устройство «Vibrachek», которое широко применяется для измерения параметров работы вибратора. Обычно оно используется для анализа данных, переданных по радио, но может быть использовано и при их передаче по проводам. В устройстве «Vibrachek» используется алгоритм, в котором математически выделяется основная гармоника, а затем вычисляются фазовые соотношения между ней и опорным сигналом. В алгоритме предполагается, что опорный сигнал является чисто синусоидальной волной. В алгоритме вычисляются фазовые соотношения для каждого периода вплоть до частоты 8 Гц. Минимальное время для решения с достаточным разрешением - 125 мс. Для частот сигнала, больших 8 Гц, вычислительный процесс включает следующий период(ы), начинающийся в пределах окна размером в 125 мс, останавливаясь в конце первого периода сигнала за пределами окна. В этом случае окно будет расширено до конца периода действующего сигнала. В случае типичного сигнала максимальная длина окна составит 249 мс. Фаза, вычисленная в конце окна, представляет собой среднюю фазу по всем периодам, попавшим в это окно. В системе предусмотрена возможность самопроверок «Vibrachek». Ее результаты сравнивают с вычисленной погрешностью фазы выходного сигнала. В системе анализа предусмотрен ряд программ для оценки работы вибратора.

Программа SEROC - представляет собой программу, которая используется для анализа сигналов персональным компьютером (совместным с IBM). Эта программа обычно применяется для анализа данных, переданных по радио. С помощью этой программы возможно проведение различного типа обработки данных. В программе реализован тот же алгоритм, что и «Vibrachek», с той лишь разницей, что минимальное время подсчета 75 мс. Это позволяет получать оценки для каждого периода сигнала вплоть до частоты 13,33 Гц. Можно выбрать сглаживание, усредняющее результаты трех подсчетов для каждого участка.

Программа SEROC позволяет также анализировать результат взаимной корреляции сигналов. Применяя окно Хэмминга длиной ±0,5 с к функции взаимной корреляции получаем с помощью быстрого преобразования Фурье графики зависимости фазы и амплитуды от частоты. Шаг по частоте составляет 0,25 Гц. Максимальное разрешение получается для сигнала длительностью 4 с. Для такого сигнала получается график с шагом по частоте 0,12 Гц.

Программа FMETER - имеет возможности, похожие на возможности программы SEROC, и в ней используется тот же самый алгоритм. Значительным отличием этой программы является то, что для нее возможно использование независимых акселерометров. Сигналы от независимых акселерометров фильтруются системой измерения силы воздействия на грунт. Процесс фильтрации в этом случае такой же, как для основных акселерометров. Фильтруемый сигнал акселерометра усиливается и численно суммируется с помощью компьютера для синтеза сигнала воздействия на грунт. Эта программа позволяет также анализировать фазовые соотношения между опорным сигналом и движением плиты или реактивной массы. В качестве опорного сигнала может исполь¬зоваться как истинный сигнал, так и сигнал, переданный по проводам.

Система измерения силы воздействия на грунт осуществляет фильтрацию опорного сигнала, которая соответствует фильтрации выходных сигналов от акселерометров. Программа «Vibrasig» также позволяет строить графики параметров работы вибраторов, если в комплект электроники входит плата «Vibrasig». В программе предусмотрена корреляция выходного сигнала и опорного, переданного по проводам. Для таких сигналов не требуется проверять точность задания начального времени сигнала и правильность генерации сигнала. Шаг функции взаимной корреляции составляет 1,952 мс. Центральная часть корреляционной функции (127 байт) нормируется для того, чтобы максимально использовать разрядную сетку. Эти данные и другая информация по контролю качества, называемая PSS посылаются по радио в конце каждого сигнала IBM,совместимый компьютер, связанный с генератором сигналов, восстанавливает результат взаимной корреляции и строит графики фазы и амплитуды.

Данные, появляющиеся на экране компьютера во время работы программы «Vibrasig», представляют собой сигналы, полученные как с основных, так и с контрольных акселерометров. Сообщение об ошибке фазы в цифровом виде вычисляется с использованием сигналов с основных акселерометров. Опорный сигнал используется для корректировки фазы вибратора. График зависимости фазы строится по результатам корреляции между сигналами, полученными с контрольных акселерометров, и опорным сигналом, полученным по проводам. Это позволяет сравнивать фазы генерируемого свип-сигнала, рассчитанные на основе основных и контрольных акселерометров.

В ФДК с микропроцессором Н-8 в версии 5 оборудования для подсчета фазовой погрешности используется цифровая задержка опорного сигнала. Это означает, что сигналы, полученные с основных акселерометров, должны претерпеть линейный фазовый сдвиг, для чего и применяется фильтр Бесселя. Помимо обеспечения требуемого линейного фазового сдвига этот фильтр пропускает сигналы гораздо большие по частоте, чем фильтры, используемые для сигналов с основных акселерометров в более ранних моделях оборудования (по версии 5). Это позволяет осуществлять контроль за фазой свип-сигнала для более высоких частот.

При использовании контроля над пиковым уровнем амплитуды в версии 5 оборудования контрольная система показывает несколько меньшую амплитуду (особенно для высоких частот), чем основная система управления вибратором. Это объясняется тем, что фильтры сигналов, полученных с основных акселерометров, пропускают более высокие частоты (более 200 Гц) гораздо лучше, чем фильтры, используемые в текущей системе контроля за генерированием сигнала. Благодаря этому различию блок управления вибратором (VCE) может осуществлять более качественное поддержание уровня силы воздействия на грунт на высоких частотах, чем это может показать система контроля. Существуют два решения этой проблемы. Первое - это использовать возможность поддержания уровня силы на основной гармонике, пренебрегая высокочастотными искажениями выходного сигнала. Второе - использовать контрольные акселерометры и их систему фильтрации вместо основных для поддержания заданного уровня силы [9].

2.2.3 Контроль основной гармоники сигнала с ограничением величины пикового усилия на грунт

Первым широко используемым методом контроля за силой воздействия на грунт был способ контроля за максимальным выходным сигналом вибратора. Этот метод позволяет вибратору достигать максимальной выходной силы без нарушения контакта между землей и плитой. Однако он не обеспечивал прямого контроля за полезной сейсмической энергией вибратора. Полезной энергией мы называем энергию, которая содержится в центральной части корреляционной функции. Это энергия первой гармоники. Среднеквадратичный уровень силы часто является хорошей оценкой силы на первой гармонике и его легче измерить. При контроле за первой гармоникой или среднеквадратичным уровнем силы воздействия на грунт амплитуда выходного сигнала должна быть значительно снижена. В противном случае возникает нарушение между землей и плитой. Ее появление вызывает сильное увеличение искажений сейсмического сигнала и может также вызывать повреждение вибратора. Версия 5 электроники «Advance II» обеспечивает новый метод контроля за силой на основной гармонике сигнала с ограничением пиковых значений. Когда пиковый выходной сигнал превышает 90% от прижимающего веса вибратора, система автоматически снижает выходной сигнал с целью предотвращения нарушения связи. Указанный метод позволяет осуществлять контроль за полезной сейсмической энергией. При этом исключается возможность повреждения вибратора или искажения сейсмических записей из-за нарушения связи. В различных районах требуется установление различных уровней излучения вследствие различий в уровнях гармонических искажений силы воздействия на грунт из-за различных условий системы вибратор - грунт. Большинство сейсмических партий, использующих этот способ, осуществляют снижение пиковых значений силы на низких частотах (ниже 20 Гц), оставляя при этом обычный амплитудный контроль за силой на первой гармонике на высоких частотах. Такого рода решение зависит от степени искажения сигнала в конкретных условиях.

Выходной сигнал вибратора ограничен весом вибратора. Нарушение связи должно быть предотвращено. Лучшим способом контроля является предложенный метод контроля по первой гармонике сигнала совместно с ограничением пикового уровня силы. Этот метод контроля позволяет также предотвратить нарушение связи между землей и плитой.

Приведенные перечень оборудования для тестирования вибраторов и описание принципов его работы показывают, насколько большое внимание уделяется вопросам эксплуатации этих излучателей за рубежом. Не исключено, что именно возможность обеспечения качественной работы вибраторов и непрерывный контроль за их состоянием объясняют относительно большие объемы их применения в развитых капиталистических странах. Надежная работа вибраторов и хорошее соответствие между параметрами заданных и излучаемых в землю сигналов позволяют решать сложные задачи и получать материалы, не уступающие, а в ряде случаев превосходящие материалы взрывной сейсмики, с меньшей затратой средств и без вредного и разрушающего воздействия на окружающую среду.

Тем не менее, следует отметить, что возможности управления и тестирования вибраторов полностью не исчерпаны. Это связано с тем, что для анализа берутся сигналы, развиваемые датчиками, установленными на вибраторы. Если управление и анализ работы вибраторов проводить также с учетом сигналов от сейсмоприемников, установленных на профиле например, как в адаптируемой сейсморазведке), то это может дать дополнительный эффект, за счет выбора рабочих параметров вибраторов по сигналам с профиля с учетом решаемых задач и сейсмических условий [13].

2.2.4 Условия применения источников на Умиркинском лицензионном участке

Основные технические характеристики:

Расчётное усилие 22,880 тонн (50 400 lbs);

Усилие прижима плиты 20,154 тонн (45 310 lbs);

Диапазон частот 7 - 180 Hz;

Возбудитель вибрации Mertz M27C

Реактивная масса (RM) 3420 кг (7 540 lbs);

Опорная плита (BP) 1750 кг (3858 lbs), 2,70 м2;

Сервоклапан Atlas 200H & MOOG 760C928A & DrServovalve (Pelton)

Двигатель Detroit Diesel

Насос Sauer 20 model 227, 480 л/мин @ 2100об/мин;

Габариты 10,50 x 2,50 x 3,35 м;

Общая масса 21740 кг (47 890 lbs).

Вибратор "AMG P23/3/M27" (AMG, Франция) выполнен на специализированном самоходном колесном шасси с гидравлическим приводом. Рама цельная, неломающаяся.

На вибраторе установлен возбудитель вибрации M27P ("Mertz", USA). Вибрационное усилие прикладывается к центру плиты, а статическое усилие прижима - к её краям. Такое распределение усилий способствует проявлению изгибных свойств плиты, что отрицательно сказывается на точности и качестве излучения. Но, с другой стороны, статический прижим по краям обеспечивает возбудителю вибрации лучшую вертикальную устойчивость (например, в сравнении с вибраторами "Nomad 65").

Горизонтальная устойчивость плиты обеспечивается традиционным техническим решением - с помощью металлических продольных и поперечных тяг.

Компенсация веса реактивной массы осуществляется с помощью одной пневмоопоры, расположенной вверху.

2.2.4.1 Оценка характеристик излучения

Условия проведения испытаний и нагрузочные характеристики грунта.

Исследование характеристик излучения проведено по типовой методике:

- Работа вибраторов проверена в диапазоне частот от 8 до 100 Гц. Длительность свип-сигнала 12с, длительность начального и конечного конусов - 0,5с.

- Уровень мощности излучения изменялся от 40% до 80%, с приращением 10%.

- Для испытаний были подобраны две категории контрольных площадок с предельно отличными нагрузочными характеристиками, условно названные "жёсткий" грунт и "мягкий" грунт:

"Жёсткая" контрольная точка, с хорошими нагрузочными свойствами и с хорошим контактом плиты с поверхностью, подбирается особо тщательно - для того, чтобы создать для вибратора идеальные условия работы и позволить проявиться ему в полной мере. На этой точке вибратор проверяется в диапазоне до максимального уровня включительно. При этом оценивается изначальное качество вибрационного усилия, не искаженное ещё сложными поверхностными условиями, а также техническое состояние механизмов возбудителя вибрации. На реальном профиле такие точки встречаются редко.

"Мягкая" точка, наоборот, выбирается ближе к условиям реального профиля и с минимальными нагрузочными свойствами. На слабой нагрузке вибратору сложнее развивать заданное усилие. От него требуется больше энергетических затрат, поэтому на "мягком" грунте удается (в большинстве случаев) достичь предельных его возможностей и определить ограничивающие мощность факторы.

В обоих случаях точки подбираются с ровной поверхностью, обеспечивающей хороший контакт с плитой. Тем самым минимизируется влияние на результаты контроля дополнительных эффектов, связанных с неравномерностью контакта. Несомненно, неравномерность поверхности грунта играет важную роль при работе на реальном профиле, но в данный момент, когда интересуют только характеристики вибратора, их следует, по возможности, избегать.

Характеристики излучения

Пояснения к графикам:

Вибрационное усилие (Fundamental [Gf]) - амплитуда основной гармоники (полезная составляющая) сигнала вибрационного усилия воздействия на грунт (Ground Force). Задается в процентах (мощность излучения) относительно номинального усилия вибратора. В идеале должно быть равномерным во всем диапазоне частот (за исключением начального и конечного участков), и должно соответствовать заданному значению. Обеспечивается работой системы стабилизации усилия (Force Control).

Нелинейные искажения (All Distortion [Gf]) - полное содержание гармоник, характеризующее нелинейные искажения сигнала вибрационного усилия. Выражаются в процентах от величины основной гармоники. Зависит от конструкции возбудителя вибрации, нагрузочных характеристик грунта, качества контакта плиты с грунтом, настройки системы прижима и виброизоляции плиты. Значение должно быть минимальным. Полностью отсутствовать не могут. По частотному диапазону распределяются неравномерно. У вибратора имеются характерные (резонансные) частоты, на которых происходит увеличение нелинейных искажений.

Несимметрия (Evn Distortion [Gf]) - процентное содержание чётных гармоник.

Характеризует несимметричность сигнала вибрационного усилия. В идеале чётные гармоники должны отсутствовать полностью. Могут возникать из-за неточной компенсации веса реактивной массы, из-за недостаточного прижима плиты к поверхности грунта, из-за неровной поверхности в зоне контакта плиты с грунтом.

Фаза (Phase [Gf]) - фазовая характеристика сигнала вибрационного усилия.

Характеризует фазовое отклонение от опорного сигнала. Значение должно быть минимальным. Обеспечивается работой системы фазовой коррекции (Phase Control).

(ж.г.), (м.г.) ("жёсткий" грунт, "мягкий" грунт) - нагрузочная характеристика грунта, которая воспринимается возбудителем вибрации вибратора. Чем больше нагрузка (жёсткость), тем легче работать вибратору, тем меньше энергетических ресурсов требуется ему для обеспечения заданного усилия. "Мягкий" грунт (недостаточная нагрузка) может послужить причиной падения мощности излучения и неустойчивой работы вибратора. Другими словами, на "жёстком" грунте вибратор демонстрирует наилучшие свои характеристики, а реальные характеристики на профиле будут ближе к характеристикам на "мягком" грунте.

8-100ГЦ, 12c

Из полученных результатов следует:

Наибольшее усилие и наилучшая равномерность характеристик, как и ожидалось, получены при работе на "жёстком" грунте. Можно сказать, что уровень 80% выдерживают все вибраторы. Равномерность характеристик хорошая (что характерно для систем управления фирмы Pelton), следов от проявлений резонансов практически не видно. У вибратора №1 в районе 31 Гц виден небольшой провал усилия, связанный с дефицитом производительности насосной установки.

При работе на "мягком" грунте уровень 80% не выдерживает ни один вибратор. Провалы усилия имеют место в средней части свип-сигнала (40 Гц) и на высоких частотах (более 70-80 Гц). Некоторым вибраторам не под силу и уровень 60-70%. Таким образом, для работы на профиле может быть рекомендован уровень не более 50-60%.

При достижении ограничений мощности вибраторы продолжают работать стабильно, хотя уровень гармоник возрастает. Исключение составляет вибратор №1, у которого периодически возникают самовозбуждения при работе на "мягком" грунте. При мощности более 60% они возникают практически постоянно.

У вибратора №2 имеют место искажения сигнала на самых низких частотах. Предполагаемая причина - неисправность гидроцилиндра возбудителя вибрации.

Фаза

8-100ГЦ, 12с

"Жёсткий" грунт:

"Мягкий" грунт:

По фазовым характеристикам принципиальных замечаний нет. Повторяемость их и общие закономерности свидетельствуют о том, что акселерометры и система фазовой коррекции исправны и работают нормально. На "жёстком" грунте характеристики по-прежнему выглядят несколько лучше, чем на "мягком".

Наибольшая фазовая ошибка наблюдается в области основного резонанса вибратора (22-25 Гц). Погрешность, наблюдаемая на предварительных результатах, может быть минимизирована дополнительной настройкой после окончательного выбора рабочих параметров свип-сигнала. На сверке показаны окончательные результаты.

Основные резонансы вибратора

Резонансы, попадающие в рабочий диапазон частот, влияют на интенсивность излучения, а также усложняют работу систем амплитудной и фазовой коррекции.

Высокочастотные резонансы, лежащие вне рабочего диапазона частот свип-сигнала, не влияют на интенсивность излучения, но ухудшают качество сигнала, подчеркивая гармоники, частоты которых совпадают с резонансными частотами.

Основной резонанс вибратора наблюдается в районе 22-25 Гц. У вибраторов, оснащенных системой управления "VibPro" (Pelton), обнаружить проявление резонанса сложно, поскольку системы амплитудной и фазовой коррекции довольно хорошо справляются со своей работой, сглаживая амплитудные и фазовые неравномерности (в сравнении с системой управления "VE-464", Sercel). Тем не менее, на фазовой характеристике область основного резонанса просматривается довольно хорошо:

Таким образом, в районе 22-25 Гц следует ожидать максимальную эффективность излучения и некоторую неравномерность амплитудных и фазовых характеристик. Кроме того, этот резонанс усилит вторую гармонику свип-сигнала в районе 11-13 Гц и третью гармонику - в районе 7-8Гц. Высокочастотные резонансы хорошо просматриваются на двумерных спектральных графиках и графиках амплитудных спектров. Наиболее интенсивный из них расположен в области 170-190 Гц. Он оказывает существенное влияние на уровень гармоник свип-сигнала в районе 60 Гц (за счет усиления третьей гармоники) и в районе 90 Гц (за счет усиления второй гармоники).

Менее выражен резонанс в районе 90-115 Гц. Но, тем не менее, он также оказывает некоторое влияние на уровень гармоник и высокочастотного шума, повышая, например, третью гармонику в районе 34 Гц.

В районах 390 и 480 Гц имеются ещё два слабо выраженных резонанса, которые не оказывают существенного влияния на качество сигнала, но увеличивает его высокочастотный шум.

Индивидуальные особенности конструкции вибраторов и, в большей степени, различия в условиях их установки на грунте вносят некоторые отклонения в значения резонансных частот, однако общая закономерность сохраняется:

резонансом 22-25 Гц - самый низкочастотный резонанс, являющийся основным вибратора.

90-115 Гц - слабо выраженный высокочастотный резонанс, оказывающий заметное влияние на качество излучения в рабочем диапазоне частот.

170-190 Гц - наиболее устойчивый и наиболее добротный резонанс, оказывающий в нашем случае определяющее влияние на качество излучаемого сигнала.

390 и 480 Гц - слабо выраженные высокочастотные резонансы, не оказывающие существенного влияния на качество излучения.

2.2.4.2 Неисправности вибраторов

У вибратора №2 замечены признаки дефекта гидроцилиндра возбудителя вибрации, которые проявляются в нестабильной работе на низких частотах (7-10 Гц). Точнее говоря, дефект проявляется при больших амплитудах колебаний штока гидроцилиндра, которые имеют место именно на низких частотах, а также при работе на "мягком" грунте. Вне проблемного диапазона работа вибратора нормальная, без увеличенного уровня гармоник или высокочастотного шума.

Попытка сместить среднее положение реактивной массы от центра гидроцилиндра в расчете уйти от места возможного локального дефекта, положительного результата не дали. Имеется малая вероятность, что неисправность имеет место не в гидроцилиндре, а в сервоклапане ATLAS 200H. Однако отсутствие на тот момент запасного сервоклапана не дали возможность проверить это предположение. Но необходимость такой проверки была оговорена.

Было также замечено, что масло в гидросистеме быстро нагревается из-за некорректной работы вентилятора охладителя.

С учетом этих недостатков было рекомендовано этот вибратор держать запасным и использовать в крайних случаях.

У вибратора №1 была отмечена склонность к самовозбуждению при работе на мягких грунтах или на большой мощности:

Подозрение пало на сервоклапан MOOG, который имел начальные признаки износа (повышенное смещение нуля). Замена сервоклапана запасным дала явный эффект по мощности излучения. Но самовозбуждение полностью не устранилось, хотя и стало возникать реже.

В последствии выяснилось, что у вибратора №1 имеется ещё несколько недостатков, которые вполне могли быть причиной неудовлетворительной работы:

разряженные пневмогидроаккумуляторы;

недостаточная производительность насоса, приводящая к падению давления в гидросистеме во время свипа до 100 кгс/см2.

пониженное напряжение бортовой сети (из-за некорректной работы генератора подзарядки аккумуляторов);

Пневмогидроаккумуляторы были заряжены, хотя и не полностью (из-за недостатка азота). Генератор подзарядки требовал замены реле-регулятора. А причину падения давления выяснить не удалось. Вероятнее всего - это износ насоса.

Не смотря на наличие таких недостатков, вибратор не был забракован, поскольку развивал усилие не хуже, чем остальные вибраторы. Что касается его самовозбуждения, то частота их возникновения связана с мощностью и нагрузочными характеристиками грунта. Как часто и насколько сильно они будут мешать работе на профиле, будет зависеть от выбранного в ходе опытных работ режима. И установить это можно будет только в процессе работы.

Результат замены сервоклапана MOOG на вибраторе №1

"Жесткий" грунт: До замены: После замены:

У вибратора №4 замечено наличие субгармоник - спектральных составляющих, с частотами в целое число раз меньшими основной частоты. Субгармоники опасных тем, что они повышают уровень корреляционных шумов в области положительных времен (в области приема отражений). Причина их появления в данном конкретном случае специально не выяснялась, хотя, вероятнее всего, они связаны с боковыми (поперечными) колебаниями конструкции возбудителя вибрации. Явление это известно как "параметрический резонанс", возникновение которого провоцирует неровность поверхности грунта под плитой. В нашем случае резонансная частота параметрического резонанса около 20 Гц, и возникает он при частоте свипа в два раза большей - около 40 Гц:Это не дефект, а особенность (недостаток) конструкции возбудителя вибрации. Избежать его проявления можно только правильным выбором рабочей точки.

Следует отметить, что наиболее интенсивно он проявляется при работе на малой мощности (40-50%), а также на длинных свипах.

Специального выяснения, имеет ли место это явление на остальных вибраторах, проведено не было.

2.2.4.3 Проверка полярности виброкомплекса

Проверка полярности виброкомплекса производилась в соответствии с рекомендациями "Стандарта SEG о полярности" и включала в себя:

проверку качества опорного сигнала и полярности его подключения к служебному каналу сейсмостанции;

импульсный тест ("Tap-test") сейсмоприемника;

импульсный тест ("Tap-test") акселерометров вибратора;

регистрацию контрольных сигналов вибратора сейсмостанцией.

Проверка полярности подключения опорного сигнала к сейсмостанции. Проверка полярности подключения опорного сигнала производилась путем записи на служебный канал сейсмостанции опорного свип-сигнала от ESG с постоянной частотой 10Гц и начальной фазой 0 градусов.

Правильная полярность подтверждается тем, что положительная полуволна синусоиды (затемненная часть) начинается на записи в моменты времени, кратные 0,1 с:

Проверить качество опорного сигнала (наличие нелинейных искажений) по его автокорреляционной функции не представлялось возможным, по причине отсутствия на сейсмостанции необходимого программного обеспечения.

"Tap-test" сейсмоприемника

Для проверки использовалась одна, ранее протестированная по стандартной программе, группа сейсмоприёмников, подключенная штатным образом к одному из каналов сейсмической косы. Производилась запись сигнала при постукивании по корпусу сейсмоприемника сверху вниз.

При правильной полярности подключения записанный сигнал сейсмоприемника должен выглядеть как положительный импульс, что и подтвердилось полученной записью:

"Tap-test" акселерометров вибратора

Для записи сигналов акселерометров на сейсмостанцию использовался штатный сверочный кабель, с помощью которого опорный и выходной сигналы вибратора подключаются к двум рабочим каналам сейсмической косы. Поочередно производилась запись выходного сигнала вибратора при ударах по корпусу акселерометров реактивной массы и опорной плиты сверху вниз. При правильной полярности акселерометров сигналы GF на выходе блока должны иметь вид отрицательного импульса (справедливо только для Pelton), что и подтвердилось полученными записями:

Контроль полярности независимой аппаратурой

Подтверждено, что при контроле вибратора независимой системой контроля "Notebook VCA" (Pelton) сигнал усилия вибратора "Gf Vib" (Gf), зафиксированный внешними акселерометрами, и опорный сигнал вибратора "Ref Vib" (Ref) синфазны только при включенном переключателе "Neg. Polarity":Вывод:

Полярность виброкомплекса соответствует рекомендациям "Стандарта SEG о полярности". Vibroseis Polarity Code = 0011.

2.2.4.4 Проверка синхронности запуска

Контроль синхронности независимой аппаратурой

Проверка синхронности запуска вибраторов производилась путем прямого сравнения опорных сигналов синхронизирующего генератора сейсмостанции "Ref ESG" и запускаемого по радио вибратора "Ref VIB", подключенных к контрольной аппаратуре проводами.Сравнение и вычисление временной погрешности производилось по графику фазового сдвига "Phase [Ref Vib, Ref ESG]" между этими двумя сигналами. Пять последовательных запусков одного вибратора показали разброс значений не более ±5 мкс, что вполне соответствует заявленной аппаратурной погрешности (±25 мкс).

Сверка по проводам проведена без количественной оценки результатов, поскольку на сейсмостанции отсутствовала программа обработки контрольных сигналов и графического представления результатов. По записям на бумаге оценить синхронность возможно только визуально.

Сверка по радио

Радиоканал даёт достоверные результаты при значении параметра "Radio Similarity Delay" = 4200.

Контроль синхронности по радиоканалу, при положительных в целом результатах, выявил отклонения у вибратора №4:Причина, как оказалось, состояла в неисправности модулятора радиоканала блока управления: он обрезает нижнюю часть сигнала.



3. Опытные работы

Перед началом производственных работ МОГТ-3Д и 2Д выполнены опытные работы по уточнению параметров возбуждения на Умиркинском лицензионном участке.

Опытные работы с целью уточнения параметров СВИП-сигнала и количества накоплений проводились на профиле МОГТ-2Д и на участке МОГТ-3Д на 2 соседних пунктах возбуждения. Регистрация упругих колебаний производилась на полную расстановку сейсмоприемников. Тестирование параметров возбуждения на каждом ПВ проводилось в полном объёме, указанном в программе опытных работ.

3.1 Опытные работы на участке МОГТ-2Д

Условия производства опытных работ:

Приемная расстановка - 120 каналов, источник возбуждения - AMG Р23М27 (Sercel), группирование вибраторов - линейное. Опытные работы производились на профиле 101007-08 на пикетах 118 и 119. По полученным сейсмограммам в обрабатывающем комплексе «Geocluster 3100» рассчитывались амплитудно-частотные характеристики и отношение сигнал/помеха на удалении 1000-2000м в окне 900-1300 мс (рис. 3.1.1).

1. Выбор частотного диапазона СВИП-сигнала.

Выбор начальной частоты (Fнач.) СВИП-сигнала.

При длительности СВИП-сигнала 10 сек и FКОН 90 Гц опробовались начальные частоты: 8, 9, 10, 11, 12, 13 и 14 Гц. Следует отметить, что производитель виброисточников (Sercel) гарантирует стабильность работы возбудителя в диапазоне 7-180 Гц, т.е. СВИП-сигнал с FНАЧ <7 Гц не может быть использован применительно к данному источнику.

Провести выбор FНАЧ по полевым сейсмограммам (повальному выводу) не представилось возможным ввиду их идентичности и низкой прослеживаемости отражающих горизонтов. Поэтому выбор проводился на основании анализа амплитудно-частотных характеристик сейсмического сигнала (рис. 3.1.2). Анализ показал, что амплитуда сейсмических сигналов в районе средних частот различается незначительно, а в районе высоких частот амплитуда имеет одни и те же значения. Принято решение проводить работы с начальной частотой СВИП-сигнала 10 Гц.

Выбор конечной частоты (FКОН) СВИП-сигнала.

При длительности СВИП-сигнала 10 сек и начальной частоте 10 Гц опробовались конечные частоты: 60, 70, 80, 90 и 100 Гц. Анализ проводился по амплитудно-частотным характеристикам на удалениях 1000-2000м во временном окне 900-1300 мсек (рис. 3.1.3). АЧХ сигнала показывает увеличение амплитуды при более низкой частоте. С целью получения высокочастотного спектра выбран СВИП-сигнал с FКОН 90 Гц.

2. Выбор длительности СВИП-сигнала

С выбранными значениями FНАЧ = 10 Гц и FКОН = 90 Гц опробовались СВИП-сигналы длительностью 6, 8, 9, 10, 12, 14 сек. Анализировались амплитудно-частотные спектры принятых сигналов. По результатам полученных отношений сигнал/помеха отмечается увеличение параметра при длине 10с (рис. 3.1.4). Принято решение проводить работы с длиной СВИП-сигнала 10 сек.

3. Выбор количества накапливаемых воздействий

При выбранных параметрах частотного диапазона и длительности СВИП-сигнала опробовались 4, 6, 8, 10, 12, 14 накапливаемых воздействий (рис. 3.1.5). Решено применять 4-6 накапливаемых воздействий; при неблагоприятных погодных условиях увеличивать до 8.

Принято решение осуществлять отработку МОГТ-2Д с частотой СВИП-сигнала 10-90 Гц, длиной СВИП-сигнала 10с и числом накапливаемых воздействий 4-6, при необходимости увеличивать до 8.

Объем опытных работ на МОГТ-2Д составил 42 ф.н.



3.2 Опытные работы на участке МОГТ-3Д

Условия производства опытных работ.

Приемная расстановка - 120 каналов, регистрация осуществлялась на 6 линиях приема, источник возбуждения - AMG Р23М27 (Sercel), группирование вибраторов - линейное. Тестирование параметров производилось идентично опытным работам на профиле 2Д. Опытные работы проведены на западном участке МОГТ-3Д на ЛВ 126 (ПВ 510 и 511) в объеме 42 ф.н. По полученным сейсмограммам на удалениях 1000-2000м в окне 900-1300 мс в обрабатывающем комплексе «Geocluster» рассчитывались амплитудно-частотные характеристики полезного сигнала и отношение сигнал/помеха. Результаты опытных работ на участке МОГТ-3Д идентичны результатам опытных работ на профиле 101007-08.

Принято решение осуществлять отработку МОГТ-3Д идентично с отработкой МОГТ-2Д с частотой СВИП-сигнала 10-90 Гц, длиной СВИП-сигнала 10с и числом накапливаемых воздействий 6, при необходимости увеличивать до 8. Фрагмент сейсмограммы, полученной с выбранными параметрами СВИП-сигнала (рис. 3.2.1)

4 Характеристика волновой картины и корреляция отражающих горизонтов

Характеристика волновой картины представлена по сейсмическому материалу МОГТ-3Д и по профилям МОГТ-2Д, полученным в результате обработки по стандартному графу.

Непосредственно на площади работ нет скважин, вскрывших отложения фундамента. За пределами западного участка МОГТ-3Д расположены скважины 124 Ивановская и 330 Ново-Зубаревская, пробуренные со вскрытием фундамента. Данными скважинами вскрыты отложения додевонского терригенного комплекса, представленного породами рифейвендского возраста, мощность которых составляет 38м и 77м соответственно (вскрытая мощность скважиной 2 Ратчинской-99м), однако выполнить стратиграфическую привязку поверхности кристаллического фундамента по скважинам 124 и 330 не было возможности ввиду отсутствия сейсмокаротажа. По волновой картине сейсмического материала западного участка МОГТ-3Д можно предположить, что мощность додевонского комплекса не выдержана по площади. Наблюдаются участки резкого увеличения или сокращения мощности, предположительно, бавлинских отложений (рис. 4.1).

Отражение Дкв, сопоставляемое с поверхностью терригенных отложений койвенского горизонта эйфельского яруса среднего девона, в волновом поле характеризуется положительной фазой, на отдельных участках динамически слабовыраженное, уверенно прослеживается по всей площади (рис. 4.2-4.4). По отражающему горизонту Дкв наблюдаются зоны развития тектонических нарушений (граф. прил. 1).

Отражение Даф является, по-видимому, суммарным отражением от кровли пласта аргиллитов, расположенных в подошве воробъевских отложений, и кровли глинистых карбонатов афонинского горизонта. Данное отражение стратиграфически приурочено к кровле афонинского горизонта эйфельского яруса среднего девона. В волновом поле характеризуется положительной фазой, динамически хорошо выраженное, уверенно следится в волновом поле на восточном участке МОГТ-3Д и на центральном участке МОГТ-2Д. На западе центрального участка отмечается ухудшение прослеживаемости отражающего горизонта, что, предположительно, связано с выклиниванием пласта аргиллитов в подошве воробъевских отложений [14]. Отсутствие динамически выраженного отражения (рис. 4.4) не позволило выполнить корреляцию и структурные построения отражающего горизонта Даф на западном участке МОГТ-3Д, поэтому дополнительно к геологическому заданию выполнены структурные построения по отражающему горизонту Дард.

Отражение Дард, составляющее вместе с отражающим горизонтом Даф единое двухфазное отражение (рис. 4.2), сопоставляется с поверхностью терригенной пачки ардатовского горизонта живетского яруса среднего девона. Отражение в волновом поле характеризуется положительной фазой, динамически выраженное, уверенно следится по всей площади.

Отражение Дп, сопоставляемое с кровлей терригенных отложений пашийского горизонта франского яруса верхнего девона, в волновом поле характеризуется положительной фазой и уверенно следится на всей площади.

Выше по разрезу наблюдается положительная фаза, составляющая единое двухфазное отражение с Дп, сопоставляемая с кровлей пласта аргиллита кыновского возраста (рис. 4.5). В западной части восточного участка МОГТ-3Д появляется «клин» в виде слабой отрицательной фазы, что обусловлено изменением литологии, возможно, увеличением сноса терригенного материала в пониженную часть площади. На центральном и западном участках временная мощность появившейся фазы увеличивается.

Отражение Дфр, сопоставляемое с поверхностью терригенных отложений мендымского горизонта франского яруса верхнего девона, характеризуется в волновом поле положительной фазой, уверенно прослеженной по всей площади.

Отражение Т, сопоставляемое с кровлей известняков турнейского яруса нижнего карбона, характеризуется в волновом поле отрицательной фазой. Отражение динамически сильно выраженное, уверенно прослеживается по всей площади. Приуроченность Умиркинской площади по осадочному чехлу к северо-восточной части внешнего борта Муханово-Ероховского прогиба позволяет предположить распространение органогенных построек нижне-среднефаменского и заволжского возраста, что приводит к появлению структур облекания по кровле турнейского яруса и бобриковского горизонта (рис. 4.6).

Отражение У, сопоставляемое с кровлей терригенных отложений бобриковского горизонта визейского яруса нижнего карбона, характеризуется в волновом поле положительной фазой. Отражение динамически сильно выраженное, уверенно прослежено по всей площади. По данным бурения установлен визейский врез на Ибряевском месторождении. Однако проследить протяженные врезы в волновом поле не представилось возможным, вероятно, из-за малой мощности размыва. Наблюдаются многочисленные локальные микрограбены по отражающим горизонтам У и Т, приуроченные к зонам нарушенной сплошности среды (рис. 4.7).

Необходимо отметить, что по волновой картине на площади выделяются многочисленные тектонические нарушения различной амплитуды, проявившиеся в мезокайнозойское время (рис. 4.8). Качество прослеживания ОГ в зонах тектонических нарушений и в грабенах значительно ухудшается.

Отражение Кн2, сопоставляемое с кровлей филипповского горизонта кунгурского яруса, характеризуется положительной фазой. Отражение динамически слабовыраженное, корреляция его контролировалась по разрезам мгновенных фаз (рис. 4.9). Вероятно, к резким изменениям поведения отражающего горизонта привело наличие линз или прослоек ангидритов, имеющих высокую скорость распространения упругих колебаний.

Отражение Кн, сопоставляемое с кровлей иренского горизонта кунгурского яруса, характеризуется отрицательной фазой. Отражение слабое, следится неуверенно, корреляция контролировалась по разрезам мгновенных фаз (рис. 4.9). Верхняя часть иренского горизонта площади сложена солями, ниже которых расположены, в основном, ангидриты с прослоями доломитов, что объясняет наличие слоистости по волновой картине в нижней части иреньской толщи (рис. 4.10). На западе площади мощность солей уменьшается до полного исчезновения (скв. 151 Ивановской).



Заключение

Техническое состояние вибраторов в целом - удовлетворительное. Имеются серьёзные проблемы, к которым можно отнести дефект возбудителя вибрации вибратора №2 и склонность к самовозбуждению вибратора №1. Степень их проявления будет зависеть от выбранного режима работы.

Вибраторы проверены в диапазоне частот от 8 до 100 Гц при уровнях мощности излучения от 40 до 80%.

Наибольшее усилие и наилучшая равномерность характеристик, как и ожидалось, получены при работе на "жёстком" грунте. Уровень 80% (16 т) выдерживают все вибраторы. При работе на "мягком" грунте ограничения мощности наступают в средней и высокочастотной части свип-сигнала при уровнях выше 60-70%. В данных условиях рекомендуемый для профильных работ уровень может быть не более 50-60% (10-12 т).

Уровень гармоник на "жёстком" грунте ниже, чем на "мягком". На низких частотах он относительно стабилен и держится на уровне 25-30%. В районе 40 Гц локально возрастает до 40-50%. На "мягком" грунте появляются дополнительные области локального увеличения в районе 60 Гц и 100 Гц.

По фазовым характеристикам принципиальных замечаний нет. Наибольшая фазовая ошибка наблюдается в области основного резонанса вибратора (22-25 Гц).

Погрешность синхронности запуска вибраторов по радио - в пределах нормы.

Из-за отсутствия программного обеспечения проводная сверка возможна только с визуальным контролем. В качестве основного следует использовать ежедневный режим сверки по радиоканалу с использование программы VibQC.

При постановке дальнейших исследований на территории Оренбургской области и в подобных сейсмогеологических условиях можно рекомендовать проведение производственных работ с параметрами возбуждения Fнач. - 10Гц, Fкон. - 90Гц, длина СВИП сигнала - 10 сек.

Полученные геологические результаты доказывают высокую эффективность применения данной методики сейсморазведки для исследования отложений девона, карбона и перми Умиркинского участка Оренбургской области.



Список используемой литературы

1. Гурвич И.И., Боганик Г.Н. Сейсмическая разведка: Учеб. для вузов. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Недра, 1980. - 551 с.

2. Шнеерсон М.Б., Лугинец А.И., Гродзенский В.А. Новое в технике и методике вибрационной сейсморазведки. - М. Обзор ВИЭМС, МГП "Геоин-форммарк". Сер. Разведочная геофизика. - 1991.

3. Шнеерсон М.Б., Майоров В.В. Наземная сейсморазведка с невзрывными источниками колебаний. - М.: Недра, 1980.

4. Сейсмическая разведка методом поперечных и обменных волн. Н.Н. Пузырев, А.В. Тригубов, Л.Ю. Бродов и др. - М.: Недра, 1985. -277 с.

5. Хархута Н.Я., Васильев Ю.М. Прочность и устойчивость фунтов земляного полотна автомобильных дорог. - М.: Транспорт, 1975.

6. Гаврюишн В.Б. Вибросейсморазведка на монохроматических волнах. Недра Поволжья и Прикаспия. Наука, практика, маркетинг. - 1993. -Вып. 4. - С. 45-51.

7. Варакин Л.Е. Системы связи с шумоподобными сигналами. - М.: Радио и связь, 1985

8. Field comparisen of shallow seismic sources near Chino California /R.D. Miller, S.U. Pullan, D.W. Steeples, I.A. Hunter //Geophi-sics. - 1992. - Vol. 57. - N 5.- P. 693-709.

9. Теория и практика наземной невзрывной сейсморазведки. Под редакцией М.Б. Шнеерсона. - М.: ОАО "Издательство "Недра", 1998.

10. Чичинин И.С. Вибрационное излучение сейсмических волн. - М.: Недра, 1984.

11. О содержании газов в минеральном масле гидросистем. И.С. Кольцова, В.А. Лещенко, И.Г. Михайлов и др. - Вестник машиностроения. - 1980.

12. Циммерман В.В. Нелинейные свойства электрогидравлического вибрационного источника сейсмических колебаний. Проблемы нелинейной сейсмики. - М.: Наука, 1987.

13. Циммерман В.В. Учебное пособие. Москва.1996.

14. ШАЛОМЕЕНКО А.В. Геологический отчет о результатах поисково-разведочного бурения на нефть на Ивановской и Боровской площадях. Объединение «Оренбургнефть». Бугуруслан, 1989.

15. Отчет о результатах проведения детализационных сейсморазведочных работ МОГТ-3Д (2Д) на УМИРКИНСКОМ лицензионном участке. Оренбург, 2007.

Размещено на Allbest.ru