На современном этапе развития нефтегазовой отрасли компаниям-недропользователям требуются значительные улучшения качества результатов морских сейсморазведочных работ, связанные с введением новых экономически востребованных технологий освоения прибрежных шельфовых зон и месторождений, имеющих собственную развитую инфраструктуру. С другой стороны, прогрессивный рост вычислительных компьютерных технологий с каждым годом способствует повышению точности структурных построений сейсморазведки 3D и характеризует начало эпохи более точного прогнозирования коллекторских свойств залежи, типа флюида, количественной оценки пористости, направления и типа трещиноватости с использованием данных полного волнового поля. Данные параметры, в свою очередь, определяют степень флюидонасыщения залежи и значительно увеличивает шансы ее достоверного прогноза. Решение подобных задач на качественном уровне практически невозможно без привлечения технологий многоволновой сейсморазведки (МВС) для морской модификации метода отраженных волн 3D (4C), основанном на совместном использовании информации поля продольных (PP) и обменных отраженных (PS) волн [3, 4].
Основные трудности при работе с донным оборудованием на акватории
Более 70 % запасов углеводородного сырья РФ сосредоточены в транзитных зонах на мелководном шельфе арктических морей. Прибрежные акватории Арктического региона всегда характеризовались сложными гидрологическими условиями работ и повышенным уровнем шумов на первичных сейсмограммах. Как известно, десятки месторождений, разведанных в прибрежной части переходных транзитных зон, имеют свои морские продолжения. Данные месторождения уже имеют готовую инфраструктуру и являются наиболее перспективными при этапе доразведки прилегающих акваторий с относительно небольшими экономическими затратами. Освоение морских продолжений береговых структур требует комплексного подхода при проведении детальных сейсморазведочных работ 3D (4C) и применения новых технологий сейсморазведки. Наиболее сложная и требовательная к сейсморазведочным проектам остается Арктическая транзитная зона. Основным ограничением при работе в Арктике является короткий период летней навигации, когда акватории не покрыты слоем льда. При использовании стандартной методики работ 3D с применением ортогональных центрально-симметричных систем наблюдений с регулярным шагом по пунктам приема и отстрела участок сравнительно небольшой площади в 700 км2 может быть исследован сейсморазведочными работами 3D только в течение двух полевых сезонов. Для изучения большей площади работ при использовании ортогональных систем наблюдения некоторые производители разряжают сеть приема. Но избыточная разрядка плотности сети приема снижает результирующую детализацию сейсморазведочного разреза обменных волн.
Задачи геофизического мониторинга нефтегазовых месторождений
Второй по важности задачей в освоении транзитной зоны и средне-глубинного шельфа является мониторинг уже действующих месторождений. Устья скважин и прилегающие к ним площади, расположенные на дне акватории с глубинами моря до 50 метров, имеют сложную подводную инфраструктуру: большое количество наклонных стволов скважины, станций поддержания магистрального давления, трубопровод к береговому нефтехранилищу. В связи с этим работы в пятисотметровых и полуторакилометровых зонах безопасности вблизи платформы возможны только с применением донных станций и специализированных судов, оборудованных системой динамического позиционирования второго поколения. Аналогичность системы наблюдений второй, третьей и каждой последующей сейсмической съемки формата 4D с сохранением пространственного положения бинов определяется качеством позиционирования приемников на морском дне. Высокий коэффициент повторяемости сейсморазведочных работ и низкие значения нормированной среднеквадратической амплитуды (NRMS) определяют качество полученных разностных волновых полей для двух съемок, выполненных в разные промежутки времени.
Обзор рынка донных станций для производства сейсморазведочных работ 3D (4С) на шельфе в Российской Федерации
Рынок донного сейсморазведочного оборудования в России имеет более чем 30-летнюю историю. Первые крупные работы метода преломленных волн (МПВ) с автономными донными сейсмометрами были проведены на западном глубоководном шельфе Индии компанией из России в 2004 году с парком оборудования 100 единиц. В 2010 году были проведены первые опытно-методические работы (ОМР) 2D (4С) МОВ-ОГТ (ФГУНПП «Севморгео») с донными станциями Z700 американского производства (компания Fairfield) на юге Гыданской губы с парком оборудования 500 шт [6]. За последние 20 лет производством автономных донных станций в России занимались 5 сборочных линий: ООО «Моргеокомплекс», ОКБ ОТ РАН, АО «Концерн Океанприбор», НТЦ «АМЭ». Оборудование компании ООО «Сейсмошельф» также производилось на линии ООО «Моргеокомплекс». За всю историю донной сейсморазведки в России и на территории союзных государств было произведено менее двух тысяч автономных донных станций, большинство из которых являлось глубоководными сейсмометрами с малой точностью кварцевых часов, непригодными для сейсморазведки МОВ-ОГТ. Столь низкие объемы производства в данный период времени обусловлены отсутствием подтвержденных опытом технологий работ и, как следствие, невозможностью крупных нефтегазовых компаний оценивать риски, связанные с проектами 3D (4C). Учитывая общее состояния рынка донного оборудования с 2012 по 2014 годы, сервисные компании были вынуждены покупать донные регистрирующие системы, в основном американского производства, для выполнения проектов 3D (2C). На сегодняшний день в России всего три компании обладают парком донного оборудования свыше 1000 шт., необходимым для выполнения сейсморазведочных работ 3D. Две системы регистрации имеются в АО «Росгеология» (1500 донных модулей), в АО «Дальморнефтегеофизика», входящем в холдинг «Росгеология», − 1000 шт. Лидером является АО «МАГЭ», в составе которого находится 3360 донных станций, из них 3000 − это донные сейсмические станции в составе инновационного российского комплекса морской сейсморазведки «Краб».
Комплекс морской сейсморазведки «Краб»
В результате кооперации ряда научно-производственных предприятий, (АО «МАГЭ», ООО «МТЦ», АО «АКИН», ООО «МГК» и ООО «Р-сенсорс») в Российской Федерации был создан инновационный морской геофизический комплекс на базе автономных донных четырехкомпонентных регистраторов «Краб».
Система морской сейсморазведки «Краб» представляет собой мобильный аппаратно-программный комплекс морской сейсморазведки и мониторинга в транзитных зонах и на шельфе, предназначенный для сейсмических региональных исследований и разведки морских месторождений углеводородов. Комплекс построен на основе четырехкомпонентных автономных донных станций, обслуживание которых осуществляется в контейнерах-лабораториях комплекса (рис. 1).
Продукт был разработан в рамках государственной программы импортозамещения в 2017 году. В рамках данной опытно-конструкторской работы был произведен первый комплект оборудования, состоящий из 400 донных сейсмических станций и контейнера-лаборатории для их обслуживания. Осенью 2017 года и летом 2018-го компания МАГЭ проводила испытания комплекса «Сейсмостратиграфия» вместе с имеющимися аналогами , донными модулями компании Geospace и Magseis, на нефтяном месторождении «Приразломное». В результате исследований были получены сопоставимые результаты по компоненте гидрофона, установлено, что прослеживаются все отражающие горизонты на всю глубину разреза [5]. По компонентам геофонов станций «Краб» был получен более информативный материал с высоким отношением сигнал/помеха (рис. 2).
В результате испытаний донных модулей была продемонстрирована их работоспособность и подтверждена возможность получения высококачественного многокомпонентного материала в рабочей среде.
Система морской бескабельной автономной регистрации сейсмических данных «Краб», являющаяся полностью российской разработкой (ООО «МТЦ»), позволяет:
- проводить морские съемки с шагом дискретизации 0,25, 0,5, 1, 2 и 4 мс;
- производить непрерывную регистрацию до 45 суток на глубине моря до 500 м;
- записывать сейсмические данные с каждого канала регистрации на независимый SD-носитель с объемом памяти 32 Гб;
- выполнять сейсморазведочные работы 3D (4C) на акватории c любой выбранной заказчиком системой наблюдений и высокой производительностью до нескольких тысяч км2;
- производить регистрацию полного вектора волнового поля в единый момент времени более чем на 3000 автономных донных станциях.
Особенности позиционирования донных станций. Что использовать при уточнении позиции: гидроакустику или сейсмические данные?
Не менее важной проблемой сейсморазведки в транзитной зоне остается неустойчивость позиции приемника на дне. Несмотря на массу донной станции «Краб» в воде равной 12 кг, на участках дна с интенсивным сгонно-нагонным течением и сложным рельефом, а также в результате продолжительных штормов станции могут смещаться от начальной точки постановки на десятки и даже сотни метров в течение короткого времени съемки. Как показал опыт работ на шельфе о. Сахалин, в отдельных случаях возможен перенос донного оборудования крупными морскими млекопитающими [1, 2].
Непрерывное использование гидроакустических систем позиционирования в процессе производства сейсморазведочных работ 3D (4C) является очень дорогостоящей и затратной по времени процедурой, подчас требующей нескольких судов-пингеровщиков и, как следствие, влечет за собой снижение производительности работ. Применение алгоритмов уточнения позиции приемников по сейсмическим данным, основанным на методе триангуляции, как правило, дает хороший результат в отдельно выбранный момент времени съемки. Совместное использование метода определения позиции с помощью системы подводного акустического позиционирования и триангуляционного метода уточнения позиции по первым вступлениям прямой высокочастотной волны пневмоисточника [4], а также преломленной волны, обеспечивает наилучший результат, но не исключает возможность ошибки при работах с площадью приемного шаблона более 50 км2. Для обеспечения донных станций системой активного позиционирования, работающей как в LBL, так и в USBL режимах, в 2017 г. АО «АКИН» разработало цифровой программно-аппаратный комплекс акустического позиционирования донных сейсмокос и донных станций «ПИКЕТ» (рис. 2), который прошел испытания в АО «МАГЭ» уже в ноябре 2017 г. на месторождении Приразломное [7, 8].
Контроль качества сейсмических данных 3D (4C)
Спецификой контроля качества сейсмических данных при многоволновых исследованиях с сетью наблюдений высокой плотности ПВ является увеличенный в 5−6 раз объем сейсмических данных в сравнении с регистрацией 1С. Ввиду технологической невозможности полной автоматизации процесса контроля качества и обработки данных на судне, выделяется ряд особенностей обработки данных такого типа сейсморазведки на акватории:
1. производительность вычислительного центра для контроля качества превышает производительность небольшого берегового вычислительного центра. Для выполнения контроля качества сейсмических данных по площади 500 км2 потребуются вычислительные мощности от 5 TFlops и объем дискового пространства не менее 500 Тб;
2. доступ к сейсмическим данным должен быть организован через единую базу данных (My CQL, Promax, Echos, Geovation). Данному факту способствует огромное количество входных параметров заголовков трассы, связанных с идентификаторами формата данных, качеством сейсмических данных, стабильностью кварцевого генератора донной станции относительно стандарта точного времени позиционирования приемника в пространстве;
3. итеративность процедур предварительной обработки данных значительно увеличивает время контроля качества и обработки данных в целом;
4. разделение волновых полей с помощью ориентации компонент по векторам поляризации не всегда приводит к желаемым результатам в обработке данных. При отсутствии оси Z, направленной перпендикулярно гравитационному полю Земли (вниз), приведение Z компоненты регистрации к вертикали не гарантирует восстановление коррелируемых отражений на вертикальном геофоне;
5. более 30 % времени контроля качества уделяется вопросам контроля синхронизации времени сейсмических записей, так как при длительном автономном режиме кварцевые часы различных производителей донного оборудования требуют применения дополнительных алгоритмов коррекции времени;
6. контроль уровня внешнего шума для активной расстановки площади работ производится по отдельным маркерным донным регистраторам или короткой донной косе до начала работ на активной расстановке площади;
7. для любых типов систем наблюдения при работах 3D (4С) требуется контроль позиции приемника в каждый момент времени съемки.
Заключение
Выполненные АО «МАГЭ» сейсморазведочные работы 3D (4C) на Аяшском месторождении сахалинского шельфа, являются уникальными по приобретенному опыту и совокупности примененных технологий. Разработанная система параллельных наблюдений центрального типа с разряженной сетью приемников и повышенной плотностью пунктов взрыва позволила полностью решить геологические задачи и получить сейсмические данные высокого качества за один полевой сезон.
Система морской сейсморазведки «Краб» с донными регистраторами в связке с системой акустического позиционирования «Пикет», которой посвящена данная работа, зарекомендовала себя как высокотехнологичный и надежный инструмент выполнения высокоточных сейсморазведочных работ 3D (4C) на континентальном шельфе. Использование отечественных донных регистраторов «Краб» позволяет выполнять сейсморазведочные работы любой сложности за рекордно короткие сроки с максимально возможным снижением фона волн-помех и высоким соотношением сигнал/шум. Также стоит отметить, что донные станции являются полностью российской научно-технической и промышленной разработкой с нулевой составляющей иностранных комплектующих элементов и не уступают известным зарубежным аналогам, а даже превосходят их по ряду показателей.
Разработанная технология сейсморазведки в транзитной зоне и на средне-глубинном шельфе показала возможность получения сейсмических данных высокого качества. В настоящее время АО «МАГЭ» продолжает тесное сотрудничество с производителями, что позволяет постоянно технически развивать российское геофизическое и навигационное оборудование и выполнять сейсморазведочные проекты, опираясь только на внутренний рынок.
