Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка и создание 4-х компонентной беспроводной сейсмической системы для поисков углеводородов в переходных зонах суша/море и до глубин 500 метров на основе молекулярных датчиков высокой чувствительности.

Номер контракта: 14.578.21.0013

Руководитель: Бугаев Александр Степанович

Должность руководителя: Зав. лаб. вакуумной электроники

Докладчик: Разин Андрей Юрьевич, Зам.зав. лаборатории геофизическихи инфокоммуникационных технологий

Организация: федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Московский физико-технический институт (государственный университет)"
Организация докладчика: федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский физико-технический институт (государственный университет)"

Аннотация скачать
Постер скачать
Презентация скачать
Ключевые слова:
донные станции, донные косы, геофон, гидрофон, беспроводная система, переходные зоны, сейсморазведка, многокомпонентные датчики, сейсмодатчик

Цель проекта:
1. Создание 4х-компонентной сейсмической системы для выполнения работ в транзитных зонах, основанной на применении беспроводных технологий и новых широкополосных высокочувствительных сейсмических датчиков, обеспечивающей в реальном времени контроль качества сейсмических данных 2. Создание новой научно-технической продукции мирового уровня, являющейся развитием технологий поиска и разведки углеводородов в транзитной зоне суша/море, повышающей конкурентоспособность российских геофизических компаний и предприятий производителей оборудования для сейсморазведки

Основные планируемые результаты проекта:
При разработке блока сейсмических чувствительных элементов целевыми техническим параметрами для
сейсмодатчиков и гидрофона являются следующие:
•полоса частот, не менее, 1 – 300 Гц;
•Коэффициент преобразования не менее250 В/м/с – для геофона, 40*105 В/Ра – для гидрофона;
•работоспособность и сохранение параметров блока в любой ориентации

Заявленные технические параметры превосходят мировой уровень, что, в значительной степени
обуславливает ожидаемую высокую конкурентоспособность конечного продукта выполнения проекта.

Наличие микроакселерометрического блока позволяет проводить практически непрерывный контроль
ориентации модуля, а значит и осей чувствительности сейсмодатчиков, что является крайне важным,
особенно при установке под водой, где условия ориентации могут изменяться из-за нестабильности
состояния дна.

При создании прототипа блока цифровой регистрации, обработки, накопления и передачи данных, а также
сопутствующего программного обеспечения запланировано достижение следующих основных параметров
и характеристик:
Разрядность, не менее, 24 бит;
Число каналов регистрации – не менее, четырех;
Частоты опроса – от 100 до 1000 Гц;
Внутренняя флеш-память, не менее, 16 Гб;
Интерфейсы – Wi-Fi, USB;
Блок цифровой электроники должен обеспечивать сбор данных и их передачу в реальном времени, при
наличии сети, хранение данных во внутренней памяти при её временном (в зоне прилива) или постоянном
отсутствии (в глубоких местах), с последующей передачей данных при появлении сети, поддержание
точного времени с помощью GPS, а при его отсутствии – с помощью внутреннего генератора, со
стабильностью поддержания частоты не хуже 0.02 ppm.

Герметичный высокопрочный корпус для размещения блока чувствительных элементов, блока цифровой
регистрации обработки, накопления и передачи данных для работ на глубинах должен быть рассчитан на
использование на глубинах до 500 метров. Предполагается, что устройство самовсплывания и батарейный
блок будут располагаться в отдельных внешних корпусах, соединенных с основным корпусом
герметичными разъемами, рассчитанными на соответствующие давления. Такой подход позволяет
облегчить замену элементов питания, а также зарядку устройства самовсплывания сжатым воздухом.

Прототип устройства всплывания будет представлять из себя перезаряжаемый баллон со сжатым воздухом,
дистанционно управляемый клапан, прочный подъёмный мешок складываемый в открывающийся
контейнер и манометр для контроля давления в баллоне.
•Подъёмная сила не менее 30 кг
•Возможность инициации дистанционно до глубин 500м
•Возможность перезарядки на борту от сейсмического или водолазного компрессора
•Собственный вес не более 10 кг
•Ресурс – не менее 1000 циклов до обслуживания
Данное техническое решение является принципиально новым и выгодно отличает предлагаемое изделие от
известных используемых в донных станциях, основанных на применении корпуса с положительной
плавучестью и дополнительного балласта, оставляемого на дне, как с точки зрения меньшего влияния на
природную среду, так и уменьшения веса сейсморазведочного оборудования и самое главное возможности
многократного использования одного и того же устройства.

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
Основным элементом предлагаемой беспроводной сейсмической системы будет герметичный модуль
сбора данных, содержащий следующие блоки и устройства:
•блок чувствительных сейсмических элементов (сейсмодатчики и гидрофон);
•цифровой блок сбор данных, передачи данных и управления с программным обеспечением;
•передатчик Wi-Fi для передачи и ретрансляции данных,
•батарейный блок;
•ультразвуковой канал связи;
•устройство самовсплывания.
При этом, при подготовке сейсморазведочных работ, в зависимости от места расположения модуля сбора
данных, его комплектация будет меняться. К примеру, на берегу, а также в зоне прилива, нет
необходимости в использовании ультразвукового канала связи и устройства самовсплывания, а при
размещении на большой глубине не будет устанавливаться передатчик.
Помимо модулей сбора данных, в состав системы будет входить центральный пункт сбора информации, а
также ретрансляторы. При этом, передача данных от каждого отдельного модуля на центральный пункт
будет осуществляться в одном из следующих режимов:
•Напрямую, через Wi-Fi – для ближайших модулей;
•Путем ретрансляции через цепочку модулей;
•Путем передачи данных напрямую, или через цепочку модулей к ретранслятору, с последующей
передачей данных на центральный пункт.
•На мелководье, в зоне прилива передача данных по одной из указанных схем будет осуществляться в
периоды доступности сети Wi-Fi.
•На значительных глубинах модули будут работать в автономном режиме, и выемка данных будет
проводиться после всплывания. В этом случае оценка качества данных, например, уровня внешних помех,
в реальном времени, для указанных модулей оказывается возможной только косвенно, путем
экстраполяции данных подключенных к сети модулей.
При разработке блока сейсмических чувствительных элементов целевыми техническим параметрами для
сейсмодатчиков и гидрофона являются следующие:
•полоса частот, не менее, 1 – 300 Гц;
•Коэффициент преобразования не менее250 В/м/с – для геофона, 40*105 В/Ра – для гидрофона;
•работоспособность и сохранение параметров блока в любой ориентации

Заявленные технические параметры превосходят мировой уровень, что, в значительной степени
обуславливает ожидаемую высокую конкурентоспособность конечного продукта выполнения проекта.

При создании прототипа блока цифровой регистрации, обработки, накопления и передачи данных, а также
сопутствующего программного обеспечения запланировано достижение следующих основных параметров
и характеристик:
Разрядность, не менее, 24 бит;
Число каналов регистрации – не менее, четырех;
Частоты опроса – от 100 до 1000 Гц;
Внутренняя флеш-память, не менее, 16 Гб;
Интерфейсы – Wi-Fi, USB;
Блок цифровой электроники должен обеспечивать сбор данных и их передачу в реальном времени, при
наличии сети, хранение данных во внутренней памяти при её временном (в зоне прилива) или постоянном
отсутствии (в глубоких местах), с последующей передачей данных при появлении сети, поддержание
точного времени с помощью GPS, а при его отсутствии – с помощью внутреннего генератора, со
стабильностью поддержания частоты не хуже 0.02 ppm.

В совокупности, система по своим техническим характеристикам и функциональности существенно
превосходит существующие аналоги. Более того системы позволяющей работать как на суще так и в море с
одними и теми же модулями не реализовано и наиболее сложный тип исследований в переходных зонах
требует комбинации различных модулей или использования кабельных систем. В какой-то мере система является комбинацией технологий применяющихся компаниями FairFieldNodal и Wireles Seismic


Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Конечным результатом проекта, значительной которого являются планируемые ПНИ, является создание 4-
х компонентной беспроводной сейсмической системы с передачей данных в реальном времени, для поиска
месторождений углеводородов в переходных зонах суша/море до глубины 500 метров и организация
серийного производства таких систем. Данная продукция уникальным набором полезных технических и
экономических характеристик, совокупностью которых не обладает ни одна из известных в настоящее
время аналогичных систем:
•бескабельный характер сейсмической системы;
•контроль данных в реальном времени;
•уникально широкая полоса регистрации сигналов;
•многокомпонентность (три компоненты сейсмодатчиков и гидрофон);
•низкая требовательность к условиям и точности установки;
•экологичность при использовании;
•относительно невысокая стоимость.
В свою очередь, основной областью применения разработанной системы является сейсморазведка в
транзитных зонах, а также на морском шельфе. Поскольку аналогичная сейсмическая система в настоящее
время на рынке отсутствует, на практике при переходе береговой линии используются принципиально
разные виды регистрирующего оборудования, что значительно влияет на целостность получаемых сейсмических данных.

Бескабельный характер системы позволит качественно снизить стоимость полевых сейсморазведочных
работ. Принципиальное значение для уменьшения дорогостоящего времени работы сейсморазведочной
партии имеет возможность контроля качества данных в реальном времени. По сравнению с другими
донными системами, создаваемое техническое решение характеризуется меньшим воздействием на
природную среду. Масштабность применения результатов обусловлена значительной площадью
транзитных и шельфовых зон в России, многие из которых относятся к нефтегазоносным территориям. В
настоящее время работы на таких территориях ведутся с применением импортного оборудования. Продукт,
на создание которого направлены ПНИ имеет значительный импортозамещающий и экспортный
потенциал. О последнем, в частности свидетельствует значительное количество запросов на создание
подобного оборудования от иностранных сейсморазведочных компаний.

Особенности технических параметров системы, в частности, широкий, содержащий низкий частоты
рабочий диапазон датчиков, и их высокая чувствительность позволяют регистрировать локальный
микросейсмический сигнал и эффективно использовать пассивные методы мониторинга.
Дополнительная область применения связана с использованием разрабатываемого оборудования в составе
систем мониторинга сейсмических воздействий и технического состояния крупных и особо опасных
технических сооружения, расположенных на шельфе, а также на прибрежных территориях. К таким
сооружениям относятся нефтяные и газовые платформы, портовые сооружения, прибрежные хранилища
углеводородов и продуктов их переработки.

Текущие результаты проекта:
Основными результатами выполненных работ являются следующие:
- технических решений, алгоритмы тестирования и настройки датчиков с сопутствующим ПО, обеспечивающие оптимальный рабочий диапазон функционирования блока чувствительных элементов;
- технические решения, расчетные алгоритмы и программные решения для блока чувствительных элементов и модуля сбора данных системы, обеспечивающие функционирование блока чувствительных элементов в любом положении;
- технические решения, алгоритмы функционирования и программные решения регистрации данных по четырем каналам с оптимальной разрядностью для цифрового блока, включая выбор элементной базы и создание прототипов электронных плат;
- технические решения по организации беспроводной сети с учетом требований по помехозащищенности и устойчивости канала связи и достаточности пропускной способности канала связи;
- технические решения, алгоритмы функционирования и программные решения для цифрового блока сбора, регистрации и передачи данных в составе модуля сбора данных сейсмической системы, обеспечивающие передачу данных в реальном времени на центральный пункт сбора данных;
- технические решения, алгоритмы функционирования и программные решения для центрального пункта системы, обеспечивающие сбор информации от модулей сбора данных;
- технические решения, алгоритмы функционирования и программные решения для центрального пункта системы, обеспечивающие контроль качества данных в реальном времени;
- комплект технической (конструкторской, программной) документации на ЭО ПАК;
- три статьи в журналах Sensors (2014, IF 2.12), Journal of Electroanalytical Chemistry (2015, IF 2.74), International Journal of Electrochemical Science (2015, IF 1.66);