Разработка и исследование донных средств акустического мониторинга шельфовых зон океана на основе квазираспределенных волоконных акустооптических преобразователях

В последние годы в мировой экономике, несмотря на сложную экономическую ситуацию, сохраняются тенденции неуклонного наращивания потребления нефти и нефтепродуктов, которое составляет 2-3 т на человека в год в странах – лидерах экономического развития. Подобные тенденции диктуют необходимость поисков и освоения новых месторождений углеводородов на различных территориях России. Важнейшими из них, наряду с главными нефтегазодобывающими регионами страны: Западно-Сибирской, Европейской ее частью, а также Восточной Сибирью, становятся шельфовые акватории России. Сегодня российский шельф - единственная альтернатива убывающим ресурсам Западной Сибири и Поволжья. Площадь континентального шельфа Российской Федерации равна 6,2 млн. км2, что составляет около 21% шельфа Мирового океана. Общие неразведанные ресурсы углеводородов на континентальном шельфе России по оценкам составляют более 140 млрд. т., условного топлива, в том числе более 50 млрд. т. нефти и около 90 млрд. т. газа [Борисов А.С., Плотникова И.Н. Геолого-геофизические исследования акваторий. Учебно-методическое пособие, Казань – 2011, 52 стр.]. В настоящее время в России ведется добыча нефти и газа на шельфе трех морей на шести месторождениях: Кравцовское в Балтийском море (шельф Калининградской области), Ю.Корчагина в Каспийском море, Чайво-море, Одопту-море, Лунское и Пильтун-Астохское в Охотском море (шельф Сахалина) [В.И. Богоявленский, Перспективы и проблемы освоения месторождений нефти и газа шельфа Арктики http://www.ibrae.ac.ru/docs/4/4-13.pdf]. При работах в мелководных (глубина менее 10-15 м) и транзитных (переходных) зонах море-суша, а также при сейсмическом мониторинге месторождений (4D сейсморазведка) используются раскладывающиеся на дне водоема донные сейсмические цифровые косы. Преимущество донных кос в малых уровнях шумов, поскольку во время регистрации они не передвигаются. Различают стационарные и перекладываемые донные косы. Стационарные косы раскладываются по дну и удобны при не имеющем препятствий илистом дне. Перекладываемая коса каждый раз поднимается на поверхность, а затем опускается на дно в новом месте специальным судном-укладчиком. Для возбуждения колебаний служит отдельное судно-источник. При 4D съёмках на дно опускается несколько расположенных параллельно донных кос, покрывающих интересующую часть месторождения. На протяжении многих лет различные интерферометрические схемы предлагались и исследовались для применения в волоконных гидроакустических системах. Наиболее перспективным является использование интерферометрической схемы на волоконных брэгговских решетках (ВБР). Оптическая схема на ВБР позволяет разнести в пространстве блок генерации оптических сигналов и блок обработки измеренных сигналов от массива чувствительных элементов. Также оптическая схема на ВБР позволяет проводить мультиплексирование большого числа чувствительных элементов на одном оптическом волокне. Примером успешной реализации схемы интерферометрических датчиков на основе ВБР является волоконно-оптическая морская донная сейсмическая коса Optowave [https://energy-oil-gas.com/news/wavefield-inseis/], разработанная французской компанией Sercel. Морская донная сейсмическая коса предназначена для постоянного мониторинга полезных ископаемых – углеводородов в месторождениях на морском шельфе. Эта морская донная сейсмическая коса имеет длину до 10 километров и состоит из 200 донных модулей, расположенных на едином кабеле и разделенных промежутками по 50 метров. Каждый донный модуль содержит четыре чувствительных волоконно-оптических интерферометрических датчика на ВБР – три волоконно-оптических акселерометра и один волоконно-оптический гидрофон. Таким образом, в одном донном модуле все датчики мультиплексированы по времени. В тоже время от 16 до 20 донных модулей размещены на едином оптическом волокне с применением технологии мультиплексирования по длине волны. В результате на едином оптическом волокне мультиплексируется от 80 до 100 волоконно-оптических интерферометрических датчиков на ВБР. Система Optovawe прошла этап полевых испытаний, в ходе которых проверялась ее работоспособность на глубине 300 м. Относительно недавно она была установлена на нефтяном месторождении Северного моря, принадлежащем Норвегии (Ekofisk oil field). Общая длина кабелей системы составила 200 км, размещенных на площади свыше 60 кв.км. Таким образом, настоящее исследование направлено на обеспечение технологического суверенитета в области донных систем сейсмического мониторинга и разведки за счет формирование научно-технического задела, обеспечивающего создание отечественных донных сейсмических кос на основе квазираспределенных волоконных акустооптических преобразователях, которые обеспечат мониторинг окраинных морей и шельфовых зон океана и непрерывный сейсмический мониторинг в участках разведки и добычи полезных ископаемых на арктическом шельфе.