封召鵬，宋研拓，劉進(jìn)寶，尚永生，吳常瑞，翟金浩

(1.中國石油東方地球物理公司地震儀器研發(fā)項(xiàng)目組 河北 涿州 072750；2. 長城鉆探國際測(cè)井公司 北京 100101; 3.中國石油東方地球物理公司國際部 河北 涿州 072750)

0 引 言

近幾年，隨著石油、天然氣需求的增長，可控震源高效采集技術(shù)發(fā)展十分迅猛?；瑒?dòng)掃描、同步激發(fā)滑動(dòng)掃描(DS3)和動(dòng)態(tài)滑掃(DS4)技術(shù)先后被提出并在中東和北非獲得廣泛應(yīng)用(Rozemond,1996; Bouska,2008)。2006年BP公司提出獨(dú)立同步激發(fā)(Independent Simultaneous Sweeping ,縮寫為ISS)技術(shù)并申請(qǐng)專利。2008年東方公司在伊拉克魯曼拉實(shí)現(xiàn)ISSN(獨(dú)立同步+無線節(jié)點(diǎn)儀器)的工業(yè)化采集成果應(yīng)用[1]，揭開了高效采集工業(yè)化應(yīng)用的新篇章。 2017年國外某油公司提出超高效混疊采集技術(shù)(Ultra-High Productivity)工業(yè)化的要求，該技術(shù)要求可控震源群組遵循嚴(yán)格的時(shí)間距離規(guī)則，震源工作狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控、超遠(yuǎn)距離通訊，業(yè)內(nèi)沒有任何已有系統(tǒng)能夠滿足上述要求。中國石油東方地球物理勘探公司自主研發(fā)的數(shù)字化地震隊(duì)系統(tǒng)本身具備一定震源群組單元的管理監(jiān)控功能，在這一基礎(chǔ)上改進(jìn)、擴(kuò)展系統(tǒng)功能，并滿足可控震源超高效混疊采集技術(shù)的需求，成為超高效混疊采集技術(shù)工業(yè)化的有效解決方案。

1 超高效混疊采集技術(shù)

超高效混疊采集技術(shù)是基于ISS技術(shù)[2]可控震源符合時(shí)間距離規(guī)則進(jìn)行滑動(dòng)或者獨(dú)立同步掃描的一種高效采集技術(shù)。系統(tǒng)通過判斷震源之間的位置距離來確定震源所需要的滑動(dòng)時(shí)間。可控震源在超高效混采的模式下,采集儀器必須處于連續(xù)記錄的工作狀態(tài)。對(duì)于有線地震勘探儀器采集排列需要傳輸連續(xù)采集產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)，野外由于外界等諸多因素的干擾，排列一旦故障或者中斷，儀器將停止采集。此時(shí)需要數(shù)字化地震隊(duì)系統(tǒng)來接收、判斷來自采集系統(tǒng)排列狀態(tài)信息，并指導(dǎo)震源服從時(shí)間距離規(guī)則進(jìn)行高效混采。儀器產(chǎn)生的連續(xù)道集的SEGD文件是原始的母文件，在可控震源的掃描過程中，所記錄的擴(kuò)展QC文件帶有GPS TB信息的力信號(hào)被用來和母文件進(jìn)行互相關(guān)，互相關(guān)的結(jié)果便可得出單次的掃描記錄。該技術(shù)實(shí)施的難點(diǎn)主要有4點(diǎn):

1)震源按照時(shí)間距離規(guī)則激發(fā)掃描；

2)數(shù)字化地震隊(duì)系統(tǒng)的作業(yè)管理、遠(yuǎn)距離通訊功能的實(shí)現(xiàn)；

3)可控震源實(shí)時(shí)質(zhì)量控制、采集系統(tǒng)排列狀態(tài)的交互；

4)單炮資料的分離及處理。

新一代數(shù)字化地震隊(duì)系統(tǒng)攻克了上述技術(shù)難點(diǎn)，具備了震源時(shí)間距離規(guī)則激發(fā)、作業(yè)協(xié)調(diào)管理、實(shí)時(shí)質(zhì)量控制、采集排列狀態(tài)監(jiān)控等功能。

2 新一代數(shù)字化地震隊(duì)系統(tǒng)在超高效混采技術(shù)中的應(yīng)用

為了滿足可控震源超高效采集的技術(shù)需求，新一代DSS(Digital Seismic System)系統(tǒng)在功能和穩(wěn)定性方面做了升級(jí)。利用DSS實(shí)現(xiàn)超高效混疊地震采集,對(duì)DSS提出比以往施工震源作業(yè)管理更高的要求[3]。如管理震源嚴(yán)格遵守時(shí)間距離規(guī)則；通訊電臺(tái)鏈接能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)距離通訊，且電臺(tái)功耗低、能夠滿足大量數(shù)據(jù)的交互；能夠及時(shí)的接收來自采集系統(tǒng)對(duì)排列狀況的實(shí)時(shí)信息推送，近而指導(dǎo)震源生產(chǎn)；系統(tǒng)能夠?qū)φ鹪吹恼鸫芜M(jìn)行實(shí)時(shí)質(zhì)量控制，以及幾何累計(jì)分析一段時(shí)間內(nèi)震源狀態(tài)。

2.1 新一代 DSS的構(gòu)成

新一代DSS主要由震源終端系統(tǒng)和指揮中心組成。震源終端(Digital Seismic Guidance簡(jiǎn)稱DSG )是由全雙工數(shù)字鏈路(高速數(shù)傳電臺(tái))、平板電腦終端、時(shí)間控制器等與震源電控箱體連接。生產(chǎn)指揮中心(Digital Seismic Command簡(jiǎn)稱DSC)一端由多信道高速數(shù)字鏈路組電臺(tái)服務(wù)器，配合生產(chǎn)指揮中心電腦終端使用，如圖1所示。DSG主要有精確炮點(diǎn)導(dǎo)航、震動(dòng)掃描質(zhì)控、特殊危險(xiǎn)區(qū)域預(yù)警等功能[4]。在平板軟件上運(yùn)行的軟件具備加載shape，DFX等多種類型的圖形文件。箱體輸出的擴(kuò)展QCSEGD文件等都可以通過DSG平板存儲(chǔ)或者導(dǎo)出。在特殊區(qū)域，當(dāng)儀器和震源通訊受阻，并且每組多臺(tái)震源施工的模式下，通過組內(nèi)的主震源的DSG平板也可以控制整組震源同時(shí)起震。DSG通過時(shí)間控制器將與震源箱體共用的Trimble導(dǎo)航儀 Ominstar HP精度的(8～10 CM)GPS信息引入到系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)震源炮點(diǎn)的精確導(dǎo)航。

圖1 DSC電臺(tái)服務(wù)器、數(shù)傳電臺(tái)、平板電腦終端與儀器車內(nèi)DSC終端

2.2 新一代DSS的時(shí)距規(guī)則的實(shí)現(xiàn)

為了滿足超高效采集的時(shí)距規(guī)則,在DSC軟件生產(chǎn)界面(Production Panel)里面開發(fā)了生產(chǎn)模式(Production Mode)的幾何圖形時(shí)距規(guī)則設(shè)置界面，如圖2所示。具體的算法是：通過DSG記錄的震源的GPS位置信息，DSC測(cè)算震源之間的距離，然后通過該距離對(duì)應(yīng)的時(shí)間關(guān)系來決定震源的滑動(dòng)時(shí)間。如上述項(xiàng)目?jī)膳_(tái)震源之間的距離為600 m，根據(jù)對(duì)應(yīng)關(guān)系這一段時(shí)間的滑動(dòng)時(shí)間為4.6 s；兩臺(tái)震源之間的距離為800 m，則滑動(dòng)時(shí)間為零，震源按照獨(dú)立同步的模式任意時(shí)刻可起震。簡(jiǎn)易的操作界面通過添加時(shí)間和距離的節(jié)點(diǎn)來完成時(shí)距規(guī)則參數(shù)的設(shè)置[5]。該項(xiàng)算法形成的功能是同類其他產(chǎn)品所不具備的，達(dá)到國際領(lǐng)先水平。

圖2 生產(chǎn)模式界面

2.3 新一代DSS具備的技術(shù)優(yōu)勢(shì)

新一代DSS從硬件和軟件升級(jí)后，除了可以滿足時(shí)間距離規(guī)則以外，為了實(shí)現(xiàn)超高效混采技術(shù)還具備了業(yè)內(nèi)其它可控震源激發(fā)管理系統(tǒng)所沒有的技術(shù)優(yōu)勢(shì),見表1。

1)新一代DSS的作業(yè)管理震源群組多、通訊覆蓋距離遠(yuǎn)。DSC端的電臺(tái)服務(wù)器能夠最大管理22群震源組施工，最大滿足170臺(tái)震源同時(shí)施工作業(yè)，在沒有中繼的情況下，空曠地帶可以達(dá)到通訊距離25 km以上，加中繼可以達(dá)到50 km以上。相比較常規(guī)的可控震源激發(fā)系統(tǒng)如Sercel公司的VE464,最大僅滿足100臺(tái)震源施工,見表1，最大通訊距離為12 km(無中繼)。

2)新一代DSS的數(shù)傳電臺(tái)功耗低、數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定。低功耗(8 W)的設(shè)計(jì)使得可以保證電臺(tái)在高溫惡劣等環(huán)境下穩(wěn)定工作。全雙工的工作模式完全可以滿足震源質(zhì)控信息，任務(wù)發(fā)送等大數(shù)據(jù)的交互。在特殊地形，比如城區(qū)、低洼區(qū)域低功耗的通訊鏈路具有繞射功能，保證震源作業(yè)的信號(hào)的穩(wěn)定傳輸。整個(gè)通訊鏈路采用的碼分多路技術(shù)，數(shù)據(jù)傳輸分流也是實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)交互的重要保障。智能化的中繼單元打破常規(guī)震源數(shù)字中繼由收發(fā)兩個(gè)獨(dú)立模塊組成,內(nèi)部智能化嵌入式系統(tǒng)可自動(dòng)根據(jù)通訊狀況調(diào)整信道，見表1，這一技術(shù)處于國際領(lǐng)先地位[6]。

表1 業(yè)內(nèi)主流激發(fā)管理系統(tǒng)對(duì)比

3)DSC端可以對(duì)指定時(shí)間段內(nèi)的震源狀態(tài)進(jìn)行分析。軟件新增加的震源狀態(tài)柱狀監(jiān)控圖功能能夠在一段時(shí)間內(nèi)對(duì)震源狀態(tài)進(jìn)行累計(jì)統(tǒng)計(jì)，可以更加直觀的分析出可控震源狀態(tài)數(shù)據(jù)異常的群組、操作手或者區(qū)域。比如某震源每天的日效分析，某時(shí)間段的工作效率分析，給管理層協(xié)調(diào)生產(chǎn)提供可靠的依據(jù)。

4)接收來自采集系統(tǒng)的排列狀態(tài)信息并及時(shí)判斷并指導(dǎo)震源施工。DSC終端能夠接收來自采集系統(tǒng)的排列狀態(tài)推送信息，在整個(gè)儀器艙內(nèi)的局域網(wǎng)里DSC被分配了唯一的IP地址，這些推送信息就是通過局域網(wǎng)來傳送的。這些信息包括：(1)相關(guān)排列的通斷狀態(tài)；(2)排列中地面設(shè)備(采集站、電源站交叉站等)的工作狀態(tài)；(3)排列中數(shù)傳電纜、檢波器的工作狀態(tài)；(4)對(duì)應(yīng)排列的環(huán)境噪音等。比如某排列電纜被破壞，DSC第一時(shí)間接收到這一推送，指導(dǎo)涉及到該條排列的震源是否需要停止生產(chǎn)或者重新采集。

5)提供多種形式的震源工作日志。新一代數(shù)字化地震隊(duì)系統(tǒng)能夠輸出VP Report和Fleet Report兩種形式的震源工作日志。超高效混疊采集后期數(shù)據(jù)分離需要的TB(Time Break)信息都包含在上述日志，地震隊(duì)解釋組通過分析日志中的震源畸變、相位、GPS等信息也可以進(jìn)一步對(duì)震源工作狀態(tài)進(jìn)行系統(tǒng)化質(zhì)控。

6)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)推送生產(chǎn)數(shù)據(jù)信息。為了滿足用戶在遠(yuǎn)程終端及時(shí)了解生產(chǎn)信息，新一代數(shù)字化地震隊(duì)系統(tǒng)DSC增加了每小時(shí)生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)報(bào)表推送功能。DSC服務(wù)器通過架設(shè)在儀器車上的海事衛(wèi)星將文本文件推送給遠(yuǎn)在千里之外的客戶端。報(bào)表包括時(shí)間段、該時(shí)間段總產(chǎn)量、該時(shí)間段首炮的樁號(hào)、該時(shí)間段有效生產(chǎn)時(shí)間和此段未生產(chǎn)時(shí)間總和。用戶可以在第一時(shí)間掌握超高混疊采集的生產(chǎn)進(jìn)度。

3 應(yīng)用效果及結(jié)論

經(jīng)過上述項(xiàng)目的成功應(yīng)用，新一代DSS在超高效混疊采集方面成為最佳的技術(shù)載體。應(yīng)用效果得到國際油公司和業(yè)內(nèi)同行的一致好評(píng)和認(rèn)可。主要體現(xiàn)在以下4個(gè)方面：

1)自主產(chǎn)權(quán)，打破了西方壟斷。新一代DSS是國產(chǎn)自主研發(fā)設(shè)計(jì)、世界上第一套滿足UHP的激發(fā)管理系統(tǒng)。在此之前，涉及這一領(lǐng)域完全由CGG、WG等競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的核心裝備所壟斷，中國企業(yè)處于被動(dòng)局面。由于良好的UHP工業(yè)化應(yīng)用效果，新一代DSS成為東方公司反制西方競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的“殺手锏”。

2)生產(chǎn)效率得到質(zhì)的提高，降低了生產(chǎn)運(yùn)作的成本。阿曼三維地震采集項(xiàng)目采用新一代DSS+UHP技術(shù)，生產(chǎn)日效最高達(dá)到5.4萬炮，刷新了歷史新高，項(xiàng)目提前1個(gè)月完成采集，節(jié)約了項(xiàng)目運(yùn)作的成本。相比較之下，正在施工的某海外項(xiàng)目采用常規(guī)可控震源動(dòng)態(tài)滑動(dòng)掃描，最高日效僅為1.5萬炮，生產(chǎn)效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于新一代DSS高效混采技術(shù)[7]，DSS+UHP施工模式的優(yōu)勢(shì)一目了然。

3)一定程度上減少了人員的投入。新一代DSS的無樁號(hào)導(dǎo)航功能在上述應(yīng)用中，實(shí)現(xiàn)了精確炮點(diǎn)導(dǎo)航放樣，減少了地震隊(duì)測(cè)量組炮點(diǎn)放樣的工作量，減少了人員的投入。在復(fù)雜的油田區(qū)域輸油管線密布，高速公路橫貫整個(gè)工區(qū)，由于系統(tǒng)加載高清衛(wèi)星圖片，減少了震源繞路和帶點(diǎn)工的投入。

4)穩(wěn)定了東方公司的高端物探市場(chǎng)，創(chuàng)造了新的市場(chǎng)契機(jī)。DSS的出色表現(xiàn)引起業(yè)內(nèi)和國際油公司的關(guān)注，國際知名油公司在合同中指定承包商必須使用新一代DSS+UHP的作業(yè)模式，使東方公司在海外高端物探市場(chǎng)(如沙特、阿曼、阿聯(lián)酋等)占據(jù)優(yōu)勢(shì)。DSS+UHP的施工模式創(chuàng)造了潛在價(jià)值30億人民幣的物探市場(chǎng)，成為名副其實(shí)的國產(chǎn)“裝備利器”。

實(shí)踐和應(yīng)用效果證明，新一代DSS是實(shí)現(xiàn)超高效混疊采集技術(shù)工業(yè)化應(yīng)用的最佳裝備載體。經(jīng)過生產(chǎn)環(huán)節(jié)的不斷優(yōu)化，前期遇到的困難不斷得到克服，新一代DSS會(huì)更加穩(wěn)定高效。