羅福龍
(東方地球物理勘探有限責(zé)任公司裝備服務(wù)處 河北 涿州 072751)
隨著地球物理勘探技術(shù)朝著寬頻、寬方位、高密度、高效率等方向發(fā)展,地震勘探項目的單位面積數(shù)據(jù)量成幾何級數(shù)增加,進而導(dǎo)致施工作業(yè)量也快速增加。為保持應(yīng)有的經(jīng)濟利益就要求勘探項目的作業(yè)效率同步提升,以致當(dāng)前地震隊的作業(yè)時間精確到分秒計算。這不僅要求地震儀器有超強的地震道采集能力和上百臺套的可控震源管理能力,還要求地震儀器有高速的運行管控能力和全天候的作業(yè)能力。
地震儀器是實施野外地震數(shù)據(jù)采集的關(guān)鍵裝備[1],無論是所采集地震數(shù)據(jù)的質(zhì)量,還是地震勘探工程的綜合效益都與地震儀器密切相關(guān)。所以,油氣地震勘探項目實施過程中都特別重視地震儀器,尤其重視地震儀器的應(yīng)用效果。
從實際工作情況看,地震儀器的應(yīng)用效果與油氣地震勘探項目實施的成效密切相關(guān)是毋容置疑的,所以想方設(shè)法提高地震儀器應(yīng)用效果一直是野外地震隊努力的目標(biāo)??蓪嶋H工作應(yīng)該通過什么方法和途徑來提高地震儀器的應(yīng)用成效并沒有現(xiàn)存的經(jīng)驗可用,更沒有通用的規(guī)律可循,多數(shù)情況下是憑習(xí)慣憑感覺去做,進而導(dǎo)致同等條件下地震儀器的實際應(yīng)用效果千差萬別。
綜合當(dāng)前國際國內(nèi)油氣地震勘探項目的一般做法可知,通常都是根據(jù)合同要求和施工方法去選配地震儀器類型、地面站道數(shù)、地震檢波器串?dāng)?shù)、輔助設(shè)備等,并在項目開工前對所有設(shè)備按技術(shù)檢驗標(biāo)準進行嚴格的測試。應(yīng)該說這種流傳已久的習(xí)慣做法作用是明顯的,也基本能夠確保參與施工作業(yè)的個體地震采集設(shè)備技術(shù)性能正常,但作為一個整體工作的地震儀器系統(tǒng)能否完全滿足地震勘探生產(chǎn)需求還得通過實際生產(chǎn)來驗證。以往的地震勘探項目運作效果都證明,在生產(chǎn)過程地震儀器一般總是會出現(xiàn)這樣或那樣的技術(shù)問題,輕者影響野外地震數(shù)據(jù)采集的作業(yè)效率,嚴重時還可能導(dǎo)致停工停產(chǎn)。那么,這些可能發(fā)生在生產(chǎn)過程中且與地震儀器系統(tǒng)關(guān)系密切的技術(shù)問題有沒有機會提前發(fā)現(xiàn)和提前解決呢?根據(jù)所有事故都可以預(yù)防和規(guī)避理念,只要方法得當(dāng)且有詳細、周密、慎重的謀略,做到所有問題事先發(fā)現(xiàn)并及時解決是可能的,這就是地震儀器“審計”技術(shù)提出的初衷。
為了理清當(dāng)前地震儀器在應(yīng)用上存在的問題,有必要事先回顧地震儀器生產(chǎn)應(yīng)用的發(fā)展軌跡[2]。幾十年前,因當(dāng)時的技術(shù)能力所致,地震儀器一般就配置幾百道,可能出現(xiàn)的技術(shù)問題也就相對簡單。今天的油氣地震勘探項目特別是高密度勘探項目,地震儀器的配置可能達到幾萬甚至幾十道,那么生產(chǎn)中遇到的技術(shù)問題就可能層出不窮且錯綜復(fù)雜。實質(zhì)上,對比幾十年來的發(fā)展變遷,地震儀器在應(yīng)用環(huán)境、方法、條件、技術(shù)、模式等方面的主要變化是:實時接收的地震道數(shù)從幾十發(fā)展到幾萬甚至幾十萬;日生產(chǎn)的“炮”數(shù)從幾十發(fā)展到幾千甚至幾萬;日作業(yè)時間從陽光作業(yè)發(fā)展到全天候作業(yè);日待工時間從允許幾個小時到爭分奪秒;作業(yè)環(huán)境從以平坦地表為主到山地復(fù)雜區(qū)無所不能;作業(yè)技術(shù)從常規(guī)的地震勘探方法發(fā)展到以“兩寬一高”為特征的高端地震勘探方法;同步方式從簡單的命令同步模式發(fā)展到以授時同步、定時同步、連續(xù)采集等為特征的精準同步模式;掃描技術(shù)從單一的線性掃描發(fā)展到以滑動掃描為基礎(chǔ)的各種先進高效掃描方式;等等。所有這些發(fā)展變化一方面得益于地震儀器綜合技術(shù)能力的增強,另一方面也要求提升配套的應(yīng)用能力,因此與時俱進地創(chuàng)新地震儀器的應(yīng)用方法便是適應(yīng)發(fā)展變化的必然選擇。
雖然幾十年來地震儀器的應(yīng)用條件、技術(shù)、模式等發(fā)生了天翻地覆的變化,但油氣地震勘探項目的實施對地震儀器的選型、配置、管理、測試、質(zhì)控等措施基本上還是沿用傳統(tǒng)的習(xí)慣做法。歸結(jié)起來這些做法主要是:按合同要求(也可能是甲方指定或施工方建議)選擇能夠滿足勘探方法的地震儀器類型;按觀測方式、作業(yè)環(huán)境和制度文件等確定地面設(shè)備配置類型和數(shù)量(包括采集站道數(shù)、地震電纜或光纜根數(shù)、地震檢波器串?dāng)?shù)等);依據(jù)相應(yīng)的技術(shù)檢驗標(biāo)準對地震儀器及所有配套設(shè)備進行測試驗收,確保參與生產(chǎn)的設(shè)備功能正常且性能合格;投入生產(chǎn)應(yīng)用期間按相應(yīng)技術(shù)標(biāo)準進行質(zhì)量控制,若發(fā)現(xiàn)技術(shù)問題及時解決;野外生產(chǎn)結(jié)束后收集整理歸類地震儀器及其配套設(shè)備,并進行簡單測試再庫存或轉(zhuǎn)交,這便是幾十年來應(yīng)用地震儀器進行地震勘探大致要經(jīng)過的選型、配置、質(zhì)控和驗收流程。
顯然,這種傳統(tǒng)應(yīng)用地震儀器的習(xí)慣做法與當(dāng)前油氣地震勘探工程新特點不相適應(yīng),還有許多特別需要改進或創(chuàng)新的方面,這是因為絕大多數(shù)油氣地震勘探項目在實施過程中,地震儀器都會不同程度出現(xiàn)影響生產(chǎn)成效的技術(shù)問題。為進一步說明這一點,下面將以近些年地震隊實際運作的油氣地震勘探項目為例,系統(tǒng)地總結(jié)有關(guān)地震隊在項目運作過程中所用地震儀器及其配套設(shè)備在技術(shù)方面出現(xiàn)的問題,具體內(nèi)容見表1。
表1中僅列舉了部分有代表性的技術(shù)問題,實際上幾乎每一臺地震儀器在施工過程中都或多或少地會遇到某些技術(shù)問題,常見的有地面設(shè)備配置多了或少了,地面設(shè)備接插件壞了,需要的輔助設(shè)備未配置,地震資料遭遇特殊干擾,電臺通信不暢,激發(fā)與接收不同步,數(shù)據(jù)不能相關(guān),等等。這些問題的危害是明顯的,輕則浪費資源、影響生產(chǎn)效率、增加設(shè)備故障率,嚴重時導(dǎo)致停工停產(chǎn)、質(zhì)量事故、設(shè)備事故。所以,努力防范和規(guī)避地震儀器在生產(chǎn)過程可能出現(xiàn)影響生產(chǎn)和質(zhì)量的問題,特別將可能的問題解決在正式生產(chǎn)之前,就成為提高地震儀器應(yīng)用效果的重要課題。
表1 地震儀器施工中出現(xiàn)的問題舉例
地震儀器出現(xiàn)的任何技術(shù)問題都有其內(nèi)在的形成條件,問題和條件是一對性能和表現(xiàn)的因果關(guān)系。實際工作時,只有明確了導(dǎo)致地震儀器問題的本質(zhì)原因,才有機會找到解決問題的路徑。為了一般性地說明地震儀器施工期間出現(xiàn)問題的成因時間,下面仍以表1列出的問題為對象來分析其中的原因。通過對每一個問題的反向查找和分析都能找到產(chǎn)生相應(yīng)問題的原因,具體細節(jié)見表2。
表2 地震儀器技術(shù)問題原因分析
從這些具體的原因背后可以看到,表2列出地震儀器問題的成因并不是在施工過程產(chǎn)生的,而是在投入施工之前就已經(jīng)形成,只是前期工作沒有識別而已。那么,為什么在施工之前沒有發(fā)現(xiàn)這些客觀存在的問題誘因呢?理由還是應(yīng)該歸結(jié)到開工之前的地震儀器“審計”工作沒有到位。如果正式生產(chǎn)前,能夠結(jié)合地震儀器及其配套設(shè)備固有特性,充分調(diào)查研究過施工環(huán)境,就可以發(fā)現(xiàn)1.5 m引線的數(shù)字地震檢波器不適用2 m水深的池塘;還可以發(fā)現(xiàn)山高林密地區(qū)使用電臺通訊存在信號盲區(qū);如果開工前能夠嚴格檢測電瓶的容量,并結(jié)合地面設(shè)備的功耗就可以識別小容量電瓶不適合野外生產(chǎn);如果在鋪設(shè)野外排列前能夠按照施工設(shè)計的最大地震排列進行極限能力測試,就可以發(fā)現(xiàn)地震儀器當(dāng)時用錯網(wǎng)口通信連線以及系統(tǒng)采集能力不足等問題。根據(jù)表2所分析得到的內(nèi)在客觀原因可知,只要在正式開工生產(chǎn)前做好充分相關(guān)準備工作,也就是做好詳細、周密、慎重的地震儀器謀劃工作(參見表2列項“提前發(fā)現(xiàn)解決問題措施”),表1列述的所有客觀問題都能暴露并解決在正式開工生產(chǎn)之前 。由此可見,導(dǎo)致地震儀器及其配套設(shè)備在施工過程中頻繁出現(xiàn)的客觀問題,絕大多數(shù)是可以提前發(fā)現(xiàn)并解決在正式生產(chǎn)之前的,關(guān)鍵是在正式開工生產(chǎn)前要做好有針對性的調(diào)查研究、系統(tǒng)設(shè)計、精細測試、仿真考核等技術(shù)審計工作。
正如此前所描述的,地震儀器及其配套設(shè)備在施工過程出現(xiàn)的多數(shù)技術(shù)問題,都是在投入正式生產(chǎn)前就形成了相應(yīng)條件,只是因缺少規(guī)?;a(chǎn)應(yīng)用沒能在施工之前將客觀條件以問題形式暴露出來。那么,對于這些事先就客觀存在的問題誘因,用什么方法可以做到提前發(fā)現(xiàn)并解決在正式開工之前呢?為此,下面將圍繞如何提前暴露地震儀器客觀存在的問題誘因,并將誘因排除在開工生產(chǎn)之前這一目標(biāo),從多個方面來探討具體的工作思路。
對于特定的油氣地震勘探項目,首先要解決的是配置什么類型的地震儀器及其什么樣的輔助設(shè)備問題,也即地震儀器配置技術(shù)設(shè)計先行。做好本項工作需要調(diào)查研究做支持,第一要根據(jù)合同規(guī)定的地震數(shù)據(jù)采集方法,明確觀測系統(tǒng)設(shè)計、采集參數(shù)設(shè)計、施工作業(yè)模式(高效采集作業(yè)或常規(guī)采集作業(yè)等)、質(zhì)量控制要求等具體內(nèi)容,由此去定向選型可以滿足需求的地震儀器類型和確定地面設(shè)備的基本配置量。第二要充分調(diào)查研究施工作業(yè)環(huán)境,通過對地表作業(yè)環(huán)境的核實,進一步明確選擇特定的地震儀器或地震儀器組合,同時結(jié)合施工設(shè)計效率精確地測算出地面設(shè)備配置的需求量,并根據(jù)地表條件的特殊性選配相應(yīng)的輔助技術(shù)或設(shè)備(如無線橋、獨立激發(fā)控制系統(tǒng)、井口坐標(biāo)采集器等)。通過地震儀器配置技術(shù)設(shè)計主要是解決配置什么和配置多少問題,基本要求是保證配置設(shè)備能充分滿足施工需求,但又不過分富余導(dǎo)致資源浪費。
完成地震儀器配置技術(shù)設(shè)計后,就進入設(shè)備聚集和常規(guī)測試階段。作為一種精密電子設(shè)備地震儀器及其配套設(shè)備經(jīng)過使用和搬遷,總免不了有個別設(shè)備故障或性能下降,為了保證參與生產(chǎn)的設(shè)備性能都合格有效,就得對所有設(shè)備進行性能測試[3],并依據(jù)相應(yīng)技術(shù)標(biāo)準來剔除不合格設(shè)備。這項工作是必要的也是重要的,常規(guī)測試不僅可以剔除性能不合格設(shè)備,更重要的是可以發(fā)現(xiàn)潛在的隱患(例如接插件老化、線纜內(nèi)傷、功耗大等),進而將隱患消除在正式生產(chǎn)之前。地震儀器常規(guī)測試[4]實質(zhì)上可以理解為傳統(tǒng)的開工檢驗,相當(dāng)于做一次地震儀器年檢驗。需要強調(diào)的是,做常規(guī)測試的同時還要做好系統(tǒng)基礎(chǔ)支持條件[5]的檢查和確認,包括供電是否合格、接地是否規(guī)范、物理連接是否正確、安裝固定是否牢靠、外觀組成是否完整有效,等等。
常規(guī)測試的功效重點是確保組成地震儀器的每一個獨立部件功能正常性能合格,但地震儀器的工作成效要靠按特定物理聯(lián)接關(guān)系形成的部件集合體來實現(xiàn),例如能否滿足觀測系統(tǒng)定義的實時接收通道數(shù)[6],就得通過整體聯(lián)機測試才能驗證。極限能力驗證泛指特定的油氣地震勘探項目中地震儀器可能用到的各種極端技術(shù)條件進行仿真測試,常見的極端條件主要包括最大激活排列支持能力、單接收線的道能力、系統(tǒng)的道能力、最大負荷下的記錄速度、電瓶最大續(xù)航時間、最嚴格的時距規(guī)則適應(yīng)能力等。極限能力測試主要是驗證地震儀器系統(tǒng)能否滿足各種極端技術(shù)條件下的需要,通常這樣做能發(fā)現(xiàn)許多潛在的技術(shù)缺陷,進而把所有可能影響項目生產(chǎn)的風(fēng)險解決在正式開工之前。
為了滿足特殊需求就應(yīng)該配置特殊功能的設(shè)備或技術(shù),對于這些特殊功能的硬件和軟件在正式生產(chǎn)前完成仿真測試同樣意義重大。例如,針對河流湖泊等一般會選擇無線橋通信技術(shù)進行數(shù)據(jù)傳輸[7],那么所選擇的無線橋通信技術(shù)在通信距離、速率,環(huán)境適應(yīng)性等方面能否滿足實際生產(chǎn)需求,也得進行測試驗證才能得出正確結(jié)論。又例如,針對高速公路、城鎮(zhèn)等地表施工環(huán)境需要選擇地震儀器的多級排列或自由路徑技術(shù),這時也需要事先對這些特殊技術(shù)進行測試驗證才能做到萬無一失??傊槍τ蜌獾卣鹂碧巾椖康膫€性化需求,特別是針對某些特殊的環(huán)境所配置的特殊技術(shù),開工生產(chǎn)前進行全面仿真測試[8]也是規(guī)避或減少地震儀器在生產(chǎn)過程中出現(xiàn)問題的必經(jīng)之路。
做完上述工作雖然總體上確保了地震儀器及其配套設(shè)備能夠滿足生產(chǎn)需求,但還不能百分百地說明所有的問題誘因都能暴露或發(fā)現(xiàn),為此還需要按實際生產(chǎn)模式進行聯(lián)機演練。地震儀器的工作是一個系統(tǒng)工程,不僅直接涉及到地震波的傳感、數(shù)字化、傳輸、記錄等多個工序,還涉及到地震波激發(fā)、現(xiàn)場處理、資料解釋等相關(guān)工序。聯(lián)機進行生產(chǎn)流程演練就是完全仿真生產(chǎn)方式完成所有工序的測試,以此驗證聯(lián)機工作、通信距離、生產(chǎn)運行、生產(chǎn)數(shù)據(jù)、質(zhì)量控制等是否正常。從頭到尾走一遍生產(chǎn)流程,一般都能暴露存在于工序間銜接上的問題,進而把存在的隱患解決在正式生產(chǎn)之前。
通過一系列的測試和驗證肯定能發(fā)現(xiàn)一些地震儀器及其配套設(shè)備固有的技術(shù)問題,有些技術(shù)問題可以借助軟件手段等解決,但更多的問題需要通過硬件更換或維修才能解決,這就涉及地震儀器的維護與更新。所以,對于前期地震儀器技術(shù)審計中發(fā)現(xiàn)的隱患通過設(shè)備維修或更新加以排除,便是把問題解決在正式生產(chǎn)前的又一道關(guān)口。設(shè)備的維護與更新需要特定的基礎(chǔ)條件,首先要準備數(shù)量充足且性能合格的維修備件和材料,其次要具備支持維修的檢測設(shè)備、專用工具、空間環(huán)境和操作技術(shù)。
以上所探討的六大方法本質(zhì)上就是地震儀器審計技術(shù)主體,可見審計技術(shù)越齊全先進地震儀器的應(yīng)用成效就越有保障。實際應(yīng)用效果也證明,只要以上六項工作在正式開工生產(chǎn)前做實、做全、做準,多數(shù)隱患都能夠得到有效識別,地震儀器在生產(chǎn)過程中出的技術(shù)問題就少甚至不出。堅持地震儀器的所有技術(shù)問題是可以預(yù)防和規(guī)避的理念,超前做好地震儀器技術(shù)的審計,是進一步提高地震儀器應(yīng)用成效的最佳途徑。
通過對地震儀器問題隱患識別方法的路線討論,結(jié)合實際工作效果可以初步認定,除特殊情況外(如自然災(zāi)害、不可抗力事件、人為失誤等),特定的地震儀器及其配套設(shè)備在整個油氣地震勘探項目中可能出現(xiàn)的技術(shù)問題總量基本一定,暫且稱其為總量一定法則。如果能將可能出現(xiàn)的問題基本解決在正式開工生產(chǎn)前,自然生產(chǎn)過程中就有更少的誤工時間和更高工作效率,這就是地震儀器審計技術(shù)的內(nèi)涵和功效。
地震儀器審計技術(shù)的核心就是強化正式開工前的準備工作,主要內(nèi)容包括地震儀器配置技術(shù)設(shè)計、常規(guī)性能測試、極限能力驗證、個性化功能測試、聯(lián)機模擬生產(chǎn)方式運行和帶有性能缺陷設(shè)備的維護更新等。地震儀器審計技術(shù)提出的依據(jù)是基于特定地震儀器及其配套設(shè)備的一切技術(shù)問題都是可以預(yù)防和規(guī)避的理念,目的在于將所有潛在的地震儀器系統(tǒng)技術(shù)性能隱患充分地暴露并排除在地震勘探項目正式開工生產(chǎn)之前。地震儀器審計技術(shù)的關(guān)鍵創(chuàng)新點是打破傳統(tǒng)的地震儀器應(yīng)用習(xí)慣,建立全新的操作標(biāo)準和流程,并根據(jù)地球物理勘探技術(shù)的發(fā)展需求和地震儀器技術(shù)的當(dāng)下狀態(tài),與時俱進地提出能使地震儀器應(yīng)用成效最大化的作業(yè)技術(shù)方案。本質(zhì)上,在正式生產(chǎn)前詳細、周密、慎重謀劃地震儀器及其配套設(shè)備的準備工作就是地震儀器審計技術(shù)的核心,突出的是計劃性、針對性、前瞻性和有效性,圖1展示的是地震儀器審計技術(shù)的基本流程和主要內(nèi)容。
圖1 地震儀器審計技術(shù)流程圖
實施地震儀器技術(shù)狀態(tài)審計時,自然應(yīng)遵循一定的規(guī)矩和條件,考慮到地震儀器的根本作用是將動態(tài)的地震波轉(zhuǎn)換為靜態(tài)的地震數(shù)據(jù),那么以滿足本質(zhì)需求為目標(biāo)的技術(shù)審計通常遵循和依據(jù)的基本要素應(yīng)包括但不限于如下內(nèi)容:
項目合同約束條款;
廠商公布的技術(shù)指標(biāo);
行業(yè)通用技術(shù)要求;
相關(guān)技術(shù)標(biāo)準;
觀測系統(tǒng)參數(shù);
地表環(huán)境特點;
氣候條件;
當(dāng)前技術(shù)條件;
施工作業(yè)模式;
項目實施計劃等。
實施地震儀器技術(shù)狀態(tài)審計的直接目的是查找設(shè)備性能隱患,所以在實施過程中還應(yīng)突出重點做到有的放矢,根據(jù)前面討論的隱患識別方法,結(jié)合實際工作中的經(jīng)驗積累,審計的重點要素應(yīng)包括但不限于如下內(nèi)容:
常規(guī)性能測試結(jié)果;
個性化需求滿足能力;
關(guān)鍵技術(shù)性能;
基礎(chǔ)支撐條件;
獨特功能;
環(huán)境適應(yīng)能力;
觀測方法滿足能力;
聯(lián)機作業(yè)效果;
保障支持能力;
質(zhì)量控制能力;
維護備件材料;
配置設(shè)備數(shù)量、狀態(tài)、外觀、組成、資料;
系統(tǒng)以往的性能隱患;
影響生產(chǎn)效率和質(zhì)量的其它內(nèi)容。
地震儀器技術(shù)性能審計的終極目標(biāo)是把潛在的技術(shù)問題解決在正式開工生產(chǎn)之前,進而從地震儀器技術(shù)方面為提高油氣地震勘探項目綜合成效創(chuàng)造條件。那么,地震儀器技術(shù)性能審計具體應(yīng)達到什么效果,實現(xiàn)什么目標(biāo)呢?結(jié)合國際上應(yīng)用地震儀器的先進經(jīng)驗和實際工作成效,總體上認為地震儀器技術(shù)性能審計至少應(yīng)圍繞以下目標(biāo)進行:
結(jié)合環(huán)境、合同和方法選擇最優(yōu)的系統(tǒng)配置方案;
掌握系統(tǒng)的技術(shù)性能狀態(tài);
識別系統(tǒng)可能存在的技術(shù)風(fēng)險;
制定排除所識別隱患的方案;
系統(tǒng)的綜合能力得到驗證;
設(shè)備性能滿足地表環(huán)境需求;
系統(tǒng)的實際工作流程得到驗證;
制定系統(tǒng)性能優(yōu)化與增強方案;
制定維護備件材料計劃;
提出生產(chǎn)組織模式建議;
明確系統(tǒng)的質(zhì)量控制要點。
以上對地震儀器審計技術(shù)的論述是以當(dāng)前油氣地震勘探習(xí)慣做法為前提,如果地震儀器應(yīng)用技術(shù)發(fā)展到新的階段,相應(yīng)的地震儀器審計技術(shù)也會有新的內(nèi)涵。相信,只要所有的地震勘探項目都做到與時俱進、科學(xué)合理地應(yīng)用地震儀器,自然就會實現(xiàn)最佳的應(yīng)用效果,地震儀器的審計技術(shù)也就達到了最高境界。
探索就有成功的機會,不探索肯定不會成功。提出地震儀器審計技術(shù)就是想改變當(dāng)前不切實際的習(xí)慣做法,相信只要有創(chuàng)新的意識和信心,堅持一切性能隱患都是可以識別和排除的理念,地震儀器的綜合應(yīng)用效果就一定能夠持續(xù)提升。當(dāng)下需要做的是,在地震勘探行業(yè)范圍內(nèi)制定一項統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準,規(guī)范地震儀器審計技術(shù)要素,進而更好地推動和引領(lǐng)地震儀器審計技術(shù)的發(fā)展。
地震儀器的應(yīng)用技術(shù)廣泛而精深,這里討論的地震儀器審計技術(shù)只是地震儀器應(yīng)用技術(shù)的一個側(cè)面,探討內(nèi)容的深度和廣度有待進一步提高,特別是文中提出的有些觀點還有待實際工作的檢驗。