OBC正交束線過障礙區安全距離和特觀設計探討

胡興豪, 李如山

(1.中國海洋石油國際有限公司，北京 100027; 2.中海石油(中國)有限公司 深圳分公司南海東部石油研究院，深圳 518000)

OBC正交束線過障礙區安全距離和特觀設計探討

胡興豪1, 李如山2

(1.中國海洋石油國際有限公司，北京 100027; 2.中海石油(中國)有限公司 深圳分公司南海東部石油研究院，深圳 518000)

在有障礙物分布的海上勘探工區進行OBC地震采集作業困難，很大程度上體現在由于障礙物導致的炮點或者檢波點與設計點位偏差較大，甚至出現空缺，從而引起的資料產生缺口，同時降低勘探目標的有效覆蓋次數和地震資料的品質。針對障礙物的范圍、類型及分布情況，通過分析船體自身和障礙物特點，總結出一套求取最小作業安全距離的計算方法，在此基礎上，根據障礙物造成的炮點或檢波點偏差或空缺，進行特觀設計和采集作業，盡量減少資料缺口，從而降低障礙物地區海上地震采集的安全風險和作業難度，保證了資料品質。

障礙物； 海底電纜； 地震采集； 安全距離； 特觀設計

0 引言

在中國近海地震勘探作業中，海底電纜(OBC)采集方式越來越多應用到實際項目中，相對于常規拖纜，OBC三維地震勘探以其具有多分量接收、壓制水柱混響、二次定位等諸多優勢，在海上油田開發得到廣泛應用，特別是OBC觀測系統靈活，更加利于存在障礙地區的地震勘探，比如油田群區域，由于平臺數目多且距離較近，周圍的相關作業船也較多，這種情況下，只能通過OBC進行地震采集。

在以往的OBC地震采集項目實施過程中，關于安全距離的探討大多基于一個簡單的概念，現場作業往往需要經過多次試驗得到一套大概的方案，沒有具體的方法可參考；除此之外，現場作業安全主要基于人員和船只的安全，幾乎沒有考慮到對地震資料采集效果的影響程度大小，“以人為本”是必須考慮的，但最大程度保證資料的完整也是地震勘探中很重要的方面。

地震勘探觀測系統布設是地震勘探的基礎，指導勘探開發的方向，合理地觀測系統設計是地震勘探的核心前提。國內、外地震勘探技術人員對于特觀設計的研究都是在具體施工中進行臨時的操作，沒有形成具體經驗分享，對作業安全距離的研究也近乎空白。在基于最小作業安全距離的方法總結過程中，結合專業軟件理論的特觀設計，能夠保證OBC地震采集作業在過障礙區時安全作業的基礎之上，最大程度保護資料的完整性和高品質，實際的OBC采集實例也驗證了該方法的有效性。

1 OBC正交束線作業

正交束線觀測系統具有便捷的施工模式、靈活的施工布置及較高的作業效率，在海底電纜三維地震勘探中應用廣泛[1-4]。

目前淺海OBC正交束線作業方法，是沿著左右方向橫向等距布設若干條地震接收線，每條稱為一條排列，每條排列上縱向等距布設若干道地震接收道，每個地震接收道上設有檢波器，作業時炮線沿地震接收線方向等距滾動，完成一束線的作業后，排列組合中一側最外端的一根地震接收線沿其垂直方向滾動到另一端地震接收線的外側，組成新排列組合。

圖1 8L4S180R觀測系統Fig.1 Observation system of 8L4S180R

圖1為8L4S180R觀測系統的作業方式。該作業的優點是便于野外操作，減少震源船“上、下線掉頭”的次數和時間，大幅度提高作業效率，同時可以避免水深較淺時橫穿排列，把排列線掛偏、掛斷。

2 常見障礙物

相對于陸地地震采集，總體來說，海上的地震采集環境簡單許多，特別是深海。但是在淺海(如渤海灣)，大多OBC項目所在工區施工環境較為復雜：不同方向海流交匯；多個平臺組成的油田生產群；鉆井平臺進入工區作業；堤壩或者燈塔的建設；開海后漁船的突然增多以及每年固定的海蜇捕撈時節，都使得在受影響范圍內的OBC地震采集出現困難：①理論激發點或者檢波點位于障礙物區內；②不能滿足安全激發或者電纜收放要求；③存在和漁民協調的困難。因此，難以獲得障礙物覆蓋區的地下資料，地下資料的空白，導致地震解釋精度偏低[5-6]。

因此，在海上類似區域地震采集作業進行前，首要解決問題是障礙區特觀設計，其好壞直接影響所獲得地震資料是否完整，是采集作業的關鍵。利用專業軟件根據障礙物的分布情況靈活設計炮點和檢波點位置，計算出目的層覆蓋次數及面元統計信息，通過制定對應的作業措施，獲得高品質地震資料，研究障礙區的特觀設計具有重要的現實意義[7]。

3 最小作業安全距離

要應對這些困難，必須安全第一，主要包括設備和人員兩方面，震源船和儀器船及收放纜定位船只是OBC主要作業船只。這里所指安全主要是安全距離，即施工時，正在作業船只距離“危險源”的最小距離。

在OBC中，因為儀器船只大部分時間都處于拋錨接收地震數據狀態，移動和就位也會選擇避開作業的范圍，而收、放纜船也多靈活小巧，所以比較好控制。但外形較大的震源船就比較難以控制，必須提前根據其自身尺度和震源參數來計算出最小作業安全距離。

可以假設OBC震源船作業時需要經過一個長寬均為L的正方形平臺，震源船自身長度為X，寬度為Y，拖掛震源長度為a，同時假設震源船靜水速度為V船，實時水流速度為V水，與震源船行進方向成角度θ，如圖2所示。

圖2 OBC作業過單個平臺示意圖Fig.2 OBC operation passing through a single platform

由圖2可知，震源船與平臺平行錯過的總距離為：L+X+a，需要的時間t為：(L+X+a)/(V船+V水*cosθ)，期間船只移向平臺的速度為：V水*sinθ，由速度時間公式可知：

S=V水*sinθ*(L+X+a)/

(V船+V水*cosθ)

(1)

因一般情況下，大風天氣不會作業，故此公式忽略了風速。

一般情況下，在常規OBC作業中，為防止突發意外情況產生，通常依據具體海域的不同情況加一個最小避讓常數C，一般為船身寬度的2倍左右，故最終理論作業最小安全距離為：Lmin=S+C。

以渤海某海底電纜震源船過采油平臺為例，在一般海況下為計算依據，將實際參數代入上述公式計算Lmin，所得結果見表1。

由表1中15組數據計算結果可知，通過理論得出結果與實際作業執行符合得很好，而不同參數的變化則同時說明了不同的影響因素及其影響程度。

表1 渤海某海底電纜震源船過從單個平臺最小安全距離計算結果

總的來說，障礙物越小，船速越快(實際作業船速原則上不超過5.0節)，所需最小安全作業距離越小，依據該算法所得結果，總結一套數據庫，可指導OBC作業中過障礙物最小安全距離的選擇。同時，需要做出一套應急預案，以應對突發狀況，做到萬無一失。

4 特觀設計

無論是安全距離計算和實施，還是特觀設計的具體方法和模擬，在現場都需要建立一套完整的程序，由船隊安全人員帶領現場物探監督組、船隊技術組提前對障礙物進行踏勘(包括具體的時間和內容)，之后依據實測結果進行障礙物區的安全作業計劃和應急預案、特觀設計，務必做到具體細致(包括特觀后點位精度、資料噪音和作業效率等方面)，再由技術負責人形成一套具體的作業方案(包括特觀原因、方法和模擬效果及作業時間等)，由現場物探總監審核確認情況屬實無誤后，提交至甲方，等待勘探作業者的最終決策，同意后方可按照方案施工。

三維觀測系統設計需考慮地質目標和資料處理上的要求，其參數設計遵循的理念是采樣充分、均勻、對稱、提高成像真實性，優化覆蓋次數[8-11]。作業安全保證的基礎上，特觀設計根據障礙物的位置和分布范圍，設計激發點和檢波點實際布設，特觀方法的好壞，直接影響作業效率和資料質量。基本原則包括：①布設觀測系統避開海上障礙物；②特觀設計的觀測系統要確保面元屬性均勻，符合設計要求。

4.1 有效覆蓋次數

覆蓋次數的高低關系著整體資料的信噪比，特別是針對特定地質目標的采集中，加強主要目的層覆蓋次數，高覆蓋能夠更好地壓制隨機噪音，增加反射總能量，從而在提高信噪比的基礎上，確保成像效果。實際生產項目中，一般執行要求是所得實際資料的覆蓋次數，最低達到施工設計要求的3/4，作為有效資料，能夠滿足后續處理的需要。

依據陳學強[5]提到的，在采用中間對稱觀測系統和常規處理流程的情況下,可按式(2)、式(3)計算由激發點或接收點缺失引起目的層的有效覆蓋次數的變化：

R=1-NS/Xmax(S

(2)

(3)

式中：R為空炮或空道之后與之前的有效覆蓋次數比值；S為空炮或空道距離；N為系數(空炮或空道時為1，既空炮又空道時為2)；Xmax為接收目的層反射波的最大有效炮檢距；T0為目的層雙程反射時間；D為動校拉伸畸變允許值；Vr為目的層的均方根速度。

4.2 最大缺口深度

障礙物區域往往會造成地震采集作業中的激發點或接收點空缺，需要在施工前預測由此引起的剖面缺口的深度及對目的層有效覆蓋次數的影響程度，便于采取針對性措施進行彌補。激發點或接收點缺失造成的剖面缺口深度為切除后的CMP道集上資料的最淺深度。而CMP道集上的切除深度由折射波干擾范圍和動校拉伸畸變所決定，一般情況下，它僅受動校拉伸畸變值所確定。如采用中間對稱觀測系統，激發點或接收點的缺失引起剖面上最大缺口深度可由式(4)計算。

(4)

式中：T0為空炮或空道后對應剖面最大缺口的雙程反射時；N為系數；S為空炮或空道距離；D為動校拉伸畸變允許值；Vr為估算的最大缺口深度處的均方根速度。

4.3 激發點和接收點偏線布設

對于障礙物影響的激發點和接收點，如果任其缺失，則影響目的層有效覆蓋次數，在地震資料剖面上表現為一定的資料缺口，因此需要遵循最小安全距離原則對受到影響的點進行重新布設，通過改變炮點和接收點的位置，使得震源船和海底電纜繞過障礙物進行施工作業，震源船航行軌跡為彎曲的線，故這種作業方法可稱之為“彎線”施工，在實際布設過程中，偏離理論設計點越小越好。由于這種方法仍采用原來的觀測系統，故該方法基本不影響采集效果。

在“彎線”施工進行作業時，在安全的基礎上，遵循“最小”原則：即按照特觀設計施工后，盡量保證采集得到的地震資料受到的影響最小化。激發點和接收點在特觀設計時，按照縱向間距不變的原則進行，均為橫向上的偏差布設。實際項目中，因為障礙物的范圍和形狀不同，對激發點和接收點的橫、縱偏差影響程度也不同，需要依據實際進行布設和作業。這樣可以保證一個方向的定位結果在質控范圍內，由此減小橫、縱兩個方向同時偏差過大而帶來的綜合影響。

4.4 應用效果

2015年渤海灣某OBC工區內存在南堡某廢棄的導管架平臺，影響了正常作業的進行。此海域水深變化較大，在5 m到20 m之間，潮汐為“漲5落6平1”的半日潮，流速一般為50 cm/s～100 cm/s，潮差最大為3 m～4 m，潮流運動形式基本呈往復流。

通過實地探勘，在設計圖上標出此導管架具體位置，形狀為不規則四邊形，最長邊約330 m，最短邊約100 m，作業震源船長65 m，寬20 m，拖掛槍陣長度為18 m，作業船速為4.5節，水流方向與作業方向夾角為45°，統一單位后，根據前面所述最小作業安全距離計算公式，求出此次最小作業安全距離理論值為49.89 m，而實際作業中依據航行軌跡可知距離導管架最小作業距離為51.25 m，與理論值基本符合。

同時，通過4.1節中公式，根據所在工區實際情況，S為350 m，N值取為2，此項目Xmax為4 615 m，動校拉伸畸變取值為8%，估算缺口處均方根速度為1 600 m/s，可得出受導管架影響后所得覆蓋次數與理論覆蓋次數比值為0.84，缺口深度最大為0.47 s。

通過采用特觀設計方法，對受影響的激發點和接收點進行了重新布設，通過提前踏勘，軟件設計和理論論證，最終安全實施了作業，保證了采集數據的質量和最終效果。

由圖5可以看出，在特觀設計前，最高覆蓋次數為235次，特觀設計之后，最高覆蓋次數達到了245次，超過了理論設計覆蓋次數240次，單從此方面來說，效果很好。甚至從玫瑰圖來看，方位角也變寬。

現場施工保證最小作業安全距離的基礎上，依據特觀設計的激發點、接收點重新布設后，通過具體實施采集完成受障礙物影響的區域，最終得到的現場初疊加剖面(圖6)。由圖6可以看出：資料缺口最深處為0.25 s，比特觀設計前的0.48 s減小近一半的深度，最大程度保全了資料品質，同時也驗證了特觀設計的效果。

圖3 特觀設計前后炮檢點對比圖Fig.3 Comparison before and after the special design(a)過障礙物炮檢點關閉;(b)特觀設計：重新布設炮檢點

圖4 特觀設計前后覆蓋次數模擬對比Fig.4 Comparison before and after the special design(a)特觀前覆蓋次數模擬;(b)特觀后覆蓋次數模擬

圖5 特觀設計前后玫瑰圖對比Fig.5 Comparison of rose diagrams before and after the special design(a)特觀設計前玫瑰圖;(b)特觀設計后玫瑰圖

圖6 特觀設計所得資料現場初疊剖面Fig.6 Stacked section of field seismic data after the special design

5 結論

海上地震資料采集，包括常規拖纜和OBC作業，安全都是首要考慮的因素，提前根據船體自身情況、障礙物特點、海況和天氣情況，計算出最小作業安全距離，保證作業前做好十足準備。在海上障礙物區進行OBC作業時，利用實地踏勘數據，在工區內準確標出障礙物的具體位置、形狀和大小，是特觀設計的必要前提，而基于海上障礙物的動態觀測系統特觀，是處理過障礙區作業的關鍵措施；與此同時，要對具體海況、作業方式、施工難度、資料缺失情況等因素進行綜合考慮；理念是在安全第一的基礎上，盡量最大程度保證資料的完整和高品質。

1)通過綜合研究，得出一套理論上的OBC正交束線過障礙區施工的最小安全作業距離求取方法，可以形成區域數據庫，在實際作業前做出計劃，指導現場同類型地震作業的實施。

2)對受到障礙物影響的激發點和接收點進行重新布設，通過特觀設計的論證和面元屬性分析、缺口深度分析等，保證地震采集作業的安全性、有效性和可行性，以保護炮、檢點的完整性，最大程度減少了資料的缺失。

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Discussion of the calculation of safe distance and special design of OBC operation in areas with obstacles

HU Xinghao1, LI Rushan2

(1.CNOOC International Limited, Beijing 100027， China； 2.CNOOC Shenzhen Limited Nanhai East Petroleum Research Institute，Shenzhen 518000， China)

It's difficult to conduct the OBC seismic operation in the area with obstacles on the sea. The positions of shot or receiver have to be changed by obstacles, and it may even result in gaps on profile. Meanwhile, this can low the number of folds and reduce the quality of seismic data. The ranges, types and distributions of normal obstacles and their influences of OBC seismic operation are discussed in this paper. By analyzing characteristics of source-ship and obstacles, a method of calculating the minimum safe distance is formed. Furthermore, the special design is used to adjust the actual operation in order to reduce the loss of seismic data. Both of the methods are used to ensure the safety of operation and the quality of seismic data.

obstacles; OBC; seismic acquisition; safe distance; special design

2016-07-29 改回日期：2016-09-11

胡興豪(1985-)，男，工程師，主要從事海外物探項目的作業管理和技術支持工作，E-mail：huxh2@cnooc.com.cn。

1001-1749(2017)02-0237-06

P 631.4

A

10.3969/j.issn.1001-1749.2017.02.13