海上勘探現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)質(zhì)控方法研究與應(yīng)用
——以阿根廷某區(qū)塊為例

姜 丹,李君君,焦敘明

(中海油服物探事業(yè)部 天津 300451)

0 引言

海上地震勘探受環(huán)境變化影響較大，存在采集時(shí)窗，且采集成本高，特別是近年來發(fā)展的海底電纜(OBC)、海底節(jié)點(diǎn)(OBN)等新采集方式，涉及到的采集船只至少4條，多則十幾條，采集成本大幅提高，尤其海底節(jié)點(diǎn)采集，每天日費(fèi)成本將近30×104美元，因此提高作業(yè)效率是國(guó)內(nèi)外勘探公司面臨的首要問題[1]。地震采集時(shí)，在保證自身設(shè)備運(yùn)行正常的情況下，提高海上地震資料采集質(zhì)控效率也是提高作業(yè)效率的關(guān)鍵內(nèi)容之一。海上地震采集傳統(tǒng)的質(zhì)控流程需要等待記錄整條測(cè)線完成，磁帶解編，然后開始識(shí)別地震資料采集過程中是存在的問題，如發(fā)現(xiàn)該條測(cè)線的地震資料有問題，則需重新采集，耗費(fèi)大量人力、物力、財(cái)力及時(shí)間，且有可能錯(cuò)過最佳采集時(shí)窗，大幅增加地震資料采集成本。由于影響海上地震采集資料品質(zhì)的因素多種多樣，出現(xiàn)問題的頻率較高，如能實(shí)時(shí)質(zhì)控，在采集過程中及時(shí)判斷外界干擾對(duì)資料的影響程度，做出合理解釋，既保證判斷的客觀性，又保證了采集作業(yè)的時(shí)效。因此，研究現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)控的時(shí)效性意義重大[2]。

1 實(shí)時(shí)質(zhì)控研究背景

海上現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)控的內(nèi)容主要針對(duì)這三部分，儀器記錄，導(dǎo)航記錄和震源近場(chǎng)記錄。地震勘探小隊(duì)由三個(gè)部門組成：震源部門、儀器部門和導(dǎo)航部門。震源部門負(fù)責(zé)震源激發(fā)和震源信號(hào)反饋，儀器部門負(fù)責(zé)地震資料采集和數(shù)據(jù)接收，導(dǎo)航部門負(fù)責(zé)地震數(shù)據(jù)定位和傳輸。采集操作人員通過質(zhì)控的結(jié)果可以了解水下拖纜設(shè)備工作狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障，做出調(diào)整。因此，質(zhì)控的準(zhǔn)確性直接影響著工作人員對(duì)儀器，特別是水下設(shè)備工作指標(biāo)的判斷，影響整個(gè)采集項(xiàng)目的進(jìn)行。一般情況，現(xiàn)場(chǎng)處理對(duì)采集資料的質(zhì)控具有滯后性，傳統(tǒng)方式為地震記錄是以60 G容量或300 G容量磁帶為單位，現(xiàn)場(chǎng)處理質(zhì)控地震記錄是以磁帶為介質(zhì)，采集資料過程中如果出現(xiàn)突發(fā)事件，需要等待磁帶完成，再由現(xiàn)場(chǎng)處理解編，才能進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)處理，處理具有滯后性，不能滿足實(shí)時(shí)質(zhì)控的需要。數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸?shù)膶?shí)現(xiàn)可以改變傳統(tǒng)的處理方式，可以將處理由磁帶單位轉(zhuǎn)換成以單炮單位，隨時(shí)解編，對(duì)采集記錄情況實(shí)時(shí)質(zhì)控。例如對(duì)采集SEAL儀器記錄系統(tǒng)可以檢查，對(duì)導(dǎo)航定位系統(tǒng)的檢查和震源系統(tǒng)的檢查，如果出現(xiàn)采集記錄或者采集參數(shù)與設(shè)計(jì)配置不一致情況，可以立即修改或者重新配置，大大提高了效率。對(duì)震源系統(tǒng)的質(zhì)控，包括槍容量變化，陣列間距變化，深度變化，開關(guān)槍等，實(shí)時(shí)質(zhì)控震源變化，保證資料質(zhì)量。

2 實(shí)時(shí)質(zhì)控的實(shí)現(xiàn)原理

目前，中國(guó)海洋石油的物探船大部分采用法國(guó)Sercel公司的Seal428采集儀器系統(tǒng)，美國(guó)IO公司Orca導(dǎo)航定位系統(tǒng)、Digishot槍控系統(tǒng)和以色列Paradigm公司的Echos軟件[3]。儀器采集系統(tǒng)包括船載設(shè)備和水下設(shè)備兩大部分，船載設(shè)備包括：服務(wù)器、客戶端、SEGD文件服務(wù)器、GPS時(shí)間接收機(jī)、以太網(wǎng)路由器、采集單元(LCI、DCXU428、AXCU)、外圍設(shè)備(磁帶機(jī)，NFS磁盤陣列，繪圖儀等)。水下設(shè)備包括在電纜上分布式電子設(shè)備和其他不同部件。Seal428是基于網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)，包括客戶端網(wǎng)絡(luò)、采集數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)、QC顯示網(wǎng)絡(luò)和外圍通信網(wǎng)絡(luò)。Seal428系統(tǒng)服務(wù)器通過以太網(wǎng)鏈路和 T0時(shí)段信號(hào)與導(dǎo)航系統(tǒng)通信和同步，同時(shí)通過以太網(wǎng)鏈路與采集記錄設(shè)備之間通信，數(shù)據(jù)主要以SEGD格式記錄到系統(tǒng)緩存中，然后轉(zhuǎn)錄至盤陣和磁帶[4]。Digishot槍控系統(tǒng)通過與導(dǎo)航觸發(fā)同軸電纜相連，采集的槍陣近場(chǎng)數(shù)據(jù)記錄到槍控系統(tǒng)中。

實(shí)現(xiàn)地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和現(xiàn)場(chǎng)處理系統(tǒng)之間的實(shí)時(shí)傳輸，最重要是設(shè)置存儲(chǔ)介質(zhì)在網(wǎng)絡(luò)間的共享。

具體步驟是：①實(shí)現(xiàn)地震采集數(shù)據(jù)在介質(zhì)的實(shí)時(shí)記錄，將網(wǎng)絡(luò)硬盤通過網(wǎng)卡設(shè)置和網(wǎng)絡(luò)鏈接加入Seal428服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，采集記錄時(shí)，數(shù)據(jù)記錄至系統(tǒng)緩存中;②分兩路，一路通過磁帶機(jī)外設(shè)記錄至磁帶，另一路通過網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)記錄至網(wǎng)絡(luò)硬盤，實(shí)現(xiàn)采集數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)硬盤;③實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)硬盤和處理系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)的傳輸，通過網(wǎng)卡設(shè)置和網(wǎng)絡(luò)連接將此網(wǎng)絡(luò)硬盤在網(wǎng)絡(luò)共享，通過Linux系統(tǒng)掛接至現(xiàn)場(chǎng)處理軟件Echos中，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和現(xiàn)場(chǎng)處理系統(tǒng)之間的實(shí)時(shí)傳輸。槍控系統(tǒng)的實(shí)時(shí)傳輸相對(duì)比較簡(jiǎn)單，直接利用槍控記錄設(shè)置為SEGD和SEGY數(shù)據(jù)兩路傳輸，一路近場(chǎng)槍控?cái)?shù)據(jù)直接記在槍控自身系統(tǒng)中，另一路近場(chǎng)數(shù)據(jù)可以選擇遠(yuǎn)程記錄，直接ftp實(shí)時(shí)傳輸記錄在共享網(wǎng)絡(luò)硬盤中。

數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸為實(shí)時(shí)處理奠定了基礎(chǔ)，通過處理軟件Echos編輯解編作業(yè)，可以實(shí)時(shí)解編任意指定單炮數(shù)據(jù)進(jìn)行地震數(shù)據(jù)處理，也可以利用循環(huán)語句編輯腳本，處理整條測(cè)線。首先在循環(huán)語句下將每一炮數(shù)據(jù)解編，然后利用合并語句將解編完的單炮數(shù)據(jù)合并或者加載每一個(gè)單炮數(shù)據(jù)，形成整條測(cè)線，也可以利用時(shí)間間隔自動(dòng)執(zhí)行解編作業(yè)來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)解編，使地震采集和處理一體化處理。

3 實(shí)時(shí)質(zhì)控在阿根廷工區(qū)的應(yīng)用

3.1 地震數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)質(zhì)控的應(yīng)用

地震數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)質(zhì)控技術(shù)首次在阿根廷工區(qū)應(yīng)用中就取得良好效果，大大節(jié)省了從數(shù)據(jù)采集到處理質(zhì)控的等待時(shí)間。首先，實(shí)時(shí)質(zhì)控通過建立地震采集數(shù)據(jù)與共享網(wǎng)絡(luò)硬盤的連接，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)在地震記錄系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)之間的實(shí)時(shí)傳輸；然后，利用處理軟件解編作業(yè)和Linux下的循環(huán)腳本結(jié)合，將采集記錄的SEGD數(shù)據(jù)格式實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)內(nèi)部記錄格式；最后，對(duì)采集地震內(nèi)容進(jìn)行實(shí)時(shí)質(zhì)控。如圖2所示，利用系統(tǒng)共享硬盤實(shí)時(shí)解編的單炮數(shù)據(jù)與原磁帶方式解編的數(shù)據(jù)一致，實(shí)時(shí)質(zhì)控的優(yōu)點(diǎn)是可以實(shí)時(shí)質(zhì)控?cái)?shù)據(jù)記錄極性、壞道、頻譜、頻率、噪音情況，及時(shí)完成對(duì)資料品質(zhì)的評(píng)價(jià)，也可以卸道頭，查看地震數(shù)據(jù)的采集參數(shù)信息是否正確，如果出現(xiàn)異常及時(shí)改正。

圖1 地震采集數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸Fig.1 Seismic data real time transmission

圖2 地震數(shù)據(jù)格式實(shí)時(shí)解編Fig.2 Seismic data format real time DE-multiplexed

3.2 導(dǎo)航數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)質(zhì)控的應(yīng)用

海上導(dǎo)航定位處理是海洋地震資料處理中的重要的環(huán)節(jié)，導(dǎo)航數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)質(zhì)控主要是對(duì)位置坐標(biāo)和時(shí)間同步[5]，海上地震勘探中，導(dǎo)航系統(tǒng)在GPS和RGPS的共同作用下，設(shè)置聲學(xué)定位網(wǎng)絡(luò)對(duì)炮點(diǎn)位置和檢波點(diǎn)位置進(jìn)行精準(zhǔn)定位，導(dǎo)航定位結(jié)果的優(yōu)劣直接影響炮點(diǎn)和檢波點(diǎn)相對(duì)位置的準(zhǔn)確性[6]。現(xiàn)場(chǎng)處理質(zhì)控中，首先利用處理軟件將地震系統(tǒng)和導(dǎo)航數(shù)據(jù)合并，使地震單炮數(shù)據(jù)賦值導(dǎo)航定位信息;然后檢查道頭信息中的導(dǎo)航定位數(shù)據(jù)坐標(biāo)與時(shí)間，來實(shí)現(xiàn)對(duì)導(dǎo)航系統(tǒng)信息的實(shí)時(shí)質(zhì)控(圖3)，道頭信息顯示內(nèi)容包括：共反射點(diǎn)位置坐標(biāo)、響炮時(shí)間、地震道偏移距大小、電纜檢波點(diǎn)深度、檢波點(diǎn)位置坐標(biāo)、震源響炮點(diǎn)位置坐標(biāo)和水深等，將此類信息與導(dǎo)航定位系統(tǒng)一一對(duì)應(yīng)，驗(yàn)證其準(zhǔn)確性。

圖3 導(dǎo)航道頭信息檢查Fig.3 Navigation header check

3.3 槍控?cái)?shù)據(jù)實(shí)時(shí)質(zhì)控的應(yīng)用

槍控?cái)?shù)據(jù)實(shí)時(shí)質(zhì)控對(duì)阿根廷工區(qū)采集作業(yè)意義重大，可以實(shí)時(shí)監(jiān)控震源子槍和陣列的工作狀態(tài)，第一時(shí)間對(duì)采集質(zhì)量作出判斷和計(jì)劃，節(jié)約時(shí)間和成本[7]。該震源采用4陣列組合震源，槍陣設(shè)計(jì)時(shí)，每個(gè)陣列子槍上方安裝近場(chǎng)檢波器，用來記錄每個(gè)空氣槍的工作子波數(shù)據(jù)[8-9]。槍控?cái)?shù)據(jù)實(shí)時(shí)質(zhì)控可以利用Echos處理軟件根據(jù)近場(chǎng)檢波器的安裝個(gè)數(shù)和位置不同，對(duì)各個(gè)近場(chǎng)檢波器的實(shí)時(shí)傳輸數(shù)據(jù)進(jìn)行疊加，然后利用Linux編寫腳本，自行按時(shí)運(yùn)行處理作業(yè)，得出實(shí)時(shí)槍陣子槍的波形疊加圖。當(dāng)子槍出現(xiàn)突變時(shí)，疊加信號(hào)同相軸就會(huì)發(fā)生變化(圖4)，整個(gè)3陣陣列檢波器子槍疊加都發(fā)生變化，說明震源3陣漏氣，需要立即停止作業(yè)，更換或修理。震源實(shí)時(shí)監(jiān)控技術(shù)為國(guó)內(nèi)首例，應(yīng)用效果表明此技術(shù)提高了質(zhì)控效率，對(duì)我國(guó)海上地震勘震源探質(zhì)控的發(fā)展起到推動(dòng)促進(jìn)作用。

圖4 震源槍控系統(tǒng)質(zhì)實(shí)時(shí)控Fig.4 Source control system real time QC(a)A512_string_4;(b)A512_string_3;(c)A512_string_2;(d)A512_string_1

4 結(jié)論

海上勘探現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)質(zhì)控技術(shù)為國(guó)內(nèi)首例，重新配置儀器記錄模式，將地震采集系統(tǒng)與處理系統(tǒng)建立網(wǎng)絡(luò)共享，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)傳輸和實(shí)時(shí)質(zhì)控，該技術(shù)可以大幅提高質(zhì)控效率，對(duì)海上地震勘探現(xiàn)場(chǎng)處理質(zhì)控的發(fā)展起到推動(dòng)作用。海上勘探現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)質(zhì)控技術(shù)優(yōu)點(diǎn)在于：

1)現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)控地震和導(dǎo)航數(shù)據(jù)，不需要等待資料拷貝后才能完成質(zhì)控，可以對(duì)資料進(jìn)行實(shí)時(shí)質(zhì)控，在線上驗(yàn)證儀器采集參數(shù)和定位采集參數(shù)的準(zhǔn)確性，及時(shí)對(duì)資料的質(zhì)量進(jìn)行分析和評(píng)價(jià)，提高質(zhì)控效率。

2)實(shí)時(shí)質(zhì)控氣槍在水下激發(fā)狀態(tài)，對(duì)槍陣開關(guān)槍，子陣漏氣，子陣間距變化等實(shí)時(shí)顯示；采集中遇到槍陣漏氣等突發(fā)情況，可以迅速作出判斷，提高采集效率。

3)實(shí)踐表明，按此分類方案進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)控，既精確又快捷，對(duì)海上石油勘探現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)控工作有一定的借鑒意義。