渤海某油區(qū)井間地震作業(yè)環(huán)境噪聲評級及應對措施

劉如明，闞留杰，崔國杰，張國強，涂春趙，胡志爽

（1.中海石油能源發(fā)展股份有限公司工程技術公司，天津 300459；2.中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津 300459）

渤海某油田由于主力目的層儲層較薄、橫向連續(xù)性差、尖滅現象普遍，加之斷層較多，常規(guī)地震在目的層段的解釋精度無法滿足油田開發(fā)需求[1-2]。為了解決上述難題，2015年底中海油首次在該油田進行了井間地震作業(yè)。

陸地油田井位比較分散，噪聲相對較少，作業(yè)空間比較廣闊，具有較好的井間地震作業(yè)條件[3-4]；而海上平臺由于費用高、空間小、平臺重型設備及船舶等噪聲大等因素限制，極少開展該類型作業(yè)[5-6]。針對海上井間地震采集復雜施工條件下，在施工中如何對環(huán)境噪聲進行快速判別和控制，以得到高質量數據，并提高施工效率等方面缺乏可借鑒的標準和案例。同時由于本次井間地震與鉆完井作業(yè)交叉進行，作業(yè)環(huán)境噪聲很強、復雜多樣，嚴重影響了井間地震采集數據的信噪比。在前期采集的12個扇區(qū)中，有6個扇區(qū)的資料因為信噪比低而無法應用，需重新采集。通過對12個扇區(qū)采集的數據及采集時環(huán)境因素進行了全面分析，對環(huán)境噪聲進行評級，并針對鉆完井不同作業(yè)環(huán)節(jié)及噪聲情況制定相關措施，有效地指導了后續(xù)資料采集，數據信噪比得到了顯著提高。

1 作業(yè)環(huán)境噪聲特征分析

由于本次井間地震與鉆完井作業(yè)交叉進行，各種重型設備運轉及拖輪在平臺周邊頻繁機動，都會產生各種類型的噪聲。鉆完井的噪聲主要分為兩類：（1）設備運行噪聲：比如泥漿泵、固井泵等設備運行產生的噪聲，船舶在平臺周邊機動產生的強噪聲等；（2）作業(yè)噪聲：比如鉆進過程中鉆頭破裂地層產生的噪聲，下套管及裝井口期間工具磕碰等產生的噪聲等[7]。要提高采集數據的信噪比，首先要分析出噪聲規(guī)律，即分析鉆完井不同作業(yè)環(huán)節(jié)中噪聲產生的方式和特點，才能克服噪聲對數據采集的影響[8]。

1.1 鉆井噪聲分析

鉆井每口井作業(yè)周期相對較長，各個作業(yè)環(huán)節(jié)產生的噪聲也不同。在采集過程中，通過記錄數據的噪聲情況與當前鉆井作業(yè)進度結合分析，確認不同作業(yè)環(huán)節(jié)噪聲的影響程度。通過對鉆井作業(yè)期間采集的數據進行分析，確認了不同鉆井作業(yè)環(huán)節(jié)中噪聲產生情況（表1）。

表1 鉆井不同作業(yè)環(huán)節(jié)中主要噪聲統(tǒng)計Table 1 Main noise statistics in different drilling operations

（1）鉆進及倒劃眼作業(yè)：在鉆進和倒劃眼過程中，由于鉆頭破裂地層，產生大量噪聲。該噪聲經地層傳播，由地震檢波器接收，對地層數據采集造成影響（圖1）。該種噪聲的影響程度與鉆頭距檢波器的距離有關，距離越遠，噪聲衰減越強，則影響越弱。對第一對井采集的數據進行分析表明：鉆頭位置與接收井檢波器距離在650 m之內，則鉆頭破壞地層產生的噪聲對采集數據質量的影響較強；如果超過650 m，則影響相對較弱。

圖1 鉆進時背景噪聲Fig.1 Background noise during drilling

（2）泥漿泵噪聲：泥漿泵在運行時會產生噪聲。本次作業(yè)由于泥漿泵距離井口位置較遠，產生的噪聲對正常采集影響較小。

（3）起下鉆、下套管及井口作業(yè)：在起下鉆、下套管及井口作業(yè)期間，不可避免的會產生磕碰、敲打，很容易產生隨機噪聲。由于該種噪聲產生的位置距離井口位置很近，噪聲經甲板由套管傳入接收井內，形成套管波，實時顯示信號為典型的V字形[9]（圖2）。

圖2 套管波信號Fig.2 Casing wave signal

（4）固井泵和井架滑移：由于固井泵和井架滑移底座位于井口大蓋甲板上，距離井口位置較近，在固井泵運行和移井架期間，固井泵和滑行底座會持續(xù)產生低頻噪聲，導致信噪比降低（圖3）。

圖3 固井泵噪聲Fig.3 Noise of cementing pump

（5）拖輪噪聲：海上拖輪一般為6 000～12 000馬力，在鉆完井作業(yè)期間在平臺周邊機動比較頻繁。在拖輪機動時，將產生非常強的噪聲，直接通過海水、隔水導管等傳入井內由檢波器接收，成為對采集影響最嚴重的噪聲（圖4）。

圖4 拖輪機動在平臺周邊機動時背景噪聲Fig.4 Background noise of tugboat maneuvering around platform

（6）電纜測井：為避免跨電纜作業(yè)，電測作業(yè)期間平臺靠船及吊裝作業(yè)極少，重型設備基本都處于停運狀態(tài)，平臺相對較安靜；同時，測井儀器串在井內產生噪聲很小，不會對井間地震數據采集造成影響。

1.2 完井噪聲分析

通過對完井作業(yè)期間采集的數據進行分析，確認了不同完井作業(yè)環(huán)節(jié)中噪聲產生情況（表2）。

表2 完井不同作業(yè)環(huán)節(jié)中主要噪聲統(tǒng)計Table 2 Main noise statistics in different operation links of well completion

刮管洗井和射孔作業(yè)是完井特有的作業(yè)環(huán)節(jié)，其它環(huán)節(jié)噪聲情況與鉆井情況類似。

（1）刮管洗井：刮管器與套管內壁頻繁摩擦，會在井內產生無規(guī)律、間歇性出現的噪聲。

（2）射孔作業(yè)：射孔作業(yè)會產生劇烈噪聲，但射孔作業(yè)時間非常短，屬于瞬時噪聲，可以通過關注射孔作業(yè)時間規(guī)避射孔噪聲。

通過上述分析，對交叉作業(yè)環(huán)境噪聲產生的方式及噪聲特點有了初步的認識，明確了不同鉆完井作業(yè)產生噪聲的強度、規(guī)律性等特點，方便現場作業(yè)人員對噪聲進行歸類、分析。

2 環(huán)境噪聲評級及應對措施

2.1 環(huán)境噪聲評級

根據噪聲強度、噪聲特點和處理難度，將噪聲進行了分類并對不同噪聲條件下的作業(yè)環(huán)境進行了A、B、C、D四個等級的劃分，噪聲環(huán)境由A級到D級，噪聲強度逐步增大，規(guī)律性越來越強，處理難度越來越大。通過噪聲環(huán)境評級，相當于從噪聲的角度將整個鉆完井作業(yè)按噪聲特點劃分為四大類，找到了嘈雜的交叉作業(yè)環(huán)境下噪聲的變化規(guī)律，有利于現場作業(yè)人員從整體上制定克服噪聲的措施（表3）。

表3 噪聲分類及環(huán)境評級Table 3 Noise classification and environmental rating

2.2 四級噪聲環(huán)境應對措施

不同噪聲環(huán)境下的作業(yè)措施見表4。

表4 不同噪聲環(huán)境下的作業(yè)措施Table 4 Operation measures under different noise environment

A級：相對比較安靜，數據信噪比特別高。但在射孔作業(yè)期間絕大部分時間比較安靜，只在射孔彈激發(fā)的一瞬間產生噪聲，屬于瞬時噪聲，可以關注射孔作業(yè)時間來規(guī)避射孔噪聲。

B級：噪聲強度較低，持續(xù)時間短，具有隨機性。在現場，隨機噪聲主要通過多炮疊加的方式進行消除。同時發(fā)現原始數據中存在較強的高頻噪聲(圖5左)，對其進行速度分析，噪聲速度V=(2 489-2 339)/(0.365-0.270)=1578.95(m/s)，認為該噪聲為管波；考慮到管波的速度單一，現場對管波的處理方式采用速度濾波的方法，并取得良好效果（圖5右）。雖然現場通過這些手段可以消除低強度噪聲的影響[10]，但現場采集過程中要盡量規(guī)避裝井口、砸螺栓等噪聲密集時間段，確保數據具有較高信噪比。

圖5 管波去除前后的波場Fig.5 Wave field before and after tube wave removal

C級：通過對信號強度的實時監(jiān)測并結合鉆完井作業(yè)動態(tài)，來規(guī)避噪聲。如果背景噪聲強度正常，則正常采集數據；如果背景噪聲強度較強，影響較大，暫停采集。由于該類型的噪聲存在階段性，暫停采集期間每過5 min觀測一次實時背景噪聲強度，如強度降低則進行正常采集。

D級：存在該類噪聲時，實時信號強度遠大于有效信號強度范圍，通過現場巡查確定噪聲源。此類型噪聲由于按一定的頻率持續(xù)存在，且噪聲干擾造成有效波波形失真，波場處理無法消除其影響，導致數據信噪比降低。在D級環(huán)境下暫停數據采集，直至作業(yè)環(huán)境轉入其它三種類型為止。

3 現場應用效果

在之后的采集作業(yè)中，現場嚴格按照該措施進行作業(yè)，在降低噪聲影響方面取得了很好的效果，數據質量明顯提升（圖6）；在第二個剖面，共進行的18個扇區(qū)的數據采集工作中，井間地震采集數據的信噪比明顯提高，其中只有2個扇區(qū)是因為這兩口井的井間距較遠，接收信號差，需要重新采集，其余扇區(qū)基本采集到了合格的數據。

圖6 某扇區(qū)原始數據與復測數據共接收點道集對比圖Fig.6 Comparison of common receiver gathers of original data and retest data in a sector

海上井間地震環(huán)境噪聲評級及應對措施的提出和使用，克服了交叉作業(yè)環(huán)境下噪聲情況復雜的難題，提高了數據的信噪比，保證了數據資料的整體質量。本次井間地震兩個剖面最終解釋分辨率均達5～10 m，部分井段解釋分辨率達到3～5 m，為后續(xù)的海上井間地震數據采集提供了借鑒。

4 結束語

通過對海上主要噪聲進行分析，得出了不同鉆完井作業(yè)環(huán)節(jié)中噪聲的特點以及其對數據采集的影響程度，基于此對噪聲環(huán)境分為四級，并對每種噪聲環(huán)境制定對應措施，可有效規(guī)避噪聲對數據采集的影響，提高了數據信噪比和作業(yè)效率，應用前景廣闊。