高密度固體拖纜在海洋工程勘察中的應(yīng)用

唐 進(jìn)，陳 曦，王子秋

（中海油田服務(wù)股份有限公司 天津 300451）

隨著國家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和海洋戰(zhàn)略的實(shí)施，海上蘊(yùn)藏的巨大石油資源使得海洋對于經(jīng)濟(jì)和國防具有重大的戰(zhàn)略意義。能源需求的日益增大必然帶來海洋石油勘探的蓬勃發(fā)展，但不同于陸地，由于海洋特殊的惡劣環(huán)境，存在臺風(fēng)、海嘯、地震等多種災(zāi)害的潛在威脅，海上石油勘探開發(fā)所涉及的各種工程、水文和環(huán)境地質(zhì)問題日益突出，海洋工程安全問題日益受到高度重視。

淺層地震勘探具有無損、相對費(fèi)用低、效率高和成果直觀等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于海洋工程勘察領(lǐng)域。隨著海洋勘探的深入，對淺部地層、小構(gòu)造及環(huán)境地質(zhì)、工程地質(zhì)的勘探和研究提出了更高的要求。在常規(guī)拖纜二維地震勘探中，對500～1 000 m深度的淺部層狀地層和小型構(gòu)造往往無法精細(xì)識別，高密度小道距地震采集技術(shù)能夠有效地實(shí)現(xiàn)淺層高分辨率勘探，更精細(xì)地識別淺層構(gòu)造，能夠很好地降低海洋工程建設(shè)中的安全隱患。

海上常規(guī)拖纜是采用液體結(jié)構(gòu)，施工過程中不僅存在因拖纜損壞漏油造成環(huán)境污染的風(fēng)險，同時液體拖纜往往比重不均影響電纜平衡額外增加由此帶來的采集噪音，固體拖纜能夠有效克服上述缺陷，在海洋工程勘察領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。

1 高密度地震采集技術(shù)

淺層工程地震勘探要求具備較高的分辨率，這樣可以更好地分辨淺層細(xì)微地質(zhì)構(gòu)造，以指導(dǎo)海洋工程建設(shè)和降低設(shè)備風(fēng)險。高密度采集是提高地震勘探分辨率的重要手段之一，通過減小空間采樣尺度，實(shí)現(xiàn)對地下地質(zhì)體更小面元的資料采集，達(dá)到改善地質(zhì)體成像質(zhì)量的目的。

對于海洋工程，由于關(guān)注的目的層位比較淺，一般淺層工程地震勘探中采用小容量氣槍激發(fā)，震源的高頻成分豐富，同時施工中震源和拖纜的沉放深度較淺，可以有效降低海洋勘探中特有的鬼波陷頻的影響，所采集地震資料頻寬往往可以達(dá)到150 Hz以上。

2 高密度固體拖纜

中海油田服務(wù)股份有限公司是中國近海最大的綜合性油田服務(wù)供應(yīng)商，擁有專門的海洋工程勘察船和相應(yīng)的技術(shù)裝備。由于國外技術(shù)壟斷，早期工程勘察從國外進(jìn)口的拖纜道距受限，最小道距一般不大于12.5 m?！笆晃濉币詠恚ㄟ^承擔(dān)國家重大專項課題的研究，中海油田服務(wù)股份有限公司成功研制出具備自主知識產(chǎn)權(quán)的高密度固體拖纜。

基于地震勘探中空間分辨率的要求，海洋拖纜的設(shè)計盡量少采用或不采用組合檢波器，對于單檢不組合拖纜技術(shù)，野外采集中按照寬進(jìn)寬出原則，有效信號和各種干擾同時被記錄下來，原始資料的信噪比較低，室內(nèi)數(shù)字組合的靈活性更高，但也相應(yīng)增加了處理難度。而小組合道距通過合適的檢波器組合距設(shè)計，可以既有效地抑制干擾，又能對分辨率影響很小或沒有影響，達(dá)到提高分辨率的要求。

海洋工程地震勘察分辨率要求高，作業(yè)中拖纜的沉放深度比較淺，一般為3～4 m，海況變化引起的涌浪等噪音比較大，特別是液體拖纜在施工中由于受海況影響，拖纜的液體在纜內(nèi)會沿著纜壁運(yùn)動引起額外的噪音干擾。固體拖纜能夠有效克服上述缺陷，提高采集資料品質(zhì)。

國產(chǎn)高密度固體拖纜采用檢波器組合方式設(shè)計，道間距為6.25 m，每通由8個檢波器組合，均勻分布，即組內(nèi)距為0.78 m，每段拖纜長度為100 m，接收道數(shù)為16道。

采用固體材料替代液體油是一種技術(shù)可行的固體拖纜實(shí)現(xiàn)方式。通過深入分析海洋勘探拖纜內(nèi)填充介質(zhì)（如液體油）的聲學(xué)性能要求，優(yōu)選研究出雙組份的聚氨酯彈性材料。拖纜制造中將兩個組分的材料按照一定的配比混合后充填到拖纜內(nèi)，經(jīng)一定時間（24 h左右）固化后形成一種凝膠態(tài)聚氨酯固體填充材料，如圖2所示，該材料具有良好的聲學(xué)、力學(xué)和機(jī)械性能，滿足海洋勘探拖纜的技術(shù)要求。

國產(chǎn)高密度固體拖纜的主要技術(shù)指標(biāo)如下：

1） 在纜內(nèi)完成檢波器的A/D數(shù)字化采集，每4道地震信號共用一個A/D采集板，大大縮短模擬線長度，降低干擾；

2） 采用國產(chǎn)高性能壓電陶瓷水聽器，靈敏度：20 V/Bar，-194 dB；

3） 拖纜外徑56 mm，比重均勻，有利于作業(yè)中的拖纜平衡；

4） 拖纜采用聚氨酯外皮，填充材料為凝膠態(tài)聚氨酯固體材料，具有良好的聲學(xué)性能，幾乎無聲波損耗，提高信號的保真度；

5） 高品質(zhì)屏蔽數(shù)據(jù)傳輸線，保障數(shù)據(jù)高可靠傳輸；

6）采用雙凱夫拉（Kevlar）拉力繩，設(shè)計工作拉力2 t；

7） 纜內(nèi)所有電源和數(shù)據(jù)傳輸線護(hù)套采用PTFE（聚四氟乙烯）材料，保障電纜使用壽命長達(dá)10年。

3 海上工程勘察生產(chǎn)應(yīng)用

在高分辨率地震勘探中，要獲得高品質(zhì)的資料除了解決采集裝備技術(shù)問題外，設(shè)計參數(shù)、野外作業(yè)及勘探過程中各個環(huán)節(jié)的質(zhì)量控制也十分重要。

首先需要根據(jù)工區(qū)地質(zhì)環(huán)境、地質(zhì)要求設(shè)計合理的觀測系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)，并要根據(jù)作業(yè)區(qū)域內(nèi)的層深度、地層層位、構(gòu)造特征，設(shè)計測線的長度、測線的方向。另外，在作業(yè)過程中對氣槍、電纜的沉放深度、偏移距、最大炮檢距、覆蓋次數(shù)、采樣率以及船速等都有嚴(yán)格要求，選擇最佳施工參數(shù)。

2011年8月，中海油田服務(wù)股份有限公司利用國產(chǎn)高密度固體拖纜采集系統(tǒng)在渤海某工區(qū)完成淺層海上高分辨工程勘察地震資料采集。工區(qū)采集參數(shù)為：96道接收，道間距6.25 m，拖纜沉放深度3 m，電纜羽角<10°，采樣率0.5 ms，氣槍震源容量160 cuin（40 cuin×4），震源壓力為2 000 psi，震源沉放深度3 m，炮間距12.5 m，覆蓋次數(shù)24次，最小偏移距 28 m，最大炮檢距628 m。

整個工區(qū)作業(yè)過程中，國產(chǎn)高密度固體拖纜工作性能穩(wěn)定，由于拖纜整體比重均勻，有效降低了拖纜的抖動噪音，獲得高品質(zhì)的工程地震資料。

圖4為工區(qū)采集測線A的初疊剖面，分析不同時窗頻譜特征可以看到，500 ms以內(nèi)頻帶達(dá)到180 Hz，500 ms～1 s頻帶最高至 160 Hz。對于渤海淺部地層速度取1 800 m/s，地層分辨率按以下公式計算：

則理論上淺層最小目的層分辨能力可達(dá)到2.5 m。

圖5為工區(qū)同一條測線采集資料疊加成果對比圖，國產(chǎn)高密度拖纜采集資料與國外進(jìn)口拖纜（道距12.5 m）采集老資料疊加剖面對比。右圖是國產(chǎn)高密度固體拖纜采集的資料剖面，左圖該條測線采用國外進(jìn)口液體拖纜（道間距12.5 m）采集到的資料剖面，處理的結(jié)果顯示國產(chǎn)高密度拖纜采集資料的分辨率明顯更好，淺層小斷層刻畫得更精細(xì)，斷層的接觸關(guān)系更加合理。

4 結(jié) 論

實(shí)踐證明，高密度固體拖纜是海洋工程勘察領(lǐng)域的一項利器，能夠獲得更高分辨率的淺層工程地震資料，在海洋油氣工程建設(shè)、淺海工程環(huán)境地質(zhì)調(diào)查以及淺層資源調(diào)查等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

[1]李慶忠.走向精確勘探的道路 [M].北京：石油工業(yè)出版社，1993.

[2]錢紹瑚.實(shí)用高分辨率地震勘探數(shù)據(jù)采集技術(shù)[M].武漢：中國地質(zhì)大學(xué)出版社，1988：91-108.

[3]王子秋，唐進(jìn).海上勘探固體拖纜技術(shù)的研究與應(yīng)用[J].物探裝備，2012（1）：1-5.

[4]楊文達(dá)，劉望軍.海洋高分辨率地震技術(shù)在淺部地質(zhì)勘探中的運(yùn)用[J].海洋石油，2007（2）：18-25.

[5]裴彥良，趙月霞，劉保華，等.近海高分辨率多道地震拖纜系統(tǒng)及其在海洋工程中的應(yīng)用[J].地球物理學(xué)進(jìn)展，2010（2）：331-336.

[6]朱俊波，張立山.海洋地震拖纜DigiSTREAMER采集系統(tǒng)介紹[J].物探裝備，2010（10）：342-346.

[7]夏穎，祝彩霞，孫靈群.地震勘探儀器在高密度采集中的應(yīng)用[J].物探裝備，2008，18（1）：7-10.

[8]李軍峰，肖都，等.單道海上反射地震在海上物探工程中的應(yīng)用[J].物探與化探，2004，28（4）：365-368.

[9]Brink M，Solid streamers and single hydrophones[C].SEG Annual Meeting，2004：41-44.

[10]John F，Streamer string waves and swell noise[C].SEG Annual Meeting，2005：72-75.

[11]Nick M，Leendert C，Mark E.Advances in Towed Marine Streamer Technology[J].TECHLINK，2008，8（12）：1-4.

[12]Robert Dowle.Solid streamer noise reduction principles[C].SEG Expanded Abstracts，2006：15-25.