渤海海底電纜地震采集施工難點分析及對策

胡興豪

(中國海洋石油國際有限公司)

渤海海底電纜地震采集施工難點分析及對策

胡興豪

(中國海洋石油國際有限公司)

海底電纜地震資料采集作為當前淺海及過渡帶地區(qū)地震資料采集的主要方式,在灘海地震勘探中發(fā)揮了巨大作用.在渤海灣灘海地震資料采集作業(yè)中,形成的多樣觀測系統(tǒng)和靈活的變觀作業(yè)技術(shù),越來越多地被應(yīng)用在常規(guī)拖纜不能作業(yè)的其他海上區(qū)域.在實際作業(yè)過程中,海況的復(fù)雜多變、海底地形的多樣等,使得海底電纜作業(yè)經(jīng)常在實施過程中遇到困難.通過海底電纜作業(yè)的介紹,重點對海溝發(fā)育區(qū)域如何確保放纜精度和二次定位精度、復(fù)雜障礙物區(qū)如何確保最佳品質(zhì)地震資料、硬質(zhì)海底地表和潮流活動較強條件下如何確保檢波器與海底地表耦合這3種特殊情況進行了理論聯(lián)系實際剖析,最后通過生產(chǎn)實例,對方法進行了驗證和總結(jié),提出了其他探區(qū)遇到類似問題時海底電纜施工難點的解決方法和現(xiàn)場作業(yè)質(zhì)控建議.

地震采集;海底電纜;放纜及二次定位;障礙物區(qū);作業(yè)難點;檢波器耦合;特殊觀測系統(tǒng)設(shè)計

隨著渤海灣海上地震勘探作業(yè)由早期的構(gòu)造勘探向巖性勘探和開發(fā)的轉(zhuǎn)變,已有的拖纜三維老資料受當時設(shè)備和客觀技術(shù)條件限制等因素,不能滿足現(xiàn)在的進一步勘探研究,因此需要利用新的技術(shù)進行重新采集,由于海底電纜地震采集得到的資料包含更豐富的信息,因此越來越占有優(yōu)勢[1-2].與此同時,油田區(qū)全面開發(fā),海上平臺為主要障礙物,導(dǎo)致拖纜地震資料采集方式不能采全地震資料的情況越來越多,海底電纜地震資料采集方式恰好能夠利用其靈活的觀測系統(tǒng)設(shè)計和靈活的作業(yè)方式等優(yōu)點彌補拖纜這一缺點[3-5].然而,任何一種先進的技術(shù)都有其客觀情況下的特殊難點,比如在海溝發(fā)育的區(qū)域確保放纜精度的問題、復(fù)雜障礙物區(qū)采全目的層地震信息的問題、硬質(zhì)海底地表和潮流活動較強條件下的檢波器與海底地表耦合的問題等.

1 海底電纜地震資料采集特點

一方面,在渤海水深小于10m的拖纜不能施工的淺水海域,海底電纜占有天然的優(yōu)勢;另一方面,海底電纜從水陸雙檢發(fā)展到今天的多分量以及其可靈活變換觀測系統(tǒng)的各種優(yōu)勢技術(shù),解決了海上油田區(qū)開發(fā)地震的諸多難題,因此越來越受到各石油公司的重視,已逐漸成為海上油氣田開發(fā)地震的主要手段之一[6-7].隨著勘探精度以及油田開發(fā)經(jīng)濟效益要求越來越高,海底電纜地震資料采集技術(shù)將會在更廣闊的水域得到應(yīng)用.相對拖纜地震資料采集而言,海底電纜地震資料采集主要有以下幾個優(yōu)點:①多分量接收道能夠接收更為豐富的縱橫波地震信息,更好地壓制鬼波,利用縱橫波信息可以更好地識別微裂縫、微構(gòu)造、巖性構(gòu)造,更好地識別氣層;②大排列接收能夠增加橫向覆蓋信息,方位角更寬;③避開海面障礙物,解決了平臺區(qū)、堤壩區(qū)等障礙物分布復(fù)雜的海域施工難題,增加了海上地震資料采集的方位角寬度和橫向覆蓋次數(shù).在實際海底電纜作業(yè)施工過程中,也會存在一些特殊情況,對采集質(zhì)控提出了挑戰(zhàn),有效克服海底電纜采集面臨的特殊困難也顯得尤為重要[8-12].

2 海底電纜采集難點及對策

2.1 提高海溝發(fā)育區(qū)域施工過程中放纜、二次定位精度及對策

影響放纜精度的主要因素有兩個:一是平坦區(qū)潮流的影響,二是海底地形的影響.平坦區(qū)潮流的影響可以通過特定的公式計算,盡可能在平潮期放纜時較好地解決[13].海底地形的影響是最為復(fù)雜和難以解決的,特別是海溝發(fā)育的區(qū)域,即使是在平潮期放纜,提高放纜精度或檢波點二次定位精度都難免會增加施工難度和復(fù)雜度.從質(zhì)控角度來講,這兩個精度顯得非常重要,必須得到較好的解決,才能確保資料的可靠[14].

根據(jù)渤海水深資料,宏觀上,渤海灣雖然大部分海底地形較為平坦,但在實際作業(yè)過程中,某些局部水域海底海溝非常發(fā)育.根據(jù)水深資料得出的渤海某作業(yè)區(qū)域局部海底地形和水深結(jié)構(gòu)見圖1,可以看出其中有一部分海底起伏變化十分明顯,海底電纜在鋪設(shè)時很難按照含有水深參數(shù)的計算公式投放在理論的海底位置;即使當時按照預(yù)定點位投放準確,也可能因為這樣的地形造成水流的復(fù)雜多變而很快發(fā)生位置偏移.特別是目前使用的主流輕型電纜,因其道間距長度冗余度較小,在這種海底地形的情況下,可能因為某一道的位置偏離,帶來所有后續(xù)道的偏離.

針對海底地形復(fù)雜、海溝發(fā)育的情況,為保證檢波點位投放準確,在渤海諸如此類的特殊施工區(qū)域,應(yīng)采取以下措施切實解決放纜點位的準確性,確保作業(yè)有效質(zhì)控:

圖1 渤海某作業(yè)區(qū)域局部海底地形及水深示意圖

(1)利用已有的放纜理論計算公式,在作業(yè)前進行局部試驗,根據(jù)實時海流進行投放電纜試驗,通過調(diào)整放纜點和恰當船速的操作配合,對比二次定位結(jié)果,選取最佳方案進行作業(yè).一般情況下,橫偏不大于7m、縱偏不大于3m時結(jié)果為最佳,特殊情況下可以分別放寬到10m和5m.

(2)潮流湍急的海溝區(qū)域,應(yīng)在電纜落水前在所在道附近增加配重塊,下錨對電纜適當位置進行固定,特殊地段考慮采用加大錨重量并用鋼絲繩綁縛.

(3)潮流湍急,并且水深較深的海溝區(qū)域,除了增加配重和用鋼絲綁縛之外,更應(yīng)在放纜前反復(fù)測算電纜落水點,進行前期試驗,得出經(jīng)驗值,以免因冗余度小而造成一道偏離后,后續(xù)道也出現(xiàn)偏離的現(xiàn)象.

(4)在海溝發(fā)育區(qū)域,應(yīng)及時啟動檢波點實時定位機制,發(fā)揮定位、放纜一體化作業(yè)的優(yōu)勢,二次定位船應(yīng)尾隨放纜船進行實時聲學(xué)二次定位,這樣不僅能保證二次定位的及時性,也可以實時指導(dǎo)放纜船進行放纜,進一步提高點位精度.對于得到的測量數(shù)據(jù),采用初至波與聲波聯(lián)合定位的方法,互相校對,并結(jié)合線性擬合方法,解決"內(nèi)插"不準問題[15],圖2、圖3分別是兩種二次定位方法結(jié)合前后的效果,可見"聯(lián)合"定位提高了點位精度.

圖2 "內(nèi)插"不準確的線校圖

圖3 "聯(lián)合"定位后的線校圖

(5)現(xiàn)場質(zhì)控人員,應(yīng)嚴格檢查二次定位結(jié)果,確保點位的準確和可靠.同時,針對海溝發(fā)育區(qū)域,根據(jù)實際情況,應(yīng)在當前每束線或者每個PATCH作業(yè)完成前,定期進行重復(fù)二次定位,以防由于受海流影響導(dǎo)致電纜與最初放纜的位置不一致,特別是整體偏移現(xiàn)象較難直觀發(fā)現(xiàn);如果出現(xiàn)大潮期或者風浪天氣,應(yīng)在大潮期或者風浪過后重復(fù)二次定位,確保定位的準確、可靠.

2.2 確保障礙物較多區(qū)域施工過程中地震資料滿覆蓋次數(shù)及對策

目前,在油田平臺比較密集區(qū)域,以及人工障礙物,如人工島、沉船、浮標、養(yǎng)殖片區(qū)等較多的區(qū)域,海底電纜作業(yè)存在兩個關(guān)鍵點.

首先是安全作業(yè),在采準地震資料的前提條件下如何確保高效施工和安全施工.

其次從技術(shù)層面考慮,如何確保采全采準地震資料,盡可能利用現(xiàn)有采集技術(shù)減少淺層資料缺失,確保覆蓋次數(shù).

以上兩個關(guān)鍵點是否能夠順利完成,取決于作業(yè)前的技術(shù)和工作方面的各種準備.

一般情況下,應(yīng)對這種情況采取措施的思路是:充分考慮安全因素,提前對整個工區(qū)內(nèi)的障礙物,包括平臺、人工島、沉船、浮標等,進行精細踏勘,利用水深船探測沉船位置,確定障礙區(qū)具體范圍,將坐標輸入到施工圖上,并根據(jù)實地踏勘確定放纜船和震源船可以靠近障礙物的最大限度,將這些數(shù)據(jù)詳細記錄下來;在此基礎(chǔ)上,利用踏勘成果數(shù)據(jù),現(xiàn)場專業(yè)人員利用相關(guān)軟件反復(fù)進行觀測系統(tǒng)變觀模擬,充分考慮安全、地形、生產(chǎn)方式、作業(yè)難度、資料情況、采集要求、效率等所有因素,進行作業(yè)的特殊觀測系統(tǒng)設(shè)計,直到達到最理想的資料采集效果為止.

不同的工區(qū),障礙物的形式和影響程度不一樣,基本觀測系統(tǒng)變更思路主要有3種,即彎線施工、炮點加密施工、非縱向觀測系統(tǒng)施工.

(1)單平臺或者分布疏散的平臺區(qū)采取彎線施工方法.

目前渤海有眾多的油田平臺,這些平臺面積不大,平臺之間往往相距較遠,完全可以當作單平臺障礙物來處理;但是有時幾個平臺又相距很近,此時放纜船和震源船在偏離理論位置較小的情況下,只要通過分析平臺的分布特點,靈活采用"彎線"施工方法,就能夠達到預(yù)期的采集效果.

實際上彎線觀測系統(tǒng)施工就是在不增加排列道和炮點的情況下,炮點和檢波點發(fā)生位置偏移,提前模擬出效果圖,只要覆蓋次數(shù)能滿足設(shè)計的基本要求,就可以按照既定的偏點布設(shè)排列和放炮的一種作業(yè)方法.但需要注意的是,質(zhì)控人員必須認真模擬既定偏點結(jié)果下的覆蓋次數(shù)滿足程度,確保資料的可靠和全面.這種方法一般是在非主體構(gòu)造區(qū),即使有資料缺失也不影響主要目的層的情況下實施的一種高效的采集方法.

圖4是測線通過單個平臺采用彎線施工的一個實例,平臺附近的炮點、檢波點進行了偏移,基本上沒有空炮、空道.

圖5展示了測線通過兩個相鄰平臺采用彎線施工的一個實例,平臺附近的炮點、檢波點進行了偏移,排列沒有空道,部分炮點缺失.

通過面元覆蓋次數(shù)分析,圖4中測線通過單個平臺時,原設(shè)計整體覆蓋次數(shù)為64～88次,彎線施工后整體覆蓋次數(shù)為60～90次,覆蓋次數(shù)基本一致,幾乎不影響資料質(zhì)量.圖5中測線通過兩個平臺時,原設(shè)計覆蓋次數(shù)為96次,彎線施工后整體覆蓋次數(shù)在80次以上,面元屬性稍有差異,通過剖面分析,測線通過雙平臺時淺層資料缺失影響大約在0.3s左右,完全不影響目的層資料.

(2)平臺區(qū)或者人工島等較大障礙物區(qū)采取炮點加密、非縱向觀測系統(tǒng)施工方法.

圖4 單平臺彎線施工示意圖

圖5 多平臺彎線施工示意圖

所謂炮點加密施工方法指的是在障礙物區(qū)繼續(xù)使用原設(shè)計的觀測系統(tǒng),在障礙物周邊進行炮點加密,根據(jù)實際情況,按照"缺多少補多少、不浪費不節(jié)省"的原則進行炮點加密,以最大限度地減少資料缺口,提高覆蓋次數(shù),滿足采集要求為準.

所謂非縱向觀測系統(tǒng)指的是專門用于躲避障礙物的一種非正常的縱向觀測系統(tǒng),這種觀測系統(tǒng)的性質(zhì)在某種意義上類似于拖纜地震資料采集的觀測系統(tǒng),不過比拖纜觀測系統(tǒng)更靈活,相對正交束線觀測系統(tǒng)而言在障礙物區(qū)施工更為方便.往往在實際障礙物區(qū)施工時,加密炮點的施工方法和非縱向觀測系統(tǒng)聯(lián)合使用效果更好,一般不單獨使用.

從質(zhì)控對策角度來講,遇到障礙物區(qū)需要特殊觀測系統(tǒng)或者特殊作業(yè)方式時,除安全之外,首先必須考慮的是資料缺失問題,在特殊觀測系統(tǒng)或者特殊作業(yè)方式方案確定后,應(yīng)反復(fù)模擬采集效果,對觀測系統(tǒng)屬性進行分析和論證,確定方案的可行性.其次,因為模擬和方案的制訂不是最終結(jié)果,最終結(jié)果還需要通過實際采集后的情況來確定,因此,質(zhì)控人員應(yīng)在實際炮點和檢波點的基礎(chǔ)上再次進行屬性分析,與模擬方案進行對比分析,如果基本一致則可行,如果不一致,對地震資料影響較大,需要重新更改方案.整個特殊觀測系統(tǒng)作業(yè)過程中,質(zhì)控人員要嚴格把控各個環(huán)節(jié)的質(zhì)控點,確保資料的可靠性和全面性.

2.3 硬質(zhì)海底表面和潮流活動頻繁區(qū)檢波器的耦合及對策

渤海屬于內(nèi)海,不同區(qū)域海底環(huán)境差別較大,在一定的區(qū)域,往往潮流活動頻繁,潮流攜帶能量較大,陸檢受潮流影響使得耦合性差,影響最終接收效果,雙檢接收地震信號剔除鬼波的目的無法完全做到[15-17].

近年來,輕型電纜在海底電纜地震資料采集作業(yè)中的應(yīng)用較好,如果本身海底表面地質(zhì)條件較硬,檢波器沉到海底后,稍微有點較強的潮流,就會使陸檢耦合性變得極差,甚至有的時候造成陸檢檢波器無法正常工作,陸檢資料有效波能量弱,反射信息少(圖6a);并且在后期處理過程中,不得不舍棄部分陸檢資料,不利于資料品質(zhì)的提高,并失去了雙檢接收去鬼波的意義.這種情況下,如果僅僅等待平潮及潮流小的時間段作業(yè),則極大地降低了生產(chǎn)時效.

一般通過增加檢波器配重來解決檢波器耦合問題,但簡單地增加檢波器配重,過重會導(dǎo)致電纜損壞嚴重,過輕則無法抵抗潮流干擾[18-24],無法生產(chǎn),必須考慮電纜的抗拉強度.因此配重護殼體積應(yīng)盡量小,以減小排水浮力,同時保證有足夠的接地面積.配重材料密度要大,硬度要高,具有高防腐蝕性.檢波器護殼設(shè)計應(yīng)簡單,便于安裝和固定,收放纜過程中便于操作.

為了解決耦合不好的情況,通過對檢波器配重外殼從質(zhì)量、材質(zhì)、形狀上進行適當?shù)脑O(shè)計和反復(fù)試驗,得出配重5～6kg的鐵質(zhì)外套式配重殼效果最好,在2012年渤海沙壘田西項目中很好地克服了潮流干擾和耦合不好的問題.通過對陸檢原始單炮分頻、能量、信噪比、頻譜等進行分析,新型檢波器的地震采集資料在有效波能量、信噪比、分辨率等方面明顯優(yōu)于未進行重新設(shè)計配重的檢波器,得到的現(xiàn)場單炮明顯變好(圖6b).

圖6 渤海某施工區(qū)域陸檢受潮流影響及耦合不好情況與正常耦合較好情況單炮對比

在現(xiàn)場初始疊加剖面上,同相軸連續(xù)性較好,信噪比高,斷點清晰,取得了比較好的地震采集效果(圖7).

針對檢波器耦合不好的情況,現(xiàn)場質(zhì)控人員需要關(guān)注以下幾點:未使用新型配重檢波器時,應(yīng)經(jīng)常注意查看單炮和初始疊加剖面,對陸檢資料無法使用的情況應(yīng)等待海況較好時及時補炮.使用新型配重檢波器時,應(yīng)注意對陸檢單炮和初始疊加剖面進行頻譜分析和能量分析,確保采得的資料對后續(xù)室內(nèi)處理有使用價值和意義.

圖7 檢波器配重改進前后陸檢現(xiàn)場初始疊加剖面對比

3 結(jié)語

海底電纜地震資料采集技術(shù)作為近幾年海上使用的常規(guī)地震勘探技術(shù),以其獨有的優(yōu)勢獲得了較好的地震資料.但海底電纜地震資料采集在具體施工作業(yè)時面臨著一些特殊的問題.本文以渤海常規(guī)海底電纜作業(yè)為例,通過對復(fù)雜海底地貌的放纜精度和二次定位精度、平臺區(qū)和人工障礙物避障變觀、硬質(zhì)海底地表和潮流干擾嚴重情況下的檢波器耦合等特殊施工難點進行了解決措施和質(zhì)控對策分析,給出了具有實用價值的參考意見和觀點.這些施工難點并不能夠全面代表所有情況下的特殊問題,但隨著將來地震勘探要求的提高,地震采集儀器的更新?lián)Q代和采集方法的不斷變化,海底電纜地震采集方式面臨的具體問題也會不斷變化.在未來實際生產(chǎn)中,可能還會遇到更多客觀存在的問題,相信經(jīng)過不斷探索,會不斷克服各種困難,使海底電纜地震資料采集技術(shù)發(fā)揮更大的作用.

致謝:本文在撰寫過程中得到了中海石油(中國)有限公司天津分公司勘探部、東方地球物理公司大港物探處、中國海洋石油國際有限公司各位領(lǐng)導(dǎo)和同事的大力支持,在此向他們一并表示感謝!

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Challenges and measures in OBC seismic survey in Bohai Bay

Hu Xinghao
( CNOOC International Limited )

OBC ( ocean bottom cable ) seismic survey as the primary method for seismic data acquisition in shallow water and transitional regions plays a significant role in tidal regions. OBC experiences involving diverse and flexible variable recording geometries in seismic survey in the tidal zones of the Bohai Bay have been frequently used in places where conventional streamers are not available. However, complicated marine conditions and varying ocean bottom topography often bring a lot of challenges to field OBC operation. This paper introduces OBC seismic survey by focusing on three special conditions: how to ensure the accuracy of cable layout and secondary positioning in ocean trenches, how to improve seismic data in complex obstacle area, and how to improve the coupling between geophones and seabed under the conditions of hard ocean bottom and stronger tidal activity. Cases are used to verify these conclusions and experience are summarized. Finally,this paper provides solutions and QC suggestions on OBC operation in similar survey areas.

seismic acquisition, OBC, cable layout and secondary positioning, obstacle area, operation difficulty, coupling of geophones,special recording geometry design

P631.422

A

10.3969/j.issn.1672-7703.2017.06.013

胡興豪(1985-),男,山東臨清人,2007年畢業(yè)于中國石油大學(xué)(華東),工程師,現(xiàn)主要從事海外物探項目的技術(shù)支持和相關(guān)管理工作.地址:北京市東城區(qū)東直門外小街6號中國海洋石油大廈,郵政編碼:100027.E-mail:huxinghao1985@163.com

2016-07-14;修改日期:2017-08-11