高密度固体拖缆在海洋工程勘察中的应用

2013-10-20王子秋

海洋信息技术与应用 2013年1期

唐进，陈曦，王子秋

（中海油田服务股份有限公司天津 300451）

随着国家经济的发展和海洋战略的实施，海上蕴藏的巨大石油资源使得海洋对于经济和国防具有重大的战略意义。能源需求的日益增大必然带来海洋石油勘探的蓬勃发展，但不同于陆地，由于海洋特殊的恶劣环境，存在台风、海啸、地震等多种灾害的潜在威胁，海上石油勘探开发所涉及的各种工程、水文和环境地质问题日益突出，海洋工程安全问题日益受到高度重视。

浅层地震勘探具有无损、相对费用低、效率高和成果直观等特点，广泛应用于海洋工程勘察领域。随着海洋勘探的深入，对浅部地层、小构造及环境地质、工程地质的勘探和研究提出了更高的要求。在常规拖缆二维地震勘探中，对500～1 000 m深度的浅部层状地层和小型构造往往无法精细识别，高密度小道距地震采集技术能够有效地实现浅层高分辨率勘探，更精细地识别浅层构造，能够很好地降低海洋工程建设中的安全隐患。

海上常规拖缆是采用液体结构，施工过程中不仅存在因拖缆损坏漏油造成环境污染的风险，同时液体拖缆往往比重不均影响电缆平衡额外增加由此带来的采集噪音，固体拖缆能够有效克服上述缺陷，在海洋工程勘察领域具有良好的应用前景。

1 高密度地震采集技术

浅层工程地震勘探要求具备较高的分辨率，这样可以更好地分辨浅层细微地质构造，以指导海洋工程建设和降低设备风险。高密度采集是提高地震勘探分辨率的重要手段之一，通过减小空间采样尺度，实现对地下地质体更小面元的资料采集，达到改善地质体成像质量的目的。

对于海洋工程，由于关注的目的层位比较浅，一般浅层工程地震勘探中采用小容量气枪激发，震源的高频成分丰富，同时施工中震源和拖缆的沉放深度较浅，可以有效降低海洋勘探中特有的鬼波陷频的影响，所采集地震资料频宽往往可以达到150 Hz以上。

2 高密度固体拖缆

中海油田服务股份有限公司是中国近海最大的综合性油田服务供应商，拥有专门的海洋工程勘察船和相应的技术装备。由于国外技术垄断，早期工程勘察从国外进口的拖缆道距受限，最小道距一般不大于12.5 m。“十一五”以来，通过承担国家重大专项课题的研究，中海油田服务股份有限公司成功研制出具备自主知识产权的高密度固体拖缆。

基于地震勘探中空间分辨率的要求，海洋拖缆的设计尽量少采用或不采用组合检波器，对于单检不组合拖缆技术，野外采集中按照宽进宽出原则，有效信号和各种干扰同时被记录下来，原始资料的信噪比较低，室内数字组合的灵活性更高，但也相应增加了处理难度。而小组合道距通过合适的检波器组合距设计，可以既有效地抑制干扰，又能对分辨率影响很小或没有影响，达到提高分辨率的要求。

海洋工程地震勘察分辨率要求高，作业中拖缆的沉放深度比较浅，一般为3～4 m，海况变化引起的涌浪等噪音比较大，特别是液体拖缆在施工中由于受海况影响，拖缆的液体在缆内会沿着缆壁运动引起额外的噪音干扰。固体拖缆能够有效克服上述缺陷，提高采集资料品质。

国产高密度固体拖缆采用检波器组合方式设计，道间距为6.25 m，每通由8个检波器组合，均匀分布，即组内距为0.78 m，每段拖缆长度为100 m，接收道数为16道。

采用固体材料替代液体油是一种技术可行的固体拖缆实现方式。通过深入分析海洋勘探拖缆内填充介质（如液体油）的声学性能要求，优选研究出双组份的聚氨酯弹性材料。拖缆制造中将两个组分的材料按照一定的配比混合后充填到拖缆内，经一定时间（24 h左右）固化后形成一种凝胶态聚氨酯固体填充材料，如图2所示，该材料具有良好的声学、力学和机械性能，满足海洋勘探拖缆的技术要求。

国产高密度固体拖缆的主要技术指标如下：

1）在缆内完成检波器的A/D数字化采集，每4道地震信号共用一个A/D采集板，大大缩短模拟线长度，降低干扰；

2）采用国产高性能压电陶瓷水听器，灵敏度：20 V/Bar，-194 dB；

3）拖缆外径56 mm，比重均匀，有利于作业中的拖缆平衡；

4）拖缆采用聚氨酯外皮，填充材料为凝胶态聚氨酯固体材料，具有良好的声学性能，几乎无声波损耗，提高信号的保真度；

5）高品质屏蔽数据传输线，保障数据高可靠传输；

6）采用双凯夫拉（Kevlar）拉力绳，设计工作拉力2 t；

7）缆内所有电源和数据传输线护套采用PTFE（聚四氟乙烯）材料，保障电缆使用寿命长达10年。

3 海上工程勘察生产应用

在高分辨率地震勘探中，要获得高品质的资料除了解决采集装备技术问题外，设计参数、野外作业及勘探过程中各个环节的质量控制也十分重要。

首先需要根据工区地质环境、地质要求设计合理的观测系统技术参数，并要根据作业区域内的层深度、地层层位、构造特征，设计测线的长度、测线的方向。另外，在作业过程中对气枪、电缆的沉放深度、偏移距、最大炮检距、覆盖次数、采样率以及船速等都有严格要求，选择最佳施工参数。

2011年8月，中海油田服务股份有限公司利用国产高密度固体拖缆采集系统在渤海某工区完成浅层海上高分辨工程勘察地震资料采集。工区采集参数为：96道接收，道间距6.25 m，拖缆沉放深度3 m，电缆羽角<10°，采样率0.5 ms，气枪震源容量160 cuin（40 cuin×4），震源压力为2 000 psi，震源沉放深度3 m，炮间距12.5 m，覆盖次数24次，最小偏移距 28 m，最大炮检距628 m。

整个工区作业过程中，国产高密度固体拖缆工作性能稳定，由于拖缆整体比重均匀，有效降低了拖缆的抖动噪音，获得高品质的工程地震资料。

图4为工区采集测线A的初叠剖面，分析不同时窗频谱特征可以看到，500 ms以内频带达到180 Hz，500 ms～1 s频带最高至 160 Hz。对于渤海浅部地层速度取1 800 m/s，地层分辨率按以下公式计算：

则理论上浅层最小目的层分辨能力可达到2.5 m。

图5为工区同一条测线采集资料叠加成果对比图，国产高密度拖缆采集资料与国外进口拖缆（道距12.5 m）采集老资料叠加剖面对比。右图是国产高密度固体拖缆采集的资料剖面，左图该条测线采用国外进口液体拖缆（道间距12.5 m）采集到的资料剖面，处理的结果显示国产高密度拖缆采集资料的分辨率明显更好，浅层小断层刻画得更精细，断层的接触关系更加合理。