BOOMBOX 爆炸机在山地勘探中的应用

2014-12-24高佳旭梁贵红

石油管材与仪器 2014年5期

赵忠高佳旭梁贵红

(中石化地球物理公司胜利分公司山东东营)

0 引言

地震勘探地表条件越来越复杂，地震数据采集和激发之间同步是靠专用编、译码器及无线电台传递信号完成的。目前常用的编译码器是BOOMBOX 编、译码器，在南方植被茂密、地形复杂的山区施工时，BOOMBOX 编译码器之间的信号经常受到干扰导致放不响炮;仪器收不到验证TB 信号造成废炮;仪器车难以找到既符合安全规定、又可以很好接收到信号的停点，导致仪器频繁搬家进而影响整个项目的生产进度及生产效率。通过对BOOMBOX 爆炸机的使用方法进行研究后，针对南方山区勘探施工中出现的TB 信号不回、电台覆盖范围小等问题，提出了BOOMBOX 爆炸机双中继的使用方法增加仪器对炮点的覆盖范围，减少仪器车搬家次数从而提高了生产效率。

1 BOOMBOX 无线放炮系统

BOOMBOX 参数及设置。BOOMBOX 在施工中，要根据其所承担的工作需要修改参数，把BOOMBOX 设为编码器、译码器。如果需要用中继，还需要设主编码器以及指定中继译码器的ID。可以通过手持PC、笔记本电脑、台式机修改参数，其中手持PC 是通过红外接口对BOOMBOX 进行参数修改，笔记本电脑和台式机需要9 针串口或转换插头。其操作过程基本一样，下面以台式机为例简述参数修改过程。

1)利用BOOMBOX 程序光盘，在台式机上安装BOOMBOX 程序，安装完成后桌面上会出现一个BOOMBOX 文件夹。

2)将系BOOMBOX 系统9 针接口与台式机9 针串口相连，37 针接口与爆炸机后面板输入口相连，接好12V 电源，打开爆炸机。

3)在BOOMBOX 文件夹中打开BBView 执行文件，点击Setup，Main Port 选中com 1 ;在Setup 窗口中选中All Parametres，所有参数都显示出来。选择Com2 muncation 菜单中的获得设置(Request Setup)、比较设置(Compare Setup)、发送设置(Send Setup )、发送新的ID 和队号(Send New ID and Crew Number )等来对BOOMBOX 参数进行设置。

施工中主要参数设置说明如下:

ID Parameters (ID 参数):可选

Units ID(ID 号)(0 - 32):可选

Crew Number (队号):15，可选，相同工区BOOMBOX 设置相同。

Start Code (启动码):1，可选，相同区每个BOOMBOX 设置相同。

Password (密码):0，可选，相同工区每个BOOM BOX 设置相同。

Units To Fire (点火单元):All Units

Repeater ID(中继ID):5 可选，那个BOOMBOX 译码器做中继就选其对应的ID 号

Encoder Start Delay (编码器启动延迟)(500 ～10 000 ms):500

Enc. Radio Start Delay (编码器电台启动延迟)(0～4 000μs):1615(不同的电台延迟时间会有不同，要根据实际测试或者使用手册进行选择)

Decoder Start Delay (译码器启动延迟)(0 ～4 000μs):0

Enc . Radio Ref Delay(编码器电台参考延迟)(0～4 000μs):1615(不同的电台延迟时间会有不同)

Uphole Blank Time (井口等待时间)(0 ～128 ms):0

Uphole Window Delay (井口窗口延迟)(0 ～128ms):0

Hardware Parameters (硬件参数):

Operating Mode :根据实际选择编码器(Encoder)、主编码器(Master)、译码器(Decoder)

Recorde type (纪录仪类型):Sercel，填写实际使用仪器型号。

Ready Message Type (准备信息类型):Boombox

QC Report Type (QC 报告类型):QC + GPS

Clock Adj Value (时钟调节值)(0 ～255):128

Auto Shut Down (自动关机时间)(0 ～255 min):0

Interface Functions (接口功能):62 (一个校验值)

First Break Treshold (FB 门槛值):4 ～hard Coded

Geophone Resistance Min (检波器电阻最小值):100

Geophone Resistance Max (检波器电阻最大值):400

Cap Resistance Min (雷管电阻最小值):10

Cap Resistance Max(雷管电阻最大值):100

如果在山区施工，使用中继以提高爆炸机电台的覆盖范围，中继放炮时编码器的设置需要通过笔记本电脑或者小PC 修改编码器转换为中继工作方式。在Operating Mode 窗口中，选择Master 选项，并且在Repeater ID 中输入想要作为中继使用的译码器的ID 号即可使用中继方式生产。

2 遥爆系统起爆延迟时间

在地震勘探中由于震源激发与记录仪器分处两地，而地震勘探要求震源激发与仪器开始记录在同一时刻启动，然而编、译码器是两个完全独立的部分，它们各自有着独立的时钟系统，从译码器接收编码器指令到起爆雷管后又将数据回传给编码器，在信号产生与传输过程中都存在着延迟:电台传输延迟、信号在遥爆系统中的传输延迟。另外，雷管起爆时间也存在延迟(具体延迟时间与批号、类型以及通过雷管瞬时电流等有关)。这些都会使炮点的炸药爆炸与仪器开始记录的时刻不能严格同步，采集的地震资料所对应的地层深度就会出现偏差。同步误差时间越大，地层深度偏差也就越大。为了弥补由此造成的误差，生产厂家设计的遥爆系统起爆延迟时间均是可以通过软件进行调整补偿的。

2.1 同步延迟时间分析

为了监视仪器记录与震源起爆是否同步，遥爆系统将译码器高压释放时间(译码器钟TB)和起爆时间通过电台返回到编码器再到仪器，与启动仪器开始记录的编码器钟TB 进行比对，起爆返回的时间就是验证TB 出现的时间。对于在电路上采用了大量分离元器件的sss-200、Macha 等传统型遥爆系统，其起爆延迟时间是由硬件调整，计时步长为l ms，因此它们的验证TB 时间在2ms 内;较为先进的sss-300(计时步长0.1 ms，硬件调整)验证TB 时间也达1. 25 ms;而BOOM BOX 等新型遥爆系统是以微处理器为核心，以CPU 时钟(微秒级)为计时步长，由于用软件代替了许多硬件功能，系统误差和信号在遥爆系统中传输延迟造成的误差已经很小(微秒级)，可以忽略。因此对于BOOM BOX 等新型遥爆系统其起爆同步精度主要由电台传输的延迟量决定。我们知道，译码器受控于编码器，信号从编码器到译码器经过了一个单程电台传输延迟，在仪器上看到的验证TB 信号是译码器返回到编码器的，也就是说，从编码器发出起爆指令到译码器产生的钟TB 和验证TB 返回到编码器，经过了两个单程电台传输延迟，而传统型遥爆系统的起爆延迟调整只有一步，如果以编译码器钟TB 为调整目标，则只能调整一个单程电台传输延迟(编码器到译码器)，监视记录上仍然存在一个单程电台传输延迟(译码器到编码器)，因而不能从监视记录上看到准确的同步结果;如果以返回的验证TB 为调整对象，在记录上似乎可以看到同步结果，事实上这将返回的电台传输延迟也进行补偿了。对起爆同步信号而言，就多补偿了一个单程电台传输量而造成早爆。BOOMBOX 遥爆系统将起爆延迟时间调整分为启动零时调整和无线电台参考延迟调整两部分。启动零时调整用于补偿编码器到译码器单程电台传输时间，使得启动仪器开始记录的编码器钟TB与用于起爆雷管译码器高压释放时间精确同步;电台参考延迟调整用于补偿信号从译码器到编码器单程电台传输时间，使得译码器返回到编码器的信号与比对的标识信号精确同步。BOOM BOX 将传统遥爆系统起爆延迟调整由硬件可调改为软件可调(编码器菜单中“0 TIME ADJ”和“RADIO REF ADJ”设置)，使其同步计时精度更加精确可靠，并可以看到雷管起爆延迟时间(验证TB)，同时使遥爆延时的概念更易为人们所理解。

2.2 同步延迟时间测试

在使用中继工作方式时，放炮后辅助道显示较普通放炮方式后面增加了一组波形，这组波形是由于增加了一组由中继译码器所传输的信号。

两两对应信号意义及比较方式不变，如图1 所示。经过专业测试设备测试编、译码器直接连接时的延迟约为520 μs，通过Motorola GM300 电台连接通讯时的延迟约为1 073 μs，也就是我们所说的电台延迟时为1 073 μs。当我们使用中继的方式放炮时，与普通放炮方式相比较，增加了一部电台，电台延迟时间也会相应增加。需要注意的是不同的电台类型电台连接时的标准值也不同，使用时要进行调整至合理值。

图1 0.25 ms 采样时辅助道显示电台延迟时间

常规状况下Encoder Radio Start Delay(编码器电台启动延迟)必须与Encoder Radio Ref Delay(编码器电台参考延迟)时间相同。

Encoder Radio Start Delay(编码器电台启动延迟)补偿了仪器记录到激发点激发之间的时间差，使得仪器记录与激发点激发同步。但是不通过特殊的仪器和软件我们无法去观测验证，这样BOOMBOX 爆炸机系统内部计算产生的译码器参考信号就为我们提供了观测的方式，改变Encoder Radio Ref Delay(编码器电台参考延迟)的参数，观测译码器参考钟TB 与参考激发是否同步确定延迟参数。Encoder Radio Start Delay(编码器电台启动延迟)必须与Encoder Radio Ref Delay(编码器电台参考延迟)时间相同，这样我们就可以反证仪器记录是否与炮点激发同步。

以使用GM338 电台为例(1 为参考脉冲，2 为模拟井口):

1)Encoder Radio Ref Delay(编码器电台参考延迟)为0，采样率为0.25 ms，如图1 所示。仪器记录时间远早于激发点激发时间，也就是通常说的迟爆。采样率选最小的采样率进行测试，仪器辅助道显示的TB 信号验证TB，该图中显示的2 者的时间差就是电台延迟时间，加上电台延迟经过补偿后TB 信号验证TB 不存在时间差，如果在野外要通过该方法测试电台延迟要注意采样率要选择最大采样率0.25 ms，如果采样率选择过小(采样间隔大)，受采样率影响，测试结果误差大，造成激发与记录同步误差变大。

2)利用该方法对用中继生产时的验证TB 和TB 延迟进行验证，Encoder Radio Ref Delay(编码器电台参考延迟)为0，采样率为0.25 ms，使用中继方式时，对延迟进行测试，测试结果如图2 所示，延迟时间增加了45 μs。

图2 0.25 ms 采样中继方式时辅助道显示电台延迟时间

经过野外和室内试验后认为，使用GM338 电台时，野外实验时，记录读取到1 500 μs ～1 700 μs 编码器电台延迟就可以满足企业标准的要求。室内试验时，由于生产批次等原因，将编码器电台延迟时间略有不同为1 623 μs ～1 625 μs 之间可以使钟TB 与激发更好的同步。在使用中继方式后，经过上述方法进行测试发现比较普通方式只增加了45 μs，由于现在仪器的采样精度最高只能达到0.25 ms，45 μs 的时间误差也满足了目前地震勘探行业有关延迟测试的标准，45 μs的延迟时间可以忽略不计，按照普通放炮方式设置电台延迟时即可。

3 双中继在生产中的应用

3.1 双中继在生产中的设置

在生产中往往会碰到地形和地表很复杂的工区，仪器搬家困难，信号传输不好，这种情况下我们采用了2 个BOOMBOX 中继，在沿排列方向在仪器前后各设置一个中继，可以改善编译码器之间信号传输误码，增加仪器爆炸机的电台覆盖范围减少仪器搬家次数。根据前面介绍的编译码器的ID 号码设置方法和中继设置方法对中继译码器进行相应设置。具体的来说就是把2 台布设在仪器前后的中继译码器的ID 号码设置为相同的ID 号码，在编码器上将该ID 设置为中继。

3.2 双中继使用

当两台译码器中继与仪器车距离相差不大，电台可互相通话，并且都能够接收到同一炮点的信号时，会造成放炮后仪器车编码器无法接收到译码器返回的验证TB，造成废炮。这是因为2 个译码器中继同时接收到了编码器发出得的指令，同时工作返回的TB 信号互相干扰导致解码错误。由于BOOMBOX 编码器只有1台，设置保密码的方式也不能很好地解决2 个中继时的信号干扰问题，试验采用以下3 种方法解决2 个中继译码器信号互相干扰的问题。

1)为两台作为中继的译码器设置不同的ID 号，编码器切换中继译码器的ID 来启动不同的中继来进行生产。在放炮过程中，通过修改中继ID 参数选择不同的中继，避免由于2 个中继电台信号干扰而产生废炮的情况。理论上可以避免中继互相干扰，但在实际生产过程中操作过程繁琐，实用性不强，严重浪费生产时间。

2)为两台作为中继的译码器设置相同的ID 号，由炮点中继在当日生产前了解各中继覆盖的炮点。通过中继轮流关闭电台生产，生产过程中由炮点中继进行控制，中继之间配合困难，可操作性不强。

3)为两台作为中继的译码器设置相同的ID 号，两台中继电台使用不同频率，对应炮点的译码器电台频率相同即可。在当日生产前了解各中继覆盖的炮点，译码器通过分频分组，各中继与对应炮点的译码器同频，生产过程中采取仪器切换电台频率轮流放炮的方式，避免由于电台引起的干扰而产生废炮的情况。生产过程中由仪器操作员进行主动控制，仪器一侧的中继和译码器同频，可操作性较强。在南方山区地震勘探中生产中进行使用取得了良好的效果，如果能够对不同中继和对应的译码器通过保密码或者其他方式进行区分，而不是通过电台变换频率来实现使用不同中继向对应的译码器发送信号，那样效果会更好。