数字化地震队系统(DSS)在国外某混采项目的应用*

严 皓，刘进宝，尚永生，翟金浩，封召鹏，蔡敏贵

(中国石油集团东方地球物理勘探有限责任公司地震仪器研发项目组 河北 涿州 072750)

0 引 言

在国际油价持续走低的背景下，为了提高生产效率，缩短施工周期，各石油公司开始尝试在采集生产中使用新技术新设备。由BGP独创的数字化地震队系统(DSS)，作为实施超高效混叠采集技术必备的关键装备，倍受国内外石油公司关注和青睐。2019年1月底，东方公司某物探队中标的国外三维混采项目正式启动，标志着最新版数字化地震队系统(DSS)成为实现全球最高生产效率的有力支撑。作为中国石油集团具有自主知识产权的物探地震采集设备，DSS具有可控震源自主放炮管理、实时排列状态放炮控制和安全生产管理等功能，已经成为国际高端物探市场的必然配置[1]。为了更好地推广应用新版DSS系统，这里将从系统结构、主要功能、生产应用等几个方面进行介绍。

1 DSS系统构成

DSS系统主要由震源自主放炮导航DSGM(Digital-Seismic Guidance Mainframe)、震源导航平板(DSG-Pad)、生产指挥中心DSC(Digital-Seismic Command Server)和高速数传电台组等构成。

1.1 震源自主放炮导航(DSGM)

震源车载终端(DSG)主要为震源作业提供炮点无桩号导航、车载设备状态监控、特殊对象距离预警、日常任务接收及统计、扫描数据储存、加载工区SPS及地图资源等功用。它由震源自主放炮导航主机(DSGM)、震源导航平板(DSG-Pad)和高速数传电台组成，安装于可控震源车内。最新一代的震源自主放炮导航主机DSGM[2]将以往分散安装的时间控制器(Time Controller)、直流稳压电源、Fleet放炮控制器、GPS模块和平板通讯模块进行了整合，更便于现场安装和检修，同时也增强了整个DSG系统的稳定性。

1.2 生产指挥中心(DSC)

由服务器和高速数传电台组构成的DSC安装在地震仪器车上，仪器操作员通过DSC指挥生产，它提供震源及震源组管理、日常任务分配、震源状态监控、生产进度管理、加载工区SPS及地图资源等功能。图1中，仪器操作员正在通过左侧屏幕对震源任务进行分配和监控，通过右侧屏幕可以对震源生产过程进行QC监控。DSC生产指挥中心的高速数传电台组由16个通讯信道组成，通过测试每个信道可以支持多达8台/组震源，16个信道理论上可最多管理128台震源。DSC主机使用Z800服务器，配套Linux系统下的DSC生产指挥软件，完成震源生产任务编辑和发布、震源状态监控和预警、以及日常生产统计和分析等功能。

图1 仪器操作员通过DSC指挥生产

1.3 中继电台

为了实现远距离的电台链路数据信息传输，克服复杂地形的遮挡效应，并增强震源QC数据的监控，DSS系统还配备有中继电台，来实现信息的转发功能。中继电台有效地扩大了数传电台的通讯范围，使DSC生产指挥中心的有效通讯距离达到30 km，特别在复杂地形和城区内施工时，中继电台的使用可有效提高生产效率和生产质量。

2 超高效混叠采集技术在DSS系统中的实现

作为一项符合时间距离曲线规则的可控震源高效采集技术，超高效混叠采集技术所需要的时间和位置信息通过每台/组震源上安装的DSG系统获取，其中位置信息经过高速数传电台实时传递给DSC，DSC服务器根据震源之间距离来确定可控震源所需要的滑动时间。图2示意了采用该项技术过程中，DSC系统内可控震源时距曲线规则的设定窗口：当两台/组震源相距不足500 m时，可控震源进行滑动扫描，滑动时间为7 s，；当两台/组震源相距大于500 m小于750 m时，可控震源滑动时间成线性关系，做相应的滑动扫描；当两台、组震源距离大于750 m时，可控震源采用独立同步扫描模式[3]。

图2 使用DSC软件设定超高效混采的时间距离曲线示意图

实现超高效混叠采集技术需要克服的技术难点主要有：

1)有线地震仪器如何实现同步震源激发的连续采集记录；

2)判断排列状态信息，实时质量监控，即必须对采集参数、排列状态进行实时监控，以避免出现断排列、异常道等无效的采集记录；

3)DSC与DSG之间数据信息的实时通讯，实现DSS系统对震源生产任务调度、生产质量控制以及按时间距离曲线控制震源激发等功能。

3 DSS系统在复杂地区的应用

国外某三维地震采集项目设计满覆盖面积1 673.67 km2，施工面积2 024.2 km2，设计炮点3 180 000个，检波点793 000个。物探队于2018年12月完成对该工区的踏勘，工区地形主要以戈壁为主，地形平坦，有利于数字电台通讯，较适合使用DSS系统进行作业。但工区内分布着大量游牧民及羊圈、骆驼圈，存在诸多潜在的工农问题。此外，该地区还存在一个人口、房屋密集的城区和一个军事禁区，这些也对生产提出了新的挑战。

面对超高效混叠采集技术在现场施工中存在的技术难点，物探队采用了如下的方式进行施工作业：

针对难点1：将地震采集仪器设定在微地震工作模式下，产生24 h连续未相关记录数据，单炮记录长度设置为6 s。对于地震仪器在微地震模式下无法控制震源放炮问题，由DSS系统控制震源起震放炮。

针对难点2：DSC生产指挥系统架设在地震仪器车内，实时接收RTQC设备提供的排列状态信息，以实时判断排列信息的完整性，根据异常排列状态(包括断排列、异常道、检波器指标超限、采集参数错等)指挥需要补炮的震源进行补炮。

针对难点3：架设在地震仪器车内的DSC主机与架设在震源车内的DSCM主机通过高速数字链路电台进行实时通讯，在该复杂区域的有效通讯距离可达20 km。仪器操作员负责在DSC上编辑和发布每日震源的生产任务；DSC监控震源行驶目标炮点和该炮点相关排列信息状态，并通过震源实时传输的位置信息，判断放炮距离及时间关系，控制震源起震；震源DSGM接到DSC许可放炮指令后，震源操作手点击导航平板上的“down”键进行落板激发；起震完成后，生成放炮报告，扫描信号和QC报告，报告信息通过数字链路电台将信息交给DSC进行检查归档；检查结果正常，震源从放炮列表中消失，该震源车可以抬板继续生产；检查结果不正确，标记异常状态，查明原因后，进入放炮流程进行补炮。由DSC汇总生成的VP Report和Fleet Report文档内容包括：理论炮点信息、实际炮点信息、偏移量、震源6项属性数据等全部QC信息。

DSS系统生产工区显示和红区预警。由于本次采集项目存在多个游牧族牲口圈，一个人员、房屋密集的城镇和一个军事禁区，采集地区环境比较复杂，又需要24 h连续作业，这就要求操作员和震源操作手动态掌握该工区内的地形地貌特点。通过DSS系统的工区地图图层加载功能，实现了对街道、管线、游牧牲口圈和军事禁区等复杂区域的地形可视化和智能导航[4]，仪器操作员通过DSC可以提前将红区(复杂地域)内的震源任务分配给震源操作手(如图3所示)，使红区内的炮点可以在视觉条件较好的白天完成；同时震源操作手还可以根据DSG-Pad平板上的工区地图和SPS炮点信息，智能导航到任务炮点，也可以根据任务提前规划施工炮点的顺序，减少搬点造成的时间浪费。当遇到红区或相邻震源距离小于10 m时，DSG-Pad平板会发出预警声音，弹出报警画面，降低复杂区域内作业的安全风险。

图3 该项目某村落复杂区域在DSC上的地图显示(红点为目标炮点，绿点为已放炮点)

DSS系统还具备完整的可控震源信息实时反馈功能，高性能品质的可控震源是超高效混叠采集技术的装备保证。该采集项目使用了18套可控震源配合施工，其中生产震源14套，备用震源4套。由于施工要求24 h不间断作业，震源突发故障时有发生，因此可控震源的信息监控就显得尤为重要[5]。DSS系统中，DSG-Pad提供给震源操作手可视化的震源信息，震源操作手通过平板第一时间得到震源的出力、相位、畸变、COG等信息，并可以设定数据阈值，提示操作手该震源车的状态。DSGM将每一炮的震源质量信息传回DSC，操作员可以通过DSC判断出哪台震源在哪些炮点存在问题，及时调整、分配震源任务，将不满足生产要求的震源车替换维修，实现对震源生产的调度管理。图4为DSC生产放炮信息窗口，其中绿色矩形框为震源的放炮报告信息，红色矩形框为补炮列表，所有不符合质量要求的炮点信息进入该列表，完成补炮作业后从列表中自动清除。

图4 生产放炮信息窗口

DSS系统的生产时效动态统计功能。DSC不仅可以接到震源信息，包括炮点信息、震源QC信息等，还可以收集震源的运行轨迹，统计单台震源每天每班次每小时的生产效率(如图5所示)，便于物探队及时掌握项目生产动态，查找、分析影响生产的具体原因，制定改进措施，进一步优化生产组织。通过生产日效统计，该三维采集项目单日平均产量达27 000余炮，单日最高产量达到54 000余炮，并提前十多天完成生产。

图5使用DSC查看每台震源的炮数统计

4 结束语

数字化地震队系统(DSS)为野外地震采集项目高效生产提供了强有力的保证，特别是已经成为超高效混叠采集项目的关键支撑。目前数字化地震队系统(DSS)已经成为东方公司投标国外项目的标配。但数字化地震队系统(DSS)需要完善升级的地方还有不少，目前仍需要提高的是在数字电台信号覆盖不好的复杂地形区域，数据信息的传输和存储机制问题。相信在不久的将来，持续完善的DSS系统将在勘探项目中发挥出更大作用。