海上地震勘探气枪漏气的定量评价探讨

2021-01-13唐松华张福祥张丽娟李尚坤

海洋石油 2020年4期

唐松华，余锦，张福祥，周政，张丽娟，李尚坤

（中石化海洋石油工程有限公司，上海 200120）

海洋地震资料采集过程中，空气枪震源作为主要激发手段，为海洋地震资料采集发挥了极大的作用。空气枪震源是上世纪60 年代发明的，经过半个多世纪的发展与应用，空气枪震源因具有精度高、性能稳定可靠、重复性好、经济适用等诸多优点已成为海洋地震勘探中应用最广泛的震源。油气田勘探开发过程中，地震资料的后续处理，包括反演、AVO、地震属性分析等技术都要求震源具有良好的一致性[1]。

1 国内外海洋地震勘探过程中震源监控现状

目前在施工过程中，阵列组合中单枪的状态可以利用枪控软件来进行监控，BigShot 以及DigiShot 枪控器是目前最常见的两种气枪控制系统，其自身的软件系统以门限设置为基准，以出错报警为结果，帮助操作员监控单枪的状态[2]。近场检波器也可以用来监视震源工作状态，空气枪漏气时，近场数据子波波形会有所变化，通过子波波形剖面可以准确查出漏气的具体炮号[3]。

当阵列中某个单枪出现漏气时，需要用相同容量的备用枪进行替代，当多个气枪因漏气或其他故障而关枪，导致不满足关枪标准时，现场监督一般要求停止作业进行维修。

如上所述，目前对空气枪震源的监测或线下抽查震源质量，都是针对单枪或者相干枪组合进行分析，以判断其是否不符合关枪标准，或存在不合格情况等。

我们都知道气枪漏气是比较常见的一种故障，震源是由多个单枪或相干枪进行组合后形成的整体。如果气枪阵列压力、激发总容量都满足要求，只是存在多个气枪漏气，比如某测线施工过程中ABCD 四个小枪存在轻微漏气（如果这四个气枪同时关闭则不符合关枪标准），对于现场监督如何把控震源质量就缺少可参考的标准。本文尝试利用组合近场子波，并对子波开展一致性分析来判断震源阵列的激发质量。

2 方法及实现

近场检波器可以实时记录每一个单枪或者组合枪的近场子波，利用所有这些单枪数据或者组合枪的数据通过一定的计算方法可推算出远场子波[4]，或者叠加组合可以形成每一炮的组合近场子波，利用组合近场子波或远场子波的相关分析和振幅RMS 等属性即可对震源实现一致性和稳定性等属性分析，为现场计算方便，这里采用组合近场子波计算方法。

2.1 子波组合

设Fi,k为第i个气枪或相干枪吊点的近场子波记录，Yk为叠加输出后的第k点上的采样值，则

式中：n为近场子波的采样点数，k为时间采样点序号。

2.2 子波相关分析

在信号处理中，通常可以使用互相关系数来评估两信号的相似程度。互相关系数的计算有Pearson、Spearman、kendall 等多种方法，本文采用Pearson 相关系数，公式如下：

式中：X，Y为两个近场子波信号；k为信号采样点序号；n为近场子波采样点数；r为互相关系数。互相关系数可以在时间域计算，也可以在频率域计算。参考相关关枪标准的依据（频谱与设计震源频谱的相关系数不小于0.998[5]），野外采集由于噪声的影响，建议实际子波频谱的互相关系数取设计子波相关系数的99%，即0.998*99%=0.988，或者根据甲方要求及工区实际情况进行取舍。图1为某工区某测线震源阵列组合后的近场子波及频率域互相关系数，互相关系数都在0.99 以上，表明该震源激发子波一致性很好。

2.3 子波能量分析

在子阵压力满足设计要求的前提下，可以使用近场子波振幅均方根AMP (RMS)和振幅最大值AMP (MAX)进行分析。振幅RMS 与最大振幅的基准值可以选择工区施工初期正常测线的振幅值进行参考。根据现场对震源能量的对比经验，振幅值在基准值的±10%以内即为合格。

图1 某测线阵列组合近场子波（上）及互相关系数（下）

3 应用实例

图2 阵列中多个气枪漏气的单枪近场子波波形

图2 为某一工区两条测线4 个单枪的近场子波剖面，从图上可以看出4 个单枪都存在不同程度的漏气现象。图3 为阵列吊点15 单枪的近场子波波形、互相关系数以及振幅属性；图4 为该阵列近场子波组合后的子波波形、互相关系数以及振幅属性。从图4 中可以看出，P1026 测线子波互相关系数从FFID350 开始即出现明显下降，小于0.988，最小为0.971；振幅最大值也同时出现了明显下降，最小值为1.85，与正常基准值2.5 之差达到了26%，远远超出10%，所以从一致性和能量稳定性方面分析，此测线的震源质量都不符合要求。但是，P1040 测线的组合子波相关系数都高于0.988，普遍在0.995 以上，振幅最大值大多数在2.3 以上，处于基准值2.5±10% 以内，基本符合要求。