中國石油東方地球物理公司海上勘探事業(yè)部 船舶中心技術(shù)部QC小組

（天津 300280）

1 小組情況

表1為小組概況。

2 選擇課題

2.1 提出問題

地震儀器和氣槍震源系統(tǒng)用傳統(tǒng)方法進行一致性測試工作，需要調(diào)用大部分海上勘探設(shè)備達到準生產(chǎn)狀態(tài)。而一致性測試受海上自然環(huán)境和設(shè)備調(diào)試等客觀因素的影響，用時非常不確定，增加了地震隊按時開工的難度和運營成本。

2.2 傳統(tǒng)方法一致性測試用時調(diào)查分析

小組成員對2009年海上勘探事業(yè)部多個海上地震采集項目開工前一致性測試工作進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計結(jié)果見表2。

通過調(diào)查可得出如下結(jié)論，2009年運用傳統(tǒng)方法，地震隊開工前一致性測試工作平均花費37h，占用了地震隊較長的生產(chǎn)時間。

表1 小組概況表

2.3 選擇課題

為了解決一致性測試工作用時過長的問題，小組成員運用頭腦風暴法，充分發(fā)揮全體成員的創(chuàng)新思維，經(jīng)過大家的集思廣益，提出以下2種可供選擇的課題：

課題一：單船一致性測試方法；

課題二：氣槍激發(fā)模擬器的研制。

小組成員分別對2個備選課題進行了分析評估結(jié)果見表3。

通過以上對比：課題一省去了儀器船（將儀器船上的設(shè)備轉(zhuǎn)移到震源船上），這樣減少了2船配合時間，從而達到減少一致性測試用時的目的。但參與一致性測試的所有設(shè)備仍需要調(diào)試時間，而且儀器設(shè)備在2船之間的搬運不僅費時費力，也容易造成損壞。課題二省去了儀器船和震源船，節(jié)省了儀器連接電纜、啟動空壓機及收放氣槍的時間，并且其他設(shè)備都是非隨船的輕便設(shè)備，可以使一致性測試工作不受日期和場地的限制，如果氣槍激發(fā)模擬器研制成功，不僅可以降低海上自然環(huán)境的影響，同時也可大大縮短該工作周期。所以，選擇課題二為研究課題。

表2 2009年度一致性測試工作用時統(tǒng)計表

表3 對2個課題進行比較、分析、評估及選定

3 設(shè)定目標

3.1 目標制定

（1）進行一致性測試可以不受自然環(huán)境和場地限制。

（2）測試所需時間由原來的37h縮短到12h以下。

3.2 目標可行性分析

（1）領(lǐng)導(dǎo)重視。船舶中心成立了此項目協(xié)調(diào)小組，中心領(lǐng)導(dǎo)對該工作進行部署，并給予資金、人員上的大力支持，保證該研制工作的順利進行。

（2）技術(shù)實力。小組技術(shù)實力雄厚，成員具有豐富的研發(fā)經(jīng)驗和設(shè)計能力，曾經(jīng)獨立研制成功模塊式震源系統(tǒng)。

（3）解決問題的可行性。模擬器研制成功，可以省去船舶申請使用航道、航行到作業(yè)地點、儀器連接電纜、啟動空壓機和收放氣槍的時間（約12h），大大縮短一致性測試的周期。

綜上所述，我們的目標是完全可行的。

4 提出方案并確定最佳方案

4.1 提出方案

氣槍激發(fā)模擬器替代空壓機、氣槍和近場檢波器進行一致性測試，空壓機和氣槍在一致性測試中作為震動源，而近場檢波器作為信號接收裝置。因此，氣槍激發(fā)模擬器應(yīng)由以下2部分組成：①震動發(fā)生裝置；②信號接收裝置。

4.2 方案優(yōu)選

根據(jù)研制思路，小組對震動發(fā)生裝置和信號接收裝置分別提出優(yōu)選方案。

（1）震動發(fā)生裝置的選擇。震動發(fā)生裝置是代替氣槍作為一致性測試中的震動源。氣槍產(chǎn)生的震動是槍體內(nèi)空氣在水中瞬間釋放所產(chǎn)生震蕩氣泡，這個震蕩氣泡就像一個阻尼振蕩器，氣泡每次震蕩后損失一些能量，產(chǎn)生越來越小的氣泡脈沖。因此，我們要求模擬器在收到激發(fā)信號時產(chǎn)生一個類似于氣槍的震動，產(chǎn)生一致性測試所需要的波形。根據(jù)上述分析，小組成員對震動發(fā)生裝置的3種方案進行分析（見表4）。

（2）信號接收裝置的選擇。信號接收裝置是代替一種將震動源轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柕膫鞲衅鳎菣C械能轉(zhuǎn)化為電能的能量轉(zhuǎn)換裝置，該傳感器在接受到壓力時所產(chǎn)生的輸出電壓最終會以頻率變化的方式傳輸給儀器和氣爆控制器。因此，所選取的信號接收裝置的輸出信號一定要符合儀器采集設(shè)備的接收要求。根據(jù)上述分析，小組成員對信號接收裝置的3種方案進行分析,如表5所示。

4.3 確定最佳方案

經(jīng)過以上方案分析，氣槍激發(fā)模擬器的最佳方案確定為氣槍電磁閥和物探專用檢波器。

5 制定對策

小組成員根據(jù)以上分析得出的最優(yōu)方案，制定了對策如表6所示。

6 實施對策

6.1 氣槍電磁閥選型

6.1.1 對所需電磁閥工作原理分析

當電磁閥通電時，電磁線圈產(chǎn)生電磁力把關(guān)閉件從閥座上提起，當斷電時，電磁力消失，彈簧把關(guān)閉件壓在閥座上，閥孔處于關(guān)閉狀態(tài)。在電磁閥動作時，關(guān)閉件和閥腔通過磁力吸合作用產(chǎn)生觸擊，從而產(chǎn)生震動。

6.1.2 所需電磁閥特性分析

通過以上分析，我們可以總結(jié)出所需的電磁閥需要滿足從以下3個方面的要求。

（1）震動強度。電磁閥的震動強度必須達到信號接收裝置的信號采集范圍。如果震動微弱，將不能觸發(fā)信號接收裝置的感應(yīng)線圈，無法產(chǎn)生有效的一致性測試所需的波形圖。

（2）殼體外形。在一致性測試中，氣槍電磁閥需要在試驗臺上進行固定，需要外殼無突起及尖銳的部分存在。

（3）電磁閥所需啟動電流和脈沖寬度。各種電磁閥激發(fā)電流不同，需要調(diào)節(jié)槍控器提供的激發(fā)電壓來適應(yīng)不同種電磁閥的激發(fā)要求。

其中I為線圈啟動電流；

U0為輸出電壓；

R為線圈阻值。

各電磁閥所需動作的脈沖寬度也不一樣，激發(fā)動作的快慢也不盡相同。

6.1.3 通過對比不同型號電磁閥的各種參數(shù)，進行選擇

根據(jù)上述分析，小組成員從以下3種生產(chǎn)中常用的氣槍電磁閥中選擇最符合研制要求的震動發(fā)生裝置（見表7）。

6.2 物探專用檢波器的選型

6.2.1 檢波器工作原理分析

檢波器的作用是將被測的地震信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，在氣槍激發(fā)模擬器中，檢波器作為信號接收裝置，用來直接接收震動源，將震動能量轉(zhuǎn)換為符合儀器記錄系統(tǒng)需要的電壓形式，檢波器自身技術(shù)性能指標的高低，直接影響著氣槍激發(fā)模擬器的使用狀況。

表6 對策表

表7 不同型號的電磁閥各種參數(shù)對比表

6.2.2 所需檢波器特性分析

為了實現(xiàn)檢波器將震動能量轉(zhuǎn)換為符合儀器記錄系統(tǒng)需要的電壓形式的功能，需要滿足以下3個方面的要求。

（1）外觀方面。要求體積小巧，重量輕。該模擬裝置是要通過電磁閥的震動來使檢波器產(chǎn)生震動而產(chǎn)生波形，因此檢波器首先要求固定在電磁閥上，電磁閥的震動要能夠使其產(chǎn)生有效的震動。

（2）絕緣性方面。由于模擬器要在各種環(huán)境下使用，所以其絕緣性確保要在200MΩ以上，以保證其信號穩(wěn)定。

（3）靈敏度方面。對于靈敏度來講需要有一個較為穩(wěn)定的范圍，靈敏度較低或較高都會對信號造成影響（見表8）。

我們通過固定激勵頻率對芯體靈敏度進行測試，發(fā)現(xiàn)在10～14Hz的范圍內(nèi)，檢波器的靈敏度較為穩(wěn)定。

6.2.3 通過對比不同型號檢波器的各種參數(shù)，進行選擇

根據(jù)上述分析，小組成員從3種生產(chǎn)中常用的物探檢波器中選擇最符合研制要求的信號接收裝置（見表9）。

6.3 氣槍激發(fā)模擬器的組裝測試和問題改進

6.3.1 組裝設(shè)計

（1）電路連接圖設(shè)計。電磁閥接入點火單元的激發(fā)接口對電磁閥進行實時激發(fā)。檢波器接入點火單元的傳感器接收端口，用于接收檢波器傳回的模擬信號，并將該信號上傳給主控單元，再經(jīng)傳輸單元傳給儀器記錄設(shè)備。檢波器接口同時并入儀器交叉站，將信號傳給儀器設(shè)備，通過對無線傳輸信號和有線傳回信號的比對，即可判定設(shè)備之間的一致性是否良好。

（2）進行實物組裝。我們按照設(shè)計圖的要求，將電磁閥（震動發(fā)生裝置）和檢波器（信號接收裝置）進行組裝。

6.3.2 進行現(xiàn)場測試

在組裝完成之后，小組成員對氣槍激發(fā)模擬器進行現(xiàn)場測試。

通過分析在0計時線以前該檢波器就有所動作,與正常驗證波形不符。經(jīng)小組討論分析,認為該檢波器靈敏度過高,受到外來震動影響造成過早起跳。

6.3.3 對氣槍模擬器進行改進和測試

利用氣槍電磁閥與檢波器的合理組合，在底部加上減震裝置，起到消減外來震動能量的作用，讓槍控器可以有效的接收到電磁閥震動產(chǎn)生的能量。通過對比，過早起跳的問題得到解決。在此基礎(chǔ)上，我們進行了氣槍震源系統(tǒng)的一致性測試的多次激發(fā)驗證，進一步驗證了該套系統(tǒng)的穩(wěn)定工作狀態(tài)。通過15炮的驗證，氣槍激發(fā)模擬器激發(fā)時間和儀器內(nèi)部記錄時間相差在1ms之內(nèi)，達到預(yù)期效果，符合行業(yè)標準和甲方要求。

7 效果確認

7.1 目標值的完成情況確認

目標1：進行一致性測試可以不受自然環(huán)境和場地限制。QC小組活動前，需要海上勘探設(shè)備達到準生產(chǎn)狀態(tài)進行一致性測試工作，QC小組活動后，氣槍激發(fā)模擬器研制成功，在儀器房就可以完成一致性測試工作。

目標2：測試所需時間由原來的37h縮短到12h以下。小組成員將氣槍激發(fā)模擬器應(yīng)用到2010年各海上地震勘探采集項目中，對各震源船一致性測試用時進行了統(tǒng)計（見表10）。

結(jié)論為平均6h可以完成一致性測試工作。

7.2 經(jīng)濟效益分析

按照關(guān)于 《規(guī)范QC小組成果經(jīng)濟效益計算方法的通知》對本課題的效益進行了分析，結(jié)果如表11所示。

表8 檢波器芯體靈敏度測試表

表9 不同型號的檢波器各項參數(shù)對比表

表10 2010年各震源船一致性測試用時統(tǒng)計表

表11 小組活動前后經(jīng)濟效益對比表

經(jīng)濟分析和實驗結(jié)果證明：氣槍激發(fā)模擬器的推廣應(yīng)用，為每個地震勘探采集項目至少帶來37.2萬元，按照每年4個采集項目施工計算，總共節(jié)約148.8萬元，效益十分可觀。

7.3 社會效益分析

7.3.1 保證了項目的順利啟動

氣槍激發(fā)模擬器的研制成功大大降低了同步驗證的周期，可以確保各項目按時開工，降低地震隊經(jīng)營成本，將進一步提高公司在國際國內(nèi)極淺水區(qū)域的市場競爭力。

7.3.2 符合行業(yè)規(guī)范，得到甲方領(lǐng)導(dǎo)和技術(shù)總監(jiān)的認可

氣槍激發(fā)模擬器成功替代了傳統(tǒng)同步驗證的方法，得到了甲方和技術(shù)總監(jiān)的認可，樹立了公司的良好的形象，積極促進了后續(xù)市場的開發(fā)。

8 標準化

8.1 進行技術(shù)培訓(xùn)

船舶中心對氣爆技術(shù)人員進行系統(tǒng)的培訓(xùn)，并派專人進行現(xiàn)場連接與技術(shù)指導(dǎo)。

8.2 制定相關(guān)操作規(guī)程

為了使現(xiàn)場操作人員更加方便的操作該設(shè)備，我們編寫了有關(guān)氣槍激發(fā)模擬器的操作規(guī)程和相關(guān)原理的說明，并制作成作業(yè)指導(dǎo)書在現(xiàn)場應(yīng)用。

9 總結(jié)和今后的打算

通過此次活動，使小組成員加深了對QC活動的學(xué)習(xí)和理解，同時在與其它專業(yè)化單位溝通、交流的過程中，個人能力、質(zhì)量意識及解決問題的能力和信心都有了較大的提高。

灘淺海過渡帶勘探業(yè)務(wù)是中油集團“十二五”發(fā)展的重點，也是東方地球物理公司的特色業(yè)務(wù)，發(fā)展的潛力巨大。下一步我們QC小組計劃研發(fā)一種新型設(shè)備，將槍控器激發(fā)脈沖直接轉(zhuǎn)化為儀器可接收的信號，在不產(chǎn)生任何震動的情況下，即可完成一致性測試工作，更加方便快捷。