·儀器設備與應用·

節(jié)點技術(shù)在新一代地震勘探采集儀器中的應用

封召鵬1,2

(1．西安石油大學陜西西安710065；2．中國石油東方公司國際勘探事業(yè)部河北涿州072751 )

摘要：地震勘探采集儀器是石油儀器中更新?lián)Q代較快的一類儀器，幾乎4-5年就會出現(xiàn)新的一代設備。伴隨著節(jié)點技術(shù)的出現(xiàn)，各個儀器供應商推出相應的以節(jié)點技術(shù)為載體的新設備。文章從最新的無線節(jié)點GSR(Geospace Seismic Recorder)、Z-LAND、以及即將面世的Sercel公司的508-XT來解析節(jié)點技術(shù)在新的物探采集設備中的革新作用。

關(guān)鍵詞：地震勘探采集儀器；節(jié)點技術(shù)；無線節(jié)點

作者簡介：第一封召鵬，男，1985年生， 2008年畢業(yè)于西安石油大學測控技術(shù)與儀器專業(yè)，現(xiàn)工作于BGP國際勘探事業(yè)部伊拉克南部8637隊，任儀器組長。E-mail:fengzhaopeng2013@gmail.com

文章編號：中圖法分類號：P631.4

收稿日期：(2014-06-12編輯：姜婷)

Application of Node Technology in the New Generation Recording SystemFENG Zhaopeng1,2

(1.Xi’anShiyouUniversity,Xi’an,Shaanxi710065,China; 2.BGPinternational.CNPC,Zhuozhou,Hebei072751,China)

Abstract：The seismic recorders have been developed fast, with the new generation coming every four or five years. With the development of node technology, the manufacturers of seismic recorders have manufactured new recorders based on the node technology. In this paper, we introduced the importance of node technology in the latest seismic recording systems which included wireless node GSR, Z -LAND and Sercel forthcoming 508XT.

Key word：seismic recording system,node technology,wireless node

0引言

GSR無線節(jié)點儀器是美國Geospace公司于2007年推出的一款盲采式無線節(jié)點儀器，該設備得到BP公司的認可，通過與ISS(Independent simultaneous sweeping)技術(shù)的結(jié)合，以及2012年在BP伊拉克魯曼拉勘探項目的實踐，名噪一時。類似的由Fairfield推出的Z-Land節(jié)點儀器也占據(jù)了一定市場。同時，CGG的物探設備供應商Sercel也不甘落后，借鑒節(jié)點技術(shù)，又傳承傳統(tǒng)儀器的理念，推出508XT新產(chǎn)品，實現(xiàn)實時QC，將節(jié)點技術(shù)推至一個新臺階。

1節(jié)點理念與ISS技術(shù)的結(jié)合

ISS技術(shù)是由英國著名地質(zhì)學者Dave Howe教授發(fā)明的。ISS技術(shù)是指不同震源獨立地進行掃描工作，但是根據(jù)不同震源的掃描信號來保持采集記錄同步的一種技術(shù)[1]。Dave Howe提出ISS技術(shù)的同時，各個采集儀器生產(chǎn)商都聲稱可以連續(xù)激活記錄地震數(shù)據(jù)。在BP公司的推動下，2009年由Western Gecon(西方物探公司)使用節(jié)點采集設備在利比亞做了一個7萬VP的無線節(jié)點ISS實驗。

節(jié)點技術(shù)，就是每個節(jié)點單元作為一個獨立采集單元，該單元由檢波器串、采集存儲模塊和電池模塊組成，最后生成的原始數(shù)據(jù)存儲在本地。2012年在伊拉克魯曼拉油田，第一次大規(guī)模使用GSR無線節(jié)點ISS技術(shù)。GSR無線節(jié)點的采集單元由GSR采集站、鋰電池和檢波器串組成，如圖1所示。每一個GSR采集站是一個獨立的采集單元，內(nèi)部有一個4GB的特制內(nèi)存卡[2]。野外鋪設之前，必須在室內(nèi)通過下載單元和服務器設定采集參數(shù)和采集模式。一般情況下，有連續(xù)采集和特定時段采集兩種工作模式。BP公司在利比亞和伊拉克魯曼拉項目都要求采用連續(xù)采集模式，4GB的內(nèi)存和強大的鋰電池續(xù)航能力，足夠滿足ISS技術(shù)模式下設備利用率的要求。

圖1　GSR無線節(jié)點野外單元和甲方要求的布設方式

GSR無線節(jié)點采集的數(shù)據(jù)經(jīng)過DTM(數(shù)據(jù)下載單元)的下載，將原始數(shù)據(jù)下載到盤陣當中，經(jīng)過強大的處理系統(tǒng)，生成連續(xù)道集的SEGD文件，該SEGD每道60 s長度，每個站每天生成一個SEGD文件。激發(fā)源控制采用Sercel的464DSD本地工作模式，將DSD接平板電腦，記錄終端生成SIT表和記錄每次震動QC質(zhì)量的SEGD文件。QC部門可以通過這些原始的文件來確定每個震次是否有效，利用SIT表(剔出無效震次后的)里記錄的每個GPS時間去截取每次激發(fā)的有效地震數(shù)據(jù)，將有效地震次inline或者xline疊加至接收道。

魯曼拉無線節(jié)點ISS項目，實際上也吸收了Q技術(shù)。按照甲方的要求，每串小線垂直于GSR采集站埋置，因為這樣剛好和GSR采集站的GPS天線吻合，避免了對接收點因操作產(chǎn)生偏移的誤差。每串小線由三個檢波器組成，檢波器間距30 cm，布設也類似于單點接收，沒有對噪音等進行壓制。GSR無線節(jié)點的數(shù)據(jù)回收通過DTM下載完成，這完全不同于Sercel公司的Unite，其無線采集站RAU可以通過無線CAN連接Harvester (回收器) 完成，也可以通過專用的連接線連接下載[3]，Unite RAU節(jié)點如圖2所示。

圖2　Unite RAU節(jié)點

2目前主流節(jié)點儀器的性能對比

目前采用節(jié)點技術(shù)的新一代勘探儀器，無線的居多。除了上文提到的GSR無線節(jié)點儀器，還有Fairfield公司生產(chǎn)的ZLand Node陸地采集設備(該公司有多種節(jié)點[4]，其中Z700和Z3000適應于深水作業(yè))和Sercel的Unite系統(tǒng)等。對于無線節(jié)點儀器需要關(guān)注：節(jié)點單元的內(nèi)存容量；節(jié)點單元的供電方式和續(xù)航能力；外置檢波器的兼容能力；數(shù)據(jù)回收的方式；是否可以實現(xiàn)實時QC數(shù)據(jù)回傳；是否有防盜功能；節(jié)點單元的重量，這7個指標。

Fairfield Nodal公司的ZLand節(jié)點儀器[5]是該公司主打陸地無線采集設備，它將鋰電池、記錄模塊和檢波器集于一身。Zland無線節(jié)點內(nèi)部存貯容量為2GB,檢波器使用OYO公司的GS-1檢波器，或者CT-30芯體。因為內(nèi)存儲容量和鋰電池待機能力的瓶頸，Zland儀器稍遜色于同類其他的GSR和Unite。但是Zland就是因為相對高度的集成恰好詮釋了節(jié)點技術(shù)。前期節(jié)點的野外放樣都借鑒了GSR無線節(jié)點的模式，其使用Geo XT和GIS MAP類似于Rumelia項目GSR無線節(jié)點施工流程。

作為歐洲大陸采集設備研發(fā)商Sercel，自己的Unite RAU也成為節(jié)點儀器市場的新星。Unite相對其他節(jié)點儀器有以下5點優(yōu)勢：

1)足夠大內(nèi)存容量。8GB是世界節(jié)點儀器之最。

2)靈活的供電方式。內(nèi)置電池是備用，外部電池根據(jù)用戶自己需要。

3)數(shù)據(jù)回收方式靈活。除了可以像其他無線節(jié)點設備一樣，可以站體整體回收連線下載，在野外也可以通過Harvester連接CAN無線回收1Km內(nèi)的節(jié)點數(shù)據(jù)。

4)可以和有線傳統(tǒng)的采集設備428XL混用，為業(yè)界保守人士接受新節(jié)點設備提供了一個良好的緩沖。

5)強大的內(nèi)存和強勁的供電，保障Unite系統(tǒng)在野外長時間連續(xù)工作的能力。

三家主流無線節(jié)點儀器可以滿足不同層次的物探承包商的需要，其性能對比見表1。從操作難度和勞動量來講，筆者更傾向于OYO公司的GSR，經(jīng)過魯曼拉項目的實踐，GSR無線節(jié)點具有操作簡單，重量輕和記錄時間長等優(yōu)點。

表1　主流無線節(jié)點采集設備性能對比

3508XT新一代節(jié)點技術(shù)儀器

Sercel公司于2013年9月發(fā)布了新一代地震勘探儀器508XT，該儀器采用X -Tech 構(gòu)架，顛覆傳統(tǒng)的儀器理念，吸收節(jié)點技術(shù)，目標是使帶道能力達到1百萬道[6]。

508XT將有線系統(tǒng)和無線設備Unite結(jié)合在一起，可以實現(xiàn)混用，繼承了428XL的這一便捷功能，最值得人關(guān)注的是野外設備大大簡化。在508XT系統(tǒng)中沒有交叉站(Laux)和電源站(laul)獨立設備，野外控制、數(shù)據(jù)存儲和數(shù)傳單元被CX-508這一種地面設備實現(xiàn)，如圖3所示。該系統(tǒng)之所以繼承了節(jié)點技術(shù)，是因為CX-508實際上是一個節(jié)點單元，它的內(nèi)部也有4GB的內(nèi)存冗余。每一個CX-508在排列上可以管控64道FDU-508或者74道DSU1-508(都是55m線纜距)。CX-508除了管理節(jié)點單元之外，也代替了交叉站的角色，使用光纜交叉線傳輸速率可以達到1Gbps.而大線傳輸速度也因為節(jié)點技術(shù)和CX-508單元的優(yōu)勢的結(jié)合可以達到40Mbps[7]。

圖3　508XT野外設備 CX-508

節(jié)點技術(shù)的應用，使508XT有了大線數(shù)據(jù)傳輸冗余的優(yōu)勢。當通往儀器車的線纜不暢，該冗余在4ms采樣率的情況下，數(shù)據(jù)存儲在CX-508內(nèi)存當中，可以容納至少15天的連續(xù)數(shù)據(jù)量。CX-508結(jié)合無線電臺技術(shù)，在有線數(shù)據(jù)不暢情況下，也可以通過CX-508無線連接實時QC。508XT倡導零等待時間，野外節(jié)點單元CX-508 有三種模式：Testing、Stand by、Acquisition。根據(jù)生產(chǎn)的需要可以設置連續(xù)采集或者階段性的采集，不會因為大線故障或者儀器車搬點而停止采集。

與所有的節(jié)點儀器一樣，508XT對GPS的依賴性很強，地面設備CX-508和Unite Rau等都內(nèi)置了GPS。GPS除了同步采集之外，對于RAU還有定位甚至防盜的作用。508XT可以實現(xiàn)有線和無線RAU的混用，如圖4所示。無線的設備也可以通過CX-508實現(xiàn)實時的QC信息，當有線排列“失聯(lián)”之后，CX-508啟動無線工作模式，除了不能回傳地震采集數(shù)據(jù)外，實時QC電瓶管理等信息可以通過無線回傳，此時的CX-508無線最大回傳距離為1 km[8]。

圖4　508-XT系統(tǒng)野外排列實時QC和有線無線混用模式

4結(jié)束語

根據(jù)近幾年節(jié)點儀器發(fā)展的趨勢，未來節(jié)點儀器的發(fā)展特點，甚至可以說整個地震勘探儀器的發(fā)展走向有以下6個特點：

1)由之前的“盲采”逐步實現(xiàn)實時QC。

2)節(jié)點理念由無線走向有線采集設備，有線無線混合使用。

3)電源管理更加優(yōu)良化。

4)節(jié)點單元的存貯容量更大。

5)對GPS的依賴程度更大，有的可以實現(xiàn)防盜。

6)與單點接收Q技術(shù)、高密度采集和新的施工方法緊密結(jié)合。

面對高速發(fā)展的技術(shù)裝備，石油勘探儀器的工程技

術(shù)人員不能墨守成規(guī)，只有不斷地學習吸收新的技術(shù)和理念，才能滿足時代需求。

參 考 文 獻

[1] Dave Howe.Independent Simultaneous Sweeping in Libya full scale implementation and new developments.2009 (資料)

[2] Geospace Technology.GSR Overview.2010(資料)

[3] Sercel.Unite 3.0 Manual.2014 (資料)

[4] Fairfield.ZLand-specifications.2013(資料)

[5] Fairfield.ZLAND User Manual A4 .2013(資料)

[6] Sercel.508XT Specifications.2013(資料)

[7] Sercel.508XT_News Release.2013(資料)

[8] Sercel.508XT CPS-SEG Beijing CN 2014(資料)