嚴 皓，劉進寶，尚永生，翟金浩，封召鵬，蔡敏貴

(中國石油集團東方地球物理勘探有限責任公司地震儀器研發(fā)項目組 河北 涿州 072750)

0 引 言

在國際油價持續(xù)走低的背景下，為了提高生產(chǎn)效率，縮短施工周期，各石油公司開始嘗試在采集生產(chǎn)中使用新技術(shù)新設(shè)備。由BGP獨創(chuàng)的數(shù)字化地震隊系統(tǒng)(DSS)，作為實施超高效混疊采集技術(shù)必備的關(guān)鍵裝備，倍受國內(nèi)外石油公司關(guān)注和青睞。2019年1月底，東方公司某物探隊中標的國外三維混采項目正式啟動，標志著最新版數(shù)字化地震隊系統(tǒng)(DSS)成為實現(xiàn)全球最高生產(chǎn)效率的有力支撐。作為中國石油集團具有自主知識產(chǎn)權(quán)的物探地震采集設(shè)備，DSS具有可控震源自主放炮管理、實時排列狀態(tài)放炮控制和安全生產(chǎn)管理等功能，已經(jīng)成為國際高端物探市場的必然配置[1]。為了更好地推廣應(yīng)用新版DSS系統(tǒng)，這里將從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、主要功能、生產(chǎn)應(yīng)用等幾個方面進行介紹。

1 DSS系統(tǒng)構(gòu)成

DSS系統(tǒng)主要由震源自主放炮導(dǎo)航DSGM(Digital-Seismic Guidance Mainframe)、震源導(dǎo)航平板(DSG-Pad)、生產(chǎn)指揮中心DSC(Digital-Seismic Command Server)和高速數(shù)傳電臺組等構(gòu)成。

1.1 震源自主放炮導(dǎo)航(DSGM)

震源車載終端(DSG)主要為震源作業(yè)提供炮點無樁號導(dǎo)航、車載設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控、特殊對象距離預(yù)警、日常任務(wù)接收及統(tǒng)計、掃描數(shù)據(jù)儲存、加載工區(qū)SPS及地圖資源等功用。它由震源自主放炮導(dǎo)航主機(DSGM)、震源導(dǎo)航平板(DSG-Pad)和高速數(shù)傳電臺組成，安裝于可控震源車內(nèi)。最新一代的震源自主放炮導(dǎo)航主機DSGM[2]將以往分散安裝的時間控制器(Time Controller)、直流穩(wěn)壓電源、Fleet放炮控制器、GPS模塊和平板通訊模塊進行了整合，更便于現(xiàn)場安裝和檢修，同時也增強了整個DSG系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

1.2 生產(chǎn)指揮中心(DSC)

由服務(wù)器和高速數(shù)傳電臺組構(gòu)成的DSC安裝在地震儀器車上，儀器操作員通過DSC指揮生產(chǎn)，它提供震源及震源組管理、日常任務(wù)分配、震源狀態(tài)監(jiān)控、生產(chǎn)進度管理、加載工區(qū)SPS及地圖資源等功能。圖1中，儀器操作員正在通過左側(cè)屏幕對震源任務(wù)進行分配和監(jiān)控，通過右側(cè)屏幕可以對震源生產(chǎn)過程進行QC監(jiān)控。DSC生產(chǎn)指揮中心的高速數(shù)傳電臺組由16個通訊信道組成，通過測試每個信道可以支持多達8臺/組震源，16個信道理論上可最多管理128臺震源。DSC主機使用Z800服務(wù)器，配套Linux系統(tǒng)下的DSC生產(chǎn)指揮軟件，完成震源生產(chǎn)任務(wù)編輯和發(fā)布、震源狀態(tài)監(jiān)控和預(yù)警、以及日常生產(chǎn)統(tǒng)計和分析等功能。

圖1 儀器操作員通過DSC指揮生產(chǎn)

1.3 中繼電臺

為了實現(xiàn)遠距離的電臺鏈路數(shù)據(jù)信息傳輸，克服復(fù)雜地形的遮擋效應(yīng)，并增強震源QC數(shù)據(jù)的監(jiān)控，DSS系統(tǒng)還配備有中繼電臺，來實現(xiàn)信息的轉(zhuǎn)發(fā)功能。中繼電臺有效地擴大了數(shù)傳電臺的通訊范圍，使DSC生產(chǎn)指揮中心的有效通訊距離達到30 km，特別在復(fù)雜地形和城區(qū)內(nèi)施工時，中繼電臺的使用可有效提高生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質(zhì)量。

2 超高效混疊采集技術(shù)在DSS系統(tǒng)中的實現(xiàn)

作為一項符合時間距離曲線規(guī)則的可控震源高效采集技術(shù)，超高效混疊采集技術(shù)所需要的時間和位置信息通過每臺/組震源上安裝的DSG系統(tǒng)獲取，其中位置信息經(jīng)過高速數(shù)傳電臺實時傳遞給DSC，DSC服務(wù)器根據(jù)震源之間距離來確定可控震源所需要的滑動時間。圖2示意了采用該項技術(shù)過程中，DSC系統(tǒng)內(nèi)可控震源時距曲線規(guī)則的設(shè)定窗口：當兩臺/組震源相距不足500 m時，可控震源進行滑動掃描，滑動時間為7 s，；當兩臺/組震源相距大于500 m小于750 m時，可控震源滑動時間成線性關(guān)系，做相應(yīng)的滑動掃描；當兩臺、組震源距離大于750 m時，可控震源采用獨立同步掃描模式[3]。

圖2 使用DSC軟件設(shè)定超高效混采的時間距離曲線示意圖

實現(xiàn)超高效混疊采集技術(shù)需要克服的技術(shù)難點主要有：

1)有線地震儀器如何實現(xiàn)同步震源激發(fā)的連續(xù)采集記錄；

2)判斷排列狀態(tài)信息，實時質(zhì)量監(jiān)控，即必須對采集參數(shù)、排列狀態(tài)進行實時監(jiān)控，以避免出現(xiàn)斷排列、異常道等無效的采集記錄；

3)DSC與DSG之間數(shù)據(jù)信息的實時通訊，實現(xiàn)DSS系統(tǒng)對震源生產(chǎn)任務(wù)調(diào)度、生產(chǎn)質(zhì)量控制以及按時間距離曲線控制震源激發(fā)等功能。

3 DSS系統(tǒng)在復(fù)雜地區(qū)的應(yīng)用

國外某三維地震采集項目設(shè)計滿覆蓋面積1 673.67 km2，施工面積2 024.2 km2，設(shè)計炮點3 180 000個，檢波點793 000個。物探隊于2018年12月完成對該工區(qū)的踏勘，工區(qū)地形主要以戈壁為主，地形平坦，有利于數(shù)字電臺通訊，較適合使用DSS系統(tǒng)進行作業(yè)。但工區(qū)內(nèi)分布著大量游牧民及羊圈、駱駝圈，存在諸多潛在的工農(nóng)問題。此外，該地區(qū)還存在一個人口、房屋密集的城區(qū)和一個軍事禁區(qū)，這些也對生產(chǎn)提出了新的挑戰(zhàn)。

面對超高效混疊采集技術(shù)在現(xiàn)場施工中存在的技術(shù)難點，物探隊采用了如下的方式進行施工作業(yè)：

針對難點1：將地震采集儀器設(shè)定在微地震工作模式下，產(chǎn)生24 h連續(xù)未相關(guān)記錄數(shù)據(jù)，單炮記錄長度設(shè)置為6 s。對于地震儀器在微地震模式下無法控制震源放炮問題，由DSS系統(tǒng)控制震源起震放炮。

針對難點2：DSC生產(chǎn)指揮系統(tǒng)架設(shè)在地震儀器車內(nèi)，實時接收RTQC設(shè)備提供的排列狀態(tài)信息，以實時判斷排列信息的完整性，根據(jù)異常排列狀態(tài)(包括斷排列、異常道、檢波器指標超限、采集參數(shù)錯等)指揮需要補炮的震源進行補炮。

針對難點3：架設(shè)在地震儀器車內(nèi)的DSC主機與架設(shè)在震源車內(nèi)的DSCM主機通過高速數(shù)字鏈路電臺進行實時通訊，在該復(fù)雜區(qū)域的有效通訊距離可達20 km。儀器操作員負責在DSC上編輯和發(fā)布每日震源的生產(chǎn)任務(wù)；DSC監(jiān)控震源行駛目標炮點和該炮點相關(guān)排列信息狀態(tài)，并通過震源實時傳輸?shù)奈恢眯畔ⅲ袛喾排诰嚯x及時間關(guān)系，控制震源起震；震源DSGM接到DSC許可放炮指令后，震源操作手點擊導(dǎo)航平板上的“down”鍵進行落板激發(fā)；起震完成后，生成放炮報告，掃描信號和QC報告，報告信息通過數(shù)字鏈路電臺將信息交給DSC進行檢查歸檔；檢查結(jié)果正常，震源從放炮列表中消失，該震源車可以抬板繼續(xù)生產(chǎn)；檢查結(jié)果不正確，標記異常狀態(tài)，查明原因后，進入放炮流程進行補炮。由DSC匯總生成的VP Report和Fleet Report文檔內(nèi)容包括：理論炮點信息、實際炮點信息、偏移量、震源6項屬性數(shù)據(jù)等全部QC信息。

DSS系統(tǒng)生產(chǎn)工區(qū)顯示和紅區(qū)預(yù)警。由于本次采集項目存在多個游牧族牲口圈，一個人員、房屋密集的城鎮(zhèn)和一個軍事禁區(qū)，采集地區(qū)環(huán)境比較復(fù)雜，又需要24 h連續(xù)作業(yè)，這就要求操作員和震源操作手動態(tài)掌握該工區(qū)內(nèi)的地形地貌特點。通過DSS系統(tǒng)的工區(qū)地圖圖層加載功能，實現(xiàn)了對街道、管線、游牧牲口圈和軍事禁區(qū)等復(fù)雜區(qū)域的地形可視化和智能導(dǎo)航[4]，儀器操作員通過DSC可以提前將紅區(qū)(復(fù)雜地域)內(nèi)的震源任務(wù)分配給震源操作手(如圖3所示)，使紅區(qū)內(nèi)的炮點可以在視覺條件較好的白天完成；同時震源操作手還可以根據(jù)DSG-Pad平板上的工區(qū)地圖和SPS炮點信息，智能導(dǎo)航到任務(wù)炮點，也可以根據(jù)任務(wù)提前規(guī)劃施工炮點的順序，減少搬點造成的時間浪費。當遇到紅區(qū)或相鄰震源距離小于10 m時，DSG-Pad平板會發(fā)出預(yù)警聲音，彈出報警畫面，降低復(fù)雜區(qū)域內(nèi)作業(yè)的安全風險。

圖3 該項目某村落復(fù)雜區(qū)域在DSC上的地圖顯示(紅點為目標炮點，綠點為已放炮點)

DSS系統(tǒng)還具備完整的可控震源信息實時反饋功能，高性能品質(zhì)的可控震源是超高效混疊采集技術(shù)的裝備保證。該采集項目使用了18套可控震源配合施工，其中生產(chǎn)震源14套，備用震源4套。由于施工要求24 h不間斷作業(yè)，震源突發(fā)故障時有發(fā)生，因此可控震源的信息監(jiān)控就顯得尤為重要[5]。DSS系統(tǒng)中，DSG-Pad提供給震源操作手可視化的震源信息，震源操作手通過平板第一時間得到震源的出力、相位、畸變、COG等信息，并可以設(shè)定數(shù)據(jù)閾值，提示操作手該震源車的狀態(tài)。DSGM將每一炮的震源質(zhì)量信息傳回DSC，操作員可以通過DSC判斷出哪臺震源在哪些炮點存在問題，及時調(diào)整、分配震源任務(wù)，將不滿足生產(chǎn)要求的震源車替換維修，實現(xiàn)對震源生產(chǎn)的調(diào)度管理。圖4為DSC生產(chǎn)放炮信息窗口，其中綠色矩形框為震源的放炮報告信息，紅色矩形框為補炮列表，所有不符合質(zhì)量要求的炮點信息進入該列表，完成補炮作業(yè)后從列表中自動清除。

圖4 生產(chǎn)放炮信息窗口

DSS系統(tǒng)的生產(chǎn)時效動態(tài)統(tǒng)計功能。DSC不僅可以接到震源信息，包括炮點信息、震源QC信息等，還可以收集震源的運行軌跡，統(tǒng)計單臺震源每天每班次每小時的生產(chǎn)效率(如圖5所示)，便于物探隊及時掌握項目生產(chǎn)動態(tài)，查找、分析影響生產(chǎn)的具體原因，制定改進措施，進一步優(yōu)化生產(chǎn)組織。通過生產(chǎn)日效統(tǒng)計，該三維采集項目單日平均產(chǎn)量達27 000余炮，單日最高產(chǎn)量達到54 000余炮，并提前十多天完成生產(chǎn)。

圖5使用DSC查看每臺震源的炮數(shù)統(tǒng)計

4 結(jié)束語

數(shù)字化地震隊系統(tǒng)(DSS)為野外地震采集項目高效生產(chǎn)提供了強有力的保證，特別是已經(jīng)成為超高效混疊采集項目的關(guān)鍵支撐。目前數(shù)字化地震隊系統(tǒng)(DSS)已經(jīng)成為東方公司投標國外項目的標配。但數(shù)字化地震隊系統(tǒng)(DSS)需要完善升級的地方還有不少，目前仍需要提高的是在數(shù)字電臺信號覆蓋不好的復(fù)雜地形區(qū)域，數(shù)據(jù)信息的傳輸和存儲機制問題。相信在不久的將來，持續(xù)完善的DSS系統(tǒng)將在勘探項目中發(fā)揮出更大作用。