劉如明，闞留杰，崔國(guó)杰，張國(guó)強(qiáng)，涂春趙，胡志爽

（1.中海石油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)公司，天津 300459；2.中海石油（中國(guó)）有限公司天津分公司，天津 300459）

渤海某油田由于主力目的層儲(chǔ)層較薄、橫向連續(xù)性差、尖滅現(xiàn)象普遍，加之?dāng)鄬虞^多，常規(guī)地震在目的層段的解釋精度無(wú)法滿足油田開(kāi)發(fā)需求[1-2]。為了解決上述難題，2015年底中海油首次在該油田進(jìn)行了井間地震作業(yè)。

陸地油田井位比較分散，噪聲相對(duì)較少，作業(yè)空間比較廣闊，具有較好的井間地震作業(yè)條件[3-4]；而海上平臺(tái)由于費(fèi)用高、空間小、平臺(tái)重型設(shè)備及船舶等噪聲大等因素限制，極少開(kāi)展該類型作業(yè)[5-6]。針對(duì)海上井間地震采集復(fù)雜施工條件下，在施工中如何對(duì)環(huán)境噪聲進(jìn)行快速判別和控制，以得到高質(zhì)量數(shù)據(jù)，并提高施工效率等方面缺乏可借鑒的標(biāo)準(zhǔn)和案例。同時(shí)由于本次井間地震與鉆完井作業(yè)交叉進(jìn)行，作業(yè)環(huán)境噪聲很強(qiáng)、復(fù)雜多樣，嚴(yán)重影響了井間地震采集數(shù)據(jù)的信噪比。在前期采集的12個(gè)扇區(qū)中，有6個(gè)扇區(qū)的資料因?yàn)樾旁氡鹊投鵁o(wú)法應(yīng)用，需重新采集。通過(guò)對(duì)12個(gè)扇區(qū)采集的數(shù)據(jù)及采集時(shí)環(huán)境因素進(jìn)行了全面分析，對(duì)環(huán)境噪聲進(jìn)行評(píng)級(jí)，并針對(duì)鉆完井不同作業(yè)環(huán)節(jié)及噪聲情況制定相關(guān)措施，有效地指導(dǎo)了后續(xù)資料采集，數(shù)據(jù)信噪比得到了顯著提高。

1 作業(yè)環(huán)境噪聲特征分析

由于本次井間地震與鉆完井作業(yè)交叉進(jìn)行，各種重型設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)及拖輪在平臺(tái)周邊頻繁機(jī)動(dòng)，都會(huì)產(chǎn)生各種類型的噪聲。鉆完井的噪聲主要分為兩類：（1）設(shè)備運(yùn)行噪聲：比如泥漿泵、固井泵等設(shè)備運(yùn)行產(chǎn)生的噪聲，船舶在平臺(tái)周邊機(jī)動(dòng)產(chǎn)生的強(qiáng)噪聲等；（2）作業(yè)噪聲：比如鉆進(jìn)過(guò)程中鉆頭破裂地層產(chǎn)生的噪聲，下套管及裝井口期間工具磕碰等產(chǎn)生的噪聲等[7]。要提高采集數(shù)據(jù)的信噪比，首先要分析出噪聲規(guī)律，即分析鉆完井不同作業(yè)環(huán)節(jié)中噪聲產(chǎn)生的方式和特點(diǎn)，才能克服噪聲對(duì)數(shù)據(jù)采集的影響[8]。

1.1 鉆井噪聲分析

鉆井每口井作業(yè)周期相對(duì)較長(zhǎng)，各個(gè)作業(yè)環(huán)節(jié)產(chǎn)生的噪聲也不同。在采集過(guò)程中，通過(guò)記錄數(shù)據(jù)的噪聲情況與當(dāng)前鉆井作業(yè)進(jìn)度結(jié)合分析，確認(rèn)不同作業(yè)環(huán)節(jié)噪聲的影響程度。通過(guò)對(duì)鉆井作業(yè)期間采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，確認(rèn)了不同鉆井作業(yè)環(huán)節(jié)中噪聲產(chǎn)生情況（表1）。

表1 鉆井不同作業(yè)環(huán)節(jié)中主要噪聲統(tǒng)計(jì)Table 1 Main noise statistics in different drilling operations

（1）鉆進(jìn)及倒劃眼作業(yè)：在鉆進(jìn)和倒劃眼過(guò)程中，由于鉆頭破裂地層，產(chǎn)生大量噪聲。該噪聲經(jīng)地層傳播，由地震檢波器接收，對(duì)地層數(shù)據(jù)采集造成影響（圖1）。該種噪聲的影響程度與鉆頭距檢波器的距離有關(guān)，距離越遠(yuǎn)，噪聲衰減越強(qiáng)，則影響越弱。對(duì)第一對(duì)井采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析表明：鉆頭位置與接收井檢波器距離在650 m之內(nèi)，則鉆頭破壞地層產(chǎn)生的噪聲對(duì)采集數(shù)據(jù)質(zhì)量的影響較強(qiáng)；如果超過(guò)650 m，則影響相對(duì)較弱。

圖1 鉆進(jìn)時(shí)背景噪聲Fig.1 Background noise during drilling

（2）泥漿泵噪聲：泥漿泵在運(yùn)行時(shí)會(huì)產(chǎn)生噪聲。本次作業(yè)由于泥漿泵距離井口位置較遠(yuǎn)，產(chǎn)生的噪聲對(duì)正常采集影響較小。

（3）起下鉆、下套管及井口作業(yè)：在起下鉆、下套管及井口作業(yè)期間，不可避免的會(huì)產(chǎn)生磕碰、敲打，很容易產(chǎn)生隨機(jī)噪聲。由于該種噪聲產(chǎn)生的位置距離井口位置很近，噪聲經(jīng)甲板由套管傳入接收井內(nèi)，形成套管波，實(shí)時(shí)顯示信號(hào)為典型的V字形[9]（圖2）。

圖2 套管波信號(hào)Fig.2 Casing wave signal

（4）固井泵和井架滑移：由于固井泵和井架滑移底座位于井口大蓋甲板上，距離井口位置較近，在固井泵運(yùn)行和移井架期間，固井泵和滑行底座會(huì)持續(xù)產(chǎn)生低頻噪聲，導(dǎo)致信噪比降低（圖3）。

圖3 固井泵噪聲Fig.3 Noise of cementing pump

（5）拖輪噪聲：海上拖輪一般為6 000～12 000馬力，在鉆完井作業(yè)期間在平臺(tái)周邊機(jī)動(dòng)比較頻繁。在拖輪機(jī)動(dòng)時(shí)，將產(chǎn)生非常強(qiáng)的噪聲，直接通過(guò)海水、隔水導(dǎo)管等傳入井內(nèi)由檢波器接收，成為對(duì)采集影響最嚴(yán)重的噪聲（圖4）。

圖4 拖輪機(jī)動(dòng)在平臺(tái)周邊機(jī)動(dòng)時(shí)背景噪聲Fig.4 Background noise of tugboat maneuvering around platform

（6）電纜測(cè)井：為避免跨電纜作業(yè)，電測(cè)作業(yè)期間平臺(tái)靠船及吊裝作業(yè)極少，重型設(shè)備基本都處于停運(yùn)狀態(tài)，平臺(tái)相對(duì)較安靜；同時(shí)，測(cè)井儀器串在井內(nèi)產(chǎn)生噪聲很小，不會(huì)對(duì)井間地震數(shù)據(jù)采集造成影響。

1.2 完井噪聲分析

通過(guò)對(duì)完井作業(yè)期間采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，確認(rèn)了不同完井作業(yè)環(huán)節(jié)中噪聲產(chǎn)生情況（表2）。

表2 完井不同作業(yè)環(huán)節(jié)中主要噪聲統(tǒng)計(jì)Table 2 Main noise statistics in different operation links of well completion

刮管洗井和射孔作業(yè)是完井特有的作業(yè)環(huán)節(jié)，其它環(huán)節(jié)噪聲情況與鉆井情況類似。

（1）刮管洗井：刮管器與套管內(nèi)壁頻繁摩擦，會(huì)在井內(nèi)產(chǎn)生無(wú)規(guī)律、間歇性出現(xiàn)的噪聲。

（2）射孔作業(yè)：射孔作業(yè)會(huì)產(chǎn)生劇烈噪聲，但射孔作業(yè)時(shí)間非常短，屬于瞬時(shí)噪聲，可以通過(guò)關(guān)注射孔作業(yè)時(shí)間規(guī)避射孔噪聲。

通過(guò)上述分析，對(duì)交叉作業(yè)環(huán)境噪聲產(chǎn)生的方式及噪聲特點(diǎn)有了初步的認(rèn)識(shí)，明確了不同鉆完井作業(yè)產(chǎn)生噪聲的強(qiáng)度、規(guī)律性等特點(diǎn)，方便現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員對(duì)噪聲進(jìn)行歸類、分析。

2 環(huán)境噪聲評(píng)級(jí)及應(yīng)對(duì)措施

2.1 環(huán)境噪聲評(píng)級(jí)

根據(jù)噪聲強(qiáng)度、噪聲特點(diǎn)和處理難度，將噪聲進(jìn)行了分類并對(duì)不同噪聲條件下的作業(yè)環(huán)境進(jìn)行了A、B、C、D四個(gè)等級(jí)的劃分，噪聲環(huán)境由A級(jí)到D級(jí)，噪聲強(qiáng)度逐步增大，規(guī)律性越來(lái)越強(qiáng)，處理難度越來(lái)越大。通過(guò)噪聲環(huán)境評(píng)級(jí)，相當(dāng)于從噪聲的角度將整個(gè)鉆完井作業(yè)按噪聲特點(diǎn)劃分為四大類，找到了嘈雜的交叉作業(yè)環(huán)境下噪聲的變化規(guī)律，有利于現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員從整體上制定克服噪聲的措施（表3）。

表3 噪聲分類及環(huán)境評(píng)級(jí)Table 3 Noise classification and environmental rating

2.2 四級(jí)噪聲環(huán)境應(yīng)對(duì)措施

不同噪聲環(huán)境下的作業(yè)措施見(jiàn)表4。

表4 不同噪聲環(huán)境下的作業(yè)措施Table 4 Operation measures under different noise environment

A級(jí)：相對(duì)比較安靜，數(shù)據(jù)信噪比特別高。但在射孔作業(yè)期間絕大部分時(shí)間比較安靜，只在射孔彈激發(fā)的一瞬間產(chǎn)生噪聲，屬于瞬時(shí)噪聲，可以關(guān)注射孔作業(yè)時(shí)間來(lái)規(guī)避射孔噪聲。

B級(jí)：噪聲強(qiáng)度較低，持續(xù)時(shí)間短，具有隨機(jī)性。在現(xiàn)場(chǎng)，隨機(jī)噪聲主要通過(guò)多炮疊加的方式進(jìn)行消除。同時(shí)發(fā)現(xiàn)原始數(shù)據(jù)中存在較強(qiáng)的高頻噪聲(圖5左)，對(duì)其進(jìn)行速度分析，噪聲速度V=(2 489-2 339)/(0.365-0.270)=1578.95(m/s)，認(rèn)為該噪聲為管波；考慮到管波的速度單一，現(xiàn)場(chǎng)對(duì)管波的處理方式采用速度濾波的方法，并取得良好效果（圖5右）。雖然現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)這些手段可以消除低強(qiáng)度噪聲的影響[10]，但現(xiàn)場(chǎng)采集過(guò)程中要盡量規(guī)避裝井口、砸螺栓等噪聲密集時(shí)間段，確保數(shù)據(jù)具有較高信噪比。

圖5 管波去除前后的波場(chǎng)Fig.5 Wave field before and after tube wave removal

C級(jí)：通過(guò)對(duì)信號(hào)強(qiáng)度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并結(jié)合鉆完井作業(yè)動(dòng)態(tài)，來(lái)規(guī)避噪聲。如果背景噪聲強(qiáng)度正常，則正常采集數(shù)據(jù)；如果背景噪聲強(qiáng)度較強(qiáng)，影響較大，暫停采集。由于該類型的噪聲存在階段性，暫停采集期間每過(guò)5 min觀測(cè)一次實(shí)時(shí)背景噪聲強(qiáng)度，如強(qiáng)度降低則進(jìn)行正常采集。

D級(jí)：存在該類噪聲時(shí)，實(shí)時(shí)信號(hào)強(qiáng)度遠(yuǎn)大于有效信號(hào)強(qiáng)度范圍，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)巡查確定噪聲源。此類型噪聲由于按一定的頻率持續(xù)存在，且噪聲干擾造成有效波波形失真，波場(chǎng)處理無(wú)法消除其影響，導(dǎo)致數(shù)據(jù)信噪比降低。在D級(jí)環(huán)境下暫停數(shù)據(jù)采集，直至作業(yè)環(huán)境轉(zhuǎn)入其它三種類型為止。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果

在之后的采集作業(yè)中，現(xiàn)場(chǎng)嚴(yán)格按照該措施進(jìn)行作業(yè)，在降低噪聲影響方面取得了很好的效果，數(shù)據(jù)質(zhì)量明顯提升（圖6）；在第二個(gè)剖面，共進(jìn)行的18個(gè)扇區(qū)的數(shù)據(jù)采集工作中，井間地震采集數(shù)據(jù)的信噪比明顯提高，其中只有2個(gè)扇區(qū)是因?yàn)檫@兩口井的井間距較遠(yuǎn)，接收信號(hào)差，需要重新采集，其余扇區(qū)基本采集到了合格的數(shù)據(jù)。

圖6 某扇區(qū)原始數(shù)據(jù)與復(fù)測(cè)數(shù)據(jù)共接收點(diǎn)道集對(duì)比圖Fig.6 Comparison of common receiver gathers of original data and retest data in a sector

海上井間地震環(huán)境噪聲評(píng)級(jí)及應(yīng)對(duì)措施的提出和使用，克服了交叉作業(yè)環(huán)境下噪聲情況復(fù)雜的難題，提高了數(shù)據(jù)的信噪比，保證了數(shù)據(jù)資料的整體質(zhì)量。本次井間地震兩個(gè)剖面最終解釋分辨率均達(dá)5～10 m，部分井段解釋分辨率達(dá)到3～5 m，為后續(xù)的海上井間地震數(shù)據(jù)采集提供了借鑒。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)海上主要噪聲進(jìn)行分析，得出了不同鉆完井作業(yè)環(huán)節(jié)中噪聲的特點(diǎn)以及其對(duì)數(shù)據(jù)采集的影響程度，基于此對(duì)噪聲環(huán)境分為四級(jí)，并對(duì)每種噪聲環(huán)境制定對(duì)應(yīng)措施，可有效規(guī)避噪聲對(duì)數(shù)據(jù)采集的影響，提高了數(shù)據(jù)信噪比和作業(yè)效率，應(yīng)用前景廣闊。