轉：海洋地震採集

你所不知道的海洋勘探「黑」科技

2016-04-11 海洋信息

 

寫在前面：

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近年來隨着技術的飛速發展及跨界融合，海洋油氣勘探能力也實現了長足進步。過去面對複雜多變的海洋環境，物探船做業時，定位、激發與接收地震波過程會產生必定偏差，這也會影響最終的勘探結果。

 

 

 

 

常規海上地震勘探方法：海上拖纜（Tower Streamer，TS）和海底電纜（Ocean Bottom Cable，OBC）

 

 

 

海上拖纜就是接收地震波的數據接收器（檢波器）漂浮在海面下方。

 

 

 

△佈置地震採集電纜、水鳥等水下裝置

 

△下放震源（空氣壓縮槍）

 

△海上拖纜勘探工做效率高、成本低但漂浮在海水中的檢波器，受風浪、洋流的影響，易致使勘探結果不許確。

 

 

海底電纜就是接收地震波的數據接收器（檢波器）放置於海底。

 

△海底電纜勘探可以採集多份量地震數據可是在鋪設海底電纜過程當中，海流、潮汐、船速以及檢波器沉降速度都會影響檢波器下放的準確性，易致使勘探數據誤差。

 

△檢波器在海底的實際位置與實時獲得的導航結果存在誤差彌補勘探方式的不足，實現海洋油氣資源高效開發，是石油科技工做者奮鬥的目標。海底節點（Ocean Bottom Node）地震勘探技術的出現不只克服了海水的影響，還大大提升了勘探數據的準確性，表明了海洋勘探技術發展的方向。

 

< 什麼是OBN？>

 

1、OBN

OBN全稱Ocean Bottom Node，簡稱海底節點，它是一種位於海底，能夠獨立採集、記錄地震信號的多份量地震儀。

 

△OBN地震勘探

 

△海底節點

 

「海底節點」就是一個個獨立的檢波器，它既擺脫了電纜的束縛，又可以在海底靈活部署，定位更準，採集的數據質量更高。

 

補充 | 知識

常規地震勘探採集的是縱波數據：垂向入射到檢波器的地震波（簡稱單份量）。OBN既能夠採集多方位的數據：垂向縱波、水平方向轉換PS波、垂向的標量壓力波（多份量）。

 

△海底多份量採集示意圖

 

△橫波在水中沒法傳播，所以拖纜式勘探只能接收到縱波數據

 

2、OBN的由來

 

早在上個世紀60年代，就有人提出了自主式海底地震記錄儀的概念，學術界但願能夠藉此深刻研究深部地殼結構。1964年世界上第一臺海底地震記錄儀研製成功。隨後，爲解決遙測系統的帶寬限制問題，美國Amoco石油公司在1970年開始研究自主式無纜地震記錄方法，拉開了石油勘探界的「黑」科技發展序幕。

 

△世界上第一臺海底地震記錄儀，該儀器曾部署在美國西太平洋600米深的海底，自帶的電源能夠連續11個小時記錄四份量地震數據

 

< OBN是如何工做的？ >

 

1、流程簡述

利用水下機器人將自備電源的OBN佈置在海底→接收地震波→回收OBN→下載數據並進行處理和解釋。

 

△右上角ROV工做船負責佈置海底節點；左上角的震源船釋放地震波；海底節點接收信號

 

2、細說流程

 

2.1 準備工做工廠加工生產節點並轉移至下一個環節。

 

 

 

 

△組裝節點

 

 

△每一個節點都獨立編號

 

△運輸節點的工做船2.2 佈置節點海洋深邃而澎湃，如何克服各類不肯定因素，將大批節點準確而快速的安放到海底預約位置呢？技術專家想到了TMS（Tether Management System，線纜管理系統）和ROV（Remotely Operated Vehicles，遠程遙控機器人）設備。

 

水下機器人蔘見石油課堂010期文章：比肩火星「好奇號」的深海油氣開發利器——水下機器人

 

△水下機器人是深海做業神器

 

△頂部黃色區域是TMS系統，下部爲ROV設備，每臺ROV共可搭載12個節點

 

 

佈置節點的過程就像在海底放風箏，線纜管理系統控制收放線，到達指定位置後ROV就能夠攜帶節點「下車」了。

 

△工做人員遠程操控ROV當第一個節點佈置好後，TMS和ROV會快馬加鞭地佈置下一個節點。

 

 

 

 

但問題出現了，一臺ROV最多可搭載12個節點，往復接送效率低。爲了提升海底節點的佈置效率，研發了專門運輸節點的HSL（High Speed Loader，快速裝載系統）。當ROV搭載的節點即將佈置完畢時，HSL就會滿載24個節點奔赴海底——快遞小哥來了O(∩_∩)O哈哈~

 

 

△裝載節點

 

△ROV接貨

 

△節點整齊擺放淺水區域的節點佈置會簡單的多，將節點按順序直接固定在纜繩上，下放纜繩，便可完成節點鋪設。

 

 

 

 

△節點佈置2.3 地震採集海底節點佈置完畢後就能夠結合震源船進行地震採集工做了。

 

 

△震源船產生地震波，海底節點接收信號

 

2.4 數據回收

 

△回收節點

 

△快速裝載系統提升了節點回收效率淺水區域的節點回收可直接由工做船完成。

 

△淺水節點回收

 

2.5 數據處理

 

△下載數據

 

 

 

△地震資料處理

 

< OBN的優點>

 

1、定位精確

藉助水下機器人的監視系統，可將節點準確佈置在目標位置，這大大提升了後期油藏數據的準確性。

 

△工做人員正在操控ROV佈置節點

 

 

△OBN內的地震傳感器中具備羅盤和傾角儀，保證儀器垂直佈置在海底工做人員後期處理採集到的地震數據依賴於前期預約的觀測位置，若是實際觀測數據與預約位置不一致，那麼解釋結果會出現誤差。因此精肯定位很是關鍵！

 

2、施工靈活

 

常規拖纜和海底電纜勘探做業受海洋區域影響大，例如在近海區、禁採區、暗礁區等位置做業空間受限，傳統勘探過程都難以順利實施。

 

△離岸平臺方圓500米都是禁採隔離區，不容許拖纜船靠近

 

△平臺周圍的錨泊定位系統也限制了海底電纜勘探技術除此之外，溝壑縱橫的海底地形也會影響海底電纜的佈置。

 

△你想象中的海底多是這樣的

 

△實際中的海底是這樣的

 

 

然而獨立式的海底節點徹底能夠克服這些困難，它不須要任何輔助鏈接設備，獨立自主的佈置在海底接收地震波，自身攜帶的鋰電池一次充電後可在海底續航180天。

 

 

△正在船上充電的節點單元

 

△OBN採集方式彌補了傳統方式的不足

 

3、採集信號質量高

 

節點底部具備很強的抓地能力，能夠很好的與海底地層進行耦合，極大地提升了數據的矢量保真度。

 

△ROV機械臂正在控制着節點進行抓地耦合此外，四份量的海底節點不只能夠記錄常規的縱波，還能夠記錄巖性分析的關鍵數據——橫波。

 

△從左到右依次爲水聽器份量Z，垂直壓力份量P，水平份量X和Y其中Z份量用來接收垂直出射的縱波數據，是最經常使用的地震勘探資料；X份量和Y份量是用來接收轉換橫波數據，這是海底地震儀器所獨有的。關於P波數據，它接收到的是一種標量的壓力數據，現現在P波數據的最終目的是爲了和Z份量數據做匹配疊加，分離上下行波。

 

4、探測地層更深，對地質構造瞭解更全面

 

激發炮點與檢波點間距遠造成的大偏移距能夠探測到更深的地層；而全方位角採集能夠接收來自地下各個方向的地震信號，全面瞭解地下三維地質構造。

 

△OBN觀測系統偏移距和方位角信息：左圖中的小紅點爲炮點，藍色點爲節點，這種觀測系統的偏移距更大；右側玫瑰圖清晰地展示了這種觀測系統的偏移距、方位角和覆蓋次數信息

 

5、橫波成像，對裂縫預測準確

 

油氣資源的造成和運移離不開地下裂縫，但裂縫有時也可能致使油氣資源的泄漏而不利於後期開發，而橫波是評價裂隙的關鍵指標，OBN能夠採集高質量的橫波數據，根據這些數據對儲層裂縫做出的合理的評估和預測，指導油氣資源的生產與開發。

 

△左上角圖中顯示了南北走向的垂直裂縫，引發的快橫波分離能夠幫助肯定快橫波方向（紅色箭頭）和慢橫波方向（藍色箭頭）。左下爲陸上地震圖，顯示的是來自兩個震源-檢波器方向的共中心點道集射線，右下爲海底地震圖，代表地震各向異性的影響，在三維OBN地震勘探中，結合全方位角信息能夠很是有效的對地下裂縫進行預測和解釋

 

< OBN發展狀況及展望>

 

當前國際上對OBN的研究主要集中在美國，歐洲等一些發達國家，其中主要有Fairfield Nodal，CGG和SEABED公司。

 

△Fairfield Nodal公司最爲著名，推出了適合不一樣水域的海底節點

 

△CGG公司的Trilobit海底節點

 

△SEABED公司的Manta系列節點中國最大的物探服務商——東方地球物理公司（BGP），擁有海底電纜勘探設備，但在海底節點的研製方面，還和國外專業公司存在必定差距。

 

 

BGP的海底電纜設備OBN採集技術在國外的應用比較普遍，從各石油公司的項目成果來看，該技術具備很好的市場應用前景。2002年，Seabed地球物理公司、挪威科技工業研究院（SINTEF）、挪威國家石油公司（STAToil）、挪威海德魯公司（Norsk Hydro）和法國道達爾菲納-埃爾夫公司（Total Fina-Elf）聯手在英國北海油田首次使用自主式地震節點開展工業規模的4份量地震勘探工做。以後，墨西哥國家石油公司、英國石油公司、道達爾E&P公司、殼牌等都在其各自工區開展了OBN勘探項目。值得一提的是，2014年，東方地球物理公司（BGP）聯合阿拉伯石油公司在紅海開展了部分OBN的實際地震勘探工做，開創了我國在OBN勘探方面的先河。

 

 

平心而論，國內OBN技術的應用和推廣和國外相比仍存在較大差距，石油課堂的分析以下：

 

1、節點佈置慢，工做效率低

 

將一個個節點精確佈置到海底指定位置，覆蓋上百平方千米，每一個步驟都須要人工參與，效率很是低，這會形成勘探成本居高不下。

 

△海底節點的佈置是批量工做

 

2、中國地形複雜

 

爲了提升總體工做效率，國外石油公司的廣泛作法是拉大節點的間隔，本來50米的道間距增長到400米，再經過加密炮點來彌補稀疏採樣點的缺陷。這雖然能夠大大提升工做效率，但實際上也下降了地震數據的精確性，可是我國東南海域油氣田在構造上屬於西太平洋板塊的主動大陸邊緣、地下小斷層發育，這種「高效率」的採集方法並不適用。

 

 

3、採集技術的國外壟斷、服務費高

 

該技術目前還只掌握在少數西方專業公司手中，國內石油公司在本土或者海外工做區開展OBN採集須要支付高昂的服務費，但當前全球石油行業遭遇嚴冬，成本壓力凸顯，上游勘探預算更是捉襟見肘，這也制約了該技術的應用。

 

 

《荀子》有言：不登高山，不知天之高也；不臨深溪，不知地之厚也。

 

雖然目前OBN採集技術存在一些不足，但在突飛猛進的今天，技術的發展速度是史無前例的。相信OBN採集技術在將來可以不斷的完善和升級，高效的提供更精準的勘探數據，以指導對油田進行更科學合理的開發，它也必定協助廣大石油工做者爲全人類奉獻源源不斷的、清潔的、低成本的油氣資源，照亮人類文明！

 

（ 「石油課堂」微信公衆號）