海上變深電纜寬頻寬方位地震采集現(xiàn)場作業(yè)難點及解決方案

姜 雨，陳 華，姚 剛，李艷青，涂齊催

（1.中海石油（中國）有限公司上海分公司，上海 200335；2.中海油田服務(wù)股份有限公司，天津 300451）

海上變深電纜寬頻寬方位地震采集現(xiàn)場作業(yè)難點及解決方案

姜 雨1，陳 華1，姚 剛1，李艷青2，涂齊催1

（1.中海石油（中國）有限公司上海分公司，上海 200335；2.中海油田服務(wù)股份有限公司，天津 300451）

隨著海上已發(fā)現(xiàn)油氣田陸續(xù)進入開發(fā)和生產(chǎn)階段，對于地震資料品質(zhì)的要求也越來越高，斜纜寬頻和多船寬方位采集方法對于解決構(gòu)造精確成像和后續(xù)的儲層精細(xì)描述是一個有效的解決手段。但是在變深度電纜寬頻寬方位地震資料采集的過程中，面臨的主要作業(yè)難點有：海上平臺障礙影響施工和近偏數(shù)據(jù)獲取，斜纜抖動噪音偏大，以及缺乏相適應(yīng)的現(xiàn)場寬方位面元信息質(zhì)控手段。通過現(xiàn)場實驗，分別提出了變觀作業(yè)，優(yōu)化擴展器、電纜前導(dǎo)段、尾部電纜布設(shè)，以及寬方位向量片面元質(zhì)控等措施，有效解決了前述問題，為今后的生產(chǎn)提供了寶貴的經(jīng)驗。

寬頻；寬方位；地震采集；抖動噪音；面元質(zhì)控

東海西湖凹陷經(jīng)過多年的勘探，取得了一系列的油氣發(fā)現(xiàn)[1]。隨著勘探開發(fā)進程的深入，對地震資料品質(zhì)的要求也越來越高，尤其是進入油氣田開發(fā)階段以后，對目的層系構(gòu)造精確成像和儲層精細(xì)描述的需求十分迫切。

以往國內(nèi)海上三維地震采集大多采用單船拖纜窄方位施工方式，但是由于勘探領(lǐng)域的擴展和勘探目標(biāo)的日益復(fù)雜，常規(guī)單船拖纜地震勘探作業(yè)方式已經(jīng)逐漸不能滿足復(fù)雜地區(qū)的生產(chǎn)需求，因而發(fā)展出了很多新的地震采集作業(yè)方式[2-11]，主要有斜纜寬頻采集、寬方位采集方式。

為了從根本上改善該地區(qū)的地震資料品質(zhì)，設(shè)計和實施了斜纜寬頻+多船寬方位的采集作業(yè)施工方式，是國內(nèi)海上第一個商業(yè)性的斜纜寬頻寬方位三維地震采集項目。本次參與施工的作業(yè)船共有3條，分別是主船，炮船A和炮船B，地震采集設(shè)計（SED）制定的具體采集方式和主要施工參數(shù)見圖1和表1。采集前設(shè)計的每條航跡線分別按照T1和T2的方式行駛兩次，為了使面元覆蓋更加均勻，第一趟T1與第二趟T2在采集的過程中炮點在Inline方向錯開50 m，Crossline方向錯開12.5 m。

圖1 三船寬方位采集T1+T2作業(yè)方式示意圖

表1 寬頻寬方位施工參數(shù)表

1 采集過程中遇到的問題

寬頻寬方位拖纜地震采集屬于較新的作業(yè)方式，國內(nèi)海域還沒有應(yīng)用，可以借鑒的經(jīng)驗也很少。另外，本次作業(yè)的工區(qū)處在油氣田開發(fā)區(qū)，存在平臺、拖輪等障礙，情況更加復(fù)雜。

1.1 海上平臺對施工的影響

本工區(qū)中間位置有一座海上平臺，按照前繪設(shè)計給出的測線圖，共39條采集航跡測線，測線方向為30°/ 210°，其中平臺附近有三條測線會受到影響，主作業(yè)船無法按照設(shè)計的觀測系統(tǒng)進行施工（圖2）。

圖2 工區(qū)前繪設(shè)計測線圖

另外，一塊優(yōu)質(zhì)的三維地震資料應(yīng)該是涵蓋從近到遠相對完整和均勻的偏移距信息，對于本次多船作業(yè)來說，從圖1可以看出，T1和T2采集方案由于兩個輔助震源船距離主船電纜較遠，電纜接收到的近偏移距信息主要是由主船的兩個震源激發(fā)獲得的。由于上述受平臺影響的3條測線主船無法按T1和T2觀測系統(tǒng)進行施工，致使平臺下面地下無法接收到近偏移距反射信息。如何進行針對性觀測以填補平臺附近近道面元的缺失是一個需要關(guān)注的問題之一。

在其他測線按照原設(shè)計方案采集情況下，分偏移距統(tǒng)計分析的結(jié)果（圖3）顯示，工區(qū)近中、遠中以及遠偏移距的面元覆蓋相對較為均勻，但是近偏移距段平臺附近面元覆蓋嚴(yán)重缺失，這將影響該區(qū)中淺層的成像，進而影響中深層的成像品質(zhì)。

1.2 斜纜抖動噪音

圖3 變觀前工區(qū)分偏移距面元覆蓋圖

地震船在正常作業(yè)的行駛過程中，由于水體自身阻力和海水淺層涌浪的作用，電纜會發(fā)生抖動，形成一定的噪音。普通等深拖纜地震采集的作業(yè)方式電纜的沉放深度為固定深度，電纜抖動噪音相對較小。以7 m采集電纜深度為例最后一段采集電纜至尾標(biāo)的輔助電纜長度為93 m，輔助電纜與水面的夾角為4.32°，輔助電纜與水流的正面沖擊產(chǎn)生的噪音較小。但是對于斜纜采集來說，由于電纜傾斜而與水體接觸的角度更大（圖4），產(chǎn)生的線性抖動噪音較等深電纜更為明顯。同時，在實際生產(chǎn)的實時監(jiān)控中還發(fā)現(xiàn)，對于三維多纜地震采集，兩個邊纜的纜間擴展繩在兩側(cè)兩個擴展器的拖拽下，所受拉力最大，導(dǎo)致的抖動最為嚴(yán)重，產(chǎn)生的抖動噪音也最為強烈。

圖4 斜纜施工電纜深度示意圖

從本次施工的單炮記錄及對應(yīng)的頻譜（圖5）分析來看，電纜前部傾斜產(chǎn)生的前部抖動噪音，主頻在10 Hz左右；電纜尾部由于深度差異大，尾部傾斜角度更大，抖動噪音也很明顯，主頻也在10 Hz左右。寬頻地震采集的有效低頻信號主要來自于深沉放的遠道。因此施工過程中需要采取有效的手段降低電纜抖動噪音，特別是電纜尾部抖動噪音。

圖5 斜纜單炮頭部（左）和尾部（右）單炮記錄及電纜抖動噪音頻譜

1.3 寬方位采集面元質(zhì)控

面元覆蓋次數(shù)的統(tǒng)計是單船拖纜窄方位三維地震采集現(xiàn)場面元質(zhì)控的重要標(biāo)準(zhǔn)之一[12]。對于多船寬方位模式，往往會有多種觀測系統(tǒng)共同實施（如前述的T1+T2）。除了偏移距信息外，多船寬方位面元還包含方位角等信息。常規(guī)三維面元質(zhì)控方法以及標(biāo)準(zhǔn)已不能完全滿足寬方位面元質(zhì)控要求，需要探索出一套新的寬方位面元質(zhì)控方法和標(biāo)準(zhǔn)。

2 解決方案

針對在寬頻寬方位采集現(xiàn)場遇到的上述難點和問題，通過正演模擬，現(xiàn)場試驗等方法和手段，分別給出了解決的方案。

2.1 變觀方案解決平臺附近地下成像

按照之前設(shè)計的T1+T2觀測系統(tǒng)，平臺附近有3條測線無法進行正常施工，導(dǎo)致該區(qū)近道面元缺失。通過現(xiàn)場正演模擬和論證，補充設(shè)計了2條T3變觀測線（圖6）來替代之前無法施工的三條測線。該觀測系統(tǒng)將兩條炮船同樣放在主船的右側(cè)，連線與主船航行方向平行，炮船與主船行駛的航跡線相距700 m。采用T3觀測系統(tǒng)采集的兩條測線分別位于平臺的兩側(cè)，方向相反，兩條測線之間相距1 000 m（圖7）。

通過增加2條T3變觀測線的采集，較好的解決了平臺附近近道面元缺失的問題。從最終面元覆蓋的統(tǒng)計結(jié)果來看，與之前相比，平臺附近黃色區(qū)域近偏移距缺失的部分得到了充分的填補，工區(qū)內(nèi)整體上面元覆蓋更加均勻（圖8）。

圖6 T3觀測系統(tǒng)示意圖

圖7 平臺附近兩條T3變觀測線的位置圖

圖8 增加2條T3變觀測線后工區(qū)近道面元覆蓋圖

2.2 電纜抖動噪音解決措施

（1）在釋放電纜的時候，調(diào)整擴展器及電纜前導(dǎo)段的釋放長度至最佳，避免長度過短引起電纜被拉伸過緊，再有就是通過調(diào)整電纜頭部呈平滑弧度排布（圖9），使電纜頭部受力均衡，避免某些電纜單獨受力過大而使噪音增大；

（2）通過實時監(jiān)控時刻關(guān)注兩個邊纜的噪音，抖動過于強烈時，適當(dāng)降低船速可以在一定程度上減少抖動噪音；

（3）在纜間擴展繩的選擇上優(yōu)選帶分水導(dǎo)流片的擴展繩，可以減少行進過程中海水的阻力，對于電纜降抖效果相對會更好一些；

圖9 電纜頭部形態(tài)調(diào)整前后示意圖

圖10 調(diào)整前（上）后（下）邊纜頭部噪音對比圖

（4）對于電纜尾部，多使用1個150 m工作段作為尾部輔助段，此段電纜不參與數(shù)據(jù)采集。改進后，電纜尾部輔助電纜長度變?yōu)?43 m，輔助電纜與水面的夾角也大大減小，尾部電纜既達到了沉放深度，又有效的減少了尾部電纜的垂直方向的受力，進而降低了電纜尾部的抖動噪音，更有利于低頻有效信號的保留。

通過綜合應(yīng)用上述手段和方法，使得電纜抖動噪音得到了有效的降低（圖10），也改善了資料品質(zhì)。

2.3 針對寬方位采集的向量片面元質(zhì)控

根據(jù)傳統(tǒng)單船窄方位角面元覆蓋質(zhì)控的思路，考慮到多船寬方位接收到的方位角信息更加豐富，提出了采用向量片模式對面元覆蓋次數(shù)進行統(tǒng)計和分析（圖11）。向量片模式面元質(zhì)控的思路除了繼承以往把偏移距按照近段、近中段、遠中段和遠段四等分的劃分方法外，還引入了面元方位角的機制。在偏移距劃分方面，將6 000 m的偏移距劃分成200 ～1 700 m，1 700 ～3 200 m，3 200 ～ 4 700 m，4 700 ～ 6 200 m四段。在方位角劃分方面，將面元分成8個扇區(qū)，分別是0～45°，45～90°，90～135°，135～180°，180～225°，225～270°，270～315°，315～360°。

新的面元質(zhì)控標(biāo)準(zhǔn)按照偏移距+方位角的模式進行質(zhì)控，在每一個偏移距覆蓋次數(shù)要求的基礎(chǔ)上，根據(jù)實際作業(yè)的觀測系統(tǒng)對相應(yīng)的每個方位角覆蓋情況作為次要參考標(biāo)準(zhǔn)，以便對寬方位數(shù)據(jù)進行全面系統(tǒng)的現(xiàn)場質(zhì)控。由于寬方位角觀測系統(tǒng)根據(jù)設(shè)計的不同，對于方位角覆蓋的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該做到每個項目具體問題具體分析。

圖11 向量片模式面元質(zhì)控方式

3 結(jié)論

通過本次寬頻寬方位作業(yè)過程中的現(xiàn)場攻關(guān)，基本上解決了海上平臺對采集的影響、斜纜抖動噪音干擾嚴(yán)重以及面元質(zhì)控等三個現(xiàn)場作業(yè)的關(guān)鍵問題，為今后海上特別是油氣田在生產(chǎn)地區(qū)寬頻寬方位三維地震采集的生產(chǎn)和科研都探索了寶貴的現(xiàn)場作業(yè)經(jīng)驗。海上拖纜寬頻寬方位地震采集這種較新的作業(yè)方式真正應(yīng)用到實際生產(chǎn)的時間不長，從初步的處理結(jié)果來看，對于地層成像，尤其是中深層成像效果改善較大，具有良好的應(yīng)用前景和推廣價值。但是通過實際作業(yè)的過程來看，除了由于斜纜寬頻和多船寬方位技術(shù)本身特點產(chǎn)生的采集作業(yè)難度外，工區(qū)位處油氣田開發(fā)區(qū)的現(xiàn)狀也給施工帶來了額外的困難。

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Difficulties and Solutions to the Offshore Seismic Survey with Variable-depth Streamer and Wide-azimuth

JIANG Yu1, CHEN Hua1, YAO Gang1, LI Yanqing2, TU Qicui1
（1. Shanghai Branch of CNOOC Ltd., Shanghai 200335, China; 2. COSL Ltd., Tianjin 300451, China）

With the offshore oil and gas fields entering the stage of development and production, the requirement to the quality of seismic data becomes higher and higher. The variable-depth streamer broadband and multi vessel wide-azimuth acquisition are the effective methods for acquiring the qualified data to meet the requirement of precise imaging and reservoir characterization. In the process of acquisition, some difficulties should be overcome by efforts, such as the lack of near information caused by offshore platform barriers, variable-depth streamer jitter noise, and the lack of WAZ seismic bin quality control method. In order to solve the problems mentioned above, the authors conducted a series of field experiments, including variable geometry acquisition, optimization of the deflectors, lead-in cables and tail cables layout, off-set vector tile quality control. The results demonstrate they are effective and can be taken as reference to future similar operations.

Variable-depth streamer; wide-azimuth; seismic survey; tile quality control

P631.4+43

A

10.3969/j.issn.1008-2336.2016.04.008

1008-2336（2016）04-0008-06

2016-05-9；改回日期：2016-05-17

姜雨，男，1980年生，物探工程師，工學(xué)碩士，從事海上地震采集處理的技術(shù)管理工作。

E-mail：jiangyu@cnooc.com.cn。