OBC正交束線過(guò)障礙區(qū)安全距離和特觀設(shè)計(jì)探討

胡興豪, 李如山

(1.中國(guó)海洋石油國(guó)際有限公司，北京 100027; 2.中海石油(中國(guó))有限公司 深圳分公司南海東部石油研究院，深圳 518000)

OBC正交束線過(guò)障礙區(qū)安全距離和特觀設(shè)計(jì)探討

胡興豪1, 李如山2

(1.中國(guó)海洋石油國(guó)際有限公司，北京 100027; 2.中海石油(中國(guó))有限公司 深圳分公司南海東部石油研究院，深圳 518000)

在有障礙物分布的海上勘探工區(qū)進(jìn)行OBC地震采集作業(yè)困難，很大程度上體現(xiàn)在由于障礙物導(dǎo)致的炮點(diǎn)或者檢波點(diǎn)與設(shè)計(jì)點(diǎn)位偏差較大，甚至出現(xiàn)空缺，從而引起的資料產(chǎn)生缺口，同時(shí)降低勘探目標(biāo)的有效覆蓋次數(shù)和地震資料的品質(zhì)。針對(duì)障礙物的范圍、類(lèi)型及分布情況，通過(guò)分析船體自身和障礙物特點(diǎn)，總結(jié)出一套求取最小作業(yè)安全距離的計(jì)算方法，在此基礎(chǔ)上，根據(jù)障礙物造成的炮點(diǎn)或檢波點(diǎn)偏差或空缺，進(jìn)行特觀設(shè)計(jì)和采集作業(yè)，盡量減少資料缺口，從而降低障礙物地區(qū)海上地震采集的安全風(fēng)險(xiǎn)和作業(yè)難度，保證了資料品質(zhì)。

障礙物； 海底電纜； 地震采集； 安全距離； 特觀設(shè)計(jì)

0 引言

在中國(guó)近海地震勘探作業(yè)中，海底電纜(OBC)采集方式越來(lái)越多應(yīng)用到實(shí)際項(xiàng)目中，相對(duì)于常規(guī)拖纜，OBC三維地震勘探以其具有多分量接收、壓制水柱混響、二次定位等諸多優(yōu)勢(shì)，在海上油田開(kāi)發(fā)得到廣泛應(yīng)用，特別是OBC觀測(cè)系統(tǒng)靈活，更加利于存在障礙地區(qū)的地震勘探，比如油田群區(qū)域，由于平臺(tái)數(shù)目多且距離較近，周?chē)南嚓P(guān)作業(yè)船也較多，這種情況下，只能通過(guò)OBC進(jìn)行地震采集。

在以往的OBC地震采集項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中，關(guān)于安全距離的探討大多基于一個(gè)簡(jiǎn)單的概念，現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)往往需要經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)得到一套大概的方案，沒(méi)有具體的方法可參考；除此之外，現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)安全主要基于人員和船只的安全，幾乎沒(méi)有考慮到對(duì)地震資料采集效果的影響程度大小，“以人為本”是必須考慮的，但最大程度保證資料的完整也是地震勘探中很重要的方面。

地震勘探觀測(cè)系統(tǒng)布設(shè)是地震勘探的基礎(chǔ)，指導(dǎo)勘探開(kāi)發(fā)的方向，合理地觀測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)是地震勘探的核心前提。國(guó)內(nèi)、外地震勘探技術(shù)人員對(duì)于特觀設(shè)計(jì)的研究都是在具體施工中進(jìn)行臨時(shí)的操作，沒(méi)有形成具體經(jīng)驗(yàn)分享，對(duì)作業(yè)安全距離的研究也近乎空白。在基于最小作業(yè)安全距離的方法總結(jié)過(guò)程中，結(jié)合專(zhuān)業(yè)軟件理論的特觀設(shè)計(jì)，能夠保證OBC地震采集作業(yè)在過(guò)障礙區(qū)時(shí)安全作業(yè)的基礎(chǔ)之上，最大程度保護(hù)資料的完整性和高品質(zhì)，實(shí)際的OBC采集實(shí)例也驗(yàn)證了該方法的有效性。

1 OBC正交束線作業(yè)

正交束線觀測(cè)系統(tǒng)具有便捷的施工模式、靈活的施工布置及較高的作業(yè)效率，在海底電纜三維地震勘探中應(yīng)用廣泛[1-4]。

目前淺海OBC正交束線作業(yè)方法，是沿著左右方向橫向等距布設(shè)若干條地震接收線，每條稱(chēng)為一條排列，每條排列上縱向等距布設(shè)若干道地震接收道，每個(gè)地震接收道上設(shè)有檢波器，作業(yè)時(shí)炮線沿地震接收線方向等距滾動(dòng)，完成一束線的作業(yè)后，排列組合中一側(cè)最外端的一根地震接收線沿其垂直方向滾動(dòng)到另一端地震接收線的外側(cè)，組成新排列組合。

圖1 8L4S180R觀測(cè)系統(tǒng)Fig.1 Observation system of 8L4S180R

圖1為8L4S180R觀測(cè)系統(tǒng)的作業(yè)方式。該作業(yè)的優(yōu)點(diǎn)是便于野外操作，減少震源船“上、下線掉頭”的次數(shù)和時(shí)間，大幅度提高作業(yè)效率，同時(shí)可以避免水深較淺時(shí)橫穿排列，把排列線掛偏、掛斷。

2 常見(jiàn)障礙物

相對(duì)于陸地地震采集，總體來(lái)說(shuō)，海上的地震采集環(huán)境簡(jiǎn)單許多，特別是深海。但是在淺海(如渤海灣)，大多OBC項(xiàng)目所在工區(qū)施工環(huán)境較為復(fù)雜：不同方向海流交匯；多個(gè)平臺(tái)組成的油田生產(chǎn)群；鉆井平臺(tái)進(jìn)入工區(qū)作業(yè)；堤壩或者燈塔的建設(shè)；開(kāi)海后漁船的突然增多以及每年固定的海蜇捕撈時(shí)節(jié)，都使得在受影響范圍內(nèi)的OBC地震采集出現(xiàn)困難：①理論激發(fā)點(diǎn)或者檢波點(diǎn)位于障礙物區(qū)內(nèi)；②不能滿(mǎn)足安全激發(fā)或者電纜收放要求；③存在和漁民協(xié)調(diào)的困難。因此，難以獲得障礙物覆蓋區(qū)的地下資料，地下資料的空白，導(dǎo)致地震解釋精度偏低[5-6]。

因此，在海上類(lèi)似區(qū)域地震采集作業(yè)進(jìn)行前，首要解決問(wèn)題是障礙區(qū)特觀設(shè)計(jì)，其好壞直接影響所獲得地震資料是否完整，是采集作業(yè)的關(guān)鍵。利用專(zhuān)業(yè)軟件根據(jù)障礙物的分布情況靈活設(shè)計(jì)炮點(diǎn)和檢波點(diǎn)位置，計(jì)算出目的層覆蓋次數(shù)及面元統(tǒng)計(jì)信息，通過(guò)制定對(duì)應(yīng)的作業(yè)措施，獲得高品質(zhì)地震資料，研究障礙區(qū)的特觀設(shè)計(jì)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義[7]。

3 最小作業(yè)安全距離

要應(yīng)對(duì)這些困難，必須安全第一，主要包括設(shè)備和人員兩方面，震源船和儀器船及收放纜定位船只是OBC主要作業(yè)船只。這里所指安全主要是安全距離，即施工時(shí)，正在作業(yè)船只距離“危險(xiǎn)源”的最小距離。

在OBC中，因?yàn)閮x器船只大部分時(shí)間都處于拋錨接收地震數(shù)據(jù)狀態(tài)，移動(dòng)和就位也會(huì)選擇避開(kāi)作業(yè)的范圍，而收、放纜船也多靈活小巧，所以比較好控制。但外形較大的震源船就比較難以控制，必須提前根據(jù)其自身尺度和震源參數(shù)來(lái)計(jì)算出最小作業(yè)安全距離。

可以假設(shè)OBC震源船作業(yè)時(shí)需要經(jīng)過(guò)一個(gè)長(zhǎng)寬均為L(zhǎng)的正方形平臺(tái)，震源船自身長(zhǎng)度為X，寬度為Y，拖掛震源長(zhǎng)度為a，同時(shí)假設(shè)震源船靜水速度為V船，實(shí)時(shí)水流速度為V水，與震源船行進(jìn)方向成角度θ，如圖2所示。

圖2 OBC作業(yè)過(guò)單個(gè)平臺(tái)示意圖Fig.2 OBC operation passing through a single platform

由圖2可知，震源船與平臺(tái)平行錯(cuò)過(guò)的總距離為：L+X+a，需要的時(shí)間t為：(L+X+a)/(V船+V水*cosθ)，期間船只移向平臺(tái)的速度為：V水*sinθ，由速度時(shí)間公式可知：

S=V水*sinθ*(L+X+a)/

(V船+V水*cosθ)

(1)

因一般情況下，大風(fēng)天氣不會(huì)作業(yè)，故此公式忽略了風(fēng)速。

一般情況下，在常規(guī)OBC作業(yè)中，為防止突發(fā)意外情況產(chǎn)生，通常依據(jù)具體海域的不同情況加一個(gè)最小避讓常數(shù)C，一般為船身寬度的2倍左右，故最終理論作業(yè)最小安全距離為：Lmin=S+C。

以渤海某海底電纜震源船過(guò)采油平臺(tái)為例，在一般海況下為計(jì)算依據(jù)，將實(shí)際參數(shù)代入上述公式計(jì)算Lmin，所得結(jié)果見(jiàn)表1。

由表1中15組數(shù)據(jù)計(jì)算結(jié)果可知，通過(guò)理論得出結(jié)果與實(shí)際作業(yè)執(zhí)行符合得很好，而不同參數(shù)的變化則同時(shí)說(shuō)明了不同的影響因素及其影響程度。

表1 渤海某海底電纜震源船過(guò)從單個(gè)平臺(tái)最小安全距離計(jì)算結(jié)果

總的來(lái)說(shuō)，障礙物越小，船速越快(實(shí)際作業(yè)船速原則上不超過(guò)5.0節(jié))，所需最小安全作業(yè)距離越小，依據(jù)該算法所得結(jié)果，總結(jié)一套數(shù)據(jù)庫(kù)，可指導(dǎo)OBC作業(yè)中過(guò)障礙物最小安全距離的選擇。同時(shí)，需要做出一套應(yīng)急預(yù)案，以應(yīng)對(duì)突發(fā)狀況，做到萬(wàn)無(wú)一失。

4 特觀設(shè)計(jì)

無(wú)論是安全距離計(jì)算和實(shí)施，還是特觀設(shè)計(jì)的具體方法和模擬，在現(xiàn)場(chǎng)都需要建立一套完整的程序，由船隊(duì)安全人員帶領(lǐng)現(xiàn)場(chǎng)物探監(jiān)督組、船隊(duì)技術(shù)組提前對(duì)障礙物進(jìn)行踏勘(包括具體的時(shí)間和內(nèi)容)，之后依據(jù)實(shí)測(cè)結(jié)果進(jìn)行障礙物區(qū)的安全作業(yè)計(jì)劃和應(yīng)急預(yù)案、特觀設(shè)計(jì)，務(wù)必做到具體細(xì)致(包括特觀后點(diǎn)位精度、資料噪音和作業(yè)效率等方面)，再由技術(shù)負(fù)責(zé)人形成一套具體的作業(yè)方案(包括特觀原因、方法和模擬效果及作業(yè)時(shí)間等)，由現(xiàn)場(chǎng)物探總監(jiān)審核確認(rèn)情況屬實(shí)無(wú)誤后，提交至甲方，等待勘探作業(yè)者的最終決策，同意后方可按照方案施工。

三維觀測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)需考慮地質(zhì)目標(biāo)和資料處理上的要求，其參數(shù)設(shè)計(jì)遵循的理念是采樣充分、均勻、對(duì)稱(chēng)、提高成像真實(shí)性，優(yōu)化覆蓋次數(shù)[8-11]。作業(yè)安全保證的基礎(chǔ)上，特觀設(shè)計(jì)根據(jù)障礙物的位置和分布范圍，設(shè)計(jì)激發(fā)點(diǎn)和檢波點(diǎn)實(shí)際布設(shè)，特觀方法的好壞，直接影響作業(yè)效率和資料質(zhì)量?；驹瓌t包括：①布設(shè)觀測(cè)系統(tǒng)避開(kāi)海上障礙物；②特觀設(shè)計(jì)的觀測(cè)系統(tǒng)要確保面元屬性均勻，符合設(shè)計(jì)要求。

4.1 有效覆蓋次數(shù)

覆蓋次數(shù)的高低關(guān)系著整體資料的信噪比，特別是針對(duì)特定地質(zhì)目標(biāo)的采集中，加強(qiáng)主要目的層覆蓋次數(shù)，高覆蓋能夠更好地壓制隨機(jī)噪音，增加反射總能量，從而在提高信噪比的基礎(chǔ)上，確保成像效果。實(shí)際生產(chǎn)項(xiàng)目中，一般執(zhí)行要求是所得實(shí)際資料的覆蓋次數(shù)，最低達(dá)到施工設(shè)計(jì)要求的3/4，作為有效資料，能夠滿(mǎn)足后續(xù)處理的需要。

依據(jù)陳學(xué)強(qiáng)[5]提到的，在采用中間對(duì)稱(chēng)觀測(cè)系統(tǒng)和常規(guī)處理流程的情況下,可按式(2)、式(3)計(jì)算由激發(fā)點(diǎn)或接收點(diǎn)缺失引起目的層的有效覆蓋次數(shù)的變化：

R=1-NS/Xmax(S

(2)

(3)

式中：R為空炮或空道之后與之前的有效覆蓋次數(shù)比值；S為空炮或空道距離；N為系數(shù)(空炮或空道時(shí)為1，既空炮又空道時(shí)為2)；Xmax為接收目的層反射波的最大有效炮檢距；T0為目的層雙程反射時(shí)間；D為動(dòng)校拉伸畸變?cè)试S值；Vr為目的層的均方根速度。

4.2 最大缺口深度

障礙物區(qū)域往往會(huì)造成地震采集作業(yè)中的激發(fā)點(diǎn)或接收點(diǎn)空缺，需要在施工前預(yù)測(cè)由此引起的剖面缺口的深度及對(duì)目的層有效覆蓋次數(shù)的影響程度，便于采取針對(duì)性措施進(jìn)行彌補(bǔ)。激發(fā)點(diǎn)或接收點(diǎn)缺失造成的剖面缺口深度為切除后的CMP道集上資料的最淺深度。而CMP道集上的切除深度由折射波干擾范圍和動(dòng)校拉伸畸變所決定，一般情況下，它僅受動(dòng)校拉伸畸變值所確定。如采用中間對(duì)稱(chēng)觀測(cè)系統(tǒng)，激發(fā)點(diǎn)或接收點(diǎn)的缺失引起剖面上最大缺口深度可由式(4)計(jì)算。

(4)

式中：T0為空炮或空道后對(duì)應(yīng)剖面最大缺口的雙程反射時(shí)；N為系數(shù)；S為空炮或空道距離；D為動(dòng)校拉伸畸變?cè)试S值；Vr為估算的最大缺口深度處的均方根速度。

4.3 激發(fā)點(diǎn)和接收點(diǎn)偏線布設(shè)

對(duì)于障礙物影響的激發(fā)點(diǎn)和接收點(diǎn)，如果任其缺失，則影響目的層有效覆蓋次數(shù)，在地震資料剖面上表現(xiàn)為一定的資料缺口，因此需要遵循最小安全距離原則對(duì)受到影響的點(diǎn)進(jìn)行重新布設(shè)，通過(guò)改變炮點(diǎn)和接收點(diǎn)的位置，使得震源船和海底電纜繞過(guò)障礙物進(jìn)行施工作業(yè)，震源船航行軌跡為彎曲的線，故這種作業(yè)方法可稱(chēng)之為“彎線”施工，在實(shí)際布設(shè)過(guò)程中，偏離理論設(shè)計(jì)點(diǎn)越小越好。由于這種方法仍采用原來(lái)的觀測(cè)系統(tǒng)，故該方法基本不影響采集效果。

在“彎線”施工進(jìn)行作業(yè)時(shí)，在安全的基礎(chǔ)上，遵循“最小”原則：即按照特觀設(shè)計(jì)施工后，盡量保證采集得到的地震資料受到的影響最小化。激發(fā)點(diǎn)和接收點(diǎn)在特觀設(shè)計(jì)時(shí)，按照縱向間距不變的原則進(jìn)行，均為橫向上的偏差布設(shè)。實(shí)際項(xiàng)目中，因?yàn)檎系K物的范圍和形狀不同，對(duì)激發(fā)點(diǎn)和接收點(diǎn)的橫、縱偏差影響程度也不同，需要依據(jù)實(shí)際進(jìn)行布設(shè)和作業(yè)。這樣可以保證一個(gè)方向的定位結(jié)果在質(zhì)控范圍內(nèi)，由此減小橫、縱兩個(gè)方向同時(shí)偏差過(guò)大而帶來(lái)的綜合影響。

4.4 應(yīng)用效果

2015年渤海灣某OBC工區(qū)內(nèi)存在南堡某廢棄的導(dǎo)管架平臺(tái)，影響了正常作業(yè)的進(jìn)行。此海域水深變化較大，在5 m到20 m之間，潮汐為“漲5落6平1”的半日潮，流速一般為50 cm/s～100 cm/s，潮差最大為3 m～4 m，潮流運(yùn)動(dòng)形式基本呈往復(fù)流。

通過(guò)實(shí)地探勘，在設(shè)計(jì)圖上標(biāo)出此導(dǎo)管架具體位置，形狀為不規(guī)則四邊形，最長(zhǎng)邊約330 m，最短邊約100 m，作業(yè)震源船長(zhǎng)65 m，寬20 m，拖掛槍陣長(zhǎng)度為18 m，作業(yè)船速為4.5節(jié)，水流方向與作業(yè)方向夾角為45°，統(tǒng)一單位后，根據(jù)前面所述最小作業(yè)安全距離計(jì)算公式，求出此次最小作業(yè)安全距離理論值為49.89 m，而實(shí)際作業(yè)中依據(jù)航行軌跡可知距離導(dǎo)管架最小作業(yè)距離為51.25 m，與理論值基本符合。

同時(shí)，通過(guò)4.1節(jié)中公式，根據(jù)所在工區(qū)實(shí)際情況，S為350 m，N值取為2，此項(xiàng)目Xmax為4 615 m，動(dòng)校拉伸畸變?nèi)≈禐?%，估算缺口處均方根速度為1 600 m/s，可得出受導(dǎo)管架影響后所得覆蓋次數(shù)與理論覆蓋次數(shù)比值為0.84，缺口深度最大為0.47 s。

通過(guò)采用特觀設(shè)計(jì)方法，對(duì)受影響的激發(fā)點(diǎn)和接收點(diǎn)進(jìn)行了重新布設(shè)，通過(guò)提前踏勘，軟件設(shè)計(jì)和理論論證，最終安全實(shí)施了作業(yè)，保證了采集數(shù)據(jù)的質(zhì)量和最終效果。

由圖5可以看出，在特觀設(shè)計(jì)前，最高覆蓋次數(shù)為235次，特觀設(shè)計(jì)之后，最高覆蓋次數(shù)達(dá)到了245次，超過(guò)了理論設(shè)計(jì)覆蓋次數(shù)240次，單從此方面來(lái)說(shuō)，效果很好。甚至從玫瑰圖來(lái)看，方位角也變寬。

現(xiàn)場(chǎng)施工保證最小作業(yè)安全距離的基礎(chǔ)上，依據(jù)特觀設(shè)計(jì)的激發(fā)點(diǎn)、接收點(diǎn)重新布設(shè)后，通過(guò)具體實(shí)施采集完成受障礙物影響的區(qū)域，最終得到的現(xiàn)場(chǎng)初疊加剖面(圖6)。由圖6可以看出：資料缺口最深處為0.25 s，比特觀設(shè)計(jì)前的0.48 s減小近一半的深度，最大程度保全了資料品質(zhì)，同時(shí)也驗(yàn)證了特觀設(shè)計(jì)的效果。

圖3 特觀設(shè)計(jì)前后炮檢點(diǎn)對(duì)比圖Fig.3 Comparison before and after the special design(a)過(guò)障礙物炮檢點(diǎn)關(guān)閉;(b)特觀設(shè)計(jì)：重新布設(shè)炮檢點(diǎn)

圖4 特觀設(shè)計(jì)前后覆蓋次數(shù)模擬對(duì)比Fig.4 Comparison before and after the special design(a)特觀前覆蓋次數(shù)模擬;(b)特觀后覆蓋次數(shù)模擬

圖5 特觀設(shè)計(jì)前后玫瑰圖對(duì)比Fig.5 Comparison of rose diagrams before and after the special design(a)特觀設(shè)計(jì)前玫瑰圖;(b)特觀設(shè)計(jì)后玫瑰圖

圖6 特觀設(shè)計(jì)所得資料現(xiàn)場(chǎng)初疊剖面Fig.6 Stacked section of field seismic data after the special design

5 結(jié)論

海上地震資料采集，包括常規(guī)拖纜和OBC作業(yè)，安全都是首要考慮的因素，提前根據(jù)船體自身情況、障礙物特點(diǎn)、海況和天氣情況，計(jì)算出最小作業(yè)安全距離，保證作業(yè)前做好十足準(zhǔn)備。在海上障礙物區(qū)進(jìn)行OBC作業(yè)時(shí)，利用實(shí)地踏勘數(shù)據(jù)，在工區(qū)內(nèi)準(zhǔn)確標(biāo)出障礙物的具體位置、形狀和大小，是特觀設(shè)計(jì)的必要前提，而基于海上障礙物的動(dòng)態(tài)觀測(cè)系統(tǒng)特觀，是處理過(guò)障礙區(qū)作業(yè)的關(guān)鍵措施；與此同時(shí)，要對(duì)具體海況、作業(yè)方式、施工難度、資料缺失情況等因素進(jìn)行綜合考慮；理念是在安全第一的基礎(chǔ)上，盡量最大程度保證資料的完整和高品質(zhì)。

1)通過(guò)綜合研究，得出一套理論上的OBC正交束線過(guò)障礙區(qū)施工的最小安全作業(yè)距離求取方法，可以形成區(qū)域數(shù)據(jù)庫(kù)，在實(shí)際作業(yè)前做出計(jì)劃，指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)同類(lèi)型地震作業(yè)的實(shí)施。

2)對(duì)受到障礙物影響的激發(fā)點(diǎn)和接收點(diǎn)進(jìn)行重新布設(shè)，通過(guò)特觀設(shè)計(jì)的論證和面元屬性分析、缺口深度分析等，保證地震采集作業(yè)的安全性、有效性和可行性，以保護(hù)炮、檢點(diǎn)的完整性，最大程度減少了資料的缺失。

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Discussion of the calculation of safe distance and special design of OBC operation in areas with obstacles

HU Xinghao1, LI Rushan2

(1.CNOOC International Limited, Beijing 100027， China； 2.CNOOC Shenzhen Limited Nanhai East Petroleum Research Institute，Shenzhen 518000， China)

It's difficult to conduct the OBC seismic operation in the area with obstacles on the sea. The positions of shot or receiver have to be changed by obstacles, and it may even result in gaps on profile. Meanwhile, this can low the number of folds and reduce the quality of seismic data. The ranges, types and distributions of normal obstacles and their influences of OBC seismic operation are discussed in this paper. By analyzing characteristics of source-ship and obstacles, a method of calculating the minimum safe distance is formed. Furthermore, the special design is used to adjust the actual operation in order to reduce the loss of seismic data. Both of the methods are used to ensure the safety of operation and the quality of seismic data.

obstacles; OBC; seismic acquisition; safe distance; special design

2016-07-29 改回日期：2016-09-11

胡興豪(1985-)，男，工程師，主要從事海外物探項(xiàng)目的作業(yè)管理和技術(shù)支持工作，E-mail：huxh2@cnooc.com.cn。

1001-1749(2017)02-0237-06

P 631.4

A

10.3969/j.issn.1001-1749.2017.02.13