Sonardyne聲學二次定位系統在淺海物探中的應用

王文爭 楊世剛 張延同

(1.中國地質大學 北京) (2.勝利石油管理局物探公司 山東東營)

Sonardyne聲學二次定位系統在淺海物探中的應用

王文爭1、2楊世剛2張延同2

(1.中國地質大學 北京) (2.勝利石油管理局物探公司 山東東營)

文章主要從Sonardyne聲學定位系統的工作原理和技術特點入手,研究了該系統在淺海地震勘探中進行海底檢波器二次定位的應用方法,以及一些常見故障的排除方法。并結合灘海地震勘探施工的實際情況,總結出一套行之有效的工作模式和流程。

Sonardyne;二次定位系統;淺海地震勘探;應用

0 引 言

在淺海物探施工中,海底檢波器二次定位是對海上勘探施工中提高地震數據接收質量的一種非常重要的技術手段。聲學定位系統是進行海底檢波器二次定位的主要設備,其利用聲納技術、空間定位技術,對海底壓電檢波器進行實時測量,確定海底壓電檢波器的實際位置。勝利物探公司以前使用的I/O二次定位系統由于定位精度低、定位效率慢、實時性差等缺點,嚴重制約著海洋地震勘探野外工作的開展。為了提高淺海地震勘探的精度和效率,引進了Sonardyne公司的聲學二次定位系統產品TZ/OBC。該系統與目前使用的二次定位系統相比具有定位精度高、測量效率高、系統容量大、電池壽命長等優點。

1 Sonardyne聲學二次定位系統[1]

1.1 系統組成

系統設備包括定位主機(OBC 12 Transcevier Kit)、應答器(Sonardyne Transponder)、接口電源單元、數據實時處理軟件HydroPos Seismic數據采集和數據后處理(Acquisition&Post processing)。

定位主機OBC 12 Transcevier是核心部分,主機產生一種聲納信號通過換能器發出并激發應答器,應答器接收到激發信號后迅速發出應答信號并通過應答器傳給主機。主機接收到應答信號并記錄下每一個信號的傳播時間,通過接口電源單元傳給計算機。

HydroPos Seismic軟件用于接收并處理采集數據并實時顯示應答器在海底的實際位置坐標,直觀顯示與設計理論坐標相對位置。如圖1所示。

應答器編碼測/試單元程序器是Sonardyne聲學二次定位系統中獨立的便攜式單元。它是用來給應答器設定ID號、分配組號,檢查或修改已存入應答器中的以上參數;也可檢查應答器的電池電壓,水中測距功能等。

圖1 設計理論坐標相對位置

RFID設備,利用 RFID可以進行全部設備的跟蹤,RFID天線是非接觸設備,安裝在導纜槽中,并與RFID拾讀器連接,距離在 3m以內,拾讀器用電纜與電源和導航系統連接,系統將自動記錄應答器標示,并組合GPS定位生成相關布設預鋪文件。

1.2 聲學二次定位系統的工作方式

Sonardyne聲學二次定位系統能實現多臺收發機同時數據采集,系統應答器的地址容量超過401組,每組9個獨立應答碼,可使每個隊同時布設3609個的海底電纜信標而沒有地址重復。系統的野外采集是HydroPos Seismic軟件在預鋪文件有效的范圍內尋址發射采集。

二次定位系統施工方式、工作模式如圖2所示。

圖2 二次定位系統施工方式、工作模式

2 Sonardyne聲學二次定位系統應用[2]

2.1 施工前的準備工作

通過對Sonardyne聲學二次定位系統研究,其工作原理及技術特點決定了野外的施工方式。

1)所有的應答器在室內統一編寫地址碼和RFID射頻識別碼,同時檢測應答器的電量,保證應答器在整個施工期內保持良好的工作狀態。

2)隨機成組抽取部分應答器在施工工區進行精度、采收率、采集速度實驗,從而對設備進行技術檢測并提供檢測報告。

3)根據施工方案合理的分配所有應答器至壓電檢波器,至少2道一個應答器。

4)由RFID設備配合GPS定位在放纜過程中自動生成相關預鋪文件(cbl預置文件包),或根據放線人員提供應答器與樁號對應關系班報人工制作預鋪文件。

2.2 二次定位系統野外的應用[3]

1)GPS儀器及HydroPos Seismic軟件參數配置的檢核

出海施工前須用HydroPos Seismic軟件連接儀器并在控制點上對儀器和軟件配置進行檢核。

2)預鋪文件的制作

由于海上施工情況復雜,使用RFID設備配合GPS定位在放纜過程中自動生成相關預鋪文件(cbl預置文件包)的方法受到很多限制,使用人工提前制作預鋪文件的方式則更為有效。

(1)在準備施工測線前,由施工技術人員和放線人員共同把下一步所有準備放置到樁號上應答器的地址編號制作成班報。

(2)測量二次定位人員根據施工班報提前使用采集軟件HydroPos Seismic軟件準確的制作預鋪文件。

3)野外二次測量數據采集

(1)按照圖示正確連接定位系統的各類部件。

(2)在二次定位船行進到排列的端點時,定位船要超出端點一定的距離,以保證定位觀測量均勻分布。

(3)施工中對于檢波點偏離設計坐標較大的要及時通知放線負責人員,根據相關要求做出相應的處理,然后另建預鋪文件和記錄文件重新采集。

(4)二次定位采集船的速度要根據野外實際情況進行相應的調節,但船速應控制應達到如下要求:采集的數據數量達到軟件處理的要求;采集數據的質量在較好的范圍內。

(5)根據野外的實際情況選擇二次定位主機的發射及接收功率。

(6)多臺定位主機同時進行施工時,根據Sonardyne聲學二次定位系統的工作原理及工作方式,相鄰的施工定位船間距必須要大于1.5 km,否則將造成相互之間的干擾,從而影響二次定位的成果。

實際操作過程中定位船運行如圖3所示。

在實際測量工作中,可以擴大數據采集的范圍,將主機與應答器之間的距離控制在1 500 m～2 000 m,可通過設置不同的Max Range值來實現,這樣就可以同時采集4或6條測線。

(7)采集過程中如果出現空點(即應答器沒有應答信號),要協同放線人員查找原因。有可能是預鋪文件有問題或應答器標簽丟失導致預鋪文件提供錯誤,這時應根據RFID簽頭碼重新編寫標簽,再次制作預鋪文件并重新采集。4)數據處理

圖3 定位船運行圖

使用HydroPos Seismic軟件(Acquisition&Post processing)進行野外數據采集和數據后處理,進而監督野外小隊的施工。操作員要及時使用合理的處理參數(如殘差、水深、聲度、Range值等)進行數據處理分析,監控野外檢波點的實際位置,處理參數界面如圖4所示。設備引進后,已在勝利淺海工區幾個項目應用,取得良好的定位效果。

3 結 論

圖4 處理參數界面

Sonardyne聲學二次定位系統從硬件到軟件以及這種工作模式和流程經過在勝利淺海工區的應用檢驗,二次定位船的采集速度為4～6海里/小時,總的采收率可以達到99%以上,具有極高的工作效率,能夠很好的配合地震生產應用,可以大幅提高海底檢波器的定位精度,定位成果準確可靠。

[1] 英國Sonardyne公司.Sonardyne TZ/OBC用戶手冊.2008(資料)

[2] 孔祥元,梅是義.控制測量學(上,下測)[M].武漢:武漢測繪科技大學出版社,1996

[3] Q/SH1020 1635—2008.灘海地震勘探定位測量規范[S].勝利石油管理局

Application of sonardyne acoustic positioning system in shallow sea geophysical prospecting.

Wang Wenzheng,Yang Shigang and Zhang Yantong.

The application methods of Sonardyne system is given by analyzing its working principle and technique characters.The methods of elimination for common faults is also presented.A series of working standards and programs are also mentioned to fit the actual situation of shallow sea prospecting operation.

Sonardyne;repositioning system;marine prospecting;application

TP73

B

1004-9134(2011)03-0024-03

王文爭,男1969年生,高級工程師,中國地質大學在讀博士,現在勝利石油管理局儀器管理中心負責技術管理工作。郵編:257001

2011-02-17編輯梁保江)

PI,2011,25(3):24～26

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