高密度固體拖纜在海洋工程勘察中的應用

唐 進，陳 曦，王子秋

（中海油田服務股份有限公司 天津 300451）

隨著國家經濟的發展和海洋戰略的實施，海上蘊藏的巨大石油資源使得海洋對于經濟和國防具有重大的戰略意義。能源需求的日益增大必然帶來海洋石油勘探的蓬勃發展，但不同于陸地，由于海洋特殊的惡劣環境，存在臺風、海嘯、地震等多種災害的潛在威脅，海上石油勘探開發所涉及的各種工程、水文和環境地質問題日益突出，海洋工程安全問題日益受到高度重視。

淺層地震勘探具有無損、相對費用低、效率高和成果直觀等特點，廣泛應用于海洋工程勘察領域。隨著海洋勘探的深入，對淺部地層、小構造及環境地質、工程地質的勘探和研究提出了更高的要求。在常規拖纜二維地震勘探中，對500～1 000 m深度的淺部層狀地層和小型構造往往無法精細識別，高密度小道距地震采集技術能夠有效地實現淺層高分辨率勘探，更精細地識別淺層構造，能夠很好地降低海洋工程建設中的安全隱患。

海上常規拖纜是采用液體結構，施工過程中不僅存在因拖纜損壞漏油造成環境污染的風險，同時液體拖纜往往比重不均影響電纜平衡額外增加由此帶來的采集噪音，固體拖纜能夠有效克服上述缺陷，在海洋工程勘察領域具有良好的應用前景。

1 高密度地震采集技術

淺層工程地震勘探要求具備較高的分辨率，這樣可以更好地分辨淺層細微地質構造，以指導海洋工程建設和降低設備風險。高密度采集是提高地震勘探分辨率的重要手段之一，通過減小空間采樣尺度，實現對地下地質體更小面元的資料采集，達到改善地質體成像質量的目的。

對于海洋工程，由于關注的目的層位比較淺，一般淺層工程地震勘探中采用小容量氣槍激發，震源的高頻成分豐富，同時施工中震源和拖纜的沉放深度較淺，可以有效降低海洋勘探中特有的鬼波陷頻的影響，所采集地震資料頻寬往往可以達到150 Hz以上。

2 高密度固體拖纜

中海油田服務股份有限公司是中國近海最大的綜合性油田服務供應商，擁有專門的海洋工程勘察船和相應的技術裝備。由于國外技術壟斷，早期工程勘察從國外進口的拖纜道距受限，最小道距一般不大于12.5 m。“十一五”以來，通過承擔國家重大專項課題的研究，中海油田服務股份有限公司成功研制出具備自主知識產權的高密度固體拖纜。

基于地震勘探中空間分辨率的要求，海洋拖纜的設計盡量少采用或不采用組合檢波器，對于單檢不組合拖纜技術，野外采集中按照寬進寬出原則，有效信號和各種干擾同時被記錄下來，原始資料的信噪比較低，室內數字組合的靈活性更高，但也相應增加了處理難度。而小組合道距通過合適的檢波器組合距設計，可以既有效地抑制干擾，又能對分辨率影響很小或沒有影響，達到提高分辨率的要求。

海洋工程地震勘察分辨率要求高，作業中拖纜的沉放深度比較淺，一般為3～4 m，海況變化引起的涌浪等噪音比較大，特別是液體拖纜在施工中由于受海況影響，拖纜的液體在纜內會沿著纜壁運動引起額外的噪音干擾。固體拖纜能夠有效克服上述缺陷，提高采集資料品質。

國產高密度固體拖纜采用檢波器組合方式設計，道間距為6.25 m，每通由8個檢波器組合，均勻分布，即組內距為0.78 m，每段拖纜長度為100 m，接收道數為16道。

采用固體材料替代液體油是一種技術可行的固體拖纜實現方式。通過深入分析海洋勘探拖纜內填充介質（如液體油）的聲學性能要求，優選研究出雙組份的聚氨酯彈性材料。拖纜制造中將兩個組分的材料按照一定的配比混合后充填到拖纜內，經一定時間（24 h左右）固化后形成一種凝膠態聚氨酯固體填充材料，如圖2所示，該材料具有良好的聲學、力學和機械性能，滿足海洋勘探拖纜的技術要求。

國產高密度固體拖纜的主要技術指標如下：

1） 在纜內完成檢波器的A/D數字化采集，每4道地震信號共用一個A/D采集板，大大縮短模擬線長度，降低干擾；

2） 采用國產高性能壓電陶瓷水聽器，靈敏度：20 V/Bar，-194 dB；

3） 拖纜外徑56 mm，比重均勻，有利于作業中的拖纜平衡；

4） 拖纜采用聚氨酯外皮，填充材料為凝膠態聚氨酯固體材料，具有良好的聲學性能，幾乎無聲波損耗，提高信號的保真度；

5） 高品質屏蔽數據傳輸線，保障數據高可靠傳輸；

6）采用雙凱夫拉（Kevlar）拉力繩，設計工作拉力2 t；

7） 纜內所有電源和數據傳輸線護套采用PTFE（聚四氟乙烯）材料，保障電纜使用壽命長達10年。

3 海上工程勘察生產應用

在高分辨率地震勘探中，要獲得高品質的資料除了解決采集裝備技術問題外，設計參數、野外作業及勘探過程中各個環節的質量控制也十分重要。

首先需要根據工區地質環境、地質要求設計合理的觀測系統技術參數，并要根據作業區域內的層深度、地層層位、構造特征，設計測線的長度、測線的方向。另外，在作業過程中對氣槍、電纜的沉放深度、偏移距、最大炮檢距、覆蓋次數、采樣率以及船速等都有嚴格要求，選擇最佳施工參數。

2011年8月，中海油田服務股份有限公司利用國產高密度固體拖纜采集系統在渤海某工區完成淺層海上高分辨工程勘察地震資料采集。工區采集參數為：96道接收，道間距6.25 m，拖纜沉放深度3 m，電纜羽角<10°，采樣率0.5 ms，氣槍震源容量160 cuin（40 cuin×4），震源壓力為2 000 psi，震源沉放深度3 m，炮間距12.5 m，覆蓋次數24次，最小偏移距 28 m，最大炮檢距628 m。

整個工區作業過程中，國產高密度固體拖纜工作性能穩定，由于拖纜整體比重均勻，有效降低了拖纜的抖動噪音，獲得高品質的工程地震資料。

圖4為工區采集測線A的初疊剖面，分析不同時窗頻譜特征可以看到，500 ms以內頻帶達到180 Hz，500 ms～1 s頻帶最高至 160 Hz。對于渤海淺部地層速度取1 800 m/s，地層分辨率按以下公式計算：

則理論上淺層最小目的層分辨能力可達到2.5 m。

圖5為工區同一條測線采集資料疊加成果對比圖，國產高密度拖纜采集資料與國外進口拖纜（道距12.5 m）采集老資料疊加剖面對比。右圖是國產高密度固體拖纜采集的資料剖面，左圖該條測線采用國外進口液體拖纜（道間距12.5 m）采集到的資料剖面，處理的結果顯示國產高密度拖纜采集資料的分辨率明顯更好，淺層小斷層刻畫得更精細，斷層的接觸關系更加合理。

4 結 論

實踐證明，高密度固體拖纜是海洋工程勘察領域的一項利器，能夠獲得更高分辨率的淺層工程地震資料，在海洋油氣工程建設、淺海工程環境地質調查以及淺層資源調查等領域具有廣闊的應用前景。

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