渤海某油區井間地震作業環境噪聲評級及應對措施

劉如明，闞留杰，崔國杰，張國強，涂春趙，胡志爽

（1.中海石油能源發展股份有限公司工程技術公司，天津 300459；2.中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津 300459）

渤海某油田由于主力目的層儲層較薄、橫向連續性差、尖滅現象普遍，加之斷層較多，常規地震在目的層段的解釋精度無法滿足油田開發需求[1-2]。為了解決上述難題，2015年底中海油首次在該油田進行了井間地震作業。

陸地油田井位比較分散，噪聲相對較少，作業空間比較廣闊，具有較好的井間地震作業條件[3-4]；而海上平臺由于費用高、空間小、平臺重型設備及船舶等噪聲大等因素限制，極少開展該類型作業[5-6]。針對海上井間地震采集復雜施工條件下，在施工中如何對環境噪聲進行快速判別和控制，以得到高質量數據，并提高施工效率等方面缺乏可借鑒的標準和案例。同時由于本次井間地震與鉆完井作業交叉進行，作業環境噪聲很強、復雜多樣，嚴重影響了井間地震采集數據的信噪比。在前期采集的12個扇區中，有6個扇區的資料因為信噪比低而無法應用，需重新采集。通過對12個扇區采集的數據及采集時環境因素進行了全面分析，對環境噪聲進行評級，并針對鉆完井不同作業環節及噪聲情況制定相關措施，有效地指導了后續資料采集，數據信噪比得到了顯著提高。

1 作業環境噪聲特征分析

由于本次井間地震與鉆完井作業交叉進行，各種重型設備運轉及拖輪在平臺周邊頻繁機動，都會產生各種類型的噪聲。鉆完井的噪聲主要分為兩類：（1）設備運行噪聲：比如泥漿泵、固井泵等設備運行產生的噪聲，船舶在平臺周邊機動產生的強噪聲等；（2）作業噪聲：比如鉆進過程中鉆頭破裂地層產生的噪聲，下套管及裝井口期間工具磕碰等產生的噪聲等[7]。要提高采集數據的信噪比，首先要分析出噪聲規律，即分析鉆完井不同作業環節中噪聲產生的方式和特點，才能克服噪聲對數據采集的影響[8]。

1.1 鉆井噪聲分析

鉆井每口井作業周期相對較長，各個作業環節產生的噪聲也不同。在采集過程中，通過記錄數據的噪聲情況與當前鉆井作業進度結合分析，確認不同作業環節噪聲的影響程度。通過對鉆井作業期間采集的數據進行分析，確認了不同鉆井作業環節中噪聲產生情況（表1）。

表1 鉆井不同作業環節中主要噪聲統計Table 1 Main noise statistics in different drilling operations

（1）鉆進及倒劃眼作業：在鉆進和倒劃眼過程中，由于鉆頭破裂地層，產生大量噪聲。該噪聲經地層傳播，由地震檢波器接收，對地層數據采集造成影響（圖1）。該種噪聲的影響程度與鉆頭距檢波器的距離有關，距離越遠，噪聲衰減越強，則影響越弱。對第一對井采集的數據進行分析表明：鉆頭位置與接收井檢波器距離在650 m之內，則鉆頭破壞地層產生的噪聲對采集數據質量的影響較強；如果超過650 m，則影響相對較弱。

圖1 鉆進時背景噪聲Fig.1 Background noise during drilling

（2）泥漿泵噪聲：泥漿泵在運行時會產生噪聲。本次作業由于泥漿泵距離井口位置較遠，產生的噪聲對正常采集影響較小。

（3）起下鉆、下套管及井口作業：在起下鉆、下套管及井口作業期間，不可避免的會產生磕碰、敲打，很容易產生隨機噪聲。由于該種噪聲產生的位置距離井口位置很近，噪聲經甲板由套管傳入接收井內，形成套管波，實時顯示信號為典型的V字形[9]（圖2）。

圖2 套管波信號Fig.2 Casing wave signal

（4）固井泵和井架滑移：由于固井泵和井架滑移底座位于井口大蓋甲板上，距離井口位置較近，在固井泵運行和移井架期間，固井泵和滑行底座會持續產生低頻噪聲，導致信噪比降低（圖3）。

圖3 固井泵噪聲Fig.3 Noise of cementing pump

（5）拖輪噪聲：海上拖輪一般為6 000～12 000馬力，在鉆完井作業期間在平臺周邊機動比較頻繁。在拖輪機動時，將產生非常強的噪聲，直接通過海水、隔水導管等傳入井內由檢波器接收，成為對采集影響最嚴重的噪聲（圖4）。

圖4 拖輪機動在平臺周邊機動時背景噪聲Fig.4 Background noise of tugboat maneuvering around platform

（6）電纜測井：為避免跨電纜作業，電測作業期間平臺靠船及吊裝作業極少，重型設備基本都處于停運狀態，平臺相對較安靜；同時，測井儀器串在井內產生噪聲很小，不會對井間地震數據采集造成影響。

1.2 完井噪聲分析

通過對完井作業期間采集的數據進行分析，確認了不同完井作業環節中噪聲產生情況（表2）。

表2 完井不同作業環節中主要噪聲統計Table 2 Main noise statistics in different operation links of well completion

刮管洗井和射孔作業是完井特有的作業環節，其它環節噪聲情況與鉆井情況類似。

（1）刮管洗井：刮管器與套管內壁頻繁摩擦，會在井內產生無規律、間歇性出現的噪聲。

（2）射孔作業：射孔作業會產生劇烈噪聲，但射孔作業時間非常短，屬于瞬時噪聲，可以通過關注射孔作業時間規避射孔噪聲。

通過上述分析，對交叉作業環境噪聲產生的方式及噪聲特點有了初步的認識，明確了不同鉆完井作業產生噪聲的強度、規律性等特點，方便現場作業人員對噪聲進行歸類、分析。

2 環境噪聲評級及應對措施

2.1 環境噪聲評級

根據噪聲強度、噪聲特點和處理難度，將噪聲進行了分類并對不同噪聲條件下的作業環境進行了A、B、C、D四個等級的劃分，噪聲環境由A級到D級，噪聲強度逐步增大，規律性越來越強，處理難度越來越大。通過噪聲環境評級，相當于從噪聲的角度將整個鉆完井作業按噪聲特點劃分為四大類，找到了嘈雜的交叉作業環境下噪聲的變化規律，有利于現場作業人員從整體上制定克服噪聲的措施（表3）。

表3 噪聲分類及環境評級Table 3 Noise classification and environmental rating

2.2 四級噪聲環境應對措施

不同噪聲環境下的作業措施見表4。

表4 不同噪聲環境下的作業措施Table 4 Operation measures under different noise environment

A級：相對比較安靜，數據信噪比特別高。但在射孔作業期間絕大部分時間比較安靜，只在射孔彈激發的一瞬間產生噪聲，屬于瞬時噪聲，可以關注射孔作業時間來規避射孔噪聲。

B級：噪聲強度較低，持續時間短，具有隨機性。在現場，隨機噪聲主要通過多炮疊加的方式進行消除。同時發現原始數據中存在較強的高頻噪聲(圖5左)，對其進行速度分析，噪聲速度V=(2 489-2 339)/(0.365-0.270)=1578.95(m/s)，認為該噪聲為管波；考慮到管波的速度單一，現場對管波的處理方式采用速度濾波的方法，并取得良好效果（圖5右）。雖然現場通過這些手段可以消除低強度噪聲的影響[10]，但現場采集過程中要盡量規避裝井口、砸螺栓等噪聲密集時間段，確保數據具有較高信噪比。

圖5 管波去除前后的波場Fig.5 Wave field before and after tube wave removal

C級：通過對信號強度的實時監測并結合鉆完井作業動態，來規避噪聲。如果背景噪聲強度正常，則正常采集數據；如果背景噪聲強度較強，影響較大，暫停采集。由于該類型的噪聲存在階段性，暫停采集期間每過5 min觀測一次實時背景噪聲強度，如強度降低則進行正常采集。

D級：存在該類噪聲時，實時信號強度遠大于有效信號強度范圍，通過現場巡查確定噪聲源。此類型噪聲由于按一定的頻率持續存在，且噪聲干擾造成有效波波形失真，波場處理無法消除其影響，導致數據信噪比降低。在D級環境下暫停數據采集，直至作業環境轉入其它三種類型為止。

3 現場應用效果

在之后的采集作業中，現場嚴格按照該措施進行作業，在降低噪聲影響方面取得了很好的效果，數據質量明顯提升（圖6）；在第二個剖面，共進行的18個扇區的數據采集工作中，井間地震采集數據的信噪比明顯提高，其中只有2個扇區是因為這兩口井的井間距較遠，接收信號差，需要重新采集，其余扇區基本采集到了合格的數據。

圖6 某扇區原始數據與復測數據共接收點道集對比圖Fig.6 Comparison of common receiver gathers of original data and retest data in a sector

海上井間地震環境噪聲評級及應對措施的提出和使用，克服了交叉作業環境下噪聲情況復雜的難題，提高了數據的信噪比，保證了數據資料的整體質量。本次井間地震兩個剖面最終解釋分辨率均達5～10 m，部分井段解釋分辨率達到3～5 m，為后續的海上井間地震數據采集提供了借鑒。

4 結束語

通過對海上主要噪聲進行分析，得出了不同鉆完井作業環節中噪聲的特點以及其對數據采集的影響程度，基于此對噪聲環境分為四級，并對每種噪聲環境制定對應措施，可有效規避噪聲對數據采集的影響，提高了數據信噪比和作業效率，應用前景廣闊。