微测井非爆炸震源激发技术的研究与应用

2014-03-11 04:04黄在明

天然气勘探与开发 2014年1期

关键词：垫板震源测井

黄在明彭海任达席彬丁鹏

（中国石油集团川庆钻探工程有限公司地球物理勘探公司）

微测井非爆炸震源激发技术的研究与应用

黄在明彭海任达席彬丁鹏

（中国石油集团川庆钻探工程有限公司地球物理勘探公司）

微测井是获得近地表结构直接而有效的手段，基于当前通用的非爆炸激发震源，通过对震源类型的深入分析和对比试验，提出了采用锤击震源代替爆炸震源进行微测井资料采集的方法，在此基础上，进一步优化震源参数，使其在生产中得以广泛推广和应用，从而根除了微测井资料采集爆炸作业风险，节约了生产成本，也保障了生产质量。图8表1参5

近地表结构调查微测井爆炸震源非爆炸震源静校正

0 引言

随着地震勘探的逐步精细化，为了进一步优化施工参数，同时为后期高分辨率处理提供准确的静校正量，通常在地震勘探项目中都要开展大量的近地表结构调查工作。微测井作为近地表结构调查的手段之一，因其精度高、不受地形条件限制，被广泛应用于川渝地区高陡构造勘探项目中。

为获取高精度的微测井资料，往往采用微量炸药或雷管进行激发，但其安全风险高、人员设备投入多，为此，需要采用非爆炸震源激发技术进行微测井资料采集，以根除涉爆作业风险，降低施工难度和成本。

1 微测井震源选择

当前，各行业采用多种震源进行勘探作业，按照产生能量的方式可大概分为爆炸震源和非爆炸震源。

（1）爆炸震源一般采用雷管加成型TNT炸药激发，它具有能量强、所激发的地震波具有良好的脉冲性等优点，但涉爆作业安全管理难度大；

（2）非爆炸震源常用的有可控震源、电火花震源、空气枪震源、锤击震源和落重震源等，各有特点及适用条件：

·可控震源是利用气体或水力驱动下覆钢板，使其产生一种频率可控的波动形成地震波，其能量可调，抗干扰能力强，但其设备价格高，且要求有较好的交通条件；

·电火花震源和空气枪震源是利用电能或压缩空气瞬间释放产生地震波，主要用于海上勘探；

·锤击震源和落重震源是两种简易震源，锤击震源是用一重锤锤击地面垫板产生地震波；落重震源是用重物自由下落在地面垫板上产生地震波，具有操作简便，激发能量较弱等特点。

爆炸震源在微测井施工中存在较大风险，而非爆炸震源可以避免涉爆作业风险，因此，应尽可能选择非爆炸震源作业。

川渝地区微测井资料采集的震源需具备以下几个条件：

（1）震源激发能产生清楚的初至波；

（2）由于川渝地区地形起伏大，多数作业点不能通车，震源设备只能依靠人力搬迁，因此要求震源设备轻便，易于搬迁，对交通条件依耐性低；

（3）川渝地区地表为第四系泥土时，其能量散失较快，要求激发能量较大，当地表为岩层出露时，其能量散失相对较慢，要求激发能量较小，而岩性的不同，也会导致激发能量的不同。因此，要求震源激发的能量可根据不同地表条件进行大范围的调节。

（4）从经济方面考虑，要求震源装置尽量便宜，施工时人员、设备投入少。

通过对几种常用非爆炸震源的综合分析，结合川渝地区微测井施工的具体要求，我们认为：

（1）可控震源设备价格太高，交通条件要求高，不适合高陡构造勘探施工；

（2）电火花震源和空气枪震源主要用于海上勘探，不适合陆上勘探；

（3）落重震源装置成本不高，能减少施工作业人员和设备投入，但受地形限制较大，能量可调范围小，不能较好满足因地表岩性情况进行能量调节的需求；

（4）锤击震源经济实惠，操作简便，能量可根据人力和锤击次数进行大范围调节，更适合川渝地区山地微测井施工。

2 锤击震源设计

锤击震源装置（图1）由两部分组成，锤体和地面垫板，两者分别在金属体上连接电源线并与采集仪器（浅层折射仪）相连，当锤体锤击垫板，线路形成短路状态，仪器激发开始记录。

图1 锤击震源激发装置示意图

影响资料采集效果的锤击震源参数主要有锤体和垫板的材质、锤体重量、垫板大小和形状。

（1）锤体和垫板的材质：锤体和垫板接触形成短路触发仪器采集，为了保证触发时间短且成功率高，也即是延迟时间短，要求锤体和垫板的材质为良好的导体，同时要求多次锤击后两者的形变都很小，因此选用了钢铁作为锤体和垫板的材质。

（2）锤体重量：锤体重量主要影响激发能量的大小，同时由于人力的大小也可以改变激发能量，因此在锤体重量确定时要综合考虑激发能量和便携性，最终选择了5 kg的锤体。

（3）垫板大小：垫板过大，携带不方便，不利于野外施工，垫板过小，在受到锤击时要向下陷落，造成初至起跳不干脆（图2）。因此垫板既不能过大也不能过小，通过试验，垫板直径选定为0.3m，厚度选定为0.02m。

（4）垫板形状：根据力学原理的不同，可将垫板设计为平板、凹板和凸板（图3）。平板受力时，能量均匀向下传，凹板受力时，能量呈聚集状态向下传，凸板受力时，能量呈发散状态向下传。通过现场试验发现（图4）：垫板采用凹板时，初至延迟更小，起跳更干脆，更有利于得到高品质微测井资料，因此，选定凹板作为锤击震源垫板。

图2 垫板陷落，初至起跳不干脆

图3 垫板力学原理分析

图4 垫板试验记录

3 应用效果

确定了锤击震源各项参数后，将其激发效果与雷管激发效果进行试验对比，试验点选在岳101井区三维勘探项目中，该试验点地表为板结泥土，周边无影响资料品质的其他因素。从监视记录对比来看（图5），两者激发能量基本相当，初至起跳干脆，波形特征相似；从初至时间对比来看（表1），锤击激发相对雷管激发有0.03～0.24 ms的初至延迟，井越深，延迟时间就越长，但延迟时间均不超出初至时间的3.5%；从解释成果的对比来看（图6），两者激发的层速度基本相当，锤击激发的层速度略小，分层厚度基本一致，微小的差异不影响微测井资料的应用。综合上述对比，锤击震源与雷管震源激发的资料品质相当，所得资料能够用于指导野外地震勘探采集施工和室内资料静校正处理。