OBC正交束线过障碍区安全距离和特观设计探讨

胡兴豪, 李如山

(1.中国海洋石油国际有限公司，北京 100027; 2.中海石油(中国)有限公司 深圳分公司南海东部石油研究院，深圳 518000)

OBC正交束线过障碍区安全距离和特观设计探讨

胡兴豪1, 李如山2

(1.中国海洋石油国际有限公司，北京 100027; 2.中海石油(中国)有限公司 深圳分公司南海东部石油研究院，深圳 518000)

在有障碍物分布的海上勘探工区进行OBC地震采集作业困难，很大程度上体现在由于障碍物导致的炮点或者检波点与设计点位偏差较大，甚至出现空缺，从而引起的资料产生缺口，同时降低勘探目标的有效覆盖次数和地震资料的品质。针对障碍物的范围、类型及分布情况，通过分析船体自身和障碍物特点，总结出一套求取最小作业安全距离的计算方法，在此基础上，根据障碍物造成的炮点或检波点偏差或空缺，进行特观设计和采集作业，尽量减少资料缺口，从而降低障碍物地区海上地震采集的安全风险和作业难度，保证了资料品质。

障碍物； 海底电缆； 地震采集； 安全距离； 特观设计

0 引言

在中国近海地震勘探作业中，海底电缆(OBC)采集方式越来越多应用到实际项目中，相对于常规拖缆，OBC三维地震勘探以其具有多分量接收、压制水柱混响、二次定位等诸多优势，在海上油田开发得到广泛应用，特别是OBC观测系统灵活，更加利于存在障碍地区的地震勘探，比如油田群区域，由于平台数目多且距离较近，周围的相关作业船也较多，这种情况下，只能通过OBC进行地震采集。

在以往的OBC地震采集项目实施过程中，关于安全距离的探讨大多基于一个简单的概念，现场作业往往需要经过多次试验得到一套大概的方案，没有具体的方法可参考；除此之外，现场作业安全主要基于人员和船只的安全，几乎没有考虑到对地震资料采集效果的影响程度大小，“以人为本”是必须考虑的，但最大程度保证资料的完整也是地震勘探中很重要的方面。

地震勘探观测系统布设是地震勘探的基础，指导勘探开发的方向，合理地观测系统设计是地震勘探的核心前提。国内、外地震勘探技术人员对于特观设计的研究都是在具体施工中进行临时的操作，没有形成具体经验分享，对作业安全距离的研究也近乎空白。在基于最小作业安全距离的方法总结过程中，结合专业软件理论的特观设计，能够保证OBC地震采集作业在过障碍区时安全作业的基础之上，最大程度保护资料的完整性和高品质，实际的OBC采集实例也验证了该方法的有效性。

1 OBC正交束线作业

正交束线观测系统具有便捷的施工模式、灵活的施工布置及较高的作业效率，在海底电缆三维地震勘探中应用广泛[1-4]。

目前浅海OBC正交束线作业方法，是沿着左右方向横向等距布设若干条地震接收线，每条称为一条排列，每条排列上纵向等距布设若干道地震接收道，每个地震接收道上设有检波器，作业时炮线沿地震接收线方向等距滚动，完成一束线的作业后，排列组合中一侧最外端的一根地震接收线沿其垂直方向滚动到另一端地震接收线的外侧，组成新排列组合。

图1 8L4S180R观测系统Fig.1 Observation system of 8L4S180R

图1为8L4S180R观测系统的作业方式。该作业的优点是便于野外操作，减少震源船“上、下线掉头”的次数和时间，大幅度提高作业效率，同时可以避免水深较浅时横穿排列，把排列线挂偏、挂断。

2 常见障碍物

相对于陆地地震采集，总体来说，海上的地震采集环境简单许多，特别是深海。但是在浅海(如渤海湾)，大多OBC项目所在工区施工环境较为复杂：不同方向海流交汇；多个平台组成的油田生产群；钻井平台进入工区作业；堤坝或者灯塔的建设；开海后渔船的突然增多以及每年固定的海蜇捕捞时节，都使得在受影响范围内的OBC地震采集出现困难：①理论激发点或者检波点位于障碍物区内；②不能满足安全激发或者电缆收放要求；③存在和渔民协调的困难。因此，难以获得障碍物覆盖区的地下资料，地下资料的空白，导致地震解释精度偏低[5-6]。

因此，在海上类似区域地震采集作业进行前，首要解决问题是障碍区特观设计，其好坏直接影响所获得地震资料是否完整，是采集作业的关键。利用专业软件根据障碍物的分布情况灵活设计炮点和检波点位置，计算出目的层覆盖次数及面元统计信息，通过制定对应的作业措施，获得高品质地震资料，研究障碍区的特观设计具有重要的现实意义[7]。

3 最小作业安全距离

要应对这些困难，必须安全第一，主要包括设备和人员两方面，震源船和仪器船及收放缆定位船只是OBC主要作业船只。这里所指安全主要是安全距离，即施工时，正在作业船只距离“危险源”的最小距离。

在OBC中，因为仪器船只大部分时间都处于抛锚接收地震数据状态，移动和就位也会选择避开作业的范围，而收、放缆船也多灵活小巧，所以比较好控制。但外形较大的震源船就比较难以控制，必须提前根据其自身尺度和震源参数来计算出最小作业安全距离。

可以假设OBC震源船作业时需要经过一个长宽均为L的正方形平台，震源船自身长度为X，宽度为Y，拖挂震源长度为a，同时假设震源船静水速度为V船，实时水流速度为V水，与震源船行进方向成角度θ，如图2所示。

图2 OBC作业过单个平台示意图Fig.2 OBC operation passing through a single platform

由图2可知，震源船与平台平行错过的总距离为：L+X+a，需要的时间t为：(L+X+a)/(V船+V水*cosθ)，期间船只移向平台的速度为：V水*sinθ，由速度时间公式可知：

S=V水*sinθ*(L+X+a)/

(V船+V水*cosθ)

(1)

因一般情况下，大风天气不会作业，故此公式忽略了风速。

一般情况下，在常规OBC作业中，为防止突发意外情况产生，通常依据具体海域的不同情况加一个最小避让常数C，一般为船身宽度的2倍左右，故最终理论作业最小安全距离为：Lmin=S+C。

以渤海某海底电缆震源船过采油平台为例，在一般海况下为计算依据，将实际参数代入上述公式计算Lmin，所得结果见表1。

由表1中15组数据计算结果可知，通过理论得出结果与实际作业执行符合得很好，而不同参数的变化则同时说明了不同的影响因素及其影响程度。

表1 渤海某海底电缆震源船过从单个平台最小安全距离计算结果

总的来说，障碍物越小，船速越快(实际作业船速原则上不超过5.0节)，所需最小安全作业距离越小，依据该算法所得结果，总结一套数据库，可指导OBC作业中过障碍物最小安全距离的选择。同时，需要做出一套应急预案，以应对突发状况，做到万无一失。

4 特观设计

无论是安全距离计算和实施，还是特观设计的具体方法和模拟，在现场都需要建立一套完整的程序，由船队安全人员带领现场物探监督组、船队技术组提前对障碍物进行踏勘(包括具体的时间和内容)，之后依据实测结果进行障碍物区的安全作业计划和应急预案、特观设计，务必做到具体细致(包括特观后点位精度、资料噪音和作业效率等方面)，再由技术负责人形成一套具体的作业方案(包括特观原因、方法和模拟效果及作业时间等)，由现场物探总监审核确认情况属实无误后，提交至甲方，等待勘探作业者的最终决策，同意后方可按照方案施工。

三维观测系统设计需考虑地质目标和资料处理上的要求，其参数设计遵循的理念是采样充分、均匀、对称、提高成像真实性，优化覆盖次数[8-11]。作业安全保证的基础上，特观设计根据障碍物的位置和分布范围，设计激发点和检波点实际布设，特观方法的好坏，直接影响作业效率和资料质量。基本原则包括：①布设观测系统避开海上障碍物；②特观设计的观测系统要确保面元属性均匀，符合设计要求。

4.1 有效覆盖次数

覆盖次数的高低关系着整体资料的信噪比，特别是针对特定地质目标的采集中，加强主要目的层覆盖次数，高覆盖能够更好地压制随机噪音，增加反射总能量，从而在提高信噪比的基础上，确保成像效果。实际生产项目中，一般执行要求是所得实际资料的覆盖次数，最低达到施工设计要求的3/4，作为有效资料，能够满足后续处理的需要。

依据陈学强[5]提到的，在采用中间对称观测系统和常规处理流程的情况下,可按式(2)、式(3)计算由激发点或接收点缺失引起目的层的有效覆盖次数的变化：

R=1-NS/Xmax(S

(2)

(3)

式中：R为空炮或空道之后与之前的有效覆盖次数比值；S为空炮或空道距离；N为系数(空炮或空道时为1，既空炮又空道时为2)；Xmax为接收目的层反射波的最大有效炮检距；T0为目的层双程反射时间；D为动校拉伸畸变允许值；Vr为目的层的均方根速度。

4.2 最大缺口深度

障碍物区域往往会造成地震采集作业中的激发点或接收点空缺，需要在施工前预测由此引起的剖面缺口的深度及对目的层有效覆盖次数的影响程度，便于采取针对性措施进行弥补。激发点或接收点缺失造成的剖面缺口深度为切除后的CMP道集上资料的最浅深度。而CMP道集上的切除深度由折射波干扰范围和动校拉伸畸变所决定，一般情况下，它仅受动校拉伸畸变值所确定。如采用中间对称观测系统，激发点或接收点的缺失引起剖面上最大缺口深度可由式(4)计算。

(4)

式中：T0为空炮或空道后对应剖面最大缺口的双程反射时；N为系数；S为空炮或空道距离；D为动校拉伸畸变允许值；Vr为估算的最大缺口深度处的均方根速度。

4.3 激发点和接收点偏线布设

对于障碍物影响的激发点和接收点，如果任其缺失，则影响目的层有效覆盖次数，在地震资料剖面上表现为一定的资料缺口，因此需要遵循最小安全距离原则对受到影响的点进行重新布设，通过改变炮点和接收点的位置，使得震源船和海底电缆绕过障碍物进行施工作业，震源船航行轨迹为弯曲的线，故这种作业方法可称之为“弯线”施工，在实际布设过程中，偏离理论设计点越小越好。由于这种方法仍采用原来的观测系统，故该方法基本不影响采集效果。

在“弯线”施工进行作业时，在安全的基础上，遵循“最小”原则：即按照特观设计施工后，尽量保证采集得到的地震资料受到的影响最小化。激发点和接收点在特观设计时，按照纵向间距不变的原则进行，均为横向上的偏差布设。实际项目中，因为障碍物的范围和形状不同，对激发点和接收点的横、纵偏差影响程度也不同，需要依据实际进行布设和作业。这样可以保证一个方向的定位结果在质控范围内，由此减小横、纵两个方向同时偏差过大而带来的综合影响。

4.4 应用效果

2015年渤海湾某OBC工区内存在南堡某废弃的导管架平台，影响了正常作业的进行。此海域水深变化较大，在5 m到20 m之间，潮汐为“涨5落6平1”的半日潮，流速一般为50 cm/s～100 cm/s，潮差最大为3 m～4 m，潮流运动形式基本呈往复流。

通过实地探勘，在设计图上标出此导管架具体位置，形状为不规则四边形，最长边约330 m，最短边约100 m，作业震源船长65 m，宽20 m，拖挂枪阵长度为18 m，作业船速为4.5节，水流方向与作业方向夹角为45°，统一单位后，根据前面所述最小作业安全距离计算公式，求出此次最小作业安全距离理论值为49.89 m，而实际作业中依据航行轨迹可知距离导管架最小作业距离为51.25 m，与理论值基本符合。

同时，通过4.1节中公式，根据所在工区实际情况，S为350 m，N值取为2，此项目Xmax为4 615 m，动校拉伸畸变取值为8%，估算缺口处均方根速度为1 600 m/s，可得出受导管架影响后所得覆盖次数与理论覆盖次数比值为0.84，缺口深度最大为0.47 s。

通过采用特观设计方法，对受影响的激发点和接收点进行了重新布设，通过提前踏勘，软件设计和理论论证，最终安全实施了作业，保证了采集数据的质量和最终效果。

由图5可以看出，在特观设计前，最高覆盖次数为235次，特观设计之后，最高覆盖次数达到了245次，超过了理论设计覆盖次数240次，单从此方面来说，效果很好。甚至从玫瑰图来看，方位角也变宽。

现场施工保证最小作业安全距离的基础上，依据特观设计的激发点、接收点重新布设后，通过具体实施采集完成受障碍物影响的区域，最终得到的现场初叠加剖面(图6)。由图6可以看出：资料缺口最深处为0.25 s，比特观设计前的0.48 s减小近一半的深度，最大程度保全了资料品质，同时也验证了特观设计的效果。

图3 特观设计前后炮检点对比图Fig.3 Comparison before and after the special design(a)过障碍物炮检点关闭;(b)特观设计：重新布设炮检点

图4 特观设计前后覆盖次数模拟对比Fig.4 Comparison before and after the special design(a)特观前覆盖次数模拟;(b)特观后覆盖次数模拟

图5 特观设计前后玫瑰图对比Fig.5 Comparison of rose diagrams before and after the special design(a)特观设计前玫瑰图;(b)特观设计后玫瑰图

图6 特观设计所得资料现场初叠剖面Fig.6 Stacked section of field seismic data after the special design

5 结论

海上地震资料采集，包括常规拖缆和OBC作业，安全都是首要考虑的因素，提前根据船体自身情况、障碍物特点、海况和天气情况，计算出最小作业安全距离，保证作业前做好十足准备。在海上障碍物区进行OBC作业时，利用实地踏勘数据，在工区内准确标出障碍物的具体位置、形状和大小，是特观设计的必要前提，而基于海上障碍物的动态观测系统特观，是处理过障碍区作业的关键措施；与此同时，要对具体海况、作业方式、施工难度、资料缺失情况等因素进行综合考虑；理念是在安全第一的基础上，尽量最大程度保证资料的完整和高品质。

1)通过综合研究，得出一套理论上的OBC正交束线过障碍区施工的最小安全作业距离求取方法，可以形成区域数据库，在实际作业前做出计划，指导现场同类型地震作业的实施。

2)对受到障碍物影响的激发点和接收点进行重新布设，通过特观设计的论证和面元属性分析、缺口深度分析等，保证地震采集作业的安全性、有效性和可行性，以保护炮、检点的完整性，最大程度减少了资料的缺失。

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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

胡兴豪(1985-)，男，工程师，主要从事海外物探项目的作业管理和技术支持工作，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