eSeis节点地震仪器在严寒工区施工技术

武永生， 郑永明， 韩忠伟， 封召鹏， 王洪涛， 蔺大禄

(中国石油集团东方地球物理勘探公司 河北 涿州 072750)

0 引 言

纵观近三十年油气勘探发展态势，地震勘探朝向高精度、宽频带、全波场方向发展，且采集仪器实时接收道数呈指数级增长，这就要求地震采集系统具备超大规模地震道数采集能力。地震数据采集系统是地球物理勘探最为核心的装备之一，也是衡量地球物理公司勘探能力及国际竞争力的重要标准。

近期低油价时期地球物理勘探追求的是高效率、低成本，而节点地震仪器在勘探施工中已表现出特有的优势：1)施工便利、环保，操作简单，劳动强度低，施工成本低，特别在山地、城镇等复杂区,施工优势更加明显[1]。2)节点地震仪器接收道数不受限制，能够实现地震勘探的各种高效采集方法和技术，同时满足超大道数地震勘探采集的发展需求，较好地适应地球物理勘探发展方向。

eSeis节点地震仪器采集系统除了具备上述优势外，手簿坐标放样技术、数据处理和下载一体化和持续的采集能力也是它的优势[2]，但是这要依靠稳定持久的电池不断向它供电才能完成。如果节点仪器在严寒地区作业时供电电池性能下降，将会对节点地震仪器的工作产生严重影响。

1 操作流程和技术

1.1 上线前充电自检

其他节点地震仪器充电柜和数据下载是分开的，而eSeis节点地震仪器充电是在充电数据下载一体柜上进行的，充电数据下载一体柜上有一个两位拨动挡位开关，一边是充电位，另一边是数据下载检测位。根据施工生产参数，在充电下载一体柜上，用HARVESTER软件把施工参数配置每一个eSeis节点地震单元，并在上线前做好自检，生成相应的质控文档。HM软件输出的文件，主要有节点单元的下载文件，节点单元的测试文件，包括日检、自检、检波器测试、GPS时间统计、查线QC统计，都可以.csv文件产生，方便后期查询。

在下载检测位检查每一个采集单元的电量，严寒条件下，正常电量充电到8.2 V以上就可以在野外使用近15 d。

1.2 野外布设

由于内蒙古当时的气温是-30 ℃左右，草原地面都是很坚硬的冻土。野外布设时采用两人一组，他们的作用是一人为eSeis节点单元打孔，另一人安放和激活eSeis节点单元。打孔人员带着放站手簿在前面采用锤子和铁锥打孔，手簿里安装有Node hunter程序，应提前把测量提供的SPS文件进行加载，这样打孔人员可以检查自己的工作任务是否在正确的测线上。另一个人把节点单元的尾椎插入已经打好的孔中，然后用手簿对eSeis节点单元进行激活，通过采集单元顶部的闪烁灯变绿或者激活铃声可以确认采集单元已经正常工作了。激活人员手簿里也安装有Node hunter程序，也是加载了测量提供的放站SPS文件，这样在激活时可以确认eSeis节点单元所放的位置是否在设计的坐标点上。图1所示为手簿操作界面。

图1 手簿操作界面

1.3 数据采集与节点回收

采集排列上完成布设节点单元后，可以通知可控震源启动放炮，期间不用对节点采集单元做任何变动。这时要对开炮时间做一个记录，放炮结束时间同样做一个记录，目的是后期数据下载可以下载有用的时间段。

如果要让节点单元每天自检，这个时间点和自检所用时间都是可以设置的，一般设置自检时间为300 s。在整个自检过程中eSeis节点单元是不采集数据的，因此如果设置了自检时间，在自检时间期间是不能放炮施工的。自检后，采集单元开始记录数据，数据格式为自定义格式.acq文件，这个格式为.acq文件最大200 Mb，每天产生的格式为.acq文件的数量根据采样率的不同而不同；同时还会产生一个格式为.csv质量监控文件，以方便后期质量监控溯源。

数据采集结束后，回收人员从测线上收回节点地震仪器单元，要及时清理附着在站体表面的泥土，以方便下一步工序安装在充电下载一体柜上。

1.4 充电与数据下载

eSeis节点地震仪器采用锂电池供电。锂离子电池是一个复杂的电化学系统，由固体材料和液体材料组成，它的工作原理涉及2个基本过程：带电粒子的传质过程和电化学反应。因为固体材料会有热胀冷缩，液体材料低温黏度增大甚至凝固，在低温下带电粒子的传质过程和电化学反应速度必然降低，所以，锂离子电池中无论材料和过程均会受到温度的影响。低温锂离子电池容量不可逆转的损失——低温老化机制[3]，锂离子电池“怕冷”，意味着低温不仅会降低锂离子电池的工作效率，也会对锂离子电池的材料造成或多或少的伤害。主要可分为材料的不可逆结构破坏和活性物质(尤其是循环锂)的永久损失。换句话说，锂离子电池在低温情况下的老化主要来自于动态充放电过程造成的循环老化[4]。

考虑到从线上返回的站体温度较低，由于锂电池本征特性，并且低温下容易发生地震数据下载不全或无法读写TF卡等诸多问题，本项目的解决方案是将收回的eSeis节点地震仪器放入有暖气的室内约1 h，待温度回升到5 ℃以上后再进行充电操作，此过程会使站体发热，待恢复室温后再进行数据下载等工作，保证数据安全完整。

数据下载使用Harvester Manager软件进行操作，节点采集单元安装到充电下载一体柜后，选择下载时间段和下载存储目录，这个时间段应大于这批节点采集单元采集地震数据的放炮开始到放炮结束时间，图2所示为正在执行数据下载的操作界面。

图2 正在执行数据下载的操作界面

1.5 数据处理

数据下载后，形成两个文件夹，一个文件夹以SeismicData命名， 里面包含采集数据.acq文件，它们以节点单元的序列号和日期进行命名；另一个文件夹以QCData命名，里面包含质量数据.csv文件，它们也以节点单元的序列号和日期进行命名。数据切分使用 eSeis2.0 DataManager节点数据处理软件(下简称DM软件)，该软件可以实现eSeis节点仪器的地震数据下载、切分、合成，并输出道集、炮集等功能，也可以对合成的地震数据做简单的质量控制。如图3所示为eSeis2.0 DataManager节点数据处理软件操作界面。

图3 eSeis2.0 DataManager节点数据处理软件操作界面

1.5.1 切分技术

地震数据的切分需要引入下载的地震数据、SPS文件、Time Break列表和站体序列号。

地震数据的引入需要在系统设置中指定地震数据的下载存储路径，该路径是Harverster Manager数据下载软件的数据存储的路径。

其次导入SPS文件，其中SPS坐标系需要与提供的SPS一致，如果需要生成炮集，则需要SPS.R、SPS.S、SPS.X等三个文件同时导入。

然后导入Time Break文件，Time Break文件简称TB文件，此处的TB文件的导入来源主要有3个方面。 第一，用户自己定义的TB文件格式； 第二，从有线采集系统震源激发产生的APS文件中提取； 第三，从有线采集系统 OB日志里面的GPS中得到。当然，在勘探施工中全部采用节点采集系统进行作业时，TB是从可控震源激发产生的APS文件里提取的。

最后导入采集站序列号，采集站序列号依次导入功能是小折射模式下需要导入的文件之一，导入的文件格式是txt文本格式的。该文件将野外实际布设eSeis采集单元的序列号，按照实际位置顺序依次键入文本中，后期生成的SEGD文件道序列将按照上述顺序显示。

1.5.2 eSeis节点单元野外桩号匹配技术

野外节点单元桩号匹配主要是通过节点单元记录的GPS点位信息与SPS的点位对比计算完成。完成上述地震数据引入、SPS文件，TB文件和站体序列号的导入之后，在主页面点击自动匹配按钮即可。自动匹配完成后，会有个别检波点由于各种原因无法完成匹配，此时需要手动完成桩号匹配。首先通过筛查功能，对“冲突”的桩号进行处理，而“冲突”警告是因为在同一时段，同一个检波点同时有两个站进行采集并生成数据，通常情况下，需要用户做出判断，如果是因为换站导致上述问题，建议以新换站数据为有效。自动匹配完成后，可以利用分析数据缺失的功能，将缺失数据的节点筛选出来。

eSeis节点单元野外桩号配置完成之后，在主界面开始切分，形成SEGD或者SEGY数据提交给甲方。

2 应用效果

两个二维项目，共铺设48 560个检波点，由于采集站异常导致的空道共35个，eSeis节点地震仪器的空道率为0.721‰。

第一个项目的测线较长较密，每天返回的eSeis节点采集单元数量在3 000个以上，第二天急需将站体布设，来不及执行数据下载并充电的工序。故根据项目eSeis节点地震仪器的实际使用情况，技术人员决定变更节点仪器的使用方式：每天回收的站体只进行升温后充电，不进行数据下载，将物理损坏的站体剔除，最后将合格的站体交给队上第二天布出；若测线需要滚排列，根据使用天数和手簿扫描的站体电量，部分情况下可以直接布在新线上，只需人工识别损坏的站体并挑出。项目即将结束前统一下载所有数据，最后进行数据切分和处理，这种方案大大节省了施工效率，非常适合二维地震采集项目“短平快”的特点，值得借鉴和推广。

eSeis节点地震仪器仅仅用了不到1个月时间就完成了该二维项目，采集获得的资料如图4所示，eSeis节点资料与原有资料全频对比图，从图中可以看到，埋置于地表eSeis节点地震仪器，有效消除了各种地上噪音的干扰，提升了地震资料对断层刻画及对薄储层的识别能力， eSeis节点地震仪器采集到的数据与原有老数据相比较，目的层连续性更好，分辨率更高，提高了含油气预测的精度。

但是在项目应用过程中，不同于有线采集仪器可以随时观看到采集观测系统的实时状况的情况[5]，节点地震仪器采集单元一旦出现不工作状态，不能及时发现，就造成了采集数据的丢失[6]。因此，节点地震仪器的可靠性要达到100%，人们才会减少质疑，以后在eSeis节点地震仪器节点单元野外实时质控方面还需要加强进一步的开发，每个采集站利用卫星时钟系统校准同步本地时钟系统精度要减少漂移[7]，从而为连续记录的地震数据标记精确的卫星时间，这些都将成为下一步的工作目标。

图4 eSeis节点资料与原有资料全频对比图

eSeis节点地震仪器在极寒地区的应用，体现了耐低温、带电作业时间长、设备体积小、施工过程降低安全风险等优势。在保证资料品质的情况下经济性尤为突出，尤其与同地区同参数的有线采集比较，人员节省75%、车辆节省68%、成本费用总支出减少36.2%，高寒地区数据下载完好率99.59%。

3 结束语

目前，油气勘探主要集中在复杂地表区域，特别是表层结构复杂且施工作业非常困难的区域，有线仪器存在布线、查线困难，地上噪音较大，地震资料分辨率明显降低等缺点，严重影响油气勘探进程。相对于有线仪器，节点仪器使用方便，节省人力物力，HSE风险低，而且节点采集单元埋置于地表，有效消除了各种地上噪音干扰并提高了地震资料分辨率，提升了地震资料对断层刻画及对薄储层的识别能力，因此节点地震仪器正在成为各个油公司追捧的对象。

在eSeis节点地震仪器应用过程中，需要根据eSeis节点单元的电池续航能力、数据下载方法、充电速度等特点，对地震队的施工进行合理规划，这样才能发挥eSeis节点地震仪器的施工优势。