渤海某油区井间地震作业环境噪声评级及应对措施

刘如明，阚留杰，崔国杰，张国强，涂春赵，胡志爽

（1.中海石油能源发展股份有限公司工程技术公司，天津 300459；2.中海石油（中国）有限公司天津分公司，天津 300459）

渤海某油田由于主力目的层储层较薄、横向连续性差、尖灭现象普遍，加之断层较多，常规地震在目的层段的解释精度无法满足油田开发需求[1-2]。为了解决上述难题，2015年底中海油首次在该油田进行了井间地震作业。

陆地油田井位比较分散，噪声相对较少，作业空间比较广阔，具有较好的井间地震作业条件[3-4]；而海上平台由于费用高、空间小、平台重型设备及船舶等噪声大等因素限制，极少开展该类型作业[5-6]。针对海上井间地震采集复杂施工条件下，在施工中如何对环境噪声进行快速判别和控制，以得到高质量数据，并提高施工效率等方面缺乏可借鉴的标准和案例。同时由于本次井间地震与钻完井作业交叉进行，作业环境噪声很强、复杂多样，严重影响了井间地震采集数据的信噪比。在前期采集的12个扇区中，有6个扇区的资料因为信噪比低而无法应用，需重新采集。通过对12个扇区采集的数据及采集时环境因素进行了全面分析，对环境噪声进行评级，并针对钻完井不同作业环节及噪声情况制定相关措施，有效地指导了后续资料采集，数据信噪比得到了显著提高。

1 作业环境噪声特征分析

由于本次井间地震与钻完井作业交叉进行，各种重型设备运转及拖轮在平台周边频繁机动，都会产生各种类型的噪声。钻完井的噪声主要分为两类：（1）设备运行噪声：比如泥浆泵、固井泵等设备运行产生的噪声，船舶在平台周边机动产生的强噪声等；（2）作业噪声：比如钻进过程中钻头破裂地层产生的噪声，下套管及装井口期间工具磕碰等产生的噪声等[7]。要提高采集数据的信噪比，首先要分析出噪声规律，即分析钻完井不同作业环节中噪声产生的方式和特点，才能克服噪声对数据采集的影响[8]。

1.1 钻井噪声分析

钻井每口井作业周期相对较长，各个作业环节产生的噪声也不同。在采集过程中，通过记录数据的噪声情况与当前钻井作业进度结合分析，确认不同作业环节噪声的影响程度。通过对钻井作业期间采集的数据进行分析，确认了不同钻井作业环节中噪声产生情况（表1）。

表1 钻井不同作业环节中主要噪声统计Table 1 Main noise statistics in different drilling operations

（1）钻进及倒划眼作业：在钻进和倒划眼过程中，由于钻头破裂地层，产生大量噪声。该噪声经地层传播，由地震检波器接收，对地层数据采集造成影响（图1）。该种噪声的影响程度与钻头距检波器的距离有关，距离越远，噪声衰减越强，则影响越弱。对第一对井采集的数据进行分析表明：钻头位置与接收井检波器距离在650 m之内，则钻头破坏地层产生的噪声对采集数据质量的影响较强；如果超过650 m，则影响相对较弱。

图1 钻进时背景噪声Fig.1 Background noise during drilling

（2）泥浆泵噪声：泥浆泵在运行时会产生噪声。本次作业由于泥浆泵距离井口位置较远，产生的噪声对正常采集影响较小。

（3）起下钻、下套管及井口作业：在起下钻、下套管及井口作业期间，不可避免的会产生磕碰、敲打，很容易产生随机噪声。由于该种噪声产生的位置距离井口位置很近，噪声经甲板由套管传入接收井内，形成套管波，实时显示信号为典型的V字形[9]（图2）。

图2 套管波信号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盖甲板上，距离井口位置较近，在固井泵运行和移井架期间，固井泵和滑行底座会持续产生低频噪声，导致信噪比降低（图3）。

图3 固井泵噪声Fig.3 Noise of cementing pump

（5）拖轮噪声：海上拖轮一般为6 000～12 000马力，在钻完井作业期间在平台周边机动比较频繁。在拖轮机动时，将产生非常强的噪声，直接通过海水、隔水导管等传入井内由检波器接收，成为对采集影响最严重的噪声（图4）。

图4 拖轮机动在平台周边机动时背景噪声Fig.4 Background noise of tugboat maneuvering around platform

（6）电缆测井：为避免跨电缆作业，电测作业期间平台靠船及吊装作业极少，重型设备基本都处于停运状态，平台相对较安静；同时，测井仪器串在井内产生噪声很小，不会对井间地震数据采集造成影响。

1.2 完井噪声分析

通过对完井作业期间采集的数据进行分析，确认了不同完井作业环节中噪声产生情况（表2）。

表2 完井不同作业环节中主要噪声统计Table 2 Main noise statistics in different operation links of well completion

刮管洗井和射孔作业是完井特有的作业环节，其它环节噪声情况与钻井情况类似。

（1）刮管洗井：刮管器与套管内壁频繁摩擦，会在井内产生无规律、间歇性出现的噪声。

（2）射孔作业：射孔作业会产生剧烈噪声，但射孔作业时间非常短，属于瞬时噪声，可以通过关注射孔作业时间规避射孔噪声。

通过上述分析，对交叉作业环境噪声产生的方式及噪声特点有了初步的认识，明确了不同钻完井作业产生噪声的强度、规律性等特点，方便现场作业人员对噪声进行归类、分析。

2 环境噪声评级及应对措施

2.1 环境噪声评级

根据噪声强度、噪声特点和处理难度，将噪声进行了分类并对不同噪声条件下的作业环境进行了A、B、C、D四个等级的划分，噪声环境由A级到D级，噪声强度逐步增大，规律性越来越强，处理难度越来越大。通过噪声环境评级，相当于从噪声的角度将整个钻完井作业按噪声特点划分为四大类，找到了嘈杂的交叉作业环境下噪声的变化规律，有利于现场作业人员从整体上制定克服噪声的措施（表3）。

表3 噪声分类及环境评级Table 3 Noise classification and environmental rating

2.2 四级噪声环境应对措施

不同噪声环境下的作业措施见表4。

表4 不同噪声环境下的作业措施Table 4 Operation measures under different noise environment

A级：相对比较安静，数据信噪比特别高。但在射孔作业期间绝大部分时间比较安静，只在射孔弹激发的一瞬间产生噪声，属于瞬时噪声，可以关注射孔作业时间来规避射孔噪声。

B级：噪声强度较低，持续时间短，具有随机性。在现场，随机噪声主要通过多炮叠加的方式进行消除。同时发现原始数据中存在较强的高频噪声(图5左)，对其进行速度分析，噪声速度V=(2 489-2 339)/(0.365-0.270)=1578.95(m/s)，认为该噪声为管波；考虑到管波的速度单一，现场对管波的处理方式采用速度滤波的方法，并取得良好效果（图5右）。虽然现场通过这些手段可以消除低强度噪声的影响[10]，但现场采集过程中要尽量规避装井口、砸螺栓等噪声密集时间段，确保数据具有较高信噪比。

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

C级：通过对信号强度的实时监测并结合钻完井作业动态，来规避噪声。如果背景噪声强度正常，则正常采集数据；如果背景噪声强度较强，影响较大，暂停采集。由于该类型的噪声存在阶段性，暂停采集期间每过5 min观测一次实时背景噪声强度，如强度降低则进行正常采集。

D级：存在该类噪声时，实时信号强度远大于有效信号强度范围，通过现场巡查确定噪声源。此类型噪声由于按一定的频率持续存在，且噪声干扰造成有效波波形失真，波场处理无法消除其影响，导致数据信噪比降低。在D级环境下暂停数据采集，直至作业环境转入其它三种类型为止。

3 现场应用效果

在之后的采集作业中，现场严格按照该措施进行作业，在降低噪声影响方面取得了很好的效果，数据质量明显提升（图6）；在第二个剖面，共进行的18个扇区的数据采集工作中，井间地震采集数据的信噪比明显提高，其中只有2个扇区是因为这两口井的井间距较远，接收信号差，需要重新采集，其余扇区基本采集到了合格的数据。

图6 某扇区原始数据与复测数据共接收点道集对比图Fig.6 Comparison of common receiver gathers of original data and retest data in a sector

海上井间地震环境噪声评级及应对措施的提出和使用，克服了交叉作业环境下噪声情况复杂的难题，提高了数据的信噪比，保证了数据资料的整体质量。本次井间地震两个剖面最终解释分辨率均达5～10 m，部分井段解释分辨率达到3～5 m，为后续的海上井间地震数据采集提供了借鉴。

4 结束语

通过对海上主要噪声进行分析，得出了不同钻完井作业环节中噪声的特点以及其对数据采集的影响程度，基于此对噪声环境分为四级，并对每种噪声环境制定对应措施，可有效规避噪声对数据采集的影响，提高了数据信噪比和作业效率，应用前景广阔。