WTU无线节点与有线仪器联合应用实例

聂明涛，叶朋朋，魏铁，郭善力，张超，贺立永

(1.中国石油集团东方地球物理公司，河北涿州 072750; 2.中国石油大学地球物理学院，北京 102249)

0 引言

无线节点仪器是近年来兴起的地震采集仪器，以其灵活的施工方式和稳定的连续记录能力受到业内广泛认可，在近几年的地震勘探项目中已占据半壁江山。节点仪器因为道间无需电缆连接而更适用于城区等复杂地表施工的特点，这也是它的最大缺点，节点仪器一般都是不能实时回传排列信息和生产数据的“盲采”[1-3]。

WTU-508是法国Sercel公司于2017年发布的无线节点仪器，可以与428、508等有线仪器配合使用。与其他节点仪器最大的差别是能够实现在线设备实时质控，受到业界用户的广泛关注。

由于节点仪器与传统有线仪器所具有的不同优势，在同一地震勘探项目中同时使用两种地震仪器进行施工互补的项目越来越多。2019年阿联酋两支超级地震队分别配备80 000道Sercel 428XL-G和100 000道508XT有线仪器施工，同时配备了8000道WTU-508用于在城区、农场等受限区域施工，弥补有线采集设备的应用环境限制。

1 WTU介绍

1.1 硬件介绍

WTU节点仪器是一种独立的地震数据记录单元，内置24位模数转换器、SD数据存储卡、供电锂电池、GPS授时模块，如图1(a)所示；图1(b)DH(Data Harvesters)是数据回收设备，可实现在线设备的QC和生产数据的无线回收功能；图1(c)是WTU充电和数据下载的交换设备；图1(d)DCM(Data Completion Manager)是节点采集数据管理中心，主要包含一台服务器和用户许可，可完成采集数据的下载和分选输出；图1(e)APU(Access Point Unit)是进行无线接入单元；图1(f)PFT(Portable Field Terminal)是便携式野外终端[4-5]。

图1 WTU节点主要硬件设备[4]

表1 WTU基本参数表[4]

1.2 作业流程介绍

1.2.1 设置采集参数

DCM通过APU实现对WTU采集参数的设置，主要包括前放增益、采样率、滤波类型等参数，同时还可以设置每日自检测试项目、采集时间、WIFI、Pathfinder、GNSS、Tilt测试模型等参数。如图2、图3所示。

图2 采集参数设置

图3 日检测试项目及测试时间

1.2.2 野外站体布设

在野外站体布设过程中，使用PFT依次扫描节点编号，形成放线报告，主要信息是站体序列号与WTU实际野外工作检波点桩号匹配。

1.2.3 过程QC数据回收

野外生产采集过程中，使用DH通过APU进行无线QC数据和当日生产数据的回收，这就是WTU节点实现排列实时质控的XT-Pathfinder技术。由于回收数据能耗较高，一般不使用无线模式进行生产数据回收。使用DH回收QC数据的同时也可以获得WTU布设位置与检波点桩号的匹配，用于后续数据下载合成过程中的数据匹配，所以DH能够互补使用PFT进行站体布设，在地形相对通讯较好的情况下，可以省去使用PFT进行站体布设[6]。

在布设完成后，使用DH设备在WTU排列附近，打开Filed monitor软件，会看到附近的WTU，将其中一个WTU设置为Gateway后就能看到测线上布设的所有WTU系列号和QC状态。在线QC数据回收可获得电池电量、检波器状态、存储状态、GPS状态、环境噪声等信息。WTU节点基于XT-Pathfinder技术实现在线设备的实时质控，野外排列布设过程中要求WTU之间最大距离不超过100 m，节点站体之间不能有明显遮挡，当检波线距离大于100 m时，需要设置一些中转站体(WTU Repeater)布设在检波线之间，保证任意一个WTU站体至少有一条畅通的传输路径可以将QC信息传达到DH或者DCM，如图4所示。由于实际应用过程地表的复杂性，很难一次性获得所有在线WTU的信息，可以通过更换DH回收信息位置获得所有在线设备信息。

图4 XT-Pathfinder技术实现实时质控[6]

1.2.4 数据下载与合成

铺设在排列上的WTU随排列滚动，完成对应检波点采集任务后，收回营地进行生产数据下载与充电工作。通常下载充电设备数据的传输时间取决于WTU线上工作天数，一般远远少于充电时间。就单个WTU来说，满内存30天，每天24小时2 ms采样率的数据，传输时间在15 min左右。

DCM可输出微地震数据、相关和未相关炮集数据，包含1.0、2.1和3.0三个版本。数据分选时，输入除原始采集数据外，还需SPS和包含炮点桩号、坐标、激发TB等信息的炮点信息表，如果是可控震源激发资料还需要提供相关参考信号SEGD文件。图5是WTU数据存储和下载充电设备。

图5 WTU数据存储和下载充电设备

2 应用实例

2.1 项目基本信息

BGP公司2019年开始承担的某超大三维地震勘探项目，总炮数736万炮，施工面积1.1万平方公里，工区共分成7个Zipper。施工区块位于阿联酋首都阿布扎比西部和南部沙漠区，靠近沙特边境地区，工区内主要地形为沙漠地表，沙丘起伏高度约100～200 m。另外工区内还分布皇家狩猎区、自然保护区、城镇、高速路、核电站、军事演习区、盐沼等多种施工受限区域。项目配备79 000道428XL采集设备，采用62线×496道全方位观测系统，单炮模板30 752道，超级排列在53 000～56 000道。该项目是BGP公司首次采用过50 000道超级排列进行大型沙漠区可控震源高效采集作业。

2.2 带道能力突破

项目开始的Zipper1单线道数640道，按照多束联合施工需求，超级排列一般为67条线，共43 000道。当生产转入Zipper2后，单线道数800道，超级排列达到54 000道，加上项目采用TD相对灵活的动态滑动扫描，施工过程中总出现TRV数据堵死的现象，一度无法继续生产。在排查428XL带道能力期间，铺设部分WTU降低超级排列总道数，边施工边查找系统问题。

为了降低超级排列总道数，铺设WTU可以有以下2种联合施工方式：一是减少单线道数，在每条线的一段铺设部分WTU节点(如图6a)，减少单线道数进而降低超级排列总道数；二是减少超级排列总线数，把中间部分检波器铺设WTU(如图6b)，通过减少有线设备接收线数降低超级排列总道数。通过小队各班组技术人员充分讨论，出于考虑WTU设备野外生产管理和数据下载管理方便性上，决定选择采用整线铺设WTU的方式。通过WTU设备的应用减小带道能力对生产的影响，为排查和提升428带道能力赢得了时间[7-9]。

图6 WTU与有线排列布设相对位置

2.3 受限区施工

使用有线仪器在城区或者跨高速路施工时，一般采用架设过路杆或使用过路胶皮的方式。在单向25 m宽、限速160 km/h的高速公路进行架杆作业安全风险非常高，而且架杆作业对排列的稳定性也会有很大影响。结合工区高速和城区等障碍物的分布，通过充分论证，配备8000道WTU节点和有线联合施工能够满足需求。在特殊地区使用WTU进行有线仪器补充，其余地区使用有线仪器[10-11]。

通过采用WTU与有线仪器的联合应用，很好地规避了高速路架杆作业的安全风险，同时提高城区检波点布设的均匀性，满足了各种复杂障碍物区域采集施工需求[12-13]。如图7是在城区绿化带布设WTU，有线仪器因为点与点之间需要连接电缆，适用性较差。

图7 城区布设WTU

阿联酋国家保护动物养殖场中动物密集，有线设备铺设很难保证动物不被线缆缠绕，对动物造成伤害。如图8(c)是工区内其中一个动物农场，在面积不足15 km2的农场内散养了近6000只羚羊，部分物种是该国稀有品种。为了动物安全，要求所有入场人员和设备都必须经过严格的消毒。WTU节点成为区域内检波点最佳设备，施工中将检波器串和WTU都埋在地下，只保留WTU顶端GPS授时部分露出地表，在不影响动物安全的情况下，完成了放线施工。

图8 高速、保护区及动物农场布设WTU

工区内分布的核电站、军事雷达、军事机场、ADNOC储油罐区、高压输电网等区域，对进入人员和设备均有严格要求。有线设备因供电铅酸电瓶不满足安全要求被禁止入内，只有WTU节点内置锂电池符合相关要求。此外，WTU布设简单，安全风险低，可以获得进入施工许可。

3 应用效果

3.1 创新应用

为了满足项目配备8000道WTU生产过程中正常充电和数据下载，项目设计了充电和数据下载一体车，如图9所示。集装箱下载充电室内共安装了10个柜体，每个柜体安装了5个数据下载充电器，一次性可供500道WTU同时下载数据和充电。一体车的应用提高了工作效率，每4 h可完成500个节点的充电、数据下载、数据合成及输出工作。同时解决了原厂DCM主机系统和充电、下载单元脱节，没有集成化的问题，填补了行业内该领域的空白。

图9 WTU充电和数据下载一体车

为了满足项目甲方对道集、炮集等不同数据格式的要求，项目联合采集技术支持部新研发了WTU节点数据分选软件KL-NodeQC。软件除具备原厂软件的数据处理功能外，还增加了与其他多种有线仪器联合施工时数据拼接功能，图10是节点与有线联合采集的单炮拼接示例[11-14]。

图10 节点与有线单炮拼接示例

3.2 资料品质提升

如果没有WTU节点采集设备，很多区域有线设备不能获得进入许可，炮检点只能空掉，浅层覆盖次数会出现严重缺失。如图11是动物农场有无WTU叠加剖面效果对比，图11(a)红框内没有节点采集设备的资料贡献，该区域1.5 s左右叠加剖面出现较大空白。图11(b)增加布设部分WTU检波点后叠加剖面，采集资料浅层0.5～1.0 s资料得到有效补偿。

图11 联合采集现场叠加剖面效果

4 结语

随着大道数采集技术的应用，带道能力成为有线仪器重要指标，而节点仪器很好地规避了有线仪器主机带道能力和数据传输等方面的限制，突破了有线仪器大道数的极限。无线节点仪器正向稳定的系统和更长的连续采集能力方向快速发展，该类仪器所占的勘探市场份额越来越大。

WTU兼具节点仪器的优点，同时可以实时监控在线排列状态，能够在跨越高速公路、城区、农场等受限区域施工，有效弥补有线设备的不足。通过提高检波点布设的均匀性，在弥补浅层资料缺失方面发挥重要作用。