TDSparker电火花震源在石油地震勘探中的应用.docx

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1、TD-Sparker电火花震源在石油地震勘探中的应用地震勘探已经成为石油勘探中不可或缺的关键技术，而地震勘探最基础的部分则是地震波的激发，震源的激发效果将会直接影响地震勘探的结果。目前，常用的震源大致可以分为两类：炸药震源和非炸药震源。炸药震源产生的地震脉冲的频带较宽，但存在一定的安全问题，并且对地表的钻探程度有一定的要求，爆炸控制不易掌握，适用于致密介质。非炸药震源目前应用比较广泛的有：落锤、可控震源、气枪震源及电火花震源。落锤震源产生的地震波具有低主频、高能量的特点，但施工效率低，是一种主要适用于浅层的震源,特别适合面波勘探。可控震源激发的地震波振幅较低、积累能量较高，可以控制地震波的频率

2、，适用于松散地表难以成井的情况，但可控震源在使用时噪声大，所占体积较大，对地表植被会产生一定的破坏，所以，可控震源不适合在种植农作物及居住聚集地使用）气枪震源自动化程度高，产生的子波具有一致性好、性能稳定等特点，但在浅海区域，沉放气枪的深度受到限制，此时不能忽略震源船体对气枪的影响；同时，由于海平面反射，会产生鬼波效应，限制地震勘探的频带宽度。电火花震源最初应用于海洋勘探，随着科学技术的发展，逐渐出现了陆地电火花震源，使得其应用范围进一步拓宽，在地面、井下、江河湖海、滩涂等条件下均可。1电火花震源基本原理无论是海洋电火花震源，还是陆地电火花震源，仅在冲击力的形成过程中是不同的，其基本原理大致相

3、同。电火花震源主要由充电回路、电容器组、点火开关、放电电缆、放电电极及间隙几部分组成，如图1所示。放电电极及间隙图1电火花震源基本原理图在激发地震波之前，首先，利用外接的发电机经过充电回路，对电容器组进行充电，直至充到预定电压；然后，随着启动信号的接收，连通点火开关，点火开关接通后，电容器组中积聚的电荷通过放电电流释放，释放的电流通过放电电缆进入放电电极及间隙。由于电容组是在极短的瞬间(微秒级)释放的高压电，会形成上万摄氏度的电弧，在放电间隙中形成高温高压的环境，将水气化，产生冲击压力波。这种冲击压力波可以激发地震波，充当震源。2电火花震源的优势电火花震源是一种非炸药震源。近些年，随着勘探技术

4、的进步，对震源环境、安全要求的提高，电火花震源以其独特的优势得到迅速发展和广泛应用。(1)实际勘探中应用范围较广在海域、滩涂、沼泽、陆地都能使用。(2)能量可控震源能量大小可以根据勘探深度的需要，按模块化组合，不受限制。(3)施工灵活、便捷、安全小功率的电火花震源可以采用轮式结构，大功率的电火花震源可以集成一个箱体，接通电源，把电头放入需要激发的位置即可。3试验系统与数据分析为了验证电火花震源在石油勘探中的应用效果，2015年在某浅海处进行了电火花震源和气枪震源的实验。其中，电火花震源能量为200KJ,炮间距为150m,覆盖次数为18次覆盖;气枪震源采用32枪组合，炮间距为75m,覆盖次数为3

5、6次覆盖。采用的检波器频间距20m,接收道数为260道，记录长度6s。根据获得的数据，分别从单炮记录、频谱分析和叠加剖面三个方面来进行分析电火花震源的应用效果。3.1 单炮记录分析分别记录电火花震源和气枪震源的单炮记录，经过分频处理，可以得到不同频段的单炮记录。图2为1020Hz单炮分频对比图，左侧为气枪震源单炮记录，深层可以记录到反射波;右侧为电火花震源单炮记录，深层能量较弱，记录的有效反射波不明显。.IH1iui11111111H1111i111H111ii111H111H1111ini1i111H1111111HuiH1ini1HBi11iH111HK111i1ini111H111HII

6、IHniIiI-IIIHIIIIIIHHIIIIIIIHIIHIIIHt11111IIIIIIIIIIIIIHIIHIIHMIMIM9HIMIMII9f1MIM9911nIMI9tIIHM1-.I1111inni11t1111111inm1Intnni111H111111inHnrni1MIinnmiMMMMMrMMMMIMMMMM.1i111H111i11111i1ni111H!HHn!n!tHH!H11t1i1H11111HIIIIIIII!111it111111HH!fHHf!HnHIIIII.图21020Hz单炮分频对比图图3为2040Hz频段的单炮对比图，左侧为气枪震源；右侧为电火花

7、震源。在此频段,两种震源的能量相差不大，所记录到的有效反射波基本相同。图3240Hz单炮分频对比图通过对比可以看出，1020Hz频段电火花震源的能量不如气枪强；2040Hz频段电火花震源与气枪震源的能量相当。综合来看，电火花震源的低频段的能量有待加强。3.2 频谱分析为了进一步验证电火花震源和气枪震源在频率方面的差异，随后对单炮时段进行频谱分析，选取三个不同的时窗进行对比，从上到下依次为500-IOOOms,1500-2000ms,2500-3000mso通过频谱对比，发现电火花震源的高频成分比较丰富，有利于一些薄层的识别；但是随着深度的增加，高频成分逐渐减弱，衰减较快。3.3 叠加剖面分析电

8、火花震源的覆盖次数为18次，气枪震源的覆盖次数为36次，将其分频之后的数据进行叠加，电火花剖面的叠加次数只是气枪的一半，得到分频叠加剖面。图4和图5分别为水检和陆检的1020Hz时的频段叠加剖面，可以看出，2500ms以内，两剖面信噪比相当；2500ms以下，电火花震源叠加剖面效果较之气枪震源稍差。图4水检1020Hz分频叠加剖面对比4数据处理与结果对比将采集到的数据进行处理，运用Radon双曲滤波技术，滤除直达波、多次波，处理后的数据中反射波清楚，同相轴连续清晰。对共炮点道集进行速度分析，400OmS以内数据，Radon变换速度分析，得到偏移速度曲线，如图6所示，表明350OmS处的反射界面

9、能量清晰，信噪比较高。即200KJ的电火花震源的勘探深度可到3500msoII帆MMWMg3F=,畜WF崛MrajsS跑节5品T号心itHMijaFiCtViwvaMm图6共炮点道集速度扫描ett7-5H7IV与竺f：三5!M*Hfij%德苒如。而吟产毛ma毛aa-SgsfS使用SSP地震散射软件进行处理，同时得到地震散射偏移图像（图7）与地层波速分布图像（图8）。图7对界面反射系数成像，反应地层结构形态。它是空间域图像，浅灰线条为正反射系数，波速增高；深灰相反。图8对地层波速成像，反应岩层力学模量大小。浅灰为高波速，深灰为低波速。它可作为地层岩性的断定依据。波速图像显示，在左端深部有高速侵入

10、体。试验结果表明，使用200KJ点火花震源，在海水中激发，18次覆盖的条件下，勘探深度可达4000m。后陆图8地层波速图像通过浅海勘探实例中与气枪震源的对比以及记录数据的分析处理表明，电火花震源有很好的实际应用效果，200KJ电火花震源激发的地震波勘探深度可达3000m或可达到4000mo在浅海勘探中，200KJ的电火花震源与32只气枪组合震源相比，激发的能量在15Hz以下的低频段，不如气枪震源强，在炮头设计与组合激发方案上还有待该进，以提高低频段能量。电火花震源的能量可以根据需要进行组合增强，可以增加大到400KJ、600KJ或8(M)KJ,组合后低频段的能量会得到明显的加强，600KJ则基本可以满足5000-6(XX)m深度勘探的需要，具有潜在的应用前景。