和地震數(shù)據(jù)的質(zhì)量控制。由于地震采集道數(shù)的激增以及邊緣領(lǐng)域的勘探使得有線系統(tǒng)的生產(chǎn)效率降低。在復(fù)雜難以進(jìn)入的地區(qū)、環(huán)境易受破壞的地區(qū)，有線系統(tǒng)要由無線系統(tǒng)補(bǔ)充或替代(D. Mougenot, First Break, February 2010)。無線系統(tǒng)不是什么新鮮事物，但其造價(jià)昂貴并且傳統(tǒng)的天線很難使之實(shí)現(xiàn)同步。
從2005年以來，隨著低成本、低能耗的GPS芯片用于實(shí)現(xiàn)同步，無線系統(tǒng)變得越來越經(jīng)濟(jì)可靠。目前，在許多地區(qū)，高性價(jià)比的無線系統(tǒng)已經(jīng)替代了有線系統(tǒng)。在美國，無線系統(tǒng)的使用發(fā)展迅猛，在其他國家，如印度、中國、俄羅斯以及中東等國家，無線系統(tǒng)的使用仍處于萌芽期，其中一個(gè)原因是，這些國家的油公司仍舊希望數(shù)據(jù)采集時(shí)可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)傳輸，就像有線系統(tǒng)一樣，因此，無線系統(tǒng)要想拓展市場(chǎng)份額必須提供實(shí)時(shí)傳輸?shù)哪芰Γ琖iFi技術(shù)的使用提供了這種可能性。
Sercel在研發(fā)UNITE無線系統(tǒng)時(shí)是首家把GPS及WiFi技術(shù)都考慮在內(nèi)的公司，承包商根據(jù)客戶的需求可以選擇全盲采，盲采就是遠(yuǎn)程自主單元(RAU)連續(xù)記錄GPS時(shí)間戳數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)稍后可以恢復(fù)出來，這就需要設(shè)備具有非常高的可靠性。通常，對(duì)位于WiFi天線附近的RAU，由于能夠檢查實(shí)時(shí)GPS同步和地震數(shù)據(jù)的質(zhì)量，用戶會(huì)感覺更放心。對(duì)于其他的研究，比如記錄壓裂作業(yè)時(shí)微型地震活動(dòng)，更需要通過網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)得到所有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。由于在數(shù)據(jù)恢復(fù)過程中的靈活性，Sercel公司的UNITE很容易適應(yīng)于各種需求，同時(shí)在傳感器的配置和電池的自主方面也提供了更大的選擇。 Sercel公司的 UNITE 無線系統(tǒng)
組成UNITE系統(tǒng)的遠(yuǎn)程采集單元(RAU)與內(nèi)部電池加起來的總重量小于2千克，它們像自動(dòng)記錄儀一樣運(yùn)轉(zhuǎn)。在RAU盒子的頂部(圖1)的半球形內(nèi)包含有WiFi和GPS天線，狀態(tài)指示燈可以顯示RAU每個(gè)器件的即時(shí)狀態(tài)(GPS，WiFi，電池，儀表和傳感器)。下面部分由兩塊對(duì)應(yīng)電路板組成，一個(gè)用來接檢波器，另外一個(gè)用來接外部電池。這個(gè)端口同樣也包含一個(gè)以太網(wǎng)接口，用來參數(shù)設(shè)置和數(shù)據(jù)回收，作為WiFi傳輸?shù)囊粋�(gè)補(bǔ)充。在盒子的下部有一個(gè)內(nèi)置的鋰離子電池和一個(gè)能自主運(yùn)行4周(12小時(shí)/天)的非易失性存儲(chǔ)器(16到32Gb)，還有一個(gè)無線射頻識(shí)別(RFID)，它會(huì)使為檢波點(diǎn)分配RAU序列號(hào)的任務(wù)變得簡單。
RAU有不同的版本，便于連接不同類型的檢波器(圖1)，1C版本的RAU連接標(biāo)準(zhǔn)檢波器連接器(KCK2)，這個(gè)連接器可與一個(gè)高靈敏度檢波器相連(e.g.SG-5)，也可與一串傳統(tǒng)的檢波器(e.g.SG-10)相連。RAU-3版本是與三個(gè)連續(xù)接收點(diǎn)的三套檢波器相連或與一個(gè)模擬三分量檢波器相連，對(duì)于這種版本，建議改用數(shù)字版本的RAU-D，在數(shù)字傳感器單元(DSU3SA)內(nèi)部有一個(gè)基于MEMS技術(shù)的加速度傳感器，以上這些版本的采集單元都可以提供一個(gè)自主性延遲兩周(10小時(shí)/天)的可擴(kuò)展內(nèi)部電池(RAU eX)。與單個(gè)檢波器相連的模式可以很容易地埋置于地下，即使RAU的頂部離地表有10cm，也不影響GPS和WiFi的性能 (圖2)，并且在雪地或干的沙土地可以把它埋置的更深一些。
UNITE 無線系統(tǒng)的實(shí)時(shí)能力
按既定方案激活后，每個(gè)RAU進(jìn)行連續(xù)記錄，儀器的質(zhì)量控制和傳感器的周期運(yùn)轉(zhuǎn)按設(shè)定運(yùn)行，采集無需間斷，只要沿著測(cè)線移動(dòng)與WiFi天線相連接的一個(gè)固定平板電腦(RAU野外中端)，數(shù)據(jù)及質(zhì)控的結(jié)果就可以被遠(yuǎn)程采收(圖3)。對(duì)于地震數(shù)據(jù)來說，炮點(diǎn)激發(fā)后(T0后幾秒)即回收可以加速進(jìn)程，而不做聯(lián)系記錄，因?yàn)檫@樣記錄到的大部分都是環(huán)境噪音。遠(yuǎn)程采收數(shù)據(jù)的方式與工區(qū)有關(guān)(步行、卡車、雪地車、汽艇、直升機(jī)…)。在儀器車?yán)锘驙I地的平板電腦通過以太網(wǎng)與服務(wù)器相連，這些服務(wù)器安裝了特定的e-UNITE軟件，用于處理和質(zhì)控地震數(shù)據(jù)，這與Sercel的428XL有線系統(tǒng)非常相似。一炮數(shù)據(jù)一旦采收完畢, 就會(huì)生成一個(gè)可以實(shí)時(shí)顯示的SegD文件(圖4)，為了防止采收后數(shù)據(jù)存在問題，地震數(shù)據(jù)仍存放于每個(gè)RAU的循環(huán)存儲(chǔ)器上，直到連續(xù)采集幾周后才被覆蓋。
這樣的遠(yuǎn)程采收不是實(shí)時(shí)的。對(duì)大工區(qū)來說，幾千個(gè)RAU和足夠數(shù)量的采收者三天時(shí)間就可以回收所有地震數(shù)據(jù)(R.McWhorter et al., First Break，January 2012)，因此為了保證地震數(shù)據(jù)的質(zhì)量，客戶通常要求一定的實(shí)時(shí)能力。最基本的配置就是把一個(gè)高容量的WiFi天線(接入節(jié)點(diǎn)，CAN)連接到服務(wù)器上，離記錄儀的半徑在一定范圍內(nèi)(1km視線范圍)的RAU的數(shù)據(jù)可以被實(shí)時(shí)存儲(chǔ)起來(圖5)。
如果UNITE用于補(bǔ)充有線系統(tǒng)，可以把附加的CAN天線連接到428XL的交叉站上(LAUX)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)接收多個(gè)RAU的數(shù)據(jù)。如果UNITE單獨(dú)使用，特別是用于固定排列的情況，比如用于被動(dòng)油藏檢測(cè)，網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)(Mesh network)的特殊天線擴(kuò)展了實(shí)時(shí)能力(圖6)。每個(gè)網(wǎng)孔節(jié)點(diǎn)先通過一個(gè)2.4GHz天線最多可與100個(gè)在800米半徑范圍內(nèi)的RAU相聯(lián)系，網(wǎng)孔節(jié)點(diǎn)的間距能達(dá)到1500米，連續(xù)的數(shù)據(jù)流通過5.8GHz天線傳輸?shù)接涗泝x上，因此，RAU的數(shù)據(jù)可以在任何時(shí)間回收, 即便在生產(chǎn)過程中也可以，所采用的傳輸方式最好符合工區(qū)的條件和用戶的要求。由于在1000米視線區(qū)域內(nèi)，通過一個(gè)免許可的無線通信技術(shù)，可以把數(shù)據(jù)安全存儲(chǔ)在記錄儀上，這使得UNITE無線系統(tǒng)具有多種靈活的使用方法。
UNITE無線系統(tǒng)的應(yīng)用
在交通堵塞的地區(qū)、復(fù)雜難于進(jìn)入的地區(qū)或環(huán)境易受破壞的地區(qū)，對(duì)于大3D工區(qū)，不管是可控震源還是炸藥震源都已經(jīng)布設(shè)了RAU寬排列進(jìn)行采集(R.McWhorter et al.，F(xiàn)irst Break，January 2012)，受制于這樣的地形條件，加上當(dāng)?shù)鼐用竦呐懦�，不可能布設(shè)有線系統(tǒng)(M.Lansley，F(xiàn)irst Break, January 2012)。如果RAU被偷，一個(gè)"LoJack"可以探測(cè)到(即便沒有連接外部電池)采集單元的大概位置，并通過WiFi遠(yuǎn)程回收地震數(shù)據(jù)。大多數(shù)情況下，記錄儀周圍的RAU上的數(shù)據(jù)都是實(shí)時(shí)傳輸?shù)�。每天，在開始采集之前由直升機(jī)對(duì)排列進(jìn)行一個(gè)快速Q(mào)C。記錄過程中可以采用多種方式完成地震數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程采收，許多承包商更傾向于在搬動(dòng)RAU排列前收集數(shù)據(jù)。通常如果數(shù)據(jù)回收率能達(dá)到99.6%，就認(rèn)為是非常成功的。全無線采集需要的人手相對(duì)于同等規(guī)模的有線采集來說少很多，但在電池管理、RAU分配以及數(shù)據(jù)采收方面則需要更為精細(xì)的管理監(jiān)督。
在通過城鎮(zhèn)、密林(樹冠遮擋了GPS同步)、靜水等區(qū)域時(shí)，許多承包商采用了UNITE做為428XL有線系統(tǒng)的補(bǔ)充(填入式)，這兩種采集系統(tǒng)采用同樣的電子設(shè)備、工作流程及服務(wù)器(但是需要不同的軟件)，這種組合接收到的數(shù)據(jù)可以生成到同一個(gè)Seg-D文件中。中國中石化做了幾個(gè)對(duì)比測(cè)試 (You Taoru et al.，Equipment for Geophysical Prospecting，3，2011)，測(cè)試結(jié)果顯示有線系統(tǒng)和無線系統(tǒng)接收到的數(shù)據(jù)幾乎完全相同。目前，填入式UNITE已經(jīng)用于生產(chǎn)(M.Lansley, First Break, January 2012)，這種模式采集的數(shù)據(jù)及質(zhì)控結(jié)果與有線系統(tǒng)采集的沒有差別，因此可以這樣說，無線系統(tǒng)并不是用來替代有線系統(tǒng)，而是根據(jù)地形條件做為有線系統(tǒng)的一種補(bǔ)充。UNITE系統(tǒng)的全實(shí)時(shí)能力主要應(yīng)用于被動(dòng)油氣監(jiān)測(cè)，特別是在非常規(guī)油氣藏液壓巖層斷裂過程中的監(jiān)測(cè)(P.Roche, New Technology Magazine，August 2010)。這種情況下，井眼四周要鋪設(shè)大排列的檢波點(diǎn)，用于檢測(cè)由高壓水造成的低幅度微地震，實(shí)時(shí)追蹤地震活動(dòng)，用于裂縫成圖、優(yōu)化注水，并且檢查淺層水是否受到污染。對(duì)設(shè)備來說，由于要求檢波點(diǎn)間距要大，并且站點(diǎn)之間不能用明纜連接，特別是在鉆機(jī)墊四周雜亂無序的環(huán)境下更不能使用明纜(圖7)，因此最便捷的方式是使用像RAU這樣的具有WiFi和網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的自主站來實(shí)時(shí)回收數(shù)據(jù)。來自于每個(gè)由GPS精確同步的RAU的連續(xù)記錄能夠檢測(cè)定位微地震活動(dòng)，通過UNITE記錄儀遠(yuǎn)程控制這樣的監(jiān)測(cè)，如果用于控制和顯示的遠(yuǎn)程客戶端通過互聯(lián)網(wǎng)連接，客戶端服務(wù)器可以實(shí)現(xiàn)無人操作。
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