環(huán)球快資訊：“海脈”給海底地層做高清“CT”

◎本報(bào)記者 操秀英

近日，由中國海油自主研發(fā)的我國首套海底地震勘探節(jié)點(diǎn)采集系統(tǒng)裝備——“海脈”順利完成渤海渤中8-3工區(qū)作業(yè)，這是“海脈”完成的首個(gè)大面積工區(qū)作業(yè)。

(資料圖)

“海脈”集成高靈敏度檢波器和超低噪音采集電路等設(shè)備，大幅提升了對微弱信號的檢測能力，能夠捕捉到在萬米地層下相當(dāng)于蚊子飛行聲1/150大小的地震波信號。根據(jù)這些信號，“海脈”便可獲得高清油氣藏?cái)?shù)據(jù)信息。

“有了它，我國主要海域的海底精細(xì)地震勘探需求得到滿足，我國海洋油氣勘探開發(fā)能力將得到進(jìn)一步提升。”中海油服物探裝備研究所研發(fā)團(tuán)隊(duì)首席工程師阮福明表示。

不能走別人的老路

找油找氣，物探先行。

物探工作就像給海底做CT掃描，會(huì)得到一張標(biāo)注著油氣埋藏具體位置的地圖。由于具備布放靈活、信號采集全面精細(xì)等特點(diǎn)，近年來，海底節(jié)點(diǎn)裝備研究越來越多應(yīng)用于海洋油氣勘探領(lǐng)域。

“通俗來講，此前應(yīng)用較多的拖纜地震勘探系統(tǒng)作業(yè)速度快，適合大面積初篩，可以大概搞清楚某個(gè)地方油氣藏情況怎么樣。而海底節(jié)點(diǎn)裝備則用于在此基礎(chǔ)上進(jìn)行更精細(xì)地勘探，它們之間的差異就仿佛是從1080P到4K的變化。”阮福明介紹道。

作為采集海底地質(zhì)信息的關(guān)鍵性技術(shù)裝備，我國的海底地震勘探節(jié)點(diǎn)采集裝備長期依賴進(jìn)口，嚴(yán)重制約了我國海洋油氣勘探開發(fā)進(jìn)程。

2019年，中國海油將海底地震勘探節(jié)點(diǎn)采集裝備的研發(fā)提上日程。

當(dāng)年，中海油服物探裝備研究所立項(xiàng)研發(fā)海底節(jié)點(diǎn)裝備。“我們不可能做一個(gè)跟別人一模一樣的東西，這樣既沒有競爭力，還要給別人交大量專利許可費(fèi)。”阮福明說，必須另辟蹊徑，走一條不一樣的技術(shù)路線。

海底節(jié)點(diǎn)裝備中最核心的器件是地震檢波器，即感知并接收地震波信號的零件。“拖纜設(shè)備只需水檢，海底節(jié)點(diǎn)裝備既要水檢還要陸檢，難度就大多了。”阮福明說。

國外成熟產(chǎn)品中用的是微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)，但國內(nèi)的MEMS技術(shù)達(dá)不到所需精度。“反復(fù)權(quán)衡摸索，我們決定使用有源力反饋技術(shù)。”阮福明說，該技術(shù)使用電子學(xué)手段改造常規(guī)檢波器，引入負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)。在負(fù)反饋的作用下，傳遞函數(shù)的線性度得到改善。

時(shí)鐘也是個(gè)重要零部件。一個(gè)作業(yè)區(qū)域通常要在海底布數(shù)千個(gè)節(jié)點(diǎn)，要實(shí)現(xiàn)這些節(jié)點(diǎn)的時(shí)間同步不是一件容易的事情。阮福明說，國外廠商使用的原子鐘技術(shù)雖然精度高，但造價(jià)昂貴。“我們最終使用了雙溫控時(shí)鐘。經(jīng)過算法優(yōu)化處理，雙溫控時(shí)鐘達(dá)到了跟原子鐘同樣的效果。”

就這樣一點(diǎn)點(diǎn)摸索，兩年后，研發(fā)團(tuán)隊(duì)做出第一臺(tái)樣機(jī)。

此時(shí)，中國海油決定從集團(tuán)層面推動(dòng)海底節(jié)點(diǎn)裝備的產(chǎn)業(yè)化。

阮福明深知，從樣機(jī)到產(chǎn)品還有很長的路要走。此前，由他領(lǐng)銜研究的我國首套海上高精度拖纜地震勘探系統(tǒng)成套核心裝備用了十幾年才實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。

“由于有緊迫的作業(yè)需求，剛開始我們是想兩條腿走路，一方面加強(qiáng)跟國外公司的合作，盡快出產(chǎn)品，一方面盡快推進(jìn)我們自己的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。”阮福明坦陳。

經(jīng)過幾輪的談判，團(tuán)隊(duì)與國外公司達(dá)成了合作意向。沒想到，項(xiàng)目設(shè)立不久，形勢突變。2021年底，對方拒絕合作。面對新形勢，科研團(tuán)隊(duì)根據(jù)項(xiàng)目要求的成果倒排時(shí)間節(jié)點(diǎn)，加班加點(diǎn)。“團(tuán)隊(duì)成員沒有休息日，每天都在和時(shí)間賽跑。”阮福明說，除了要完成集團(tuán)的硬性任務(wù)，其實(shí)大家也憋著一口氣。“外方在拒絕合作的同時(shí)，還趾高氣揚(yáng)地說，單憑我們自己不可能做出來，我們不能被人看扁了。”

已進(jìn)入批量制造階段

于是團(tuán)隊(duì)開啟了科研攻關(guān)之路。

有一段時(shí)間，研究人員發(fā)現(xiàn)，被固定在電路板上的雙溫控時(shí)鐘在強(qiáng)撞擊時(shí)容易壞。于是，科研人員將電路懸空，并加了很多防震措施，在室內(nèi)各種拋、摔，終于讓它練就“金剛不壞之身”。

除了死磕，科研中還需要一些運(yùn)氣。

研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)中正在工作的元器件突然變成初始狀態(tài)，罷工了。“我們各種測試、排查，分析原因，但毫無頭緒。”阮福明回憶，一籌莫展時(shí)，一位研發(fā)人員無意中拿著螺絲刀在外殼上劃了一下，突然發(fā)現(xiàn)示波器有反應(yīng)，出現(xiàn)了脈沖，這讓他們意識到元器件罷工的原因會(huì)不會(huì)是摩擦引起的靜電?

“我們就拿布使勁擦外殼，發(fā)現(xiàn)還真是靜電搗的鬼。”阮福明笑稱，當(dāng)時(shí)，外殼材料已經(jīng)無法更改，后來他們通過優(yōu)化軟件算法解決了這一問題。

2022年9月底，研究團(tuán)隊(duì)投放320個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行海底測試。結(jié)果表明，其自主研發(fā)的節(jié)點(diǎn)裝備性能良好，尤其是在低頻上的勘探精度優(yōu)于外方產(chǎn)品。

這個(gè)時(shí)候，大家才稍微松了口氣。

在不斷測試優(yōu)化裝備的過程中，海底節(jié)點(diǎn)裝備的生產(chǎn)線和車間也在抓緊建設(shè)中。今年年初，歷時(shí)8個(gè)月，國內(nèi)首條自主海底節(jié)點(diǎn)生產(chǎn)線建設(shè)完成。

“我們僅用了14個(gè)月，就實(shí)現(xiàn)了從實(shí)驗(yàn)樣機(jī)到產(chǎn)品技術(shù)定型，并發(fā)布海底節(jié)點(diǎn)裝備‘海脈’。”阮福明表示。

今年4月份，“海脈”進(jìn)入批量制造階段。兩個(gè)月時(shí)間內(nèi)，中海油服生產(chǎn)出6000多個(gè)“海脈”。

7月份，“海脈”在渤海海域正式投入使用。作業(yè)人員將數(shù)千個(gè)“海脈”節(jié)點(diǎn)按照設(shè)計(jì)要求，通過專業(yè)收放裝備有規(guī)律地布放在海床指定位置，形成一個(gè)覆蓋在海床上的巨大信息采集網(wǎng)。這些節(jié)點(diǎn)就像一個(gè)個(gè)“聽診器”，接收著來自海底地層反射的地震波信號，并以數(shù)據(jù)的形式存儲(chǔ)記錄下來。作業(yè)完成后將其收回，下載分析采集到的數(shù)據(jù)信息，處理成地震剖面，最終可生成海底地層的清晰“CT影像”。

此次在渤海投用的“海脈”設(shè)計(jì)水深500米，實(shí)際作業(yè)能力可達(dá)700米。研究團(tuán)隊(duì)透露，他們正在設(shè)計(jì)水深達(dá)千米級的海底節(jié)點(diǎn)裝備。(來源：科技日報(bào))