“海脉”给海底地层做高清“CT”
作者：侦探调查
时间：2023-09-26 09:07
近日，由中国海油自主研发的我国首套海底地震勘探节点采集系统装备——“海脉”顺利完成渤海渤中8-3工区作业，这是“海脉”完成的首个大面积工区作业。
“海脉”集成高灵敏度检波器和超低噪音采集电路等设备，大幅提升了对微弱信号的检测能力，能够捕捉到在万米地层下相当于蚊子飞行声1/150大小的地震波信号。根据这些信号，“海脉”便可获得高清油气藏数据信息。
“有了它，我国主要海域的海底精细地震勘探需求得到满足，我国海洋油气勘探开发能力将得到进一步提升。”中海油服物探装备研究所研发团队首席工程师阮福明表示。
不能走别人的老路
找油找气，物探先行。
物探工作就像给海底做CT扫描，会得到一张标注着油气埋藏具体位置的地图。由于具备布放灵活、信号采集全面精细等特点，近年来，海底节点装备研究越来越多应用于海洋油气勘探领域。
“通俗来讲，此前应用较多的拖缆地震勘探系统作业速度快，适合大面积初筛，可以大概搞清楚某个地方油气藏情况怎么样。而海底节点装备则用于在此基础上进行更精细地勘探，它们之间的差异就仿佛是从1080P到4K的变化。”阮福明介绍道。
作为采集海底地质信息的关键性技术装备，我国的海底地震勘探节点采集装备长期依赖进口，严重制约了我国海洋油气勘探开发进程。
2019年，中国海油将海底地震勘探节点采集装备的研发提上日程。
当年，中海油服物探装备研究所立项研发海底节点装备。“我们不可能做一个跟别人一模一样的东西，这样既没有竞争力，还要给别人交大量专利许可费。”阮福明说，必须另辟蹊径，走一条不一样的技术路线。
海底节点装备中最核心的器件是地震检波器，即感知并接收地震波信号的零件。“拖缆设备只需水检，海底节点装备既要水检还要陆检，难度就大多了。”阮福明说。
国外成熟产品中用的是微机电系统(MEMS)，但国内的MEMS技术达不到所需精度。“反复权衡摸索，我们决定使用有源力反馈技术。”阮福明说，该技术使用电子学手段改造常规检波器，引入负反馈网络。在负反馈的作用下，传递函数的线性度得到改善。
时钟也是个重要零部件。一个作业区域通常要在海底布数千个节点，要实现这些节点的时间同步不是一件容易的事情。阮福明说，国外厂商使用的原子钟技术虽然精度高，但造价昂贵。“我们最终使用了双温控时钟。经过算法优化处理，双温控时钟达到了跟原子钟同样的效果。”
就这样一点点摸索，两年后，研发团队做出第一台样机。
此时，中国海油决定从集团层面推动海底节点装备的产业化。
阮福明深知，从样机到产品还有很长的路要走。此前，由他领衔研究的我国首套海上高精度拖缆地震勘探系统成套核心装备用了十几年才实现这一目标。
“由于有紧迫的作业需求，刚开始我们是想两条腿走路，一方面加强跟国外公司的合作，尽快出产品，一方面尽快推进我们自己的产业化进程。”阮福明坦陈。
经过几轮的谈判，团队与国外公司达成了合作意向。没想到，项目设立不久，形势突变。2021年底，对方拒绝合作。面对新形势，科研团队根据项目要求的成果倒排时间节点，加班加点。“团队成员没有休息日，每天都在和时间赛跑。”阮福明说，除了要完成集团的硬性任务，其实大家也憋着一口气。“外方在拒绝合作的同时，还趾高气扬地说，单凭我们自己不可能做出来，我们不能被人看扁了。”
已进入批量制造阶段
于是团队开启了科研攻关之路。
有一段时间，研究人员发现，被固定在电路板上的双温控时钟在强撞击时容易坏。于是，科研人员将电路悬空，并加了很多防震措施，在室内各种抛、摔，终于让它练就“金刚不坏之身”。
除了死磕，科研中还需要一些运气。
研究团队发现节点中正在工作的元器件突然变成初始状态，罢工了。“我们各种测试、排查，分析原因，但毫无头绪。”阮福明回忆，一筹莫展时，一位研发人员无意中拿着螺丝刀在外壳上划了一下，突然发现示波器有反应，出现了脉冲，这让他们意识到元器件罢工的原因会不会是摩擦引起的静电？
“我们就拿布使劲擦外壳，发现还真是静电捣的鬼。”阮福明笑称，当时，外壳材料已经无法更改，后来他们通过优化软件算法解决了这一问题。
2022年9月底，研究团队投放320个节点进行海底测试。结果表明，其自主研发的节点装备性能良好，尤其是在低频上的勘探精度优于外方产品。
这个时候，大家才稍微松了口气。
在不断测试优化装备的过程中，海底节点装备的生产线和车间也在抓紧建设中。今年年初，历时8个月，国内首条自主海底节点生产线建设完成。
“我们仅用了14个月，就实现了从实验样机到产品技术定型，并发布海底节点装备‘海脉’。”阮福明表示。
今年4月份，“海脉”进入批量制造阶段。两个月时间内，中海油服生产出6000多个“海脉”。
7月份，“海脉”在渤海海域正式投入使用。作业人员将数千个“海脉”节点按照设计要求，通过专业收放装备有规律地布放在海床指定位置，形成一个覆盖在海床上的巨大信息采集网。这些节点就像一个个“听诊器”，接收着来自海底地层反射的地震波信号，并以数据的形式存储记录下来。作业完成后将其收回，下载分析采集到的数据信息，处理成地震剖面，最终可生成海底地层的清晰“CT影像”。
此次在渤海投用的“海脉”设计水深500米，实际作业能力可达700米。研究团队透露，他们正在设计水深达千米级的海底节点装备。