海洋地震勘探長纜系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、隨著國內(nèi)海洋地震勘探向著更深目的層、更復(fù)雜地質(zhì)結(jié)構(gòu)的勘探目標(biāo)發(fā)展，當(dāng)前海上拖纜地震采集系統(tǒng)的規(guī)模已經(jīng)不能滿足要求，研究海洋地震勘探長纜系統(tǒng)的各項關(guān)鍵技術(shù)成為當(dāng)前急需完成的工作。
　　中國海域內(nèi)油氣資源的儲藏分布從幾百米的淺層到14km的深層，越往深處勘探難度越大，對應(yīng)傳感器陣列規(guī)模越大。對于復(fù)雜地質(zhì)結(jié)構(gòu)的勘探需要更全面更豐富的地震資料，也需要長纜系統(tǒng)的支持。國際上比較知名的地震勘探儀器設(shè)備供應(yīng)商，如Sercel、Schlumber

2、ger，提供的最新勘探設(shè)備均支持12km長度以上拖纜的勘探技術(shù)。另外，海洋地震勘探長纜系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)的研究成果不僅是用在海上石油勘探領(lǐng)域，同樣也可以應(yīng)用到其他大規(guī)模傳感器網(wǎng)絡(luò)中，比如:海底觀測網(wǎng)絡(luò)、陸上大規(guī)模地震勘探等。
　　本文主要內(nèi)容是研究海洋地震勘探長纜系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)，研究結(jié)果直接用于指導(dǎo)系統(tǒng)設(shè)計。首先從地震勘探物理需求出發(fā)提出長纜系統(tǒng)中數(shù)據(jù)傳輸、采集同步及電源供電三個主要技術(shù)要點所需達(dá)到的指標(biāo)和要求;然后在理論層面分析了高

3、速可靠傳輸、系統(tǒng)同步及遠(yuǎn)距離高壓供電的可選方案和可行性并根據(jù)實際需求選擇合適的實現(xiàn)方法、建立理論模型進(jìn)行仿真和預(yù)測分析;最后設(shè)計預(yù)研系統(tǒng)驗證方案可行性，獲得測試數(shù)據(jù)并與仿真情況進(jìn)行比較，給海洋地震勘探長纜系統(tǒng)的工程設(shè)計提出具有實踐價值的建議。最后設(shè)計并實現(xiàn)數(shù)字包原型機(jī)，原型系統(tǒng)應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)研究成果，測試原型機(jī)各項指標(biāo)，為后續(xù)的大規(guī)模系統(tǒng)實現(xiàn)做鋪墊。
　　本文結(jié)構(gòu)安排如下:
　　第一章介紹了海洋石油勘探的需求背景、海上地震勘探

4、基本原理及海上地震勘探儀器發(fā)展歷史和未來發(fā)展方向，同時闡述了海洋地震勘探長纜系統(tǒng)的研究意義及研究內(nèi)容。
　　第二章～第四章詳細(xì)介紹了海洋地震勘探長纜系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)研究成果，包括可靠高速傳輸、系統(tǒng)同步和遠(yuǎn)距離高壓供電。
　　第二章研究如何實現(xiàn)海洋地震勘探長纜系統(tǒng)的高速可靠數(shù)據(jù)傳輸。首先比較了比較成熟的幾種有線傳輸方式，包括RS485、以太網(wǎng)、SerDes等，并著重介紹了SerDes傳輸技術(shù)相關(guān)要點如高數(shù)據(jù)率、均衡、預(yù)加重等。數(shù)

5、據(jù)可靠傳輸通過設(shè)計一種包括容錯機(jī)制的兩層傳輸協(xié)議實現(xiàn)，物理層使用低誤碼率高速串行通信方式，協(xié)議層則通過設(shè)計組幀方案，利用錯誤信息字節(jié)來實現(xiàn)誤碼的定位和統(tǒng)計，最后在調(diào)試平臺和“海亮”系統(tǒng)中驗證可靠傳輸協(xié)議。
　　第三章主要闡述海洋地震勘探長纜系統(tǒng)五層同步模型及實現(xiàn)方法，包括多船同步、多纜同步、單纜時間偏移同步、時鐘相位同步和時鐘抖動同步。首先介紹了幾種成熟的同步技術(shù)，比如GPS、NTP、PTP等，并根據(jù)系統(tǒng)不同層次的同步需求設(shè)計合適

6、的同步方案，之后對系統(tǒng)同步的各個層次進(jìn)行了仿真和實際測試。
　　第四章研究海洋地震勘探長纜系統(tǒng)的遠(yuǎn)距離供電技術(shù)。首先建立了加入電源線線損的供電模型，該模型可以評估不同排列長度下系統(tǒng)整體功耗情況及拖纜末端電壓。接著根據(jù)實測系統(tǒng)功耗數(shù)據(jù)與仿真數(shù)據(jù)對比，驗證模型的準(zhǔn)確性，分析誤差存在的可能原因。最后基于供電模型分析供電電壓、數(shù)字包功耗及電源線線阻等參數(shù)對系統(tǒng)功耗和末端電壓的影響，并根據(jù)系統(tǒng)工作相圖給出系統(tǒng)設(shè)計各項參數(shù)的選擇范圍和有意義的