2018年8月13-21日、9月4-16日,安琪教授团队所研制的我国首例基于固体电缆架构的深水油气勘探装备分别于渤海、东海成功完成两次海上试验。其中,东海试验所用拖缆长度达到8.3公里,突破目前国产装备缆长极限。该套拖缆采集系统直接瞄准深水作业能力和自主装备的产业化,具备全新的体系架构、系统协议和电路结构,并成功突破了我国现有长电缆供电技术的瓶颈(现有水平为6公里),该团队曹平副教授为课题负责人,并为该套装备的电子学系统总负责人,研制传感器前端匹配模拟电子学、高精度波形测量、大范围高密度数据获取、大覆盖全局时钟授时及同步、超低功耗设计等核心技术。目前,该团队联合中海油服公司,已成功完成12.3公里电缆的研制和陆地试验,使单缆长度(可达15公里)达到国际最先进行列,从而为宽频宽方位高分辨物探采集作业方法提供支撑,为推进我国自主物探装备产业、提升物探水平打下了坚实的基础,为我国油气供给安全“保驾护航”。
与传统的充油电缆不同,固体架构的海洋拖缆内部缆芯集成了包括电源、模拟信号、数字信号等所有导线,并且相互绞合在一起,从而限制了导线的数量不能过多、直径不能过大,这导致了信号传输品质的下降和远距离供电难度的增加,仪器的研制难度远超充油电缆。为此,课题组开展了一系列核心技术的攻关,包括利用高密度刚柔混合电路设计技术,解决了电磁兼容性、超低功耗和导热等难题,在狭小空间内解决了传感器前端匹配模拟电子学及高精度波形测量、超远距离电源供电等关键技术,成功研制出可在拖缆内部大量布设的前端数据采集站DATS和拖缆连接单元CCU,极大地增加了电缆长度,突破国内现有技术瓶颈,为宽频多方位等新型物探数据采集方法提供了重要基础;采用精密时钟扇出、时钟指令调制同步、数字信号编解码及实时处理算法等技术,解决了大覆盖全局高品质授时、同步及数据传输等难题,实现在普通双绞线上完成高品质数据及时钟的传输和接受,并获得通信级别的误码率水平,极大降低了电缆制造成本和难度;基于全局同步技术,研制了物探仪器的大范围高密度数据获取、系统连续采集、精准故障诊断等技术,单台采集箱体即可实现高达24缆,单缆长度超过12公里的超大覆盖采集作业能力,并且具备极佳的柔性扩展能力,同时可实时监测并定位作业过程中的故障点,极大提高了仪器的可用性和作业品质。
自主装备海上试验现场照片
超长缆(12.3公里)陆地试验现场照片
海洋油气勘探关系到国民经济发展和国家战略安全,地震勘探是解决油气勘探问题最有效、使用最广泛的一种方法,勘探仪器是地球物理勘探诸多装备中的核心设备。目前我国海上地震勘探设备全部依赖进口,严重制约了我国海上物探作业方法的发展,影响了我们在国际市场的竞争力。当今世界石油勘探正朝着深海、超深海水域发展,海洋物探核心装备的国产化,显得尤为重要。石油地震勘探装备是一个国家综合实力的集中体现,是典型的“大国重器”。为了改变我国石油物探技术的现状,实验室与中海油田服务股份有限公司在长期合作的基础上,加大、加快实施创新驱动发展力度,解决了大范围时钟指令调制同步、精准故障诊断、系统连续采集、超低功耗设计等多个难题,成功研制出具有国际先进水平的“海亮”iTRACE拖缆采集系统工程样机,并于2017年10月初完成首次海上试验。2018年,两单位大力发扬新时代工匠精神,成功完成了超过12公里电缆的研制、测试、装配、试验等工作,切实推动我国自主高端核心装备的产业化进程。该套拖缆采集系统直接瞄准深水作业能力和自主装备的产业化,具备全新的体系架构、系统协议和电路结构,有望成为国际上最先进的海洋拖缆采集系统之一。