1.技术背景

我国作为世界头号石油进口国，2018年石油与天然气对外依存度分别为69.8%和45.3%，2021年更进一步攀升至72%和46%。据此国家提出大力提升国内油气勘探开发力度，保障国家能源安全的口号。油气勘探技术及装备的水平决定了可开采资源量及开采的经济性，在增储上产、降本增效、推进油气田的高效勘探和效益开发方面扮演了举足轻重的作用。全国政协委员、中国石化集团公司董事长马永生院士在2020年两会期间，题为《推进石油石化重大技术装备国产化 防范化解“卡脖子”风险》的发言中提出：“重大技术装备是国之重器，事关综合国力和国家安全。但部分关键核心装备仍依赖国外制造，成为制约我国石油石化行业高质量发展、危及产业链安全的瓶颈。这方面突出表现在，部分特殊条件井下测控装备等存在空白，先进地球物理装备、大型压缩机等方面与国外制造存在一定差距。”

物探地震采集仪器是石油地震勘探中最为关键的先进地球物理装备之一。数字地震仪系统由于其极高的同步采集性能与恶劣的操作使用条件，加之复杂的系统架构和通讯组网方式，设备制造长期为国外少数专业公司所垄断。国内所使用的主流数字地震仪系统以法国Sercel-428万道地震仪为代表，十万道级系统（UniQ、G3i、Sercel-508）也于近年出现并逐步进入实用阶段。国内多家油公司及科研院所曾分别组织技术团队开展地震采集装备研发攻关，但是一直未能取得突破性进展，研发样机无法达到实用化阶段。

本世纪初，以摆脱线缆束缚、自主记录地震数据为设计理念的“节点”式地震采集设备不断面世。这些设备以美国Geospace公司GSR节点、美国Fairfield公司ZLAND节点、以及加拿大INOVA公司HAWK节点为代表，与传统有缆仪器相比具有系统架构简单、采集节点间无连接电缆、无道数限制、无布设限制等特点，更适合于高密度地震采集应用，代表了新一代物探采集仪器的发展方向。但是这些节点设备离线式“盲采”的工作方式无法实现常规有缆仪器采集数据现场回收和仪器状态实时监控的功能。这一缺点极大地影响了此类仪器的快速普及。在这一背景下，及早把握技术脉搏，以节点仪器为技术基点，依托现代无线通讯与网络技术的最新成果，研制开发具有采集数据现场回收和仪器状态实时监控功能的在线式地震勘探自主采集系统，拉平与国际主流物探仪器供应商之间的技术代差，并尽早完成产业化以求获得产品的先发优势，摆脱在国际竞争中受制于人的格局，对我国石油工业乃至整个国民经济的可持续发展具有非常现实的意义。

2.研发历程

北京中科深源科技有限公司的技术团队早在2012年即开始节点式地震采集系统核心技术的研发与储备，2014年推出国内首套具有完全自主知识产权的、具备采集数据实时回传能力的FLEXSEIS无缆地震采集节点装备，在地震/微地震监测、工程勘察等领域得到了广泛应用。

2016~2018年，在中国石化的大力支持下，技术团队协同石化工程地球物理有限公司，立项研发全内置型地震无缆自主采集系统。至2017年12月，顺利完成了包括800台无缆自主采集系统节点、6套手持终端及数据回收器及5套集中式数据回收与充电柜在内的节点式地震采集原型系统的生产与定制。2018年2月至7月，原型系统先后在山东、江苏、四川、内蒙古、新疆等不同探区，涉及平原、高大山区、沙漠、水网等不同地表，与法国Sercel公司的428XL、加拿大INOVA公司G3iHD等国外有缆地震采集装备进行了对比试验，验证了采集资料品质与国际主流有线仪器达到一致。这一科研项目于2018年9月通过验收，并获得中石化石油工程技术服务股份有限公司2019年度科技进步一等奖。

2018年底，在中石化胜利石油管理局的大力支持下，自主研发的节点式地震采集系统完成了5000台规模的工程化试生产，并立即投入到规模三维采集试验与示范工程应用中。系统先后参加了2019年1月盐家三维项目城市复杂区域节点采集试验（3500台节点，共接收5100炮）；2019年5月唐庄三维项目节点设备与有缆设备混合三维采集应用（4600台节点，共接收16700炮）；2019年7月新疆屯一井项目节点设备与有缆设备混合三维采集应用（6500台节点，共接收77200炮）等物探工程项目。通过在不同施工区域的一系列三维采集项目，验证了新型节点仪器产品与常规有线仪器相比较可大幅降低作业人员的劳动强度，提高生产效率，降低施工中的安全风险，减少对作业环境的影响。自此，自主研发的全内置型地震无缆自主采集节点仪器作为具有完全自主知识产权的首套国产陆上地震采集装备，正式命名为I-Nodal节点地震采集系统，成为中石化石油工程地球物理有限公司I-技术序列的核心组成部分之一。

3.成果应用

2019年9月~11月，在中石化胜利石油管理局和中石化石油工程地球物理有限公司的统一安排下，I-Nodal节点地震采集系统完成了首批31000台设备的大规模批量生产，并投入中石化商河2020项目的大规模三维混合采集应用中。商河项目共设计炮点53325个，检波点428064个，投入采集设备56000台（其中I-Nodal节点采集设备31000台，Sercel-508有缆采集设备25000道），采集满次覆盖区域约300平方公里，施工区域600平方公里，范围涉及17个乡镇和580个村庄。I-Nodal节点地震采集系统的应用大幅降低了作业人员的劳动强度，提高了生产效率，项目日炮效平均近千炮，较当时东部探区平均水平提高20%，比计划提前14天完成全部施工任务。单炮资料废道率低于0.4%，远优于国际同类节点产品3%~5%的水平，同时由于采用更为合理的块状全排列接收模式，覆盖次数更高，资料远偏移距信息更丰富，在局部细节刻画上更为清晰，深层信噪比优势明显。从叠后偏移剖面看，新剖面断点更清晰，侵入岩下信息更丰富，地震解释的可提升空间较大。

2020年伊始，受到新冠疫情的影响，物探采集部署中的人员与设备跨区域调动大面积受限，在这一大背景下，节点式地震采集施工方式的优势凸显。在中石化石油工程地球物理有限公司的统一安排下，I-Nodal节点地震采集系统的生产装备与施工应用进入高强度模式，至2021年底，I-Nodal节点地震采集系统累计向中石化完成交付8.5万台，先后在中石化华北、华东、西北、西南等主力探区参加了二十八个大规模物探三维采集项目施工，完成井炮、可控震源生产合计230余万炮，资料采收率均达到了99%以上，取得了良好的应用效果，实现了采集资料品质和经济效益“双丰收”，为中石化石油工程地球物理有限公司降本创优增效做出重大贡献。

I-Nodal节点地震采集系统的成功研制与规模应用标志了具有完全自主知识产权的国产陆上地震采集装备实现零的突破。2021年5月，中国石化报以“节点技术引领地震采集新模式”为题对I-Nodal节点的技术与应用做了主题整版报道，向建党100周年献礼。2021年底，在国家能源局、科技部共同编制印发的《十四五能源领域科技创新规划》中，提出了 “2025年实现百万道级全数字地震探测和深海智能化节点稳定可靠采集，完成智能高精度可控震源技术推广应用”的国家油气安全保障供应技术路线图。以此为目标，中科深源科技有限公司技术团队正以饱满的热情投入到新一代I-Nodal节点地震采集系统的研发工作中。团队秉承“求真务实 知行合一”的宗旨，全力协助中石化石油工程地球物理有限公司切实推进石油石化重大技术装备国产化，以科技创新加快推进资源规模化开发，高质量端好能源的饭碗。