Применение космических снимков в нефтегазовой отрасли

Радарные снимки являются чрезвычайно удобным и эффективным источником получения детальной, точной и всеобъемлющей информации о рельефе местности — намного более мощным, оперативным, достоверным и экономичным, чем использование, к примеру, космических стереопар или аэрофотоснимков.

Специальные технологии интерферометрической съемки позволяют определять незначительные подвижки грунта — эти данные могут быть использованы для контроля состояния трубопроводов, обнаружения нелегальных врезок в нефтегазопроводы и оценки сейсмоопасности.

Примеры выполненных проектов компанией «Иннотер» на основе использования космических снимков для нефтегазового комплекса

Обеспечение космическими снимками объектов Бованенковского газового месторождения

Бованенковское нефтегазоконденсатное месторождение — Крупнейшее месторождение полуострова Ямал в России. Бованенково расположено на полуострове Ямал, в 40 километрах от побережья Карского моря, нижнее течение рек Сё-Яха, Морды-Яха и Надуй-Яха. Запасы месторождения оцениваются в 4,9 трлн куб. м газа; проектная мощность — 115 млрд куб. м газа в год.

Для транспортировки газа Бованенковского месторождения запланировано сооружение многониточной газотранспортной системы, связывающей полуостров Ямал и центральные районы России. Протяженность трассы газопровода составит свыше 2400 км, включая новый газотранспортный коридор «Бованенково — Ухта» протяженностью около 1100 км и газопровод «Ухта — Торжок» протяженностью 1300 км.

Рисунок 5. Газопроводы «Бованенково — Ухта» и »Ухта — Торжок»

Компания «Иннотер» проводила обеспечение космической съёмкой сразу трёх объектов Бованенковского месторождения в 2010 году:

• участок железнодорожной линии Обская-Бованенково;
• магистральный газопровод Бованенково-Ухта;
• ледовый припай в районе выхода нитки газопровода на восточном и западном берегу Байдарацкой губы.

Информационное обеспечение данными дистанционного зондирования со спутников «QuickBird», «IKONOS», «EROS-B» и «ALOS PRISM» на участок железнодорожной линии Обская-Бованенково.

Железная дорога находится в Ямало-Ненецком АО, Приуральский и Ямальский районы, участок км 2 – км 336. Для объекта съёмки характерны условия Крайнего Севера, развитие многолетнемерзлых грунтов и геокриологических процессов, широкое распространение болот и заболоченных участков, отсутствие развитой инфраструктуры. Объект находится в пределах субарктической континентальной аркто-тундры и типичной тундры. Благоприятный период для получения космической съемки начинается 15 июня и заканчивается 1 сентября. Неблагоприятный период составляет 9,5 месяцев в году.

Поиск космических изображений на район осуществлялся в соответствии с цифровыми файлами (shp-файлами), переданными Заказчиком. Shp-файл представлял собой ось железнодорожной линии, на основе которой был простроен коридор шириной 3 км. Геометрическое разрешение данных космического фотографирования не хуже 2,5 метров в панхроматическом диапазоне.
Критерии подбора цифровой информации:

• наличие облачного покрова – не более 20%;
• актуальность съемки – дата съемки не позднее 2004 года;
• угол наклона съемки от надира – не более 30%.

Поиск осуществлялся среди следующих космических изображений: GeoEye-1,WorldView-1, QuickBird, Ikonos, OrbView-3, Kompsat-2, EROS-A, EROS-B, ALOS PRISM.

В соответствии с критериями подбора на район трассы железнодорожной линии были отобраны архивные изображения QuickBird, Ikonos, EROS-B и ALOS PRISM. Все работы были выполнены в сроки, указанные в договоре. Заказчику были предоставлены данные дистанционного зондирования поверхности Земли с учётом требований к поставляемым данным посредством FTP-протокола, а также копии на физических носителях.

Заказ новой съёмки с КА GeoEye-1 на территорию прохождения магистрального газопровода Бованенково-Ухта;

Параметры съёмки:

• новая съёмки с КА GeoEye-1, 0,5 метра, цветной вариант;
• уровень срочности заказа – стандартный, уровень обработки Geo;
• максимальня облачность: 15%;
• формат – geotiff, разрядность- 11 бит
• проекция UTM, зона 39-42, эллипсоид WGS84;
• общая площадь съёмки: 6765 кв.км, длина объекта – 1353 кв.км;
• сроки сбора данных с 15 июня по 15 августа 2010.

Рисунок 6. Схема покрытия новой съёмкой газопровода «Бованенково — Ухта»

Сложные метеорологические, климатические и географические условия региона (короткий световой период, высокая облачность, малый бесснежный период) заставили расширить реальный период съёмки с 25 мая по конец сентября. Постоянный мониторинг погодных условий позволил получить менее облачные, бесснежные снимки и передать их заказчику.

Была организована поэтапно как через ftp, так и копий на диске, обеспечив при этом постоянную загруженность производственных сил заказчика.

Предоставление стереопары данных с КА IKONOS на припай в районе выхода нитки газопровода на восточном и западном берегу Байдарацкой губы

Целью работы являлся заказ, обработка и предоставление стереопары данных с КА Ikonos необходимых для определения морфологических характеристик припаяв районе выхода нитки газопровода на восточном и западном берегу Байдарацкой губы.

Требования к составу предоставляемых данных:

• съёмка высокого пространственного разрешения со спутников GeoEye-1 / Ikonos;
• тип продукта – GeoStereo;
• канал – Панхроматический;
• дополнительно предоставляется RGB-изображение приведённое к панхроматическому каналу;
• цифровая модель рельефа, привязанная к опорным точкам местности;
• формат данных GeoTIFF.

Требования ТЗ к качеству предоставляемых данных были следующие: точность географической привязки не должна быть хуже 2 элементов изображения (пикселей), облачность не более 20%, единая система координат, проекция UMT зона 39 на эллипсоиде WGS84.

Съёмка должна была быть выполнена до 10 июня, т.е. до начала таяния льда. Необходимо было успеть получить, обработать и предоставить информацию, отвечающую указанным выше требованиям.

Рисунок 7. Байдарацкая губа, снимок с КА IKONOS; Дата съёмки: 21 апреля 2010 года.

Cоздание ортофотопланов масштаба 1: 5 000 на район трассы газопровода в Ямало-Ненецком округе по космическим изображениям КА GeoEye-1

Целью работы является создание ортофотопланов масштаба 1:5000 на район трассы газопровода в Ямало-Ненецком АО по заказанным космическим изображениям. Трасса линейной части газопровода от берега Обской губы в районе Мыса Парусный до ГКС Ямбургского ГКМ протяженностью около 90 км шириной 10 км. Объект находится в пределах субарктической континентальной аркто-тундры и типичной тундры. Благоприятный период для заказа новой космической съемки начинается 15 июня и заканчивается 1 сентября.

Ортофотопланы масштаба 1:5000 возможно изготовить только по космическим снимкам, полученным лучшими современными КА. Поэтому для проведения съемки был выбран КА GeoEye-1. Параметры заказа новой космической съемки GeoEye-1 выбраны следующие:

• снимки «GeoEye-1», цветные, разрешение 0,5 м;
• уровень обработки: продукт Geo;
• общая площадь: 861 кв. км.;
• координаты объекта: объект представлен в виде shp-файла;
• максимально допустимый процент облачности – 15%;
• формат продукции – GeoTIFF, разрядность – 11 Бит;
• срок сбора данных - с 15 июля 2009 г. по 15 сентября 2009 г.

Рисунок 8. Схема заказа космических изображений GeoEye-1 на трассу газопровода

Анализ всей произведенной съемки GeoEye-1 за период съемки показал, что было произведено 42 включений аппаратуры. Однако, из-за сложных метеорологических условий часть снимков оказалась не пригодна для обработки из-за облачности. Разброс облачности на всех 42 снимках составлял – от 0% до 97%. Из этих снимков были отобраны только те районы, которые имели максимально допустимый процент облачности – 15%. Из облачных изображений были вырезаны только те участки, которые были пригодны для обработки. Приведенная ниже схема показывает окончательную конфигурацию выбранных изображений GeoEye-1. Площадь покрытия составила 576 кв.км.

Трансформирование выполнялось с использованием рациональных полиномиальных функций, точность которых декларируется в 3-5 метров. Для устранения систематических погрешностей были определены ряд опорных точек на векторных фрагментах, предоставленных заказчиком. Трансформирование выполнялось в проекцию UTM, 43 зона на эллипсоиде WGS-84. Соответственно координаты точек векторных фрагментов, представленных в системе координат СК-42 были пересчитаны в проекцию UTM. 

Точность ориентирования снимков, которую обеспечили дополнительные опорные точки, соответствуют заданным требованиям. Из ортотрансформированных снимков создавалась мозаика по четырем заданным районам. Окончательная нарезка фрагментов осуществлялась в соответствии с расположением карт масштаба 1:25000.

Рисунок 9. Пример ортофотоплана

Выходные данные представлены в форматах GeoTiff и Erdas IMG. Динамический диапазон 16 на канал. Для уменьшения размеров снимков они дополнительно делились на 2 части.

Проведение работ по картографическому обеспечению М 1:25 000 объекта «Конденсатопровод Уренгой-Сургут»

Целью данных работ является создание и обновление цифровых моделей местности (ЦММ) масштаба 1:25000 в коридоре прохождения трассы конденсатопровода Уренгой-Сургут для последующего создания тематических карт, документов и материалов, необходимых для разработки проектной документации.

Особые условия строительства: условия Крайнего Севера, развитие многолетнемерзлых грунтов и геокриологических процессов, широкое распространение болот и заболоченных участков, отсутствие развитой инфраструктуры. В Техническом задании на выполнение работ было установлено, что геометрическое разрешение данных космического фотографирования должно быть не хуже 2,5 метров в панхроматическом диапазоне. Для выполнения данной задачи были выбраны космические съёмочные системы Quick Bird, SPOT-5 и ALOS PRISM.

Рисунок 10. Снимок QuickBird, дата съемки 07.12.2008

Создание ЦММ осуществлялось на основе материалов космической съемки с разрешением, обеспечивающим обновление картографических материалов масштаба 1:25000, имеющихся в наличии (по состоянию на май 2008 г) в архивах организаций, поставляющих данные дистанционного зондирования.

Построение рельефа осуществлялось с геопривязанных растровых карт масштаба 1:25000. После этого на основе построенного рельефа местности была создана цифровая матрица рельефа (ЦМР). Трансформирование каждого фотоснимка осуществлялось по элементам внешнего ориентирования с использованием соответствующего каталога координат опорных точек и ЦМР.

Полученные фрагменты были объединены в единое растровое пространство. Создание мозаики изображений из материалов космической съемки производилось в строгом соответствии с требованиями руководящих документов. С помощью ЦМР, в результате трансформирования мозаики изображений из материалов космической съемки, были введены поправки и устранены ошибки за рельеф.

Было выполнено камеральное дешифрирование полученной мозаики изображений. На основе полученных данных была произведена векторизация объектов в программной среде MapInfo 8,0 , с формированием 29 тематических слоев. Также выполнялось заполнение атрибутивных таблиц к перечисленным слоям.

Рисунок 11. Пример цифровой модели местности (ЦММ) масштаба 1:25 000.

По окончании формирования ЦММ был осуществлён камеральный контроль полученной модели с устранением обнаруженных ошибок и необходимой доработкой.

Составление атласа космокарт подземных хранилищ газа РФ

Мониторинг состояния подземных хранилищ газа РФ является одной из важнейших задач нефтегазового комплекса, решение которой целесообразно осуществлять космическими средствами. С этой целью было выполнено составление атласа космокарт подземных хранилищ газа РФ. Участие в этой работе приняла компания «Иннотер».

Поиск архивных космоснимков высокого пространственного разрешения от 0,5 до 5 м осуществлялся на площади горных отводов следующих ПХГ РФ: Щелковское, Калужское, Касимовское, Увязовское, Совхозное, Невское, Ленинградское, Краснодарское, Кущевское, Пунгинское, Карашурское.

Поиск осуществлялся среди следующих космических изображений: WorldView-1 (50 см); QuickBird (70 см); Ikonos (1м); OrbView-3 (1м); Kompsat-2 (1м); ALOS (2,5 м); SPOT-5 (2,5 м).

Критерии подбора цифровой информации были следующие:

• выбор наиболее свежего по дате и наилучшего по качеству изображения;
• наличие облачного покрова – не более 10%;
• актуальность съемки – дата съемки не позднее 2004 года;
• угол отклонения съемки от надира – не более 30°.

Имеющиеся негеопозиционированные картографические материалы по ПХГ Российской Федерации на бумажных носителях или в электронном виде (в форматах *jpg, *cdr, *ppt, *doc) были оцифрованы с использованием программных средств MapEdit и ArcGIS. Оцифровке подвергались классы объектов, предусмотренные Техническим заданием. Затем на предварительно найденных в архиве оптических космоснимках высокого разрешения были опознаны некоторые реперные объекты, присутствующие и на исходных картографических материалах. После опознания нескольких таких реперных объектов на космоснимках была выполнена геопривязка исходных картографических материалов и оцифрованных с них векторных слоев. В результате получены ситуационные космокарты, которые представляют собой фоновую подложку из космоснимков высокого разрешения с нанесенными на нее векторными слоями объектов, предусмотренных Техническим заданием (скважины, шлейфы, коллектора, площадки ГРП и КС, контуры горного отвода).

На следующем этапе уточнялось пространственное местоположение каждого конкретного объекта, вынесенного на космокарту путем визуального дешифрирования. Местоположение газопроводов (шлейфы и коллектора) не всегда удавалось определить путем визуального дешифрирования космических снимков и, в таких случаях, выполнялся сопоставительный анализ различных имеющихся материалов. В некоторых случаях для уточнения местоположения конкретных объектов требовались консультации специалистов Заказчика. 

Систематизированная таким образом картографическая информация была интегрирована в геоинформационную систему. Результирующая база геопозиционированных пространственных данных стала основой для получения выходных картографических продуктов.

Рисунок 12. Ситуационная космокарта Щелковского ПХГ

В дальнейшем был проведен анализ результирующих ситуационных космокарт пхг рф на наличие ограничений их использования в части государственной и коммерческой тайн. Выводы авторов таковы: ситуационные космокарты ПХГ РФ созданы на основе космоснимков, полученных с иностранных космических аппаратов: Quickbird и WorldView (США), ALOS (Япония), SPOT (Франция), и, следовательно, они являются не секретными, также, по мнению авторов, не представляют коммерческой тайны. Окончательное решение о режимах конфиденциальности и секретности ситуационных космокарт ПХГ РФ принимается Заказчиком (ОАО «Газпром»).

Относительно этого проекта следует отметить целесообразность продолжить работу по созданию космокарт ПХГ. Так как в России общее кол-во ПХГ составляет 28 штук, в то время как отработаны были 11. Причина – кризис 2008-2009 годов.

Наземно-космический мониторинг экологических и геодинамических процессов

13 декабря 2010 года на заседании Совета Безопасности, Президент России Медведев Д.А. заявил о необходимости создания системы: «наземно-космического мониторинга экологических и геодинамических процессов, особенно в районах освоения крупных и уникальных месторождений». Одним из средств на пути решения этой задачи может стать линеаментный анализ.

Рисунок 13. Роз-диаграммы простирания линеаментов на Прибрежно-Новотитаровского лицензионной участок

Результаты исследований пространственно-временных взаимосвязей природных и техногенных процессов на нефтегазовых месторождениях были положены в основу разработки метода линеаментного анализа аварийности нефтепромысловых сооружений. Этот метод базируется на результатах структурного дешифрирования космических снимков и структурно-геоморфологических исследований. Сравнительная оценка гистограмм распределения аварийности по элементам линеаментно-блоковых структур на этих месторождениях, позволяет предположить наличие зависимости динамики распространения аварийности от ранга линеаментов и их размерности.

Установленные закономерности вместе с разработанной технологической схемой геоинформационного обеспечения определяют новые возможности рационального проектирования систем мониторинга объектов нефтегазового комплекса.

Иннотер имеет опыт в работах по cистемному космо- геодинамическому компьютерному моделированию на примере Прибрежно-Новотитаровского лицензионного участка для маркшейдерского обеспечения геологоразведочных работ в 2003 году. Полученные в этой работе выводы были использованы при построении трехмерной модели участка работ и разработке рекомендаций по размещению опорной маркшейдерско-геодезической сети.

Планирование геодезических работ на линейно-протяжённых объектах

Использование космических снимков при проектировании линейно-протяжённых объектов (нефте и газопроводы, конденсатопроводы и сопутствующие сооружения) в условиях Крайнего Севера и Сибири позволяет значительно снизить денежные и трудозатраты на подготовку и выполнение геодезических работ.

Космические снимки высокого разрешения дают возможность распланировать пункты геодезических сетей, местоположение баз, количество топлива, припасов и иных производственных ресурсов, сделать планово-высотное обоснование. Частично геодезические работы могут быть заменены камеральным дешифрированием снимков, избавляя от необходимости набора пикетов при геодезической съёмке местности.

Заключение

Компания «Иннотер» располагает всеми необходимыми техническими и технологическими средствами для решения широкого спектра задач в области получения и обработки геопространственных данных. Накопленный опыт может быть эффективно применен для обеспечения потребностей организаций, работающих в области проектирования, строительства и эксплуатации объектов нефтегазового комплекса, актуальной, достоверной и точной геопространственной информации.