(на примере Сузунского газонефтяного месторождения)
Дербенев А.Г., ОАО «Сибирский научно-аналитический центр», г. Тюмень, тел./факс 8 (3452) 75-03-50, e-mail: gis@sibsac.ru, web: www.sibsac.ru
Using detailed remote sensing data in development projects of oil and gas fields
Рассмотрены особенности использования космических снимков земной поверхности для оптимизации проектных работ при обустройстве нефтегазовых месторождений. Показаны подходы к созданию крупномасштабных тематических карт на основе ландшафтного картографирования по данным космической съёмки сверхвысокого пространственного разрешения.
Проекты по обустройству месторождений углеводородов, как правило, имеют недостаточную обеспеченность актуальной пространственной информацией. В качестве картографической основы используются топографические карты масштаба от 1:25 000 и мельче. Такие карты на необжитые северные районы Западной Сибири были созданы в 1960-80-х годах и с тех пор не обновлялись. Наиболее эффективным источником актуальной информации о состоянии земной поверхности с требуемой детальностью является космическая съёмка сверхвысокого пространственного разрешения (с разрешением менее 1-го метра).
В конце 2009 г. ОАО «СибНАЦ» приступил к разработке проекта по обустройству Сузунского газонефтяного месторождения (ГНМ), расположенного на севере Красноярского края, в среднем течении реки Большая Хета. Для работ были приобретены космоснимки сверхвысокого пространственного разрешения. Основную часть материалов составили снимки с космического аппарата QuickBird за август 2008 г. с общим покрытием 512 кв.км. При наличии 4-х спектральных каналов пространственное разрешение обработанного снимка достигает 60см.
Актуализация и укрупнение масштаба топографической основы
За прошедшие 30 лет произошли заметные изменения рассматриваемой территории: изменились размеры термокарстовых озёр, положение русел крупных рек (русло реки Большая Хета в излучинах переместилось на расстояние до 70м), границы лесов. Подобные изменения необходимо учитывать при проектировании коммуникаций и водоохранных зон.
Векторизация озёр и рек по космоснимку позволила привести контуры гидрографических объектов к их реальному местоположению. По этим данным с помощью ArcGIS не составило труда построить соответствующие водоохранные зоны.
Масштаб топокарт 1:25 000 позволяет оценить основные характеристики местности, но он недостаточен для проектирования строительства объектов инфраструктуры месторождений. В то же время космосъёмка с пространственным разрешением порядка 1-го метра позволяет создавать актуальные карты на дату съёмки вплоть до масштаба 1:2000.
Инвентаризация существующих объектов инфраструктуры
Часто на момент начала проектирования полномасштабного обустройства месторождения на его территории уже есть объекты инфраструктуры (дороги, технологические площадки). При наложении проектных схем инфраструктуры на космоснимок наблюдаются расхождения в местоположении и форме объектов. Использование космоснимков позволяет уточнять и дополнять схемы инфраструктуры.
В ходе работ по обустройству Сузунского ГНМ было уточнено пространственное положение переданных заказчиком данных по инфраструктуре. Кроме того, выявлены другие объекты хозяйственной деятельности и антропогенные нарушения.
Создание карты временных водотоков
При проектировании и строительстве автодорог в насыпях дорог закладываются водопропускные сооружения, через которые осуществляется отвод ливневых вод. Анализ архивных космических материалов показывает, что при проектировании насыпи дороги недоучёт направления стока может привести к подтоплению значительных территорий (рис. 1).
Рис. 1. Подтопление, вызванное перегораживанием водотока автодорогой.
Особую значимость водопропускные сооружения приобретают в низменных районах Крайнего севера, где широко распространены процессы заболачивания и многолетнемёрзлые породы, оказывающие роль водоупора. При этом вода стекает по склону в виде микроручейков, которые по мере увеличения длины склона соединяются в более крупные временные водотоки. При проектировании автодорог места водопропускных сооружений определяются, как правило, простым механистическим путём – через определённый интервал. При таком подходе геотехнические системы не могут быть устойчивыми.
В зоне тундр временные водотоки хорошо дешифрируются по характерным линейным формам, которые образует влаголюбивая травяная растительность в ложбине водотока; особенно отчётливо её видно при подключении инфракрасного канала. Схема временных водотоков служит основой для определения мест расположения водопропускных сооружений под дорогами.
Учёт ландшафтных особенностей при проектировании дорог позволяет уменьшить негативное воздействие на гидрологический режим территории, способствует увеличению срока службы сооружения.
Прогнозирование русловых деформаций крупных рек
Территорию лицензионного участка Сузунского ГНМ пересекает в широтном направлении крупная река Большая Хета. Кустовые площадки планируется расположить по разные сторонам от реки. При проектировании размещения объектов инфраструктуры месторождения необходимо учитывать динамику русловых процессов.
По серии разновременных архивных космоснимков (1987, 2001, 2008, 2009 гг.) и топографических карт (1953, 1967 и 1979 гг.) проанализирована динамика русловых деформаций реки Большая Хета. Космоснимки подобраны по датам съёмки, соответствующим периоду летнего меженного уровня, и могут быть сопоставлены между собой. Анализ разновременных космоснимков и топокарт позволил вычислить плановые деформации (смещение русла в метрах в год).
Рис. 2. Определение мест расположения водопропускных сооружений.
Рис. 3. Динамика русла р. Большая Хета с 1953 по 2008 годы.
Наличие на снимках меандрирующего русла, спрямлённого протоками на ранних этапах развития, с широким песчаным пляжем (рис. 3), а также характерное соотношение ширины долины к ширине русла, близкое к 10 [3], позволило отнести данный участок реки по преобладающему русловому процессу к типу незавершенного меандрирования. Средняя многолетняя скорость намыва-размыва русла в излучинах реки составила около двух метров в год. Отмечено существенное увеличение площади осерёдков на снимках 2008–2009 гг. Возможно, это связано с гидронамывной разработкой карьеров в русле реки.
На основе полученных данных о скорости плановых деформаций русла, закономерностях развития русловых процессов и использования цифровой модели рельефа спрогнозировано переформирование русла реки к 2020 году (рис. 4). По расчётам, максимальное смещение русла в ближайшие 10 лет не должно превысить 60м. Особое внимание необходимо уделить гидронамывным работам в русле реки, которые должны строго регламентироваться и соответствовать экологическим нормам.
Рис. 4. Прогноз изменения русла р. Большая Хета к 2020 году.
Создание тематических карт на основе ландшафтного картографирования
Наиболее информативным результатом дешифрирования материалов ДЗЗ является ландшафтная карта. Ландшафтные контуры могут послужить основой и для создания производных тематических карт.
Указанные карты часто используются в проектных работах, при этом, отображаемые на них пространственные данные должны учитываться совместно. Так, при прокладке внутрипромысловых автодорог учитываются такие параметры, как уклоны территории, наличие на пути трасы водоёмов, болот, древесной растительности. Геоинформационные системы (ArcGIS) позволяют суммировать тематические растровые карты и получить интегральную карту, на которой качественным фоном отображаются благоприятные и неблагоприятные условия для строительства.
Для апробации методики выбран тестовый участок площадью 25кв.км. Средствами ПО ENVI проведено тематическое дешифрирование снимков и создана ландшафтная карта (рис. 5). На основе ландшафтной карты в ArcGIS созданы тематические карты экологической устойчивости ландшафтов и карта увлажненности субстрата. А на основе цифровой модели рельефа построена карта уклонов поверхности (рис. 6).
Рис. 5. Ландшафтное картографирование ключевого участка по космоснимку.
Рис. 6. Суммирование растровых тематических карт.
Оценка устойчивости ландшафтов основывалась на скорости самовосстановления растительности. Деревья, кустарники, кустарнички обладают меньшей скоростью самовосстановления, чем травы и мхи. Высоким восстановительным потенциалом обладают болота, где действует ряд механизмов, ускоряющих развитие восстановительных процессов [2]. Следовательно, при возрастании роли древесной, кустарниковой и кустарничковой растительности устойчивость ландшафта уменьшается, а при увеличении проективного покрытия трав и мхов она, наоборот, возрастает [1].
На основе данных предположений проведена условная градация природных комплексов тестового участка по устойчивости к механическим воздействиям: относительно неустойчивым природным комплексам присвоено значение 0 баллов, среднеустойчивым – 1 балл, относительно устойчивым – 2 балла. Аналогичным образом составлена балльная оценка ландшафтов по увлажнённости и уклонам поверхности. Озёрам площадью более 0,2 га присвоено значение 0 баллов, болотам и затопляемым лугам – 1 балл, остальным ландшафтам – 2 балла. Участки с уклонами более 150 (крутые склоны) и водные поверхности получили 0 баллов, от 8 до 150 (покатые склоны) – 1, менее 80 (пологие склоны и выровненные поверхности) – 2 балла.
В результате суммирования карт получена общая картографическая основа для проектирования автодороги. На рисунке 6 (в его нижней части) оттенками зелёного показаны участки, наиболее благоприятные для прокладки дороги, оттенками красного – менее благоприятные. В данном примере использовались три параметра оценки. Но в каждой конкретной ситуации могут вводиться дополнительные параметры и поправочные коэффициенты.
Заключение
Методы дистанционных исследований являются неотъемлемой частью современных инженерных изысканий. По мнению автора, в проектах по обустройству месторождений необходимо широко использовать результаты тематической обработки материалов космосъёмки. При этом, только комплексное их использование с максимальным извлечением информации в полной мере оправдывает приобретение материалов ДЗЗ сверхвысокого пространственного разрешения. Результаты обработки этих материалов с применением современных средств дешифрирования, их тематической обработки, совмещения и наложения тематических слоев, пространственно-временного моделирования, анализа и визуализации в ГИС могут служить надёжным источником пространственной информации на всех этапах проектирования.
Литература
- Деманов В.Э., Кирикова И.С., Осадчая Г.Г.Методика расчета потенциальной устойчивости ПТК Большеземельской тундры // Экологическая экспертиза и оценка воздействия на окружающую среду, 1996. №2. с. 38-45.
- Игошева Н.И. Изменение флоры и растительности в процессе восстановления нарушенных земель в подзоне южных гипоарктических тундр // Природная и антропогенная динамика наземных экосистем, 2005, с. 395-399.
- Рекомендации по использованию аэрокосмической информации при изучении руслового процесса. Государственный комитет СССР по гидрометеорологии и контролю природной среды, 1985.
