Данные, полученные в результате дистанционного зондирования земли, можно применять не только при прогнозировании нефтегазоносности, но и для оценки объемов сжигаемого попутного нефтяного газа. Использование снимков, полученных в инфракрасных диапазонах, позволяет детектировать так называемые горячие точки – факела в районах нефтедобычи, а затем по яркостным характеристикам определять их мощность и активность.

Факела пока горят

Российские нефтяные компании по итогам 2012 года заплатят 6 млрд рублей штрафов за сжигание попутного нефтяного газа (ПНГ), свидетельствуют данные министерства природных ресурсов и экологии. По итогам года общий объем утилизации попутного нефтяного газа составил 76% от добываемого, тогда как правительством установлена норма в 95%.

Но даже эти оценки носят примерный характер. В настоящее время сложно назвать реальные объемы – это обусловлено отсутствием приборов учета объема сжигаемого газа у нефтяных компаний, а также использованием ряда расчетных методов вместо прямых измерений.

Пожалуй, более объективным способом контроля сжигания ПНГ сегодня является технология отслеживания состояния факелов с применением данных дистанционного зондирования земли (ДЗЗ). Она основана на наличии у некоторых спутниковых систем аппаратуры съемки в тепловом диапазоне. Это позволяет определять состояние имеющихся факелов и оценивать динамику их изменений.

Так, например, в 2007 году были опубликованы результаты исследования, проведенного Национальной океанической и атмосферной администрацией США (NOAA) по заказу Всемирного банка. Для оценки объемов и динамики сжигания попутного газа в период 1995–2006 гг. использовались данные военной

системы метеорологических наблюдений DMSP. В 2004 году, по результатам исследования NOAA, в России было сожжено 50,7 млрд кубометров попутного газа. При этом в официальной отчетности говорилось только о 14,9 млрд кубометров.

Поиск горячих точек

Технология оценки объемов сжигаемого ПНГ, основанная на применении спутниковых данных, предполагает использование снимков, полученных в инфракрасных (ИК) диапазонах. Это позволяет детектировать так называемые горячие точки, температура которых значительно выше температуры окружающей территории. В результате на изображении появляются тепловые засветы. В районах нефтедобычи такими точками являются факела сжигания ПНГ. По их яркостным характеристикам определяется мощность и активность факелов.

Впрочем, у такого подхода есть существенный недостаток. Он заключается в низком пространственном разрешении данных метеоспутников DMSP, используемых в отчете NOAA. Это не позволяет с полной уверенностью отделить факела сжигания ПНГ от других типов объектов – таких, как выбросы тепловых электростанций, факела, которые горят на месторождениях природного газа или газового конденсата, на нефте- и газоперерабатывающих заводах и др. Из-за разрешения данных DMSP также невозможно детектировать факела с низкой интенсивностью сжигания ПНГ.

Более эффективна методика оперативного мониторинга факелов сжигания ПНГ группой спутников различного пространственного разрешения. Она позволяет выявлять районы размещения горящих газовых факелов с относительно высокой степенью вероятности.

Опыты в Казахстане

Применимость технологии проверена на практике – специалисты ИТЦ «СКАНЭКС» разработали и используют методику. На первом этапе осуществляется выделение мест размещения факелов на заданной территории мониторинга по данным спутниковой съемки американских военных метеоспутников программы DMSP (данные доступны на сайте центра NGDC администрации NOAA). Обзорные снимки датчиков OLS спутников программы DMSP, сделанные в ночное время с пространственным разрешением до 0,6 км, позволяют выявить районы размещения горящих газовых факелов с высокой степенью вероятности.

В качестве дополнительной информации используются данные сканера MODIS спутников Terra и Aqua, которые дают менее достоверные результаты в детектировании средних и малых по мощности факелов. Спутники высокого разрешения SPOT 5 (разрешение 2,5-5 м) позволяют выявить факела средней мощности и маломощные установки, а по данным сверхвысокого разрешения с КА EROS A (разрешение 2 м) и EROS B (0,7 м) устанавливается источник «горячих» точек. Для увеличения частоты наблюдений возможно дополнительное использование данных спутника UK DMC-2 среднего разрешения (22 м) с полосой обзора до 600 км, который также ведет съемку в ИК-диапазоне.

По яркости и площади тепловых засветок на снимке в районе факела можно определить интенсивность его работы относительно ранее полученных данных или других факелов. Имея точные оценки объемов сжигаемого газа на факелах в момент съемки, можно и в дальнейшем оценивать его объемы, привязав имеющиеся цифры к размерам засветов.

Технология спутникового мониторинга факелов ПНГ отрабатывалась на месторождении Каракудук в Казахстане в 2008 году. Целью было обнаружение действующих факелов по космическим данным разного пространственного разрешения, а также контроль сжигания попутного и природного газа путем отслеживания состояния факелов. Наличие среднего ИК-канала у данных среднего разрешения позволило детектировать факела высокой и средней мощностей, а радиометрическое разрешение обеспечило возможность проведения сравнительной оценки мощности факелов.

Привлечение различных спутниковых систем способствовало увеличению частоты съемки одной и той же территории в несколько раз, а использование данных высокого разрешения (до 0,7 м) позволило детектировать маломощные факела. По результатам съемок было проведено картографирование нефтяной инфраструктуры. Так удалось обнаружить потенциальные районы сжигания ПНГ. Кроме того, было установлено реальное количество и положение факельных площадок сжигания попутного газа в местах нефтедобычи и периодичность их работы.

Геопортал для мониторинга

По результатам исследований в 2012 году был создан специализированный информационный сервис, основанный на комплексном использовании данных мультимасштабной и многосенсерной космической съемки для мониторинга функционирования факелов сжигания ПНГ на нефтепромыслах с оперативным отображением всей информации в веб-геопортале. В основе методического подхода – технология ScanNet оперативной многоспутниковой потоковой обработки данных. Она позволяет использовать собственную сеть универсальных станций приема информации, а также комбинированные данные из космоса разного пространственного разрешения.

Кроме того, при помощи веб-сервиса на основе GeoMixer осуществляется оперативная передача информации. На гео-портале отображается детальная информация по всем источникам функционирования факелов сжигания ПНГ в нефтегазовых районах с использованием мозаичной спутниковой геоосновы 0,5–1 м.

В тестовом режиме технология были использована для исследования трех месторождений – Ванкорского, Харьягинского и Астраханского. Причем наибольший интерес среди них представляло Ванкорское. Как известно, российским лидером по абсолютному объему сжигания ПНГ является «Роснефть» – в 2012 году на промыслах компании сгорело более 7,5 млрд кубометров ПНГ, что на 11% больше, чем годом ранее. Существенная часть объемов приходится именно на Ванкорское месторождение.

Для анализа использовались архивные данные со спутников с ИК-каналом различного пространственного разрешения (период 2007-2012 гг.). На серии разновременных снимков были обнаружены факела различной

интенсивности горения, зафиксированы отключения одних факельных установок и появление новых. Была также подобрана мозаичная спутниковая высокодетальная геооснова для точной идентификации факелов сжигания ПНГ, что позволило исключить ложные «горячие» точки и улучшить точность геопривязки

спутниковых изображений. К тому же, использовались данные с высокодетального спутника EROS-B (без ИК-канала, но с пространственным разрешение 0,7 м), на которых дешифрировались факельные установки как высотные, так и горизонтальные.

Детальная периодическая съемка в видимом и инфракрасном диапазонах спектра подтвердила наличие факельных установок различного типа. Результаты проведенного анализа представлены на открытом геопортале в виде интерактивной карты. По итогам проведенной работы специалисты установили изменение количества факельных установок, а также интенсивности их горения.

Подобный информационный сервис может быть использован с целью контроля геопространственного распределения и динамики функционирования факелов сжигания ПНГ на нефтепромыслах. В будущем планируется обеспечить покрытие спутниковой съемкой нефтегазовых месторождений на всей территории страны, включая данные со спутников низкого и высокого пространственного разрешения, что позволит увеличить точность исследований. Такой сервис даст возможность контролировать эффективность мер по управлению нефтегазовым комплексом, а также экологическое состояние природной среды в добывающих провинциях.

Смотреть макет опубликованной статьи