Преимущество космических радарных систем при выполнении маркшейдерских работ на нефтегазовых месторождениях (на примере Южно-Русского месторождения)

Ю.Б. Баранов, М.С. Горяйнов, Ю.И. Кантемиров, С.М. Кулапов, Е.В. Киселевский, В.А. Нохрин

Выполнение маркшейдерских работ на нефтегазовых месторождениях требует создания системы наблюдений за смещениями земной поверхности, реализуемой, как правило, в виде геодинамического полигона. Геодинамический полигон представляет собой систему закрепленных реперов в пределах контура всего месторождения и опорных пунктов, вынесенных за область влияния деформационных процессов. Для измерения смещений земной поверхности используется традиционный метод повторных инструментальных измерений, как правило — нивелирование II класса.

Реализация такого рода подхода на нефтегазовых месторождениях влечет строительство протяженных ходов нивелирования, длиной десятки километров, и больших финансовых затрат уже на стадии закрепления реперов (рис. 1).

Ход нивелирования по инструкции по производству маркшейдерских работ (РД 07-603-03) предусматривает расстояние между реперными точками в 300–500 м, а в зонах предполагаемых тектонических нарушений — 100 м. В целях сокращения работ по оборудованию реперов, возможно использование устьев буровых скважин. Однако, поскольку расстояние между реперными точками жестко задано, заменить их полностью за счет использования скважин невозможно. Крайне дороги и сами высокоточные геодезические измерения, требующие значительные временные затраты — от нескольких месяцев до года и более.

Очевидно, что такой подход не может быть и достаточно точным (реальную информацию о смещениях можно получить только на нивелирном ходе, тогда как на всей территории данные получают путем интерполяции), а также надежным, поскольку за это время могут произойти геодинамические и геомеханические изменения.

В ООО «Газпром ВНИИГАЗ» — головном научном центре ОАО «Газпром» в области геологии, разработки месторождений, добычи, транспортировки, подземного хранения, переработки газа и промышленной безопасности с недавнего времени для решения задач контроля деформаций земной поверхности и массива горных пород, начали применять метод радиолокационной (радарной) космической съемки.  Использование спутниковых радарных систем позволяет практическими измерениями получить точную (миллиметровую) картину смещений земной поверхности и, таким образом, подтвердить и существенно уточнить расчетные ожидаемые параметры сдвижения массива пород и земной поверхности, возникающего при разработке месторождения.

В рамках системы маркшейдерско-геодезического мониторинга в 2010 г. ООО «Газпром ВНИИГАЗ» и компанией «Совзонд» совместно были выполнены работы по выявлению и анализу смещений земной поверхности, вызванных разработкой этого месторождения.

Южно-Русское нефтегазовое месторождение расположено в Красноселькупском районе Ямало-Ненецкого автономного округа. Являясь одним из крупнейших нефтегазовых месторождений в России, оно должно стать основной ресурсной базой газопровода «Северный поток» (Nord Stream). Лицензия на разработку месторождения принадлежит компании ОАО «Севернефтегазпром». Месторождение введено в эксплуатацию в декабре 2007 г. Исходными данными послужили радиолокационные космические снимки с японского спутника ALOS (радар PALSAR).

ВЫЯВЛЕНИЕ СМЕЩЕНИЙ ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ ПО КОСМИЧЕСКИМ  ДАННЫМ ALOS/PALSAR

Для анализа смещений земной поверхности была выбрана пара снимков ALOS/PALSAR от 30 июля 2007 г. и 19 июня 2009 г. Она характеризуется значительным временным промежутком между съемками — 2 года. Кроме того, разработка Южно-Русского месторождения началась как раз в 2007 г., то есть данная пара снимков охватывает период в два года от начала добычи газа (рис. 2).

Радиолокационный спутник с помощью радарных сенсоров «освещает» поверхность земли, при этом луч отражается обратно на приемно-передающие антенны. Радарные изображения дают информацию о наклонных дальностях, шероховатости поверхности ее диэлектрической составляющей и др. Из полученных данных отбираются снимки с интересующим интервалом времени, которые подвергаются многоэтапной обработке,  после чего создается карта реальных вертикальных смещений земной поверхности (рис. 3).

Сопоставление и последующий анализ имеющейся геолого-геофизической, промыслово-геологической и маркшейдерско-геодезической информации позволяют судить о причинах выявленных смещений земной поверхности на территории Южно-Русского нефтегазового месторождения. В настоящий момент причины как положительных, так и отрицательных смещений заключаются в комплексном воздействии природных и техногенных процессов.
Анализируя оседания на месторождении и данные об отборах газа за весь период эксплуатации месторождения, очевидно, что наибольшее опускание поверхности зарегистрировано на участках с максимальными значениями отборов. Ð’ то же время незначительные отборы газа в южной части месторождения в настоящее время не компенсируют вертикальное положительное движение неотектонических блоков, которое является причиной поднятия. Увеличение отбора газа в дальнейшем может продолжать изменять ситуацию, а территория продолжать испытывать опускание. Ð’ центральной части месторождения максимальные отборы газа на опускающихся неотектонических блоках, приводят к установленным нами за период 2007 — 2009 максимальным опусканиям земной поверхности до 8–10 см гг. (рис. 4).

Использование спутниковой радарной съемки позволяет практическими измерениями получить точную картину смещений земной поверхности и таким образом подтвердить и существенно уточнить расчетные ожидаемые параметры сдвижения массива пород и земной поверхности, возникающего при разработке месторождения. Использование навигационных спутниковых систем (ГЛОНАСС, GPS) дает возможность верифицировать радарные данные а, совместно с космической радарной съемкой, позволяет с точностью до нескольких миллиметров получать все три координаты любой точки земной поверхности на месторождении в реальном времени. Такая технология выполнения наблюдений для решения маркшейдерских задач на нефтегазовых месторождениях имеет преимущество, по сравнению с традиционными геодезическими решениями, как по быстроте получения результата, так и по стоимости.