Использование спутниковых данных при освоении нефтегазовых месторождений на морском шельфе

В последние годы интенсивно развиваются многочисленные нефтегазовые проекты на морском шельфе. Освоение углеводородных месторождений и поиск новых нефтегазоносных зон представляют собой одно из активно развивающихся направлений человеческой деятельности.

Однако при реализации крупных проектов на шельфе, особенно в арктической зоне, необходимо учитывать высокую степень риска такой деятельности для экологического состояния окружающих акваторий. Безопасность выполнения морских операций непосредственно зависит от состояния морской среды. В связи с этим особую важность приобретают сведения о тех природных процессах, которые протекают в зоне выполнения работ по разведке углеводородных залежей, обустройству и освоению нефтегазовых месторождений.

Следует отметить, что сбор данных о состоянии морской среды в обширных акваториях представляет собой сложную техническую задачу. Наиболее полно и эффективно эта проблема решается благодаря использованию спутниковых данных в сочетании с математическим моделированием.

Одним из ведущих поставщиков данных о морской среде, регулярно реализующим всевозможные проекты в интересах нефтегазовой промышленности, является группа компаний CLS (Collecte Localisation Satellites), филиал французского Национального центра космических исследований CNES и Французского исследовательского института освоения моря IFREMER. Группа компаний CLS обеспечивает обработку информации, поступающей от космических систем определения местоположения, сбора данных, спутниковой связи, альтиметрии, метеорологии, радиолокационной съемки. Результаты этой деятельности дополняются данными математического моделирования процессов, протекающих в морской среде. Формируемые таким образом информационные материалы предоставляются в распоряжение государственных органов, научных и промышленных организаций, заинтересованных в получении оперативных сведений о морской обстановке.

Наблюдение за перемещениями флота

Нефтегазовым компаниям, реализующим проекты на морском шельфе, предоставляется широкий спектр услуг, базирующихся на спутниковых данных. Одной из самых востребованных услуг является дистанционное наблюдение за перемещениями нефтяных танкеров и судов снабжения. Для организации мониторинга деятельности морского судна используется спутниковый радиомаяк, устанавливаемый на борту контролируемого объекта и регулярно передающий через спутниковые системы сведения о собственном местоположении (рис. 1). При этом для передачи данных удаленному пользователю используются система определения местоположения и сбора данных Argos, системы связи Iridium и Inmarsat, а также береговые и спутниковые приемники, обеспечивающие сбор данных автоматической идентификационной системы AIS.

Рис. 1. Судовые радиомаяки спутниковых систем Argos и Iridium (© CLS)

Все данные, излучаемые радиомаяками различных типов и поступающие через различные спутниковые каналы, аккумулируются в едином информационном центре, совместно обрабатываются и предоставляются пользователю на едином сайте в сети Интернет на фоне детальных морских карт. Таким образом, пользователь имеет возможность дистанционно наблюдать за всеми единицами своего флота, независимо от того, какие средства мониторинга установлены на его судах (рис. 2).

Рис. 2. Результат дистанционного наблюдения за судами (© CLS)

Обеспечивающая реализацию крупнейших программ мониторинга деятельности морского флота в рамках международной Системы опознавания судов и слежения за ними на дальнем расстоянии (LRIT), международной Судовой системы охранного оповещения (SSAS), региональных и национальных систем мониторинга промыслового флота, а также в рамках многочисленных частных проектов, CLS обладает обширным банком ретроспективных данных о перемещениях морских судов. Эта информация является ключевым элементом, позволяющим оценивать особенности морской деятельности в тех акваториях, где планируются сейсморазведка, бурение скважин, добыча углеводородов. В распоряжение заказчиков предоставляются карты интенсивности судоходства в любых географических зонах (рис. 3).

Рис. 3. Карта интенсивности судоходства в европейской зоне (© CLS)

Мониторинг состояния морской среды

При проектировании морской нефтегазовой инфраструктуры, в ходе реализации работ по оценке особенностей лицензионных участков, при анализе результатов сейсморазведки исключительную важность приобретают достоверные исторические данные об изменениях состояния морской среды. Для проведения углубленного анализа морской среды в изучаемой акватории используется глобальный банк океанографических данных, накопленных за двадцатилетний период эксплуатации альтиметрических спутниковых систем и автономных океанографических буев различных типов, передающих данные через спутниковые системы. На базе этой информации выполняются работы по изучению циркуляции водных масс, формирования морских фронтов и вихрей, сезонной изменчивости поведения морской среды, возникновения экстремальных природных явлений.

Кроме того, океанографические и метеорологические данные очень важны при осуществлении сложных морских операций в интересах нефтегазовых компаний. Например, при выполнении сейсморазведочных работ большое внимание уделяется прогнозированию морских течений, оказывающих значительное влияние на функционирование используемого оборудования. Трехмерное моделирование морской среды, выполняемое на базе океанографических спутниковых данных, позволяет формировать прогнозы течений на ближайшие семь суток (рис. 4).

Рис. 4. Результат прогнозирования морских течений (© CLS)

Обеспечение экологической безопасности

В условиях постоянного ужесточения экологических требований к работам по бурению скважин на шельфе особое значение приобретают усилия по повышению безопасности работ и минимизации их негативного воздействия на окружающую среду. На базе спутниковых данных и результатов функционирования математических моделей службы CLS четыре раза в сутки предоставляют в распоряжение своих заказчиков метеорологические прогнозы, ежедневно формируют прогнозы морских течений на различных глубинах, моделируют дрейф простейших частиц в исследуемой зоне, предсказывая направление дрейфа бурового шлама и зоны его осаждения, а также оценивая толщину образующегося на дне слоя шлама.

Наконец, прогнозирование поверхностных течений используется для оптимизации маршрутов движения буровых платформ, судов снабжения и танкеров. Основываясь на предварительном плане движения судна, составленном капитаном, формируется оптимальный маршрут, проложенный через зоны с попутными поверхностными течениями и обходящий неблагоприятные районы (рис. 5). Движение судна по такому маршруту позволяет сократить продолжительность рейса или объемы затрачиваемого топлива, а также повысить безопасность мореплавания.

Рис. 5. Прогноз поверхностных течений и оптимальный маршрут движения судна, выделенный красным цветом (© CLS)

Выявление перспективных зон добычи углеводородов

Незаменимым средством анализа морской обстановки является радиолокационная спутниковая съемка. Радиолокационные изображения используются как для обеспечения безопасности морских операций, так и для выявления наиболее перспективных зон в регионах, богатых углеводородами. Используя десятки изображений исследуемой акватории, полученные со спутников в разные годы, экспертные службы выявляют следы маслянистых пленок на морской поверхности. Затем с использованием океанографических данных и сведений о перемещениях морского флота производится идентификация пленок, источниками которых являются морские суда, нефтяные платформы, а также всевозможные природные явления, не связанные с углеводородами. Оставшиеся пленки являются результатами естественных утечек нефти с морского дна (рис. 6). Те зоны, в которых следы углеводородов появляются наиболее часто, являются наиболее перспективными с точки зрения дальнейшего более детального изучения геологическими и геофизическими методами. Такая методика позволяет выполнить первую оценку нефтяного потенциала исследуемой зоны в сжатые сроки и без реализации каких-либо работ на местности.

Рис. 6. Карта повторяемости естественных утечек нефти (© CLS)

Выявление смещений и деформаций добывающих платформ

Другое важное направление использования многочисленных радиолокационных изображений одной и той же акватории – выявление опасных смещений и деформаций морских платформ в процессе их эксплуатации. Ограниченный доступ к некоторым элементам морских платформ, а также электромагнитные помехи от всевозможных средств измерения и передачи данных значительно усложняют задачу мониторинга технического состояния таких сооружений. Технология радарной интерферометрии позволяет на базе совместной обработки двух-трех десятков спутниковых изображений и без установки на платформе какого-либо оборудования выявлять миллиметровые смещения и деформации такого крупного инженерного сооружения.

Комплексное применение данных при разливах нефти

Наибольший эффект от применения современных технических средств достигается при совместном интегрированном использовании данных, получаемых от спутниковых систем разных типов. Ярким примером подобного перекрестного применения космических технологий является методика оперативного выявления аварийных разливов нефти и информационной поддержки мероприятий по ликвидации последствий таких кризисных ситуаций.

Прежде всего, необходимо организовать постоянное наблюдение за морской акваторией, в которой располагается нефтедобывающая платформа. Мониторинг ведется путем регулярной обработки радиолокационных спутниковых изображений и их проверки на наличие разливов нефти в исследуемой зоне (рис. 7). Заказчику периодически направляются отчеты обо всех загрязнениях, обнаруженных на морской поверхности, предоставляется информация о метеорологических и океанографических условиях в исследуемой зоне, передаются сведения об обнаруженных в контролируемой акватории морских судах.

Рис. 7. Выявление загрязнения на морской поверхности с помощью радиолокационной съемки (© CLS)

В случае обнаружения крупного нефтяного пятна работа всех служб переводится в режим чрезвычайной ситуации, что предполагает реализацию полного комплекса технических мероприятий: наблюдение за перемещениями пятна с помощью радиолокационной спутниковой съемки, слежение за дрейфующими вместе с пятном автономными буями, прогнозирование развития кризисной ситуации с помощью моделирования.

Для постоянного мониторинга размеров и формы нефтяного пятна радиолокационная съемка выполняется с максимально возможной интенсивностью. Незамедлительная обработка спутниковых изображений позволяет оперативно планировать мероприятия по ликвидации последствий чрезвычайной ситуации.

Для непрерывного слежения за перемещениями нефтяного пятна используются дрейфующие буи спутниковой системы Argos. Несколько буев, оснащенных спутниковыми радиомаяками, помещаются в эпицентр загрязнения и начинают дрейфовать вместе с пятном под действием ветра и поверхностных течений. Радиомаяк каждого буя периодически отправляет на спутники сообщения с собственными координатами, определенными с помощью встроенного навигационного приемника. В дальнейшем эта информация оперативно поступает в распоряжение конечного пользователя, позволяя дистанционно оценивать особенности дрейфа нефтяного пятна (рис. 8). Дополнительные буи помещаются в зоны наибольшего загрязнения в течение всего периода реализации мероприятий по устранению последствий катастрофы.

Рис. 8. Дрейфующий буй системы Argos и траектории дрейфа буев, помещенных в эпицентр загрязнения (© CLS)

Прогнозирование развития кризисной ситуации и предсказание ее возможных последствий выполняются на основе метеорологических и океанографических спутниковых данных с использованием математических моделей дрейфа. Информация о начальном положении нефтяного пятна, поверхностных течениях, температуре воды, ветре над морской поверхностью, глубине океана в исследуемой зоне закладывается в математическую модель. Расчеты корректируются с учетом данных, поступающих от буев системы Argos, дрейфующих вместе с пятном, а также с использованием результатов обработки спутниковых радиолокационных изображений. В результате формируется прогноз дальнейшего дрейфа нефтяного пятна.

Рис. 9. Предсказание направления дрейфа нефтяного пятна (© CLS)

Комплексное применение данных в процессе мониторинга ледовой обстановки

Другой пример комплексного использования различных спутниковых систем связан с организацией мониторинга движения айсбергов вблизи морских платформ, размещенных в арктической зоне. Основными задачами такой экспериментальной системы являются своевременное выявление айсбергов, представляющих потенциальную опасность для платформы, и последующий контроль их дрейфа.

Прежде всего, необходимо изучить процесс образования айсбергов. Математическое моделирование течения ледников и формирования айсбергов позволяет оценить объемы льда, начинающие свое движение к платформе в разные сезоны. Уточнить такие математические модели позволяют автономные буи спутниковой системы Argos, устанавливаемые на ледниках и предоставляющие удаленному пользователю точную информацию о скорости их течения.

Одновременно с этим зоны формирования айсбергов и основные коридоры, ведущие от них к платформе, постоянно исследуются с использованием данных, поступающих с альтиметрических космических аппаратов. Специализированная обработка альтиметрической информации позволяет не только весьма точно определять высоту морской поверхности, но и выявлять встречающиеся под траекторией спутника аномалии, такие, как крупные айсберги.

Наряду с этим организуется периодическая радиолокационная съемка акватории с целью выявления ледяных образований. При этом особо сложной задачей является обнаружение айсбергов небольших размеров, а также айсбергов, окруженных деформированными льдами.

Наконец, к выявленным айсбергам применяется модель дрейфа, позволяющая сформировать семидневный прогноз перемещений этих объектов (рис. 10). Исходными данными для функционирования такой модели являются сведения о скорости и направлении ветра, поверхностных и приливных течениях, температуре морской воды, а также батиметрическая информация.

Рис. 10. Предсказание направления дрейфа айсбергов, выявленных с помощью радиолокационной съемки (© CLS)

Вся вышеперечисленная информация предоставляется заказчику один раз в неделю, что позволяет своевременно оценивать распределение айсбергов в контролируемой акватории и тенденции их дрейфа.

В том случае, если один или несколько айсбергов приближаются к платформе на расстояние, которое они способны преодолеть примерно за две недели, интенсивность радиолокационной съемки и моделирования дрейфа должна быть значительно увеличена, а результаты мониторинга должны предоставляться конечному пользователю ежедневно.

Если же опасные объекты приближаются к платформе на расстояние, которое они способны преодолеть за семь суток, система мониторинга переводится в режим наиболее интенсивного функционирования, предполагающий обработку радиолокационных изображений и выполнение моделирования дважды в сутки. Кроме того, на столь опасные айсберги устанавливаются буи спутниковой системы Argos для гарантированного регулярного поступления данных об их дрейфе в распоряжение пользователя.

Рис. 11. Автономный ледовый буй спутниковой системы Argos (© ООО «Клуб «Живая природа»)

Таким образом, космические системы являются крайне важным источником оперативных данных о состоянии морской среды. При этом интенсивное освоение российских углеводородных месторождений связано со стремительным ростом опасности катастрофического загрязнения морских акваторий. В связи с этим представляется необходимой активная интеграция космических технологий, достойно зарекомендовавших себя во многих странах, в повседневную деятельность нефтегазовых компаний на российском шельфе.

Оригинал статьи опубликован в журнале «Земля из космоса»