Полная версия

Главная arrow География arrow Дистанционные методы поисков месторождений нефти и газа на морских акваториях

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>

ДИСТАНЦИОННОЕ ИЗУЧЕНИЕ ПЕРСПЕКТИВ НЕФТЕГАЗОНОСНОСТИ АКВАТОРИЙ

Также как поисковые работы на континенте, поиски на шельфе в России ведутся в последовательности от выявления ловушек углеводородов к оценке их нефтегазоносности. Чтобы не покрывать сейсморазведкой совершенно не изученные площади акваторий, зарубежные компании поиски начинают с выявления конкретных признаков наличия углеводородов на исследуемых участках, а затем принимают решение о дорогостоящих геофизических работах и бурении для установления их структурной локализации или выявления ловушек углеводородов и подготовке места заложения первой поисковой скважины. Тем не менее, в арсенале средств дистанционного зондирования имеются методы поисков ловушек углеводородов до проведения сейсморазведки.

В двухтысячных годах в зарубежных компаниях получили развитие космические методы оценки нефтегазоносности, как для выявленных ловушек, так и для независимого прогноза участков недр. Они отталкивались от первых экспериментов, проведенных с помощью аэро- и наземных и подводных видов съемок [4-33].

Значимость геологического зондирования из космоса определяется их широкой площадью охвата Мирового океана, а для радиолокационной съемки - всепогодностью. В условиях абсолютной геологической неизученности даже шельфовых зон представляется возможным оперативно и с небольшими затратами получать сведения о потенциальной нефтегазоносности конкретных участков недр (рис. 1), а не покрывать плотной сеткой сейсмопрофилей весь лицензионный участок.

Установленные радиолокационной съемкой разновременные пленки нефти, получаемые из одного источника

Рис.1. Установленные радиолокационной съемкой разновременные пленки нефти, получаемые из одного источника

Дистанционные методы дают возможность устанавливать три вида выходов углеводородов из месторождений нефти и газа на суше и море:

  • - просачивание нефти и газа по сети разрывных нарушений из нефтегазоносных ловушек и находящих относительно устойчивое отражение в течение длительного времени на водных поверхностях (рис. 2);
  • - продолжительная разгрузка газа из газосодержащих осадков (рис. 3);
  • - локализованные выходы газа и нефти, приуроченные к подводным вулканам и грифонам (рис. 4).
Просачивание углеводородов по сети разрывных нарушений

Рис. 2. Просачивание углеводородов по сети разрывных нарушений

I. Дистанционное изучение перспектив нефтегазоносности акваторий

Месторождение нефти Каньон Миссисипи, открытое в 2016 году по результатам дистанционного зондирования

Рис.З. Месторождение нефти Каньон Миссисипи, открытое в 2016 году по результатам дистанционного зондирования

А - расположение скважин и нефтяные блины, В - временной разрез

Просачивание углеводородов, установленное по снимкам с радиолокационных спутников Кас1аг$а1 и Еплт$а1 на фоне батиметрических карт

Рис.4. Просачивание углеводородов, установленное по снимкам с радиолокационных спутников Кас1аг$а1 и Еплт$а1 на фоне батиметрических карт

Естественное просачивание нефти или газа на шельфе обнаруживается благодаря регулярному дистанционному наблюдению за потенциально перспективными районами [24,25,26,29,30,31]. Впервые так были обнаружены по космическим снимкам на морской поверхности газовые пузыри и тонкие масляные пленки в Мексиканском заливе (рис. 5, из архива НАСА).

Разрастающиеся пленки нефти в безветренную погоду

Рис. 5. Разрастающиеся пленки нефти в безветренную погоду

В спокойных морских условиях эти образования представляются красивыми, радужными пятнами концентрической формы, обычно от 0,5 до 1 метра в диаметре и известны под названием, как «нефтяные блины» (рис. 5). При долговременном просачивании «нефтяные блины» сливаются в форме более крупных сликов, которые обнаруживаются из космоса или самолета (рис. 6).

Полосовидные слики, сливающиеся под воздействием течений и ветра

Рис. 6. Полосовидные слики, сливающиеся под воздействием течений и ветра

Однако необходимым является разделение естественных нефте- проявлений и загрязнений морскими судами. Основными признаками первых являются: толщина нефтяной пленки, цвет, форма и характер поверхностных волнений, время их существования, периодичность проявления и приуроченность к перспективным нефтегазоносным регионам. Для пленок свойственна толщина 0,1-0,01 мкм, цвет от серебристо-серого до радужного и пятна, фиксирующие точку всплытия, представляющую собой кляксообразное утолщение, где всплывшая нефть концентрируется на водной поверхности.

Наиболее достоверными методами выявления нефтегазопроявлений являются: дистанционное лазерное сканирование в ультрафиолетовом и тепловом диапазонах (рис. 7). Необходимо подчеркнуть, что пленки нефти на водной поверхности не заметны глазу человека. Они имеют по сравнению с водой большую связность и в некоторой степени влияют на волнение, что и регистрируется дистанционными методами (рис. 8). Представляется возможным выявление их при толщине до 0,05 мкм. Регистрация пленок в течение длительного времени указывает на просачивание нефти со дна моря и наличие ее активного источника в осадочном чехле (рис. 1). В условиях замерзающих акваторий в арктических условиях на поверхности льда и снега отмечаются темные пятна, связанные с небольшими скоплениями нефти подо льдом, играющим роль экрана, и дальнейшим ее просачиванием по трещинам с последующей абсорбцией в снежном покрове (рис. 9).

Установление пленок нефти по аэросъемкам в тепловом (слева) и ультрафиолетовом (справа) диапазонах спектра

Рис. 7. Установление пленок нефти по аэросъемкам в тепловом (слева) и ультрафиолетовом (справа) диапазонах спектра

Поведение волн под воздействием просачивания углеводородов

Рис.8. Поведение волн под воздействием просачивания углеводородов

Модель просачивания и проявления нефти в арктических условиях

Рис.9. Модель просачивания и проявления нефти в арктических условиях

е методы поисков месторождений нефти и газа на морских акваториях

I. Дистанционное изучение перспектив нефтегазоносности акваторий_

Последовательность работ по изучению нефтяных пятен является следующей. Сначала они регистрируются длительное время вследствие их разноса ветром, затем классифицируются и фильтруются с целью отнесения их к наиболее достоверному типу. Информация по всем пятнам и пленкам интегрируется в базы данных, чтобы статистически получить их пространственное распределение и привязку.

Получение и проверка возможности выявления нефтегазопрояв- лений на водной поверхности космическими средствами привели к началу регулярных мониторинговых исследований акваторий преимущественно шельфа, в первую очередь, с помощью автоматизированных съемок космическими аппаратами и более детальными авиационными лабораториями, во вторую. Были осуществлены наблюдения во всех спектральных диапазонах, составлены спектральные библиотеки и проведена оценка существующих видов съемок для определения их информативности [17].

Наиболее показательные результаты достигнуты зарубежными компаниями, имеющими в своем арсенале большое количество новых технических средств дистанционного выявления нефтегазопроявле- ний на морской поверхности. Они были получены путем регистрации следующих физических полей:

  • - аномалий пространственной структуры морской поверхности, приводящих к деформациям спектров морского волнения;
  • - спектральной яркости и температуры поверхности моря;
  • - спектров флюоресценции;
  • - удельной эффективной поверхности рассеяния радиоволн;
  • - поляризации;
  • - электрической проницаемости.

Проявление и вариации этих полей при выявлении нефтепрояв- лений на поверхности моря регистрируются следующими аэрокосмическими методами: оптическими, многоспектральными, гиперспектральными, геотермальными, лидарными, радиолокационными, СВЧ-радиометрическими и пространственно-частотной спектрометрии. В качестве дополнительной информации возможно использование в дистанционном варианте магнито- и гравиметрию с помощью спутников Magsat, Geos, Champ и др.

Хотя выше перечисленные методы обеспечивают выявление косвенных признаков нефтегазоносности недр, но представительный их комплекс позволяет существенно повышать вероятность прогноза перспектив нефтегазоносности на досейсмической стадии поисковых работ.

Наиболее простой, оперативный и малозатратный метод выявления признаков нефтегазоносности акваторий - использование много- и гиперспектральных съемок из космоса для регистрации на поверхности воды пленок нефти, пузырьков газа, проталин и вспучиваний льда, связанных с мигрирующими из месторождений углеводородами (рис. 10).

Гиперспектральное изображение пленок нефти на водной поверхности

Рис. 10. Гиперспектральное изображение пленок нефти на водной поверхности

Наиболее значительный успех в разработке методики аэрокосмических работ на шельфе достигнут украинскими геологами под руководством В.И. Лялько.

Дистанционные исследования выходов газа и нефтяных пленок на основе съемок в видимом, радиолокационном и инфракрасном диапазонах проводились на Азовском и Черных морях [9-11]. В данном случае применялся комплекс методов: космических, геотермических и геохимических, по возможности сопрягаемых с гидроакустическим и сейсмическим профилированием с целью выявления путей миграции углеводородов (рис. 11). То есть в подобном варианте поисковых работ их последовательность следует от оценки нсфтегазоносности участков к поискам ловушек традиционными геофизическими методами, в первую очередь сейсморазведки.

Регистрация газовых струй геоакустическими и сейсмическими методами па Черном море

Рис. 11. Регистрация газовых струй геоакустическими и сейсмическими методами па Черном море:

а - вторжение газов в придонные слои по данным эхолотирования, б - положение газовых струй на региональном временном разрезе, в - следы глубинной миграции углеводородов через осадочный чехол на временном разрезе

Многоспектральные съемки из космоса в ближнем и инфракрасном спектрах позволяют выявлять аномальность участков с выходами газов, а в тепловом и радиодиапазонах - пленки нефти и геотемпера- турные аномалии. По результатам этих работ определяются площади, представляющие интерес для проведения гидроакустического профилирования и сейсморазведки. Глубинность этого метода в акватории Черного моря составляет 50 и более метров, способствуя выявлению ареалов проникновения газов в придонные осадки и их прорывов [9- 10]. Этот комплекс завершается сейсморазведкой, выявляющей структурные ловушки и пути миграции углеводородов из их источников и напряженное состояние, влияющее на степень открытости или закрытости путей миграции (каналов) и определяющее периодичность прорывов газовых струй.

Наиболее эффективной из дистанционных методов на установление нефтепроявлений является ультрафиолетовая съемка. Она осуществляется авиационными сенсорами, наиболее эффективные из которых разработаны в компаниях ВР и 81аЮй. Одновременное использование съемок в ультрафиолетовом и инфракрасном диапазонах обеспечивает наиболее достоверные данные о просачивании углеводородов, причем на суше с глубиной регистрации до глубины 3 м (рис.7). В США в провинции Саскичеван большинство открытых месторождений осуществлено с помощью ультрафиолетового сенсора в диапазоне 333 нм. Он активно используется компанией 8&ЮП в акватории Баренцева моря вблизи Штокмановского газового гиганта (рис. 12).

Просачивание углеводородов на шельфе Норвегии (окрашены красным цветом)

Рис. 12. Просачивание углеводородов на шельфе Норвегии (окрашены красным цветом)

Ультрафиолетовые изображения различают очень тонкие нефтяные пленки на поверхности водного пространства: во-первых, из-за их высокой отражательной способности и, во-вторых, вследствие точной регистрации спектральных характеристик нефти и воды, их пограничных максимумов. Кроме того, регистрация концентрации нефтяных масел при солнечном излучении, основана на явлении флюоресценции в этой части спектра.

Однако, у этого типа систем обнаружения есть и существенные недостатки. Прежде всего - солнце как источник радиации и, следовательно, эффективно съемка может работать только в дневное время и при ясной погоде. С другой стороны, исходя из рассеивания атмосферой, ультрафиолетовые снимки получаются низко контрастными. Понятно, что эффект рассеивания намного меньше для изображений, которые получены с высоты 1000 м или меньше. И, следовательно, этот нижний уровень съемки самолет - лаборатория использует только после анализа космических снимков акватории, когда оптимизирована территория с определенной, высокой вероятностью на естественное просачивание нефти со дна акватории.

Активная съемка обычно производится с самолетов - лабораторий, а на космических аппаратах используется пассивный ультрафиолетовый сенсор - Fraunhofer Line Discriminator, который использует регистрацию на снимке солнечного отражения. Однако низкий уровень отношения сигнал/шум в ультрафиолетовом диапазоне на больших космических высотах делает метод выявления натуральных просачиваний нефти на поверхности воды не очень эффективным.

Специфика съемок из космоса в видимом диапазоне заключается в том, что она не обеспечивает необходимого контраста между водой и нефтью и требуется более сложная спектральная обработка снимков, чтобы получить хорошие результаты по выявлению просачиваний.

Существует определенная близость спектральных характеристик нефти и воды в группе каналов 1-3, полученных от сенсора LANDSAT ТМ. В остальных каналах (4-6) разница более заметна.

Каналы

сенсора

спутника

Ьапс1$а1

Спектральные

диапазоны,

цш

Спектральные характеристики нефти

Спектральные характеристики воды

4

0,76-0,9

13

8

5

1,55-1,75

7-50

5

6

2,08-2,35

22

3

Эффект ветра вызывает поверхностные волны в океане, которые заставляют поверхность нефтяных пятен показывать более высокий коэффициент отражения, чем окружающая вода, в период умеренного ветрового состояния. Это феноменальное явление под названием 8ш^Ип1:, позволяет до некоторой степени обнаружить нефтяные просачивания в морской воде.

Помимо дистанционной регистрации пленок нефти, эффект просачивания преимущественно газов фиксируется геоакустическими средствами (рис. 11,13).

Регистрация газовых струй

Рис. 13. Регистрация газовых струй:

а - Регистрация эхолотом нефти и газа, поднимающихся, как две струи с морского дна, в - Увеличение эффекта зигщПт в области концентрации нефтяных пятен, с - Космический снимок с пилотируемого корабля Шатл показывает эффект от нефтяных пленок

Съемки в ближнем, среднем или дальнем инфракрасном диапазоне активно используются в дистанционном комплексе поисковых работ на углеводороды. Нефть имеет высокий тепловой коэффициент, который контрастно отличается от тепловых показателей воды. Тепловой коэффициент включает: тепловую способность, теплопроводность и тепловую инерцию.

Тонкие нефтяные пленки могут показывать слабое температурное различие с окружающей водой, когда происходит перемешивание воды и нефти. При этом меняется угол температурного отражения пятна в зависимости от направления волн и их высоты. Поэтому для минимизации ошибок следует проводить дистанционное исследование комбинированным методом в ультрафиолетовом и тепловом диапазонах так, как облачность также действуют как барьер для тепловой регистрации.

Несмотря на положительные результаты, полученные при использовании инфракрасной съемки, они не всегда позволяют разделять естественный выход нефти и слики, образовавшиеся в результате утечки нефтепродуктов от морских судов или существующих платформ.

Значительный вклад в дистанционные методы обнаружения просачивания нефти на шельфе внесли результаты исследований и анализа аэро- и космических съемок в радиодиапазоне. Эти съемки из космоса более простые, менее затратные и оперативные по сравнению с аэросъемкой, с учетом того, что они могут получать информацию в огромном объеме днем и ночью, то есть производить мониторинг. Это особенно важно, так как время существования пленки на морской поверхности в среднем 12 часов, но вследствие постоянно-периодической подпитки они сохраняются более длительное время.

Нефть просачивается от подводных резервуаров и может достигать морской поверхности, обычно в форме пузырьков газа или нефтяных образований. Пузыри затем формируют пленки, выявляемые с радиолокационных спутников. Была математически рассчитана зависимость эффекта расхолаживания нефти на капилляре небольших волн по сравнению с областью относительного волнового спокойствия при обычном набеге на морскую поверхность. При анализе радиолокационного снимка учитывается и состояние погоды, главном образом направление и скорость ветра. Создается морфологическая модель поверхности океана в различных ситуациях по отношению к «странным волнам» нефтяных и газообразований. Выбираются аномальные районы по отношению к обычной волновой ситуации.

Опыт этих исследований ставился на примере разливов нефти от платформы в Мексиканском заливе в 1992 году (рис. 14).

Распределение разливов нефти от эксплуатируемой платформы

Рис.14. Распределение разливов нефти от эксплуатируемой платформы

Космические аппараты ERS, RADARSAT 1, задействованные для этих работ, имели на борту активные радары с синтезированной апертурой (SAR). Кроме того, перед началом исследований отбираются геохимические пробы, которые помогают составить спектральный ряд в радиодиапазоне и создать алгоритм их классификации. С целью определения локализации выходов нефти на морском дне используются специальные камеры, спускаемые под воду и позволяющие регистрировать фактические признаки измененных нефтей (рис. 15).

Дальнейшие исследования пленок нефти методами радиолокации были поддержаны математическими расчетами для оценки их площади. Чтобы наблюдать тонкую утечку нефтяных пленок на радаре, размер которых, как правило, не превышает 100-150 м, скорости местных поверхностных ветров должны быть между ~2м/с и ~5м/с, хотя для более толстых пленок могут быть до ~ 10м/с. В результате длительных наблюдений была составлена радарная классификация нефтяных пятен на поверхности воды. Пленки интерпретируются на снимках как темные участки. Они более толстые при загрязнениях, чем пленки просачивания, которые являются исключительно тонкими. Эти нефтепроявления повторяются во времени, формируются в различные группы, потому что каналы утечки со дна мирового океана практически всегда индивидуальны и исключительны.

Образование трубчатых смоляных источников на морском дне

Рис.15. Образование трубчатых смоляных источников на морском дне

Радиолокационные спутниковые системы очень эффективны при наблюдении пленок, искусственных и естественных, но только некоторые из них указывают на естественное просачивание углеводородов -не более чем 5% от общего числа обнаруженных пленок. Классификатор многочисленных снимков обеспечивает образ натуральных просачиваний (рисЛ 6).

Формы локализации нефтяных пленок на водной поверхности

Рис. 16. Формы локализации нефтяных пленок на водной поверхности

Сопоставляя выше перечисленные дистанционные методы, необходимо отметить, что наиболее успешными или прямыми методами установления естественных просачиваний нефти были активные ультрафиолетовые сенсоры, но первые открытия крупных месторождений на шельфе были сделаны с помощью активных лазерных съемок. Они требовали сложных математических расчетов, специализированной обработки и длительных наблюдений. К настоящему времени по акваториям мирового океана зафиксированы десятки тысяч площадей с активными просачиваниями углеводородов (рис. 17).

Приведенные в данном разделе сведения показывают, что арсенал средств для выявления признаков нефтегазоносности участков недр в условиях крайне слабой геологической изученности является более представительным, чем используется на суше, и он постоянно совершенствуется, как за счет появления новых сенсоров, так и за счет ком- плексирования методов.

ГО

Нефтяные месторождения и газогидраты, открытые на шельфе Мирового океана

Рис. 17. Нефтяные месторождения и газогидраты, открытые на шельфе Мирового океана

 
<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>