Московский экономический журнал 3/2021

image_pdfimage_print

УДК. 528.854

DOI 10.24411/2413-046Х-2021-10167 

КОСМИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ АВАРИЙНЫХ НЕФТЕРАЗЛИВОВ В ПРЕДЕЛАХ ЛИЦЕНЗИОННЫХ УЧАСТКОВ НА ТЕРРИТОРИИ ЗАПАДНОЙ СИБИРИ

SPACE MONITORING OF EMERGENCY OIL SPILLS WITHIN LICENSE AREAS IN WESTERN SIBERIA

Новохатин Василий Васильевич, профессор кафедры геодезии и кадастровой деятельности, д.т.н, Тюменский индустриальный университет, г. Тюмень.

Осипова Надежда Григорьевна, доцент кафедры картографии и ГИС, к.с.н., Тюменский государственный университет, г. Тюмень.

Novokhatin V.V., Novohatin@yandex.ru

Osipova N.G., osnad@mail.ru

Аннотация. На сегодняшний день одной из наиболее актуальных проблем нефтегазовой отрасли является большое количество нефтеразливов, распространенных практически на всех территориях, на которых производится добыча, транспортировка и переработка нефти и нефтепродуктов, что наносит невероятный урон окружающей среде. В настоящее время применение аэрокосмических методов и технологий является перспективным направлением в решении множества задач нефтегазовой отрасли, в том числе может быть использовано для экологического мониторинга мест добычи, транспортировки и переработки нефти и нефтепродуктов, оценки последствий и снижения риска воздействия на компоненты окружающей природной среды.

В работе обосновывается актуальность и анализируются особенности применения современных аэрокосмических методов и технологий для мониторинга различных объектов нефтегазового комплекса, контроля нефте – и продуктопроводов, а также для оценки экологического состояния мест добычи, переработки, хранения и транспортировки углеводородов. Рассматриваются принципы организации аэрокосмического мониторинга и методов дистанционного зондирования для решения задач нефтегазового комплекса. Приводится пример применения аэрокосмических методов и технологий для оценки экологического состояния лицензионного участка нефтедобычи, обнаружения загрязнений нефтепродуктами.

Аэрокосмические методы позволяют выявлять и картографировать места аварийных нефтеразливов, оценивать их масштабы, выявлять неблагоприятные воздействия на окружающую среду, а также наблюдать и оценивать восстановительную динамику нарушенных территорий. 

Summary. Today, one of the most pressing problems of the oil and gas industry is a large number of oil spills that are common in almost all territories where oil and oil products are extracted, transported and processed, which causes incredible damage to the environment. Currently, the use of aerospace methods and technologies is a promising direction in solving a variety of problems in the oil and gas industry, including can be used for environmental monitoring of oil and oil products production, transportation and processing sites, assessing the consequences and reducing the risk of exposure to environmental components.

The paper substantiates the relevance and analyzes the features of the use of modern aerospace methods and technologies for monitoring various objects of the oil and gas complex, monitoring oil and product pipelines, as well as for assessing the environmental condition of places of production, processing, storage and transportation of hydrocarbons. The principles of the organization of aerospace monitoring and remote sensing methods for solving the problems of the oil and gas complex are considered. An example of the use of aerospace methods and technologies for assessing the environmental condition of a licensed oil production site, and detecting contamination with petroleum products is given.

Aerospace methods allow you to identify and map the locations of oil spills, assess their scale, identify adverse environmental impacts, and observe and evaluate the recovery dynamics of disturbed areas.

Ключевые слова: мониторинг, нефтеразливы, космические снимки, дешифрирование, лицензионные участки, нефтезагрязненные участки, дистанционное зондирование Земли.

Key words: monitoring, oil spills, satellite images, decryption, license areas, oil-contaminated areas, remote sensing of the Earth.

Ежегодно в окружающую среду поступает от 470 тыс. до 8,4 млн тонн нефти и нефтепродуктов. Причем не менее 54% этого количества связано с деятельностью человека (экологически небрежное потребление жидкого топлива – 37%, разливы в результате аварий танкеров – 12% и добыча нефти – 3%) и лишь 46% – с естественным высачиванием нефти из недр. Хотя на разливы нефти, связанные с авариями танкеров и ее добычей, приходится лишь 15% всего количества нефти, ежегодно поступающего в окружающую среду, подобные случаи катастрофического нефтяного загрязнения получают наибольший общественный резонанс [1]. Наиболее крупные разливы нефти вызваны, как правило, проведением работ по разведке, добыче и транспортировке нефти, авариями морских судов и ведением военных действий. За ликвидацию разливов нефти, конечно же, приходится платить, причём, совсем немалые суммы. Ликвидация крупных нефтеразливов обходится нефтегазодобывающим компаниям в миллионы, а порой и в миллиарды долларов [2].

В целях предупреждения и ликвидации последствий разлива нефти и защиты населения и окружающей природной среды от их вредного воздействия в 2002 году правительством РФ было издано постановление №613, которое предписывает всем организация, независимо от формы собственности, осуществляющим разведку месторождений, добычу нефти, а также переработку, транспортировку, хранение нефти и нефтепродуктов в числе прочих мероприятий разработать планы по предупреждению и ликвидации аварийных разливов нефти и нефтепродуктов [2,3]. В условиях применения современных методов и технологических процессов нефтедобычи, а также крупномасштабной транспортировки нефти, встает задача создания российских региональных систем аэрокосмического мониторинга объектов ТЭК.

Актуальность и необходимость применения аэрокосмических методов и технологий в нефтегазовой отрасли России обусловлена значительными площадями нефтегазоносных территорий, большой протяженностью трубопроводных сетей, труднодоступностью большей части регионов страны, где производится добыча и транспортировка углеводородов, суровыми погодными условиями в этих регионах страны и др.

Для проведения аэрокосмического мониторинга объектов нефтегазового комплекса должны использоваться различные космические аппараты (КА), воздушные средства (самолеты, вертолеты, дельтапланы, беспилотные летательные аппараты, дирижабли и др.), оснащенные различными типами пассивной и активной аппаратуры дистанционного зондирования, функционирующей в различных диапазонах спектра электромагнитных волн (от ультрафиолетового до радио), а также геофизической аппаратурой, средства связи, наземные средства приема спутниковых данных, ситуационные и информационно-аналитические центры, программные и технические средства обработки, долговременного хранения и предоставления пользователям аэрокосмической информации, а также соответствующее геоинформационное обеспечение.

 В настоящее время из-за труднодоступности нефтедобывающих территорий Западной Сибири наиболее перспективно проводить мониторинг воздействия нефтеразливов на состояние окружающей природной среды с помощью информации, получаемой при помощи данных дистанционного зондирования земной поверхности, представленных космическими снимками и соответствующего информационного обеспечения.

Целью работы является получение наиболее полной информации о возможностях ДЗЗ при нефтяном загрязнении объектов природной среды для оценки негативных последствий, а также разработки комплексных мероприятий по восстановлению продуктивности биоценозов.

Данные дистанционного зондирования Земли открыли новые возможности для оперативного мониторинга разливов нефти на суше и в морских акваториях. Снимки, полученные с помощью сенсоров, установленных на космических платформах, покрывают области с шириной до 500 километров и обладают достаточным разрешением для локализации границ разливов.  Радарные данные являются наиболее подходящим средством для решения задачи мониторинга нефтяных загрязнений благодаря всепогодности съемки и независимости от уровня освещенности.

На территории Западной Сибири эффективно выявлять нефтеразливы позволяют космические снимки Landsat. Программа Landsat — наиболее продолжительный проект по получению спутниковых фотоснимков планеты Земля. Первый из спутников в рамках программы был запущен в 1972 году, последний, на настоящий момент, Landsat 8 — 11 февраля 2013.

В соответствии с Постановлением от 14.01.2011 № 5-п (ред. от 26.09.2014) в Департамент по недропользованию ХМАО – Югры, Департамент природных ресурсов и не сырьевого сектора экономики ХМАО – Югры представляются ежеквартальные отчёты об аварийности (инцидентах) на трубопроводах и годовые сведения о загрязнённых участках от организаций, осуществляющих разведку месторождений, добычу, переработку, транспортировку и хранение нефти, нефтепродуктов, газового конденсата на территории автономного округа.

Для решения задачи объективности представленных отчётов недропользователей, анализа достоверности информации о загрязнённых площадях была продолжена работа по оперативному космическому дешифрированию нарушенных участков земли в местах разливов нефти и нефтепродуктов.

Нефтедобыча  на  месторождениях  зачастую  ведется  на   пойменных террасах  рек  и нефтезагрязненные   участки   расположены   вблизи   русел. Как показывает практика, значительная часть нефтезагрязнений (от 20 до 60%)  приходиться  на  болота,  на  которых  расположены  внутриболотные реки впадающие в более крупные реки и озёра.

В пределах ХМАО – Югры большое количество лицензионных участков расположено в широких пойменных зонах крупных рек (Омбинский, Усть-Балыкский, Солкинский, Южно-Сургутский и другие ЛУ). Участки характеризуются значительной обводнённостью и заболоченностью грунтов, многочисленными малыми и средними озёрами. Поэтому для более контрастного отделения участков, загрязнённых нефтью и нефтепродуктами, от водных объектов производилась подстройка гистограммы изображения в ПК ENVI 5.1. [6,7]. Снимки загружались в варианте инфракрасного изображения, где на контрасте красных яркостных характеристик выявлялись тёмно-серо-зелёные оттенки нефтезагрязнённых земель с размытыми границами (рис. 1).

При нефтяном загрязнении участка образуется локальное пятно, которое концентрируется в некоторой области около места разрыва (прорыва) нефтепровода и изменяет диэлектрическую проницаемость среды, которая, как и локальное изменение температуры, служит важным признаком нефтяных загрязнений среды, обнаруживаемых радиофизическими средствами ДЗЗ. С помощью тепловизионной, ИК- или СВЧрадиометрической аппаратуры, определяется разность радиационных температур объекта и фона, зависящая от их физических температур, а также от их коэффициентов излучения. Температура нефти в трубопроводе, как правило, превышает температуру грунта на той же глубине. Поэтому при утечке нефти из нефтепровода, ее температура при удалении от места повреждения, в результате теплообмена с окружающей средой снижается. Следовательно, измерение температуры грунта над трубопроводом позволяет выявить утечки и локализовать дефекты в нефтепроводах [4,5].

В результате проведённой инвентаризации и контроля нефтезагрязнённых участков (НЗУ) с применением данных дистанционного зондирования было дешифрировано 7475 полигонов общей площадью 7915,8 га. Каждый НЗУ рассмотрен на соответствие с отчётными данными аварийности на трубопроводах и сведений нефтяных компаний по загрязнённым участкам. Также принималась во внимание информация недропользователей о рекультивации нарушенных земель с выявлением по космическим снимкам признаков восстановления и реабилитации почвенного покрова.

Выполнение дешифрирования предусматривало для наиболее чёткого выявления и мониторинга НЗУ использование автоматических методов обработки спектральных данных. Технологический процесс выявления загрязнения нефтепродуктами природной среды в основном предусматривает предварительную обработку радиолокационного снимка (радиометрическая коррекция, ортотрансформирование и т.п.), обнаружение и извлечение основной информации о разливах нефти (оконтуривание площадей разливов, присвоение атрибутов и т.п.). 

При воздействии нефти, нефтепродуктов, связанных с утечками из трубопроводов, на травяной покров и почву изменяются яркостные характеристики в различных спектральных диапазонах, связанные с вариациями спектральных отражательных способностей почв и растительности, которые могут быть зарегистрированы многоспектральной и гиперспектральной аэрокосмической аппаратурой. Кроме того, в этих случаях изменяются вегетационные индексы NDVI и NCHVI, которые хорошо регистрируются с использованием данных, полученных многоспектральной оптической аппаратурой ДЗЗ, а также совместным использованием оптической и радиолокационной аппаратуры.

Выявление новых участков, загрязнённых нефтью, растекание и впитывание нефтяных продуктов на почвенных грунтах с течением времени, уменьшение площади нарушений за счёт самовосстановления и рекультивации можно производить с помощью автоматизированного анализа. Для оценки произошедших на территории изменений достаточно выполнить два варианта анализа: синтез разновременных каналов и синтез производных изображений. В частности, для поиска ситуационных изменений применялась автоматизированная методика разновременного синтеза данных – построение мультивременных композитов. В ПК ENVI сравнение значений коэффициентов спектральной яркости выполнялось через функцию Layer Stacking [6,7,8].

В результате обработки обработки фрагмента космического изображения, полученного со спутника Landsat 8. (рис.1) с использованием вегетационных индексов NDVI и TCHVI и проведения классификации методом максимального правдоподобия выявлены ландшафтные особенности исследуемого лицензионного участка, которые приведены на шкале цветоделения. Выполненное цветокодированное изображение этого фрагмента, составленное в псевдоцветах, позволило выявить участки антропогенных воздействий.

Анализ полученных результатов показывает, что в районе лицензионного участка нефтедобычи антропогенная нагрузка на окружающую среду крайне высока. Наблюдаются разливы нефти и нефтепродуктов, деградация растительного и почвенного покрова, прочие нарушения природного ландшафта, вызванные как воздействием утечек, так и интенсивной хозяйственной деятельностью.

Применения новых методов обработки космической информации, визуального дешифрирования позволило провести сравнение отчётных данных недропользователей и информации, полученной с использованием ДЗЗ. Продолжено картографирование участков земли, загрязнённых нефтью, а также проведён анализ их распределения по административным районам автономного округа. Выполненные изыскания на Западно-Сургутском лицензионном участке подтверждают эффективность космического мониторинга участков аварийных нефтеразливов.

Литература

  1. Ященко И.Г., Перемитина Т.О., Лучкова С.В. Комплексная оценка экологических рисков аварийных разливов нефти / Влияние предприятий нефтегазового комплекса на окружающую среду, 2014. С.5-9.
  2. Ященко И.Г., Перемитина Т.О., Алексеева М.Н. Оценка состояния и динамики восстановления растительного покрова нефтедобывающих территорий с использованием космических снимков / Экологический мониторинг. Оценка экологических рисков, 2013. С.16-19
  3. Лентарёв А.А. Оценка рисков при разработке планов по ликвидации разливов нефти на море / Предупреждение аварийных разливов нефти, 2012. С.15-17.
  4. Бондур В.Г. Аэрокосмические методы и технологии мониторинга нефтегазоносных территорий и объектов нефтегазового комплекса // Исследование Земли из космоса. 2010. № 6. С. 3–17.
  5. Хренов Н.Н. Основы комплексной диагностики северных трубопроводов. Аэрокосмические методы и обработка материалов съемок. М.: «Газойл пресс». 2003. 352 с.
  6. http://redut-security.ru ” principle of operation and use of GPR»;
  7. http://studbooks.net “Processing and interpretation of data .”
  8. Направления эффективного использования земельного фонда на примере аббатского района Тюменской области Кряхтунов А.В., Черных Е.Г., Богданова О.В.Естественные и технические науки. 2018. № 5 (119). С. 129-132.