遙感技術(shù)在油田監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

張澤南，楊金中，李任時(shí)，李青

1. 吉林省地質(zhì)調(diào)查院，吉林 長春 130102；2. 中國自然資源航空物探遙感中心，北京 100083

0 引言

油氣資源是我國重要的戰(zhàn)略性資源，對(duì)國家發(fā)展以及社會(huì)穩(wěn)定起著十分重要的作用。而隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，油氣資源的需求不斷攀升，提高我國油氣資源的保障能力的任務(wù)十分艱巨，對(duì)油氣勘探及開采工程要求也進(jìn)一步提高，借助遙感資料對(duì)地面工程的聯(lián)合站、中轉(zhuǎn)站、注水站、計(jì)量站、鉆井井場(chǎng)、采井點(diǎn)、居民區(qū)等地表信息的提取并建立數(shù)據(jù)庫，既能夠?qū)υ谟吞锷a(chǎn)開發(fā)過程中對(duì)土地占用情況有所掌握，同時(shí)也對(duì)未來油田生產(chǎn)的科學(xué)規(guī)劃提供更為可靠的依據(jù)。傳統(tǒng)的油氣勘查開發(fā)地面工程部署方法、獲取地表信息主要是依靠常規(guī)的勘測(cè)方法，其成本高，效率低，更新速度慢，而遙感方法具有速度快、時(shí)效性強(qiáng)、制作周期短等特點(diǎn)，并且精度完全能夠滿足生產(chǎn)需要，是一種實(shí)用可行的方法[1]。

本文以冀東油田、中原油田為例，利用大比例尺高分辨率遙感影像數(shù)據(jù)的配準(zhǔn)、分析，建立油田工程中重點(diǎn)地物信息的提取標(biāo)志，根據(jù)標(biāo)志進(jìn)行初步解譯，對(duì)疑問圖斑進(jìn)行野外實(shí)地驗(yàn)證，根據(jù)野外驗(yàn)證結(jié)果對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理及修改，根據(jù)結(jié)果建立數(shù)字化基礎(chǔ)信息庫和遙感影像數(shù)據(jù)庫，形成油田工程地物信息成果，得出開發(fā)及土地占用現(xiàn)狀，能夠?yàn)橛吞锕こ探ㄔO(shè)現(xiàn)狀的空間分析、統(tǒng)計(jì)建立數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，同時(shí)也為未來油田的科學(xué)規(guī)劃與建設(shè)提供數(shù)據(jù)支撐[2]。

1 技術(shù)路線與方法

1.1 技術(shù)路線

利用正射影像圖數(shù)據(jù)開展對(duì)油氣開發(fā)區(qū)遙感調(diào)查，主要采取遙感數(shù)據(jù)與多源數(shù)據(jù)相結(jié)合，通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行信息提取，人工目視解譯，室內(nèi)綜合研究，并輔以野外實(shí)地調(diào)查的方法[3]，客觀地對(duì)研究區(qū)油氣開采區(qū)的開發(fā)狀況，地面工程布設(shè)，區(qū)域環(huán)境現(xiàn)狀以及動(dòng)態(tài)變化等進(jìn)行遙感調(diào)查與監(jiān)測(cè)，并對(duì)成果進(jìn)行整理與綜合研究(圖1)。

圖1 技術(shù)路線圖Fig.1 Technology road map

1.2 衛(wèi)星數(shù)據(jù)的獲取與整理

本次工作中獲取到的影像數(shù)據(jù)為我國高分辨率的民用陸地觀測(cè)衛(wèi)星的影像數(shù)據(jù)，主要為高分一號(hào)、高分二號(hào)、北京二號(hào)、資源一號(hào)02C以及資源三號(hào)，所采用的衛(wèi)星數(shù)據(jù)均優(yōu)于2 m。

獲取到高分辨率衛(wèi)星數(shù)據(jù)后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，根據(jù)工作的目標(biāo)任務(wù)，合理選擇數(shù)據(jù)類型，主要通過影像糾正、彩色合成與空間變換、圖像增強(qiáng)處理、鑲嵌融合等方法，為遙感解譯以及地物信息提取做好準(zhǔn)備[4]。

1.3 遙感監(jiān)測(cè)與野外調(diào)查

1.3.1 遙感監(jiān)測(cè)

遙感監(jiān)測(cè)主要分為遙感信息提取以及生態(tài)環(huán)境動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)兩個(gè)方面：

第一，遙感信息提取：通過人機(jī)交互的方式對(duì)油田開發(fā)狀況以及油田生態(tài)環(huán)境等有關(guān)內(nèi)容進(jìn)行解譯，對(duì)油田開發(fā)狀況的信息提取是對(duì)油氣開采區(qū)內(nèi)的露天地物信息的提取并根據(jù)特點(diǎn)建立解譯標(biāo)志[5]，主要分為四類：井場(chǎng)、站場(chǎng)、油氣區(qū)道路以及輸油(氣)管道。

(1)井場(chǎng)：一般為矩形地塊，多分布在農(nóng)田中，邊界較為清晰，由油氣區(qū)道路連接至主路，根據(jù)不同的功能可分為采油井井場(chǎng)、采氣井井場(chǎng)、注水井井場(chǎng)和廢棄井場(chǎng)，采油井井場(chǎng)按照不同采油機(jī)的類型也需建立相對(duì)應(yīng)的解譯標(biāo)志，主要分為游梁式采油機(jī)、螺桿式采油機(jī)和塔架式采油機(jī)(圖2)。

圖2 中原油田井場(chǎng)Fig.2 Well site of Zhongyuan Oilfielda.采油井井場(chǎng)；b.采氣井井場(chǎng)；c.注水井井場(chǎng)

根據(jù)開采方式不同井場(chǎng)也分為單井井場(chǎng)和叢井井場(chǎng)(圖3)。

圖3 叢井井場(chǎng)Fig.3 Cluster well sitea.冀東油田塔架式采油井叢井井場(chǎng)；b.中原油田采氣井叢井井場(chǎng)

(2)站場(chǎng)：主要分為計(jì)量站、中轉(zhuǎn)站、注水站、聯(lián)合站等。計(jì)量站在解譯過程中是一個(gè)難點(diǎn)，主要與周邊民房區(qū)分，有時(shí)需要和周邊井場(chǎng)相關(guān)性來判斷，一般井場(chǎng)集中區(qū)會(huì)有多個(gè)計(jì)量站均勻分布，在遙感影像上為一個(gè)單獨(dú)的房子，周圍有油井分布，負(fù)責(zé)計(jì)量周圍油井采油數(shù)量，有明顯的圍墻(多為藍(lán)頂)。注水站面積與計(jì)量站類似，但注水站罐體以綠色為主，是一個(gè)很好的判斷標(biāo)志。中轉(zhuǎn)站規(guī)模介于計(jì)量站和聯(lián)合站之間，一般也有圍墻遮擋，呈方形，油管8～15個(gè)。聯(lián)合站結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，占地面積也較大，一般由油罐、氣罐，化工塔、器裝置，管道，房屋組成，一般緊鄰公路以方便油氣運(yùn)輸(圖4)。

圖4 中原油田站場(chǎng)Fig.4 Station yard of Zhongyuan Oilfielda.計(jì)量站；b.注水站；c.聯(lián)合站

(3)油氣區(qū)道路：呈線性，用于連接油氣采集區(qū)與站場(chǎng)，解譯重點(diǎn)在于區(qū)分油氣區(qū)道路和鄉(xiāng)村道路(圖5)。

圖5 中原油田油氣區(qū)道路Fig.5 Roads in oil and gas area of Zhongyuan Oilfield

(4)輸油(氣)管道：一般較細(xì)，并多數(shù)埋于地下，在影像上難以觀察，但在大型站場(chǎng)周圍會(huì)在地表上，同樣在農(nóng)田旁水溝有可能會(huì)有出露，是重點(diǎn)解譯位置。

第二，生態(tài)環(huán)境動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)：對(duì)油田生態(tài)環(huán)境動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)先是通過遙感影像掌握油氣區(qū)范圍內(nèi)土地利用類型，采油區(qū)占地情況，以及其生產(chǎn)活動(dòng)對(duì)周邊環(huán)境的影響等[6]，再通過對(duì)比兩期影像，制作變化圖斑，對(duì)土地利用情況進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)(圖6)，對(duì)比發(fā)現(xiàn)，農(nóng)田中的廢棄井場(chǎng)多以自然恢復(fù)為主，未見人工恢復(fù)跡象，多數(shù)長滿雜草，有的甚至仍為裸地，造成了即使該場(chǎng)地開采結(jié)束，但仍然占有土地面積，因此有必要對(duì)采油區(qū)開展長期動(dòng)態(tài)遙感監(jiān)測(cè)工作。

圖6 冀東油田兩期影像對(duì)比Fig.6 Image comparison of two phases of Jidong Oilfield

1.3.2 野外調(diào)查驗(yàn)證

野外調(diào)查主要的目的有兩個(gè)方面：一是對(duì)遙感解譯信息的可靠性進(jìn)行驗(yàn)證，核查的內(nèi)容為遙感解譯過程中存在疑問的圖斑，通過實(shí)地驗(yàn)證，補(bǔ)充遺漏圖斑信息，修改錯(cuò)誤的信息；二是對(duì)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)情況進(jìn)行驗(yàn)證，重點(diǎn)在于對(duì)環(huán)境的影響(圖7)。同時(shí)，由于不同油氣開發(fā)公司在不同的開采區(qū)內(nèi)所需的井站場(chǎng)規(guī)劃不盡相同，因此，野外實(shí)地驗(yàn)證能夠?qū)ぷ鲄^(qū)內(nèi)的重點(diǎn)地物信息有更深刻的認(rèn)識(shí)，進(jìn)一步提高信息提取的準(zhǔn)確性。

圖7 原油落地Fig.7 Crude oil falling to the ground

通過野外驗(yàn)證后，再次對(duì)遙感解譯信息進(jìn)行梳理及修改，最終形成成果數(shù)據(jù)、成果圖件、各類統(tǒng)計(jì)表格以及成果報(bào)告。

2 取得的成果

(1)通過遙感解譯及野外驗(yàn)證，得到冀東油田主要開采形式以叢井式開采為主，井場(chǎng)面積普遍較大，井站場(chǎng)分布較為均勻；中原油田開采形式主要為單井式開采，可見少量天然氣叢式井場(chǎng)，勘探開發(fā)范圍以河南省濮陽市為中心向周邊數(shù)個(gè)市縣輻射。

(2)整體來看，冀東油田和中原油田井場(chǎng)面積在規(guī)模上相當(dāng)，但冀東油田井場(chǎng)個(gè)數(shù)遠(yuǎn)少于中原油田，通過將井場(chǎng)占地面積除以各類井總數(shù)，得到“單井用地率”：冀東油田單井用地面積約為0.35 hm2，中原油田單井用地面積約為0.32 hm2，可見中原油田綜合占地面積較小，生產(chǎn)效率相對(duì)較高。

(3)冀東油田站場(chǎng)面積為187 hm2，中原油田站場(chǎng)面積為457 hm2，在二者井場(chǎng)面積相當(dāng)?shù)那闆r下，可以反映出冀東油田的叢井式井場(chǎng)相對(duì)于中原油田的單井式井場(chǎng)在油氣集輸方面更具有優(yōu)勢(shì)。

(4)冀東油田占用土地類型主要為耕地及未利用土地，中原油田占用土地類型均為耕地。

(5)冀東油田在驗(yàn)證中發(fā)現(xiàn)十余處廢棄井場(chǎng)，均未見人工恢復(fù)手段；中原油田廢棄井場(chǎng)恢復(fù)狀況分為兩種類型：一是自然恢復(fù)，即未進(jìn)行人工恢復(fù)，井場(chǎng)邊界清晰，雜草叢生；二是部分或全部恢復(fù)成耕地，主要為農(nóng)民自主恢復(fù)，恢復(fù)程度較高，但在影像上難以識(shí)別。

3 結(jié)論及建議

(1)遙感的優(yōu)勢(shì)：衛(wèi)星影像圖形象真實(shí)，具有宏觀性，通過遙感解譯手段，輔以野外驗(yàn)證，能夠更快速、準(zhǔn)確地對(duì)油氣工程中的各類地物信息進(jìn)行提取，這是傳統(tǒng)工作手段無法比擬的。

(2)建立了一套完整的油氣開發(fā)區(qū)內(nèi)地物信息遙感識(shí)別方法，總結(jié)了油氣礦山地物的遙感影像標(biāo)志及其組合特征，為油氣礦山監(jiān)測(cè)提供了本底數(shù)據(jù)；通過解譯數(shù)據(jù)及衛(wèi)星影像結(jié)合，建立完整的地理信息數(shù)據(jù)庫，并以此能夠?yàn)橛吞锕こ滩渴穑謴?fù)治理等工作提供數(shù)據(jù)支撐。

(3)可根據(jù)對(duì)不同時(shí)段進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)：利用同樣方法，通過對(duì)不同時(shí)段的影像與解譯數(shù)據(jù)相結(jié)合，制作變化圖斑，能夠?qū)ν恋卣加们闆r變化，井站場(chǎng)變化情況等進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)油田工程實(shí)施情況的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。

(4)利用現(xiàn)有數(shù)據(jù)庫，加之各類不同數(shù)據(jù)能夠?qū)崿F(xiàn)不同功能，例如在圖上增加礦權(quán)范圍數(shù)據(jù)，可以對(duì)油氣開發(fā)合法性進(jìn)行驗(yàn)證；如增加生態(tài)紅線，能夠?qū)t線內(nèi)開發(fā)情況進(jìn)行了解，為國土部門行使政府職能、整頓礦業(yè)秩序、合理開發(fā)資源提供準(zhǔn)確的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

本次工作中存在兩點(diǎn)不足：第一，對(duì)于傳統(tǒng)游梁式抽油機(jī)的影像識(shí)別較為容易，但是對(duì)于較矮的螺桿式抽油機(jī)在高分影像上極易與水井混淆，解譯較為困難；第二，工作時(shí)間跨度僅一年，無法對(duì)工作區(qū)開發(fā)狀況以及環(huán)境狀況變化進(jìn)行長期的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，難以得到工作區(qū)油氣勘查開發(fā)狀況的變化規(guī)律。

未來在主被動(dòng)、中高分、高光譜、SAR等多源遙感數(shù)據(jù)豐富的情況下，可以針對(duì)油氣開發(fā)過程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)、關(guān)鍵區(qū)域，開展地面沉降、水土污染等環(huán)境問題范圍及影響程度進(jìn)行調(diào)查，為油田用地監(jiān)管提供數(shù)據(jù)支撐；通過提高影像的空間分辨率，為解譯難度大的油氣區(qū)地物提供更為清晰的遙感影像；以本次工作區(qū)的成果數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，以年度為單位，繼續(xù)開展該地區(qū)油氣開發(fā)狀況遙感調(diào)查工作，則可實(shí)現(xiàn)對(duì)工作區(qū)長期的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，摸清變化規(guī)律，為工作區(qū)油氣開發(fā)與恢復(fù)治理提供更豐富的數(shù)據(jù)，為生態(tài)文明建設(shè)與可持續(xù)發(fā)展提供更加精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)服務(wù)。