Мониторинг факелов по сжиганию попутного газа на месторождениях Западной Сибири по данным MODIS

В 2004-05гг. по заказу Правительства ХМАО-Югры был выполнен анализ возможности измерения спутниковыми методами мощности факельных установок (ФУ) и
объема сжигания попутного нефтяного газа (ПНГ). Проведены полевые исследования особенностей работы факельных установок на нефтедобывающих
предприятиях, разработана формула зависимости мощности ФУ (объема сжигания ПНГ в секунду) от значений пикселей окрестности отметки ФУ на снимках
MODIS для ФУ высокого давления со сверхзвуковой струей истечения. Разработан алгоритм подчеркивания шлейфов конденсированного пара от ФУ на снимках
MODIS в холодные периоды (ниже 35 градусов).
В аномально холодные зимы 2006-2009 гг. с температурами приземного слоя воздуха 40-48 градусов удалось выявить на снимках MODIS более 400 ФУ на
территории Западной Сибири (Томская и Тюменская области, ХМАО и ЯНАО). На инфракрасных снимках с разрешением 1 км при температурах приземного
воздуха от 35 до 50 градусов и низких углах солнца видны огни факелов и тепловые шлейфы от горящего попутного газа. При цветовом синтезе трех
каналов сканера MODIS визуально дешифрируются тепловые шлейфы на удалении до 450 км от факела.
ЮНИИ ИТ проводит накопление и архивацию значительного объема данных ДЗЗ, как оперативно принимаемых антенными системами THA-9 и ОПТЭКС, так и
приобретаемых на коммерческой основе или поступающих из открытых источников. Разработано программное обеспечение для архивации и каталогизации
данных ДЗЗ. В настоящее время в каталогизированном архиве ЮНИИ ИТ содержится свыше 24 ТБ данных ДЗЗ с базой метаописаний на 340 тыс. записей.
Разработан банк пространственных данных бюджетных организаций ХМАО-Югры с удаленным доступом на базе Интернета. Адаптировано открытое программное
обеспечение Geonetwork для ведения WEB каталога метаданных космоснимков и создана база метаописаний на 70 тыс. кадров из архива ЮНИИ ИТ. Система
позволяет вести Интернет-каталог (www.ucgd.ru) о наличии в распределенных базах геоданных о пространственных данных, приобретенных или созданных на
бюджетные средства.
Создание базы данных координат и объемов сжигания для ФУ на пилотной территории (ХМАО) проводится на основе обработки спутниковых данных MODIS,
Landsat 5 и 7, ALOS\Avnir-2\Prism, QuickBird, GeoEye-1, Ресурс-ДК, карт лицензионных участков и открытых материалов на основе отчетных данных
недропользователей.
Систематическая обработка MODIS предваряться предварительной подготовкой вспомогательных данных, включающей следующие шаги:
1) Дешифрирование ФУ на пилотной территории: выделение ярких точек и шлейфов на снимках MODIS в зимний период (источников теплового излучения),
интеграция со снимками высокого и среднего разрешения на окрестности полученных источников теплового излучения, выявление объектов нефтегазодобычи
и уточнение координат факельных установок или их групп с точностью до нескольких десятков метров. Создание базы данных ФУ, по возможности с
указанием характеристик ФУ (низкого или высокого давления, высоты установки, горизонтального или вертикального типа и др.)
2) Сбор данных из открытых источников об оценках объема сжигаемого попутного газа на основе отчетных данных недропользователей об объемах добычи
углеводородов и объемах сжигания ПНГ на лицензионных участках, газовых факторах нефтяных месторождений.
Обработка MODIS предполагает ряд шагов:
1) Распределенное архивирование снимков MODIS (накопленный объем 10 Тб)
2) Интеграция с картографическим слоем факельных установок на пилотной территории
3) Отбор снимков MODIS, пригодных для выделения полезной информации в зонах размещения ФУ (автоматизированная фильтрация снимков с низкой
облачностью, клиппирование нужных зон, получение снимков без наложения соседних полос съемки (ликвидация «эффекта бабочки»), геопривязка и др.
4) Целевая обработка снимков MODIS в зонах размещения ФУ с целью определения мгновенной мощности факела, с использованием алгоритмов сравнения со
значениями фона, калибровки для данного типа ФУ и др.
5) Накопление базы данных измерений.
6) Статистическая обработка накопленных рядов измерений и интерполяция функции мощности ФУ на календарных интервалах времени (поведение ФУ в
течение месяца, квартала, года, нескольких лет).
7) Оценка объемов сжигания ПНГ на ФУ или группе ФУ.
8) Сравнение полученных значений с данными из других источников и калибровка значений. Альтернативная оценка объемов сжигания ПГН на основе снимком
MODIS может основываться на обработке полученных изображений шлейфов конденсированного пара.
Площадь и форма шлейфа на тепловых каналах MODIS отражает мощность ФУ. Преимуществом подхода является то, что тепловой шлейф является
аккумулированным проявлением деятельности ФУ на протяжении нескольких часов. Это позволяет сгладить изменения мощности факела, обычно проявляемые в
течение нескольких минут в зависимости от технологических особенностей работы сепараторов, разделяющих фракции нефтяной эмульсии в центрах
предварительной подготовки нефти, компрессорных установок на газопроводах, отводящих ПНГ к газоперерабатывающим заводам.
Работы проводятся при поддержке РФФИ (проект 11-07-12058).