Методы дистанционного зондирования при разведке и разработке месторождений нефти и газа

Методы дистанционного зондирования  
при разведке и разработке  
месторождений нефти и газа

Д.М. Трофимов, М.Д. Каргер,  
М.К. Шуваева

Инфра-Инженерия
Москва
2015

УДК 622.323.002.5
ББК 33.131я73
M54

 
Трофимов Д.М., Каргер М.Д., Шуваева М.К.
M54 
Методы дистанционного зондирования при разведке и разработке 
 
месторождений нефти и газа. – М.:Инфра-Инженерия, 2015. – 80 с.

ISBN 978-5-9729-0090-9

Рассмотрены современные методы дистанционного зондирования, существенно обогащающие традиционный информационный комплекс работ при разведке и 
разработке месторождений нефти и газа. Они способствуют повышению полноты 
извлекаемости углеводородов и представлены тремя видами съемок: многоспектральной, инфракрасной и радиолокационной. Каждая из них решает специализированную задачу. Первая выявляет зоны аномального просачивания углеводородов, 
вторая  фиксирует повышенный тепловой поток, вызванный активными флюидотермодинамическими процессами в залежах,  а третья дает оценку динамического 
состояния резервуара и воздействия на него современных тектонических движений. 
Приводятся примеры практического использования дистанционных методов в 
комплексе работ по освоению месторождений нефти и газа в Тимано-Печорском, 
Западно-Сибирском и Сибирском нефтегазоносных бассейнах.
Книга предназначена для специалистов в области разведки и разработки 
месторождений нефти и газа, руководителей высшего и среднего звена нефтяных 
и газовых компаний, а также студентов и аспирантов  высших учебных заведений 
нефтегазового профиля.

© Трофимов Д.М., Каргер М.Д., Шуваева М.К., 2015
© Издательство «Инфра-Инженерия», 2015

ISBN 978-5-9729-0090-9

Введение

Нарастающие проблемы в нефтегазовой промышленности обусловлены многими 
факторами, основными из которых являются [1]:
- поздняя стадия разработки основных объектов нефтедобычи, характеризующаяся значительной выработанностью и обводненностью залежей углеводородов;
- снижение темпов роста добычи нефти и ее превышение относительно прироста 
запасов, ухудшение их структуры;
- прирост запасов в основном за счет доразведки и переоценки старых месторождений, открытие мелких залежей;
Ввод новых запасов, особенно в отдаленных регионах напрямую зависит от крупных инвестиций в геолого-разведочные работы. В этих условиях особенно актуальным является внедрение инновационных малозатратных методов.
К числу таковых принадлежат  методы дистанционного зондирования Земли 
(ДЗЗ), методика применения которых была разработана и апробирована много лет 
назад в аналоговом виде [2], а в настоящее время уже отработана в цифровой форме [3,4]. Эти методы уже давно используются за рубежом и применяются многими 
специализированными сервисными компаниями.
В нашей стране применение дистанционного зондирования при прогнозе нефтегазоносности  ограничено, хотя известны примеры открытия месторождений нефти 
и газа с их участием в Тимано-Печорской, Западно-Сибирской и Сибирской провинциях [4]. Эта ситуация вопреки возможности получения экономического эффекта от 
использования данного метода не находит своего разрешения и объясняется в основном следующими причинами:
- психологическим недоверием к неизвестным методам, которые только в последние годы были введены в учебные планы некоторых вузов (МГУ, МГРУ, РГУНГ и 
др.);
- психологической сложностью смены устоявшейся технологии геолого-разведочных работ, не прописываемой в лицензионных соглашениях;
- дезавуированием метода малокомпетентными специалистами, так как в СССР и 
России до последнего времени не было специализированной подготовки по данной 
дисциплине и фактически они являлись самоучками;
- наличием устойчивых коррупционных связей определенного уровня заказчиков 

Введение

Методы дистанционного зондирования при разведке и разработке месторождений нефти и газа

и исполнителей, выражающихся в предопределенности конкурсов и тендеров;
- отсутствием понимания и интереса у специалистов агентства «Роснедра» к внедрению методов дистанционного зондирования, не включающих их в практику поисковых работ на лицензионных участках.
В ряде случаев имеет место сочетание вышеуказанных причин. Итогом сложившейся ситуации является не только техническое отставание в использовании новейших технологий, но и упущенный экономический эффект.
Наука и практика, как живой организм, постоянно развиваются, не только углубляя и модернизируя уже используемые технологии, но и внедряя в производство 
принципиально новые методы исследований. Для нефтегазовой геологии – это появление дистанционного зондирования. Оно представляет собой комплекс взаимосвязанных методов исследований Земли, физически увязанных системой медленно 
и постоянно протекающих энергетических процессов. Они объединяют новейшую 
и современную микроамплитудную подвижность земной коры, деформирующую 
ловушки углеводородов, сопровождающуюся тепломассопереносом и миграцией 
нефти и газа к земной поверхности. Эти слабо отражающиеся на земной поверхности процессы не заметны глазу человека. Они регистрируются радиолокационной, 
многоспектральной и  инфракрасной съемками, интерпретируются с целью прогноза 
ловушек углеводородов и оценки их нефтегазоносности совместно с геолого-геофизическими данными. 
Предлагаемый комплекс работ с более разнообразными современными высокотехнологичными техническими средствами с максимальной полнотой фиксируют 
физически разные, ранее не изучавшиеся, но связанные между собой процессы в 
осадочном чехле. Они отражают переформирование ловушек и скоплений углеводородов, а также регистрирует их пространственное положение. При этом методы 
дистанционного зондирования используются и могут быть использованы для построения детальных структурных и структурно – тектонофизических карт резервуаров, 
карт мониторинга движения флюидов, и в комплексе с сейсморазведкой и бурением 
– при построении трехмерных фильтрационных моделей.
Технологии дистанционного зондирования базируются на новейших научных достижениях во многих областях и способны также решать ряд фундаментальных и 
прикладных проблем [4,5,6]:
- изучение с помощью радиолокационной интерферометрии геомеханических 
процессов, определяющих современную подвижность структур и разрывных нарушений осадочного чехла и влияющих на структуру резервуара, а соответственно на 
эффективность разработки месторождений нефти и газа [7,8];
- изучение и анализ термодинамических процессов с использованием тепловой 
инфракрасной съемки, влияющих на миграцию углеводородов к земной поверхности 
и вызывающих заражение почвенного и растительного покровов [9];
- изучение с помощью много- и гиперспектральных съемок биогеохимических 
факторов, определяющих изменение спектральных характеристик почвенно-растительного покрова под воздействием углеводородов [10,11].

В конечном счете эти технологии играют особенно важную роль как в изучении 
и обосновании ресурсной базы особенно слабо- и неизученных участков недр, так и 
освоении месторождений нефти и газа. Эти проблемы, как раньше, так и сейчас  решались по данным бурения и сейсморазведки в условиях относительно низкой плотности дискретных геологических данных  на уровне продуктивных толщ. Верхняя 
часть осадочного чехла, несущая большой объем геологической информации, оставалась неизученной. Традиционно имел место дефицит геологической информации, 
что сказывалось на величине коэффициента извлечения как нефти , так и газа. В настоящее время с помощью дистанционных методов представляется возможным решать эти проблемы и сверху вниз, обеспечивая более полное их решение в комплексе 
геолого-разведочных работ.
Предлагаемая читателям публикация основана на многолетних, экспериментальных, опытно-методических и практических исследованиях по использованию 
методов дистанционного зондирования в комплексе геолого-разведочных работ на 
нефть и газ и впервые показывает результативность их применения при разведке и 
разработке месторождений нефти и газа. Она сознательно дана в сжатом виде для ее 
упрощенного и ускоренного восприятия.
Основной целью, стоявшей перед авторами, являлась необходимость привлечения внимания специалистов к целесообразности и эффективности применения 
дистанционных методов при разведке и разработке месторождений углеводородов, 
а также желание снять накопленные в течение многих лет сомнения, по мере возможности развеять недоверие ряда специалистов нефтяной и газовой промышленности, 
разъяснить неясные вопросы в отношении физических основ методов дистанционного зондирования. 
Необходимо подчеркнуть, что положительные результаты работ могут быть получены только при использовании современных специализированных программных 
продуктов для обработки и геологической интерпретации всего комплекса работ высококвалифицированными специалистами в области ДЗЗ и нефтегазовой геологии. 
Авторы выражают глубокую благодарность Л.Б. Берману за помощь в работе и 
предоставленные материалы, а также А.В. Емельяновой, И.Н. Поташовой и С.А. Сидоровой за содействие в оформлении текста и рисунков. Данная работа  подготовлена 
и опубликована сервисной компанией «Ресенойл».

Введение

Методы дистанционного зондирования при разведке и разработке месторождений нефти и газа

I. Физические основы методов  
дистанционного зондирования  
и изучаемых геологических процессов

Физические основы дистанционного зондирования базируются на регистрации 
количественных данных отраженного, преломленного и эмиссионного излучения от 
земной поверхности, получаемых  с авиационных или космических носителей аппаратуры. Информация по каждому методу сбрасывается по радиоканалам на приемные станции и после предварительной обработки может оперативно поступать к 
заказчику, которому также доступен огромный объем архивных данных по любому 
участку Земли. Эти данные представлены спектральными показателями, величинами 
теплового излучения Земли и регистрируемыми изменениями высотных отметок рельефа любого из исследуемых участков.

I.1. Физические основы методов дистанционного зондирования и возможности их использования при разведке и разработке месторождений нефти и газа 

Современные дистанционные методы съемок из космоса позволяют проводить 
различные виды картирования земных покровов и протекающих процессов (геологическую, структурную, тектонофизическую, экологическую, геотермальную и др.), 
магнитную съемку крупных коровых объектов и измерения аномалий силы тяжести 
или геопотенциала с точностью до 1 мгал. Эти данные обеспечивают получение гигантского объема информации в цифровой форме в реальном масштабе времени. 
Масштаб и точность принимаемой информации определяется величиной отражающей площадки (пикселом), соответствующей разрешающей способности на местности [12]. Современные возможности съемок из космоса обеспечивают разрешение 
на местности не меньшее, чем при аэросъемке в диапазоне от нескольких десятков 
сантиметров до сотни метров в виде непрерывного поля данных, что предопределяет 
решение широкого круга разномасштабных геологических задач. При этом представляется возможным получение информации в необходимое время и с определенной 
периодичностью, а также прослеживать ее изменение за выбираемый исполнителем 
диапазон времени. Эта специфика дистанционного зондирования обеспечивает уникальный инструментарий для изучения современного состояния поверхности Земли 
и протекающих процессов в осадочном чехле.
Второй уникальной особенностью рассматриваемых методов является использо

вание широкого диапазона электромагнитного излучения – от ультрафиолетового до 
сверхвысокочастотного (радиоволнового) в широких интегрированных зонах, минимально дробных (от микро- до нанометров) и синтезированном виде, объединяющем 
различные виды съемок. Это позволяет максимально чутко фиксировать малейшие 
изменения спектральных характеристик земных покровов, обусловленных воздействием геологических, геохимических, гидрогеологических и геотермальных процессов в осадочном чехле.
Исходя из технической специфики регистрации разных диапазонов спектра выделяют съемки в видимом, инфракрасном тепловом и радиодиапазонах, которые могут 
представляться в виде широкой интегрированной зоны видимой области (как при фотографической съемке), так и более дробных, получаемых много- и гиперспектральными съемками [6]. Они дают возможность одновременного получения многообразной спектральной информации о земной поверхности по всем каналам видимого и 
ближнего инфракрасного диапазонов.
В гумидных областях растительность является основным и наиболее чутким 
индикатором геолого – гидрохимических процессов. Спектральные характеристики 
растений или яркости отражают их цветность, не воспринимаемую глазом человека. 
Они определяются, в основном, способностью листвы отражать, поглощать или пропускать солнечное излучение. Эти показатели зависят от длины волны, атмосферных 
условий, возможностей техники и корректируются в процессе обработки данных.
Согласно теории инфракрасного излучения этот диапазон длины волн делится на 
три зоны: ближнюю, среднюю и дальнюю. Последняя представляет наибольший интерес для изучения собственного излучения Земли, различных геологических объектов и месторождений углеводородов. Фиксируемый сигнал в дальнем инфракрасном 
или тепловом диапазоне представлен радиационными температурами, отражающими 
собственное излучение Земли, или, с учетом наземных измерений, градусами по шкале Цельсия. Он регистрируется современной дистанционной техникой и анализируется относительно фоновых значений при изучении месторождений углеводородов, 
что позволяет выявлять связанные с ними аномалии.
Радиолокационная съемка осуществляется на основе регистрации приемником 
радиоотражений излучаемых сигналов, направленных с самолета или спутника. Физические параметры радиолокационной аппаратуры характеризуются частотой, поляризацией и углом облучения. Частота энергетических импульсов достигает 1500 в 
секунду по каждому объекту. Он облучается более 1000 раз при проходах спутника. 
Все отраженные сигналы фиксируются по времени, фазе и интенсивности сигнала от 
земной поверхности. Наряду с другими параметрами, интенсивность определяется 
структурной скульптурностью рельефа.  Извлечение наиболее полной информации 
от отражающего слоя, которым является земная поверхность, возможно при использовании нескольких информационных каналов в разных диапазонах электромагнитного спектра, различающихся параметрами зондирующих сигналов и поляризацией. 
То есть современные радиолокационные системы характеризуются съемками в разных диапазонах или многоканальностью [13]. 

I. Физические основы методов дистанционного зондирования и изучаемых геологических процессов

Методы дистанционного зондирования при разведке и разработке месторождений нефти и газа

Радиолокационная съемка с интерферометрической обработкой представляет собой инструмент для измерений рельефа и динамики подвижности земной поверхности. Она основана на точном определении координат, фиксируемых при отражении 
от каждого элемента изучаемого объекта за разные периоды времени при проходах 
спутника в интервале от 16 до 30 дней. Современная аппаратура обеспечивает субсантиметровую точность амплитудных колебаний и решение двух основных задач:
- измерение структуры рельефа и его динамики, то есть определение современной активности геологических объектов на земной поверхности за необходимый интервал времени;
- изучение свойств земной поверхности при поляриметрической обработке.
Важнейшим преимуществом радиолокационной съемки по сравнению со съемками в оптическом и инфракрасном диапазонах является ее всепогодность и возможность уменьшения экранирующего воздействия растительного покрова.
В условиях получения гигантского объема разнородной информации объективность решения конкретной задачи определяется ее четкой постановкой с учетом необходимого объема знаний, как по используемому методу съемки, так и по 
поверхностной оболочке (ландшафту) изучаемого объекта и его эволюции за рельефообразующий период. То есть, при геологической интерпретации комплекса 
дистанционных материалов осуществляется тематическая фильтрация данных, характеризующих геологические объекты.

I.2. Физические процессы в земной коре, определяющие возможность выявления структурных форм  осадочного чехла дистанционными методами

Дистанционные методы благодаря высокому пространственному и спектральному разрешению дают возможность с высокой точностью диагностировать и картировать процессы, медленно и с небольшой амплитудой протекающие на земной 
поверхности: ее деформации и их направленность, тепловой поток и отражательные 
свойства поверхностных образований (горных пород, почв и растительности). Эти 
фиксируемые новейшие и современные процессы порождаются в основном комплексом эндогенных сил (внутриплитными напряжениями, расширением радиуса Земли 
величиной до 2 см/год, сменой полей напряжения и др.) и в меньшей степени внешним воздействием (ротацией и солнечно-лунными приливами). Они активизируют 
микро- и малоамплитудную подвижность структурных, вещественных и структурно-вещественных неоднородностей фундамента и осадочного чехла, которая регистрируется на земной поверхности в основном за счет вертикальной составляющей 
эндогенного воздействия.
Вертикальные движения земной поверхности на платформах по данным многих 
специалистов для неотектонического этапа оцениваются от 2 до 3,5 см/год, а для настоящего времени по результатам инструментальных наблюдений от 1 до 2,5 см/год в 
зависимости от геотектонического положения [14]. Это величина осредненных региональных движений, на фоне которых отмечается локальная подвижность структур

I. Физические основы методов дистанционного зондирования и изучаемых геологических процессов

а)

б)

Рис.1. Схемы проявления локальных поднятий и осложняющей их 
тектонической мегатрещиноватости на аэро (а) и космическом (б) 
снимках геологически открытых и закрытых регионов. 
а)  Жилянская структура (Актюбинское Приуралье) 
б) Среднеботуобинское поднятие (Восточная Сибирь).

Методы дистанционного зондирования при разведке и разработке месторождений нефти и газа

ных ловушек, устанавливаемая по данным радиолокационных съемок [5].
Длительное увеличение радиуса Земли вызывает растяжение верхней оболочки, 
что приводит к открытию ослабленных зон чехла и фундамента, связанных с разрывными нарушениями, и препарированию различного типа неоднородностей под 
воздействием эрозионных и гидрогеологических факторов. Это было доказано экспериментальными дистанционными и сейсморазведочными работами на нефтегазовых 
месторождениях Тимано-Печорского бассейна. Они позволили установить, что 6070% ослабленных зон или нарушений, выявленных по космическим данным, с наибольшей отчетливостью фиксируются сейсморазведкой в верхней части осадочного 
чехла до глубин 500-1000 м, где уменьшается степень всестороннего сжатия.
Вертикальные движения вызывают усиление на уровне фона локально ограниченных эрозионных процессов в виде плоскостного смыва, препарирующего в своде 
поднятия более древние отложения, или уменьшения мощности покровных осадков 
(рис.1). Положительные движения приводят к формированию закономерной системы 
эрозионной сети, наследующей ранее сформировавшуюся трещиноватость вследствие воздымания локальных поднятий. Эти процессы активизируются при скорости локальных вертикальных движений, превышающей региональные движения. 
Сочетание индивидуальной подвижности поднятия и препарирующих эрозионных 
процессов приводят к проявлению на земной поверхности его структурно-деформационного образа через  геоморфологические признаки, которые распознаются только 
на высокоразрешающих снимках.
Дополнительными признаками растущего на современном этапе поднятия являются особенности растительного покрова, проявляющиеся в том числе за счет изменения водного баланса, питания и освещенности, что фиксируется  по данным многоспектральных съемок. Значимость гидрогеологического фактора в локализации 
поднятий определяется их направленным вертикальным движением, вызывающим 
изменение уровня грунтовых вод, разгрузка которых производится по разрывным нарушениям. Регистрация этого явления на уровне фона возможна при благоприятных 
условиях (ослабленного воздействия маскирующей растительности) и осуществляется с помощью тепловой инфракрасной съемки, фиксирующей слабые положительные тепловые аномалии, обусловленные меньшей обводненностью, или отрицательные - при разгрузке по разрывам.
Наиболее убедительной является статистическая связь локальных поднятий, 
установленных по геофизическим и дистанционным данным по Тимано-Печорскому, 
Западно-Сибирскому, Восточно-Сибирскому и другим нефтегазоносным бассейнам 
[15].
Основным объектом изучения геолого – разведочных работ является антиклинальная ловушка, представляющая собой поднятие в осадочном чехле, которое может содержать залежь углеводородов. Она представляет собой структурную неоднородность в чехле, часто отражающуюся в литологическом составе пород, и возможно 
в фундаменте. Эта неоднородность в условиях всестороннего сжатия, периодической 
смены полей напряжения и современного расширения радиуса земного шара (2 см/