СПОСОБ ПОИСКА ЗАЛЕЖЕЙ УГЛЕВОДОРОДОВ Российский патент 1996 года по МПК G01V9/00 

Изобретение относится к области поиска нефтяных и газовых месторождений с использованием данных дистанционного зондирования.

Известны различные способы использования данных инфракрасного (ИК) диапазона длин волн в дистанционном зондировании. Так, известен способ обнаружения подземных неоднородностей с отличными от вмещающих пород термическими свойствами, включающий дистанционную аэрофото- и тепловую съемку [1] Способ основан на двукратной тепловой аэросъемке с последующим выделением тепловых контрастов в пределах участков поверхности с одинаковым альбедо, выделяемым по аэрофотоснимкам. Тепловая съемка проводится в период максимального нагрева или остывания исследуемой поверхности и в периоды инверсии температурных контрастов (т. е. максимального температурного выравнивания сцены). Использование материалов съемки в период максимального нагрева или остывания не дает возможности обнаружить относительно слабые температурные контрасты, связанные с наличием залежей углеводородов (УВ) и проявляющиеся только в период максимального температурного выравнивания сцен. Поэтому данный способ рассчитан на обнаружение подземных неоднородностей на метровых глубинах и не может быть применен к поиску залежей УВ, находящихся на глубине от нескольких сот до нескольких тысяч метров.

Известен также способ обнаружения подземных неоднородностей с различными теплофизическими свойствами [2] Материалы аэрофотосъемки не используются. Предлагается формировать результирующее тепловое поле путем сложения или вычитания тепловых полей, зафиксированных в рамках двукратной тепловой съемки. Поскольку одна из съемок осуществляется после захода солнца, когда еще сильны остаточные эффекты, связанные с дневным нагревом поверхности, данный способ, как и предыдущий, ориентирован на обнаружение подземных неоднородностей, находящихся на небольших глубинах.

В рассмотренных способах не предполагалось проводить поиски УВ.

Наиболее близкими к изобретению являются способ и устройство ИК-съемки для обнаружения одного из видов УВ-битума в пропитанном дегтем слое песка [3] Как и в изобретении для поиска данного вида УВ осуществляется последовательный облет исследуемой территории с одновременным сканированием поверхности в ИК-области спектра и последующей автоматизированной обработкой зарегистрированных сигналов.

Однако данный способ, являющийся прототипом изобретения, основан на использовании отраженного от облучаемой поверхности непрерывного луча ИК-излучения (активное зондирование), а не собственного излучения исследуемой поверхности, как в изобретении. В прототипе используется излучение среднего ИК-диапазона, в изобретении ИК-тепловая область спектра. При проведении автоматизированной обработки в прототипе используется отношение сигналов, полученных в двух каналах прибора, а в изобретении используются данные одного канала. Наконец описанный в прототипе способ предназначен для выполнения съемки одного типа поверхности пропитанного дегтем слоя песка, в изобретении это ограничение отсутствует.

Изобретение направлено на проведение ИК-тепловой аэросъемки в условиях, обеспечивающих возможность обнаружения тепловых аномалий, отождествляемых с залежами УВ. Известно, что залежи УВ располагаются на больших глубинах в диапазоне от сотен до тысяч метров. Поэтому метод, основанный на выявлении подземных неоднородностей, находящихся на метровых глубинах, здесь не дает положительного результата.

Предлагаемый способ основан на использовании температурных аномалий, возникающих над нефтяными и газовыми залежами и имеющих малые амплитуды изменения температур порядка нескольких десятых долей градуса. В настоящее время физическая природа этих явлений не установлена.

Однако можно предполагать, что в качестве одного из активных "агентов" может выступать газовый компонент, выделяющийся с больших глубин и, следовательно, находящийся там под большим давлением, по мере подъема и уменьшения давления и расширения газовых пузырьков, температура должна падать. Этот эффект действительно способен привести к охлаждению газа и, следовательно, к понижению температуры вмещающих горных пород, особенно в зонах планетарной трещиноватости и тектонических разломов. Интегрально, по-видимому, охлаждаются и самые поверхностные рыхлые отложения, включая почвенно-растительный слой.

В изобретении предлагается способ ИК-аэросъемки при поисках залежей УВ, заключающийся в последовательном облете исследуемой территории с одновременным сканированием поверхности в диапазоне длин волн 8-14 мкм с последующей обработкой зарегистрированных сигналов и определением координат выявленных аномалий, отождествляемых с залежами УВ.

Малая величина амплитуды полезного сигнала, т.е. тепловых аномалий, вызванных наличием залежей УВ, определяет все существенные признаки изобретения.

Поскольку в качестве дешифровочного признака используется температурный контраст поверхности, при проведении съемки регистрируется собственное ИК-тепловое излучение исследуемой поверхности в диапазоне длин волн 8-14 мкм, а не отраженный непрерывный луч среднего ИК-диапазона (2,26-2,27 мкм), как это имеет место в прототипе. С помощью данного способа осуществляются поиски залежей УВ.

Так как величина полезного сигнала мала и составляет несколько десятых долей градуса, аэросъемка обследуемой территории осуществляется в оптимальных условиях, когда пространственная вариация теплового поля поверхности, вызванная ее нагревом солнечным излучением, минимальна. Выбор необходимых условий съемки (сезон, время суток, гидрометеорологические условия) основан на использовании материалов съемки эталонных объектов, содержащих и не содержащих залежи УВ.

Поскольку пространственное разрешение и уровень шумов в спутниковых системах ИК-теплового мониторинга недостаточны для проведения подобных исследований. ИК-тепловую съемку проводят с борта воздушного судна. Ввиду малой величины амплитуды выделяемого сигнала в процессе съемки осуществляют цифровую регистрацию данных ИК-теплового канала сканера с чувствительностью не ниже 0,2-0,3 К.

Для исключения возможности возникновения полос неотснятой территории при проведении с борта воздушного судна аэросъемки осуществляют последовательный облет обследуемой территории с одновременным сканированием, величину взаимного перекрытия полос обзора соседних маршрутов выбирают не меньшей, чем двойная величина максимально допустимого бокового отклонения самолета от первоначально запланированной территории. В изобретении предложено использовать перекрытие полос сканирования не менее 10%
При проведении аэросъемки обследуемой территории осуществляют съемку эталонных объектов, содержащих и не содержащих залежи УВ и находящихся в аналогичных условиях наблюдения. С помощью этих данных на этапе автоматизированной обработки зарегистрированных сигналов рассчитывают пороговую величину тепловых аномалий ΔТ_пор для отождествления тепловых аномалий с залежами УВ.

Для устранения искажений, вызванных зависимостью радиационной температуры исследуемой территории от угла сканирования и времени, проводят радиометрическую коррекцию зарегистрированного массива данных, включающую последовательное выполнение следующих операций.

Для каждого съемочного маршрута с порядковым номером рассчитывают зависимость (θ_v, l) средней для этого маршрута температуры от угла сканирования θ_v.

Используя совокупность данных (θ_v,l) для всех съемочных маршрутов l, 1≅l ≅N, где N общее число съемочных маршрутов, выполняют полиномиальную аппроксимацию зависимости (θ_v,l) от угла сканирования θ_v и порядкового номера съемочного маршрута (точнее говоря от среднего времени съемки соответствующего съемочного маршрута). Использование в дальнейшей обработке получаемых в результате выполнения операции интерполяции совокупности данных позволяет значительно снизить уровень искажений, вызванных пространственной неоднородностью исследуемой территории.

Рассчитывают среднее значение температуры для всего массива данных:
(θ_v,l)dθ_v где l порядковый номер съемочного маршрута;
N общее число съемочных маршрутов;
θ_v^max- максимальное значение угла сканирования;
θ_v^min- минимальное значение угла сканирования;
(θ_v, l) среднее значение радиояр- костных температур для съемочного маршрута с порядковым номером l в функции от угла сканирования θ_vθminv

≅ θ_v ≅ θmaxv и радиометрическая коррекция сигнала проводится по формуле
T′(θ_v,l) T(θ_v,l)-(θ_v,l)+ где Т( θ_v,l) значения радиояркостной температуры до проведения радиометрической коррекции;
Т' (θ_vl) значения радиояркостной температуры после проведения коррекции, обе величины Т( θ_v,l) и Т'( θ_v,l) относятся к элементу изображения исследуемой территории, зарегистрированному при угле сканирования θ_v на съемочном маршруте с порядковым номером l.

По материалам съемки эталонных участков, содержащих и не содержащих залежи УВ, рассчитывают пороговую величину температурного контраста ΔТ_пор, характерную для залежей УВ, с помощью которой отделяют полезный сигнал тепловые аномалии, отождествляемые с залежами УВ, от шумов, связанных с вариациями теплового поля, вызванного нагревом поверхности солнечным излучением.

Проводят классификационную обработку всего массива данных с автоматическим определением координат тепловых аномалий, отождествляемых с залежами УВ.

Локализация искомой залежи УВ (по полученной в результате автоматизированной обработки на ЭВМ и визуализированной карте радиояркостных температур) осуществляется по эталону площади с залежью нефти, съемка которой проведена в тот же залет, что и съемка искомого (локализуемого) объекта.

Использование: при поисках залежей углеводородов. Сущность изобретения: осуществляют последовательный облет исследуемой и эталонной территории с одновременным сканированием поверхности земли и регистрацией излучения в диапазоне длин волн 8 - 14 мкм. Рассчитывают пороговую величину температуры тепловых аномалий и отождествляют аномалии, превышающие эту величину, с залежами углеводородов. 3 з. п. ф-лы.

СПОСОБ ПОИСКА ЗАЛЕЖЕЙ УГЛЕВОДОРОДОВ, включающий сканирование поверхности исследуемой территории в ИК-области спектра при ее последовательном облете и суждение по полученным данным о наличии углеводородов, отличающийся тем, что одновременно в один залет с исследуемой территорией дополнительно сканируют эталонную территорию, которую выбирают из условия наличия на ней участков, содержащих и не содержащих залежи углеводородов, регистрируют собственное излучение поверхности в диапазоне длин волн 8 - 14 мкм, рассчитывают температуру T поверхности для исследуемой территории и пороговую величину температурного контраста ΔΤ_пор для эталонной территории и отождествляют участки, характеризующиеся тепловыми аномалиями, удовлетворяющими условию T> ΔΤ_пор, с залежами углеводородов.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что предварительно осуществляют ИК-аэросъемку над эталонным объектом и съемка исследуемой территории проводится при условии превышения величины полезного сигнала над величиной вариации теплового поля, вызванного нагревом поверхности солнечным излучением. 3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что величина взаимного перекрытия полос сканирования составляет не менее 10% по площади. 4. Способ по пп.1 - 3, отличающийся тем, что проводится цифровая регистрация данных сканирования с последующим расчетом среднего значения радиояркостной температуры исследуемой территории по формуле


где l - порядковый номер съемочного маршрута;
N - общее число съемочных маршрутов;
θminv - минимальное значение угла сканирования;
θmaxv - максимальное значение угла сканирования;
- средние значения радиояркостных температур для съемочного маршрута с порядковым номером l в функции от угла сканирования,
θ_v, θminv≅ θ_v≅ θmaxv ,
и радиометрическая коррекция сигнала проводится по формуле

где T(θ_v, l), T′(θ_v, l) - значения радиояркостной температуры до и после проведения радиометрической коррекции соответственно, причем обе величины относятся к элементу изображения исследуемой территории, зарегистрированному при угле сканирования θ_v на съемочном маршруте с порядковым номером l.