17 февраля 2021

От Земли — в космос

В центре внимания корпоративного издания — Ставропольское УПХГ. На базе крупнейшего филиала Общества в настоящее время по поручению Председателя Правления ПАО «Газпром» А.Б. Миллера реализуется пилотный проект по оптимизации систем геодинамического мониторинга подземных хранилищ газа. В перспективе данное технологическое новшество способно решить сразу несколько задач: упростить маркшейдерско-геодезические наблюдения на территории горного отвода ПХГ и сократить затраты на проведение такого вида работ.

Методы геодинамических наблюдений за деформациями земной поверхности, вызванными добычей полезных ископаемых, получили широкое развитие в последнее десятилетие. Перемены стали возможными в том числе благодаря относительно свободному в этом отношении законодательству: документ декларирует только сам факт необходимости проведения исследований, о способе выполнения там не сказано. В настоящее время применяются наземные геодезические наблюдения. Однако с развитием отечественной науки появилась возможность привлечь на службу газовой отрасли космическую. А если точнее — радиолокационную интерферометрию. Методика уже получила положительную оценку после апробации на предприятиях по добыче голубого топлива. Теперь настал черед проверить ее действенность на производственных объектах «Газпром ПХГ».

Ежесезонная смена циклов закачки и отбора, характерная для индустрии подземного хранения природного газа, требует регулярного контроля процессов, происходящих в земной поверхности. Главным образом, задача заключается в изучении зависимости смещений земной поверхности над ПХГ от его технологических показателей режимов работы. И пусть нивелир, тахеометр и современное GPS-оборудование кажутся пока более надежными для сбора необходимых данных, радарная интерферометрия с применением уголковых отражателей (загадочная конструкция пирамидальной формы, изображенная на заглавном фото) в таком деле обещает стать помощником гораздо эффективнее сегодняшних. Хотя бы потому, что со спутника покрыть огромные в ряде случаев территории горных отводов ПХГ проще, чем пройти всю эту площадь своими ногами. Кстати, именно площадь газохранилища стала одним из определяющих факторов, повлиявших на выбор в качестве «опытного полигона» Северо-Ставропольского ПХГ. Почти 700 квадратных километров полезной геологической структуры, простирающейся на карте компании. А теперь представьте, что весь массив за один цикл закачки и отбора способен смещаться по проектным расчетам на 10–15 сантиметров, то есть среднюю длину обычной шариковой ручки. Еще важно помнить, что ставропольский филиал эксплуатирует едва ли не самую южную «подземку». Отсюда следует, что снег в тех краях тает быстрее, нежели в остальных регионах. Ведь белый покров сильно искажает сигнал, исходящий со спутника. Значит, может создать помехи для объективной картины результатов проекта. На принципе действия новинки стоит остановиться более подробно.

Оптимизация затрат на геодинамические исследования при применении космических технологий позволяет за 10 лет сэкономить до 43 процентов средств по сравнению с использованием существующего метода — нивелирования 2-го класса.

Технология дифференциальной интерферометрической обработки снимков со спутников заключается в формировании интерферограммы. В упрощенном виде она выглядит как яркое радужное пятно на поверхности. На самом деле это не что иное, как результат наложения друг на друга нескольких радарных изображений одной и той же местности, полученных идентичными съемочными системами из близко расположенных точек орбиты движения спутников в разное время. При этом разность значений фазы сигнала в пределах каждого пикселя, умноженная на длину волны, — это и есть величина относительного изменения расстояния между антенной радара и уголковыми отражателями (зондируемой поверхностью). Потребность в установке таких конструкций также вызвана техническими особенностями. Во-первых, они гарантированно будут являться постоянными отражателями (чего совсем не гарантируют естественные или природные: здания, сооружения, леса и т. п.). Во-вторых, они не подвержены изменению диэлектрических характеристик из-за колебаний влажности — это увеличивает точность результата. Наконец, уголковые отражатели можно использовать в качестве калибровочных для устранения влияния атмосферных эффектов на этапе обработки данных.

Для построения интерферограммы необходимо, чтобы два изображения были с высокой точностью совмещены геометрически. Эта операция выполняется на основе нахождения сдвигов одного изображения относительно другого и последующим трансформированием снимка на найденные сдвиги. Процедура называется корегистрацией. В ходе данного процесса применяется цифровая модель местности (ЦММ) изучаемой территории. При этом чем точнее модель, тем выше качество обработки радиолокационных снимков. По этой причине в пилотном проекте запланировано построение ЦММ с помощью обработки результатов аэрофотосъемки с беспилотных летательных аппаратов (БПЛА). Опытно-промышленная апробация этих работ была выполнена компанией «Газпром космические системы» в 2018 году на Ямбургском нефтегазовом месторождении.

В случае со Ставропольским УПХГ аэрофотосъемку планируется проводить с беспилотника на территории 780 квадратных километров. Площадь облета горного отвода превышена не случайно. Необходимо это для того, чтобы в зону мониторинга вошли участки с заведомым отсутствием деформаций земной поверхности (территории за границами горного отвода Северо-Ставропольского ПХГ). БПЛА будет оснащен 2-системным (ГЛОНАСС и GPS), 2-частотным приемником геодезического класса. Он обеспечивает запись сигналов с частотой 10 герц и срабатывание затворов двух фотоаппаратов не более трех тысячных доли секунды. Такие параметры позволяют обеспечить погрешность фиксации плановых координат в пределах 6 сантиметров. Важно отметить, что и итоговая погрешность при таком методе, по расчетам специалистов «Газпром ВНИИГАЗ», не превысит ту, которая допускалась при получении данных наземным способом измерений.