遙感技術在油田監測中的應用

張澤南，楊金中，李任時，李青

1. 吉林省地質調查院，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略性資源，對國家發展以及社會穩定起著十分重要的作用。而隨著經濟社會的發展，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十分艱巨，對油氣勘探及開采工程要求也進一步提高，借助遙感資料對地面工程的聯合站、中轉站、注水站、計量站、鉆井井場、采井點、居民區等地表信息的提取并建立數據庫，既能夠對在油田生產開發過程中對土地占用情況有所掌握，同時也對未來油田生產的科學規劃提供更為可靠的依據。傳統的油氣勘查開發地面工程部署方法、獲取地表信息主要是依靠常規的勘測方法，其成本高，效率低，更新速度慢，而遙感方法具有速度快、時效性強、制作周期短等特點，并且精度完全能夠滿足生產需要，是一種實用可行的方法[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據的配準、分析，建立油田工程中重點地物信息的提取標志，根據標志進行初步解譯，對疑問圖斑進行野外實地驗證，根據野外驗證結果對數據進行整理及修改，根據結果建立數字化基礎信息庫和遙感影像數據庫，形成油田工程地物信息成果，得出開發及土地占用現狀，能夠為油田工程建設現狀的空間分析、統計建立數據基礎，同時也為未來油田的科學規劃與建設提供數據支撐[2]。

1 技術路線與方法

1.1 技術路線

利用正射影像圖數據開展對油氣開發區遙感調查，主要采取遙感數據與多源數據相結合，通過計算機進行信息提取，人工目視解譯，室內綜合研究，并輔以野外實地調查的方法[3]，客觀地對研究區油氣開采區的開發狀況，地面工程布設，區域環境現狀以及動態變化等進行遙感調查與監測，并對成果進行整理與綜合研究(圖1)。

圖1 技術路線圖Fig.1 Technology road map

1.2 衛星數據的獲取與整理

本次工作中獲取到的影像數據為我國高分辨率的民用陸地觀測衛星的影像數據，主要為高分一號、高分二號、北京二號、資源一號02C以及資源三號，所采用的衛星數據均優于2 m。

獲取到高分辨率衛星數據后對數據進行預處理，根據工作的目標任務，合理選擇數據類型，主要通過影像糾正、彩色合成與空間變換、圖像增強處理、鑲嵌融合等方法，為遙感解譯以及地物信息提取做好準備[4]。

1.3 遙感監測與野外調查

1.3.1 遙感監測

遙感監測主要分為遙感信息提取以及生態環境動態監測兩個方面：

第一，遙感信息提取：通過人機交互的方式對油田開發狀況以及油田生態環境等有關內容進行解譯，對油田開發狀況的信息提取是對油氣開采區內的露天地物信息的提取并根據特點建立解譯標志[5]，主要分為四類：井場、站場、油氣區道路以及輸油(氣)管道。

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

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

根據開采方式不同井場也分為單井井場和叢井井場(圖3)。

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

(2)站場：主要分為計量站、中轉站、注水站、聯合站等。計量站在解譯過程中是一個難點，主要與周邊民房區分，有時需要和周邊井場相關性來判斷，一般井場集中區會有多個計量站均勻分布，在遙感影像上為一個單獨的房子，周圍有油井分布，負責計量周圍油井采油數量，有明顯的圍墻(多為藍頂)。注水站面積與計量站類似，但注水站罐體以綠色為主，是一個很好的判斷標志。中轉站規模介于計量站和聯合站之間，一般也有圍墻遮擋，呈方形，油管8～15個。聯合站結構較為復雜，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輸(圖4)。

圖4 中原油田站場Fig.4 Station yard of Zhongyuan Oilfielda.計量站；b.注水站；c.聯合站

(3)油氣區道路：呈線性，用于連接油氣采集區與站場，解譯重點在于區分油氣區道路和鄉村道路(圖5)。

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

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

第二，生態環境動態監測：對油田生態環境動態監測先是通過遙感影像掌握油氣區范圍內土地利用類型，采油區占地情況，以及其生產活動對周邊環境的影響等[6]，再通過對比兩期影像，制作變化圖斑，對土地利用情況進行動態監測(圖6)，對比發現，農田中的廢棄井場多以自然恢復為主，未見人工恢復跡象，多數長滿雜草，有的甚至仍為裸地，造成了即使該場地開采結束，但仍然占有土地面積，因此有必要對采油區開展長期動態遙感監測工作。

圖6 冀東油田兩期影像對比Fig.6 Image comparison of two phases of Jidong Oilfield

1.3.2 野外調查驗證

野外調查主要的目的有兩個方面：一是對遙感解譯信息的可靠性進行驗證，核查的內容為遙感解譯過程中存在疑問的圖斑，通過實地驗證，補充遺漏圖斑信息，修改錯誤的信息；二是對生態環境監測情況進行驗證，重點在于對環境的影響(圖7)。同時，由于不同油氣開發公司在不同的開采區內所需的井站場規劃不盡相同，因此，野外實地驗證能夠對工作區內的重點地物信息有更深刻的認識，進一步提高信息提取的準確性。

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

通過野外驗證后，再次對遙感解譯信息進行梳理及修改，最終形成成果數據、成果圖件、各類統計表格以及成果報告。

2 取得的成果

(1)通過遙感解譯及野外驗證，得到冀東油田主要開采形式以叢井式開采為主，井場面積普遍較大，井站場分布較為均勻；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，勘探開發范圍以河南省濮陽市為中心向周邊數個市縣輻射。

(2)整體來看，冀東油田和中原油田井場面積在規模上相當，但冀東油田井場個數遠少于中原油田，通過將井場占地面積除以各類井總數，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，生產效率相對較高。

(3)冀東油田站場面積為187 hm2，中原油田站場面積為457 hm2，在二者井場面積相當的情況下，可以反映出冀東油田的叢井式井場相對于中原油田的單井式井場在油氣集輸方面更具有優勢。

(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)冀東油田在驗證中發現十余處廢棄井場，均未見人工恢復手段；中原油田廢棄井場恢復狀況分為兩種類型：一是自然恢復，即未進行人工恢復，井場邊界清晰，雜草叢生；二是部分或全部恢復成耕地，主要為農民自主恢復，恢復程度較高，但在影像上難以識別。

3 結論及建議

(1)遙感的優勢：衛星影像圖形象真實，具有宏觀性，通過遙感解譯手段，輔以野外驗證，能夠更快速、準確地對油氣工程中的各類地物信息進行提取，這是傳統工作手段無法比擬的。

(2)建立了一套完整的油氣開發區內地物信息遙感識別方法，總結了油氣礦山地物的遙感影像標志及其組合特征，為油氣礦山監測提供了本底數據；通過解譯數據及衛星影像結合，建立完整的地理信息數據庫，并以此能夠為油田工程部署，恢復治理等工作提供數據支撐。

(3)可根據對不同時段進行動態監測：利用同樣方法，通過對不同時段的影像與解譯數據相結合，制作變化圖斑，能夠對土地占用情況變化，井站場變化情況等進行動態監測，進而實現對油田工程實施情況的動態監測。

(4)利用現有數據庫，加之各類不同數據能夠實現不同功能，例如在圖上增加礦權范圍數據，可以對油氣開發合法性進行驗證；如增加生態紅線，能夠對紅線內開發情況進行了解，為國土部門行使政府職能、整頓礦業秩序、合理開發資源提供準確的基礎數據。

本次工作中存在兩點不足：第一，對于傳統游梁式抽油機的影像識別較為容易，但是對于較矮的螺桿式抽油機在高分影像上極易與水井混淆，解譯較為困難；第二，工作時間跨度僅一年，無法對工作區開發狀況以及環境狀況變化進行長期的動態監測，難以得到工作區油氣勘查開發狀況的變化規律。

未來在主被動、中高分、高光譜、SAR等多源遙感數據豐富的情況下，可以針對油氣開發過程中的關鍵環節、關鍵區域，開展地面沉降、水土污染等環境問題范圍及影響程度進行調查，為油田用地監管提供數據支撐；通過提高影像的空間分辨率，為解譯難度大的油氣區地物提供更為清晰的遙感影像；以本次工作區的成果數據為基礎數據，以年度為單位，繼續開展該地區油氣開發狀況遙感調查工作，則可實現對工作區長期的動態監測，摸清變化規律，為工作區油氣開發與恢復治理提供更豐富的數據，為生態文明建設與可持續發展提供更加精準的數據服務。