遥感技术在油田监测中的应用

张泽南，杨金中，李任时，李青

1. 吉林省地质调查院，吉林 长春 130102；2. 中国自然资源航空物探遥感中心，北京 100083

0 引言

油气资源是我国重要的战略性资源，对国家发展以及社会稳定起着十分重要的作用。而随着经济社会的发展，油气资源的需求不断攀升，提高我国油气资源的保障能力的任务十分艰巨，对油气勘探及开采工程要求也进一步提高，借助遥感资料对地面工程的联合站、中转站、注水站、计量站、钻井井场、采井点、居民区等地表信息的提取并建立数据库，既能够对在油田生产开发过程中对土地占用情况有所掌握，同时也对未来油田生产的科学规划提供更为可靠的依据。传统的油气勘查开发地面工程部署方法、获取地表信息主要是依靠常规的勘测方法，其成本高，效率低，更新速度慢，而遥感方法具有速度快、时效性强、制作周期短等特点，并且精度完全能够满足生产需要，是一种实用可行的方法[1]。

本文以冀东油田、中原油田为例，利用大比例尺高分辨率遥感影像数据的配准、分析，建立油田工程中重点地物信息的提取标志，根据标志进行初步解译，对疑问图斑进行野外实地验证，根据野外验证结果对数据进行整理及修改，根据结果建立数字化基础信息库和遥感影像数据库，形成油田工程地物信息成果，得出开发及土地占用现状，能够为油田工程建设现状的空间分析、统计建立数据基础，同时也为未来油田的科学规划与建设提供数据支撑[2]。

1 技术路线与方法

1.1 技术路线

利用正射影像图数据开展对油气开发区遥感调查，主要采取遥感数据与多源数据相结合，通过计算机进行信息提取，人工目视解译，室内综合研究，并辅以野外实地调查的方法[3]，客观地对研究区油气开采区的开发状况，地面工程布设，区域环境现状以及动态变化等进行遥感调查与监测，并对成果进行整理与综合研究(图1)。

图1 技术路线图Fig.1 Technology road map

1.2 卫星数据的获取与整理

本次工作中获取到的影像数据为我国高分辨率的民用陆地观测卫星的影像数据，主要为高分一号、高分二号、北京二号、资源一号02C以及资源三号，所采用的卫星数据均优于2 m。

获取到高分辨率卫星数据后对数据进行预处理，根据工作的目标任务，合理选择数据类型，主要通过影像纠正、彩色合成与空间变换、图像增强处理、镶嵌融合等方法，为遥感解译以及地物信息提取做好准备[4]。

1.3 遥感监测与野外调查

1.3.1 遥感监测

遥感监测主要分为遥感信息提取以及生态环境动态监测两个方面：

第一，遥感信息提取：通过人机交互的方式对油田开发状况以及油田生态环境等有关内容进行解译，对油田开发状况的信息提取是对油气开采区内的露天地物信息的提取并根据特点建立解译标志[5]，主要分为四类：井场、站场、油气区道路以及输油(气)管道。

(1)井场：一般为矩形地块，多分布在农田中，边界较为清晰，由油气区道路连接至主路，根据不同的功能可分为采油井井场、采气井井场、注水井井场和废弃井场，采油井井场按照不同采油机的类型也需建立相对应的解译标志，主要分为游梁式采油机、螺杆式采油机和塔架式采油机(图2)。

图2 中原油田井场Fig.2 Well site of Zhongyuan Oilfielda.采油井井场；b.采气井井场；c.注水井井场

根据开采方式不同井场也分为单井井场和丛井井场(图3)。

图3 丛井井场Fig.3 Cluster well sitea.冀东油田塔架式采油井丛井井场；b.中原油田采气井丛井井场

(2)站场：主要分为计量站、中转站、注水站、联合站等。计量站在解译过程中是一个难点，主要与周边民房区分，有时需要和周边井场相关性来判断，一般井场集中区会有多个计量站均匀分布，在遥感影像上为一个单独的房子，周围有油井分布，负责计量周围油井采油数量，有明显的围墙(多为蓝顶)。注水站面积与计量站类似，但注水站罐体以绿色为主，是一个很好的判断标志。中转站规模介于计量站和联合站之间，一般也有围墙遮挡，呈方形，油管8～15个。联合站结构较为复杂，占地面积也较大，一般由油罐、气罐，化工塔、器装置，管道，房屋组成，一般紧邻公路以方便油气运输(图4)。

图4 中原油田站场Fig.4 Station yard of Zhongyuan Oilfielda.计量站；b.注水站；c.联合站

(3)油气区道路：呈线性，用于连接油气采集区与站场，解译重点在于区分油气区道路和乡村道路(图5)。

图5 中原油田油气区道路Fig.5 Roads in oil and gas area of Zhongyuan Oilfield

(4)输油(气)管道：一般较细，并多数埋于地下，在影像上难以观察，但在大型站场周围会在地表上，同样在农田旁水沟有可能会有出露，是重点解译位置。

第二，生态环境动态监测：对油田生态环境动态监测先是通过遥感影像掌握油气区范围内土地利用类型，采油区占地情况，以及其生产活动对周边环境的影响等[6]，再通过对比两期影像，制作变化图斑，对土地利用情况进行动态监测(图6)，对比发现，农田中的废弃井场多以自然恢复为主，未见人工恢复迹象，多数长满杂草，有的甚至仍为裸地，造成了即使该场地开采结束，但仍然占有土地面积，因此有必要对采油区开展长期动态遥感监测工作。

图6 冀东油田两期影像对比Fig.6 Image comparison of two phases of Jidong Oilfield

1.3.2 野外调查验证

野外调查主要的目的有两个方面：一是对遥感解译信息的可靠性进行验证，核查的内容为遥感解译过程中存在疑问的图斑，通过实地验证，补充遗漏图斑信息，修改错误的信息；二是对生态环境监测情况进行验证，重点在于对环境的影响(图7)。同时，由于不同油气开发公司在不同的开采区内所需的井站场规划不尽相同，因此，野外实地验证能够对工作区内的重点地物信息有更深刻的认识，进一步提高信息提取的准确性。

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

通过野外验证后，再次对遥感解译信息进行梳理及修改，最终形成成果数据、成果图件、各类统计表格以及成果报告。

2 取得的成果

(1)通过遥感解译及野外验证，得到冀东油田主要开采形式以丛井式开采为主，井场面积普遍较大，井站场分布较为均匀；中原油田开采形式主要为单井式开采，可见少量天然气丛式井场，勘探开发范围以河南省濮阳市为中心向周边数个市县辐射。

(2)整体来看，冀东油田和中原油田井场面积在规模上相当，但冀东油田井场个数远少于中原油田，通过将井场占地面积除以各类井总数，得到“单井用地率”：冀东油田单井用地面积约为0.35 hm2，中原油田单井用地面积约为0.32 hm2，可见中原油田综合占地面积较小，生产效率相对较高。

(3)冀东油田站场面积为187 hm2，中原油田站场面积为457 hm2，在二者井场面积相当的情况下，可以反映出冀东油田的丛井式井场相对于中原油田的单井式井场在油气集输方面更具有优势。

(4)冀东油田占用土地类型主要为耕地及未利用土地，中原油田占用土地类型均为耕地。

(5)冀东油田在验证中发现十余处废弃井场，均未见人工恢复手段；中原油田废弃井场恢复状况分为两种类型：一是自然恢复，即未进行人工恢复，井场边界清晰，杂草丛生；二是部分或全部恢复成耕地，主要为农民自主恢复，恢复程度较高，但在影像上难以识别。

3 结论及建议

(1)遥感的优势：卫星影像图形象真实，具有宏观性，通过遥感解译手段，辅以野外验证，能够更快速、准确地对油气工程中的各类地物信息进行提取，这是传统工作手段无法比拟的。

(2)建立了一套完整的油气开发区内地物信息遥感识别方法，总结了油气矿山地物的遥感影像标志及其组合特征，为油气矿山监测提供了本底数据；通过解译数据及卫星影像结合，建立完整的地理信息数据库，并以此能够为油田工程部署，恢复治理等工作提供数据支撑。

(3)可根据对不同时段进行动态监测：利用同样方法，通过对不同时段的影像与解译数据相结合，制作变化图斑，能够对土地占用情况变化，井站场变化情况等进行动态监测，进而实现对油田工程实施情况的动态监测。

(4)利用现有数据库，加之各类不同数据能够实现不同功能，例如在图上增加矿权范围数据，可以对油气开发合法性进行验证；如增加生态红线，能够对红线内开发情况进行了解，为国土部门行使政府职能、整顿矿业秩序、合理开发资源提供准确的基础数据。

本次工作中存在两点不足：第一，对于传统游梁式抽油机的影像识别较为容易，但是对于较矮的螺杆式抽油机在高分影像上极易与水井混淆，解译较为困难；第二，工作时间跨度仅一年，无法对工作区开发状况以及环境状况变化进行长期的动态监测，难以得到工作区油气勘查开发状况的变化规律。

未来在主被动、中高分、高光谱、SAR等多源遥感数据丰富的情况下，可以针对油气开发过程中的关键环节、关键区域，开展地面沉降、水土污染等环境问题范围及影响程度进行调查，为油田用地监管提供数据支撑；通过提高影像的空间分辨率，为解译难度大的油气区地物提供更为清晰的遥感影像；以本次工作区的成果数据为基础数据，以年度为单位，继续开展该地区油气开发状况遥感调查工作，则可实现对工作区长期的动态监测，摸清变化规律，为工作区油气开发与恢复治理提供更丰富的数据，为生态文明建设与可持续发展提供更加精准的数据服务。