石油和天然氣開採以及採礦活動是地表變形的原因之一。 這些活動通常包括抽取地下水或注入地熱流體，這可能導致地面逐漸下沉（地面緩慢下沉），使建築物、基礎設施或管道的穩定性面臨山體滑坡或其他地質災害的風險。 監測地表變形的空間分布和時間變化對於採掘資產的穩定性和風險預警至關重要。 因此，對異常變形的快速識別和分析有助於警告損壞、倒塌和最終危及生命的事故。
地形變化是陸上石油和天然氣開採行業的乙個重要問題。 石油和天然氣開採活動會導致地面沉降，而地面沉降通常具有較大的空間變化，從而威脅到井筒結構的穩定性。 在通常用於提高萃取效率的流體注入的情況下，顯著的提公升表明該過程效率較低。 這意味著，地表變形的檢查不僅是乙個安全問題，以避免地質危害和對石油和天然氣基礎設施的破壞，而且是為了更高效開發的商業利益。
使用傳統的野外勘測方法監測數百平方公里的大型油氣田的公釐級地表形變，既費時又費錢。 GPS站點監測精度是準確的，但它不能提供高度空間分布的測量，因為只能使用有限數量的點來獲取一小部分感興趣區域。 雖然這兩種方法在監測、維護和風險預警方面發揮著關鍵作用，但它們並不能以合理的運營成本提供真實的地面位移時間和完整的空間覆蓋。 此外，現場勘測還存在許多安全問題。
圖：使用ENVI深度學習軟體從高解像度光學衛星影象中自動檢測某個區域的井位。
基於星載
衛星遙感和地理空間技術發展迅速，如今，天基合成孔徑雷達（SAR）的使用為基礎設施、建築工地、礦山、油氣田等領域的風險和穩定性監測提供了一種高效、準確、低成本的方法。 星載差分干涉SAR （DINSAR） 特別適用於測量兩個時間點的突然表面變形，例如前期和後期。 當涉及到緩慢的表面變形時，例如材料壓實、地面沉降或表面蠕變，可以使用先進的多相干涉疊加技術來獲得更高的精度。
一般來說，目前應用的SAR干擾疊加技術有兩種。 持久散射器方法通常用於監測具有大量人造特徵的區域，例如建築物、橋梁、水壩等。 小基線 （SBAS） 方法通常用於監控自然要素或其他型別的非幾何要素物件。 先進的PS和SBAS干涉疊加技術對時間序列SAR影象進行分析，以公釐級靈敏度獲得大面積和長期慢速地形運動的空間分布和時間演化。
與只能在陽光明媚的白天工作的被動光學遙感感測器不同，SAR系統是有源感測器，使它們能夠晝夜收集資料，甚至穿過雲層。 通過SAR遙感技術的全天候特性，可以快速開展重要基礎設施的地表變形監測。
圖：基於SBAS的油田年平均垂直位移率。 正值（即表面隆起呈紅色）大多靠近注入流體的區域（來源**：sarmap s.）。a.)。
利用
最近的一項研究（Bayramov 等人，2022 年）詳細介紹了 2018-2021 年使用SAR衛星資料和技術來檢測哈薩克Tengiz油田採油引起的沉降。 Tengiz油田位於裡海沿岸，面積約2500平方公里，長19公里，寬21公里，厚15 公里。 它是哈薩克最大、最深的油田之一，鑽探了 100 多口井。
該研究旨在評估流體開採和注入引起的地表位移對地質災害風險的影響，同時有助於提高採礦效率和改進儲層建模。 通過干涉SAR獲得的密集且高精度的垂直和水平位移測量值為常規儲層監測、表徵和地質力學分析提供了所需的關鍵資訊。
本研究採用SAR干擾疊加技術中的SBAS方法，基於高解像度SAR衛星Cosmo-Skymed、TerraSAR-X和中解像度Sentinel-1，獲得了垂直和水平表面位移的時間演化。 獲取了分布式目標的高精度位移資訊。
該研究的作者使用Envi Sarscape軟體進行分析。 研究人員發現，Tenggiz油田的最大平均垂直沉降時間為57公釐年。 觀察到 15 口井和 3 個設施位於 - 55測得的沉降範圍在 6 公釐年到 - 42 公釐年之間。
這種空間和時間流離失所資訊可以為決策者提供早期預警訊號，以幫助評估優先區域的危險程度，並確定需要更密切監測的地方。 然而，據研究人員稱，目前沒有公開的資料或明確的標準來評估這些表面變形率是否應被視為對油田安全執行的風險。
研究人員認為，採油和注油技術是影響Tengiz油田地面變形的關鍵因素。 然而，由於油井的分布密度在空間上與探測到的沉降熱點並不完全相關，作者推斷，觀測到的沉降過程不僅是石油生產活動的結果，而且要考慮的第二個關鍵因素是與兩個**斷層相關的自然結構。 第三個關鍵因素是水流的方向。 沉降熱點與裡海海岸的接近程度是第四個關鍵因素，因為土壤結構和含水量的變化增加了沉降的趨勢。 研究人員得出結論，觀察到的表面變形的主要原因是由人為和自然因素引起的。
圖：哈薩克Tengiz油田、油井和斷層的分布（Bayramov et al.）。， 2022)。
圖：2018-2020年油井和儲層深度3D模型，（a）垂直（提公升和下沉）位移速度和（b）水平（東西）位移速度。 (bayramov et al.， 2022)。
SAR干涉測量為監測油氣田的地表變形提供了一種高效且具有成本效益的解決方案。 基於SAR干擾疊加技術，利用SAR衛星的能力來測量感興趣區域的地面位移演化和動態變化。 該技術可以對大面積和長時間的緩慢地形運動進行高解像度、公釐級的觀測，為地質災害風險評估和改進生產和儲層動力學行為建模提供關鍵資訊。
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