Как устроен беспилотник для поиска нефти и чем он отличается от вашего карманного коптера
Современному человеку может показаться, что на Земле не осталось белых пятен: поверхность планеты мы изучили довольно подробно. Но геологических карт, на которых были бы отмечены все существующие месторождения полезных ископаемых, нет до сих пор. Многие области на суше похожи на карты городов с незагруженной сетью улиц и домов. С морским дном все еще сложнее. В поиске спрятанных под землей сокровищ могут помочь беспилотники, которые до недавнего времени считались не более чем дорогими игрушками. Рассказываем, какую пользу приносят дроны в нефтегазовой отрасли.
Как ведется поиск полезных ископаемых
Самый верный способ найти нефть — пробурить в подходящем месте поисково-разведочную скважину, но делать их на каждом шагу слишком дорого. Поэтому разведка происходит поэтапно, в общих чертах она схожа для разных типов полезных ископаемых. Первый этап — региональный: локализуется интересующий участок, оформляется лицензия в профильных госструктурах. Регион выбирают на основе архивных данных, геологических карт, геофизических изысканий и спутниковых снимков. На место отправляется «десант» геологов для проведения более детальной сейсморазведки и проверки сведений о местном строении недр. После определения вероятной зоны поиска можно переходить к другим стадиям полевых работ.
Следующая экспедиция должна подтвердить или опровергнуть гипотезу о наличии месторождения. Для этого геологи строят карту глубин и формируют более подробную геологическую модель участка. На основании этих данных и будут планироваться буровые работы, а затем добыча углеводородов.
Что и как ищем
Особенности строения земных недр оставляют свои следы в физических полях планеты. Проведя серию измерений, можно построить геологическую модель глубиной до десяти километров.
Иногда достаточно внимательно посмотреть на поверхность Земли: некоторые типы полезных ископаемых оставляют «улики» в виде выходов пород и характерных геологических структур. Но в случае нефти визуальные методы разведки позволяют только спланировать бурение и другие наземные исследования.
Различные породы имеют разную плотность и оказывают влияние на местное гравитационное поле, что можно измерить акселерометром и гироскопом. Другой признак – аномалии направления или силы магнитного поля из-за разной магнитной восприимчивости пород. Иногда газ из залежей углеводородов просачивается на поверхность. Но технологии обнаружения таких мест с воздуха пока не стали массовыми.
Помощь беспилотной авиации
Как правило, разведка проходит в труднодоступных местах. На помощь геологам часто приходит авиация: благодаря развитию технологий все больше измерительных инструментов можно разместить на летательном аппарате. В последние десятилетия часть работ взяли на себя беспилотники — более дешевая альтернатива пилотируемым самолетам и вертолетам.
Пример приборов для поиска нефти на беспилотных летательных аппаратах:
- камеры — «глаза», позволяющие осмотреть огромные площади в кратчайшие сроки;
- лидары, или «лазерные радары» — с высокой точностью определяют контуры объектов, нужны для построения карт рельефа;
- магнитометры и гравиметры — определяют аномалии в магнитном и гравитационном полях;
- датчики электромагнитного поля — позволяют исследовать естественные (солнечная и грозовая активности) и искусственные (поля вышек радиосвязи) электромагнитные поля Земли, по которым можно выявить аномалии электропроводности недр.
Фото «Газпром нефть»
Аэродинамическая схема
Как и «большая» пилотируемая авиация, беспилотные воздушные суда делятся на два основных класса по способу создания подъемной силы — с фиксированным крылом (самолетного типа) и винтокрылые (вертолетного типа и мультироторные, оснащенные более чем тремя винтами). Для геологоразведки между ними два ключевых отличия: автономность и скорость. Самолеты могут провести в воздухе гораздо больше времени, но не могут летать медленнее определенного порога. Вертолеты и мультикоптеры могут перемещаться в широком диапазоне скоростей и зависать в одной точке.
Выбор типа беспилотника зависит от его полезной нагрузки. Если для работы прибора необходимо провести больше времени в одной точке, он устанавливается на винтокрылый дрон. Когда минимальная скорость полета не важна — выбирают вариант с фиксированным крылом.
Крупные нефтяные компании в геологоразведке обычно используют аппараты всех типов — самолетного, вертолетного и мультироторного. Например, для картографирования участка специалисты «Газпром нефти» устанавливают лидар вместе с фотокамерой на беспилотник с фиксированным крылом. Первичная геологическая модель создается на основе данных с аналогичного дрона, который несет магнитометр, и вертолетного аппарата с гравиметром на борту. Для детального изучения первых сотен метров пород используется электроразведочное оборудование с источником электромагнитного поля на земле и датчиками магнитного поля на дроне.
Винтокрылые аппараты с радиоаппаратурой и видеокамерами помогают выполнять работы по сейсморазведке. Задачи мультикоптеров обычно сводятся к роли «курьера» (срочная доставка) или наблюдению с высоты.
Площадь и производительность
Скорость проведения геологоразведочных работ во многом зависит от того, насколько большое пространство удается обследовать за один вылет. Электрические дроны подходят только для небольших изучаемых участков площадью не более 10 квадратных километров: как правило, они не способны провести в воздухе дольше 30–40 минут на одном заряде батареи, если речь о винтокрылых аппаратах. Беспилотники самолетного типа с электрическими моторами могут продержаться около двух-трех часов, но этого все равно недостаточно.
Пример приборов для поиска нефти на беспилотных летательных аппаратах:
- Геологоразведка углеводородов, или «геологическая разведка нефти», — комплекс мероприятий по обнаружению, локализации, оценке запасов и подготовке к добыче углеводородов.
- БВС — беспилотное воздушное судно, термин эквивалентен англоязычному UAV (unmanned aerial vehicle), а также БПЛА, БЛА и «дрон» («беспилотник»); чаще всего подобная техника является либо частично (с возможностью возврата в указанную точку при потере связи), либо полностью дистанционно управляемой.
- Мультикоптер — летательный аппарат мультироторной аэродинамической схемы, то есть имеющий четыре и более подъемно-маршевых винта (конфигурации более чем с восемью роторами встречаются редко).
Разведка месторождений нефти и газа почти всегда ведется зимой: летом в зонах поиска условия не располагают к экспедициям из-за заболоченности территорий и сложной логистики. При этом в холодное время года из-за экстремальных отрицательных температур — до -54 °C — автономность электрических дронов падает относительно заявленных производителем значений как минимум на треть. Средняя производительность беспилотников самолетного типа с двигателем внутреннего сгорания значительно выше, она позволяет находиться в воздухе 7–8 часов и провести обследование 80–100 квадратных километров за день.
Грузоподъемность
Может показаться, что чем больше дрон может поднять, тем лучше. Это не так. Летательные аппараты взлетной массой более 30 килограммов в России требуют не только обязательной регистрации, но и сертификата летной годности, а также свидетельства внешнего пилота. Из-за сложных юридических процедур их использования стараются избегать. Как правило, удается обойтись более легкими аппаратами: масса полезной нагрузки для поиска нефти редко превышает два-три килограмма. Существенно больше весит только гравиметр (около 10 килограммов). Несколько приборов на один беспилотник обычно не устанавливают: с учетом разных задач для каждого прибора необходимо свое полетное задание.
Стоимость
Даже без учета стоимости дополнительных приборов для геологоразведки, беспилотный воздушный флот для поиска нефти получается весьма дорогим для массового пользователя. Обычные дроны, которые можно купить в интернет-магазине, подойдут только для осмотра участка с воздуха. В этом применении они функциональны, но не отличаются автономностью. Для начальных этапов геологоразведки самым доступным вариантом будут широко представленные на различных площадках «киты» — конструкторы с рамой, двигателями, винтами и подвеской полезной нагрузки. Их можно собрать под конкретные задачи. Стоимость таких наборов с электрическим приводом варьируется в пределах 2–3 тысяч долларов.
Существуют подобные «киты» и с двигателями внутреннего сгорания, и самолетного типа. Они предоставляют больше вариантов размещения полезной нагрузки, возможностей по автономности и дальности полета. Цена таких устройств более вариативна, и в этой категории 2–3 тысячи долларов — лишь минимальное значение. Продолжительность полета этих беспилотников — несколько часов, а значит и обследовать они могут достаточно большие площади.
С помощью обычного дрона вряд ли удастся найти новое месторождение, хотя некоторые задачи геологоразведки он способен выполнить. Крупные нефтяные компании выбирают профессиональные аппараты, зачастую сделанные под заказ. Их стоимость может достигать десятков и даже сотен тысяч долларов. Однако такая техника экономит время и трудозатраты специалистов, и в результате помогает сократить общий бюджет геологоразведочных работ. Но главное, благодаря работе беспилотников белых пятен на геологических картах становится все меньше.
