Ученые ПНИПУ и Китая помогут повысить эффективность добычи сланцевого газа

Новый метод виртуального исследования сланца на месторождениях сланцевого газа с помощью разработанной компьютерной модели, позволяющий без дорогих лабораторных испытаний с точностью до 90% предсказать лучшие места для гидроразрыва, представили ученые Пермского национального исследовательского политехнического университета (ПНИПУ) и Китайского университета нефти и газа, 25 июня сообщает пресс-служба ПНИПУ.

Сланцевый природный газ добывают из глубоко залегающих особо плотных горных пород — сланцев. Для этого используют специальные технологии гидроразрыва, с помощью которых в пласте создаются дополнительные трещины.

Поскольку сланцевые породы имеют сложную и непредсказуемую структуру, характеризующуюся сильной слоистостью и хрупкостью, необходимо заранее представлять, как они будут вести себя во время гидроразрыва и где его проведение в пласте даст наилучший эффект.

Модель ученых Пермского Политеха помогает получить необходимые данные, которые не только повысят эффективность технологии гидроразрыва, но и минимизируют риски обрушений, а также снизят затраты на добычу газа.

Сланцевый газ, состоящий в основном из метана, используют для производства пластмассы, удобрений, смол и других продуктов, а также для отопления домов, в качестве топлива для автомобилей и при производстве электроэнергии. Запасы такого газа в мире велики.

Однако особенности сланцевой породы создают дополнительные трудности при добыче газа по сравнению с пластами из каменного угля, песчаников или карбонатными пластами. Особенно когда такое месторождение залегает на глубинах более 3,5 километра.

Для повышения эффективности гидроразрыва такого пласта необходимо определить, где создавать дополнительные трещины наиболее выгодно. В противном случае неправильный выбор места может привести к обрушению пласта, утечке газа в атмосферу и даром потраченным многомиллионным средствам на выполнение этой операции.

Чтобы такого не произошло, проводятся лабораторные испытания образцов породы, извлеченных из скважин, которые дают информацию о механических свойствах породы и помогают прогнозировать ее деформацию при гидроразрыве пласта. Сложность этого метода в том, что достаточную точность прогноза можно получить при исследовании большого количества подобных образцов, а их добыча из глубокозалегающих пластов трудоемка и дорогостояща.

Кроме того, такой анализ не может учесть неоднородность, слоистость, пористую структуру и сложный минеральный состав сланцев, что снижает точность его результатов.

На помощь приходят современные цифровые технологии — компьютерные модели горных пород, учитывающие их различные характеристики, позволяющие с высокой точностью быстро и дешево прогнозировать их поведение, моделировать их деформацию для различных условий.

Именно такие трехмерные цифровые модели керна сланцевых пород разработали в ПНИПУ, создав совместно с коллегами из Китая метод, позволяющий на основе детализированных данных спрогнозировать успешность гидроразрыва пласта в глубоких слоях сланцевых месторождений.

Директор Когалымского филиала ПНИПУ, кандидат технических наук Владимир Поплыгин рассказал о проделанной учеными работе:

«Путем сканирования горной породы компьютерной томографией и обработки снимков электронной микроскопией мы создали настоящий трехмерный цифровой двойник керна, с помощью которого узнали точную структурную информацию о породе — пористость, микротрещины и минеральный состав сланца, включающий глину, кварц, полевой шпат и пирит. Сравнение с реальными образцами доказало правильность созданного 3D-образца. Погрешность составила всего 3–9%».

После этого было выполнено моделирование гидроразрыва и расчет деформации для трехмерной модели керна под нагрузкой, а также определены параметры, которые влияют на данный процесс.

Согласно полученным результатам, на чувствительность сланцевой породы к повышению трещиноватости влияют угол падения трещины и пласта, их плотность, твердость, длина, хрупкость минералов в составе и возникающие в процессе гидроразрыва напряжения.

Полученные данные легли в основу разработки комплексной модели оценки проницаемости глубоких сланцевых резервуаров, учитывающей все выявленные факторы, что позволяет предсказывать зоны наиболее эффективного воздействия гидроразрыва.

Владимир Поплыгин добавил, поясняя, что точность прогнозирования, которую обеспечивает созданная ими модель, они оценили по результатам эксперимента, полученным на сланцевом газовом месторождении в Китае.

«На основе результатов модели был разработан подходящий сценарий операции и проведен гидроразрыв на двух участках разной глубины (3580–3640 и 3660-3730 метров). В первой зоне начальная добыча газа оказалась высокая, но коэффициент извлечения низкий. Напротив, для второй зоны характерны высокая начальная добыча и высокий коэффициент извлечения. Наша разработка достаточно точно предсказала эти различия, что подтверждает достоверность моделирования трещиноватости с помощью цифровой технологии», — поделился ученый.

Таким образом, методика ученых ПНИПУ и Китайского университета нефти и газа, поможет на основе реальных данных без дорогостоящих лабораторных исследований повысить уровень добычи газа, а также сократить время и затраты на подготовку и проведение операции гидроразрыва.

Результаты исследования предложенного метода были представлены в статье «Оценка трещиноватости с помощью метода цифрового моделирования горных пород для месторождений сланцевого газа» (The Fracability Estimation with the Digital Rock Simulation Technique for Shale Gas Reservoirs), опубликованной в журнале Society of Petroleum Engineers, 2025.

В России новая методика, предсказывающая успешность гидроразрыва пласта, как считают исследователи, может быть полезна также при добыче углеводородов из Баженовской и Доманиковой свит на Урале и в Западной Сибири, нефтематеринские породы которых имеют низкую проницаемость пластов.