Представьте себе губку для мытья посуды, твердую, как мрамор, с порами меньше миллиметра. Примерно так выглядят горные породы, из которых сегодня добывают углеводороды. Причем нефть в них может быть еще и тягучей, как сгущенка. Чтобы «выжать» из такой «губки» нефть, прибегают к особой технологии — гидроразрыву пласта (ГРП).
Кратко: суть гидроразрыва пласта в том, чтобы создать в твердой плотной породе сеть трещинок, расширить их и не допустить схлопывания обратно из-за огромного давления на большой глубине. По созданным каналам даже густая нефть будет поступать к скважине, откуда на поверхность ее поднимут с помощью насосов.
Виктор Родионов
инженер ГРП «Газпром нефти»
Гидроразрыв пласта позволяет увеличить производительность скважины и продлить ее эксплуатацию на несколько лет, а значит, получить больше полезных нефтепродуктов, в том числе топлива, которым мы пользуемся ежедневно.
По словам Виктора Родионова, технологию используют для разработки новых месторождений, которые раньше считались нерентабельными, и для дополнительного притока нефти на зрелых участках добычи.
На практике трещины в породе создают, накачивая в скважину под огромным давлением вязкую жидкость, похожую на очень густой кисель. Обычно она всего на процент состоит из химических реагентов и на 99% — из воды и гранул (пропанта), которые держат трещины раскрытыми, словно крошечные распорки.
Состав реагентов в смеси для ГРП зависит от геологических особенностей пласта, а в качестве пропанта во всех случаях обычно используют кварцевый песок или синтетический гранулированный материал. Размер одной «горошинки» обычно не превышает миллиметра.
Скважины в нефтяном пласте оснащены муфтами — задвижками, которые можно открывать и закрывать. При ГРП оставляют открытой одну муфту, а сразу за ней устанавливают специальную пробку — пакер. В итоге давление разрыва приходится на нужный участок скважины. Для следующего интервала гидроразрыва спускают новую пробку на нужный интервал и открывают муфту на другом отрезке. Так, шаг за шагом ГРП проводят по всей длине скважины в пласте.
Ширина искусственных трещин не превышает 2–3 миллиметров. Специалисты по моделированию операции по ГРП совместно с другими специалистами из смежных областей собирают большое количество данных о пласте, на котором будет произведена стимуляция, и о конструкции скважины, а также о раннее проведенных работах по ГРП и истории работы скважин по округе. Все эти данные позволяют смоделировать трещину таким образом, чтобы ее закрепленная часть оставалась в продуктивной области пласта.
Учесть все
Технологии гидроразрыва пласта больше 70 лет, но ее постоянно совершенствуют. Сегодня ученые используют компьютерное моделирование. Накопленный массив геологических данных позволил создать сложные математические и физические модели, которые могут с высокой точностью прогнозировать ход ГРП: как и где будут образовываться трещины, как на них повлияют пропант и другие компоненты смеси.
На основе этих данных инженерам стало гораздо проще подбирать состав смеси и параметры проведения ГРП. При многостадийном гидроразрыве пласта учитывают даже влияние созданных трещин на образование новых.
Главная сила таких программ в том, что они обучаемы и совершенствуются за счет новых данных. С помощью моделей можно проверять новые формы и материалы пропантов, новые составы жидкостей.
Киберуровень
Одну из программ для моделирования гидроразрыва пласта — «Кибер ГРП» — совместно с учеными ведущих российских институтов разработали специалисты «Газпром нефти». Симулятор помогает проследить за ходом гидроразрыва и проанализировать его результаты.
Уникальность алгоритма в том, что он объединяет два математических «движка»: один отвечает за скорость моделирования, второй — за точность. Быстрое моделирование занимает меньше минуты, более точное — 2–3 минуты, но этому предшествует большая работа специалистов по сбору и внесению исходных данных.
Кристина Фатеева
руководитель проекта «Кибер ГРП»
Симулятор помог провести около 6000 ГРП — он применяется на месторождениях компании в России и за рубежом, тестируется партнерами в Республике Беларусь, Казахстане и на Ближнем Востоке.
В софт загружают данные о скважине, окружающей ее породе и пластах с углеводородами. Можно занести в программу скважину любой формы — с вертикальными, горизонтальными, наклонными участками. Если рядом есть природные трещины, в симулятор можно добавить карты с ними. Также модель может учесть и уже созданные трещины на проектируемой скважине, и впоследствии новые трещины могут изменить свою геометрию распространения.
«Кибер ГРП» может подробно смоделировать, как изменятся параметры гидроразрыва при новом составе жидкости: появится ли одна трещина или ветвистое «дерево», каковы будут траектории, длины и ширины микроразломов, сколько нефти они принесут и не заденут ли пласты с газом и водой (этого делать нельзя, иначе нефть попадет в скважину в последнюю очередь).
Если подключить программу к станции контроля, которая следит за ходом ГРП на месторождении с помощью датчиков, можно будет управлять ходом гидроразрыва удаленно. Со станцией контроля алгоритм может «общаться» напрямую через внутреннюю информационную систему по кабелю или интернету.
Из-за усложнения добычи углеводородов расчетные модели ГРП постоянно совершенствуют. Так, сейчас разрабатывают и внедряют цифровые инструменты, способные моделировать трещины на основе современных синтетических жидкостей с неклассическими свойствами — например, нетипичной для более распространенных растворов текучестью.
