Научная группа Института математики им. С.Л. Соболева Сибирского отделения Российской академии наук (СО РАН) разработала уникальные методы цифрового моделирования структуры нефтяных пластов с высокой детализацией.
От науки – к практике
Методика позволяет точнее прогнозировать пористость, трещиноватость и проницаемость горных пород для повышения эффективности разработки месторождений. В разработке принимали участие российские учёные (математики и геофизики), нефтегазовые компании (в том числе «Роснефть»), а также исследовательские и вычислительные центры (кластеры «Ломоносов-2» и «Торнадо»). Отраслевой результат – повышение эффективности разработки трудноизвлекаемых запасов нефти, а также снижение затрат и более точное планирование бурения.
Тот факт, что цифровые модели становятся полноценным, а не вспомогательным инструментом, подтверждает статистика. В современном мире только 30% запасов нефти извлекается без дополнительных мер. Современные технологии подарили отрасли цифровое моделирование структуры подземных пластов на основе сейсмической съемки. Единственная структура в России, профессионально работающая в данной сфере – Институт математики им. С.Л. Соболева СО РАН.
Эволюция карты
Когда-то карты были исключительно двухмерными. Сегодня этот важнейший инструмент геологоразведки включает данные о трещиноватости, то есть информацию о пропускной способности различных пород, в которых содержится нефть. Многие из них, к досаде нефтедобытчиков, почти непроницаемы.
Владимир Чеверда - д.ф.-м.н., ведущий научный сотрудник Института математики им. С. Л. Соболева СО РАНМы создаем цифровую модель месторождения с точностью до нескольких метров. Одна из основных задач нефтедобывающих компаний – это фильтрация дополнительных веществ, которые закачиваются в скважину для вытеснения дополнительного объема углеводородов или повышения дебита скважины
Конечно, меньше всего сложностей доставляет песок. Но встречается он далеко не везде, и тем более - не на глубине залегания углеводородов. В относительно хрупких слоях пород с большим количеством трещин и каверн есть возможность добыть нефть, вытеснив её соответствующим объемом воды. Именно на этот вопрос – где и под каким углом бурить для подачи воды и извлечения нефти – ищут ответ геологи. Выяснение расположения и направления системы трещин дает специалистам ключевые данные для дальнейшей работы.
Эту информацию можно получить методом сейсмического зондирования, фиксирующего распространение сейсмических волн в пластах. Облечь полученные данные в готовую модель геологам помогают математики. Помимо карты микротрещин рассчитывается степень пористости пород. Это понимание необходимо для формирования вязкости и плотности жидкости для закачивания. Данные также необходимы для определения давления при закачивании. Для увеличения количества трещин и проницаемости пород долгое время используется технология гидроразрыва. Его оборотной стороной часто становится полное обводнение скважин, делающей невозможной дальнейшую добычу.
Эра сейсмической разведки
Сейсмическая модель дает оптимальное представление о строении пласта. Часто полученные данные подтверждается результатами бурения и образцами керна. Добиться кучного расположения нефти в стволе – в основной вертикальной скважине – возможно. Для этого необходимо заранее выяснить расположение и направление трещин и пробурить дополнительные скважины строго поперек них под прямым углом. Сквозь перфорацию в этих трубах капает нефть из вышележащих пород, а гладкая нижняя часть приводящих труб служит руслом для направления потоков нефти в ствол.
Это – «куст», и сконструировать его чрезвычайно сложно. Так, Институт в течение трех лет работал с «РН-Красноярск НИПИнефть» (входящим в ПАО «Роснефть»). После достигнутых успехов Красноярский геологический комитет постановил включить проведенные предварительные исследования в регламент как обязательные до бурения. Уже сегодня «Роснефть» активно использует запатентованные разработки. Помимо общего патента на технологию зарегистрировано несколько авторских свидетельств на ПО. Изобретение относится к области сейсмической разведки и может быть использовано при поиске нефтяных и газовых месторождений со сложно построенными кавернозно-трещиновато-пористыми коллекторами.
Для проведения сейсмических расчетов потребовалось задействовать вычислительный ресурс двух крупнейших в России кластеров: «Ломоносов 2» на базе МГУ и СКЦ «Торнадо» на базе Санкт-Петербургского техуниверситета. Все коды и алгоритмы исследователи написали сами. Созданная база данных используется как основа для апробации алгоритмов восстановления внутреннего строения разрезов.
Метод моделирования пластов одинаково успешно используется как для поисковых, так и для разведочных работ.