Ведущие ученые Пермского Политеха и Китайского университета представили уникальную инновационную методику, позволяющую значительно увеличить объем извлечения сланцевого газа. Совместная международная работа осуществлялась при поддержке Национального фонда естественных наук Китая и при содействии Правительства Пермского края, объединив лучшие научные ресурсы двух стран.
Преимущества сланцевого газа для современной индустрии
Сланцевый газ, основную часть которого составляет метан, приобретает все большее значение как альтернатива привычным источникам энергии. Он востребован не только как сырье для химической индустрии — производства пластиков, удобрений, смол и других материалов, — но и как топливо для систем отопления, транспортных средств и электростанций. Его широкие запасы во многих регионах мира открывают путь к эффективной замене традиционного топлива, а также к сокращению выбросов парниковых газов, что делает этот ресурс экологически более приемлемым.
Сложности добычи в уникальных геологических условиях
В отличие от песчаников, карбонатных или угольных пластов, сланцевые породы характеризуются сложной внутренней структурой с высоким содержанием разнообразных минералов, густой слоистостью и множеством микротрещин. Эти особенности, а также высокая плотность залегания на глубинах свыше 3,5 километра, серьезно затрудняют процесс добычи. Одной из ключевых задач остается определение наиболее уязвимых зон, где гидроразрыв пласта будет максимально эффективен. Ошибочные прогнозы могут привести не только к финансовым потерям, но и к риску разрушения пород и выбросов газа в окружающую среду.
Традиционно для таких исследований применяются лабораторные испытания керновых образцов, однако их получение требует больших затрат времени, ресурсов и сил, особенно из глубоко залегающих пластов. Кроме того, лабораторные методы не позволяют в полной мере учесть сложную неоднородную структуру сланца, что нередко снижает точность моделирования и прогнозирования добычи.
Цифровые технологии: новый стандарт для нефтегазовой отрасли
Развитие компьютерного моделирования открывает принципиально иные возможности для нефтегазовой индустрии. С помощью современных цифровых методик горные породы теперь можно воспроизводить виртуально, создавая их точные трехмерные аналоги и спустя кратчайшее время проводить сложные виртуальные тесты по их деформации. Данная цифровая революция позволяет инженерам анализировать структуру и поведение пласта без необходимости разрабатывать обширную сеть скважин и доставать многочисленные образцы.
Коллектив специалистов из Пермского национального исследовательского политехнического университета во главе с Владимиром Поплыгиным и ученых одного из ведущих университетов Китая разработал метод построения высокоточных 3D-моделей керна. Для этого использованы снимки, полученные посредством компьютерной томографии и электронной микроскопии, анализирующие мельчайшие детали структуры породы — от микротрещин до минерального состава, включающего глину, кварц, полевой шпат и пирит. Сравнение с реальными образцами показало минимальную погрешность (в диапазоне 3-9%), что подтверждает надежность и достоверность цифрового двойника сланца.
Инновационная модель гидроразрыва: точность и эффективность
Виртуальные эксперименты с полученными трехмерными моделями позволили точно смоделировать процесс гидроразрыва пласта. В ходе моделирования специалисты наблюдали, как изменяется структура породы под воздействием давления и какие факторы играют основную роль. Ключевыми параметрами оказались направление и угол залегания трещин, их плотность, длина, хрупкость минеральных включений, а также распределение напряжений в породах.
На базе этих данных была создана комплексная количественная модель для детального анализа проницаемости глубоких сланцевых резервуаров. Она учитывает множественные параметры и позволяет заранее выделить зоны с наибольшей перспективой для дополнительного стимулирования добычи. Такой подход существенно повышает предсказуемость результатов и обеспечивает максимальную отдачу при минимизации затрат и рисков.
Эффективность новой методики была подтверждена на примере газового месторождения в Китае, где модель была использована для планирования работ на двух разных участках — межу 3580–3640 и 3660–3730 метрами. В первом случае добыча была высока, но малая часть извлекалась окончательно; на втором участке модель спрогнозировала одновременно высокие показатели начальной и итоговой добычи, что подтвердилось практикой. Это красноречиво говорит о точности разработанного цифрового инструмента и ценности его применения в реальных условиях.
Перспективы применения в России: Баженовская и Доманиковая свиты
Актуальность новой методики огромна не только для Республики Китай, но и для России, где имеются значительные ресурсы углеводородов в Баженовской и Доманиковой свитах. Эти слои характеризуются крайне низкой проницаемостью, что затрудняет извлечение газа и нефти стандартными способами. Новая технология, предложенная учеными, позволяет анализировать ключевые параметры пород, минуя дорогостоящие лабораторные исследования, и выбирать оптимальные сценарии гидроразрыва на сложных месторождениях Урала и Западной Сибири. Реализация данной методики даст толчок развитию отечественной сланцевой индустрии, позволит повысить рентабельность добычи, а также укрепит энергетическую независимость страны.
Владимир Поплыгин отмечает, что внедрение цифровых двойников и комплексных моделей в практику отечественных компаний поможет существенно ускорить и удешевить процессы освоения трудноизвлекаемых запасов нефтематеринских пород. Кроме того, это открывает пути к более бережному отношению к окружающей среде и экосистемам, сокращая число необоснованных экспериментов на открытых пластах.
Будущее добычи: цифровизация и международное сотрудничество
Данный инновационный подход, опирающийся на тесную кооперацию между российскими и китайскими исследователями, демонстрирует, насколько важна интеграция знаний и опыта в мировой науке. Перспективные цифровые инструменты анализа и прогнозирования закономерностей поведения сланцевых пластов находят практическое применение уже сегодня и способны в обозримом будущем коренным образом изменить правила игры на рынке углеводородов.
Итогом внедрения моделей, созданных при участии Пермского Политеха, станет не только повышение эффективности работы компаний, но и совершенствование экологической культуры добычи ресурсов — ведь каждый процент повышения отдачи способствует значительной экономии энергии, ресурсов и затрат. Новое слово в мировой добыче сланцевого газа уже сказано — и его авторы работают в России и Китае.
Источник: naked-science.ru
