В Исследовательском центре «Геосфера» (Тюмень) показали новые технологии, которые помогают точнее изучать породы и выбирать эффективные решения для разработки месторождений. Среди них — установка для испытаний материалов в условиях, близких к пластовым, методы цифрового моделирования и исследования свойств пластовых флюидов.
Чтобы повысить эффективность добычи, специалистам важно заранее понимать, как устроено месторождение и как породы будут реагировать на различные технологии воздействия. В основе исследований «Геосферы» лежит комплексное изучение керна — образцов пород, поднятых из скважин. Именно по ним специалисты восстанавливают строение пласта, оценивают его свойства и затем переносят полученные данные в цифровую среду.
Испытать технологию до выхода на месторождение
Ученые «Геосферы» разработали и применяют установку для испытаний материалов в условиях, близких к пластовым. Она помогает подобрать оптимальные материалы для гидроразрыва пласта (ГРП) — технологии повышения добычи нефти. Во время ГРП под высоким давлением в породу закачивают жидкость, которая создает сеть трещин, а затем заполняют их пропантом — гранулированным материалом, удерживающим трещины открытыми и обеспечивающим приток нефти к скважине. Однако стандартные методы испытаний не всегда позволяли оценить, как разные материалы будут работать в условиях конкретного месторождения.
«Когда мы начинаем добывать нефть, значительная ее часть, около 70 %, всё равно остается в пласте. Наша задача — повысить коэффициент извлечения нефти. Для этого мы моделируем пластовые условия и испытываем разные технологии. Например, газовые методы увеличения нефтеотдачи: закачиваемый газ делает нефть более подвижной, и ее становится легче извлекать из породы. Здесь мы подбираем параметры, чтобы понять, для какого месторождения такая технология будет наиболее эффективной», — рассказывает начальник отдела специальных исследований центра «Геосфера» Станислав Александрович Калинин.
Станислав Калинин
Чтобы подобрать подходящий материал, специалисты проверяют, насколько эффективно пропант выдерживает нагрузку, не разрушается ли под давлением и насколько хорошо пропускает флюиды. Для этого они создают модель трещины: берут два образца породы, размещают между ними пропант и прокачивают через него жидкость, имитируя реальные условия в пласте. В некоторых случаях, когда порода недостаточно прочная, используют пропанты со специальным покрытием. Они помогают создать более устойчивую структуру внутри трещины. Специалисты воспроизводят условия конкретного месторождения, температуру и давление, и оценивают, насколько такой материал сохраняет прочность и эффективность. В результате можно подобрать оптимальный пропант для конкретной залежи.
Специалисты центра «Геосфера» работают с установкой для испытаний материалов в условиях, близких к пластовым
«На установке мы воспроизводим условия пласта и изучаем, как ведет себя порода при взаимодействии с пропантом. Эти данные затем используются в цифровых моделях, которые позволяют спрогнозировать эффективность технологии, объемы добычи и экономическую целесообразность ее применения. В условиях, когда запасы становятся всё сложнее, такие исследования помогают создавать новые подходы к разработке месторождений», — отмечает Станислав Калинин.
Первые результаты применения установки получили при подготовке операций на Чонской группе месторождений в Якутии. Для условий с аномально низкой температурой специалисты подобрали пропант, который сохранил прочность в пласте, обеспечил устойчивость трещин и помог повысить эффективность добычи. В дальнейшем оборудование планируют применять при разработке решений для других месторождений Восточной и Западной Сибири.
Перенести пласт в цифровую среду
Специалисты работают сразу в двух направлениях: исследуют реальные образцы пород и создают их цифровые копии. Для этого керн сканируют на томографе и дополняют модель данными о свойствах породы: ее способности пропускать жидкости, прочности и других характеристиках. Уже сегодня исследователи начинают получать исходные характеристики для разработки месторождений в цифровом керне.
«Чтобы сделать цифровую модель максимально точной, используют рентгеновскую компьютерную томографию. Она выполняет съемку небольших образцов породы. Физика здесь проста: чем меньше объект исследования, тем выше можно получить разрешение. Несмотря на то, что исследуется небольшой образец, полученные данные затем масштабируются на более крупный объем керна и используются при построении цифровой модели. После создания цифрового керна можно проводить различные лабораторные исследования уже в цифровой среде. Главное преимущество цифровой модели в том, что на одном и том же объекте можно многократно проводить неограниченное количество экспериментов и сравнивать их результаты без необходимости каждый раз выполнять новые физические исследования», — комментирует начальник отдела физики пласта исследовательского центра «Геосфера» Денис Юрьевич Глушков.
Денис Глушков
Одно из направлений такой работы — лаборатория микрофлюидики. Здесь используют специальные чипы размером 1 на 2 сантиметра. На нем воспроизводится поровое пространство породы в уменьшенном виде, что позволяет наблюдать, как через нее проходят нефть, вода и газ. Такие исследования помогают понять, как ведут себя флюиды внутри пласта. При этом фильтрационные эксперименты — одни из самых длительных: один опыт может занимать несколько месяцев. Использование цифровой модели на чипе позволяет проводить такие исследования быстрее и эффективнее. «Если делать это только в лаборатории, каждый эксперимент занимает несколько недель, а вся работа может растянуться на год-полтора. В цифровой среде можно быстро менять параметры модели и выбирать наиболее эффективное решение, ускоряя исследования в десятки раз», —добавляет Станислав Калинин.
Работа на чипах в лаборатории микрофлюидики
Развитие этого направления продолжается. Если рентгеновская компьютерная томография сегодня позволяет получать разрешение до одного микрона, то с вводом в эксплуатацию Сибирского кольцевого источника фотонов станет возможным проводить исследования с разрешением до 200 нанометров. Это позволит еще глубже изучать трудноизвлекаемые запасы и эффективнее разрабатывать новые технологии их освоения.
Понять поведение нефти в недрах
Однако для эффективной разработки недостаточно знать только строение породы — важно понимать, как сама нефть будет вести себя в пласте. Помимо изучения кернов специалисты «Геосферы» исследуют флюиды — нефть, газ и пластовую воду. Для этого в лаборатории PVT-исследований (от англ. Pressure, Volume, Temperature — давление, объем, температура. — Прим. ред.) воспроизводят высокие давление и температуру, в которых углеводороды находятся глубоко под землей. На поверхности нефть отличается от той, что находится в пласте. При изменении давления и температуры меняются ее свойства: из нефти может выделяться газ, а отдельные компоненты могут выпадать в осадок и снижать эффективность добычи. Поэтому перед применением технологий увеличения нефтеотдачи специалисты проверяют, как пластовый флюид будет вести себя в разных сценариях.
Наталья Смирнова в лаборатории PVT-исследований
Один из примеров таких исследований — оценка совместимости нефти с закачиваемым газом. «Флюид может по-разному реагировать на закачиваемый газ. Например, в нефти есть тяжелые компоненты — асфальтены, которые при неблагоприятном взаимодействии могут выпадать и снижать проницаемость пласта. Поэтому сначала мы моделируем этот процесс в лаборатории и проверяем, как будут взаимодействовать нефть и газ», — рассказывает начальник отдела хромотографических и геохимических исследований исследовательского центра «Геосфера»Наталья Смирнова.
Для таких исследований в лабораторию поступают глубинные пробы — образцы нефти и газа, отобранные непосредственно в условиях пласта. В них сохраняют первоначальные давление и температуру, чтобы максимально точно воспроизвести условия месторождения. Полученные данные становятся основой для цифровых моделей разработки: специалисты могут спрогнозировать, как будет изменяться добыча, какое давление необходимо поддерживать в пласте и какие технологии будут наиболее эффективными.
Ирина Баранова
Фото предоставлены пресс-службой «Газпром нефти»
