Сланцевый газ Это природный газ, залегающий не в обычных подземных пустотах, а глубоко внутри твердых сланцевых пород. Извлекать с помощью обычных средств невозможно. Для этого требуется создание технологии. создают Дополнительные трещины создаются с помощью технологии гидроразрыва. Но сланцевые породы характеризуются сложной и непредсказуемой структурой, сильной слоистостью и хрупкостью. Поэтому важно заранее изучить поведение материала во время такой операции и определить наиболее эффективные зоны проведения. Ученые Пермского Политеха и Китайского университета нефти и газа предложили новый метод виртуального изучения сланца на компьютере без дорогих лабораторных испытаний. Способ позволяет на микроуровне исследовать структуру минерала и с точностью до 90% предсказать оптимальные места для создания трещин. Это повысит эффективность технологии гидроразрыва и минимизирует риски обрушений. , Повысит эффективность добычи газа, уменьшив расходы.
Результаты компьютерной томографии. Фото предоставила пресс-служба ПНИПУ.
Статья с результатами опубликована в журнале Общество нефтяных инженеров, 2025 год. Исследование проведено при поддержке Национального фонда естественных наук Китая (№ 52374027) и Правительства Пермского края (№ СЭД-26-08-08-32).
Сланцевый газ, состоящий в основном из метана, применяется как заменитель традиционного газа. Его используют для изготовления пластмасс, удобрений, смол и других изделий, для отопления жилья и как топливо в транспортном секторе и энергетике. Его мировые запасы обширные, и в многих отраслях промышленности его можно применять вместо угля, снижая тем самым выброс углекислого газа.
Из-за особенностей пород, их плотности и разнородного минерального состава добыча газа из сланцевых пород сложнее, чем из песчаников, карбонатных или угольных пластов, особенно с больших глубин (более 3,5 километров). Для повышения эффективности гидроразрыва в таких условиях важно заранее определить зоны для создания дополнительных трещин. Неточный прогноз места проведения операции может привести к обрушению пласта, утечке газа и пустой трате многомиллионных инвестиций.
Для изучения механических свойств породы и её деформации при гидроразрыве пласта проводят лабораторные испытания керна, извлеченного из скважин. Однако такой подход требует большого количества образцов, а добыча их в глубокозалегающих пластах трудоемка и затратна. Кроме того, лабораторный анализ не учитывает неоднородность сланцев – их слоистость, пористую структуру и сложный минеральный состав, что может исказить результаты.
Благодаря современным технологиям можно с высокой точностью, быстро и недорого создавать цифровые модели горных пород разных свойств. Это позволяет многократно проводить виртуальные эксперименты и моделировать их деформацию при разнообразных воздействиях.
В результате совместной работы учёных Пермского Политеха и китайских коллег создан метод, предсказывающий эффективность гидравлического разрыва пластов в глубоких сланцевых отложениях.
С помощью компьютерной томографии горных пород и обработки снимков электронной микроскопией построили трехмерный цифровой двойник керна, что позволило узнать точную структурную информацию о породе: пористость, микротрещины и минеральный состав сланца (глина, кварц, полевой шпат и пирит). Сравнение с реальными образцами подтвердило точность 3D-образца. Погрешность составила всего 3-9%. рассказывает Поплыгин Владимир — директор Когалымского филиала ПНИПУ, доктор технических наук. .
Эксперты смоделировали гидроразрыв и рассчитали деформацию трехмерной модели керна под нагрузкой, а также выявили влияющие на это параметры. Результаты показали, что чувствительность сланцевой породы к повышению трещиноватости зависит от угла падения трещины и пласта, плотности, твердости, длины, хрупкости минералов в составе, а также возникающих напряжений в процессе.
Ученые создали модель для оценки проницаемости глубоких сланцевых резервуаров, которая принимает во внимание все влияющие факторы и помогает прогнозировать участки, где проведение гидроразрыва будет наиболее успешным.
Точность прогнозов модели мы проверили на практике в рамках разработки сланцевого газового месторождения в Китае. По результатам модели был составлен план добычи и проведен гидроразрыв на двух участках разной глубины (3580-3640 и 3660-3730 метров). На первом участке начальная добыча газа была высокой, но коэффициент извлечения оказался низким. Второму участку присущи высокая начальная добыча и высокий коэффициент извлечения. Разработка точно предсказала эти различия, что подтверждает достоверность моделирования трещиноватости с помощью цифровых технологий. поделился Владимир Поплыгин.
Исследователи считают, что такая разработка может пригодиться при добыче углеводородов из Баженовской и Доманиковой свит на Урале и в Западной Сибири – месторождений с невысокой проницаемостью пластов.
Методика учёных Пермского Политеха и Китайского университета позволяет увеличить добычу газа с использованием реальных данных без проведения дорогостоящих лабораторных исследований. Модель, предсказывающая успешность гидроразрыва пласта, повысит его эффективность, а также сократит время и затраты на подготовку и проведение операции.
Информация и фотографии предоставлены пресс-службой ПНИПУ.