Ученые Московского физико-технического института разработали математические модели и программное обеспечение, которое позволит отечественным компаниям сократить затраты на разработку сланцевых нефтяных месторождений и оптимизировать добычу “черного золота”. Часть программного обеспечения прошла регистрацию в патентных органах и получила свидетельство о регистрации программы в Роспатенте.

Одним из основных методов, применяемых при добыче сланцевой нефти является технология множественного гидроразрыва пласта. В горизонтальную скважину под большим давлением закачивается жидкость, чаще всего вода, с примесью песка или специального материала — пропанта. Вода разрывает пласт, образуя трещины, по которым нефть стекает в скважину, а песок или пропант не позволяют трещинам закрыться. Это значительно увеличивает скорость и объем нефтедобычи, однако использование данного метода без предварительных расчетов грозит колоссальными финансовыми потерями.

Технология дизайна трещин (их форма, толщина и геометрия) множественного ГРП основана на сложнейших расчетах поведения горных пород под нагрузкой, и неизбежно наталкивается на то, что в науке называется “теорией разрушений”. В современной геомеханике до сих пор полностью не сформулирована целостная теория, описывающая процессы разрушения материалов, поэтому рассчитать, как поведет себя порода при гидроразрыве, крайне затруднительно. Непросчитанное распространение трещин и, как следствие, непредсказуемое разрушение пласта при гидроразрыве может привести, например, к обводнению скважин или затрагиванию газового слоя, в результате чего затраты на разработку значительно перекрывают доход. Основным инструментом, позволяющим предсказать поведение разрывов пласта, заранее предотвратив возможные риски, является компьютерное моделирование процесса.

Ограничения в отношении российского нефтяного сервиса, наложенные Западом на Россию в 2014 году вместе с основным пакетом санкций, ввели запрет на поставку специализированного программного обеспечения, отечественные аналоги которого на российском рынке полностью отсутствовали. В этой связи крупнейшие международные рейтинговые агентства, в числе которых FitchRatings, предрекали возможную потерю рентабельности всех нефтяных проектов на сланцевых месторождениях в нашей стране и как результат ощутимые колебания нефтяной экономики в целом.

Коллективу ученых Московского Физтеха удалось не просто восполнить недостаток требуемого софта, но и создать принципиально новый программный пакет, подобных которому нет у зарубежных коллег. Партнером института, формирующим промышленный запрос к результатам, выступила компания «Газпромнефть-НТЦ».

“На основе математических вычислений наш комплекс программ позволяет с высокой точностью спрогнозировать взаимное влияние трещин друг на друга, проектируя траекторию их распространения и определяя новые физические свойства, приобретаемые породой. При применении ГРП важно, чтобы образование нового разрыва не повлекло за собой сжатие предыдущих — это позволяет обеспечить максимальный размер области нефтеотдачи”, — раскрывают преимущества новейшей программной разработки научные сотрудники кафедры прикладной механики МФТИ Иван и Наталья Завьяловы.

На основе данных, получаемых на программном симуляторе МФТИ, инженеры нефтяных компаний смогут моделировать дизайн множественного гидроразрыва пласта на любом месторождении. Такая технология, позволит российскому нефтяному бизнесу обеспечить максимальную рентабельность разработки трудноизвлекаемых запасов, минимизировать возможные экологические риски и, возможно, выйти в лидеры по добыче сланцевой нефти.