Новая «реалистичная» модель указывает путь к более эффективному и прибыльному гидроразрыву пласта

Новая вычислительная модель потенциально может повысить эффективность и прибыльность добычи природного газа, лучше прогнозируя ранее скрытые механизмы образования трещин и точно учитывая известные объемы высвобождаемого газа.

«Наша модель гораздо реалистичнее, чем текущие модели и программное обеспечение, используемые в отрасли», — заявил Зденек Бажант, профессор Института Маккормика и профессор инженерного дела имени Уолтера П. Мерфи в области гражданского и экологического строительства, машиностроения и материаловедения инженерной школы Маккормика Северо-Западного университета. Эта модель может помочь отрасли повысить эффективность, снизить затраты и стать более прибыльной.

Несмотря на рост отрасли, большая часть процесса гидроразрыва пласта (ГРП) остается загадкой. Поскольку ГРП происходит глубоко под землей, исследователи не могут наблюдать механизм образования трещин и высвобождения газа из сланца.

«Эта работа предлагает улучшенную прогностическую способность, которая позволяет лучше контролировать добычу, одновременно уменьшая воздействие на окружающую среду за счет использования меньшего объема жидкости для ГРП», — отметил Хари Вишванатан, вычислительный геоученый из Национальной лаборатории в Лос-Аламосе. Это должно позволить оптимизировать различные параметры, такие как скорость и циклы закачки, а также изменение свойств жидкости для ГРП, например, вязкости. Это может привести к увеличению процента извлечения газа из глубоких сланцевых пластов, который в настоящее время составляет около 5% и редко превышает 15%.

Ученые из Северо-Западного университета и Лос-Аламосской лаборатории разработали новую математическую и вычислительную модель, которая учитывает закрытие ранее существовавших трещин, вызванных тектоническими событиями в далеком прошлом, и силы просачивания воды, ранее не принимавшиеся во внимание. Модель показывает, как в процессе ГРП от вертикальных трещин образуются ответвления, позволяя высвобождать больше природного газа. Эта модель впервые предсказывает такое ветвление, оставаясь при этом согласованной с известным количеством газа, высвобождаемого из сланца в этом процессе. Новая модель потенциально может повысить эффективность отрасли.

Результаты были опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) 7 января.

Понимание того, как именно образуются трещины в сланце, также может улучшить управление захоронением сточных вод от процесса, которые закачиваются обратно под землю.

Классические исследования механики разрушения предсказывают, что вертикальные трещины, идущие от горизонтальной скважины, не должны иметь ответвлений. Но эти трещины сами по себе не могут объяснить количество газа, высвобождаемого в процессе. Фактически, скорость добычи газа примерно в 10 000 раз выше, чем рассчитанная на основе проницаемости, измеренной на извлеченных кернах сланца в лаборатории.

Бажант и его коллеги предположили, что в сланцевом пласте существуют слабые слои микропроисходящих вдоль теперь закрытых трещин, и именно эти слои вызывают образование ответвлений от основной трещины. В отличие от предыдущих исследований, они также учли силы просачивания при диффузии воды в пористый сланец. Когда они смоделировали процесс, используя эту новую идею о слабых слоях вместе с расчетом всех сил просачивания, результаты совпали с наблюдаемыми в реальности.

«Мы впервые показываем, что трещины могут ветвиться вбок, что было бы невозможно, если бы сланец не был пористым», — сказал Бажант.