Цифровые двойники помогут в изучении недр и добыче трудноизвлекаемой нефти
В центр геологических исследований "Геосфера" в Тюмени поступили первые образцы горных пород и пластовых флюидов с перспективных месторождений в Восточной и Западной Сибири. Их изучение поможет отечественному ТЭК в открытии новых залежей нефти и газа, а также в разработке новых технологий добычи трудноизвлекаемых запасов (ТРИЗ).
Образцы доставят роботы
Соглашение о создании в Тюмени отраслевого исследовательского центра было подписано председателем правления "Газпром нефти" Александром Дюковым и губернатором Тюменской области Александром Моором в сентябре 2018 года, на Тюменском нефтегазовом форуме. В 2025-м центр уже работает. На днях в нем побывали журналисты федеральных СМИ. Впечатления у коллег восторженные: ничего подобного в России еще не было.
Огромное здание, точнее комплекс сооружений, где все продумано до мелочей. Его важная часть - кернохранилище, рассчитанное на 200 тысяч погонных метров образцов породы. Примерно половину займет так называемый исторический керн, остальные площади заполнят новыми образцами, которые предстоит изучать. В помещении поддерживаются оптимальные температура и влажность, сохраняющие ценный материал, являющийся важнейшим источником информации о недрах.
Это первое в отрасли роботизированное кернохранилище: прием, маркировка, учет и транспортировка геологического материала полностью автоматизированы. Такой подход позволяет разместить в три раза больше образцов на единицу площади, чем в обычном хранилище, исключает ошибки, связанные с человеческим фактором, обеспечивает безопасность работ. Кроме того, ощутимо экономит время: как рассказал директор исследовательского центра Ленар Шакирзянов, в традиционных кернохранилищах лаборант может до 30% рабочего времени тратить на то, чтобы найти нужный образец, снять его со стеллажа и доставить в лабораторию. Здесь же можно буквально одним кликом вечером сделать заявку, а уже утром приступить к исследованиям: роботы-шаттлы, курсирующие по центру, за ночь развезут все заказы.
Цифра оптимизирует процесс
Уникальная черта "Геосферы" - цифровизация. Все физические процессы здесь впервые в отрасли воссоздаются в виртуальной среде. Для этого используется передовое оборудование. На нем выполняют полный цикл исследований - от общей оценки и томографии до высокоточного микроструктурного анализа и создания цифровых двойников. Всего здесь около 200 единиц оборудования, в основном отечественного производства, в том числе уникальные установки, изготовленные специально по заказу тюменского центра.
Например, созданный в Томском политехническом университете макротомограф, не уступающий лучшим зарубежным аналогам. В эту установку загружают целиковые образцы керна - цилиндры диаметром 100 мм и длиной один метр - и делают около 1500 снимков. Это позволяет получить полную физическую характеристику породы: определить состав, плотность, размеры пустот. В дальнейшем проводится томография и на уровне микроскопии. Итогом всех этих операций становится создание цифровых двойников, изучение которых позволит смоделировать геологические процессы в недрах и подобрать оптимальные инструменты для разработки конкретных месторождений.
Проект "Цифровой керн" преследует и несколько чисто практических целей. Во-первых, в ходе классических исследований материал неизбежно разрушается, тогда как его цифровая копия может использоваться вечно. Во-вторых, работа ускоряется на порядок, а значит, существенно снижается ее себестоимость.
Например, в лаборатории фильтрационных исследований определяют, сколько нефти может находиться в породе, и ищут возможность увеличить коэффициент ее извлечения. Для этого небольшие образцы насыщают нефтью, а затем начинают вытеснять ее с помощью флюидов (воды, газа, различных полимеров), подбирая оптимальный состав.
"Физические исследования керна из низкопроницаемых коллекторов занимают 3-6 месяцев, а в цифровом пространстве мы можем провести такой цикл за 1-2 месяца, - подчеркивает заместитель начальника департамента по технологическому развитию разведки и добычи "Газпром нефти" Алексей Вашкевич, - при этом можно проводить такие эксперименты десятками, сотнями и даже тысячами. И только самые качественные образцы возвращать в физическую среду, выверяя те решения, которые мы приняли в цифровой экосистеме".
А еще в центре проводят исследования… на чипах. Упрощенно технология выглядит так: 3D-скан керна переводят в 2D и печатают на пластинке. Этот рисунок отображает структуру пор породы и воспроизводит все основные характеристики натурного образца. С чипом можно проводить такие же физические эксперименты, как с кусочком породы, но гораздо быстрее и дешевле. А результаты сопоставимы.
Подобраться к ТРИЗам
В исследовательском центре удалось собрать не только передовое оборудование, но и лучших специалистов: здесь более сотни сотрудников, в числе которых геомеханики, геохимики, математики, петрофизики, геофизики, литологи, седиментологи, инженеры. Для чего добывающей компании столь серьезное научное подразделение?
"Разработка любого месторождения начинается с изучения недр. От точности данных о свойствах пластов зависит эффективность и рентабельность масштабных добычных проектов. Центр геологических исследований "Геосфера" позволит вывести изучение керна и флюидов на принципиально новый уровень. Передовые инструменты изучения недр помогут в открытии новых месторождений и выборе оптимальных решений для добычи трудноизвлекаемых запасов", - говорит начальник департамента добычи "Газпром нефти" Сергей Доктор.
Именно создание технологий добычи ТРИЗов - один из главных вызовов, стоящих сегодня перед российским ТЭК. Доля таких запасов в общем объеме уже превысила 65%. Традиционные месторождения, для разработки которых было достаточно стандартных скважин и инструментов добычи, истощаются. Задача нефтяников - научиться работать с геологически сложными, низкопроницаемыми и обводнененными залежами.
"Мы знаем, где они, но добывать рентабельно - главный вызов", - подчеркивает Алексей Вашкевич. Решить эту задачу поможет новый исследовательский центр "Геосфера" в Тюмени.