Новая математическая модель, предложенная учёными Северо-Западного университета и Лос-Аламосской национальной лаборатории, может повысить эффективность и прибыль добычи природного газа за счёт лучшего прогнозирования ранее скрытой механики гидроразрыва.
Подпись к изображению: Разветвление гидравлических трещин имеет важное значение для эффективной добычи, но существующие математические модели и программное обеспечение не могут обеспечить прогнозирование процесса
«Наша модель намного более реалистична, чем существующие аналоги и соответствующее программное обеспечение, используемое в отрасли. Эта модель может помочь индустрии повысить эффективность, снизить затраты и стать более прибыльной», – полагает Зденек Бажант, профессор Школы Маккормика Северо-Западного университета.
Несмотря на переживаемый отраслью подъём, по большей части, процесс фрекинга остаётся загадкой. Дело в том, что всё происходит глубоко под землей, в результате чего исследователи не могут наблюдать механизм добычи газа из сланцевой породы.
«Данная научная работа предлагает усовершенствованные возможности для прогнозирования, которые позволяют улучшить контроль над производством и одновременно снизить воздействие на окружающую среду благодаря использованию меньшего количества жидкости для гидроразрыва, – пояснил Хари Вишванатан, специалист по компьютерному моделированию в геологии из Лос-Аламосской национальной лаборатории. – Это должно позволить оптимизировать различные параметры, такие как скорость и циклы откачки, свойства жидкости для гидроразрыва, например, вязкость и так далее. Это может привести к увеличению доли извлечения газа из глубоких сланцевых пластов – в настоящее время этот показатель составляет примерно 5 процентов и редко превышает отметку в 15 процентов».
Изучая процессы смыкания существовавших ранее трещин, появившихся в результате тектонических движений далёкого прошлого, и учитывая силы просачивания воды, которые ранее не принимались во внимание, исследователи разработали новую математическую модель, которая показывает, как разветвление вызывает образование вертикальных трещин во время процесса фрекинга, что позволяет выделяться большему количеству природного газа. Надо подчеркнуть, это первая модель, позволяющая спрогнозировать разветвление – причём полученные с её помощью результаты расчётов соответствуют фактическому количеству выделяющегося из сланца газа.
Поясним, чтобы добывать природный газ с помощью фрекинга, в сланцевом слое бурят скважину, зачастую на несколько километров вглубь земли, которая затем расширяется в горизонтальном направлении. Когда вода с необходимыми добавками закачивается в слой под высоким давлением, в породе образуются трещины, благодаря чему из пор сланца высвобождается природный газ.
Классические исследования механики гидроразрыва говорят о том, что у трещин, которые идут вертикально от горизонтальной скважины, не должно быть ответвлений. Однако подобные конструкции не в состоянии спрогнозировать количество газа, выделившегося во время процесса. Фактические объёмы добычи примерно в 10 тысяч раз превышают те, что были рассчитаны в лабораторных условиях на основании извлечённых из земли проб породы.
Ранее некоторые исследователи объясняли это уже существующими трещинами в сланце, которые делают его более проницаемым. Однако Бажант и его коллеги-исследователи обнаружили, что эти трещины тектонического происхождения, возраст которых составляет около 100 миллионов лет, должны быть закрыты вязким потоком сланца под давлением. Учёные выдвинули своё объяснение, которое сводится к тому, что вдоль этих закрытых трещин в сланцевой породе имеются рыхлые слои с микротрещинами, разветвления которых, предположительно, и образуют основную трещину.
Когда они провели имитацию процесса, опираясь на выдвинутую гипотезу, оказалось, что результаты совпадают с фактическими значениями.
«Мы впервые показали, что трещины могут разветвляться в боковом направлении, что было бы невозможно, если бы сланцы не были пористыми», – отметил Бажант.