geologyИзвестия высших учебных заведений. Геология и разведкаProceedings of higher educational establishments. Geology and Exploration0016-77622618-8708Sergo Ordzhonikidze Russian State University for Geological Prospecting10.32454/0016-7762-2025-67-3-60-73ICCIIAgeology-1213Research ArticleГЕОЛОГИЯ И РАЗВЕДКА МЕСТОРОЖДЕНИЙ УГЛЕВОДОРОДОВGEOLOGY AND PROSPECTING FOR HYDROCARBON RESERVES«Золотой ключ» к разработке нетрадиционных низкопроницаемых коллекторов углеводородов — оптимизированный геолого-инженерный дизайн ГРП FrSmart“Golden key” to development of unconventional low-permeability reservoirs: FrSmart geo-engineering integrated fracturing design softwareЮнцянФуYongqiangFu

Фу Юнцян — профессор

9, Северная улица Дунчжимэнь, район Дунчэн, г. Пекин 100007

Fu Yongqiang  — Professor

9 Dongzhimen North Str., Dongcheng District, Beijing 100007

ЛифэнЯнLifengYang

Ян Лифэн  — старший инженер; аспирант

9, Северная улица Дунчжимэнь, район Дунчэн, г. Пекин 100007;

18, ул. Фусюе, район Чанпин, г. Пекин 102200

Yang Lifeng — Senior Engineer; PhD Candidate in Engineering

9 Dongzhimen North Str., Dongcheng District, Beijing 100007;

18 Xuefulu, Changping District, Beijing 102200

СиньВанXinWang

Ван Синь  — профессор

9, Северная улица Дунчжимэнь, район Дунчэн, г. Пекин 100007

Wang Xin  — Professor

9 Dongzhimen North Str., Dongcheng District, Beijing 100007

ЧжэЛюZheLiu

Лю Чжэ — старший инженер

9, Северная улица Дунчжимэнь, район Дунчэн, г. Пекин 100007

Liu Zhe — Senior Engineer

9 Dongzhimen North Str., Dongcheng District, Beijing 100007

МэнФаньMengFan

Фань Мэн  — старший инженер

9, Северная улица Дунчжимэнь, район Дунчэн, г. Пекин 100007

Fan Meng — Senior Engineer

9 Dongzhimen North Str., Dongcheng District, Beijing 100007

ГанВанGangWang

Ван Ган  — старший инженер

9, Северная улица Дунчжимэнь, район Дунчэн, г. Пекин 100007

Wang Gang — Senior Engineer

9 Dongzhimen North Str., Dongcheng District, Beijing 100007

ЛишаньЮаньLishanYuan

Юань Лишань  — старший инженер

9, Северная улица Дунчжимэнь, район Дунчэн, г. Пекин 100007

Yuan Lishan — Senior Engineer

9 Dongzhimen North Str., Dongcheng District, Beijing 100007

ХаоЛюHaoLiu

Лю Хао  — старший инженер

9, Северная улица Дунчжимэнь, район Дунчэн, г. Пекин 100007

Liu Hao  — Senior Engineer

9 Dongzhimen North Str., Dongcheng District, Beijing 100007

СиньУXiWu

У Синь  — старший инженер

9, Северная улица Дунчжимэнь, район Дунчэн, г. Пекин 100007

Wu Xi  — Senior Engineer

9 Dongzhimen North Str., Dongcheng District, Beijing 100007

ШимэнХуShimengHu

Ху Шимэн — аспирант

18, ул. Фусюе, район Чанпин, г. Пекин 102200

Hu Shimeng — PhD Candidate

18 Xuefulu, Changping District, Beijing 102200

Научно-исследовательский институт разведки и разработки нефтяных месторождений Китая (RIPED, CNPC)КитайPetroChina Research Institute of Petroleum Exploration & Development (RIPED, CNPC)ChinaНаучно-исследовательский институт разведки и разработки нефтяных месторождений Китая (RIPED, CNPC); Китайский нефтяной университетКитайPetroChina Research Institute of Petroleum Exploration & Development (RIPED, CNPC); China University of PetroleumChinaКитайский нефтяной университетКитайChina University of PetroleumChina2025221020256736073Copyright © Юнцян Ф., Лифэн Я., Синь В., Чжэ Л., Мэн Ф., Ган В., Лишань Ю., Хао Л., Синь У., Шимэн Х., 20252025Юнцян Ф., Лифэн Я., Синь В., Чжэ Л., Мэн Ф., Ган В., Лишань Ю., Хао Л., Синь У., Шимэн Х.Yongqiang F., Lifeng Y., Xin W., Zhe L., Meng F., Gang W., Lishan Y., Hao L., Xi W., Shimeng H.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.geology-mgri.ru/jour/article/view/1213Введение

Введение. В области разработки нетрадиционных углеводородов сильная неоднородность низкопроницаемых коллекторов, уровень проницаемости на уровне 1—100 нанодарси и нелинейные режимы фильтрации приводят к отсутствию естественной продуктивности, что делает гидравлический разрыв пласта (ГРП) единственным экономически оправданным методом разработки.

Цель

Цель. Для решения этой проблемы Китайская национальная нефтяная корпорация (CNPC) на основе 20-летних исследований разработала собственное решение FrSmart 2.0, обеспечивающее геолого-инженерную оптимизацию на протяжении всего технологического процесса гидроразрыва пласта (ГРП).

Материалы и методы

Материалы и методы. Программный комплекс функционирует через девять взаимосвязанных модулей:

модуль геомеханического моделирования: строит 1D—3D-модели на основе данных ГИС и промысловых данных ГРП;

модуль моделирования искусственных трещин: реализует технологию моделирования неплоских 3D-трещин, поддерживая сложные сценарии (многоканальный ГРП горизонтальных скважин и др.);

модуль прогнозирования дебитов УВС после ГРП: интегрирует технологию встроенного дискретного моделирования трещин (EDFM) для точного прогноза продуктивности и оптимизации технологических режимов разработки;

модуль оперативного управления: динамически анализирует стимулированный объем породы (SRV) и морфологию трещин по данным микросейсмики;

модуль предварительного проектирования: применяет методы энтропийных весов и кластеризации для оптимизации интервалов продуктивности (“sweet spots”) и расположения кластеров;

модуль анализа риска обсадных колонн: оценивает устойчивость разломов по критерию Мора — Кулона;

модуль экономической оценки: предлагает модели расчета затрат (под ключ и детализированную);

модуль тестового ГРП

модуль тестового ГРП: определяет давление смыкания и эффективность закачки жидкости; модуль базы данных: управляет основными параметрами.

Заключение

Заключение. Ключевые модели FrSmart 2.0 отличаются от зарубежных аналогов менее чем на 5%, поддерживают GPU-ускорение. Решение развернуто на более чем 2000 рабочих мест в Китае, охватывая 90% нефтегазовых компаний и вузов, оптимизировав свыше 18 200 интервалов/стадий при удовлетворенности пользователей 96%. Его комплексный подход, высокоэффективные алгоритмы и широкая применимость делают FrSmart ключевым инструментом в Китае для интенсификации низкопроницаемых нетрадиционных коллекторов, значительно повышающим эффективность разработки.

Background

Background. The strong heterogeneity, nanodarcy-scale permeability (1—100 nD), and nonlinear flow characteristics of unconventional low-permeability reservoirs result in negligible natural productivity, making hydraulic fracturing the only economically viable development method.

Aim

Aim. To address this challenge, the China National Petroleum Corporation (CNPC) has developed the proprietary FrSmart 2.0 solution based on 20 years of research, enabling geo-engineering optimization throughout the fracturing workflow.

Materials and methods

Materials and methods. The software integrates nine synergistic modules, including the following. (1) Geomechanical Modeling constructs 1D—3D models using well-log and field data via finite-element algorithms. (2) Artificial Fracture Simulation employs non-planar 3D fracture modeling for complex scenarios (e.g., multi-cluster staged fracturing in horizontal wells). (3) Post-Fracturing Production Prediction leverages Embedded Discrete Fracture Modeling (EDFM) for accurate productivity forecasting and development optimization. (4) Real-Time Decision-Making dynamically analyzes stimulated rock volume (SRV) and fracture morphology using microseismic data. (5) Pre-Fracturing Design optimizes “sweet spot” intervals and cluster placement via entropy weighting and clustering algorithms. (6) Casing Deformation Risk Analysis evaluates fault stability using Mohr-Coulomb failure criteria. (7) Economic Evaluation offers lump-sum and itemized cost models. (8) The Diagnostic Fracturing Tests module determines closure pressure and fluid efficiency. (9) Database Management centralizes proppant, fluid, tubular, and rock mechanics parameters.

Conclusion

Conclusion. FrSmart 2.0 enables less than 5% deviation from international benchmarks and supports GPU acceleration. This software has been deployed at over 2000 workstations across 90% of Chinese oil and gas companies and universities. It has allowed optimization of over 18,200 stages/ intervals with 96% user satisfaction. Its integrated design, high-performance algorithms, and adaptability render FrSmart as a critical domestic solution for enhancing recovery in unconventional low-permeability reservoirs.

гидроразрыв пластаГРПгеомеханическое моделированиемоделирование ГРПнизкопроницаемые коллекторытрудноизвлекаемые запасыhydraulic fracturinggeo-engineering integrationfracture simulationlowpermeability reservoirsunconventional resourcesисследование профинансировано Научно-исследовательским институтом разведки и разработки нефтяных месторождений Китая (RIPED, CNPC).this research was funded by PetroChina Research Institute of Petroleum Exploration & Development (RIPED, CNPC).ReferencesChen F.L., Tong M., Yan L., et al. Sweetness Evaluation Method for Tight Oil “Sweet Spots”. Special Oil & Gas Reservoirs. 2017;24(02), pp. 12—17 (In Chinese).Chen F.L., Tong M., Yan L., et al. Sweetness Evaluation Method for Tight Oil “Sweet Spots”. Special Oil & Gas Reservoirs. 2017;24(02), pp. 12—17 (In Chinese).Chen H.D. Research on Microseismic Monitoring Technology for Shale Gas Reservoir Stimulation. PhD Dissertation, China University of Geosciences (Beijing), 2022. (In Chinese). https://doi.org/10.27493/d.cnki.gzdzy.2022.000120Chen H.D. Research on Microseismic Monitoring Technology for Shale Gas Reservoir Stimulation. PhD Dissertation, China University of Geosciences (Beijing), 2022. (In Chinese). https://doi.org/10.27493/d.cnki.gzdzy.2022.000120Chen M., Jin Y., Zhang G.Q. Fundamentals of Petroleum Engineering Rock Mechanics. Science Press, 2008. 85 p. (In Chinese).Chen M., Jin Y., Zhang G.Q. Fundamentals of Petroleum Engineering Rock Mechanics. Science Press, 2008. 85 p. (In Chinese).Jaeger J.C., Cook N.G.W., Zimmerman R.W. Fundamentals of Rock Mechanics. Blackwell Publishing, 2007. 488 p.Jaeger J.C., Cook N.G.W., Zimmerman R.W. Fundamentals of Rock Mechanics. Blackwell Publishing, 2007. 488 p.Li A.F., Liu M., Zhang H.Q., et al. Study on Variation of Starting Pressure Gradient for Oil-Water TwoPhase Flow in Low-Permeability Reservoirs. Journal of Xi’an Shiyou University (Natural Science Edition). 2010;25(06), pp. 47—50; 54; 111 p. (In Chinese).Li A.F., Liu M., Zhang H.Q., et al. Study on Variation of Starting Pressure Gradient for Oil-Water TwoPhase Flow in Low-Permeability Reservoirs. Journal of Xi’an Shiyou University (Natural Science Edition). 2010;25(06), pp. 47—50; 54; 111 p. (In Chinese).Li Z.M., Zhang J.Z. In-Situ Stress and Oil-Gas Exploration & Development. Petroleum Industry Press, 1997, pp. 138—140 (In Chinese).Li Z.M., Zhang J.Z. In-Situ Stress and Oil-Gas Exploration & Development. Petroleum Industry Press, 1997, pp. 138—140 (In Chinese).Maxwell S.C., Rutledge J., Jones R., et al. Microseismic Imaging of Hydraulic Fracturing. SEG Books, 2014. 212 p.Maxwell S.C., Rutledge J., Jones R., et al. Microseismic Imaging of Hydraulic Fracturing. SEG Books, 2014. 212 p.Moos D., Peska P., Finkbeiner T., et al. Comprehensive Wellbore Stability Analysis Utilizing Quantitative Risk Assessment. SPE Drilling & Completion, vol. 38, 2003, pp. 97—109.Moos D., Peska P., Finkbeiner T., et al. Comprehensive Wellbore Stability Analysis Utilizing Quantitative Risk Assessment. SPE Drilling & Completion, vol. 38, 2003, pp. 97—109.Nolte K.G., Smith M.B. Fracture Pressure Analysis for Non-Ideal Behavior. Journal of Petroleum Technology (JPT). 1991;43(02), pp. 210–218. https://doi.org/10.2118/20704-PANolte K.G., Smith M.B. Fracture Pressure Analysis for Non-Ideal Behavior. Journal of Petroleum Technology (JPT). 1991;43(02), pp. 210–218. https://doi.org/10.2118/20704-PASong G.C. Mechanism of Casing Damage in Complex Well Conditions of Horizontal Wells and Prevention Technology. PhD Dissertation, China University of Petroleum, 2010 (In Chinese).Song G.C. Mechanism of Casing Damage in Complex Well Conditions of Horizontal Wells and Prevention Technology. PhD Dissertation, China University of Petroleum, 2010 (In Chinese).Wang Z., Yang L.F., Wang X., et al. Numerical Simulation of Hydraulic Fracturing Based on Non-Planar 3D Fracture Model. In: Proceedings of the 32nd National Natural Gas Academic Annual Conference (2020). CNPC Key Laboratory of Reservoir Reconstruction; PetroChina Research Institute of Petroleum Exploration & Development, 2020, pp. 1025—1033 (In Chinese). https://doi.org/10.26914/c.cnkihy.2020.064973Wang Z., Yang L.F., Wang X., et al. Numerical Simulation of Hydraulic Fracturing Based on Non-Planar 3D Fracture Model. In: Proceedings of the 32nd National Natural Gas Academic Annual Conference (2020). CNPC Key Laboratory of Reservoir Reconstruction; PetroChina Research Institute of Petroleum Exploration & Development, 2020, pp. 1025—1033 (In Chinese). https://doi.org/10.26914/c.cnkihy.2020.064973Weng X. Modeling of complex hydraulic fractures in naturally fractured formation. Journal of unconventional oil and gas resources. 2014, pp. 114—135. https://doi.org/10.1016/j.juogr.2014.07.001Weng X. Modeling of complex hydraulic fractures in naturally fractured formation. Journal of unconventional oil and gas resources. 2014, pp. 114—135. https://doi.org/10.1016/j.juogr.2014.07.001Yu W. Embedded Discrete Fracture Model (EDFM) for Complex Fracture Geometry. [Publisher not identified], 2018, pp. 155—205. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-813868-7.00005-5Yu W. Embedded Discrete Fracture Model (EDFM) for Complex Fracture Geometry. [Publisher not identified], 2018, pp. 155—205. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-813868-7.00005-5Zhu H.Y., Song Y.J., Tang X.H. Research Advances in 4D Geostress Evolution and Complex Fracture Propagation in Shale Gas Reservoir Infill Wells. Petroleum Science Bulletin. 2021;6(03), pp. 396—416 (In Chinese).Zhu H.Y., Song Y.J., Tang X.H. Research Advances in 4D Geostress Evolution and Complex Fracture Propagation in Shale Gas Reservoir Infill Wells. Petroleum Science Bulletin. 2021;6(03), pp. 396—416 (In Chinese).Zoback M.D. Reservoir Geomechanics. Cambridge University Press, 2010. 449 p.Zoback M.D. Reservoir Geomechanics. Cambridge University Press, 2010. 449 p.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.