«Золотой ключ» к разработке нетрадиционных низкопроницаемых коллекторов углеводородов — оптимизированный геолого-инженерный дизайн ГРП FrSmart

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

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.

1. 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).

2. 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.2022.000120

3. Chen M., Jin Y., Zhang G.Q. Fundamentals of Petroleum Engineering Rock Mechanics. Science Press, 2008. 85 p. (In Chinese).

4. Jaeger J.C., Cook N.G.W., Zimmerman R.W. Fundamentals of Rock Mechanics. Blackwell Publishing, 2007. 488 p.

5. 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).

6. Li Z.M., Zhang J.Z. In-Situ Stress and Oil-Gas Exploration & Development. Petroleum Industry Press, 1997, pp. 138—140 (In Chinese).

7. Maxwell S.C., Rutledge J., Jones R., et al. Microseismic Imaging of Hydraulic Fracturing. SEG Books, 2014. 212 p.

8. 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.

9. 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-PA

10. 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).

11. 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.2020.064973

12. Weng 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.2014.07.001

13. Yu W. Embedded Discrete Fracture Model (EDFM) for Complex Fracture Geometry. [Publisher not identified], 2018, pp. 155—205. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-813868-7.00005-5

14. 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).

15. Zoback M.D. Reservoir Geomechanics. Cambridge University Press, 2010. 449 p.