Как софт помогает добывать нефть: разбираем симулятор гидроразрыва пласта

Бригада гидроразрыва уже на кусте: техника расставлена, жидкость и проппант привезены. Инженер в последний раз смотрит на расчёт: сколько закачать и с каким расходом. Если расчёт ошибочен, это выяснится после закачки, когда трещину в породе уже не переделать.

Меня зовут Антон Соколов, я независимый отраслевой аналитик. Пишу о том, как российские промышленные компании заменяют зарубежный софт. Раньше разбирал КАМАЗ и его замену модуля Teamcenter, потом нейросеть для рецептур масел. В этот раз взялся за симуляторы гидроразрыва пласта: у «Газпром нефти» это «КиберГРП», у «Роснефти» «РН-ГРИД». Доступа к самим программам у меня нет, поэтому сравниваю по открытым материалам авторов и добавляю, чего в них не хватает.

Зачем нужна трещина в породе

Нефть лежит в порах горной породы. Если порода плохо пропускает жидкость, к скважине её приходит мало. При гидроразрыве пласта (ГРП) в скважину под давлением закачивают жидкость, порода трескается, и нефти становится проще добираться к скважине. Вместе с жидкостью подают проппант: это гранулы, которые не дают трещине сомкнуться после снижения давления.

Художественная иллюстрация процесса. Не результат расчёта «КиберГРП».

Расти трещина может не туда, куда хочется. Например, она способна дойти до водоносного пласта. В описании «КиберГРП» 2018 года Политех прямо называл этот риск причиной, по которой операции нужно сначала рассчитывать. Разработчики моделировали рост трещин, течение жидкости и перенос проппанта.

Увидеть пласт на глубине нельзя, поэтому инженер работает с прогнозом. Он меняет параметры закачки и смотрит, что предсказывает модель. Насколько прогноз верен, станет понятно только по измерениям во время и после операции.

Что симулятору нужно знать, прежде чем считать

В карточке «КиберГРП» в каталоге разработок ComNews за 2026 год перечислены блоки данных. Если сократить их до задач пользователя, получится такая таблица.

До самого расчёта у аналитика есть своя работа. Нужно проверить, что выгрузки относятся к одной скважине, что единицы измерения совпадают и что пропущенные значения не испортят картину. Ошибка в подготовке данных выглядит как ошибка физической модели. Программа посчитает всё без возражений, а инженер получит ответ про неверно описанный объект.

В карточке упомянуты Python API и пользовательские скрипты для обработки данных. Для конкретного скрипта нужна документация по методам API. В карточке её нет, так что судить о том, что именно можно автоматизировать, я не берусь.

Трещина растёт, пока по ней течёт жидкость

В описании «КиберГРП» указан сопряжённый расчёт: течение жидкости и проппанта в скважине считается вместе с развитием трещины. Расчёт называют сопряжённым, потому что процессы влияют друг на друга. Жидкость давит на породу, трещина раскрывается и меняет пространство, по которому течёт жидкость. Если зафиксировать форму трещины и посчитать только поток, рост трещины во время закачки останется за кадром.

Чтобы показать, зачем нужны повторные запуски, возьму условный пример (опубликованных расчётов «Газпром нефти» здесь нет). Допустим, вариант А расходует меньше материалов, а вариант Б меняет режим подачи жидкости и распределение проппанта по этапам. При принятой проницаемости породы (то есть насколько легко она пропускает жидкость) Б даёт больший прогнозный приток. Уточняем проницаемость в допустимых пределах, и разница между А и Б исчезает.

Один запуск даёт ответ для заданных условий. Несколько запусков с разными исходными предположениями показывают, насколько устойчив выбор. Это называется анализом чувствительности, и в гидроразрыве от него зависит, закачивать ли дорогой вариант или сначала добрать данные.

Расчёт помогает выбрать операцию, затем прогноз сверяют с измерениями. Схема показывает общий инженерный процесс и не отражает внутреннее устройство «КиберГРП».

Два симулятора рядом

Свой симулятор гидроразрыва есть не только у «Газпром нефти»: у «Роснефти» это РН-ГРИД. Собрал, что публично известно об обоих.

Прямо сравнивать числа нельзя. Даты разные: 2020 и 2023. Считают тоже по-разному: у «Роснефти» это операции с полным циклом проектирования в симуляторе, у «Газпром нефти» операции «с применением» программы. Все цифры взяты из сообщений самих компаний.

Но картина понятна: у обеих компаний есть собственный симулятор, и обе вышли за пределы внутреннего использования. В найденных мной материалах у «Роснефти» больше цифр по лицензиям и вузам, у «Газпром нефти» больше подробностей про состав разработчиков и научную часть.

Где открытые материалы заканчиваются

Здесь я упёрся. Публичный пример полевой проверки нашёлся один. НОЦ «Газпромнефть-Политех» 18 мая 2020 года сообщил, что на вертикальных и горизонтальных скважинах «Газпромнефть-Хантоса» с помощью версии 2.0 подготовили альтернативный вариант операции для сложных условий. По заявлению авторов, фактические параметры, в том числе давление, совпали с прогнозом.

Это хороший результат, но он закрывает только часть вопроса. Совпадение давления закачки не доказывает, что совпала геометрия трещины и приток нефти. Их оценивают по другим данным. В открытых сообщениях, которые я нашёл, у «Газпром нефти» и «Роснефти» нет ни графиков прогноза и факта, ни протоколов, ни погрешностей. Какие предположения пришлось уточнить и где прогноз разошёлся с наблюдениями, из этих материалов не узнать.

Ещё одно ограничение: оба комплекта данных (и 6000 операций, и 10 000) говорят, как часто используют программу, но не как часто прогноз сбывался. Для решения о закачке нужна вторая цифра.

Что бы я попросил показать

Следующий разбор я бы построил вокруг одной обезличенной скважины: исходные данные, два сценария, выбор инженера и наложение прогноза на измерения. А вы, если работаете с такими расчётами, какую проверку потребовали бы до того, как опираться на результат симулятора при реальной операции?

Источники

• Санкт-Петербургский политехнический университет. «Механизмы разработки месторождений будет определять отечественный симулятор», 2018.

• НОЦ «Газпромнефть-Политех». «„Газпром нефть“ успешно применяет цифровые технологии для увеличения добычи „трудной“ нефти», 2020.

• ComNews. «Инновации для ТЭК: Минцифры включило цифровую систему „КиберГРП“ „Газпром нефти“ в реестр российских программ», 2023.

• ComNews. «Программные разработки российских корпораций, 2026».

• Neftegaz.RU. «Роснефть подвела итоги применения симулятора ГРП РН-ГРИД: Все успешно», 27.02.2020.

• ComNews. «„Роснефть“ продала 200 коммерческих лицензий на использование ПО „РН-ГРИД“», 27.02.2020.

Только зарегистрированные пользователи могут участвовать в опросе. Войдите, пожалуйста.