Ученые из Китайского университета геологических наук и Университета Альберты в Канаде разработали новую точную модель для управления устьевыми штуцерами на скважинах сланцевого газа после гидроразрыва пласта. Это важный шаг в освоении трудноизвлекаемых запасов, который позволяет оптимизировать самый ответственный этап — начальный запуск добычи.
Проблема, которую решали исследователи, считается одной из ключевых в современной газодобыче: как правильно «открывать» скважину после гидроразрыва. В пласт закачивается большое количество воды, и в первые дни она возвращается обратно, смешанная с газом. Этот процесс называется обратной выработкой. Чтобы управлять им, на устье скважины устанавливают штуцер — клапан, размер которого можно менять. Если открывать его слишком резко, то под давлением из скважины вынесет пропант, который держит трещины раскрытыми, и продуктивность скважины упадет. Если слишком медленно — растянутся сроки выхода на стабильную газодобычу и возрастут затраты.
Десятилетиями для расчетов использовались эмпирические формулы, созданные для стабильной добычи нефти и природного газа. Однако они оказались малопригодны для хаотичного меняющегося двухфазного потока воды и газа в начальный период работы сланцевой скважины.
Для решения этой проблемы группа китайских и канадских исследователей применила методы машинного обучения. Они собрали и проанализировали огромный массив реальных данных: более 18 тысяч замеров с 37 сланцевых скважин в канадском бассейне Хорн-Ривер. В этот дата-сет вошли ежечасные показатели дебита воды и газа, размеров штуцера, давлений и температур на устье и на сепараторе, а также солености возвращающейся жидкости. Сначала они подтвердили, что традиционные формулы действительно дают очень низкую точность. Затем, с помощью алгоритмов машинного обучения, включая случайный лес (Random Forest) и градиентный бустинг (XGBoost), они выявили сложные и неочевидные взаимосвязи между параметрами. Анализ показал, что ключевым фактором, определяющим дебит воды, является соотношение газа и воды. Также огромное влияние оказали температура и давление, что ранее в таких моделях не учитывалось.
На основе этих выводов ученые создали новую, усовершенствованную формулу, которая с высокой точностью предсказывает поведение скважины. Ее главное преимущество — учет не только давления и размера штуцера, но и температур на устье и сепараторе. Модель показала отличную точность, особенно для наиболее часто используемых размеров штуцеров (от 17 до 35 мм). Это практический инструмент, который позволяет операторам оптимально управлять запуском скважины, минимизируя риски и максимизируя будущую добычу.
Кроме того, согласно исследованию, модель можно использовать для оценки объемов сжигаемого попутного газа на ранних стадиях.
Хотя модель была разработана на данных конкретного месторождения, предложенный подход открывает путь к созданию более универсальных и точных инструментов для управления добычей на сложных месторождениях по всему миру.
