Используя исторические данные по горизонтальным скважинам в формации Барнетт-Шейл в Северном Техасе, Тэд Пацек, профессор и заведующий кафедрой нефтяной и геосистемной инженерии инженерной школы Кокрелла; Майкл Мардер, профессор физики Колледжа естественных наук; и Фрэнк Мале, аспирант-физик, использовал простую физическую теорию для моделирования скорости, с которой добыча из скважин снижается с течением времени, известной как «кривая падения».Они описывают свою новую модель кривой спада в статье «Добыча газа в сланцах Барнетт подчиняется простой теории масштабирования», опубликованной на этой неделе в Proceedings of the National Academy of Sciences. Чтобы проверить свою теорию, исследователи проанализировали данные о 10-летней добыче газа с месторождения Барнетт-Шейл, лицензированного университету IHS CERA, поставщиком глобальной рыночной и экономической информации.Оценки группы были инструментальной частью всеобъемлющей оценки запасов сланца Барнетт, финансируемой Фондом Альфреда П. Слоана и выпущенной ранее в этом году Бюро экономической геологии в UT Austin.
До сих пор оценки добычи сланцевого газа в основном основывались на моделях, разработанных для обычных нефтяных и газовых скважин, которые ведут себя иначе, чем горизонтальные скважины в богатых газом сланцах.По оценкам исследователей, окончательная добыча газа из 8 294 горизонтальных скважин на сланце Барнетт составит от 10 до 20 триллионов стандартных кубических футов в течение всего срока службы скважин. Образец скважины, взятый из исследования, составляет примерно половину из 15 000 существующих скважин в сланце Барнетт, геологической формации за пределами Форт-Уэрта, которая предлагает самую длинную историю добычи горизонтальных скважин с гидроразрывом в мире.
«Имея под рукой нашу модель, вы можете лучше предсказать, сколько газа осталось и сколько времени потребуется, чтобы этот объем был исчерпан», — сказал Пацек. «Мы можем сопоставить историческую добычу и спрогнозировать будущую добычу тысяч горизонтальных газовых скважин, используя эту теорию масштабирования».«Вклад сланцевого газа в экономику США настолько огромен, что даже небольшие поправки к оценкам добычи имеют большое практическое значение», — сказал Пацек.Исследователи были удивлены тем, как все проанализированные ими скважины придерживаются этой простой кривой масштабирования.«Путем анализа фундаментальной физики, лежащей в основе добычи газа из скважин с гидроразрывом пласта, мы рассчитали единую кривую, которая должна описывать, сколько газа выходит с течением времени, и мы показали, что добыча из тысяч скважин следует этой кривой», — сказал Мардер.
Пацек добавляет: «Мы можем предсказать, когда начнется спад. Когда начнется спад, добыча газа быстро снизится».Падение скважины происходит из-за процесса, называемого диффузией давления, который вызывает падение давления вокруг скважины и уменьшение добычи газа. Время, в которое давление газа падает ниже исходного значения повсюду в породе между гидроразрывами, называется временем его интерференции.
В среднем для возникновения помех требуется пять лет, и в этот момент скважины вырабатывают газ с гораздо меньшей скоростью, потому что количество газа, выходящего с течением времени, пропорционально количеству оставшегося газа.Используя два параметра — время вмешательства скважины и исходный газ на месте — исследователи смогли определить универсальную кривую падения и экстраполировать общую добычу газа с течением времени.Исследователи обнаружили, что теория масштабирования точно предсказала поведение примерно 2000 скважин, в которых добыча начала экспоненциально снижаться в течение последних 10 лет.
Остальные скважины были слишком молодыми для модели, чтобы предсказать, когда начнется снижение, но модель позволила исследователям оценить верхний и нижний пределы добычи для срока службы скважины и количества газа, которое будет добыто скважинами.«Для 2057 горизонтальных скважин на сланце Барнетт вмешательство достаточно далеко, чтобы мы могли убедиться, что скважины ведут себя так, как прогнозируется в форме масштабирования», — сказал Пацек. «Прогнозы добычи станут более точными по мере поступления новых производственных данных».
В результате своего анализа исследователи обнаружили, что большинство горизонтальных скважин, для которых возможны прогнозы, не соответствуют их теоретическим пределам добычи. Исследователи пришли к предварительному выводу, что многие скважины могут дать только около 10 процентов своего потенциала.
Исследователи пришли к выводу, что добычу скважин можно было бы значительно улучшить, если бы гидроразрывы лучше соединялись с естественными трещинами в окружающей породе. Процесс гидроразрыва пласта создает сеть трещин, похожих на жилы, в породах, которые ранее были непроницаемыми, что позволяет газу перемещаться. Если внутри этих соединенных трещин и гидроразрывов высокая пористость и проницаемость, то скважина является высокопродуктивной.
Напротив, если связь с гидроразрывом слабая, то скважина имеет низкую добычу.«Если это открытие подтолкнет к исследованиям, чтобы понять, почему скважины неэффективны, это может привести к усовершенствованию методов добычи и, в конечном итоге, к увеличению добычи газа из скважин», — сказал Мардер.
По словам Пацека, ведутся работы по повышению эффективности гидроразрыва в горизонтальных скважинах.Эта статья была поддержана Shell и Sloan Foundation.