Новая эра геологии: как «Газпром нефть» перевела изучение недр в цифру

Тюмень. «Газпром нефть» создала в Тюмени первый в России роботизированный центр изучения недр «Геосфера». Комплекс призван стать прорывом в разработке трудноизвлекаемых запасов нефти, доля которых в России превышает 65%. Соглашение о создании центра было подписано председателем правления «Газпром нефти» Александром Дюковым и губернатором Тюменской области Александром Моором на Тюменском нефтегазовом форуме в сентябре 2018 года.

В 2025 году все лаборатории «Геосферы» были запущены в работу, и в исследовательский комплекс поступили первые образцы керна с перспективных месторождений Восточной и Западной Сибири.

Эволюция нефтедобычи: от «озер нефти» к сложным технологиям

Первые этапы развития нефтегазовой отрасли характеризовались простым бурением вертикальных скважин и добычей больших объемов нефти из гигантских месторождений. Однако, запасы истощаются, и сегодня открытие даже небольших залежей становится важным достижением.

«3D-сейсмика позволила более детально исследовать недра, но текущий вызов — не поиск, а эффективное извлечение нефти из труднодоступных источников. Традиционные методы исследования уже не отвечают современным потребностям из-за технических ограничений, стоимости, сроков и качества», — подчеркнул заместитель начальника департамента по технологическому развитию разведки и добычи «Газпром нефти» Алексей Вашкевич.

Помимо физической лаборатории «Геосфера» становится платформой для верификации новых методов, разработанных в цифровом пространстве. Основные исследования проводятся с использованием искусственного интеллекта и машинного обучения, а физическая лаборатория служит для финальной проверки результатов и подтверждения данных. Все физические процессы в «Геосфере» дублируются в виртуальной среде, а для поступающего в центр керна создаются цифровые двойники. Это повышает точность и скорость исследований и опытов и позволяет проводить эксперименты с породами, которые разрушаются при физических испытаниях, бесконечное число раз.

«От точности данных о свойствах пластов зависит эффективность и рентабельность масштабных добычных проектов. Центр геологических исследований «Геосфера» позволит вывести изучение керна и флюидов на принципиально новый уровень. Передовые инструменты изучения недр помогут в открытии новых месторождений и выборе оптимальных решений для добычи трудноизвлекаемых запасов», — отметил начальник департамента добычи «Газпром нефти» Сергей Доктор.

Инновационное оборудование и цифровые двойники

«Геосфера» оснащена 16 современными лабораториями, в которых проводится первичная обработка керна, геомеханические, фильтрационные, микрофлюидные, физико-гидродинамические, литологические и минералогические исследования.

Технологический парк центра насчитывает около 200 единиц передового российского оборудования, позволяющего проводить полный цикл высокоточных исследований. Важной особенностью центра является создание цифровых двойников керна, что позволяет многократно ускорить исследования и провести эксперименты неограниченное число раз – без разрушения физического образца.

В команду специалистов тюменского центра входит свыше 100 сотрудников, в числе которых геомеханики, геохимики, математики, петрофизики, геофизики, литологи, седиментологи и инженеры. Механические операции выполняют роботы.

В «Геосфере» впервые в отрасли внедрили роботизированное кернохранилище. Запрограммированные машины обеспечивают прием, маркировку, учет и транспортировку геологического материала, освобождая время лаборантов для более сложных задач. Концепция центра строится на принципе, что лаборант не тратит время на рутинные операции.

«Ночью роботы доставляют все необходимые для работы образцы и, приходя на работу утром, мы уже имеем в лабораториях весь материал, — рассказал директор центра «Геосфера» Ленар Шакирзянов. — Также для нас важно знать, где находится образец в конкретный период времени, поэтому каждый образец керна имеет свой паспорт, который можно отследить на любом этапе».

В кернохранилище поддерживаются оптимальные параметры температуры и влажности для сохранения свойств образцов. Оно оснащено роботизированной системой загрузки и разгрузки. Роборука сканирует штрихкоды на коробах, определяет их содержимое и размещает в соответствующие ячейки. Это позволяет автоматизировать процессы и обеспечить доступ к керну в любое время суток.

Подготовка керна к исследованиям: от очистки до маркировки

Керн, поступающий с месторождений, проходит первичную обработку, включая очистку от бурового раствора. В зависимости от типа он может быть сразу направлен на томографию или храниться при отрицательной температуре. Так, для керна из многолетнемерзлых пород предусмотрена холодильная камера, поддерживающая температуру до минус 24 градусов.

Лаборатория первичных исследований керна: от скважины до цифрового двойника

В лаборатории первичных исследований керновый материал – единственный прямой источник информации о недрах – подвергается тщательному анализу. Отечественное оборудование, включая зондовый сканер, скречер для определения геомеханических свойств и гамма-логер, позволяет получить все первичные данные образцов. Эта информация сопоставляется с данными скважин, полученными с помощью цифровых приборов, формируя так называемую связку «керн – ГИС».

В лабораториях есть макротомограф, разработанный в Томском политехническом университете. Выполняя компьютерную томографию метровых образцов, аппарат позволяет получить цифровой двойник керна.

«Получается около полутора тысяч снимков на один погонный метр, что позволяет детально воспроизвести внутреннее строение керна. Особое внимание уделяется определению объема пустотного пространства, это дает оценить, сколько нефти может содержать порода. Помимо количественной оценки, томограф создает цифровую копию керна, которая останется доступной даже после физического разрушения образца в ходе дальнейших исследований. Таким образом, начинается двойной путь жизни керна: физический и цифровой», — пояснил Ленар Шакирзянов.

После первичной обработки керн поступает в лабораторию подготовки, где происходит его распиловка – выпиливаются образцы для дальнейших исследований. Каждый образец получает уникальную маркировку с QR-кодом. Традиционно геологический номер образца наносится вручную тушью – трудоемкий и рискованный процесс, не исключающий человеческий фактор и потерю данных. Для автоматизации этого процесса по заказу «Газпром нефти» в новосибирском Академгородке была разработана единственная в России установка роботизированной маркировки.

«Прибор наносит QR-коды на образцы: машина оснащена искусственным зрением, выбирающим наиболее ровную поверхность образца для нанесения номера. Сложность заключалась в подборе чернил, которые не стирались бы в агрессивных условиях исследований и не влияли на фильтрационные характеристики керна. И такие чернила тоже успешно удалось создать нашим российским ученым», — уточнил начальник управления фильтрационных и специальных исследований научного подразделения «Газпром нефти» Николай Барковский.

Традиционные и трудноизвлекаемые запасы: вызовы и решения

Основное различие между традиционными и трудноизвлекаемыми запасами заключается в проницаемости пород.

«Терригенные коллекторы Западной Сибири характеризуются хорошей проницаемостью, что позволяет проводить эксперименты на образцах в течение недели. В отличие от них, трудноизвлекаемые запасы с низкой проницаемостью требуют исследований длительностью до полугода, так как способность этих пород пропускать флюиды в десятки раз хуже, чем у бетона. Для их изучения требуются инновационные решения», — подчеркнул Алексей Вашкевич.

В этом ключе компания прибегает к микрофлюидике, геомеханике, анализу больших данных и, в конечном итоге — созданию цифровых двойников керна.

Микрофлюидика предлагает инновационный метод, объединяющий классические лабораторные подходы и цифровые технологии. Суть метода заключается в создании чипов с точной копией порового пространства реального керна для экспериментов по вытеснению нефти водой, что значительно ускоряет исследования и снижает их стоимость. В то время как в лаборатории геомеханики проводятся исследования механических и прочностных свойств горных пород, что критически важно для безопасного бурения глубоких и горизонтальных скважин, а также при гидроразрыве пласта. При этом анализ больших данных помогает создавать комплексные модели месторождений, прогнозируя поведение пласта на основе накопленной информации. 

Цифровые двойники, в свою очередь, представляют собой миниатюрные модели, воспроизводящие свойства реального пласта и обеспечивающие 95–98% схожести результатов с традиционными методами. Технология проходит промышленное тестирование и рассматривается, как перспективная альтернатива классическим лабораторным исследованиям.

Комплексный подход центра «Геосфера», сочетающий передовые лабораторные методы, цифровизацию и роботизацию, позволяет значительно повысить эффективность исследования недр и разработки месторождений. Это обеспечивает надежное прогнозирование и оптимизацию процессов добычи не только для «Газпром нефти», но и для устойчивого развития нефтегазовой отрасли России.

Фото: пресс-служба «Газпром нефти», автор Алексей Дидух.