В Тюмени лабораторные исследования керна перевели в цифровой формат

В этом году в Тюмени заработал новый корпоративный центр геологических исследований, в составе которого кернохранилище, рассчитанное на 200 тысяч погонных метров материала, и почти два десятка научных лабораторий по исследованию керна и нефтяных флюидов.

Собственно говоря, складов, в которых на стеллажах хранятся ящики с керном - цилиндрическими образцами породы, вынутыми из недр при бурении скважин, - в России около 280, их фонды суммарно превышают семь миллионов погонных метров. Государственных кернохранилищ всего восемь, в том числе крупнейшее в Европе (на два миллиона погонных метров) находится в подмосковной Апрелевке, а единственное за Уралом (на 960 тысяч) - в Ханты-Мансийске ("Российская газета" рассказывала об этом объекте в материале "О чем поведают камни", "Экономика Большого Урала" от 29 апреля 2025 года). Но тюменское заслуживает особого внимания: по многим параметрам оно самое современное в стране, в частности, первое в отрасли роботизированное. Что также очень важно: львиная доля оборудования в исследовательском центре - российского производства, в том числе уникальные установки, созданные непосредственно по заказу тюменцев.

На складе только роботы

Центр "Геосфера" поражает воображение с первого взгляда и не перестает удивлять до последней точки нашей экскурсии: ничего подобного в России еще не было. Это целый комплекс сооружений, где все продумано до мелочей. Например, необычайно широкий коридор кажется вполне естественным, когда видишь, как по нему по соседству с людьми, но по выделенной полосе буднично катит робот - не какой-нибудь показушный андроид, а скромная тележка-шаттл. Она везет керн, доставленный с месторождения: движется по заданному маршруту, въезжает в автоматически открывающиеся перед ней двери, встает под роборукой, которая с помощью встроенного сканера считывает штрих-код, согласно которому отправляет короб в определенную ячейку.

В кернохранилище поддерживаются оптимальные температура и влажность, чтобы ценнейший материал не портился и не разрушался. Заглянуть в эту часть исследовательского центра можно лишь краешком глаза с небольшой смотровой площадки: внутри плотные ряды стеллажей, которые тоже обслуживают роботы. Автоматизация решает целый ряд вопросов: позволяет более компактно разместить образцы (втрое больше, чем на такой же площади в обычном хранилище), обеспечивает безопасность работ, исключает ошибки, связанные с человеческим фактором. Роботы находят нужные ящики по QR-коду и просто не могут ничего перепутать, к тому же они работают быстро и круглосуточно. Раньше лаборант до трети рабочего времени тратил на поиск необходимого образца, затем нужно было снять его со стеллажа и доставить в лабораторию. Теперь люди могут всецело посвятить себя науке: буквально одним кликом сделать вечером заявку, а уже утром приступить к исследованиям - шаттлы за ночь развезут все заказы.

QR-код вместо пера

Для того чтобы все это успешно работало, потребовались не только роботы, но и создание собственной системы маркировки. Промаркировать нужно и короба, и сами образцы, причем не только натурные - метровой длины "карандаши", но и те, на которых проводятся исследования. Это цилиндрики размером 30 на 30 миллиметров, которые выпиливают из первичных кусков породы, и их как минимум на порядок больше.

Геологический номер на камнях с незапамятных времен пишут вручную - пером и тушью. Потом нужно занести эти данные в журнал. Все это адская рутинная работа. Поэтому по техзаданию тюменского центра в новосибирском Академгородке изготовили роботизированную установку маркировки керна - подобных в стране нет. Как рассказал Николай Барковский, начальник управления фильтрационных и специальных исследований научного подразделения нефтедобывающей компании, машина не просто наносит QR-код, но и сама выбирает для этого наиболее подходящий участок поверхности образца. И тоже не устает трудиться ночью: вечером загрузили в нее каменные цилиндрики - утром получили промаркированные.

Отдельная история - создание особых чернил для такой печати: они не должны смываться при помещении образца в агрессивные среды, а также менять его свойства, например, фильтрационные характеристики.

Двойная жизнь керна

Конечно, роботы-кладовщики - всего лишь вспомогательный "персонал". Важнейшая задача "Геосферы" не хранение материала, а его изучение. И главная особенность тюменского научного центра - тотальная цифровизация этого процесса.

Поступающий с месторождений керн, очистив от буровых растворов, первым делом загружают в макротомограф (он, тоже по спецзаказу, собран в Томском политехе), где делают около 1500 снимков, отражающих состав, плотность, размеры пустот (это важнейшее свойство для нефтяников, показывающее, какое количество углеводородного сырья может вместить данная порода), рассказывает директор исследовательского центра Ленар Шакирзянов.

В лаборатории первичных исследований имеются также зондовый сканер, скречер, гамма-логер и другое оборудование, позволяющее зафиксировать основные геомеханические характеристики породы и оцифровать их.

А дальше керн начинает вести двойную жизнь: с одной стороны, продолжаются исследования натурных образцов, с другой - его цифрового двойника, который продолжает обрастать деталями и подробностями. Для чего это нужно? Во-первых, в ходе классических исследований материал активно портят: режут, сдавливают, погружают в различные среды, насыщают флюидами и т. д. В результате образец разрушается и в итоге утрачивается, тогда как его цифровая копия вечна.

Во-вторых, исследования в цифровом формате проходят в 5-10 раз быстрее с релевантным результатом. Таких экспериментов, в отличие от исследований образца, можно проводить десятки, сотни и даже тысячи, и только лучшие повторять в физической среде, чтобы подтвердить результат, говорит Алексей Вашкевич, руководитель подразделения по технологическому развитию разведки и добычи компании, построившей исследовательский центр. Таким образом повышается эффективность работы дорогостоящего оборудования: традиционные эксперименты с низкопроницаемыми породами могут длиться до полугода, так что их цифровизация - это огромный плюс.

Эксперименты с "картинкой"

Есть и еще один вариант изучения материала - с помощью чипа. 3D-скан керна переводят в 2D-формат и печатают это изображение на специальной пластинке. Такой чип воспроизводит все основные характеристики натурного образца, в частности, отображает структуру пор породы, и с ним проводят те же физические эксперименты, что и с кусочком керна, только значительно быстрее и дешевле.

Это прорывная технология, которая пока только апробируется в промышленном масштабе, но сходимость результатов некоторых экспериментов - выше 95 процентов, так что нефтяники поверили в потенциал создавшей ее команды и стали соинвесторами стартапа. По прогнозу Алексея Вашкевича, в какой-то момент эта технология заместит традиционную - основной объем исследований будет проводиться именно на чипах, а на обычном оборудовании - только верификация результатов.

Еще один аргумент в пользу цифровизации исследований: разрешающая способность приборов, даже самых современных, подходит к техническому пределу, а при изучении свойств пород ультранизкой проницаемости, например, баженовской свиты, погрешность в несколько сотых миллидарси критична. Цифровые эксперименты помогают быстрее накапливать массив информации и анализировать ее, в том числе с помощью искусственного интеллекта. Заметим: цифровые двойники можно создавать не только для образцов, но и для эксперимента в целом, чтобы затем многократно возвращаться к нему, анализируя отдельные моменты. Кстати, обезличенные данные открыты - нефтяники всего мира пользуются ими и пополняют общую базу, позволяющую строить математические модели и предвидеть "поведение" новых месторождений.

После разведки

Эксперименты на чипах - не единственная уникальная технология, которая здесь создана. Рассказывать о чудесах, происходящих с керном и флюидами в исследовательских лабораториях, их сотрудники могут бесконечно: руководству центра удалось собрать здесь людей с горящими глазами. Мы по-хорошему им позавидовали: уникальные специалисты могут заниматься любимым делом - для этого созданы все условия.

А вот зачем самой нефтяной компании столь внушительные инвестиции в науку? Сумму вложений журналистам, правда, не назвали, но можно предположить, что они немалые и окупятся нескоро.

Секрет прост и кроется в известной аббревиатуре ТРИЗ: уже сегодня доля трудноизвлекаемых запасов углеводородного сырья превысила 65 процентов, и она продолжит расти. Крупные месторождения, из которых нефть била фонтаном, давно иссякли, и даже мелкие традиционные залежи подходят к концу. Проблема, однако, не в разведке: месторождения открыты, нефти много, она практически везде, но ее очень трудно добыть. Сейчас главная задача - разработать технологии ее извлечения, точнее - найти экономически эффективные методы, и пока она решается недостаточно успешно.

За последние годы ученые значительно продвинулись в этом направлении, к примеру, на специальном полигоне в Югре удалось в несколько раз снизить себестоимость добычи баженовской нефти. Но этого недостаточно. Поэтому вертикально интегрированные нефтяные компании создают корпоративные исследовательские центры - без науки у добывающей отрасли просто нет будущего.