Projekt p.t. „Zintegrowane badania geomechaniczne w celu intensyfikacji wydobycia gazu z łupkowych formacji Pomorza” był realizowany w ramach programu Blue Gas II przez konsorcjum z PGNiG w roli lidera przemysłowego, PIG-PIB w roli lidera naukowego konsorcjum w składzie z Uniwersytetem Warszawskim, Polską Akademią Nauk oraz z INiG i Uniwersytetem Wrocławskim w roli podwykonawców.

W realizacji badań korzystano z obszernej bazy danych geologicznych, geofizycznych i prób skalnych zgromadzonych przez PGNiG oraz z finansowania w wysokości ponad 9 mln zł z NCBiR. Projekt został zakończony w grudniu 2017 r.

Celem projektu była implementacja jak najszerszego zakresu badań geomechanicznych dla projektowania lokalizacji i orientacji otworów i oceny wyników stymulacji hydraulicznej. W projekcie wykonano analizy danych otworowych (z 8 odwiertów) i sejsmicznych (zdjęcie 3D) dla dolnopaleozoicznych łupków gazonośnych Pomorza. Ze względu na deficyt badań geomechanicznych złóż węglowodorów w Polsce, większość badań miała charakter pionierski w kraju, a niektóre z ich noszą walor nowości światowych.

Jako podstawę dla interpretacji geomechanicznych przeprowadzono szeroki wachlarz analiz petrologicznych i petrofizycznych na próbach skalnych oraz interpretacji karotaży wiertniczych. Wykonano analizy anizotropii podatności magnetycznej w płaszczyźnie poziomej, anizotropii sprężystej VTI oraz rozwinięto teorię lepkosprężystości łupków z uwzględnieniem ich anizotropii.

Opracowano m.in. algorytm wyznaczania współczynnika kruchości dopasowany do łupków Pomorza oraz wykonano interpretację współczynnika Biota. Scharakteryzowano system i morfologię spękań w skalach mikro, mezo i makro oraz wyliczono profile intensywności spękań z uwzględnieniem rozmiaru spękań i walidacji jakości danych. Na tej podstawie odtworzono ewolucję systemu spękań oraz wykonano alternatywne modele przestrzenne sieci spękań (DFN).

Zastosowano metodę profilowania własności mechanicznych i naprężeń (1D MEM) w sprężystym ośrodku anizotropowym (VTI) dzięki dostosowaniu jej do ograniczonego zakresu posiadanych danych. Wykonano analizę anizotropii propagowania się fali akustycznej i sejsmicznej w poziomie ze szczególnym uwzględnieniem anizotropii amplitudy (AVAz) oraz skorelowano ją ze strukturami tektonicznymi. Opracowano metodę interpretacji lokalizacji zjawisk mikrosejsmicznych z uwzględnieniem anizotropii sprężystej ośrodka.

W ramach modelowania numerycznego rozbudowano kody obliczeniowe i wykonano symulacje (FEM i DEM) propagowania się szczelin w ośrodku warstwowanym, przenoszenia proppantu w prostych układach szczelin oraz rozprzestrzenienia płynu szczelinującego w sieci naturalnych spękań. Skonstruowano numeryczny model mechaniczny łupków z zastosowaniem teorii efektywnego medium (EMT). Opracowano rozwiązanie analityczne opisujące rozkład naprężeń wokół poziomego otworu wiertniczego w ortotropowym ośrodku termosprężystym.

Stworzono autorskie oprogramowanie do analizy stabilności otworu oraz konstrukcji modeli MEM dla ośrodków anizotropowych. Rozwinięto teorię typów stymulacji kolektora łupkowego z uwzględnieniem zmian naprężeń na skutek ekspansji szczelin, w tym z uwzględnieniem anizotropii mechanicznej ośrodka, oraz typów barier dla propagowania się przestrzeni stymulowanej (SRV). Na podstawie danych z testów szczelinowania wykazano, że w trakcie stymulacji powszechnie otwierane są szczeliny poziome. W podsumowaniu projektu przedstawiono obszerny zestaw rekomendacji dotyczących zakresu, metod i celu prowadzenia analiz geomechanicznych na rzecz poszukiwań i eksploatacji węglowodorów ze szczególnym uwzględnieniem złóż łupkowych.

Ze względu na decyzję strategiczną PGNiG i innych firm naftowych dotyczącą zaprzestania poszukiwań węglowodorów w formacjach łupkowych, wyników badań nie będzie można w najbliższym czasie bezpośrednio przełożyć na praktykę przemysłową. Adoptowane i rozwinięte w projekcie ShaleMech metody badań powinny, natomiast, znaleźć zastosowanie w projektowaniu nowoczesnych technik poszukiwań i eksploatacji innego rodzaju złóż, w tym metanu w węglach i zamkniętego w piaskowcach oraz konwencjonalnych złóż szczelinowych, jak również mogą być wykorzystane przy konstrukcji bezzbiornikowych magazynów i składowisk w naturalnych strukturach geologicznych. Niektóre wyniki mają również potencjał do zastosowania w inżynierii materiałowej oraz dynamice cieczy.

Utworzone i rozwinięte kody do symulacji numerycznych elementami skończonymi, elementami dyskretnymi, do analizy systemów złożonych, czy analizy zespołów spękań podwyższają potencjał badawczy ośrodków naukowych współpracujących w ShaleMech.