Ученые КФУ планируют повысить эффективность добычи нефти с помощью уравнений

В САЕ «ЭкоНефть» приступили к созданию математической модели процессов в нефтяных пластах. В 2017 году сразу несколько научных коллективов САЕ «ЭкоНефть» вошли в число победителей Президентской программы Российского научного фонда. Обладателями гранта тогда стали и ученые НИЛ «Высокопроизводительные распределенные системы», предложившие на конкурс проект по повышению эффективности добычи высоковязкой нефти "Математическое моделирование многофазной многокомпонентной неизотермической фильтрации в деформируемых пористых средах".

Напомним, в рамках проекта предполагается сначала создание математической модели, а уже потом целого программного комплекса на ее основе. На данный момент в НИЛ «Высокопроизводительные распределенные системы» завершают подготовительный этап, в ходе которого удалось определить наиболее перспективный вектор для исследований. По словам руководителя проекта, кандидата физико-математических наук, старшего научного сотрудника научно-исследовательской лаборатории «Высокопроизводительные распределенные системы» КФУ Эдуарда Храмченкова, математическое моделирование процессов в нефтяных пластах сейчас активно изучается, и многие ученые уже пытаются решить эти задачи, используя разные методы.

"Набор уравнений примерно похож, но есть нюансы: мы учитываем влияние деформации пористой среды на ее проницаемость и фильтрационные свойства. Когда вовлекаются несколько процессов и они взаимосвязаны, происходит тепловое расширение, вещество течет быстрее, изменяется состояние механической среды, появляются деформации, в трещиноватых средах - трещины. Основная сложность направления заключается в том, как правильно связать и учесть эти процессы в уравнениях", - поделился ученый.

В Казанском университете решением задачи о течении жидкостей в пористых средах с учетом переменных температур  занимаются еще с 50-х годов прошлого столетия, когда были открыты нефтяные месторождения и потребовалось моделирование. Постепенно изучались однофазное течение жидкости, потом двух-, трехфазное, с химическими эффектами. Сегодня идет поиск так называемой thermal-, hydromechanical-, chemical-coupled модели, которая объединила бы в себе химические, тепловые, механические процессы, то есть все эффекты в одной. Каждый процесс описывается своим набором уравнений, задача состоит в том, как эти уравнения связать с учетом подхода ученых КФУ.

Исследования математических моделей сегодня ведутся в двух направлениях: промышленном, которое занимается моделированием конкретных нефтяных, геотермальных источников, и научном, то есть построением универсальной модели и программного комплекса, который будет ее реализовывать. Именно этим и занимаются молодые ученые, хотя и не исключают, что в дальнейшем возможно практическое применение программного комплекса. Самым актуальным для Татарстана является построение модели при сложном процессе SAGD-методе парогравитационного дренажа. Адекватная математическая модель в таком случае позволит сократить издержки на его проведение, просчитать наиболее оптимальные стратегии применения. 

Первыми значимыми результатами ученые готовы поделиться спустя полгода: именно тогда будет построена математическая модель, после этого ученых ждет наиболее сложный этап исследования - построение численной схемы. По словам руководителя проекта, сложности носят математический характер, так как модель нелинейная, уравнения зависят друг от друга, необходима их корректная постановка. Расчеты будут вестись, в том числе, на высокопроизводительном кластере Казанского университета. После этого готовую численную схему нужно будет запрограммировать. В результате ученые представят программный продукт, предназначенный для расчетов: научный код будет принимать конфигурацию пласта, его свойства и выдавать данные для средств визуализации.

Это именно математически-программистская задача: построить модель, численную схему, запрограммировать ее и рассчитать. По словам Эдуарда Храмченкова, экспериментальных исследований пока не планируется, но в дальнейшем для параметрического наполнения и верификации необходимы будут и усилия геологов.