​Научный проект «Теоретическое и экспериментальное исследование восходящего газожидкостного потока в вертикальных каналах применительно к решению прикладных задач нефтегазовой отрасли», представленный группой учёных под руководством доктора физико-математических наук, профессора Тюменского индустриального университета, главного научного сотрудника ТюмФ ИТПМ СО РАН Наиля Мусакаева, стал победителем первого регионального конкурса грантов на лучшие проекты фундаментальных научных исследований, проводимого совместно Российским фондом фундаментальных исследований (РФФИ) и Тюменской областью. О реализации проекта рассказали кандидат технических наук, доцент ТИУ, главный менеджер ООО «Тюменский нефтяной научный центр» Антон Юшков и профессор Наиль Мусакаев. 

— Расскажите, на решение каких проблем, возникающих в нефтегазовой отрасли, направлен проект, почему он является инновационным? 

Наиль Мусакаев: Основная решаемая в проекте научная задача состоит в детальном изучении физических процессов, происходящих при восходящем течении газожидкостной смеси в вертикальном канале. Здесь стоит отметить, что такие течения встречаются в целом ряде промышленных установок в нефтегазодобывающей промышленности, в частности в добывающих и нагнетательных скважинах. При этом создание новых и совершенствование существующих методов отбора нефти и газа из продуктивного пласта нередко требуют изучения процессов, происходящих в скважине, ведь скважина является единственным каналом, связывающим этот пласт с дневной поверхностью. И хотя в последние десятилетия проводились многочисленные исследования газожидкостных потоков (в том числе и применительно к нефтегазовой проблематике), до сих пор из-за сложности и многообразия структур течения газожидкостных смесей в канале остается практически невозможным чисто теоретическое описание поведения газожидкостного потока и возникает необходимость в использовании эмпирических соотношений, построенных на основе проверенных экспериментальных данных. Т.е. нужно сочетание теоретического и экспериментального исследования, что мы и планируем осуществить в проекте. Его исполнители имеют опыт и математического моделирования течения газожидкостной смеси в скважинах, и экспериментального изучения пенных потоков на разработанном авторами проекта экспериментальном стенде, имитирующем участок ствола вертикальной газовой скважины.  

Антон Юшков: В рамках проекта мы создали динамическую модель газовой скважины, работающей с жидкостью, в том числе, со вспениваемой жидкостью. Пена образуется при подаче в газовую скважину поверхностно-активных веществ (ПАВ) для очистки ствола от скапливающейся жидкости. Подобная модель позволит более точно описывать нестационарные физические процессы, происходящие в стволе газодобывающей скважины, определять параметры многофазного потока, которые невозможно измерить имеющимися средствами глубинного мониторинга. Модель, реализованная в виде программного симулятора, позволит «обыгрывать» различного рода ситуации, возникающие в процессе эксплуатации проблемных обводняющихся скважин. В перспективе можно использовать модель для тестирования алгоритмов автоматического управления скважинами, в том числе алгоритмов оптимального управления подачей ПАВ. Прозрачные трубы стенда позволяют в прямом смысле «увидеть» то, как ведёт себя многофазный поток. При этом визуализация сопровождается высокоточными измерениями давления, температуры и расхода фаз. Сейчас нам необходимо реализовать многочисленные эксперименты при различных параметрах. После обработки данных мы планируем обобщить экспериментальные данные и получить уникальные экспериментальные коэффициенты и поправки, которые составят наиболее ценную часть разрабатываемой нами физико-математической модели. 

— Что изменится в результате реализации проекта? 

Наиль Мусакаев: Мы планируем изучить газожидкостный поток в вертикальных каналах применительно к проблеме накопления жидкости внутри газовых и газоконденсатных скважин, что нередко приводит к снижению их дебитов или полной остановке. Скважин, в которых встречается данная проблема, весьма много (более 20% от общего фонда), с каждым годом их число увеличивается, так, например, по прогнозам ООО «Газпром ВНИИГАЗ» к 2030 году на Уренгойском месторождении будет около 500 скважин, работающих в режиме «самозадавливания». Для стабильной эксплуатации таких скважин применяют различные мероприятия, в мировой практике и в нашей стране широкое распространение получила технология ввода в скважину пенообразующих поверхностно-активных веществ, которая отличается относительно низким уровнем капитальных вложений и высоким уровнем эффективности, в том числе экономической. Для успешной реализации этой технологии нужно научное понимание процессов, происходящих в скважине, в том числе и выявление особенностей восходящего газожидкостного потока в вертикальных каналах. Сочетание теоретического и экспериментального подходов к изучению проблемы может позволить провести анализ факторов, влияющих на изучаемые процессы, и способно существенным образом снизить необходимость в дорогостоящих натурных экспериментах на месторождениях. Надеемся, что реализация проекта в фундаментальном плане позволит углубить наше понимание об особенностях течения газожидкостной смеси с пенообразователями в скважине, а в прикладном аспекте приведет к увеличению эффективности добычи газа из продуктивного пласта. 

— А если говорить об актуальности проекта для региона? 

Антон Юшков: На сегодняшний день большая часть добычи природного газа РФ приходится на Тюменский регион. При этом ряд уникальных (крупных по начальным запасам) месторождений региона, которые обеспечивают существенную долю добычи, находятся на завершающей стадии разработки. Сегодня эти месторождения выработаны в среднем более чем на 80%. Снижение давления в газонасыщенной части залежи приводит к активному внедрению пластовой воды, есть проблемы и с конденсационной водой. Для большинства вышеупомянутых месторождений характерны осложняющие добычу газа следующие проблемы: среднесуточные дебиты скважин ниже критических, что обусловливает скопление воды на забое и в лифтовых колоннах; требуются постоянные продувки для очистки ствола и предотвращения остановки скважин или применение специальных геолого-технических мероприятий (ГТМ). Результаты наших исследований могут быть ценными не только для решения частной задачи с пенами, но и для моделирования газожидкостных потоков в целом. Эксперименты будут проводиться при высоких давлениях, что является уникальной особенностью нашего проекта. Я думаю, что конкретной целью реализации проекта в рамках гранта РФФИ, является завоевание нашей командой лидирующих позиций в области исследования пенных потоков под давлением. 

 — Подобные проекты  реализуются где-то ещё? 

Наиль Мусакаев: Прогнозирование газожидкостного потока в скважинах – одно из важнейших направлений нефтяного инжиниринга. Изучению этой актуальной, во многом, межотраслевой проблемы посвящено большое количество экспериментальных и теоретических работ, однако эта проблема все еще далека от окончательного разрешения. Среди всех работ можно выделить монографию академика Роберта Нигматулина «Динамика многофазных сред» (переведена на английский язык и издана в США), которая вышла в свет в годы работы Роберта Искандеровича в Тюмени. Мы, как авторы проекта «Теоретическое и экспериментальное исследование восходящего газожидкостного потока в вертикальных каналах применительно к решению прикладных задач нефтегазовой отрасли» проводили совместные исследования по заявляемой проблематике с коллегами из Института механики Вьетнамской академии наук и технологий (г. Ханой, Вьетнам), Фрайбергской горной академии (г. Фрайберг, Германия). Имеются тесные научные связи с группой профессора Вячеслава Рандина (Институт теплофизики им. С. С. Кутателадзе СО РАН, г. Новосибирск), которая занимается экспериментальным изучением газожидкостного течения в вертикальных каналах. А также с группой профессора Владислава Шагапова (Институт механики им. Р.Р. Мавлютова УФИЦ РАН, г. Уфа) и группой профессора Игоря Рожина (Институт проблем нефти и газа СО РАН, г. Якутск), которые занимаются математическим моделированием неизотермического течения многофазной смеси в насыщенных пористых пластах и в подземном газопромысловом оборудовании. 
 
— Кто ещё  в команде работает с вами над проектом? 

Антон Юшков:  В реализации данного проекта примет участие команда из шести человек (Наиль Мусакаев, Антон Юшков, Ильяс Гималтдинов, Станислав Бородин, Елена Шаповалова, Владислав Огай), пять из них имеют учёную степень, в том числе два доктора наук. Физико-математическую основу модели составят наработки Наиля Габсалямовича и Станислава Леонидовича Бородина и коллег из Уфимского государственного нефтяного технического университета (профессора Ильяса Кадировича Гималтдинова), входящего вместе с ТИУ в консорциум университетов «Недра». За получение экспериментальных данных и прикладной аспект исследований отвечаем мы с Владиславом Огаем. В области химии проект будет сопровождать Елена Шаповалова. 

 — Что для Вас значит победа в конкурсе грантов?  

Наиль Мусакаев: Это возможность реализовать собственные идеи, возможность поработать с интересными людьми над актуальными проблемами. Также получение гранта – это признание коллег по «цеху». 

Антон Юшков: Я очень рад реализовывать этот проект в сотрудничестве с авторитетными учёными! Лично для меня эта победа означает выход на новый этап моего научного развития. Могу предположить, что этот проект станет хорошим заделом для моей докторской диссертации, но всё же стараюсь не заглядывать так далеко. Я только начинаю осознавать себя настоящим исследователем. 

— Наиль Габсалямович, Антон Юрьевич, спасибо большое за интервью! Успехов и  новых научных побед! 

Беседовала Инна Кальва, пресс-служба ТИУ
 

Источники

Группа ученых ТИУ выиграла грант РФФИ
Тюменский индустриальный университет (tyuiu.ru), 30/12/2020

Похожие новости

  • 25/02/2021

    Томские учёные придумали, как ускорить системы технического зрения беспилотников

    В области создания автономных беспилотников одной из серьёзных, но пока еще не решённых проблем остаются большие габариты бортового компьютера, обеспечивающего интеллектуальную навигацию. Чтобы обойти ограничения по весу и размеру, учёные факультета инновационных технологий Томского госуниверситета разрабатывают принципиально новые алгоритмы вычислений.
    124
  • 05/02/2021

    Научные фонды России и Ирана поддержат 40 проектов учёных двух стран

    ​Российский фонд фундаментальных исследований и Национальный научный фонд Ирана профинансируют 40 проектов ученых двух стран. Программы посвящены, в частности, изучению Каспийского моря и коронавирусной инфекции.
    630
  • 09/06/2016

    Конкурс 2017 года проектов фундаментальных научных исследований, проводимый совместно РФФИ и Национальным научным фондом Ирана

    ​Федеральное государственное бюджетное учреждение «Российский фонд фундаментальных исследований» (РФФИ, Фонд) и Национальный научный фонд Исламской Республики Иран (ННФИ) в соответствии с Соглашением о сотрудничестве между Российским фондом фундаментальных исследований и Национальным научным фондом Иран от 27 августа 2015 года объявляют Конкурс 2017 года проектов фундаментальных научных исследований.
    2926
  • 07/10/2020

    Конкурс 2020 года на издание лучших научно-популярных трудов

    ​​Российский фонд фундаментальных исследований (РФФИ) объявляет о проведении конкурса на издание лучших научно-популярных трудов. Код конкурса: «д_нпи».  Задача конкурса – поддержка проектов, направленных на издание и распространение информации о результатах фундаментальных научных исследований в научно-популярной форме.
    923
  • 12/02/2021

    Всероссийский конкурс «Инженер года – 2020»

    ​​Российский и Международный союзы научных и инженерных общественных объединений при участии Академии инженерных наук имени А.М. Прохорова подвели итоги очередного XXI Всероссийского конкурса «Инженер года – 2020».
    469
  • 22/10/2020

    Конкурс 2020 года на лучшие проекты фундаментальных научных исследований, выполняемые молодыми учеными под руководством ведущего ученого – наставника

    ​​Российский фонд фундаментальных исследований (РФФИ), Образовательный Фонд «Талант и успех», Автономная некоммерческая образовательная организация высшего образования «Научно-технологический университет «Сириус» и Открытое акционерное общество «Российские железные дороги» объявляют о проведении совместного конкурса на лучшие проекты фундаментальных научных исследований, выполняемые молодыми учеными под руководством ведущего ученого - наставника («Научное наставничество»).
    443
  • 11/02/2021

    О научной деятельности в Бийске

    ​Есть ли наука в Бийске, кто он, современный ученый, и можно ли развивать науку без лабораторий – об этом говорим с Максимом Ленским, директором Бийского технологического института АлтГТУ.  Сплав науки с оборонкой- Максим Александрович, когда сегодня обыватели говорят о БТИ, многие подразумевают прежде всего обучение студентов после школы и реже – науку.
    346
  • 11/11/2020

    Автоматическая блинная печь и калькулятор генов: учащиеся инженерных курсов СУНЦ НГУ представили новые проекты

    ​​В Лаборатории инженерного конструирования СУНЦ НГУ прошел дистанционный семинар, на котором учащиеся представили темы своих проектов и рассказали об их реализации. Лучшие проекты весной будут представлены на школьной секции Международной научной студенческой конференции (МНСК).
    554
  • 15/02/2021

    На связи с Уралом. Современная Демидовская премия впервые вручена в Москве

    В здании Президиума РАН состоялась 28-я церемония вручения Демидовской премии. Под звуки гимна науки и студенчества Gaudeamus гости торжества приветствовали новых лауреатов: Виктора Садовничего, Леопольда Леонтьева, Анатолия Торкунова и Дмитрия Пумпянского.
    263
  • 18/02/2021

    Конкурсы 2021 года на получение исследовательских грантов «Leader» и «Junior Leader» для научных групп (фундаментальная математика)

    ​Фонд развития теоретической физики и математики «БАЗИС» объявляет о проведении конкурсов 2021 года на получение исследовательских грантов «Leader» и «Junior Leader» для научных групп, состоящих из ведущего ученого и молодых исследователей, проводящих теоретические исследования в области фундаментальной математики.
    197