​Российские ученые в составе международной группы разработали алгоритм для расчета проницаемости горных пород по их 3D-изображениям. Программа поможет нефтяникам выбирать наиболее эффективные схемы разработки месторождений. Исследования поддержаны грантом Российского научного фонда (РНФ). Результаты работы опубликованы в журнале Computers and Geosciences.

Любая нефтегазовая компания заинтересована в повышении эффективности добычи полезных ископаемых. Для оптимизации этого процесса важно как можно более точно изучить строение месторождения, а также построить и параметризовать его гидродинамическую модель, то есть математически описать процессы, которые будут происходить при нарушении пластового давления. Последнее особенно важно для повышения эффективности добычи нефти, так как, в отличие от твердых полезных ископаемых, при неправильном подходе к добыче извлечь даже 15-30% углеводородов становится затруднительным.

Один из самых распространенных методов добычи нефти заключается в том, что в горные породы закачивают воду или сжатый газ, которые "выталкивают" нефть. Чтобы воспроизвести процессы, происходящие при разработке месторождения, необходимо учитывать характеристики вмещающих пород. В числе прочих важна проницаемость - способность горных пород фильтровать флюид (нефть, газ или воду) при наличии перепада давления. Эта характеристика необходима при моделировании течения подземных вод, многофазного потока нефти и газа, а также других промышленных процессов.

Традиционно для изучения образцов породы (керна), извлеченных из пробуренной скважины, исследователи используют лабораторные методы. Такие исследования занимают несколько месяцев, достаточно затратны и чаще всего полностью разрушают образец после одного эксперимента. Поэтому все большее развитие получают технологии цифрового моделирования. Их суть заключается в том, чтобы моделировать сначала среду (горную породу), а затем фильтрацию (течение через нее флюида). Плюс этого подхода в том, что расчет требует гораздо меньше времени, и для одного образца можно воспроизвести несколько сценариев. С помощью расчетов можно подобрать оптимальные параметры закачивания и выкачивания флюидов на месторождении так, чтобы получить больше углеводородов на выходе.

В цифровом моделировании используются современные программы и алгоритмы расчетов, для которых требуются суперкомпьютеры и значительные затраты времени. Поэтому, достигнув предела точности расчетов, ученые были вынуждены вернуться к менее точным, но не требующим таких вычислительных затрат методам. Авторы статьи, используя численную схему, разработанную советскими математиками в 1956 году, создали свободно распространяемый программный пакет, способный рассчитать проницаемость на основе 3D-изображений горной породы. Ученые исследуют образец керна на рентгеновском томографе и получают модель, на которой решается задача течения в трехмерном пространстве пористых сред. Разработанное ПО на порядок эффективнее существующих сегодня программ для суперкомпьютеров, а потери в точности решения при этом минимальны. Для расчетов в этой программе можно использовать обычный компьютер и даже ноутбук, это позволяет обрабатывать изображения значительных объемов.

"С помощью оптимизации нашего собственного кода, написанного на языке С++, и нехитрой параллелизации с помощью технологии OpenMP мы достигли очень хороших ускорений, и благодаря применяемым методам, пусть и дедовским, но очень эффективным, у нас получилось сделать то, чего невозможно достичь существующими методами прямого моделирования", - рассказал один из авторов исследования Кирилл Герке.

Ученые определили абсолютную проницаемость, решая уравнение Стокса в трехмерной воксельной геометрии итерационным методом. Они получили поле скоростей течения в пористых средах для определения их эффективных фильтрационных характеристик. Программа позволяет численно описать сложные процессы, происходящие при фильтрации, в масштабе пор. Хотя проницаемость является достаточно простым для расчетов свойством, не научившись эффективно его моделировать, нельзя перейти к более сложным свойствам породы, описывающим фильтрацию двух и более флюидов. Также авторы провели курс для всех желающих, в рамках которого учили пользоваться своей программой представителей добывающих компаний и ученых, работающих в областях, близких к добыче ископаемых. Кроме нефтяников, программный пакет будет полезен инженерам-геологам, гидрогеологам, петрофизикам, почвоведам и всем, кому может понадобиться определение проницаемости пористых сред.

Речь пока не идет о том, чтобы полностью заменить цифровой технологией лабораторные эксперименты: параллельное использование этих методов поможет получать более полную информацию и раскрывать особенности физики фильтрационных процессов на разных масштабах.

В исследованиях принимали участие ученые из Института динамики геосфер, Института физики Земли и Почвенного института имени В.В. Докучаева РАН, а также геологического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова, Научно-технологического университета имени короля Абдаллы (KAUST) и Австралийского государственного объединения научных и прикладных исследований (CSIRO).

Похожие новости

  • 07/08/2018

    Магистранты ТПУ примут участие в работе над уникальными проектами

    ​Магистрантам Томского политехнического университета предлагают стать участниками уникальных исследовательских проектов в составе научных групп под руководством ведущих ученых вуза. Одной из таких научно-исследовательских групп является коллектив научно-образовательного центра Н.
    225
  • 31/12/2017

    Топ-10 исследований российских ученых 2017 года по версии РНФ

    Около 35 тысяч российских ученых проводили и проводят фундаментальные исследования при поддержке Российского научного фонда (РНФ). Ежемесячно в российских и зарубежных СМИ выходят десятки новостей об их достижениях.
    1732
  • 04/10/2016

    В Томске создадут «рой» малых спутников в помощь сельскому хозяйству

    ​Томский политехнический университет (ТПУ) и томский Институт физики прочности и материаловедения СО РАН (ИФПМ СО РАН) выступят одними из инициаторов проекта по созданию группировки малых космических аппаратов для прорывных технологий в сфере сельского хозяйства, который планируется запустить в 2017 году.
    1622
  • 29/06/2018

    Сибирский компактный анализатор проверит воду на загрязнения

    ​Ученые из Сибирского федерального университета и Института биофизики Сибирского отделения РАН создали микроканальный одноразовый микроприбор для проверки качества воды. Это довольно простое и дешевое устройство, однако по чувствительности оно не уступает более дорогим многоразовым анализаторам, и при этом гораздо более быстродействующее.
    189
  • 01/06/2018

    Российские геологи открыли 13 новых минералов у вулканов Камчатки

    ​Исследуя трещины в вулканах Камчатки, откуда выходят горячие газы, можно напрямую наблюдать процессы образования минералов. Именно там российские геологи открыли 13 новых минералов, многие из которых имеют очень необычные свойства.
    403
  • 27/03/2018

    В ТПУ создают информационную систему для работы с большими объемами данных в нефтегазовой отрасли

    ​Доцент отделения информационных технологий Томского политехнического университета Алексей Савельев занимается разработкой системы, которая поможет объединить информацию с разрозненных серверов, расположенных на нефтяных месторождениях, в единое целое, а также автоматизировать ряд процессов по принятию управленческих решений.
    348
  • 29/08/2016

    В Новосибирске будут производить шагающие экзоскелеты для инвалидов

    ​Заместитель генерального директора по инновационному развитию "Инновационного медико-технологического центра" (Новосибирского медтехнопарка) Анатолий Аронов на круглом столе в рамках форума "Новосибирск- город безграничных возможностей" рассказал, что будут производить резиденты второй очереди медицинского промышленного парка.
    1999
  • 06/07/2017

    ТУСУР представил на выставке разработки для газовой отрасли

    Разработки Томского госуниверситета систем управления и радиоэлектроники в интересах газовой отрасли были представлены на выставке продукции предприятий Томской области, в осмотре которой приняли участие представители ПАО "Газпром".
    683
  • 15/03/2017

    Молодые ученые Красноярска создают «умные нанофильтры»

    ​Молодые ученые из России и Украины приехали в Красноярск для работы над инновационным проектом. Научный коллектив создает в лаборатории мембраны, способные разделять компоненты жидких смесей. Ученые уверены: такая технология может найти свое применение в металлургической, фармацевтической, пищевой и других отраслях промышленности.
    961
  • 15/05/2017

    В СВФУ разработали высокопрочную и морозостойкую резину

    Ученые СВФУ запатентовали способ получения высокопрочной и морозостойкой уплотнительной резины. Об этом сообщил соавтор проекта, ведущий инженер лаборатории "Технологии полимерных нанокомпозитов" Северо-Восточного федерального университета Афанасий Дьяконов.
    1017