​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

  • 10/04/2019

    В Иркутске создают систему для работы с данными астрофизических экспериментов

    В Иркутске прошел международный семинар по работе с экспериментальными данными на протяжении их жизненного цикла. В его работе приняли участие ученые Иркутского государственного университета, Института динамики систем и теории управления им.
    814
  • 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.
    1037
  • 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.
    3532
  • 03/01/2019

    Обнаружены особенности образования соединений, мешающих добыче нефти и газа

    ​​Ученые из Института неорганической химии имени А.В. Николаева Сибирского отделения Российской академии наук (ИНХ СО РАН) исследовали реакцию образования кристаллических соединений воды и газа (газовых гидратов) с метастабильной (неустойчивой) структурой.
    1198
  • 28/01/2020

    Мировая повестка: биобезопасность

    ​С 2015 года в рамках Проекта 5-100 ТюмГУ и в настоящее время Западно-Сибирский межрегиональный научно-образовательный центр (НОЦ) сделали ставку на биобезопасность – предотвращение, митигацию и ликвидацию угроз биологического происхождения для человека, животных и растений.
    162
  • 09/04/2019

    Сибирские ученые оптимизируют работу электронных дисплеев органическими полупроводниками

    ​Ученые Новосибирского государственного университета (НГУ) займутся исследованием свойств органических полупроводников (материалов, используемых в электронике), чтобы повысить эффективность используемых сейчас электронных дисплеев, сообщил ТАСС руководитель лаборатории органической оптоэлектроники НГУ Евгений Мостович.
    1049
  • 29/11/2018

    Томские геологи запустили установку, которая поможет «читать» историю Земли

    ​В лаборатории геохронологии и геодинамики ТГУ, созданной в рамках мегагранта Правительства РФ, состоялся запуск уникального оборудования – установки для проведения радиоизотопного датирования. С ее помощью геологи смогут восстанавливать прошлое Земли – определять продолжительность климатических циклов, производить реконструкцию суперконтинентов.
    1348
  • 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".
    1319
  • 06/09/2017

    Инновационные разработки ТПУ были представлены на выставке томской продукции

    ​Во вторник, 5 сентября на площадке Томского электромеханического завода (ТЭМЗ) прошла выставка, на которой предприятия города и области демонстрировали своювысокотехнологичную продукцию и новые технологии.
    1706
  • 11/04/2019

    Ученые ТПУ изучают, чем загрязнена река в промышленном районе Индии

    ​Исследователи Томского политехнического университета (ТПУ) привезли пробы воды из Дамодара – одной из самых грязных рек Индии; изучив состав и миграцию вредных веществ, политехники вместе с коллегами из России, Китая и Индии намерены предложить меры по очистке и предотвращению дальнейшего загрязнения реки, сообщила пресс-служба вуза.
    748