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).
Физики помогут нефтяникам добывать больше углеводородовMargust (gazeta-margust.ru), 13.03.2018
Физики помогут нефтяникам добывать больше углеводородовГазета.Ru, 13.03.2018
Новый алгоритм поможет эффективнее добывать нефтьWi-fi.ru, 13.03.2018
Новый алгоритм поможет эффективнее добывать нефтьИндикатор (indicator.ru), 13.03.2018
Физики помогут нефтяникам добывать больше углеводородовРоссийский научный фонд (рнф.рф), 16.03.2018
Компьютерная программа поможет добывать больше нефтиРусский переплет (pereplet.ru), 23.03.2018