Яндекс.Метрика
16.03.2018 | 1477

Компьютерная программа выжмет максимум нефти из земли

​Необычная компьютерная программа использует довольно простую основу, созданную в 1956 году, но при этом может то, что недоступно более сложным современным алгоритмам.

Ученые из Института динамики геосфер, Института физики Земли, Почвенного института РАН и МГУ имени М.В. Ломоносова при помощи коллег из Австралии и Саудовской Аравии создали алгоритм для расчета проницаемости горных пород по их трехмерным изображениям. Программа поможет нефтяникам выбирать наиболее эффективные схемы разработки месторождений, получая намного больше углеводородов из скважин. Соответствующая статья опубликована в журнале Computers and Geosciences. Исследование поддержано грантом Российского научного фонда (РНФ).

В большинстве случаев извлечь нефть полностью из месторождения невозможно - значительная ее часть остается "запертой" в малопроницаемых частях горных пород. Однако если закачать в этот пласт специальную "толкающую" жидкость, газ или их смесь, то можно "выдавить" из того же месторождения заметно больше углеводородов, иногда даже в несколько раз. Особенно актуально это для так называемой "сланцевой нефти", запертой в наименее проницаемых породах. Этот вид месторождений в последнее время разрабатывают все чаще - сперва в США, а теперь, с начала 2018 года, и в России (Баженовская свита).

Чтобы "выдавливать" нефть оптимальными способами, при наилучшем давлении, наименьшем возможном расходе "выталкивающей" жидкости и так далее, нужно максимально точно рассчитать, как конкретные породы данного месторождения будут реагировать на тот или иной вид "толкающих" соединений под определенным давлением.

Обычно для изучения образцов породы (керна), извлеченных из пробуренной скважины, используют лабораторные методы. Такие исследования занимают несколько месяцев, дороги и не очень практичны. Поэтому все большее развитие получают технологии цифрового моделирования поведения пород в скважине. Они имитируют горную породу, а затем фильтрацию через нее "толкающей" жидкости или газа.

Плюс этого подхода в том, что расчет требует гораздо меньше времени, чем извлечение и анализ реального керна в лаборатории. Кроме того, для одного образца при цифровом моделировании можно воспроизвести несколько сценариев закачки жидкости, выбрав оптимальный. В лаборатории же каждый тест разрушает взятый образец и использовать альтернативную тактику воздействия на него не получится.

В модели авторов новой работы абсолютную проницаемость пород определяют, решая уравнение Стокса в трехмерной воксельной (воксель - объемный аналог пикселя) геометрии. При этом получают поле скоростей течения в пористых средах и тем самым выясняют их фильтрационные характеристики. А компьютерный алгоритм позволяет численно описать сложные процессы, происходящие при фильтрации в масштабе пор.

Обычно в современном цифровом моделировании используются сложные программы и алгоритмы расчетов. Для них требуются суперкомпьютеры и значительные затраты времени. Однако в итоге такие вычисления сами становятся слишком сложными и требующими дорого оборудования. Поэтому авторы статьи пошли другим путем - они использовали численную схему, разработанную советскими математиками еще в 1956 году. Она послужила фундаментом для создания свободно распространяемого программного пакета, способного рассчитать проницаемость различных горных пород на основе их трехмерных изображений, полученных с помощью рентгеновской томографии кернов.

Новый алгоритм на порядок эффективнее существующих сегодня программ для суперкомпьютеров (в плане соотношения вычислительных усилий и результата). При этом потери в точности решения у него минимальны. Для расчетов можно использовать обычный компьютер и даже ноутбук, что позволит делать их прямо "в поле", без визитов в далекие лаборатории.

Авторы уже 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 геологам, петрофизикам и почвоведам.