ИСТИНА

Проектом предусмотрено создание программного комплекса "керносимулятор" для расчетов на суперЭВМ, валидация данного комплекса на собственном экспериментальном базисе и отработка технологии его применения для моделирования изменений в пласте на микроуровне при воздействии на него разными способами - нагревании, закачке реагентов, внутрипластовом горении и т.д.

1. Цифровая модель керна из материалов пород с хорошей окатанностью. Модель окатанных шариков, связанная с моделью многосвязянных разномасштабных трубчатых каналов. Верифицированная и валидированная модель. 2. Цифровая модель материалов со сложной многомасштабной структурой. Модель с многоуровневой пористостью и проницаемостью. Определение параметров модели из экспериментов. Тестированная модель, описывающяя вымывание и захват остаточной нефти. 3. Цифровая модель химических взаимодействий внутрипластовых флюидов и диффузионного горения в многомасштабной задаче. Детализация результатов первого года выполнения проекта: 1. Модели физических и химических превращений в подземной гидродинамике при активных воздействиях на пласт. Определение числа характерных масштабов для каждой задачи. Выбор оптимальной модели для каждого характерного масштаба (континуальной, молекулярно-динамической, квантовой, …) 2. Вычислительные модели рассматриваемых явлений и процессов с учетом особенностей многопроцессорной реализации. Для каждого масштаба определение методов и алгоритмов численной реализации. 3. Описание архитектуры сегментов суперЭВМ, ориентированных на решение задач каждого масштаба и блок-схемы проведения вычислений. 4. Написание и отладка компьютерных кодов. Тестирование программы. 5. Проведение компьютерного моделирования течения в керне заданной структуры. Определение средней проницаемости в зависимости от структуры и ориентации.

Основные публикации коллектива в рамках предлагаемого направления исследований: 1. Smirnov N.N., Dushin V.R., Nikitin V.F., Phylippov Yu.G., Nerchenko V.A., Three-dimensional convection and unstable displacement of viscous fluids from strongly encumbered space. Acta Astronautica, 2010, vol. 66, 844-863. 2. Dushin V.R., Nikitin V.F., Phylippov Yu.G., Legros J.C. Two-component fluid convective flow in thin gaps. Acta Astronautica, 2010, vol. 66, 742-747. 3. В.Б. Бетелин, А.А. Боксерман, В.Е. Костюков, В.А. Савельев. «Проблемы управления процессами повышения нефтеотдачи на основе моделирования на супер-ЭВМ». НефтеГазоПромысловый инжиниринг. 2010, 3 кв., с.20-24. 4. Logvinov O.A., Ivashnyov O.E., Smirnov N.N. Evaluation of viscous fingers width in Hele-Shaw flows. Acta Astronautica, 2010, vol. 67, 53-59. 5. В.Б. Бетелин, А.Г. Кушниренко, Н.Н. Смирнов. Технологии супервычислений эксафлопного класса и обеспечение конкурентоспособности энергетики России. НефтеГазоПромысловый инжиниринг. 2011, 3 кв., 10-13. 6. В.Б.Бетелин, В.Ф. Никитин, Н.Н.Смирнов, Е.В.Михальченко, Е.И.Скрылева, Л.И.Стамов, В.В.Тюренкова. Компьютерный керносимулятор – подходы и методы. Вестник кибернетики, 2015, №4, 33-44. 7. С.Г. Вольпин, А.Р. Саитгареев, Н.Н. Смирнов, М.Н. Кравченко, Д.А. Корнаева, Н.Н. Диева. Перспективы применения волновой технологии термогазохимического воздействия для повышения нефтеотдачи пластов. // Нефтяное хозяйство. – 2014. - №1 – с.62-66. 8. Смирнов, В. Ф. Никитин, В. Р. Душин, Ж. К. Легро. Вытеснение вязких жидкостей из пористой среды: влияние неустойчивости на коэффициент извлечения нефти. Международная конференция «Математика и информационные технологии в нефтегазовом комплексе». Сургут, 2014, с. 25-27. 9. Бетелин В.Б. Проблемы создания отечественной технологии «цифровое месторождение». Международная конференция «Математика и информационные технологии в нефтегазовом комплексе». Сургут, 2014, с. 15-17.

В рамках решения основной задачи проекта – разработки многоуровневой цифровой модели керна – в течение первого года исполнения проекта были получены следующие результаты. 1. Разработаны модели физических и химических превращений в подземной гидродинамике при активных воздействиях на пласт. В результате определения числа характерных масштабов для решения задачи создания цифрового керносимулятора показано, что необходимо использовать как минимум два характерных масштаба: микромасштаб на уровне описания процессов в одной поре, и мезомасштаб на уровне описания процессов в керне. При вложении модели керносимуляторра в термогидродинамическую модель участка разработки необходимо выполнять специальную процедуру апскейлинга на макроскопический масштаб. Эта процедура потребует коррекции базовой системы определяющих уравнений на макроскопическом масштабе. Для всех рассматриваемых уровней можно ограничиться континуальной моделью, хотя на микроуровне может быть применима и молекулярнодинамическая модель. [1, 2]. 2. Разработка вычислительных моделей рассматриваемых явлений и процессов проведена с учетом особенностей многопроцессорной реализации. Для каждого масштаба определены методы и алгоритмы численной реализации [3,4]. 3. Изучены возможные архитектуры сегментов суперЭВМ, ориентированных на решение задач каждого масштаба исследованы особенности проведения вычислений в режиме подключения множества процессоров [5]. 4. Написаны и отлажены компьютерные коды для решения задач различного уровня. На мезоскопическом уровне в рамках гипотез теории фильтрации с учетом наличия тензора проницаемости. Проведено сравнение полученных результатов с результатами экспериментов по вытеснению различных имитирующих нефть жидкостей из образца реального керна [6, 7]. На микроскопическом уровне проведено исследование течения нефти в многосвязной системе пор и каналов с применением методов прямого компьютерного моделирования течения ньютоновских и неньютоновских жидкостей в разветвленной системе пор и каналов [8, 12]. Определено влияние ориентации системы на рассчитанные параметры проницаемости. Проведено тестирование разработанных программ. Была разработана канальная модель пористой среды, представляющая собой трехмерную систему связанных, взаимно пересекающихся каналов и пор [9]. Было изучено изменение проницаемости разработанной модели в зависимости от направления внешнего градиента давления, количества каналов (блоков) и количества вычислительных ячеек, используемых при моделировании. Получена высокая степень изотропии рассматриваемой канальной модели. Появляющиеся при вычислениях для различных значений начальных параметров колебания проницаемости не превосходят 0.14% от величины самой проницаемости для самой грубой расчетной сетки и постепенно уменьшаются при использовании более мелких сеток [10]. 5. Проведено компьютерное моделирование течения в керне заданной регулярной структуры. Определена средняя проницаемость в зависимости от структуры и ориентации образца. Показано, что увеличение количества регулярных элементов в структуре образца ведет к уменьшению зависимости проницаемости от ориентации [11]. 6. Было получено решение нелинейной в общем случае задачи о течении несжимаемой неньютоновской степенной жидкости по каналу прямоугольного поперечного сечения под действием заданного градиента давления. Решение для величины объемного потока жидкости через поперечное сечение зависит от безразмерных параметров: отношения меньшей стороны сечения к большей и показателя степени в реологическом законе. По рассчитанным значениям на основе аналитического решения выведена интерполяционная формула, связывающая безразмерный поток с параметрами содержащая только 3 эмпирических коэффициента и отклоняющаяся не более чем на 3.1% от полученных численным расчетом значений в указанном диапазоне параметров. Это решение в дальнейшем может быть использовано как одна из частей, которая имеет большую перспективу для вычислительной реализации канальной модели пористой среды [12]. Полученные в ходе выполнения проекта результаты нашли отражения в публикациях участников и выступлениях на различных научных форумах. 1. В. Б. Бетелин. О проблеме импортонезависимости в нефтегазовой отрасли и машиностроении России. Труды Международной конференции “Математика и информационные технологии в нефтегазовом комплексе”, посвящённой дню рождения великого русского математика академика П. Л. Чебышёва Сургут 2016 г. с.18 2. Бетелин В.Б., Смирнов Н.Н. О проблеме импортонезависимости в нефтегазовой отрасли. Вычислительное моделирование активных воздействий на нефтяные пласты. Раздел 4. Математика и информационные технологии в нефтегазовом комплексе. Сургутнефтегаз, Сургут, 2017, с. 8-45. 3. Б. П. Рыбакин, Н. Н. Смирнов, П. C. Тычинин, М. Н. Кравченко, В. И. Исаев, К. Ю. Шепель Моделирование вскрытия пласта с использованием кумулятивных зарядов. Труды Международной конференции “Математика и информационные технологии в нефтегазовом комплексе”, посвящённой дню рождения великого русского математика академика П. Л. Чебышёва Сургут 2016 г. с. 97-98. 4. Н. Н. Смирнов Вычислительное моделирование активных воздействий на нефтяные пласты Труды Международной конференции “Математика и информационные технологии в нефтегазовом комплексе”, посвящённой дню рождения великого русского математика академика П. Л. Чебышёва Сургут 2016 г. с. 28. 5. Смирнов Н.Н. ВЫСОКОПРОИЗВОДИТЕЛЬНЫЕ ВЫЧИСЛЕНИЯ В ЗАДАЧАХ ПРЕДСКАЗАТЕЛЬНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ. Вестник кибернетики, 2016, № 2, с. 111-115. 6. Никитин В.Ф., Скрылева Е.И., Козлов И.В. Вытеснение моделирующих нефть жидкостей водой из образцов керна. Влияние параметра смачиваемости на процесс вытеснения. Всероссийская конференция «Цифровая модель керна», г. Москва, 13-15 марта 2017. 7. Скрылева Е.И., Никитин В.Ф. Вытеснение моделирующих нефть жидкостей водой из образцов керна. Сравнение результатов численного моделирования одномерного течения жидкости за счет капиллярных эффектов с экспериментальными данными. Всероссийская конференция «Цифровая модель керна», г. Москва, 13-15 марта 2017. 8. Никитин В.Ф. Построение геометрии канальной модели. Задача расчета модели с жидкостью переменной реологии и каналами прямоугольного сечения. Канальная модель керна. Всероссийская конференция «Цифровая модель керна», г. Москва, 13-15 марта 2017. 9. Стамов Л. И. Трехмерное вычислительное моделирование течения вязких жидкостей в многосвязной системе каналов и пор. Всероссийская конференция «Цифровая модель керна», г. Москва, 13-15 марта 2017. 10. В.Ф. Никитин, Л.И. Стамов, Е.В. Михальченко. Трехмерное математическое моделирование течения вязких жидкостей в многосвязной системе каналов и пор. Вестник кибернетики, 2016, №2:127–137. 11. Никитин В. Ф., Стамов Л. И. Трехмерное вычислительное моделирование течения вязких жидкостей в канальной модели керносимулятора // Вестник кибернетики. — 2016. — № 4. — С. 7–17. 12. Никитин В. Ф. Течение неньютоновской жидкости в канале прямоугольного сечения // Вестник кибернетики. — 2017. — Т. 25, № 1. — С. 118–131.