ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
|
ФНКЦ РР |
||
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.
грант РФФИ |
# | Сроки | Название |
1 | 27 июля 2016 г.-31 декабря 2016 г. | Цифровая модель керна (этап 1) |
Результаты этапа: 1. Была сформулирована модель физических и химических превращений в подземной гидродинамике при активных воздействиях на пласт. Определены характерные масштабы для каждой задачи и оптимальная модель для каждого характерного масштаба (континуальной, молекулярно-динамической, квантовой). 2. Были разработаны вычислительные модели рассматриваемых явлений и процессов с учетом особенностей многопроцессорной реализации. Для каждого масштаба определены методы и алгоритмы численной реализации. 3. Предложено описание архитектуры сегментов суперЭВМ, ориентированных на решение задач каждого масштаба, и блок-схемы проведения вычислений. 4. Созданы и отлажены соответствующие компьютерные коды. Проведено тестирование программ. 5. Проведено компьютерное моделирование течения в керне заданной структуры. Определена средняя проницаемость в зависимости от структуры и ориентации. | ||
2 | 4 сентября 2017 г.-27 августа 2018 г. | Цифровая модель керна (этап 2) |
Результаты этапа: В рамках решения основной задачи проекта – разработки многоуровневой цифровой модели керна – в течение второго года исполнения проекта были получены следующие результаты. 1. Разработана цифровая модель материалов со сложной многомасштабной структурой. Модель с многоуровневой пористостью и проницаемостью. Разработана методика определения параметров модели из экспериментов и проведения вычислительного моделирования активных воздействий на нефтяные пласты с целью вытеснения углеводородов. Разработана модель термохимического воздействия на углеводороды, заключенные в пористом скелете при закачке окисляющего реагента. [1] 2. Разработана концепция использования информационных технологий для ускорения научно технологического развития нефтегазового сектора страны [2] 3. Создана цифровая модель и программные коды для построения вычислительной модели пористого образца на основании данных компьютерной томографии в задаче микромасштаба. [3, 4] 4. Проведена разработка верификационного базиса модельных задач, течения вязких жидкостей в каналах, имеющих точные решения[5]. Проведена верификация разработанной программы путем сравнения расчетов с известными точными решениями модельных задач. 5. Создан валидационный базис, содержащий данные физических экспериментов с элементами кернов различных пород по вытеснению из них различных жидкостей. Создана программа визуализации, допускающая возможность сравнения данных экспериментов с результатами работы теоретической модели. В программном комплексе предусмотрена опция подбора параметров модели, обеспечивающих наилучшее совпадение результатов расчетов с экспериментальными данными, включенными в валидационный базис. 6. Проведено тестирование вычислительной модели, описывающей вымывание и захват остаточной нефти при вытеснении вязких углеводородов менее вязкой водой из пористого образца керна в трехмерной нестационарной постановке. Отлажен и верифицирован программный комплекс [6]. | ||
3 | 1 сентября 2018 г.-1 сентября 2019 г. | Цифровая модель керна (этап 3) |
Результаты этапа: На данном этапе работ: 1. Создана модель и введен новый параметр, характеризующий количественным образом неустойчивость вытеснения вязких жидкостей из порового пространства, а именно, площадь поверхности раздела фаз, приходящаяся на единицу площади сечения канала, в котором реализуется вытеснение. 2. С применением модельных пористых сред исследовано капиллярное просачивание жидкостей в них в условиях микрогравитации. Представлены эксперименты по течению жидкости в неоднородной искусственной пористой среде. Экспериментальные данные сравниваются с результатами трехмерного численного моделирования, основанного на нестационарной математической модели течения многофазной жидкости в образце пористой среды с учётом инерционных эффектов. Исследовано поведение фронта просачивания при прохождении через границу сред с различной проницаемостью. 3. Проведена балансировка различных сегментов решения задачи на многопроцессорной супер-ЭВМ для повышения производительности решения задачи моделирования течения в керне. 4. Разработана методика представления данных томографии в форме оцифрованной модели системы каналов и пор. 5. Разработан подход к настройке и коррекции физической и вычислительной моделей при поступлении новых экспериментальных данных. |
Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".