Российские ученые в г. Белгороде создали прототип гидродинамического симулятора призабойной зоны нефтяной скважины

Разработка месторождений урана и углеводородов - сложный технологический процесс, состоящий из нескольких операций.
Одна из них - растворение горной породы кислотой (подземное выщелачивание).
Белгородские ученые озаботились моделированием этой операции на макроскопическом уровне, но на базе фундаментальных законов механики и химии на уровне пор.
Математическая модель, полученная в масштабе пор, не может быть использована в практических приложениях, но ее простая и математически верная форма допускает дальнейшую аппроксимацию системой усредненных уравнений.
Динамика жидкости и концентрация реагента описывается системой уравнений Дарси и уравнением конвекции-диффузии, соответственно, полученными путем гомогенизации исходной микроскопической задачи на уровне пор.
Для численного решения системы уравнений используется метод конечных разностей на равномерно разнесенной шахматной сетке.
Проведена временная и пространственная дискретизация уравнений.
Приведены результаты численных экспериментов.
Полученные результаты могут помочь проанализировать движение фронта активного раствора в пористой среде и физико-химические процессы в ней.

Моделируют уже давно.
Но есть погрешности:

• погрешность определения площади нефтегазоносности, эффективной толщины, пористости, насыщенности по ГИС не менее 10 % в скважинах, добавим погрешность при интерпретации;
• погрешность определения проницаемости по ГИС и керну - не менее 25 %;
• погрешность охвата фонда скважин ПГИ и ГДИ - 15 %;
• погрешность определения горизонта по сейсморазведке +/- 10 м;
• погрешность определения ВНК не менее +/- 1 м;
• погрешность замеров дебита 30 - 100 %.

Тезисы О. Гальцева:

• компании, добывающие полезные ископаемые, используют методы компьютерного моделирования, чтобы извлекать из месторождения больше.
• во всех используемых сейчас симуляторах заложены макроскопические (средний масштаб в метрах) математические модели, которые состоят из известных уравнений физики и химии, полученных с помощью умозрительных заключений.
• не существует математического обоснования корректности этих моделей.
• частично этот недостаток можно компенсировать большим количеством параметров, подобранных вручную для более точного совпадения с экспериментальными данными.
• новая разработка такого недостатка не имеет в принципе, поскольку используется масштаб пор, а затем - на макроскопическом уровне используются усредненные аналоги исходных уравнений.
• особое внимание уделено поведению границы контакта жидкости и твердого тела, т.к. именно там происходит растворение породы реагентом, который изменяет концентрацию закачиваемой кислоты и геометрию порового пространства.
• в основе нового прототипа гидродинамического симулятора уранового месторождения или призабойной зоны нефтяной скважины помимо новых математических моделей были разработаны вычислительные алгоритмы и научно-исследовательская версия программного обеспечения (ПО).
• эта база позволяет определять оптимальные значения малых параметров и проводить численные эксперименты на микро- и макроуровне описания среды в абсолютно твердом пористом грунте.
• серия проведенных компьютерных расчетов показала согласованность результатов решения сформулированной микроскопической задачи и уже существующих формулировок, выведенной усредненной и исходной задачи.
  
• результаты исследования могут стать основой для будущего гидродинамического симулятора уранового месторождения или нефтяных резервуаров, который заинтересует ряд компаний в России и за рубежом, в т.ч. в Казахстане, Франции, Эквадоре и Австралии.