Разработка методов и программных комплексов численного трехмерного моделирования мультифизичных процессов в сложных средах и методов многомерной обработки данных при оптимизации технологий геологоразведки и нефтедобычи и при изучении свойств новых материалов

Объект теоретического исследования. Цифровые модели нефтегазовых месторождений и оптимизация технологий добычи. Метод или методология проведения работы. Вычислительные схемы 3D-моделирования многофазной фильтрации базируются на расчете давления с использованием метода конечных элементов, вычислении по полученному давлению потоков фаз и явной схеме переноса фаз между ячейками конечноэлементной сетки на каждом временном шаге. Верификация разработанных методов проводится на задачах сравнительных проектов SPE (Society of Petroleum Engineers) и сравнением расчетных данных с практическими данными, полученными со скважин реальных месторождений. Методы определения макрохарактеристик для геологических сред со сложной микроструктурой, позволяющих адекватно описывать трехмерные нестационарные термогидродинамические процессы в таких средах, основаны на решении обратной задачи. Адекватность описания нестационарных термодинамических процессов проверяется по следующей методологии: сначала для некоторого режима закачки смеси определяются макрохарактеристики фрагмента среды путем решения обратной задачи по данным, полученным для истинной модели с микроструктурой; затем для других режимов закачки сравниваются результаты моделирования для истинной модели с микроструктурой и модели с макрохарактеристиками, полученной в результате решения обратной задачи. Методы решения многопараметрических трехмерных обратных задач с восстановлением распределенных в пространстве фильтрационно-емкостных свойств геологической матрицы-породы и состава флюида при химических воздействиях на пласт основаны на минимизации регуляризированного функционала взвешенных невязок, использовании различных типов данных со скважин и различных типов физических и геометрических параметров, описывающих геолого-гидродинамическую модель. Точность построения цифровых моделей с использованием как синтетических, так и практических данных проверяется по следующей методологии: построение цифровой модели осуществляется по части времени жизни месторождения, а на оставшийся период строится прогноз, который сравнивается либо с синтетическими данными, рассчитанными для «истинной» модели, либо с практическими данными. Результаты работы. Разработаны методы и программы численного моделирования неизотермической многофазной многокомпонентной фильтрации в пористых средах с учетом сложной микроструктуры геологической среды и состава флюида, а также теплообмена с фазовыми переходами. Разработаны методы определения макрохарактеристик геологической среды на основе решения соответствующих обратных задач. Показано, что при закачке теплоносителя поведение фрагментов пористой среды со сложной существенно неоднородной микроструктурой хорошо описывается поведением модели среды с макрохарактеристиками, определяемыми с использованием предложенных подходов. Разработаны методы решения многопараметрических трехмерных обратных задач с восстановлением распределенных в пространстве фильтрационно-емкостных свойств геологической матрицы-породы и состава флюида при химических воздействиях на пласт. Детально проработана методология проведения автоматических адаптаций месторождений, программно реализован соответствующий инструментарий и разработаны рекомендации по использованию полученных результатов в программных системах построения цифровых моделей нефтяных месторождений для оптимизации технологий добычи высоковязкой нефти. Количество искомых параметров для многослойных неоднородных коллекторов, где используются данные со 100-200 скважин составляет порядка 1000-2000. При этом количество итераций нелинейного процесса адаптации составляет порядка 10-15. Кроме того, разработан подход, позволяющий существенно уменьшить расчетную область при расчете чувствительности для групп параметров без ущерба (что очень важно) точности расчета, что, в свою очередь, позволило резко сократить соответствующие вычислительные затраты. Продолжена апробация разработанных методов и программ на реальных месторождениях нефти с различной вязкостью. Показана адекватность построенных в результате решения обратных задач гидродинамических моделей сложных многопластовых месторождений и гораздо более высокая точность получаемых прогнозов по сравнению с широко используемыми коммерческими симуляторами. На основании полученных адаптированных цифровых моделей месторождений высоковязкой нефти с помощью разработанных методов моделирования были также проведены исследования эффективности их разработки с помощью химических методов (закачки различных композиций ПАВ-полимера).