Многофазная фильтрация в пористых средах: динамическая связь масштаба пор и месторождений

Актуальность проблемы данного исследования трудно переоценить: многофазная фильтрация является ключевым физическим аспектом множества приложений активности индустриальной активности человека, а также определяет его взаимоотношения с окружающей средой. Задачи моделирования течений более одного флюида через пористую среду имеют большую значимость для 1) повышения отдачи нефти и газа на месторождениях, 2) накопления углекислого газа в подземных резервуарах 3) управления водными ресурсами и их восстановлением. Существующие методы моделирования многофазной фильтрации сконцентрированы на описании какого-либо одного иерархического уровня течения (поры, керновый материал, ячейка дарсианского симулятора, сотни метров и километры подземных резервуаров и т.д.), причем понимание того, что все эти масштабы должны быть связаны, существует уже давно. Однако, технологий, позволяющих проводить моделирование на нескольких масштабах одновременно, пока не существует. По этой причине, особенно важными представляются исследования, направленные на разработку фундаментальных методов совмещения масштабов при моделировании и повышения физической достоверностей моделей многофазной фильтрации в пористых средах. Таким образом, проект нацелен на разработку, верификацию и применение к реальным задачам инновационных и новых подходов к моделированию на основе совмещения масштабов и динамической стыковки моделей в масштабе пор и в масштабе месторождения. Все основные физические и механические принципы фильтрации могут быть описаны только в масштабе пор. Однако, моделирование в масштабе пор можно проводить на достаточно малых объемах пористых сред ввиду вычислительных сложностей. При этом, для управления добычей на месторождениях, проектирования закачки углекислого газа и устранения загрязнений водных ресурсов необходимо проводить моделирование в масштабе сплошной среды. Это делается с помощью так называемых дарсианских моделей, основанных на многофазном уравнении Дарси. Такие модели требуют параметризации для описания физики процессов, происходящем в масштабе пор. Эти параметры получают с помощью эмпирических моделей или за счет времяемких измерений в лабораториях на ненарушенных образцах породы. В последние годы опубликовано немало статей в научных журналах, посвященных проблемам и неточностям таких подходов к параметризации дарсианских моделей. Развитие рентгеновской томографии и стохастических методов реконструкции для изучения строения образцов пористых сред, а также развитие численных методов моделирования в масштабе пор позволяют теперь получать все необходимые параметры с помощью моделирования, что открывает абсолютно новый уровень развития технологий иерархического моделирования многофазной фильтрации. Таким образом, проект нацелен на разработку, верификацию и применение к реальным задачам инновационных и новых подходов к моделированию на основе совмещения масштабов и динамической стыковки моделей в масштабе пор и в масштабе месторождения. Научная новизна поставленной задачи состоит в наборе инновационных решений проблем обеспечения и правильного моделирования в масштабе месторождения, для чего необходимы параметры сплошной среды, которые зависят от конкретных граничных условий и, потому, могут быть получены только при помощи сложных и времяемких лабораторных экспериментов (месяцы) или с помощью моделирования в масштабе пор (часы). Моделирование в масштабе пор может быть динамически связано с дарсианской моделью и служить источником постоянно изменяющихся (в зависимости от состояния модели месторождения) параметров сплошной среды, что практически невозможно осуществить на основе лабораторных экспериментов. Достижение поставленных задач и возможности получения запланированных результатов определяется составом нашего коллектива, который имеет богатый опыт совместной деятельности в области предлагаемого проекта, необходимый багаж профессиональных навыков, значительный задел в области предлагаемого проекта что подтверждено публикациями участников гранта в ведущих мировых журналах.