Разработка высокоточных численных методов, алгоритмов и программного обеспечения высокопроизводительной вычислительной техники для моделирования природных и техногенных воздействий на трубопроводные системы, функционирующие в арктических условиях.

В связи с активным освоением ресурсов Арктических морей остро выдвигается фундаментальная проблема анализа технико-геофизических аспектов размещения и функционирования в данном регионе систем, обеспечивающих добычу и транспорт углеводородов. Так например, сложность добычи нефти и газа в шельфовых зонах Арктических морей связана с риском взаимодействия с торосами и айсбергами. Предлагаемый к разработке проект направлен на изучение воздействия льда и воды на оффшорные и прибрежные транспортные системы, включая наземные и донные трубопроводы. Результатом проекта будет программное обеспечение для предсказательного моделирования и оценки надежности технических объектов, сооружаемых в арктических регионах с целью освоения месторождений углеводородов. Предметом анализа могут быть как существующие, так и проектируемые объекты. В рамках проекта планируется решение следующих важных практических задач: 1. Расчёт прочностных свойств трубопроводов из металлов и из композитных материалов при эксплуатации в арктических условиях. Моделирование повреждения трубопровода под действием нагрузок разных направлений, интенсивности и скорости приложения. Расчёт воздействия на трубу с газом и с жидкостью. Моделирование распространения и остановки зародившейся трещины. Исследование зависимости прочностных свойств композитных труб от климатических условий. 2. Моделирование соударение тороса или киля айсберга с морским дном и подводным трубопроводом для случаев различной реологии грунта и тороса. 3. Исследование проблем безопасности освоения шельфовых месторождений с газогидратными включениями, предсказания и оценки рисков техногенных явлений, связанных с производственными циклами и изменением состояния инженерных сооружений под влиянием растепления мерзлых пород и сопутствующих газогидратных фазовых превращений. Применение методов численного моделирования для перечисленных задач позволит улучшить понимание происходящих процессов и тем самым увеличить эффективность обеспечения безопасности, например, нефтедобывающих платформ и в итоге оптимизировать сам процесс нефтедобычи. Для решения поставленных задач предполагается разработка механико-математических моделей пространственных ледяных структур и их взаимодействия со сложными конструкциями в условиях Арктики, разработка численных методов и их реализация на высокопроизводительных вычислительных системах. На основе разрабатываемых численных методов и механико-математических моделей предполагается создание программного комплекса для численного моделирования природных воздействий на оффшорные и прибрежные индустриальные объекты с использованием высокоточных вычислительных алгоритмов на высокопроизводительных вычислительных системах. Разрабатываемые методы позволят корректно описывать волновые процессы, происходящие в больших массивах льда при их воздействии на нефтегазотранспортные системы. Использование иерархических сеток с кратным шагом по времени и высокопроизводительных систем позволит описывать геометрии, максимально приближенные к реальным. Использование сеточно-характеристических методов с интерполяцией высоких порядков на неструктурированных тетраэдральных и гексаэдральных сетках позволит применять наиболее корректные вычислительные алгоритмы на границах и контактных границах области интегрирования, учитывать физику задачи (распространение разрывов вдоль характеристик). Использование полной замкнутой системы уравнений механики сплошных сред и характеристических методов позволит получить все характеристики процессов (поля скоростей, поля напряжений, деформаций), сопоставить расчеты и полевые измерения, провести детальный анализ данных задач на основе серий численных экспериментов, выявить области разрушений. Проектом предусматриваются исследования, нацеленные на моделирование гидродинамических, геомеханических и физико-химических процессов, происходящих при разработке и исследовании газогидратных месторождений. Это необходимо для обеспечения безопасности работ по добыче и транспорту углеводородного сырья из газогидратных месторождений.