Предложен новый подход к моделированию двухфазного течения в пористых средах
Ученые из МФТИ и Объединенного института высоких температур РАН промоделировали двухфазное течение в пористых средах с использованием неоднородной сетевой модели. Их исследование поможет более эффективно добывать углеводороды и исследовать подземные пласты.
Работа опубликована в журнале «Компьютерные исследования и моделирование». Моделирование двухфазного течения в пористых средах — задача критически важная для нефтедобычи, гидрологии и многих других областей.
Движение двух (или более) жидкостей в пористой среде (например, нефти и воды в пласте) описывается законом Дарси, который является основой большинства моделей фильтрации. Однако закон Дарси справедлив только для равновесных систем, когда перераспределение жидкостей в порах и капиллярах происходит достаточно медленно. В реальности же, особенно в геологических средах со сложной структурой, быстрые изменения насыщенности и значительное время релаксации приводят к неравновесным процессам, которые закон Дарси не описывает.
Существующие модели неравновесной фильтрации, учитывающие зависимость проницаемости от скорости изменения насыщенности, довольно сложны и требуют значительных вычислительных ресурсов. Кроме того, параметры этих моделей трудно определить экспериментально.
Российские ученые разработали новый подход, позволяющий значительно повысить точность и эффективность такого моделирования. Авторы предлагают новую модель, основанную на сетевом представлении пористой среды. Эта модель представляет собой двумерную сеть, где узлы соответствуют порам, а ребра — капиллярам различного радиуса.
Такой подход позволяет учитывать неоднородности, капиллярные силы и использует новый алгоритм, определяющий распределение жидкостей в узлах сети. Этот алгоритм учитывает минимизацию поверхностной энергии, что приводит к более реалистичному распределению фаз в пористой среде.
В модели исследователей каждый капилляр может иметь свой радиус, что позволяет моделировать неоднородность пористой среды на микроуровне. Это значительно повышает реалистичность модели по сравнению с традиционными подходами, которые часто используют усредненные характеристики. В модели учитываются капиллярные силы, обусловленные поверхностным натяжением на границе раздела фаз. Это особенно важно в условиях низкой проницаемости.
Исследование проводилось путем численного моделирования двух тестовых задач. В первой задаче моделировалась пропитка области с низкой проницаемостью (внутренняя), окруженной областью с высокой проницаемостью. Это позволило исследовать зависимость насыщенности от времени и капиллярного давления.
Во второй задаче моделировалось вытеснение несмачивающей жидкости смачивающей при различных значениях коэффициента поверхностного натяжения. Это позволило проанализировать влияние капиллярных сил на распределение жидкостей в неоднородной среде.
В расчетах использовались безразмерные параметры, что позволяет полученные результаты обобщать на широкий диапазон условий.
Результаты моделирования показали качественное соответствие экспериментальным данным. А именно зависимость капиллярного давления от насыщенности, полученная в модели, согласуется с экспериментальными наблюдениями. В задаче вытеснения было показано, что при низких значениях коэффициента поверхностного натяжения смачивающая жидкость предпочитает проникать через более толстые капилляры, а при высоких — через более тонкие. Кроме того, модель точно воспроизводит неравновесные эффекты при двухфазном течении.
«Разработанная модель представляет собой мощный инструмент для проверки упрощенных моделей неравновесной фильтрации, исследования влияния различных геологических факторов на двухфазное течение и оптимизации технологических процессов в нефтедобыче и других областях. Работа открывает путь к созданию более точных и универсальных моделей неравновесной фильтрации с учетом сложной геометрии пористых сред в трехмерном пространстве», — рассказали Андрей Конюхов, сотрудник кафедры прикладной механики МФТИ, и Олег Извеков, старший научный сотрудник кафедры прикладной механики МФТИ.
«Вся модель была разработана на C++ 17, что позволяет нам достичь очень высокой скорости и точности вычислений. Искренняя благодарность МФТИ за поддержку нас троих», — рассказал Кафи Шаббир, программист модели, студент 6-го курса кафедры прикладной механики МФТИ.
Данная модель может найти широкое применение в нефтегазовой промышленности для прогнозирования нефтеотдачи пластов и проектирования добычи углеводородов; в гидрологии — для моделирования подземных вод и прогнозирования загрязнения водоносных горизонтов; в геохимии — для моделирования миграции флюидов в геологических средах.
Работа выполнялась при поддержке РНФ.
Telegram 
Дзен 
VK Плавящийся асфальт в США, многие тысячи погибших в Западной Европе, своеобразное лето в России — все это списывают на вредоносный феномен рекордного Эль-Ниньо. И конечно же, на него спихивают и ожидаемый рост цен на кофе и основные сельхозтовары. Правда, есть в этой картине и белые пятна: в прошлые Эль-Ниньо мировые урожаи росли. Что скорее всего случится в 2026 году и отчего роль этого события может быть куда больше, чем мы думаем?
Инфекции, такие как коронавирус, наносят серьезный удар организму, из-за чего даже после выздоровления он продолжительное время остается уязвимым. Сегодня для оценки иммунитета врачи смотрят в первую очередь на уровень антител в крови, однако такой подход не отражает реального состояния здоровья человека. Это не позволяет врачам точно прогнозировать, как будет протекать болезнь и насколько быстро пациент выздоровеет. Ученые Пермского Политеха и ПГАТУ впервые выяснили, как именно восстановление иммунитета зависит от пола человека и кто наиболее подвержен осложнениям после коронавирусной инфекции. Результаты исследования помогут правильно учитывать гендерные особенности пациента при лечении и реабилитации, что повысит точность прогнозов и эффективность терапии.
Ученые синтезировали три новых комплекса металла европия и нашли способ управлять яркостью их свечения (люминесценции). Подобные светящиеся соединения востребованы в биологии и медицине для визуализации тканей и отслеживания распределения лекарств по организму, а также в технике при разработке энергоэффективных дисплеев и светодиодов.
Анализ более 150 тысяч древних звезд Млечного Пути показал, что возраст космоса, судя по всему, близок к 13,8 миллиарда лет. Авторы нового исследования заключили, что сценарии, в которых Вселенную приходится делать заметно «моложе» ради решения хаббловского кризиса, плохо согласуются с наблюдениями. Это важно, поскольку возраст старейших светил — один из немногих независимых способов проверить космологические модели не по данным ранней Вселенной, а по объектам нашей собственной Галактики.
Сканирующая туннельная микроскопия достигла квантово-механического предела пространства-времени. Физики провели эксперимент и смоделировали перемещение одиночного электрона с атомарной точностью и скоростью в доли фемтосекунды. Результат показал границы применимости квантовых законов и объяснил механику сверхбыстрых процессов.
Инфекции, такие как коронавирус, наносят серьезный удар организму, из-за чего даже после выздоровления он продолжительное время остается уязвимым. Сегодня для оценки иммунитета врачи смотрят в первую очередь на уровень антител в крови, однако такой подход не отражает реального состояния здоровья человека. Это не позволяет врачам точно прогнозировать, как будет протекать болезнь и насколько быстро пациент выздоровеет. Ученые Пермского Политеха и ПГАТУ впервые выяснили, как именно восстановление иммунитета зависит от пола человека и кто наиболее подвержен осложнениям после коронавирусной инфекции. Результаты исследования помогут правильно учитывать гендерные особенности пациента при лечении и реабилитации, что повысит точность прогнозов и эффективность терапии.
Хотя длительность помех не превышала десяти секунд, это первый известный случай такого рода. Обычно спутникам не хватает мощности для создания радиосигналов той силы, что нужна для подобных помех.
Вселенная может оказаться «замкнутой» глобальной структурой, где свет от далеких галактик способен возвращаться к наблюдателю с разных направлений. Именно такой сценарий не удалось исключить авторам нового масштабного обзора. Проверить его предсказания астрономы смогут уже в ближайшие годы.
Ученые впервые на молекулярном уровне доказали, что обычная вода одновременно состоит из двух разных жидких состояний — более плотного и менее плотного, которые непрерывно сменяют друг друга. Раз молекулярная «двойственность» действительно существует, это подтверждает спорную 30-летнюю гипотезу. Новое открытие поможет, наконец, объяснить десятки «странных» физических аномалий воды, включая ее расширение при замерзании и парадоксальное изменение вязкости под давлением.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно