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 Провинция Цзянсу была процветающим центром медицинской практики в Китае во времена династии Мин (1368-1644 годы нашей эры). Микроскопический анализ крошечных частиц на поверхности хирургических ножниц и пинцета из гробницы китайского врача помог выявить следы вещества, получаемого из ядовитого растения, которое, по мнению исследователей, применялось как местная анестезия во время операций.
Сотрудники Центра языка и мозга НИУ ВШЭ приняли участие в редкой для детской нейрохирургии операции с пробуждением у 11-летнего пациента с фармакорезистентной эпилепсией. Совместно с врачами НПЦ специализированной медицинской помощи детям имени В.Ф. Войно-Ясенецкого в Солнцево они сопровождали удаление участка левой височной доли, где был выявлен эпилептический очаг.
Анализ ДНК и изотопный анализ зубов показали, что мужчина генетически был связан с саамскими популяциями, но часть жизни провел за пределами Финляндии — возможно, в Исландии. Авторы нового исследования пришли к выводу, что на рубеже XVI-XVII веков саамские сообщества не были изолированы, как предполагали многие исследователи. Люди путешествовали на далекие расстояния и поддерживали контакты с дальними регионами Северной Атлантики.
В доколумбовых Андах принадлежность к правящему роду определяла доступ к земле, торговле и статусу, поэтому удержать все внутри семьи было вопросом выживания. Ученые выяснили, что элиты долины Чинча решали эту задачу самым прямым способом — заключая браки между родственниками на протяжении как минимум двух поколений.
Последние несколько лет по всему миру выходит множество работ о том, что микрочастицы искусственных полимеров накапливаются в тканях человека и могут быть небезопасны. Мы решили обратиться к академику Алексею Хохлову, чтобы дать трибуну противоположной точке зрения. Выбор между ними предлагаем сделать читателю.
Провинция Цзянсу была процветающим центром медицинской практики в Китае во времена династии Мин (1368-1644 годы нашей эры). Микроскопический анализ крошечных частиц на поверхности хирургических ножниц и пинцета из гробницы китайского врача помог выявить следы вещества, получаемого из ядовитого растения, которое, по мнению исследователей, применялось как местная анестезия во время операций.
В высокогорных районах Гималаев появился новый хищник. Он не боится людей, возглавляет стаи собак и все чаще заходит в деревни. Местные жители называют его «кхипшанг». Речь идет о гибриде гималайского волка и бродячей собаки. Ученые опасаются, что этот зверь изменит хрупкий баланс местной дикой природы и в скором времени станет весьма опасным для человека.
Релиз довольно неожиданно перенес время образования протонов и нейтронов в более раннее прошлое Вселенной. К сожалению, из его текста осталось неясным научное обоснование таких фундаментальных изменений в космологии. Также он резко передвинул в прошлое и момент возникновения реликтового излучения.
При совпадении нескольких условий наши глаза способны улавливать излучение в ближнем инфракрасном спектре. Тогда сетчатка начинает работать как нелинейный фотодетектор.
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