Математика нефти: пять необходимых на каждом месторождении формул
Главный современный углеводород — нефть — не так-то просто добыть. Геологам приходится работать на удаленных от больших городов месторождениях, организовывать нефтедобычу в холодном море, бурить скважины под углом, строить гигантские сооружения для обслуживания процесса и совершать другие технологические подвиги. Naked Science разобрал пять формул, которыми пользуются нефтяники для изучения месторождений, прежде чем вообще начинать разработку и строительство инфраструктуры.
Зачем стучаться в месторождение
Геологи начинают изучать потенциальное место добычи нефти с «простукивания» земли с помощью специального оборудования. Машина «стучит» по земле и этим генерирует акустические волны. Волны попадают в толщу земли и распространяются в ней. Если звуковая волна встречает препятствие — камень, пустоту или полость с нефтью, — она частично проходит дальше, в это препятствие, а частично отражается от него и летит обратно, к машине. На ней находятся не только устройства для простукивания, но и датчики, способные улавливать отраженные звуковые волны. По характеристикам этих волн нефтяники понимают, есть ли в недрах что-то ценное.
Основная формула для сейсморазведки — формула акустического импеданса. Она учитывает плотность среды, в которой распространяется волна, и скорость ее распространения. По двум этим параметрам рассчитывают импеданс, то есть меру сопротивления среды акустическим волнам.
У исследователей месторождения есть данные о плотностях разных веществ и скоростях распространения волн в них, поэтому по импедансу можно понять, есть ли в породе углеводороды, как глубоко они находятся, чем окружены и какие у месторождения объемы запасов этого ресурса.
Изучение конкретного пласта породы
Допустим, нефть обнаружена. Скорее всего, это залежи в песчаниках — пористой породе. Она не монолитна, а похожа на губку, только эту «губку» нельзя легко сжать: ее плотность сопоставима с гранитом.
Поры в песчанике могут быть заполнены нефтью, водой или газом. Сеть пор сильно разветвлена и может быть хорошо или плохо соединена между собой. Характеристики пор и материала, соединяющего песчинки, могут принимать широкий спектр значений, и каждая из них влияет на сложность добычи нефти.
Чтобы оценить характеристики пласта песчаника, используют формулу Вилли: снова придется использовать акустические волны, но уже не на поверхности месторождения, а под землей.
Специалисты бурят скважину, цилиндрическое отверстие в земной породе глубиной несколько километров. В скважину опускают датчик и распространитель волн. По тому, как быстро распространяются акустические волны в выбранном пласте, геологи могут понять пористость породы и есть ли в порах жидкость.
Не только звук, но и электропроводность
Мы на новом этапе. Уже известно, что в породе есть жидкость. Но это может быть вода, а не нефть, или то и другое одновременно.
Геологам снова нужно решить, не слишком ли много воды в выбранном пласте породы. В дело вступает формула Арчи — Дахнова, определяющая насыщенность порового пространства.
В скважину снова отправляется прибор, на этот раз для исследования характеристик электропроводности пласта породы. Вода проводит электричество лучше углеводородов более чем в пять раз, поэтому отличить одно от другого с помощью формулы — рутинная задача для специалистов.
На что влияет размер скважины
Пришло время собрать все, что геологи узнали, и посчитать, насколько сложно будет «выманить» нефть из пласта породы.
Уравнение Хокинса помогает рассчитать скин-фактор — меру того, насколько сложно поднять нефть на поверхность. В нем учитываются не только характеристики породы и давление на глубине, но и то, на что нефтедобытчики могут влиять: параметры скважины, ее диаметр и потенциальная производительность. Чем ниже скин-фактор, тем легче будет добыть нефть.
Кое-что для будущих нефтяников
С современными технологиями добычи нефти из каждого месторождения можно извлечь только 20-40 процентов от общего запаса известными способами, остальное остается глубоко под землей. Ученые и инженеры постоянно работают над новыми и альтернативными способами добычи нефти, технологиями и машинами для этого, но на данном этапе технические ограничения все еще есть.
Чтобы те, кому предстоит добывать оставшуюся нефть, точно знали, чего ожидать от месторождения, специалисты вывели формулу Крылова. Она показывает коэффициент нефтеотдачи, он же — коэффициент извлечения нефти — отношение величины извлекаемых запасов ко всем геологическим запасам месторождения.
Чем выше этот коэффициент, тем эффективнее проходит добыча на месторождении. Анализ данных по формуле Крылова дает геологам найти проблемы месторождения, проанализировать ситуацию и предложить способы повысить долю извлечения нефти.
Это только некоторые из плеяды формул и сложных расчетов, которые нужны геологам, инженерам и технологам для добычи углеводородов. Молодые нефтяники изучают фундаментальные основы и тонкости геологоразведки и процесса добычи углеводородов в крупнейших вузах страны. Чтобы правильно пользоваться формулами, специалист должен иметь университетскую подготовку и немалый полевой опыт, а полную картину состояния месторождения может построить только большая команда. И займет это месяцы или даже годы тщательной геологической разведки.
Реклама. ООО «Газпромнефть-НТЦ», ИНН 7838395487. ERID 2VtzqxMajh4.
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