Использование молекулярных моделей многофазных смесей в практическом нефтегазовом инжиниринге предполагает необходимость учета различных масштабов: нано-, микро-, мезо- и макро-масштаб. Макромасштаб (reservoir simulation) обеспечивает описание добычи на добывающих скважинах в зависимости от условий добычи и воздействия на пласт (километры). Мезомасштаб обсепечивает гладкие аппроксимации фазовых проницаемостей и капиллярных давлений на каждой ячейке расчетной сетки гидродинамического симулятора (десятки метров). Микромасштаб обеспечивает точное описание фильтрационно-емкостных свойств горных пород и взаимодействия с ними нефтегазовых флюидов в образце керна (несколько сантиметров). Наномасштаб обеспечивает описание свойств флюидов и их взаимодействий с точки зрения молекулярной динамики (нанометры).
Молекулярная динамика используется для нахождения параметров объемной диффузии и определения углов смачивания и межфлюидных углов в молекулярных системах, состоящих из нефти, воды, газа, соли и минералов. Для определения этих параметров в зависимости от температуры и давления, применяются методы ускоренного сэмплинга. Это позволяет быстрее получать стабильное состояние молекулярной системы и более эффективно использовать вычислительные ресурсы, так как в интервалах между обменом координатами, реплики могут моделироваться независимо друг от друга.
Гидродинамические модели многофазных течений в образце керна с заданными трехмерными геометриями пустотного пространства и минерала строятся на основе сегментированных трехмерных изображений и данных молекулярного моделирования. Предлагаемые модели представляют альтернативу разрабатываемым моделям на основе уравнений Навье-Стокса и Кана-Хилларда.
Будет разработана трехмерная модель многофазной фильтрации на основе потоков Дарси и метода вложенных дискретных трещин. Данный подход позволит проводить расчет на более грубых сетках по сравнению с исходной воксельной структурой, при этом сохраняя течение по высокопроводящим поровым каналам за счет введения вспомогательных виртуальных степеней свободы и дополнительных потоков между ними.
При анализе нефтегазовых месторождений инженерам-нефтяникам очень часто приходится сталкиваться с необходимостью моделировать потоки флюидов на полномасштабных моделях коллекторов. Предсказательная способность разрабатываемых моделей зависит от точного описания фильтрационно-емкостных свойств горных пород и взаимодействия нефтегазовых флюидов с различными минералами, составляющими горные породы. Наиболее детальное описание таких свойств можно получить, используя методы молекулярной динамики.
Для того, чтобы можно было использовать молекулярные модели многофазных смесей в практическом нефтегазовом инжиниринге, необходимы дополнительные промежуточные модели, которые бы связали результаты, получаемые на микроуровне с осредненными параметрами сред, используемыми на уровне сеточного описания резервуара.
Использование молекулярных моделей многофазных смесей в математических моделях коллекторов может помочь уменьшить большое количество неопределенностей, связанных с заданием свойств для гидродинамического моделирования нефте-газовых месторождений. Это, в свою очередь, обеспечит более точное описание добычи на добывающих скважинах в зависимости от условий добычи и воздействия на пласт.
Разработка молекулярной модели «нефть-вода-газ-минерал» для пластовых флюидов и различных композиций газов закачки на примере Ямбургского месторождения. Расчет параметров объемной диффузии и межфлюидных углов. Применение результатов молекулярного моделирования для аппроксимации фазовых проницаемостей и капиллярных давлений. Разработка конечно-объемной реализации для трехмерной модели двухфазной фильтрации на основе потоков Дарси и метода вложенных дискретных трещин с использованием полученных аппроксимаций.
