Моделирование задач подземной гидродинамики

Основные этапы математического моделирования. Построение физической и математической моделей, изучение их свойств, особых точек и аналитических решений. Построение алгоритма и выбор численных методов. Решение задачи на ЭВМ. Проверка адекватности модели. Тестирование аналитическими и автомодельными решениями, экспериментальными данными. Предварительная обработка данных, полученных с месторождения или из лабораторий. Модификация модели. Ошибки расчетов. Грань хаоса — критические точки системы. Крупнейшие техногенные катастрофы XXI века.
2. Углеводородные источники энергии и топлива. Будущее нефти: прогнозы и реальность. Что такое нефть, газ, газовый конденсат, газовые гидраты, сланцевая нефть. Разнообразие углеводородов: предельные, непредельные, ароматические. Формирование нефтяных и газовых месторождений. Способы добычи. Транспортировка. Переработка. Энергетика будущего.
3. Задачи добычи углеводородов. Многокомпонентные растворы. Фракции. Переход к псевдочастицам. Многофазность. Фазовые переходы и химические реакции. Капиллярные эффекты. Пористость и трещиноватость пласта. Неоднородность коллектора. Закон Дарси. Абсолютная проницаемость породы. Многофазная фильтрация. Относительные проницаемости. Остаточная насыщенность.
4. Элементы термодинамики. Термодинамические потенциалы. Начала термодинамики. Уравнения равновесной термодинамики для открытых систем. Фазовые переходы первого и второго рода. Условия фазового равновесия. Время установления фазового равновесия. Локальное термодинамическое равновесие. Фазовые диаграммы состояния чистых веществ: воды и углерода. Критическая точка. Тройная точка. Термодинамика многокомпонентных систем. Растворы и механические смеси. Классификация растворов. Правило фаз Гиббса. Термодинамическое согласование функций.
5. Основные виды уравнений состояния (УРС). УРС идеального газа, несжимаемой и слабосжимаемой жидкости. Кубические УРС Ван-дер-Ваальсовского типа. УРС Бенедикта— Вебба— Рубина. Расчет коэффициентов уравнений для чистых веществ и растворов. Ацентрический фактор. Критические давления и температуры для чистых веществ и растворов. Правила смешивания для растворов. Методы решения УРС.
6. Различные виды диаграмм равновесия: «р-Т» и «р-х». Двухкомпонентные и трехкомпонентные растворы. Многокомпонентные смеси: нерастворимость, слабая растворимость, заметная растворимость, сильная растворимость.
7. Фильтрация жидкостей, газов и воды. Уравнения многокомпонентной изотермической фильтрации. Стационарное течение многокомпонентной смеси. Неизотермическая фильтрация.
8. Моделирование способов воздействия на пласт. Методы добычи: первичный, вторичный и третичный. Виды первичной добычи: фонтанный, газлифтный и насосный. Виды вторичной добычи: закачивание жидкости (вода, полимеры), природного или попутного газа. Виды третичной добычи: нагрев нефти в пласте, закачивание водяного пара или газа, сжигание части нефти в пласте, закачивание ПАВ.
9. Газовые гидраты. Месторождения. «Гидратная революция». Гипотеза о метангидратном ружье. Фазовые диаграммы газовых гидратов. Пример термодинамической модели газогидратов.
10. Численные методы. Решение нестационарных задач методом конечных разностей: явные, неявные схемы. Распараллеливание для многоядерных процессоров.