Ученые из РАН, МГУ и нескольких зарубежных организаций создали новый алгоритм для просчета поведения нефти внутри горных пород. Это позволит дольше и больше эксплуатировать новые месторождения углеводородов. Общее описание и принципы работы алгоритма опубликованы в журнале Computers and Geosciences.

"С помощью оптимизации нашего собственного кода, написанного на языке С++, и нехитрой параллелизации с помощью технологии OpenMP мы достигли очень хороших ускорений, и благодаря применяемым методам, пусть и дедовским, но очень эффективным, у нас получилось сделать то, чего невозможно достичь существующими методами прямого моделирования", ― заявил физик из Института динамики геосфер РАН в Москве Кирилл Герке.

Многие крупные месторождения нефти, открытые в СССР и на Западе в середине прошлого столетия, содержат огромные запасы углеводородов. Но они фактически недоступны для человечества из-за неправильной стратегии их эксплуатации. Как правило, жидкость, выкачиваемая нефтяными вышками из подобных скважин, почти полностью состоит из воды, а не топлива, что резко уменьшает рентабельность месторождений-ветеранов.

Подобных проблем, как отмечают Герке и его коллеги, можно было бы избежать, если бы нефтедобывающие компании просчитывали то, как будет меняться поведение скважины со временем, и учитывали ее физические свойства в своей работе. В таком случае удалось бы извлечь не 20%, а больше половины нефти из Самотлора и других крупнейших месторождений России, США и других стран с большими запасами сырья.

За последние два десятилетия российские и зарубежные IT-компании создали массу инструментов для реализации этой задачи, однако у всех есть один общий недостаток. Они требуют огромных вычислительных ресурсов. Ведь важно точно просчитать, как взаимодействия между закачиваемой водой, газами и нефтью влияют на движение жидкостей через поры в породах месторождения.

Российские физики смогли заметно ускорить решение этой задачи и радикально уменьшить количество вычислительных ресурсов. Они обратились к математической идее, которую советские ученые разработали еще в 50 годах прошлого века, — одной из вариаций метода конечных разностей.

Как пишут Герке и его коллеги, их алгоритм разбивает компьютерную модель месторождения или сегмента недр Земли на так называемые воксели — своеобразные трехмерные пиксели. При этом не требуется ее предварительное разрезание на сетку из блоков, напоминающую по форме оригинальный пласт. Каждый из этих "пикселей" обладает собственными физическими свойствами, которые влияют на течение нефти и других жидкостей через них, что упрощает расчеты и позволяет проводить их параллельно.

Работу этого алгоритма ученые проверили на образцах нефтеносных пород, извлеченных из пласта в окрестностях Тюмени. Как показали эксперименты, разработка российских физиков справляется с поставленной задачей ненамного хуже классических алгоритмов, но при этом требует в разы меньше вычислительных ресурсов.

Как считают ученые, кроме нефтяников, эта программа будет полезна инженерам-геологам, гидрогеологам, петрофизикам, почвоведам и всем, кому может понадобиться определение проницаемости пористых сред. Программа опубликована в Сети в открытом виде, и скачать ее может любой желающий.