Способ усовершенствования модели теплопроводности горных пород, широко используемой при поисках, разведке и разработке нефтегазовых и геотермальных месторождений, а также при захоронении радиоактивных отходов, разработали ученые Сколковского института науки и технологий, 28 июля сообщила пресс-служба Сколтеха.

Исследователи Сколтеха провели ряд экспериментов с целью протестировать популярную теоретическую модель теплопроводности горных пород, результаты которых продемонстрировали ненадежность этой применяемой нефтяными и геотермальными компаниями модели.

Модель систематически занижала теплопроводность пород-коллекторов (обладающих способностью вмещать нефть, газ и воду). Для решения этой проблемы исследователи разработали метод ее усовершенствования.

Проблема в изучении и моделировании характеристик горных пород заключается в их естественной неоднородности и особенностей строения пород-коллекторов. Кроме того, существующих в научно-исследовательских институтах образцов пород для экспериментов хронически не хватает.

Всё это вызывает необходимость прибегать к теоретическому моделированию свойств горных пород, при котором используются приближения, сильно упрощающие их строение и свойства.

Это, в свою очередь, приводит к снижению качества исходных данных и надежности моделирования, применяемого нефтяниками, создателями геотермальных электростанций, объектов захоронения радиоактивных отходов и другими специалистами, которым необходимы надежные данные о тепловом режиме недр.

Существующие модели дают расхождение оценок теплопроводности в сотни процентов. Один из авторов исследования, профессор Сколтеха Юрий Попов рассказывает:

«Мы проанализировали корректность наиболее часто используемой теоретической модели теплопроводности горных пород, выявили серьезные погрешности в результатах ее применения и описали путь для совершенствования теоретического моделирования теплопроводности».

Анализ проводился на основе теоретических работ Сколтеха и результатов обширного теплофизического эксперимента, в том числе «неразрушающих прецизионных измерений теплофизических свойств пород на уникальных по представительности коллекциях образцов».

С помощью разработанной в институте аппаратуры были исследованы 1750 образцов пород разных регионов. В результате было установлено, что некорректность прежней модели теплопроводности пористых пород вызвана чрезмерным упрощением этой среды, не учитывающем особенности ее строения.

Некорректность моделей привела к тому, что данные о теплопроводности пород, приводимые в существующих справочниках и базах данных, в большинстве случаев требуют тщательного уточнения.

«Часто на практике надежными данными по теплопроводности просто пренебрегают: одни считают, что ошибка в значениях всегда слабо влияет на результаты расчета, другие уверены, что про теплопроводность пород известно все и ее легко можно рассчитать, а третьи просто используют значения, заданные по умолчанию в симуляторах», — отметил ведущий научный сотрудник Сколтеха Евгений Чехонин.

Однако расчеты ученых Сколтеха показали, что отсутствие корректных данных по теплофизическим свойствам, например, при прогнозировании добычи тяжелой нефти может привести к погрешностям во многие десятки процентов.

Предлагаемые ими усовершенствования при моделировании теплопроводности в симуляторах могут существенно повысить надежность прогноза добычи.

Профессор Попов пояснил: «Предложенный путь для повышения качества теоретического моделирования теплопроводности связан с усложнением этого процесса, однако показано, что это действительно приводит к существенно более надежным оценкам искомого параметра. В случае пористых и трещиноватых пород резервуаров это важно, в том числе, при добыче не только углеводородов, но и геотермальной энергии. При захоронении радиоактивных отходов повышение качества оценок теплопроводности снижает риск неучета перегрева пород, который может привести к развитию трещиноватости с последующим просачиванием опасного флюида к земной поверхности».

Результаты исследования ученые представили в статье «Средневзвешенная геометрическая модель определения теплопроводности пород-коллекторов: современные проблемы применимости и модификация модели», опубликованной в журнале Geothermics.