Нефтегазовая отрасль. Регулярная и хаотическая динамика (Институт компьютерных исследований)

В книге изложены теория и практика приложения разработанных автором методов решения стационарных обратных задач (СОЗ) теории потенциала. Она является концентрированным изложением четырех опубликованных с 1996 монографий автора: «Методы установления в прикладных обратных задачах гравитационной разведки и теории фигуры Земли» (М.: «Наука», 1996), «Вариационный принцип наименьшей скорости рассеяния энергии при фильтрации жидкостей в пористой среде и его приложения» (М.–Ижевск: ИКИ, РГУ нефти и газа им. И. М. Губкина, 2003), «Методы установления в стационарных обратных задачах электроразведки и магниторазведки» (Ижевск: ИКИ, 2006), «Методы установления в стационарных обратных задачах гидро-, аэро-, газодинамики и теории фильтрации в пористой среде» (ИКИ, РГУ нефти и газа им. И. М. Губкина, 2013). Методы установления основаны на погружении СОЗ в пространство большей размерности, что позволяет редуцировать СОЗ к проблемам Коши. Решением исходной СОЗ является стационарная асимптотика решения проблемы Коши при времени t, стремящемся к бесконечности. Предложенный подход позволяет эффективно решать СОЗ в нелинейной постановке как на плоскости, так и в пространстве, одновременно регуляризируя некорректные задачи.

Учебное пособие является дополнением и развитием традиционных учебников по разработке нефтяных месторождений. В нем рассмотрены вопросы классификации нефтей и методов их добычи, представлены опыт и современные технологии скважинной, открытой и шахтной систем разработки залежей тяжелых нефтей и природных битумов, методы контроля и пути решения экологических проблем, возникающих при этом, даны экономические аспекты комплексного освоения углеводородного сырья.

Предлагаемая книга посвящена плазме высокой плотности, где энергия взаимодействия частиц сопоставима с кинетической энергией их теплового движения. Основное внимание уделено методам вычисления термодинамических функций равновесных систем. Затронуты вопросы кинетических свойств неидеальной плазмы, а также проблемы, связанные с поглощением лазерного излучения и торможением пучков тяжелых ионов в плазме с сильным межчастичным взаимодействием. Обсуждаются теоретические методы и модели для описания плотной плазмы, приводится сравнение полученных результатов с экспериментальными данными.

Эта монография является долгожданным дополнением к уже существующим многочисленным статьям и книгам по электромагнетизму; в ней рассматривается такое явление как космический электромагнетизм - точнее сказать, крупномасштабные магнитные поля, которые переносятся в потоке ионизированных газов звезд и галактик в космическом пространстве. Автор дает свой взгляд на проблемы, описанные в стандартных статьях, и указывает на некоторые часто встречающиеся заблуждения о характере динамики этих крупномасштабных полей. Ю. Паркер вовлекает читателей в ряд диалогов, которые, порой, даже забавны, но на самом деле ведут в самую суть проблемы. Та динамика, о которой он говорит, - это давление магнитного поля, направленное против давления и инерции массивного движения ионизированных газов. Ю. Паркер показывает, что эту динамику удобно описывать не в терминах электрического тока, а в терминах магнитного поля. Диалоги об электрических и магнитных полях в космосе возвращают нас к истокам науки и объясняют, почему обращение к классической и магнитной гидродинамике необходимо даже для изучения самых далеких глубин космоса.

В настоящей книге авторы попытались расширить традиционные границы применимости магнитной гидродинамики, показать новые направления ее развития. Особое внимание уделено таким проблемам, как МГД в реакторах на быстрых нейтронах, МГД при производстве алюминия в современных электролизерах, а также вопросам, связанным с созданием озонаторов с турбулентным потоком рабочей среды. В некоторой степени данную книгу можно рассматривать как программу исследовательских работ. Ее цель - заинтересовать этой областью науки возможно большее число опытных ученых и молодых исследователей.

Предпринята попытка создания метагидродинамики как фундаментальной науки. Рассмотрены законы эволюции науки, аксиоматика, проблематика, свершившиеся и несвершившиеся научные революции. Выделены три парадигмы в гидродинамике, в качестве которых выбраны основные математические модели: Эйлера, Навье – Стокса, Рейнольдса. Проанализированы принципы построения физических и математических моделей, теория и классификация вихрей, основные понятия вычислительной гидродинамики, прогностика и диагностика. Обсуждается назначение эксперимента и проблематика, систематизированы опыты в ванной. Систематизированы многочисленные задачи асимптотологии. В приложении приведена элементарная теория возмущений.

Фундаментальный труд крупнейшего немецкого гидромеханика Людвига Прандтля. С его именем связаны крупнейшие достижения XX века в различных областях механики жидкостей, аэродинамики и механики упругого тела. В книге ясно и строго изложены те вопросы гидромеханики, которые необходимы для изучения идей теории воздухоплавания и гидравлики.

Книга представляет первый опыт создания теории рациональной разработки газовых месторождений, базирующейся на подземной газовой динамике. Кроме рассмотрения вопросов эксплуатации газовых залежей, излагаются гидромеханические основы разработки газовых месторождений в условиях режима растворенного газа и гравитационного режима. Полученные автором теоретические результаты хорошо согласуются с результатами экспериментальных исследований и с промысловыми данными, а также с теоретическими исследованиями академиков Л. С. Лейбензона и М. Маскета (США).

Книга основана на лекциях, прочитанных фон Карманом после симпозиума в Институте гидродинамики и прикладной математики Мэрилендского университета. В ней содержится ценная информация по широкому кругу вопросов, включая аэротермодинамику, аэротермохимию, динамику разреженных газов и магнитную газовую динамику.

Книга представляет собой обзор основных достижений гидро- и аэромеханики, написанный крупнейшим механиком Т. фон Карманом. Книга написана в живой и увлекательной форме, содержит множество исторических подробностей. Вместе с тем по ней можно получить основные сведения почти о всех разделах механики жидкости и газа.

Книга написана на основе курса лекций, прочитанных автором в Российском Государственном Университете нефти и газа им. И. М. Губкина. В пособии рассмотрены математические модели фильтрации и их использование для моделирования разработки месторождений нефти и газа.

Книга выдающегося советского физика Я.Б.Зельдовича посвящена теории ударных волн и газовой динамике. Особенностью книги является не расчетные методы численного интегрирования сложных двух- и трехмерных газодинамических течений, а изложение и физическое обоснование принципиальных основ газовой динамики, предельных законов и методов решения простых, но фундаментальных задач.

В газовой динамике изучаются движения газов с большими скоростями. При таких движениях сжимаемость среды играет весьма существенную роль и поэтому законы, имеющие место в газовой динамике, совершенно иные, чем в аэродинамике и гидродинамике несжимаемой жидкости. Важное значение газовой динамики для современных авиации и баллистики не требует пояснений.

Рассмотрены вопросы теории и практики применения рассредоточенного заводнения нефтяных месторождений - площадного, избирательного, очагового; причем главное внимание уделяется площадному заводнению. Приведены основные соотношения для гидродинамического расчета систем площадного заводнения, результаты исследования движения водонефтяного контакта, методика определения коэффициента охвата нефтяного пласта заводнением. Изучены нестационарный период фильтрации жидкости в системе скважин площадного заводнения, вопросы фильтрации жидкости в трещиноватых пластах, а также моделирования фильтрации в пластах, изрезанных трещинами большой протяженности. Описаны результаты исследования области оптимального применения систем заводнения в различных горно-геологических условиях.

В книге систематизирован опыт разработки газовых месторождений. Даются теоретические основы рациональной добычи газа из газовых скважин. Основные разделы книги: регулирование дебита и давления газовых скважин, установление рационального процентного отбора, испытание газовых скважин, методика замера газа, выбор метода разработки газовых месторождений и рационального размещения скважин, дегидрация газа и очистка его от сероводорода. Приведено много данных о существующих газовых месторождениях и дана их характеристика.

В настоящих лекциях в электронном виде рассмотрены и представлены основные модели проектных расчетов транспорта углеводородного сырья наземными и подводными газо- и нефтепроводами. Все модели базируются на общих законах механики сплошных сред, а также на фундаментальных физических свойствах реальных газов и жидких углеводородов, т. е. на тех физических свойствах, которые представлены и описаны в отечественных и зарубежных стандартах. Кроме того, в лекциях также предложены и усовершенствованные методики расчета транспорта нефти и газа по магистральным трубопроводам, включая нестационарные процессы тепломассопереноса в трубах, в которых уточняются расчетные модели ряда физических явлений, присущих реальному газу, и которые присущи физическим свойствам газов и нефти. Все лекции и привнесенные в них расчеты выполнены в открытых кодах компьютерной среды Mathematica, что позволяет выполнять моделирование и уточнение проектных расчетов трубопроводов напрямую, т. е. без переноса «ручных», как правило, аналитических, вычислений в компьютер, например, при моделировании процессов транспорта углеводородов по трубопроводам в компьютерном классе. Все это говорит о том, что разработанные в лекциях проектные методы расчета позволяют выполнять все символьные и численные расчеты непосредственно в университетском классе, будь то лекция или практическое занятие.

Приводятся физические и термодинамические свойства хранимых газов и жидкостей, а также горных пород, вмещающих подземные хранилища. Представлены современные методы строительства и эксплуатации под- земных хранилищ газов и жидкостей. Приводятся основные положения подземного хранения неуглеводородных компонентов природного газа (гелия и углекислого газа) и аккумулирования альтернативных видов топлив, в частности водорода. Даны основы использования подземных резервуаров, созданных в отложениях каменной соли в качестве технологических аппаратов для промысловой подготовки газа и нефти.

Излагается гидродинамическая теория фильтрации жидкостей и газов в однородных и неоднородных, изотропных и анизотропных пористых и трещиноватых средах. Рассмотрены задачи стационарной и нестационарной фильтрации и основы расчета интерференции скважин. Изложены основные положения теории упругого режима, постановки задач и их аналитические и приближенные решения. Описаны гидродинамические методы повышения нефтеотдачи. Рассмотрены вопросы теории двухфазной фильтрации, подземного хранения газа, основы математического моделирования гидродинамических процессов разработки месторождений углеводородов. Рассмотрены задачи фильтрации вязкопластичных жидкостей.

Книга посвящена представлению некоторых важных для гидравлики и механики жидкости результатов, главным из которых является «Энергетический критерий устойчивости равномерных ламинарных течений», бесспорная универсальность которого (в отличие от критического числа Рейнольдса) для труб и каналов различной шероховатости и различной формы сечения доказана на широкой базе фактических данных специальных исследований автора и данных мировой литературы.

Это третья книга профессора О. М. Айвазяна из его трилогии, содержащей радикальную переработку современной гидравлики. Она посвящена представлению результатов этой переработки в разделе гидравлики, относящемся к проблемам бурных потоков. В ней продемонстрированы оригинальные авторские теоретические разработки, адекватные полуэмпирические обобщения и компактное формульное представление данных экспериментальных исследований, натурных измерений и наблюдений.

«Путеводитель Прандтля по гидроаэродинамике», впервые появившийся в 1942 году, выдержал за рубежом 10 изданий. До настоящего времени он не утратил своей актуальности, широко цитируется в научной литературе, однако был практически недоступен отечественному читателю. Предлагаемое издание - это перевод последнего, 10-го издания фундаментального труда Людвига Прандтля (2001), которое было значительно переработано и дополнено его учениками с учетом новейших разработок в этой области. Оно ставит своей целью провести читателя основательно проложенным путем по всем областям гидроаэродинамики.

В книге дается обзор современных теоретических и экспериментальных исследований свойств пористых пород, а также течений через них различных жидкостей (нефти, газа, воды, и т.д.). Освещается ряд новых положений по процессам перемещения жидкостей в пористых средах, основанных на данных изучения течения при помощи меченых частиц.

Проблемы, связанные с интерпретацией результатов гидродинамических исследований скважин принадлежат к классу обратных задач подземной гидромеханики. Отличительной чертой этих задач является то, что дополнительная информация определяется возможностями промыслового эксперимента. Другим фактором, который необходимо учитывать при их решении, является наличие погрешностей в экспериментальных данных. В монографии предлагается новый подход к интерпретации результатов гидродинамических исследований вертикальных и горизонтальных скважин на основе методов регуляризации. На фактическом материале показаны порядок проведения исследований, обработка данных промысловых наблюдений и их практическое использование.

В книге излагаются теоретические основы неравновесной фильтрации, а также применение теории при определении фильтрационных параметров окрестности скважины и решении некоторых вопросов технологии извлечения нефти из карбонатных коллекторов трещиновато-пористого типа.

В книге излагаются физические основы технологии добычи нефти, а также разработки нефтяных и газоконденсатных месторождений. Особое внимание отведено фазовому состоянию углеводородных жидкостей в пластовых условиях и физическим параметрам подземного нефтяного резервуара. Рассматриваются фазовые проницаемости и работа нефтяного пласта в условиях различных режимов; теория нефтеотдачи в естественных условиях в процессе снижения давления в пласте, а также при нагнетании в него газа и воды. Освещается современное состояние в США вопроса расстановки скважин для месторождений с различным режимом работы.

В книге рассматривается теория фильтрации и ее приложения к технологии гидротехники, гидрогеологии, мелиорации и ирригации почв, а также добычи нефти, газа и эксплуатации источников водоснабжения.

В книге рассматривается подземное хранилище газонефтепродуктов как необходимый элемент функционирования топливно-энергетического комплекса страны: в единой системе газоснабжения, в системе снабжения нефтепродуктами и в системе электро- и теплоснабжения. Рассматриваются процесс подземного растворения каменной соли в ограниченном пространстве, технология строительства выработок-емкостей и методика расчета основных параметров выработки-емкости. Приводятся основные положения технологии строительства резервуаров тоннельного и двухъярусного типов. Помимо описания традиционных способов строительства выработок-емкостей рассмотрены вопросы интенсификации процессов подземного растворения каменной соли и формирования выработок-емкостей с применением специальных скважинных устройств. Описаны способы эксплуатации подземных хранилищ газонефтепродуктов. Рассмотрены вопросы экологического мониторинга зоны потенциального техногенного воздействия подземных хранилищ газонефтепродуктов.

Изложены теоретические основы математического моделирования пластовых систем и описаны методы решения уравнений фильтрации с помощью вычислительных машин. Даны рекомендации по конструированию математических и компьютерных моделей, их анализ и примеры программных систем.