Физическое и математическое моделирование процессов в геосредах

«Физическое и математическое моделирование процессов в геосредах» — так называется Международная школа для молодых ученых, которая прошла в Институте проблем механики имени А.Ю. Ишлинского Российской академии наук 01-03 ноября 2017 г.

Организатором этого молодёжного научного форума выступил Научно-образовательный центр «Физическое и математическое моделирование процессов в геосредах», созданный физическим факультетом Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова, отделением геофизики и Институтом проблем механики Российской академии наук, лабораторией геомеханики.

Молодежный научный форум проводится на регулярной основе и вызывает большой интерес в научном сообществе. Третий год подряд в нем приняло участие более ста ученых, две трети из которых составили молодые исследователи.

Школа, также, как и предыдущие, была ориентирована на решение фундаментальных и прикладных научных проблем, возникающих при изучении природных процессов в разных геосредах, взаимовлияния техногенной деятельности и окружающей среды. Научная программа включала: теоретические и экспериментальные исследования процессов в атмосфере, океане, литосфере, их взаимодействия; экологические проблемы окружающей среды; проблемы антропогенного воздействия на окружающую среду; методы геофизических исследований. Одной из центральных для Школы является тематика, связанная с созданием научных основ, созданием новых прорывных подходов к разработке месторождений углеводородного сырья, повышение эффективности существующих методов, в том числе нетрадиционных источников.

Исследования динамики природных систем — геосферы, гидросферы, атмосферы — и их взаимодействий, выделение антропогенного вклада в естественно протекающие процессы — входят в число наиболее актуальных и практически важных научных проблем. Интенсивное развитие исследований в этих областях обусловлено действием ряда факторов. Широкое внедрение вычислительной техники позволило начать расчет сложных явлений, ранее недоступных для анализа. Создание и совершенствование нового поколения геофизических приборов, дистанционных наблюдательных систем корабельного, авиационного, спутникового базирования позволило получить большой объем данных, объективно отражающих картину протекающих процессов.

По-видимому, альтернатива использованию углеводородов в качестве главного источника энергии на планете, в ближайшие десятилетия вряд ли будет найдена. В тоже время ресурсная база углеводородного сырья быстро истощается, требуются новые нетрадиционные источники. Среди них сланцевая нефть и газ, углеводороды, залегающие в арктическом регионе, газогидраты, глубокие и сверхглубокие месторождения нефти и газа. По мнению многих специалистов именно «глубокая нефть» может стать наиболее перспективным источником расширения ресурсной базы углеводородного сырья. Развитие новых прорывных подходов к разработке месторождений углеводородного сырья очень важно в современных геополитических условиях и требует привлечения молодых умов и сил.

Такое развитие невозможно обеспечить без взаимодействия исследователей между собой. Эффективным инструментом для обмена информацией и организации междисциплинарных исследований процессов в геосредах являются международные научные конференции, в том числе молодежные. Новые научные результаты, имеющие широкие перспективы прикладного использования, активно усваиваются научной молодежью. К чтению лекций на 3-ей Международной школе молодых ученых «Физическое и математическое моделирование процессов в геосредах» были привлечены как всемирно известные ученые — физики и математики, так и активно работающие молодые ученые. Были прочитаны лекции в ключевых разделах механики, физики, геофизики.

Работа Школы велась в двух секциях:

Секция 1. Физика моря и атмосферы. Теория, эксперимент, практика.

Секция 2. Геомеханика и гидромеханика нефтяных и газовых месторождений и других источников углеводородного сырья.

Школа была открыта директором ИПМех РАН академиком РАН С.Т. Суржиковым. Он поприветствовал участников Школы в стенах Института, рассказал об основных направлениях исследований ИПМех РАН, с которыми тесно связана тематика Школы. Затем выступил председатель программного комитета Школы академик Д.М. Климов, он отметил важность проведения данного мероприятия с точки зрения привлечения молодых умов и сил к решению актуальных проблем по тематике Школы.

Среди методически важных выступлений следует выделить лекцию член-корр. РАН выпускника физического факультета П.О. Завьялова, зам. директора Института океанологии им. П.П. Ширшова РАН «Натурные исследования гидрофизических процессов в ключевых районах российского Черноморского шельфа», которая отличалась острой постановкой как научных, так и общественно-политических проблем. Были рассмотрены вопросы крупномасштабного переноса вод, представлена современная теория ветрового волнения и охарактеризованы оптические свойства вод Черного моря.

Большой интерес слушателей вызвали лекция зам. директора ИПМех РАН, д.т.н. В.И. Карева «Моделирование геомеханических процессов в нефтегазовых пластах на установке истинно трехосного нагружения», посвященную геомеханическому моделированию процессов деформирования и фильтрации в нефтегазонасыщенном пласте. Был описан подход, представляющий собой комплекс экспериментальных исследований по определению свойств пород-коллекторов на уникальной установке ИПМех РАН Испытательной системе трехосного независимого нагружения и последующего математического моделирования процессов деформирования пород пласта и фильтрации для экспериментально полученных значений параметров с учетом зависимости проницаемости горных пород от напряженно-деформированного состояния. Представлены результаты моделирования для глубоких горизонтов — более 6 км — Астраханского газоконденсатного месторождения и для Западно-Тамбейского крупного газового месторождения в российском арктическом регионе на полуострове Ямал, позволяющие выбрать оптимальный способ воздействия на пласт для увеличения продуктивности скважин и газонефтеотдачи. Исследования выполнялись в лаборатории геомеханики ИПМех РАН. особенно стоит отметить тот факт, что студенты физфака, участвующие в работе НОЦа «Физическое и математическое моделирование процессов в геосредах» в лаборатории геомеханики, получают возможность максимально реализовать свой научный потенциал и сделать успешную карьеру, так как лаборатория активно сотрудничает с ведущими российскими и зарубежными нефтегазовыми компаниями. На Школе была представлены целая серия докладов физфаковцев — студентов и аспирантов НОЦа: Н.И. Шевцова, В.В. Химули, Р.А. Лукманова, И.К. Гузенкова, А.Ю. Волковой.

Ряд работ был посвящен вопросам экологии. Профессор А.Г. Зацепин в приглашенном докладе «Исследование экосистемы прибрежной зоны моря на постоянно действующем полигоне (на примере Черного моря)» привел результаты морских испытаний макетов океанологического дрейфующего зонда с изменяемой плавучестью — российского прототипа поплавка Арго, и подводной заякоренной лебедки с системой онлайн передачи данных CTD-зондирования. Профессор В.Н. Зырянов (Институт водных проблем РАН, Москва) представил доклад, посвященный особенностям растекания пятен нефти в море, доложил результаты, которые используются в практике на Каспийском море.

Большой интерес вызвал доклад профессора физического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова И.А. Знаменской, посвященный методам визуализации и анализу структур при физическом моделировании процессов в геосредах, в котором были изложены основы методов визуализации вихревых структур: теневого и фонового методов, методов цифрового трассирования и импульсного разряда.

Цикл работ был представлен учеными из Севастопольского филиала МГУ имени М.В. Ломоносова и Морского гидрофизического института РАН, в создание которого внесли значительный вклад сотрудники физического факультета МГУ.

Участники Школы отметили оригинальный доклад с.н.с. физического факультета МГУ Т.О. Чаплиной «Ликвидация поверхностных разливов углеводородов на водных объектах», в котором автор предложила использовать для ликвидации нефтяных загрязнений овечью шерсть и представила результаты испытаний макета полезной модели «Устройства отделения жидких углеводородов от воды», где показано, что шерсть сорбирует до 89% нефти в зависимости от ее изначальной концентрации и количества сорбента.

Профессор МГУ имени М.В. Ломоносова В.В. Фадеев прочитал приглашенную лекцию «Физическое и математическое моделирование спутниковой и in situ флуориметрии фитопланктона в природных водах», в которой предложил альтернативный подход в мониторинге нефтяных углеводородов в водных средах, основанный на применении интегральных флуоресцентных индикаторов. Такими индикаторами могут служить природные компоненты естественных водных сред — фитопланктон (водоросли и цианобактерии) и гуминовые вещества. Оживленную дискуссию вызвало обсуждение метода LIBD (laser-induced breakdown detection), основанного на эффекте оптического пробоя и результаты его применения к детектированию наночастиц металлов в воде, в том числе в присутствии биомолекул.

Практически все доклады сопровождались активными обсуждениями и широкой дискуссией, которая продолжалась и после окончания программных заседаний. Хочется отметить общий высокий уровень исследований, который ведут российские геофизики в самых разнообразных и неблагоприятных природно-климатических условиях нашей страны.

Наиболее важными и перспективными в тематике Школы были признаны следующие направления исследований: — развитие геомеханического подхода к решению проблем нефтегазодобычи; — физическое и математическое моделирование процессов деформирования и разрушения пористых сред и изучение их взаимовлияния на фильтрационные процессы; — создание эффективных математических моделей и экспериментальной базы для исследования течений в сложных неоднородных жидкостях; — экологические проблемы, изучение антропогенного вклада в динамику природных систем.

Всем участникам школы, включая аспирантов и студентов, была предоставлена возможность обсудить результаты выполняемых исследований с ведущими учеными и выступить с собственными научными сообщениями. Школа позволила обменяться мнениями ученым разных стран, подтвердила результативность существующих международных научных команд (совместные с зарубежными учеными доклады представили научные сотрудники из Москвы, Санкт-Петербурга, Владивостока, Иркутска, Новосибирска) и стимулировала формирования новых научных коллективов отечественных и зарубежных ученых.

Организаторы конференции благодарны признанным ученым, давшим согласие принять участие в ее работе, молодым специалистам аспирантам и студентам, откликнувшимся на приглашение, и, конечно, учреждениям, оказавшим Школе финансовую и организационную поддержку.

В заключение хочется добавить, что данный форум был совершенно уникальным, так как с одной стороны затрагивал фундаментальные вопросы геофизики, а с другой стороны — вопросы разведки, добычи полезных ископаемых, прежде всего, углеводородов, повышение эффективности эксплуатации скважин. Организаторам форума удалось собрать под одним крылом учёных и молодых специалистов различных специальностей и дал всем им возможность совместно обсуждать актуальные задачи современной науки и практики, находить ответы на вопросы поставленные жизнью.

старший научный сотрудник кафедры физики моря и вод суши Чаплина Т.О.

Назад