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Die Vorräte an herkömmlichem (Leicht-)Öl sind auf natürliche Weise erschöpft. Dies führt zu der Notwendigkeit, neue Technologien für die Gewinnung von Schwerstöl mit hoher Viskosität zu schaffen. Wissenschaftler haben einen digitalen Zwilling eines superschweren Ölfelds entwickelt. Ein dreidimensionales mathematisches Modell ermöglicht es Ihnen, die optimalen Parameter der Ölförderung unter Berücksichtigung der Besonderheiten der geologischen Struktur eines bestimmten Feldes auszuwählen und seine Rentabilität zu bewerten. Die Arbeiten wurden von Spezialisten des Instituts für Kontinuumsmechanik durchgeführt, das dem Ministerium für Bildung und Wissenschaft Russlands unterstellt ist und Teil des Bundesforschungszentrums Perm der Ural-Abteilung der Russischen Akademie der Wissenschaften ist.
Nach globalen Energieschätzungen belaufen sich Russlands Reserven an superschwerem Öl auf bis zu 1,8 Billionen Barrel, während die Förderung dieses Öls nach wie vor ein schwieriges und teures Verfahren ist. Die Praxis der Gewinnung von schwer zugänglichem Öl in Kanada, das in Bezug auf seine Reserven weltweit an erster Stelle steht, hat die Wirksamkeit der Dampf-Schwerkraft-Entwässerungsmethode gezeigt, bei der die Ölgewinnung hohe Werte erreicht – 65–80% . Seine Essenz besteht darin, mehrere Paare horizontaler Brunnen in einem Abstand von 70 bis 100 Metern voneinander zu bohren. Das obere Bohrloch wird verwendet, um heißen Dampf in die Formation zu injizieren. Unter dem Einfluss hoher Temperaturen wird das Öl dünnflüssiger, was seine „Beweglichkeit“ erhöht. Dadurch fließt das erhitzte Öl unter Einwirkung der Schwerkraft in den unteren Brunnen, von wo es an die Oberfläche gepumpt wird.
Trotz der erfolgreichen Anwendung des Dampf-Schwerkraft-Entwässerungsverfahrens zur Produktion von hochviskosem Öl in anderen Ländern erwies sich seine Implementierung an einem der Standorte des Yaregskoye-Ölfelds in der Republik Komi als unwirksam. In diesem Zusammenhang bestand die Notwendigkeit, ein mathematisches Modell zu entwickeln, um die möglichen Ursachen dieses Problems zu ermitteln.
„In der Regel werden bei der Beschreibung der Dampf-Schwerkraftentwässerung Prozesse vernachlässigt, die mit der Verformung einer Öllagerstätte einhergehen. Im Zuge unserer Recherchen haben wir festgestellt, dass die alleinige Betrachtung der Prozesse des Wärme- und Stofftransports nicht ausreicht, um den Abfluss von erhitztem Öl zu beschreiben. Darüber hinaus haben wir festgestellt, dass der Abfall der Effizienz der Dampf-Schwerkraft-Entwässerungstechnologie direkt mit der ungleichmäßigen Erwärmung des Reservoirs zusammenhängt. Die Gründe für dieses Phänomen können sowohl mit der inneren Struktur des Ölreservoirs (Vorhandensein horizontaler undurchlässiger Zwischenschichten darin) als auch mit der Verwendung falscher Betriebsmodi zusammenhängen, was zu einer ungleichmäßigen Dampfverteilung entlang des horizontalen Bohrlochs führt, aufgrund, zum Beispiel auf den Widerstand der Brunnenwände, ungleichmäßige Dampfinjektionsraten, Druckabfälle usw.“, sagte Anastasia Kostina, Mitautorin der Studie, Forscherin am Institut für Kontinuumsmechanik, Kandidatin für Physikalische und Mathematische Wissenschaften.
Der digitale Zwilling des Feldes, entwickelt von einem Team permischer Wissenschaftler, berücksichtigt das komplexe Zusammenspiel von thermischen, hydraulischen und mechanischen Prozessen bei der Ölförderung mittels Dampf-Schwerkraft-Drainage-Verfahren. Ein dreidimensionales Modell von Lagerstättenabschnitten im Feldmaßstab ermöglicht es, die Hauptursachen für eine ungleichmäßige Erwärmung der Lagerstätte zu identifizieren, was wiederum die Effizienz der Ölförderung erheblich beeinträchtigen kann. Als Ergebnis der thermohydromechanischen numerischen Simulation wird es somit möglich, die Effizienz der Erschließung eines neuen hochviskosen Ölfeldes zu bewerten oder die Ölförderraten in einem bestehenden zu erhöhen.
Der von Wissenschaftlern erstellte digitale Zwilling kann verwendet werden, um die Effektivität der Erschließung eines neuen hochviskosen Ölfeldes zu bewerten oder die Ölförderung in einem bestehenden zu steigern. Um die spezifischen Bedingungen für den Einsatz der Dampf-Schwerkraft-Entwässerungstechnologie zu berücksichtigen, werden Informationen aus ingenieurwissenschaftlichen und geologischen Untersuchungen sowie Temperaturüberwachungsdaten verwendet, die auf einem bestimmten Feld durchgeführt wurden.
„Das Hauptmerkmal unserer Entwicklung ist, dass sie die Veränderung der Durchlässigkeit und Porosität der Öllagerstätte, verursacht durch geomechanische Prozesse, die während der Injektion und Verteilung von heißem Dampf auftreten, vorhersagen und somit eine Prognose der Ölförderung liefern kann während des gesamten technologischen Prozesses. Darüber hinaus kann unser Modell verallgemeinert werden, um andere Methoden zur Steigerung der Effizienz des Schwerölproduktionsprozesses zu beschreiben“, betonte Maxim Zhelnin, Forschungsteilnehmer, Nachwuchsforscher am Institut für Kontinuumsmechanik, Kandidat für Physikalische und Mathematische Wissenschaften.
Die Ergebnisse der Studie wurden in einer der wissenschaftlichen Zeitschriften veröffentlicht.