Наиль Мусакаев: Основная решаемая в проекте научная задача состоит в детальном изучении физических процессов, происходящих при восходящем течении газожидкостной смеси в вертикальном канале. Здесь стоит отметить, что такие течения встречаются в целом ряде промышленных установок в нефтегазодобывающей промышленности, в частности в добывающих и нагнетательных скважинах. При этом создание новых и совершенствование существующих методов отбора нефти и газа из продуктивного пласта нередко требуют изучения процессов, происходящих в скважине, ведь скважина является единственным каналом, связывающим этот пласт с дневной поверхностью. И хотя в последние десятилетия проводились многочисленные исследования газожидкостных потоков (в том числе и применительно к нефтегазовой проблематике), до сих пор из-за сложности и многообразия структур течения газожидкостных смесей в канале остается практически невозможным чисто теоретическое описание поведения газожидкостного потока и возникает необходимость в использовании эмпирических соотношений, построенных на основе проверенных экспериментальных данных. Т.е. нужно сочетание теоретического и экспериментального исследования, что мы и планируем осуществить в проекте. Его исполнители имеют опыт и математического моделирования течения газожидкостной смеси в скважинах, и экспериментального изучения пенных потоков на разработанном авторами проекта экспериментальном стенде, имитирующем участок ствола вертикальной газовой скважины. 

Антон Юшков: В рамках проекта мы создали динамическую модель газовой скважины, работающей с жидкостью, в том числе, со вспениваемой жидкостью. Пена образуется при подаче в газовую скважину поверхностно-активных веществ (ПАВ) для очистки ствола от скапливающейся жидкости. Подобная модель позволит более точно описывать нестационарные физические процессы, происходящие в стволе газодобывающей скважины, определять параметры многофазного потока, которые невозможно измерить имеющимися средствами глубинного мониторинга. Модель, реализованная в виде программного симулятора, позволит «обыгрывать» различного рода ситуации, возникающие в процессе эксплуатации проблемных обводняющихся скважин. В перспективе можно использовать модель для тестирования алгоритмов автоматического управления скважинами, в том числе алгоритмов оптимального управления подачей ПАВ. Прозрачные трубы стенда позволяют в прямом смысле «увидеть» то, как ведёт себя многофазный поток. При этом визуализация сопровождается высокоточными измерениями давления, температуры и расхода фаз. Сейчас нам необходимо реализовать многочисленные эксперименты при различных параметрах. После обработки данных мы планируем обобщить экспериментальные данные и получить уникальные экспериментальные коэффициенты и поправки, которые составят наиболее ценную часть разрабатываемой нами физико-математической модели.

Наиль Мусакаев: Мы планируем изучить газожидкостный поток в вертикальных каналах применительно к проблеме накопления жидкости внутри газовых и газоконденсатных скважин, что нередко приводит к снижению их дебитов или полной остановке. Скважин, в которых встречается данная проблема, весьма много (более 20% от общего фонда), с каждым годом их число увеличивается, так, например, по прогнозам ООО «Газпром ВНИИГАЗ» к 2030 году на Уренгойском месторождении будет около 500 скважин, работающих в режиме «самозадавливания». Для стабильной эксплуатации таких скважин применяют различные мероприятия, в мировой практике и в нашей стране широкое распространение получила технология ввода в скважину пенообразующих поверхностно-активных веществ, которая отличается относительно низким уровнем капитальных вложений и высоким уровнем эффективности, в том числе экономической. Для успешной реализации этой технологии нужно научное понимание процессов, происходящих в скважине, в том числе и выявление особенностей восходящего газожидкостного потока в вертикальных каналах. Сочетание теоретического и экспериментального подходов к изучению проблемы может позволить провести анализ факторов, влияющих на изучаемые процессы, и способно существенным образом снизить необходимость в дорогостоящих натурных экспериментах на месторождениях. Надеемся, что реализация проекта в фундаментальном плане позволит углубить наше понимание об особенностях течения газожидкостной смеси с пенообразователями в скважине, а в прикладном аспекте приведет к увеличению эффективности добычи газа из продуктивного пласта.

Антон Юшков: На сегодняшний день большая часть добычи природного газа РФ приходится на Тюменский регион. При этом ряд уникальных (крупных по начальным запасам) месторождений региона, которые обеспечивают существенную долю добычи, находятся на завершающей стадии разработки. Сегодня эти месторождения выработаны в среднем более чем на 80%. Снижение давления в газонасыщенной части залежи приводит к активному внедрению пластовой воды, есть проблемы и с конденсационной водой. Для большинства вышеупомянутых месторождений характерны осложняющие добычу газа следующие проблемы: среднесуточные дебиты скважин ниже критических, что обусловливает скопление воды на забое и в лифтовых колоннах; требуются постоянные продувки для очистки ствола и предотвращения остановки скважин или применение специальных геолого-технических мероприятий (ГТМ). Результаты наших исследований могут быть ценными не только для решения частной задачи с пенами, но и для моделирования газожидкостных потоков в целом. Эксперименты будут проводиться при высоких давлениях, что является уникальной особенностью нашего проекта. Я думаю, что конкретной целью реализации проекта в рамках гранта РФФИ, является завоевание нашей командой лидирующих позиций в области исследования пенных потоков под давлением.

Наиль Мусакаев: Прогнозирование газожидкостного потока в скважинах – одно из важнейших направлений нефтяного инжиниринга. Изучению этой актуальной, во многом, межотраслевой проблемы посвящено большое количество экспериментальных и теоретических работ, однако эта проблема все еще далека от окончательного разрешения. Среди всех работ можно выделить монографию академика Роберта Нигматулина «Динамика многофазных сред» (переведена на английский язык и издана в США), которая вышла в свет в годы работы Роберта Искандеровича в Тюмени. Мы, как авторы проекта «Теоретическое и экспериментальное исследование восходящего газожидкостного потока в вертикальных каналах применительно к решению прикладных задач нефтегазовой отрасли» проводили совместные исследования по заявляемой проблематике с коллегами из Института механики Вьетнамской академии наук и технологий (г. Ханой, Вьетнам), Фрайбергской горной академии (г. Фрайберг, Германия). Имеются тесные научные связи с группой профессора Вячеслава Рандина (Институт теплофизики им. С. С. Кутателадзе СО РАН, г. Новосибирск), которая занимается экспериментальным изучением газожидкостного течения в вертикальных каналах. А также с группой профессора Владислава Шагапова (Институт механики им. Р.Р. Мавлютова УФИЦ РАН, г. Уфа) и группой профессора Игоря Рожина (Институт проблем нефти и газа СО РАН, г. Якутск), которые занимаются математическим моделированием неизотермического течения многофазной смеси в насыщенных пористых пластах и в подземном газопромысловом оборудовании.

Антон Юшков:  В реализации данного проекта примет участие команда из шести человек (Наиль Мусакаев, Антон Юшков, Ильяс Гималтдинов, Станислав Бородин, Елена Шаповалова, Владислав Огай), пять из них имеют учёную степень, в том числе два доктора наук. Физико-математическую основу модели составят наработки Наиля Габсалямовича и Станислава Леонидовича Бородина и коллег из Уфимского государственного нефтяного технического университета (профессора Ильяса Кадировича Гималтдинова), входящего вместе с ТИУ в консорциум университетов «Недра». За получение экспериментальных данных и прикладной аспект исследований отвечаем мы с Владиславом Огаем. В области химии проект будет сопровождать Елена Шаповалова.

Наиль Мусакаев: Это возможность реализовать собственные идеи, возможность поработать с интересными людьми над актуальными проблемами. Также получение гранта – это признание коллег по «цеху».

Антон Юшков: Я очень рад реализовывать этот проект в сотрудничестве с авторитетными учёными! Лично для меня эта победа означает выход на новый этап моего научного развития. Могу предположить, что этот проект станет хорошим заделом для моей докторской диссертации, но всё же стараюсь не заглядывать так далеко. Я только начинаю осознавать себя настоящим исследователем.