Алтынбеков Ш., Қурмыш Е., Султанов М.,

Ниязымбетов А., Жаманкараева М.

Международный Казахско-Турецкий университет им. Х.А. Ясави

г. Шымкент, Казахстан

Информационное сообщение об одном проекте

Цель проекта: Создать механико-математические модели процессов осадки однослойных и многослойных наследственно стареющих неоднородных грунтовых оснований подземных и специальных сооружений, деформации нефтеносных пластов и нефтенепроницаемых слоев земной коры, и территории нефтедобывающих комплексов при особо сложных природных условиях, содержащие в себе ранее существующие модели. Развить качественные и вычислительные методы исследования дифференциальных и интегро - дифференциальных уравнений, описывающие выше указанные процессы. Алгоритмизация задачи механики земляных сред. На основе алгоритмизации разработать кокурентоспособный на внутреннем и мировом рынке программный комплекс, предназначенный для решения самых различных задач механики.

Основные задания: 1. Изучить рассматриваемые объекты по данным гидрогеологических исследований. 2. В этих объектах, при особо сложных природных условиях исследовать поведение неоднородных земляных масс на ползучесть и установить их реологическое уравнение состояния. 3. На основе первого и второго вывести разрешающие уравнения процессов консолидации однослойных и многослойных наследственно стареющих неоднородных грунтов, деформации нефтеносных пластов и нефтенепроницаемых слоев земной коры, и территорий нефтедобывающих комплексов. Изучая геометрические и граничные условия, сформулировать математические постановки задачи, указанные в цели проекта и определить класс принадлежащих решений этих задач. Исследовать разрешимость сформулированных задач в этих классах и дать априорные оценки на их решения. 4. Разработать и обосновать методы решения задач. Развить ранее обоснованные руководителем данного проекта методы аппроксимации, итерации и суммарной аппроксимации на случай решения линейных и нелинейных начально-краевых задач консолидации однослойных и многослойных наследственно стареющих многокомпонентных неоднородных земляных сред, нефтеносных пластов и нефтенепроницаемых слоев земной коры. 5. Решить вопрос об алгоритмизации задач механики земляных сред и разработать программный комплекс. 6. Исследовать свойства решения уравнения консолидации однослойных и многослойных земляных сред при различных краевых условиях. 7. Изучить закономерности длительных осадков грунтовых оснований промышленно-гражданских, подземных и специальных сооружений, длительных деформации нефтеносных пластов и нефтенепроницаемых слоев земной коры и территории нефтедобывающих комплексов при откачке нефти из залежей и дать инженерную оценку на характер их деформации в целом.

Ожидаемые результаты: 1. Реологические модели для описания ползучестей неоднородных земляных сред. 2. Многопараметрические математические модели, описывающие с высокой точностью процессы осадка однослойных и многослойных грунтовых оснований, деформации нефтеносных пластов и нефтенепроницаемых слоев земной коры и территории нефтедобывающих комплексов. 3. Методы решения задачи, указанные в цели проекта. 4. Пакет прикладных программ (ППП). 5. Предложения о возможностях применения разрабатываемых моделей, численно - аналитических методов и комплекса программ для решения конкретных инженерных задач нефтепромысловой механики и механики грунтов.

Обоснование выбора направлений исследований

Поведение неоднородных земляных масс в области линейной и нелинейной ползучести при особо сложных природных условиях весьма сложно и изучено недостаточно полно, требует дальнейших теоретических и экспериментальных исследований. Существующие зависимости (функции), характеризующие изменение упругомгновенной деформации и деформации ползучести неоднородных земляных масс, не дают нам возможности реально охарактеризовать их поведение в области линейной и нелинейной ползучести.

При больших напряжениях эти функции могут зависит от НДС среды.

Во всех существующих исследованиях начальный коэффициент пористости считается постоянной величиной. В действительности он не является постоянной величиной, зависит от пространственных координат. Это утверждение особенно верно, когда изучаемые объекты являются неоднородной пористой средой.

Не исследовано влияние переменности начального коэффициента пористости на характер деформации земляных сред во времени.

В сложных природных условиях строительства промышленно - гражданских, подземных и специальных сооружений возрастает проблема обеспечения их прочности и долговечности. Решение этой проблемы, как известно, во многом зависит от решений ряда инженерных задач, среди которых является и оценка деформации грунтовых оснований и нефтеносных пластов, обусловленных фильтрационной консолидации земляных масс.

Теория фильтрационных консолидации земляных масс, начиная с 25-го года прошлого столетия интенсивно развивается, охватывая все новые области исследований. Причем, развитие идет фактически по всем направлениям, начиная с анализа физико-химических и механических свойств земляных масс, кончая созданием универсальных различных физико-математических моделей, позволяющих с помощью мощных, современных, персональных компьютеров смоделировать НДС изучаемого объекта.

При изучении осадки грунтовых оснований и деформации нефтеносных пластов каждый раз пористая среда, как объект математического моделирования, вносит свои «исправления» в существующие математические модели. Эти модели, отличающиеся друг от друга «исправлениями», соответствующие признакам определенного физико-химического и механического свойства грунта, а также природного и техногенного условия района строительства, создают базу моделей.

Исследователь, изучая новые строительные объекты, обращается к базе моделей в надежде, что найдется какая-либо подходящая математическая модель, описывающая изучаемую проблему. Если нет таковой, то приходится либо корректировать или сконструировать новую математическую модель, наиболее близко описывающую процесс консолидации земляных масс. Поэтому разработка (конструирование) математических моделей, содержащих в себе ранее существующие, является актуальной задачей.

Недостаточно исследовано влияние параметров неоднородности, переменности коэффициентов фильтрации, бокового давления, объемной сжимаемости, начального коэффициента пористости и краевых условий на характер деформации земляных сред во времени. Не создан конкурентноспособный на внутреннем и мировом рынке программной комплекс, предназначенный для решения самых различных задач нефтепромысловой механики и механики грунтов.

Актуальность проекта

Актуальность работы обусловлена тремя обстоятельствами:

Во-первых, прогнозу осадки грунтовых оснований промышленно-гражданских, гидротехнических и нефтяных сооружений, сложенных водонасыщенными неоднородными грунтами конечной мощности, а также прогнозу деформации нефтеносных пластов, нефтенепроницаемых слоев земной коры и территории нефтедобывающих комплексов при откачке нефти из залежей, в последние годы уделяется все большее внимание (этому свидетельствует проведение ряда международных конференции и симпозиумов, посвященных обсуждению проблемы реологии в механике многофазных неоднородных сред и геотехники, геомеханики).

Во-вторых, существует необходимость всесторонне развить методы решения класса задач нефтепромысловой механики и механики грунтов, сводящихся к сложным нелинейным краевым задачам для дифференциальных и интегро-дифференциальных уравнений.

В третьих, существует необходимость к разработке ППП предназначенный для решения самых различных задач механики земляных масс.

Научная и практическая значимость работы

Научная и практическая значимость работы заключается в возможности использования обоснованных и разработанных методов, алгоритмов и ППП для прогнозирования деформации грунтовых оснований, нефтеносных пластов, нефтенепроницаемых слоев земной коры и территории нефтедобывающих комплексов.

Конкурентоспособность ожидаемых результатов

Экономические, экологические и социальные проблемы тесно связаны между собою, отделить их друг от друга нельзя, они едины. Социально здоровому обществу нетрудно решить экономические, и экологические проблемы и наоборот. Экономические базы в поднятой стране не трудно решить и экологические, и социальные проблемы. Каждые из них обогащают друг друга.

Промышленно-гражданские, подземные и специальные сооружения и нефтедобывающие комплексы, как известно, дорогостоящее богатство каждой страны. Поэтому, любая страна бережно относится к этим объектам. Научно обоснованный подход к добыче и транспортировке нефти и газа, к его реализации безусловно должно решить все выше указанные три проблемы. Надеемся, разрабатываемый ППП поможет нам в решении этих проблем и является конкурентоспособным на внутреннем и мировом рынке.

Новизна и перспективность исследований

Ожидаемые в работе результаты принципиально новые. Разрабатываемые методы и программный комплекс являются новым значительным вкладом в прикладную механику неоднородных сред, способствующие развитию методов прогноза деформации грунтовых основании, нефтеносных пластов, нефтенепроницаемых слоев земной коры и территории нефтедобывающих комплексов. Применение их позволяет изучить более сложные проблемы механики неоднородных земляных сред.

Результаты исследований могут быть использованы научно- исследовательским, проектным институтами, занятые разработкой математических моделей и алгоритмов расчетов показателей разработки нефтяных залежей, методов решения начально-краевых задач, расчета пластового давления, деформации грунтовых оснований, нефтеносных пластов, нефтенепроницаемых слоев земной коры и оседании земной поверхности.