Размер шрифта
Цвет

Математическое моделирование и создание информационно-вычислительных ресурсов для оптимизации процессов нефтедобычи и аппаратов химической технологии

Содержание

Разработка информационно-вычислительных аналитических систем моделирования и оптимизации процессов нефтедобычи и аппаратов химической технологии (ИВАС НХТ) осуществляется под руководством проф., д.ф.-м.н. И. М. Губайдуллина на основе экспериментальных и промышленных данных.

ИВАС НХТ являются основой для цифровизации нефтегазовой отрасли и включают в себя четыре подсистемы:

  1. входные информационные потоки в виде брутто уравнений химических реакций и начальных данных;
  2. выходные информационные потоки в виде оптимальных режимов ведения процессов;
  3. методы обработки данных в виде эффективных последовательно-параллельных алгоритмов и программных комплексов;
  4. технические средства обработки – ноутбуки и суперкомпьютерные центры.

Входные и выходные информационные потоки формируют базу данных по нефтедобыче и химической технологии (БД НХТ). БД НХТ выполняет две основные функции: (а) это – справочник химика-экспериментатора и химика-технолога; (б) это – платформа для проведения вычислительных экспериментов в области нефтедобычи и химической технологии. От правильного формирования БД НХТ зависит эффективность научных исследований и быстрое внедрение научных результатов в производство.

Основные направления исследований группы

Одной из основных задач лаборатории в этой области является проектирование, разработка, реализация и внедрение баз данных нефтедобычи, нефтепереработки и нефтехимии. Современное развитие информационных технологий (теория хранения и анализа больших массивов данных, технология параллельных вычислений, визуализация и сверхскоростной интернет и др.) позволяют оперативно и качественно обрабатывать данные и принимать эффективные решения по модернизации существующих и разработке новых химико-технологических процессов.

Другой важной задачей является разработка детализированных кинетических моделей, которые не только позволяют в любой момент времени контролировать концентрацию участвующих в реакции веществ и температуру реакции, но и проводить многокритериальную оптимизацию условий химико-технологического процесса.

Современные требования к критериям товарных продуктов, процессов и аппаратов (в том числе экологические) зачастую носят противоречивый характер. Поэтому возникает необходимость в определении не просто количественных показателей, но отношений между критериями. Если критериев становится больше двух, задачи становятся сверхсложными – возможность их решения возможна с использованием современных суперкомпьютерных вычислений. В последнее время в лаборатории математической химии развиваются современные методы многокритериальных, многоцелевых математических методов и программных продуктов, которые также являются основой уже оптимального управления в ходе реализации сложных химико-технологических процессов.

Наиболее важные проекты группы, поддержанные грантами

Исследования в области ИВАС НХТ выполняются в том числе в рамках совместных проектов РФФИ и РНФ с известными научными центрами России.

Реализованные инициативные проекты РФФИ в ИНК УФИЦ РАН под руководством д.ф.-м.н., профессора Губайдуллина И. М. с коллегами из МГТУ им. Н. Э. Баумана (кафедра САПР-6):

  1. проект 12-07-00324_А «Структурная и параметрическая идентификация кинетических моделей реакций нейтрального металлокомплексного катализа», 2012–2014 гг.;
  2. проект 15-07-01764_А «Оптимальное управление химическими реакциями металлокомплексного катализа», 2015–2017 гг.;
  3. проект 18-07-00341_А «Оптимизация и управление химико-технологическими системами на основе численного моделирования кинетики с использованием высокопроизводительной вычислительной техники», 2018–2020 гг.

Сотрудниками и аспирантами лаборатории выполнен ряд совместных проектов РФФИ с Институтом катализа им. Г.К. Борескова СО РАН:

  1. проект 14-38-50639_мол_нр «Исследование методами анализа нелинейных систем кинетической схемы газофазного пиролиза пропана»;
  2. проект № 15-31-51289 мол_нр «Исследование методами анализа нелинейных систем кинетических схем высокотемпературного газофазного пиролиза С2–С3-алканов»;
  3. проект 19-37-50025_мол_нр., «Математическое моделирование течения жидкости в коллекторах трещиновато-порового типа с использованием высокопроизводительных вычислительных систем», 2019 г.;
  4. проект 19-37-60014_перспектива «Эвристические методы для оптимизации и исследования промышленно важных гетерогенных каталитических процессов», 2019–2020 гг.;
  5. проект 19-37-60003_перспектива_2019-2021 «Исследование и моделирование многостадийных химических реакций методами анализа чувствительности».

Под руководством д.ф.-м.н., доц. Колединой К. Ф. успешно реализован проект РНФ 19-71-00006 «Разработка математического и программного обеспечения многокритериального оптимального управления реакциями металлокомплексного катализа», 2019–2021 гг.

В лаборатории математической химии постоянно проходят стажировки молодые ученые из разных регионов страны:

  • Скурыдина Алия Фиргатовна, г. Екатеринбург – в рамках проекта РФФИ 15-37-51128_мол_нр «Параллельные алгоритмы в задаче анализа и идентификации поверхности металла в процессе питтинговой коррозии», 2015 г.
  • Масягин Виктор Фёдорович, г. Саранск – в рамках проекта РФФИ 16-31-50015_мол_нр. «Термометрические исследования скважин с использованием метода Галеркина с разрывными базисными функциями на неструктурированных треугольных сетках», 2016 г.;
  • Протасов Виктор Александрович, г. Новосибирск – в рамках проекта РФФИ 17-31-50023_мол_нр «Математическое моделирование магнитно-газодинамических астрофизических течений на подвижных сетках», 2017 г.;
  • Усков Сергей Игоревич, г. Новосибирск – в рамках проекта РФФИ 19-31-50030_мол_нр. «Предриформинг сжиженных углеводородных газов: эксперимент и математическое моделирование», 2019 г.

Совместно с коллегами из Института прикладной математики им. М. В. Келдыша выполняется проект РНФ 21-71-20047 «Разработка теоретических основ и создание высокопроизводительных алгоритмов для двухфазных математических моделей фильтрации жидкости в коллекторах трещиновато-порового типа», 2021-2024 гг.