Группа учёных НИТУ "МИСиС" разрабатывает уникальные математические алгоритмы для программного обеспечения, которое позволит автоматизировать оценку перспективности газовых и нефтяных месторождений в пластах пористых неоднородных структур (углей, сланцев), вполовину снижая стоимость поисковых работ и затраты времени на них, а также предупреждать возникновение аварийных ситуаций, в т.ч. выбросы газа, при разработке месторождений. Первые результаты работы презентовала участник программы postdoc research НИТУ "МИСиС" – Елена Коссович.

Геологоразведка – традиционно высокозатратная статья расходов для добывающих компаний (газовых, нефтяных, угольных и др.). При работе с обычными месторождениями её доля в структуре бюджета на организацию промысла доходит до 80%, а в случае добычи газа из угольных и сланцевых пластов она ещё выше. Столь высокая цена объяснима: эксперты на месте изучают огромные территории и пласты недр. Опыт США и Канады – современных лидеров по работе со сланцевыми месторождениями – наглядно демонстрирует проблему корректного определения места разработки: зачастую производительность газовой скважины при изначально высоком уровне характеризуется быстрым спадом.

"Наша работа призвана сделать геологоразведку по-настоящему высокоточным и в то же время экономичным инструментом добывающей отрасли: ведь часть работ вскоре, мы надеемся, будет проводиться виртуально - полученные "в полях" данные будут заноситься в программу, которая на выходе даст прогностическую модель: эти недра перспективные, здесь есть риски быстрого истощения, а здесь перспектив нет вовсе", – пояснила Елена Коссович.

По словам учёного, в основу метода высокоточной оценки заложено многомасштабное моделирование процессов фильтрации в пористых гидрогенных структурах, каковыми и являются земные недра. Современные математические методы многомасштабного усреднения – это инструмент, который позволяет строить прогнозные оценки поведения сложных неоднородных макросистем по их микро- и нанохарактеристикам при воздействиях различной физической природы. Другими словами, газоносность породы определяется не только наличием в ней полостей, пор и трещин макро-масштабов, но и особенностями ее структуры на микро- и наноуровнях.

"Многомасштабное усреднение основано на выделении характерного структурного фрагмента материала (ячейки периодичности), имеющего конечную размерность, оценке некоторых свойств ячеек периодичности (например, модуля Юнга и т.п.), выборе физической и математической моделей, описывающих поведение ячейки при конкретном воздействии (например, сорбции или фильтрации газа, механическом нагружении, тепловом воздействии и т.д.). На основе усреднения свойств ячейки строится модель поведения системы в целом", – сказала Елена Коссович.

На данном этапе методы многомасштабного усреднения были использованы для моделирования сложных процессов фильтрации газа в сланцах, и на основе проведенных расчетов было показано, что процессы их газоотдачи во многом зависят от структуры органических включений, размеры которых составляют всего десятки и сотни нанометров. Для оценки механических свойств углей научной группой была разработана методика извлечения истинных значений модулей упругости микрокомпонентов углей (по данным их наноиндентирования), основанная на решении контактных задач системы образец-подложка.

В ближайшее время работа Елены Коссович будет направлена на комплексирование различных математических подходов для описания поведения геоматериалов на разных масштабных уровнях, что позволит прогнозировать многие явления, в том числе негативные, при добыче и переработке минерального сырья, повышая, таким образом, безопасность добычи.

Международная программа "Post doc research" – это привлечение для научной работы в вузы молодых учёных со степенями "PhD" либо "кандидат наук" и международным опытом работы. НИТУ "МИСиС" был первым российским университетом, который в 2013 году запустил пилотный проект по привлечению постдоков.

На Западе институт постдокторнатуры давно получил заслуженное признание научного сообщества. Его основные цели – повышение квалификации начинающих учёных, использование их в качестве активного кадрового резерва. Срок, в течение которого учёный может сотрудничать с университетом по контракту Post doc research, обычно не превышает трёх лет. После его окончания постдок, как правило, ищет себе другое место работы или возвращается в свою страну, если он приглашён из-за границы по временной визе.

Об учёном

Елена Коссович – Ph.D. (прикладная математика), кандидат физико-математических наук. Победитель открытого международного конкурса на получение грантов НИТУ "МИСиС" для поддержки приглашения докторантов и молодых ученых с опытом международной работы. В 2007 году окончила Саратовский университет им. Н.Г.Чернышевского, в 2011 Brunel university (Лондон, Великобритания), где и получила степень Ph.D.

Научное направление работы в НИТУ "МИСиС" – моделирование физических процессов в неоднородных пористых материалах на основе современных методов многомасштабного усреднения. Область научных интересов – механика деформируемого твердого тела, гидромеханика, биомеханика, молекулярное моделирование, молекулярная механика, гибридное мультимасштабное моделирование.

К основным научным достижения Елены Коссович можно отнести построение новой гибридной многомасштабной молекулярно-динамической модели, описывающей структурные и механические свойства композитных материалов на основе хитина и хитозана. Также ею построены асимптотические приближенные модели, описывающие распространение краевых и интерфейсных волн в тонких пластинах.