В 1988 была организована лаборатория геотермомеханики, которую возглавил, будучи на тот момент директором ИПГ ДНЦ РАН, выдающийся ученый профессор Магомедов Камиль Магомедович.

В настоящее время лабораторию возглавляет д.ф.-м.н. Рамазанов Мукамай Магомедович. Численность сотрудников – 10 человек, в том числе научного персонала: 2 доктора и 3 кандидата наук.

Заведующий лабораторией геотермомеханики Рамазанов Мукамай Магомедович

Заведующий лабораторией геотермомеханики Рамазанов Мукамай Магомедович работает в ИПГ ДНЦ РАН с 1984 года. В 1984 году окончил механико - математический факультет МГУ им. Ломоносова. В 1992 году защитил диссертацию на соискание ученой степени к.ф-м.н. по специальности «Механика жидкости, газа и плазмы», в 2003 году в Объединенном Институте физики Земли РАН (Москва) защитил докторскую диссертацию на соискание ученой степени д.ф.-м.н. по специальности «геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых». Автор более 90 научных публикаций. С 2000 г. по настоящее время зав. лабораторией и член Ученого Совета ИПГ. Научный руководитель плановой темы НИР лаборатории.

Научные интересы: механика, прикладная математика, физика, геофизика

Основные работы проводились в рамках следующих направлений:

1) Разработка обобщенной термомеханической модели формирования теплового поля в приповерхностном слое Земли, включающем литосферу и астеносферу, основанной на представлениях о развитой конвекции в мантии, с учетом вклада мантийной, радиогенной и диссипативной составляющих, а также влияния локальных процессов конвективного тепло- и массопереноса.

2) Изучение влияния различных осложняющих факторов (неоднородность проницаемости, наличие примеси, модуляция параметров, адсорбции компонентов и др.) на характер и устойчивость конвективных движений жидкостей и их смесей в пористой среде.

3) Исследование  фильтрационной конвекции  сильно сжимаемых газов и их смесей вблизи термодинамической  критической точки фазового перехода жидкость-пар.

4) Неизотермические течения с фазовыми переходами в пористых средах и геотермальных системах.

5) Исследования в области теории развития трещин ГРП в пороупругой среде.

Научные достижения Рамазанова М.М.:

1. Построена трехмерная термомеханическая модель формирования теплового поля в приповерхностном слое Земли, поля напряжений и рельефа поверхности, основанная на современных представлениях о развитой конвекции в мантии и обобщающая известные модели аналогичного типа.

2. Получен критерий абсолютной конвективной устойчивости сжимаемой вязкой теплопроводной жидкости, который в частном случае,  когда теплофизические свойства среды и адиабатический градиент постоянны, совпадает с критерием Шварцшильда.

3. Предложена новая модель гидротермальной конвекции в разломных зонах земной коры и развиты адекватные математические методы.

4.  Аналитическими и численными методами выявлены закономерности фильтрационной конвекции околокритического газа Ван-дер-Ваальса при существенных перепадах температуры.

5. Получены точные и численные решения ряда задач связанных с тепломассопереносом с фазовыми переходами в геотермальном пласте и в стволе добывающей скважины.

6. Получены новые результаты, связанные с теорией и моделированием развития трещин ГРП в пороупругой среде.

7. Впервые получен  критерий развития трещины в пороупругой среде, учитывающий процессы фильтрации флюида в поровом пространстве. Он обобщает свой аналог для чисто упругой среды, полученный на основе концепции хрупкого и квазихрупкого разрушения Гриффитса и Ирвина.

8. Предложена математическая модель движения растворов с учётом осмотического эффекта.

Основные научные публикации Рамазанова М.М.:

1. Мясников В.П., Рамазанов М.М. Конвективная модель формирования теплового поля в приповерхностном слое Земли // Докл. АН СССР. 1989. Т. 309,  № 3.  С. 578 - 582.

2. Рамазанов М.М. О критериях абсолютной конвективной устойчивости сжимаемой жидкости и газа// Изв. РАН. МЖГ. 2014. №5. С.27-37.

3. Рамазанов М.М. Исследование фильтрационной конвекции околокритического газа Ван-дер-Ваальса при существенных перепадах температуры// Изв. РАН. МЖГ. 2013. №4.С. 128-139.

4.  А.В. Каракин, М.М. Рамазанов. Плоские задачи двух тел в гидродинамике Стокса// Математическое моделирование, 28:4 (2016),  43–63

5. Рамазанов М. М., Алхасова Д.А.  Математическая модель тепломассопереноса в геотермальном пласте при извлечении пароводяной смеси// ТВТ, №1, 2017 г.

Рамазанов М.М., Каракин А.В., Лобковский Л.И. Математическая модель движения растворов с учётом осмотического эффекта// Доклады Академии наук. 2019. Т. 489. № 1. С. 75-79.

6.Ramazanov M.M., Karakin A. V., Lobkovskii L.I. Mathematical Model for the Motion of Solutions Taking into Account the Osmotic Effect// Doklady Earth Sciences, 2019, V. 489, № 1, pp 1306–1309.

7. Рамазанов М.М., Савенков Е.Б. Критерий развития трещин в пороупругой среде// Вестник Московского государственного технического университета им. Н.Э. Баумана. Серия Естественные науки. 2018. № 5 (80). С. 65-82.

8. Borisov V., Ivanov A., Ramazanov M.M., and Savenkov E. B. Poroelastic Hydraulic Fracture Simulation Using X-FEM/CPP Approach // V. I. Karev et al. (Eds.): Physical and Mathematical Modeling of Earth and Environment Processes (2018), SPEES, pp. 323–333, 2019.

Коллектив лаборатории геотермомеханики, 2017

 

Алишаев  Мухтар   Гусейнович,

доктор технических наук,

главный научный сотрудник

                                

                                     

 

 

 

Щербуль Зинаида Захаровна,

кандидат геолого-минералогических наук,

старший научный сотрудник

 

  

 Булгакова  Наталья  Сергеевна,

 кандидат технических наук,

 старший научный сотрудник

 

 

 

         

 

                     

  

 Бейбалаев  Ветлугин  Джабраилович,

 кандидат физико-математических наук,

  старший научный сотрудник

      

 

                         

 

  Магомедов  Рамазан  Абдуллаевич,

  старший научный сотрудник

    

 

 

 

 

                 

         

 

  Гаджимагомедова  Салихат  Рамазановна, 

  научный сотрудник

    

 

 

 

 

 

 

                           

 

  Ахмедов  Энвер  Нариманович,

  младший научный сотрудник

                                

 

 

   

 

 

Мейланов Рашид  Русланович,

младший научный сотрудник

 

 

  

  Азизов  Габибулла  Абдуллаевич,

  ведущий инженер

 

 

 

 

 

                                

 

Текущая тематика лаборатории

- Исследования, направленные на обобщение концепции хрупкого и квазихрупкого разрушения на пороупругие среды.

- Постановка  и решение задач о фильтрационном течении теплоносителя с учетом фазовых переходов, теплообмена с окружающей средой и влияния гравитации в рамках известных и новой математических моделей.

- Исследование влияния климатических и антропогенных факторов на экологическое состояние аридных территорий.

- Проблема парообразования при добыче перегретой термальной воды и проблема конденсации пара в стволе нагнетательной скважины.

В сотрудничестве с лабораторией Энергетики (ранее с лабораторией Математического моделирования геотермальных процессов) также:

- создание математических моделей процессов тепломассопереноса в геотермальных коллекторах в рамках концепции фрактала и на основе нелокальных уравнений тепломассопереноса в дробном исчислении;

- расчет термодинамических параметров технически важных хладоагентов и их смесей на основе фрактального уравнения состояния,

- исследование состояния вещества при экстремально высоких температурах и давлениях, включающее моделирование, поиск и оптимизацию конфигураций многослойных мишеней в экспериментах с лазерным ударным сжатием, а также анализ экспериментальных данных.

Основные достижения лаборатории за последние годы

К основным результатам НИР относятся следующие:

- Предложены критерии абсолютной конвективной устойчивости сжимаемой жидкости и газа. Выведены необходимое, достаточное, а также необходимое и достаточное условия абсолютной конвективной устойчивости сжимаемой вязкой теплопроводной жидкости (газа).

- Исследованы свойства и закономерности нелинейной фильтрационной конвекции сильно сжимаемых газов и их смесей.

- Исследовано влияние эксплуатирующейся  геотермальной скважины на тепловое  поле окружающей среды, в том числе на теплообмен деятельного слоя почвы. 

- При извлечении тепловой энергии гидротермального пласта с поддержанием пластового давления обратной закачкой в пласт, для  случаев горизонтальных однородных пластов рассчитаны время стабильной температуры и время монотонного снижения температуры добываемой жидкости.

- Сформулирована математическая модель, и проведены исследования влияния теплоты фазового перехода при пересечении межфазной границы, и контрастности свойств фаз на условия возникновения фильтрационной конвекции.

- Получены результаты численного исследования фильтрационной конвекции трехкомпонентной изотермической смеси, насыщающей пористый массив прямоугольного сечения с учетом адсорбции.

- Исследовано влияние изменения температурного поля в приповерхностной зоне при эксплуатации геотермальной скважины на температурный режим грунтовых вод.

- Изучен процесс вытеснения термальной воды в мощных пластах закачиваемой пресной водой и охват вытеснением мощности пласта. Получены зависимости охвата вытеснения от темпов разработки залежи и геологического строения.

- Впервые получен  критерий развития трещины в пороупругой среде, учитывающий процессы фильтрации флюида в поровом пространстве. Он обобщает свой аналог для чисто упругой среды, полученный на основе концепции хрупкого и квазихрупкого разрушения Гриффитса и Ирвина.

- На основе предложенной математической модели изучены закономерности распределения  термомеханических полей в пласте вокруг добывающей скважины и в стволе самой скважины вплоть до устья. Исследованы стационарные, квазистационарные и нестационарные режимы течений пароводяной смеси с фазовыми переходами.

- С целью изучения  теплового воздействия искусственных источников  температурных полей  города на его микроклимат, проанализирован  современный фактический материал по температурному, аэрационному и влажностному режиму, позволивший выявить не только зоны, оказывающие отепляющее воздействие на геологическую среду, но и зоны с температурными аномалиями, приводящими к значительному тепловому загрязнению окружающей среды. Рассмотрено влияние длительной эксплуатации  геотермальной скважины на температурное поле деятельного слоя почвы.

- Изучены вопросы фильтрации в естественных трещинах залежей кристаллического фундамента, при наличии низко проницаемых блоков. Предложены формулы пропитки блоков закачиваемой водой, а также температурного режима вытеснения нефти. Даны постановки и получены решения простых задач пропитки блоков аналитическими методами.

В сотрудничестве с лабораторией Энергетики (ранее с лабораторией Математического моделирования геотермальных процессов) также:

– развитие теории теплопроводности и фильтрации на основе нелокальных уравнений в производных дробного порядка и приложение к задачам геотермии;

– развитие термодинамики сред с фрактальной структурой, вывод фрактального уравнения состояния и расчет сжимаемости для технически важных веществ, включая хладагенты.

Перспективы развития лаборатории определяются следующими направлениями: 

Термин «геотермомеханика» придуман для исследовательских работ в области механики горных пород, когда существенно влияние высоких температур на процессы, происходящие в насыщенных флюидами горных породах. Потребителями результатов исследований являются предприятия по добыче природных ресурсов: нефти, газа, конденсата, термальных и артезианских вод. В геотермии на больших глубинах технологические процессы связаны с высокими температурами, что оказывает существенное влияние на движение флюидов. Фильтрационные проблемы и движение по стволу скважин флюидов приходится рассматривать с учётом изменений температур и фазовых превращений – парообразования и выделения растворённого газа. Опираться приходится на решения сложных задач гидродинамики, связанных как с уравнением термодинамического состояния флюидов, так и их возможными фазовыми переходами. Исследования предполагают изучение возникновения конвективных процессов в насыщенных флюидами горных породах для разных уравнений состояния, изучение конвективных процессов в смесях и их влияния на теплообменные процессы, неизотермическую фильтрацию в пористых и трещиноватых средах с фазовыми переходами и выделением газов вблизи  забоев скважин. Тепловое загрязнение геологической среды, связанное с геотермальным производством, - наименее изученное явление, сопровождающее долговременную работу эксплуатационной термальной скважины. Изучение динамики изменения естественного температурного поля геотермального месторождения позволит прогнозировать повышение температуры на поверхности земли, в грунтовых водах, оценить выброс тепла в атмосферу и поверхностные воды. Развиваемая в рамках лаборатории тематика и полученные научные результаты могут быть использованы в проектной работе добывающих предприятий.

В связи с этим, перспективы развития лаборатории определяются следующими направлениями исследований:

- Исследования по обобщению модели фильтрации жидкости и газа в трещиновато пористой среде.

- Дальнейшие исследования в области фильтрационных течений теплоносителя с учетом фазовых переходов, теплообмена с окружающей средой и влияния гравитации в рамках известных и новой математических моделей. Математическое исследование устойчивости фильтрационных течений теплоносителя с фазовыми переходами.

- Оценка региональных экологических рисков связанных с разработкой и эксплуатацией геотермальных месторождений.

- Неизотермическая фильтрация  в  пористых и трещиноватых средах при фазовых переходах воды и учёте силы тяжести.

В рамках сотрудничества с лабораторией Энергетики и под руководством г.н.с. лаб. Энергетики д.ф.-м.н. А.А. Аливердиева также:

- дальнейшее развитие теории тепломассопереноса на основе нелокальных уравнений теплопроводности и фильтрации и исследование распределения температуры в геотермальной скважине и области возмущения вокруг скважины;

- расчет теплофизических свойств важных в фундаментальных и прикладных аспектах веществ (включая горные породы), в том числе при высоких давлениях и температурах, сравнительный анализ различных моделей и результатов натурных экспериментов;

- расчет, моделирование и интерпретация результатов экспериментов (в том числе совместных) по ударному сжатию и исследованию экстремальных состояний вещества с учетом лучистого теплообмена, пространственно-временных профилей драйвера и др.;

- разработка задачи Стефана на основе дробного исчисления, и его приложения к задачам отбора тепла в поверхностных слоях с учетом фазовых переходов;

- построение равновесной и неравновесной термодинамики систем с фрактальной структурой, и приложение к задачам геотермии.