Выдвигаемый цикл работ состоит из докторской диссертации и цикла статей, продолжающих исследования диссертационной работы.
Климатические изменения на Земле связывают с антропогенными выбросами парниковых газов в атмосферу. Активная борьба с глобальным потеплением, в том числе введение налогов и квот на эмиссию углекислого газа, трансграничное углеродное регулирование и стремление к созданию углеродно-нейтральной экономики, требует трансформации традиционных энергосистем, в основе которых лежит использование ископаемого топлива. Обеспечение нулевого баланса выбросов углекислого газа требует создания перспективных решений в области декарбонизации топливно-энергетического комплекса. Одним из таких решений является подземное хранение газов и энергии, в том числе захоронение углекислого газа в водонасыщенных и нефтяных пластах. В выдвигаемой диссертации развиты методы математического моделирования многофазных течений, сопровождающих закачку углекислого газа в проницаемые геологические пласты. Для исследования таких течений разработаны новые модели и методы трехмерного цифрового моделирования, сопряженного со сложными термодинамическими расчетами парожидкостных равновесий многокомпонентных смесей. В рамках мультидисциплинарных исследований, включающих в себя расчет экономических показателей использования недр, разработаны новые методы определения наиболее рентабельных режимов водогазового воздействия на нефтяные пласты, которое основывается на закачке углекислого газа для его захоронения и повышения нефтеотдачи. Разработан гибридный алгоритм расчета таких режимов закачки, предполагающий использование как стохастических, так и градиентных методов оптимизации. Исследована перспективность закачки сверхкритического углекислого газа и многокомпонентных дымовых газов в подземные хранилища природного газа с целью повышения эффективности эксплуатации таких объектов, замещения буферного газа и захоронения углекислого газа. Показано, что таким способом можно захоронить значительные объемы углекислого газа, существенно превышающие рабочий объем хранилища. Проведены фундаментальные исследования, в рамках которых построены автомодельные и асимптотические решения, описывающие различные аспекты фильтрации при нагнетании углекислого газа в водонасыщенный пласт.
Значительная часть цикла работ связана с исследованием гидротермальных систем и ресурсов, что особенно актуально для декарбонизации в рамках энергоперехода на безопасные для климата альтернативные источники энергии. Показано, что под многими вулканами находятся нагретые линзы раствора соли, которые могут содержать в растворенном виде миллионы тон цветных металлов. Таким образом, выдвигаемые результаты исследований служат основой для революционного взгляда на вулканы, предполагающего их рассмотрение как альтернативы для имеющихся минеральных ресурсов, необходимых для повсеместного внедрения «зеленой» энергетики. Для исследования различных геотермальных ресурсов, в том числе кимберлитовых трубок, разработаны методы расчета фильтрации с учетом геохимических процессов. Объяснено поведение ряда гидротермальных систем, связанное с риском катастрофических извержений. Построены новые модели фильтрации при высоких температурах с учетом вязкопластического деформирования горных пород и динамического изменения проницаемости, позволившие объяснить фокусировку магматических газов в области хрупко-пластического перехода и образование медно-порфировых месторождений. Классифицированы и объяснены режимы тепловой конвекции в трещиновато-пористых средах.