Численное исследование разложения гидратов идеального газа в пласте при понижении давления и одновременном нагревании
Ключевые слова:
фазовый переход, термодинамическое равновесие, теплопроводность, водонасыщенность, гидратонасыщенность, давление, плотность, фильтрация, газовые гидраты
Аннотация
Построена и численно реализована математическая модель процесса разложения гидратов, сосуществующих в термодинамически равновесном состоянии в пласте, путем снижения давления и повышения температуры на галерее скважин. В системе связанных уравнений тепломассопереноса уравнение сохранения энергии содержит слагаемые, учитывающие конвективный и кондуктивный перенос тепла, а также скрытую теплоту фазового перехода. Для описания данного процесса разработана и численно реализована математическая модель без явного выделения подвижной границы раздела областей с фазовым переходом и без фазового перехода. Численно реализована математическая модель, разработанная Г. Г. Цыпкиным в 2009 г. Приведены результаты численных расчетов в виде графиков. Показано что при определенных значениях депрессии и начальной гидратонасыщенности значение последней на скважине приближается к нулю. Показано что при малых значениях начальной гидратонасыщенности даже достаточно сильный нагрев мало влияет на динамику подвижной границы, разделяющей область с фазовым переходом и область без фазового перехода.
Литература
[1] Бык С. Ш., Макогон Ю. Ф., Фомина В. И. Газовые гидраты. М.: Химия, 1980.
[2] Galicia-Andrés E., Medeiros M. Hydrate equilibrium modeling with the cubic two-state equation of state // J. Mex. Chem. Soc. 2016. V. 60, N 4. P. 226–237.
[3] Hossein A., Dehaghani S., Badizad M. H. Thermodynamic modeling of gas hydrate formation in presence of thermodynamic inhibitors with a new association equation of state // Fluid Phase Equilibria. 2016. V. 427. P. 328–339. doi.org/10.1016/j.fluid.2016.07.021
[4] Хайруллин М. Х., Морозов П. Е., Абдуллин А. И., Шамсиев М. Н. Моделирование процессов образования и разложения газовых гидратов в пористой среде при депрессионном воздействии // Вестн. МГТУ. 2013. T. 16, № 4. C. 803–807.
[5] Jozian S., Vafajoo L. Mathematical modeling of the gas hydrate formation in a 90◦ elbow utilizing CFD technique // Chem. Eng. Trans. 2018. V. 70. P. 2167–2172. DOI: 10.3303/CET1870362
[6] Мусакаев Н. Г., Бородин С. Л., Хасанов М. К. Динамика разложения газовых гидратов в пористой среде с учетом формирования льда // Вестн. Тюмен. гос. ун-та. Физ.-мат. моделирование. Нефть, газ, энергетика. 2017. Т. 3, № 1. С. 46–57. DOI: 10.21684/2411–7978–2017–3–1–46–57
[7] Цыпкин Г. Г. Образование гидрата при инжекции жидкой двуокиси углерода в пласт, насыщенный метаном и водой // Изв. РАН. Механика жидкости и газа. 2016. № 5. С. 99–107.
[8] Гималтдинов И. К., Столповский М. В., Додова М. И. Численное решение задачи об образовании гидрата двуокиси углерода в пористом пласте, изначально насыщенном гидратом метана // Изв. Томск. политехн. ун-та. Инжиниринг георесурсов. 2017. Т. 328, № 6. С. 91–98.
[9] Shagapov V. Sh., Khasanov M. K. Regimes of methane recovery from gas hydrate on injection of “warm” carbon dioxide into a porous medium // High Temperature. 2017. V. 55, N 5. P. 737–745. DOI: 10.1134/S0018151X17050170
[10] Khasanov M. K. Mathematical model of formation of carbon dioxide hydrate upon injection of carbon dioxide into a methane hydrate stratum // Theor. Found. Chem. Eng. 2017. V. 51, N 5. P. 647–657.
[11] Tsypkin G. G. Formation of carbon dioxide hydrate at the injection of carbon dioxide into a depleted hydrocarbon field // Fluid Dyn. 2014. V. 49, N 6. P. 789–795.
[12] Хасанов M. K. Инжекция жидкого сероводорода в пласт, насыщенный нефтью и водой // Вестн. Тюмен. гос. ун-та. Физ.-мат. моделирование. Нефть, газ, энергетика. 2017. Т. 3, № 2. С. 72–84.
[13] Столповский М. В., Щеглова Е. П. О нагреве пористой среды при образовании газовых гидратов // Вестн. Тюмен. гос. ун-та. Физ.-мат. моделирование. Нефть, газ, энергетика. 2016. Т. 2, № 2. С. 23–35.
[14] Хасанов М. К., Столповский М. В., Кильдибаева С. Р. Численное моделирование образования газогидрата в пористой среде при инжекции газа // Вестн. Башкир. ун-та. 2013. Т. 18, № 4. C. 969–972.
[15] Мусакаев Н. Г., Бородин С. Л., Бельских Д. С. Математическая модель и алгоритм решения задачи неизотермической фильтрации газа в пласте с учетом разложения гидрата // Вестн. Южно-Урал. гос. ун-та. Серия: Математика. Механика. Физика. 2017. Т. 9, № 2. С. 22–29. DOI: 10.14529/mmph170203
[16] Мусакаев Н. Г., Бородин С. Л., Бельских Д. С. Расчет параметров процесса нагнетания газа в насыщенный метаном и его гидратом пласт // Вестн. Тюмен. гос. ун-та. Физ.-мат. моделирование. Нефть, газ, энергетика. 2018. Т. 4, № 3. С. 165–178. DOI: 10.21684/2411–7978–2018–4–3–165–178
[17] Wang Y., Feng J. C., Li X. S., Zhang Y., Li G. Analytic modeling and large-scale experimental study of mass and heat transfer during hydrate dissociation in sediment with different dissociation methods // Energy. 2015. V. 90, part 2. P. 1931–1948. https: //doi.org/10.1016/j.energy.2015.07.029.
[18] Konno Y., Masuda Y., Akamine K., Naiki M., Nagao M. Sustainable gas production from methane hydrate reservoirs by the cyclic depressurization method // Energy Convers. Manage. 2016. V. 108. P. 439–445.
[19] Bondarev E. А., Rozhin I. I. , Argunova K. К. Moisture content of natural gas in bottom hole zone // J. Min. Inst. 2018. V. 233. P. 492–497. DOI: 10.31897/PMI.2018.5.492
[20] Цыпкин Г. Г. Формирование непроницаемого слоя при диссоциации гидрата метана в пористой среде // Изв. РАН. Механика жидкости и газа. 2017. № 5. С. 65–73.
[21] Попов В. В., Скрябина А. Р. Оценка энергетических затрат в тепловом методе разработки газогидратных залежей // Математические методы и вычислительная техника в горном деле. Новосибирск, 1987. С. 41–45.
[22] Бондарев Э. А., Попов В. В. Оценка эффективности забойных нагревателей при разрушении газовых гидратов // Тр. Рос. нефтегаз. техн. конф. и выставки «Мир технологий для уникальных ресурсов» (Крокус Экспо, Москва, 2–6 окт. 2006 г.). C. 104331. Soc. Petrol. Eng., 2006.
[23] Цыпкин Г. Г. Течения с фазовыми переходами в пористых средах. М.: Физматлит, 2009.
[24] Васильева М. В., Прокопьев Г. А. Численное решение задачи двухфазной фильтрации с неоднородными коэффициентами методом конечных элементов // Мат. заметки СВФУ. 2017. Т. 24. № 2. С. 46–62.
[25] Гаврильева У. С., Алексеев В. Н., Васильева М. В. Течение и перенос в перфорированных и трещиноватых областях с неоднородными граничными условиями Робина // Мат. заметки СВФУ. 2017. Т. 24. № 3. С. 65–77.
Поступила в редакцию
24-01-2019
Как цитировать
Попов, В. (2020) Численное исследование разложения гидратов идеального газа в пласте при понижении давления и одновременном нагревании, Математические заметки СВФУ, 26(4), сс. 83-97. doi: https://doi.org/10.25587/SVFU.2019.39.76.008.
Выпуск
Раздел
Математическое моделирование
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.