Математическое моделирование процесса образования гидрата в пласте насыщенного снегом при нагнетании холодного газа

Авторы

  • Владислав Шайхулагзамович Шагапов Институт механики и машиностроения Казанского научного центра РАН
  • Ангелина Сергеевна Чиглинцева Бирский Филиал Башкирского государственного университета
  • Алексей Александрович Русинов Бирский Филиал Башкирского государственного университета

DOI:

https://doi.org/10.7242/1999-6691/2016.9.2.15

Ключевые слова:

газовые гидраты, нагнетание метана в пласт, холодный газ, снегонасыщенный газоносный пласт, равновесный режим, автомодельное решение, метод стрельбы

Аннотация

Рассмотрена задача нагнетания холодного газа в пласт, в исходном состоянии насыщенный снегом и газом. При построении математической модели учтено, что нагнетание сопровождается гидратообразованием, и в зависимости от исходного состояния системы «снег + газ» и интенсивности инжекции газа могут возникать следующие характерные зоны в области фильтрации: «газ + гидрат», «газ + гидрат + снег», «газ + снег». С целью выявления особенностей процесса формирования гидрата в равновесном режиме начальные параметры, задающие состояния пласта и газа, выбирались на линии фазового равновесия системы «газ + снег + гидрат». Получено уравнение пьезопроводности в автомодельных координатах, решение которого сведено к решению двух обыкновенных дифференциальных уравнений 1-го порядка. Численная реализация проводилась с использованием метода Рунге-Кутты 4-го порядка и метода стрельбы. Построены автомодельные решения, описывающие распределения основных параметров (полей давления и температуры, насыщенностей фаз) в пласте. Выведено условие, согласно которому существует минимальный нагрев системы «газ + снег + гидрат», обеспечивающий полный переход снега в гидратное состояние. Показано, что возможны режимы как полного образования гидрата в объемной области и на фронтальной поверхности, так и частичного (в зависимости от начального состояния пласта и параметров, определяющих нагнетание газа). Установлено, что чем больше начальная снегонасыщенность пласта, тем интенсивнее протекает процесс формирования гидрата и меньше протяженность прогретой зоны. Выявлено, что существует некоторое характерное значение исходной насыщенности пласта снегом, при котором в зависимости от величины нагрева системы «газ + снег + гидрат» может появиться зона, заполненная только гидратной фазой.

Скачивания

Данные по скачиваниям пока не доступны.

Библиографические ссылки

Jadhawar P., Mohammadi A.H., Yang J., Tohidi B. Subsurface carbon dioxide storage through clathrate hydrate formation // Advances in the Geological Storage of Carbon Dioxide. Nato Science Series. - 2006. - Vol. 65. - P. 111-126. DOI
2. Нестеров А.Н. Кинетика и механизмы гидратообразования газов в присутствии поверхностно-активных веществ / Дисс.. д-ра хим. наук: 02.00.04. - Тюмень, Институт криосферы Земли СО РАН, 2006. - 280 с.
3. Макогон Ю.Ф. Гидраты природных газов. - М.: Недра, 1974. - 208 с.
4. Истомин В.А., Якушев В.С. Газовые гидраты в природных условиях. - М.: Недра, 1992. - 236 с.
5. Sloan E.D., Koh C.A. Clathrate hydrates of natural gases. - CRC Press, Taylor & Francis group, 2008. - 119 p.
6. Шагапов В.Ш., Чиглинцева А.С., Русинов А.А. О миграции пузырьков в условиях образования гидрата // ПМТФ. - 2015. - Т. 56, № 2. - С. 43-52. DOI
7. Любимова Т.П., Циберкин К.Б. Моделирование диссоциации зерна гидрата метана в пористой матрице // Вычисл. мех. сплош. сред. - 2013. - Т. 6, № 1. - С. 119-124. DOI
8. Чувилин Е.М., Козлова Е.В. Исследования формирования мерзлых гидратосодержащих пород // Криосфера Земли. - 2005. - T. IX, № 1. - С. 73-80.
9. Chuvilin E.M., Kozlova E.V., Makhonina N.A., Yakushev V.S. Experimental investigation of gas hydrate and ice formation in methane saturated sediments // Proc. of the 8th Int. Conf. on Permafrost, 21-25 July, 2003, Zurich, Switzerland. - P. 145-150.
10. Чувилин Е.М., Гурьева О.М. Экспериментальное изучение образования гидратов С02 в поровом пространстве промерзающих и мерзлых пород // Криосфера Земли. - 2009. - Т. XIII, № 3. - С. 70-79.
11. Шагапов В.Ш., Хасанов М.К., Мусакаев Н.Г. Образование газогидрата в пористом резервуаре, частично насыщенном водой, при инжекции холодного газа // ПМТФ. - 2008. - Т. 49, № 3. - С. 137-150. DOI
12. Хасанов М.К., Гималтдинов И.К., Столповский М.В. Особенности образования газогидратов при нагнетании холодного газа в пористую среду, насыщенную газом и водой // ТОХТ. - 2010. - Т. 44, № 4. - С. 442-449. DOI
13. Шагапов В.Ш., Хасанов М.К., Гималтдинов И.К., Столповский М.В. Численное моделирование образования газогидрата в пористой среде конечной протяженности при продувке газом // ПМТФ. - 2011. - Т. 52, № 4. - С. 116-126. DOI
14. Хасанов М.К. Исследование режимов образования газогидратов в пористой среде, частично насыщенной льдом // Теплофизика и аэромеханика. - 2015. - Т. 22, № 2. - С. 255-266. DOI
15. Хасанов М.К., Доровская М.С. Математическая модель инжекции холодного газа в пористую среду, частично насыщенную льдом // Фундаментальные исследования. - 2014.- № 9-4. - С. 741-746.
16. Мусакаев Н.Г., Хасанов М.К. Фронтальная схема образования гидрата при нагнетании углекислого газа в насыщенный метаном и льдом пласт // XIV Всероссийский семинар «Динамика многофазных сред», приуроченный к 75-летию академика РАН Фомина В.М., Новосибирск, 2-5 ноября 2015 г. - С. 267-268.
17. Цыпкин Г.Г. Математическая модель инжекции углекислого газа в пласт с образованием гидрата // ДАН. - 2014. - Т. 458, № 4. - С. 422-425. DOI
18. Цыпкин Г.Г. Образование гидрата углекислого газа при его инжекции в истощенное месторождение углеводородов // МЖГ. - 2014. - № 6. - С. 101-108. DOI
19. Цыпкин Г.Г. Течения с фазовыми переходами в пористых средах. - М.: Физматлит, 2009. - 232 с.
20. Шагапов В.Ш., Хасанов М.К., Гималтдинов И.К., Столповский М.В. Особенности разложения газовых гидратов в пористых средах при нагнетании теплого газа // Теплофизика и аэромеханика. - 2013. - Т. 20, № 3. - С. 347-354. DOI
21. Нигматулин Р.И. Динамика многофазных сред. - М.: Наука, 1987. - Ч. 1. - 464 с., Ч. 2. - 360 с.
22. Нурисламов О.Р., Шагапов В.Ш. Нагнетание газа во влажную пористую среду с образованием газогидрата // ПММ. - 2009. - Т. 73, № 5. - С. 809-823. DOI
23. Баренблатт Г.И., Ентов В.М., Рыжик В.М. Движение жидкостей и газов в природных пластах. - М.: Недра, 1984. - 208 с.
24. Никифоров А.И., Садовников Р.В., Никифоров Г.А. О переносе дисперсных частиц двухфазным фильтрационным потоком // Вычисл. мех. сплош. сред. - 2013. - Т. 6, № 1. - С. 47-53. DOI
25. Durham W., Stern L., Kirby S., Circone S. Rheological comparisons and structural imaging of sI and sII end-member gas hydrates and hydrate/sediment aggregates // Proceedings of the 5th International Conference on Gas Hydrates, Trondheim, Norway, June 2005. - P. 606-613.
26. Bagherzadeh S.A., Alavi S., Ripmeester J., Englezos P. Formation of methane nano-bubbles during hydrate decomposition and their effect on hydrate growth // J. Chem. Phys. - 2015 . - Vol. 142. - 214701. DOI
27. Бахвалов Н.С. Численные методы (анализ, алгебра, обыкновенные дифференциальные уравнения). - М.: Наука, 1975. - 632 с.
28. Вержбицкий В.М. Численные методы (математический анализ и обыкновенные дифференциальные уравнения): Учеб. пособие для вузов. - М.: Высшая школа, 2001. - 382 с.

Загрузки

Опубликован

2016-06-30

Выпуск

Раздел

Статьи

Как цитировать

Шагапов, В. Ш., Чиглинцева, А. С., & Русинов, А. А. (2016). Математическое моделирование процесса образования гидрата в пласте насыщенного снегом при нагнетании холодного газа. Вычислительная механика сплошных сред, 9(2), 173-181. https://doi.org/10.7242/1999-6691/2016.9.2.15