Математическое моделирование процесса образования гидрата в пласте насыщенного снегом при нагнетании холодного газа
DOI:
https://doi.org/10.7242/1999-6691/2016.9.2.15Ключевые слова:
газовые гидраты, нагнетание метана в пласт, холодный газ, снегонасыщенный газоносный пласт, равновесный режим, автомодельное решение, метод стрельбыАннотация
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
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
Выпуск
Раздел
Лицензия
Copyright (c) 2016 Вычислительная механика сплошных сред
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial» («Атрибуция — Некоммерческое использование») 4.0 Всемирная.