Особенности образования и разложения газогидратов в пористой среде при инжекции газа

• Автор: Хасанов, Марат Камилович
• Шифр специальности: 01.02.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Тюмень
• Количество страниц: 113 с. : ил.

ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ АНАЛИЗ ВОПРОСОВ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ
ОБРАЗОВАНИЯ И РАЗЛОЖЕНИЯ ГАЗОГИДРАТОВ В ПОРИСТЫХ СРЕДАХ
1.1. Некоторые сведения о газовых гидратах
1.2. Исследования, посвященные математическому моделированию процессов образования и разложения газогидратов в пористых средах
1.3. Основные уравнения и допущения
ГЛАВА 2. ОБРАЗОВАНИЕ ГАЗОГИДРАТА В ПОРИСТОЙ СРЕДЕ ПРИ ИНЖЕКЦИИ ХОЛОДНОГО ГАЗА
2.1. Образование гидрата в диффузионном режиме
2.2. Плоскосимметричная задача о фронтальном образовании газового гидрата
2.3. Задача об образовании газогидрата в осесимметричной постановке с фронтальной поверхностью фазовых переходов
2.4. Анализ решений плоскосимметричной и осесимметричной задач с фронтальной границей образования твердой фазы
2.5. Плоскосимметричная задача об образовании газогидрата в протяженной области
2.6. Осесимметричная задача об объемном образовании газового гидрата
2.7. Анализ решений с объемной областью образования газогидрата
ГЛАВА 3. РАЗЛОЖЕНИЕ ГАЗОГИДРАТА В ПОРИСТОЙ СРЕДЕ ПРИ ИНЖЕКЦИИ ТЕПЛОГО ГАЗА
3.1. Задача о диссоциации газового гидрата на фронтальной поверхности
3.2. Решение задачи об объемной диссоциации газогидрата
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

Процессы образования и разложения газогидратов в настоящий момент представляют значительный практический интерес. За последние десятилетия накоплен большой объем информации по распространению скоплений газа в твердом гидратном состоянии. Имеются сведения о более чем ста газогидратных залежей, выявленных как в недрах Земли, так и на дне Мирового океана и распространенных по всему миру [8, 21, 25, 29, 50]. К настоящему времени разведанные запасы углеводородного сырья (в основном метана) в газогидратном виде весьма велики и заметно превышают запасы природного газа в свободном состоянии [6, 39, 60]. В связи с этим за последние годы резко возрос интерес к исследованиям и разработкам технологий, позволяющих использовать широко распространенные в природе газовые гидраты в виде альтернативного углеводородного сырья [24, 25, 29]. Кроме того, многие технологические процессы в нефтегазовой отрасли сопровождаются образованием и отложением газовых гидратов, как в пласте, так и в системах подземного и наземного оборудования нефтяных и газовых месторождений [15, 39]. В настоящее время в большинстве случаев гидратообразование носит чаще негативный характер, связанный с аварийными остановками из-за «склероза» установок и с последующими затратами на устранение таких осложнений [24, 29]. Однако процессы гидратообразования могут иметь и положительный аспект, например, использованы для увеличения емкости подземных резервуаров для хранения углеводородного газа [23]. Такая возможность обусловлена резким ростом массового содержания газа в газогидратном состоянии в единице объема по сравнению со свободным состоянием при той же температуре и давлении [7]. Также в целях уменьшения объема парниковых газов и их последующего безопасного захоронения рядом исследователей предлагается подземная газогидратная консервация данных газов [59], которая обеспечивает высокий уровень безопасности хранения и имеет небольшие энергетические затраты.

Для разработки научных основ технологий, позволяющих практически использовать процессы разложения и образования газовых гидратов в пористых средах необходимо построение адекватных математических моделей, расширяющих теоретические представления о теплофизических и гидродинамических особенностях данных процессов, что определило цель настоящей работы:
- теоретическое изучение процессов, происходящих в пористых структурах, насыщенных газом, водой и гидратом, при закачке в них холодного или теплого газа;
- математическое исследование воздействия на насыщенные газом, водой и гидратом пористые среды посредством инжекции холодного или горячего газа;
- анализ влияния различных параметров, определяющих состояние пористой среды, а также интенсивности воздействия на динамику гидродинамических и температурных полей.
Научная новизна заключается в следующем:
•решены автомодельные задачи о закачке холодного газа в пористую среду, насыщенную газом и водой и о закачке теплого газа в пористую среду, насыщенную газом и гидратом; построены аналитические решения данных задач, описывающие распределения основных параметров в пласте.
•установлены основные закономерности разложения и образования газогидратов в пористых пластах при инжекции газа в зависимости от интенсивности закачки и исходных параметров пористой среды.
•показано, что при инжекции холодного газа в пористую среду, насыщенную газом и водой, возможны различные режимы образования газогидрата, соответствующие формированию, как фронтальной поверхности, так и объемной области фазовых переходов.
•получены критические условия, разделяющие разные режимы образования газогидрата.

Рис. 2.4.8. Распределение температуры пласта (1), равновесной температуры (2) и давления. Осесимметричная задача, случай переохлаждения воды за фронтом: (3& = 0,1 кг/(м-с).