Численное исследование процессов образования и разложения газовых гидратов в пористых средах конечной протяженности

• Автор: Столповский, Максим Владимирович
• Шифр специальности: 01.02.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Уфа
• Количество страниц: 113 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ ПО ПРОЦЕССАМ ОБРАЗОВАНИЯ И РАЗЛОЖЕНИЯ ГАЗОВЫХ ГИДРАТОВ В ПОРИСТЫХ
СРЕДАХ
1Л. Некоторые сведения о газовых гидратах и газогидратных технологиях
1.2. Обзор литературы, посвященный исследованию процессов образования и разложения газогидратов в пористых
средах
ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ОБРАЗОВАНИЯ
ГАЗОВЫХ ГИДРАТОВ В ПОРИСТЫХ ПЛАСТАХ, НАСЫЩЕННЫХ ГАЗОМ И ВОДОЙ
2.1. Основные уравнения, описывающие тепло- и массоперенос в пористой среде
2.2.1 Постановки плоскоодномерной и осесимметричной задач об образовании газогидрата в пластах конечной длины
2.2.2 Начальные и граничные условия
2.3. Алгоритм численного решения задачи
2.4. Образование газовых гидратов при продувке пластов газом
ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ РАЗЛОЖЕНИЯ ГАЗОВЫХ
ГИДРАТОВ ПРИ ТЕПЛОВОМ И ДЕПРЕССИОННОМ ВОЗДЕЙСТВИЯХ
3.1. Разложение газогидрата в пористом пласте при тепловом и депрессионном воздействиях на пласт с непроницаемой границей
3.2. Разложение газогидрата при продувке пласта
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
ВВЕДЕНИЕ

Газовые гидраты представляют собой твердые соединения молекул газа и воды, существующие при определенных давлениях и температурах. В природе газовые гидраты образуются в глубоководных акваториях морей й океанов (в основном на континентальных склонах и подводных поднятиях, в условиях высокого давления' и низких температур) и в- районах вечной» мерзлоты—главным образом, из углеводородных газов; чаще всего метана. В настоящий момент природные газовые гидраты рассматриваются как перспективные источники углеводородного сырья. Согласно оценкам, запасы природного газа, сосредоточенного в газогидратной фазе,, весьма значительны и заметно превышают разведанные запасы газа в свободном» состоянии [7, 48, 80]. Поэтому газовые гидраты рассматриваются как возможный альтернативный источник энергетического сырья, топливо будущего [32, 37]. Высокое содержание газа в гидратном состоянии в единице объема по сравнению со свободным, состоянием при той» же температуре и давлении приводит к развитию газогидратных технологии, например, для хранения; и транспортировки газа, что особенно важно в» ситуациях, когда есть инфраструктурные ограничения- например такие, как отсутствие трубопроводов.
Несмотря на привлекательность использования газогидратов в качестве перспективного и экологически чистого топлива, обладающего огромными ресурсами, поиски, разведка и разработка их месторождений сопряжены с трудностями, возникающими при обеспечении технической и экологической безопасности проведения работ. Так, гидраты, существующие при температурах и давлениях близких к условиям их разложения, представляют потенциальную экологическую опасность — в случае смещения теплового равновесия освободившийся метан может внести весомый вклад в «парниковый эффект». Неизбежное изменение термобарических и геологотехнических условий в горных породах и отложениях, а также в технических

системах (скважины, трубопроводы, технологические циркуляционные системы) вызывает образование так называемых техногенных гидратов [19, 48]. С проблемой техногенного гидратообразования. впервые столкнулись нефтяники и газовики, когда основные объемы работ стали неуклонно перемещаться на Север. Образование при благоприятных термобарических условиях в призабойной зоне и стволах скважин техногенных газовых гидратов создает дополнительные сопротивления и пробки при движении нефти и газа с последующими затратами на их устранение [30; 37].
Все вышесказанное и определяет актуальность проведенного исследования процессов, происходящих в пористых средах конечной протяженности с учетом образованиям разложения газовых гидратов
Основной целью диссертационной, работы является теоретическое исследование процессов образования, и. разложения, газовых гидратов применительно к проблемам разработки газогидратных месторождений, вопросам консервации и хранения, углеводородного сырья в гидратном состоянии. Для реализации данной цели в диссертационной работе:
- проведено изучение процессов, происходящих в пористых средах конечной, длины, изначально насыщенных газом, гидратом и водой при* нагнетании или отборе газа;
- осуществлен анализ влияния исходных параметров среды и условий на внешних границах пласта на особенности протекания процессов образования (разложения) газовых гидратов и эволюции границ фазовых переходов.
Научная новизна заключается в следующем:
• впервые решены задачи об образовании и разложении газового гидрата в пористой среде конечных размеров, описаны этапы реализации данных процессов, получены распределения основных параметров в пластовой системе (температуры, давления и гидратонасыщенности);
• показано, что в случае нагнетания в пласт холодного (с температурой ниже температуры пласта) газа при определенных начальных и граничных

Используя (2.2.4) и исключая из (2.2.25) значения | — | и

'ЭТУ
получим:
М, Т. Эху(л) Це
ША Ф

= /ях,

„. , р.Ф.. а4( -х;„)Р|

Р.«(»)

(2.2.26)
Аналогично, применив к (2.2.16) закон Дарси (2.2.5) и уравнение состояния совершенного газа получим соотношения, для нахождения параметров пласта на поверхности х = х(а):
к*4) ( Ф
Г Ф|
/их,

о- _ с+
/>( (2.2.27)

С'')
Эх у
: тРкна)л)

Так как >0 и х(<,} >0, то из последней системы с учетом того, что газонасыщенность промежуточной области величина постоянная т.е. ( Б~Ы) = ), получим следующие неравенства:

Эх;№ их

( (дТ V ЧЭх

Тогда с учетом соотношений (2.2.4) можно получить следующее неравенство: