Моделирование образования и диссоциации гидратов при разработке и эксплуатации нефтяных и газовых месторождений

• Автор: Шостак, Никита Андреевич
• Шифр специальности: 25.00.17
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Краснодар
• Количество страниц: 118 с. : ил.

Содержание
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1 ОБЗОР СУЩЕСТВУЮЩИХ ТЕОРЕТИЧЕСКИХ АСПЕКТОВ ПРОЦЕССОВ ОБРАЗОВАНИЯ И ДИССОЦИАЦИИ ГИДРАТОВ
1Л Общие сведения о гидратах
1ЛЛ Структура гидратов
1 Л.2 Условия образования и диссоциации гидратов
1.2 Теоретические аспекты кинетики роста гидратов
1.2.1 Существующие физические модели
1.2.2 Аналитические зависимости роста гидратов
1.3 Аспекты кинетики диссоциации гидратов
Выводы к главе
ГЛАВА 2 РАЗРАБОТКА ФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ОБРАЗОВАНИЯ И ДИССОЦИАЦИИ ГИДРАТОВ КОМПОНЕНТОВ ПРИРОДНЫХ И НЕФТЯНЫХ ГАЗОВ
2.1 Образование гидратов
2.2 Диссоциация гидратов
Выводы к главе
ГЛАВА 3 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДОСТОВЕРНОСТИ И ТОЧНОСТИ РАЗРАБОТАННОЙ МОДЕЛИ
3.1 Расчетные исследования
3.1.1 Расчет констант Ленгмюра
3.1.2 Расчет степеней заполнения полостей гидрата
3.1.3 Расчет гидратного числа
3.1.4 Расчет теплоты образования (диссоциации) гидратов
3.1.5 Расчет плотности гидратов
3.1.6 Расчет молярной массы гидратов
3.2 Анализ результатов исследования
3.2.1 Анализ результатов по энергиям образования (диссоциации) гидрата в системе газ — жидкая фаза воды
3.2.2 Анализ результатов по энергиям образования (диссоциации) гидрата в системе газ - лед
3.2.3 Анализ результатов по плотностям гидратов
3.2.4 Анализ результатов по молярным массам гидратов
Выводы к главе
ГЛАВА 4 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ ОБРАЗОВАНИЯ И ДИССОЦИАЦИИ ГИДРАТОВ
4.1 Рост гидратов
4.1.1 Образование гидратов при непосредственном контакте газа и воды
4.1.2 Образование гидратов при отводе от них тепла через стенку
4.1.3 Образование гидратов в условиях дросселирования влажного газа.
4.1.4 Образование гидратов в условиях адиабатического расширения влажного газа
4.2 Диссоциация гидратов
4.2.1 Диссоциация гидратов при подводе к ним тепла через стенку
4.2.2 Диссоциация гидратов при непосредственном контакте с ними теплоносителя
4.2.3 Диссоциация гидратов при. совместном воздействии на них тепла и антигидратных реагентов
Выводы к главе
ГЛАВА 5 НОВЫЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ НА ОСНОВЕ РАЗРАБОТАННОЙ МОДЕЛИ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ДОБЫЧИ НЕФТИ И ГАЗА
5.1 Гидравлический разрыв пласта для интенсификации добычи углеводородов
5.2 Технология добычи газа из природных гидратов
Выводы к главе 5
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
ПРИЛОЖЕНИЕ А
ПРИЛОЖЕНИЕ Б
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность проблемы
Газовые гидраты (в дальнейшем просто гидраты) - твердые кристаллические соединения, образующиеся при определенных термобарических условиях из газов и воды (парообразной, жидкой и твердой фаз). По структуре они являются клатра-тами, в водных кристаллических решетках которых находятся молекулы газа. Гидраты относят к классу веществ, не являющихся химическими соединениями. История изучения образования и диссоциации гидратов насчитывает более 230 лет.
В нефтяной и газовой промышленности гидраты в основном являются негативным фактором. Гидратообразование в призабойной зоне, стволах скважин осложняют добычу углеводородов, уменьшая дебиты. В системах сбора нефти и газа гидраты при определенных термобарических условиях отлагаются на стенках трубопроводов и повышают их гидравлические сопротивления, тем самым увеличивая энергетические затраты. Присутствие гидратов в потоках извлекаемого из недр флюида повышает износ сборных коллекторов, уменьшая их ресурс. В системах промысловой подготовки углеводородов (в теплообменном оборудовании, сепараторах, дросселирующих устройствах, эжекторах) гидратоотложение ухудшает технологические процессы. Образование гидратов в машинах и агрегатах (компрессорных, детандерных) систем сбора и подготовки приводит к авариям. В трубопроводном транспорте газа их отложение уменьшает эффективность его работы.
Однако гидраты не только негативный фактор, затрудняющий добычу, сбор, подготовку и трубопроводный транспорт углеводородов - они являются природным ресурсом. Природные гидраты являются одной из форм существования газа в недрах. Запасы природного газа в гидратном состоянии оцениваются порядка 2-1016 м3. На долю России приходится 1014 - 1015 м3. Они являются перспективным источником углеводородного газа.
Для решения проблем, связанных с борьбой с техногенными гидратами и добычей газа из природных гидратов, необходимо уметь рассчитывать основные параметры их образования и диссоциации. Другими словами, необходимо иметь физико-математических аппарат, с помощью которого возможно решение многопла-
<0-6_1_ь I .—1—1—I—I 1—I—I—1—1—.—I—I—1—ь—I —
190 210 230 250 270
Температура, К
Рисунок 1.11- Средняя скорость диссоциации гидрата метана, рассчитанная по времени разложения 50 % гидрата после сброса давления до 0,1, 1,0 и 2,0 МПа
при различных температурах
Минимальная скорость диссоциации наблюдалась при температуре 268±1 К. Во всех экспериментах при этой температуре разлагалось менее 20 % гидрата, а остальная часть сохранялась в течение 20 часов после сброса давления. В некоторых экспериментах около 40 % гидрата метана разлагалось в течение 160 часов, в других - около 50 % в течение 410 часов. Аномально низкие скорости диссоциации гидратов метана при температурах 242-271 К и сохранение как минимум 10 % гидрата от нескольких часов до нескольких недель было названо «аномальной консервацией» гидратов.
Другая серия экспериментов авторов [126-128] посвящена исследованиям влияния давления на скорость разложения гидратов метана. В экспериментах давление сбрасывалось до 1 или 2 МПа, после чего скорость диссоциации гидратов измерялась в диапазоне температур от 250 до 288 К. Полученная температурная зависимость скорости диссоциации гидрата метана под давлением 1 МПа эквидистантна зависимости при 0,1 МПа, однако нижняя граница области аномальной консервации зафиксирована при температуре 250 К (рисунок 1.11).