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.
###
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. Nesterov A.N. Kinetika i mehanizmy gidratoobrazovania gazov v prisutstvii poverhnostno-aktivnyh vesestv / Diss.. d-ra him. nauk: 02.00.04. - Tumen’, Institut kriosfery Zemli SO RAN, 2006. - 280 s.
3. Makogon U.F. Gidraty prirodnyh gazov. - M.: Nedra, 1974. - 208 s.
4. Istomin V.A., Akusev V.S. Gazovye gidraty v prirodnyh usloviah. - M.: Nedra, 1992. - 236 s.
5. Sloan E.D., Koh C.A. Clathrate hydrates of natural gases. - CRC Press, Taylor & Francis group, 2008. - 119 p.
6. Sagapov V.S., Ciglinceva A.S., Rusinov A.A. O migracii puzyr’kov v usloviah obrazovania gidrata // PMTF. - 2015. - T. 56, No 2. - S. 43-52. DOI
7. Lubimova T.P., Ciberkin K.B. Modelirovanie dissociacii zerna gidrata metana v poristoj matrice // Vycisl. meh. splos. sred. - 2013. - T. 6, No 1. - S. 119-124. DOI
8. Cuvilin E.M., Kozlova E.V. Issledovania formirovania merzlyh gidratosoderzasih porod // Kriosfera Zemli. - 2005. - T. IX, No 1. - S. 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. Cuvilin E.M., Gur’eva O.M. Eksperimental’noe izucenie obrazovania gidratov S02 v porovom prostranstve promerzausih i merzlyh porod // Kriosfera Zemli. - 2009. - T. XIII, No 3. - S. 70-79.
11. Sagapov V.S., Hasanov M.K., Musakaev N.G. Obrazovanie gazogidrata v poristom rezervuare, casticno nasysennom vodoj, pri inzekcii holodnogo gaza // PMTF. - 2008. - T. 49, No 3. - S. 137-150. DOI
12. Hasanov M.K., Gimaltdinov I.K., Stolpovskij M.V. Osobennosti obrazovania gazogidratov pri nagnetanii holodnogo gaza v poristuu sredu, nasysennuu gazom i vodoj // TOHT. - 2010. - T. 44, No 4. - S. 442-449. DOI
13. Sagapov V.S., Hasanov M.K., Gimaltdinov I.K., Stolpovskij M.V. Cislennoe modelirovanie obrazovania gazogidrata v poristoj srede konecnoj protazennosti pri produvke gazom // PMTF. - 2011. - T. 52, No 4. - S. 116-126. DOI
14. Hasanov M.K. Issledovanie rezimov obrazovania gazogidratov v poristoj srede, casticno nasysennoj l’dom // Teplofizika i aeromehanika. - 2015. - T. 22, No 2. - S. 255-266. DOI
15. Hasanov M.K., Dorovskaa M.S. Matematiceskaa model’ inzekcii holodnogo gaza v poristuu sredu, casticno nasysennuu l’dom // Fundamental’nye issledovania. - 2014.- No 9-4. - S. 741-746.
16. Musakaev N.G., Hasanov M.K. Frontal’naa shema obrazovania gidrata pri nagnetanii uglekislogo gaza v nasysennyj metanom i l’dom plast // XIV Vserossijskij seminar <>, priurocennyj k 75-letiu akademika RAN Fomina V.M., Novosibirsk, 2-5 noabra 2015 g. - S. 267-268.
17. Cypkin G.G. Matematiceskaa model’ inzekcii uglekislogo gaza v plast s obrazovaniem gidrata // DAN. - 2014. - T. 458, No 4. - S. 422-425. DOI
18. Cypkin G.G. Obrazovanie gidrata uglekislogo gaza pri ego inzekcii v istosennoe mestorozdenie uglevodorodov // MZG. - 2014. - No 6. - S. 101-108. DOI
19. Cypkin G.G. Tecenia s fazovymi perehodami v poristyh sredah. - M.: Fizmatlit, 2009. - 232 s.
20. Sagapov V.S., Hasanov M.K., Gimaltdinov I.K., Stolpovskij M.V. Osobennosti razlozenia gazovyh gidratov v poristyh sredah pri nagnetanii teplogo gaza // Teplofizika i aeromehanika. - 2013. - T. 20, No 3. - S. 347-354. DOI
21. Nigmatulin R.I. Dinamika mnogofaznyh sred. - M.: Nauka, 1987. - C. 1. - 464 s., C. 2. - 360 s.
22. Nurislamov O.R., Sagapov V.S. Nagnetanie gaza vo vlaznuu poristuu sredu s obrazovaniem gazogidrata // PMM. - 2009. - T. 73, No 5. - S. 809-823. DOI
23. Barenblatt G.I., Entov V.M., Ryzik V.M. Dvizenie zidkostej i gazov v prirodnyh plastah. - M.: Nedra, 1984. - 208 s.
24. Nikiforov A.I., Sadovnikov R.V., Nikiforov G.A. O perenose dispersnyh castic dvuhfaznym fil’tracionnym potokom // Vycisl. meh. splos. sred. - 2013. - T. 6, No 1. - S. 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. Bahvalov N.S. Cislennye metody (analiz, algebra, obyknovennye differencial’nye uravnenia). - M.: Nauka, 1975. - 632 s.
28. Verzbickij V.M. Cislennye metody (matematiceskij analiz i obyknovennye differencial’nye uravnenia): Uceb. posobie dla vuzov. - M.: Vyssaa skola, 2001. - 382 s.
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.
