Математическая модель накопления углеводородов при их аварийном разливе

Математическая модель накопления углеводородов при их аварийном разливе

В работе рассматривается математическая модель накопления углеводородов, которые попали в водоем в результате техногенной утечки. Рассматривается процесс установки устройства, в котором накапливаются углеводороды, определяется температура струи и координаты раздела слоев, накопленных внутри купола.

На фоне развития технологий альтернативной добычи полезных ископаемых лидирующее место занимает добыча углеводородов в шельфе. Запасы углеводородов на континенте практически нетронуты, поэтому представляют для исследователей большой инетерес. Их не останавливает даже то, что велика вероятность разлива углеводородов, который может негативно сказаться на районе добычи.

В работе рассмотрена математическая модель работы купола-сепаратора [1−3], который предназначен для устранения утечек, а также представляет собой альтернативный способ добычи углеводородов. Считаем, что на дне существует источник с известным дебитов нефти и газа, температурой углеводородов и окружающей среды. В модели учитываетс факт возможного образования гидрата на поверхности пузырьков, что связано с термобарическими условиями, характерными для дна океана.

При создaнии модели устройства, рассмaтриваемого в этой статье, для предупреждения гидратообразовaния, внутрь купол закачивается специальный раствор с температурой Tr = 60oC, который не смешивaется с нефтью и водой, и в котором не рaстворяется газ. Плотность рaстворa такова, что выполняется условие: сo<�сa<�сh, где сo,?сa,?сh — соответственно плотности нефти, растворa и гидрата.

Рисунок 1 Этапы установки утсройства купол-сепаратор В первую очередь необходимо выяснить, каким образом изменяется температура в струе. для этого используем следующее соотношение[4,5]:

математический водоем утечка углеводород где Tw — температуры окружающей воды, T0, — температура нефти и газа, V0 — дебит нефти и газа, V — объемный расход.

Согласно расчетам по струе (которые приведены на рис. 2) можем сделать вывод, что уже на высоте z*=2.4 м (на которой температура становится ниже равновесной температуры гидратообразования) начинает образовываться гидрат. Это будет учитываться при дальнейших расчетах.

Уравнения сохранения масс:

(1).

где -;

массовый расход нефти, mout — массовый расход раствора.

Для случая, когда ещё поступает газ: где массовый расход газа.

.

Уравнение сохранения массы газа и нефти для соответствующих слоев:

Рисунок 2 Температура струи Уравнения сохранения энергии:

(2).

(3).

где — температура «поступающей» нефти.

Количество пузырьков в слое нефти:

Уравнение сохранения энергии для слоя газа примет вид:

(4).

Координаты раздела слоев в куполе найдем из соотношения:

.

. (5).

На рис. 3 представлено изменение координат разделов.

Рисунок 3 Зависимость координаты раздела слоев газа и нефти (1), нефти и раствора (2), раствора и воды (3) от времени для всего процесса установки купола.

• 1. Гималтдинов И. К., Кильдибаева С. Р. К теории начального этапа накопления нефти в куполе-сепараторе // Теплофизика и Аэромеханика. — 2015. — Т.22, № 3. — С. 401−406.
• 2. Гималтдинов И. К., Кильдибаева С. Р. Математическая модель купола, предназначенного для устранения утечек углеводородов // Нефтегазовое дело. — 2014. — № 4. С. 104−112.
• 3. Уразов Р. Р., Чиглинцев И. А., Насыров А. А. Влияние толщины стенки отводящей трубки на гидратообразование при отборе газа из «купола-сепаратора» // Вестник Башкирского университета. 2017. Т. 22. № 2. С. 330−335.
• 4. Кильдибаева С. Р., Гималтдинов И. К. Динамика многофазной затопленной струи с учетом образования гидратов // Вестник Тюменского государственного университета. Физико-математическое моделирование. Нефть, газ, энергетика. — 2015. — Т. 1. № 3 (3). — С. 92−101.
• 5. Кильдибаева С. Р. Моделирование течения углеводородов в затопленной струе // Современные проблемы науки и образования. — 2014. — № 6. — С. 1697.