Помощь в написании студенческих работ
Антистрессовый сервис

Особенности процесса разложения газовых гидратов в пористых средах

Диссертация: Особенности процесса разложения газовых гидратов в пористых средах
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

Процесс разложения газогидратов может сопровождаться следующими эффектами, которые выходят за рамки допущений. Падение давления на фронте плавления при депрессионном режиме может приводить к падению температуры ниже 0 °C на фронте плавления. Этот эффект возможен в широком диапазоне реальных проницаемостей пористых сред и зависит от величины депрессии, воздействующей на систему. При низких… Читать ещё >

Особенности процесса разложения газовых гидратов в пористых средах (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Содержание

  • Список обозначений
  • Глава 1. Моделирование процесса диссоциации газовых гидратов в пористых средах
    • 1. 1. Общие сведения о газовых гидратах
    • 1. 2. Термодинамические аспекты равновесия системы газ — вода в области гидратообразования
    • 1. 3. Основные подходы к моделированию задач с фазовыми переходами в насыщенных пористых средах
    • 1. 4. Математическая модель процесса разложения гидратов в пористых пластах
    • 1. 5. К выводу уравнения притока тепла в насыщенной пористой среде
  • Глава 2. Анализ условий существования газовых гидратов в природных пористых средах
    • 2. 1. Гидратообразование в пористой среде
    • 2. 2. Анализ устойчивости двухфазного состояния гидрат + газ в пористой среде
    • 2. 3. Анализ устойчивости состояния трехфазного равновесия в пористой среде
    • 2. 4. Анализ зависимости температуры от гидратонасыщенности для состояния трехфазного равновесия в пористой среде
  • Глава 3. Численное исследование процесса разложения гидратов метана в пористых средах
    • 3. 1. Разностная схема расчета задачи о разложении газогидратов
    • 3. 2. Тестовые задачи
    • 3. 3. Режимы разложения газовых гидратов в пористой среде, насыщенной гидратом, газом и водой
    • 3. 4. Особенности разложения газогидратов в пористой среде, насыщенной гидратом и газом
  • Глава 4. Прикладные задачи, связанные с разложением газовых гидратов в природных пластах
    • 4. 1. Некоторые физические эффекты, сопровождающие разложение газогидратов в пористых средах
    • 4. 2. Анализ возможной причины аварийных ситуаций на скважинах в зоне вечной мерзлоты
  • Глава 5. Анализ возможного сценария образования придонных ледяных бугров на шельфе Печорского моря
    • 5. 1. Постановка задачи о промерзании пористой среды при фильтрации неидеального газа
    • 5. 2. Анализ процесса образования льда в зонах трещиноватости за счет адиабатического расширения газа
    • 5. 3. Льдообразование в придонных отложениях за счет эффекта Джоуля — Томсона

Актуальность исследований процессов фильтрации многофазных систем в пористых средах при наличии фазовых переходов, таких как диссоциация гидратов углеводородных газов, образование льда, обусловлена в первую очередь возрастающим интересом к проблемам извлечения углеводородов из гидратонасыщенных коллекторов. Ибо, оценки, выполненные рядом отечественных и зарубежных специалистов показали, что в районах вечной мерзлоты (Мессояхское месторождение в России, месторождение Маккензи в Канаде) и на дне мирового океана (на арктическом шельфе, в придонных отложениях в тропических районах Багамы, Калифорнийского побережья) гидраты природных газов находятся в больших количествах, причем основным компонентом в газовой фазе является метан. Так как массовое содержание газа в гидрате сравнительно велико с~0,11ч-0ДЗ, то в перспективе гидраты природных газов могут стать одним из основных источников углеводородного сырья. Предполагается также, что газогидратоносными отложениями могут экранироваться залежи «нормального» газа и нефти.

С другой стороны, большое количество работ, выполненных по этой тематике, посвящено разработке методов предупреждения образования отложений газогидратов в скважинах," промысловых коммуникациях и технологических аппаратах. Такие отложения зачастую являются причиной закупорки газопроводов и осложнений в работе газопромыслового и перекачивающего оборудования.

Одной из основных проблем исследования газонасыщенных пластов методом индикаторных диаграмм является несовпадение промысловых данных с классической теорией фильтрации газа в однородных пластах. Возможной причиной, лежащей в основе этого несовпадения, может быть наличие отложений газовых гидратов в пористых коллекторах.

Газовые гидраты можно рассматривать также как компонент геологической среды, чувствительный к ее техногенным изменениям. Локальные изменения представляют интерес в инженерной геологии, глобальные — с позиций экологии. В первом случае имеется в виду специфика физико-механических свойств гидратосодержащих грунтов и их изменение при разложении, либо образовании гидратов, во второмвозможность усиления на Земле парникового эффекта при выделении метана из гидрата в атмосферу в связи с изменением климата.

Цель работы можно определить следующим образом:

— на основе общей математической модели проанализировать возможность существования газовых гидратов в природных коллекторах в различных равновесных состояниях,.

— разработать численные методы решения задач диссоциации газогидратов и детально исследовать процесс разложения гидратов углеводородных газов в насыщенной пористой среде при депрессионном и тепловом воздействии на нее извне,.

— на основе общей модели неизотермической многофазной фильтрации оценить влияние адиабатического расширения газа и эффекта Джоуля — Томсона на возникновение льдонасыщенных бугристых образований на шельфе Печорского моря.

Научная новизна. Развиваются основные положения теории фильтрации с фазовыми превращениями. Разработана полная математическая модель процесса разложения гидратов углеводородных газов в пористых средах. Проанализированы возможные гидратосодержащие состояния системы гидратообразователь — вода. Разработаны численные методы сквозного счета решения вышеописанных задач. Проанализированы различные режимы разложения газогидратов в зависимости от исходной абсолютной проницаемости среды и начальной гидратонасыщенности для двух классов задач: 1) разложение газогидратов происходит из трехфазного состояния- 2) плавление происходит из состояния, когда пористая среда изначально насыщена гидратом с избытком газа. Выявлен режим, при котором в объемной трехфазной зоне разложения возможно одновременное образование и разложение гидратов.

Выявлены границы применимости предложенной модели. Решена и проанализирована задача о разложении газовых гидратов в пласте, гидродинамически не связанном со скважиной.

Исследован процесс образования льдонасыщенных структур на шельфе Печорского моря при фильтрации газа сквозь зоны искусственной трещиноватости. Предложен сценарий возникновения таких льдонасыщенных образований.

Практическая ценность работы. Результаты работы могут найти применение при разработке технологий эксплуатации газогидратных месторождений, для выработки рекомендаций по бурению скважин в зонах вечной мерзлоты, где встречаются отложения газовых гидратов в пористых коллекторах. Практические выводы работы развивают представления о геокриологии и эволюции зон вечной мерзлоты на шельфе Печорского моря.

Достоверность полученных результатов подтверждается использованием методов механики многофазных сред, современных численных методов, согласованием результатов численных расчетов с аналитическим решением задачи об истечении совершенного газа из пористого пласта, сопоставлением численных решений задачи о разложении газовых гидратов в пористых средах с автомодельными решениями аналогичной задачи в различных частных постановках.

Апробация работы. Основные результаты диссертации, докладывались на научных семинарах ТФ ИТПМ СО РАН под руководством д. ф. — м. н. профессора А. А. Губайдуллинана Всероссийской научной конференции «Актуальные вопросы механики, электроники, физики Земли, и нейтронных методов исследований» в г. Стерлитамаке, 22−25 сентября 1997 г.- на II — ой Российской национальной конференции по теплообмену в г. Москва, 26−30 сентября 1998 г.- на Всероссийской научно-технической конференции «Моделирование технологических процессов бурения, добычи, транспортировки нефти и газа на основе современных информационных технологий» в г. Тюмени 20−22 мая 1998 г.- на Всероссийской научно-практической конференции «Тюменская нефть — вчера и сегодня» в г. Тюмени 22- 25 декабря 1997.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы. Объем диссертации составляет 111 страниц, 39 рисунков.

Список литературы

содержит 68 наименований.

Заключение

.

В результате математического моделирования и численного исследования задач разложения гидратов углеводородных газов в пористых средах можно сделать следующие выводы:

1. Двухфазные состояния газогидратной системы, в случае, когда гидрат заполняет пористую среду с избытком газа, являются безусловно устойчивымитрехфазные состояния, т. е. когда пористая среда насыщена гидратом, газом и водой, условно устойчивыми. В частности, возможно формирование природных залежей гидратов метана в обоих выделенных состояниях.

2. Разложение газовых гидратов из трехфазного состояния в пористых средах с реальными значениями начальной абсолютной проницаемости (ко>1СГ16м2) происходит только в депрессионном (за счет перепада давления) режиме, если эффективный коэффициент температуропроводности гораздо меньше эффективного коэффициента пьезопроводности среды. Этот режим характеризуется с минимумом температуры на фронте плавления и наличием объемной зоны. При снижении проницаемости до значения, при котором в системе наступает баланс механизмов температуропроводности и пьезопроводности, разложение происходит в «стефановском» режиме, т. е. только на фронте 17 2 плавления. При низких проницаемостях к0< 1.555−10 м, когда эффективный коэффициент пьезопроводности становится меньше эффективного коэффициента температуропроводности среды, наблюдается тепловой режим, который характеризуется также наличием объемной зоны, но на фронте плавления давление становится выше начального. Изменение начальной гидратонасыщенности при депрессионном и тепловом режимах незначительно влияет на размеры объемной зоны, однако при «стефановском» режиме может привести к смене режима на тепловой при увеличении гидратонасыщенности и на депрессионный режим при ее уменьшении.

3. При разложении газовых гидратов из двухфазного состояния влияние начальной абсолютной проницаемости пористой среды качественно аналогично трехфазному случаю. Однако, при реальных значениях проницаемости ко10−16м2 с ростом исходной гидратонасыщенности происходит переход в «стефановский» режим разложения.

4. Эффект Джоуля — Томсона и адиабатического расширения газа практически не влияют на поля температуры и давления в пористой среде, но оказывают значительное влияние на распределение гидратонасыщенности в объемной трехфазной зоне разложения за фронтом плавления. В таких зонах в зависимости от перепада давления (температуры), начальной абсолютной проницаемости пористой среды и исходной гидратонасыщенности может происходить, как разложение, так и образование гидратов при одном и том же режиме.

5. Процесс разложения газогидратов может сопровождаться следующими эффектами, которые выходят за рамки допущений. Падение давления на фронте плавления при депрессионном режиме может приводить к падению температуры ниже 0 °C на фронте плавления. Этот эффект возможен в широком диапазоне реальных проницаемостей пористых сред и зависит от величины депрессии, воздействующей на систему. При низких проницаемостях и высоких гидратонасыщенностях рост давления на фронте разложения газогидратов может приводить к значительному превышению «горного» давления в пласте и разрушению пористого скелета.

6. Нагревание гидратонасыщенного пласта без оттока продуктов разложения в скважину приводит к мгновенному образованию двухфазной зоны полностью разложившегося гидрата давления вблизи скважины, поэтому давление на стенке скважины меньше равновесного значения, соответствующего температуре нагрева, и этот процесс не может быть причиной распространенной в зоне вечной мерзлоты аварийной ситуации — разрушения конструкции скважины.

7. Льдонасыщенные образования не климатического происхождения на шельфе Печорского моря могут быть связаны с истечением газа, который выделяется при разложении газовых гидратов в нижележащих горизонтах, через трещиноватые зоны, образовавшиеся в следствие антропогенного влияния на средуядерных испытаний на о. Новая Земля).

Показать весь текст

Список литературы

  1. X., Сеттари Э. Математическое моделирование пластовых систем. // М.: Недра, (пер. с англ.) 1982, 408 с.
  2. К. С., Власов А. М., Кочина И. Н., Максимов В. М. Подземная гидравлика: М.: Недра, 1986, 303 с.
  3. В. В., Федоров К. М., Овсюков А. В. Неизотермическое движение жидкости и газа в пористых средах и задачи увеличения нефтеотдачи пластов тепловыми методами. Уч. пособие. Уфа, БашГУ, 1984, 84 с.
  4. P.M., Бембель С. Р., Кашин А. Е., Ласковец Е. Б. Связь очагов активности нефтегазонакопления и глубинных криогенных источников. / В кн. Итоги фундаментальных исследований криосферы Земли в Арктике и Субарктике. Новосибирск: Наука, 1997, с.193−198.
  5. Э. А. и др. Механика образования гидратов в газовых потоках, М.: Наука, 1976.
  6. Э. А., Максимов А. М., Цыпкин Г. Г. К математическому моделированию диссоциации газовых гидратов. // Докл. АН СССР, сер. Гидромеханика, т. 308, № 3, 1989, с. 575 -577.
  7. ., Сурио П., Комбарну М. Термические методы повышения нефтеотдачи пластов М.: Недра, 1989, 422 с.
  8. А. Г. Условия гидратообразования в газовых смесях метана, сероводорода и двуокиси углерода. Подготовка и переработка газа и газового конденсата. М., ВНИИЭгазпром, 1979, № 4, с. 1−5.
  9. Э. Б. Предупреждение и ликвидация гидратообразования при подготовке и транспорте нефтяного и природного газов., М., ВНИИОЭНГ, 1982.
  10. Бык С.Ш., Макагон Ю. Ф., Фомина В. И. Газовые гидраты. М.: Химия, 1980.-с. 476.
  11. П.Веригин H. Н., Хабибулин И. Л., Халиков Г. А. Линейная задача о разложении гидратов газа в пористой среде. // Изв. АН СССР, МЖГ, № 1, 1980, с. 174- 177.
  12. Г. Д., Соловьев В. А. Субмаринные газовые гидраты. / ВНИИОкеангеология, СПб, 1994, 199 с.
  13. А. Г. Теплофизические свойства газовых гидратов. Новосибирск: Наука, 1985, 93 с.
  14. H.A., Федоров K.M. О фазовых диаграммах состояния двухкомпонентных систем в области гидрато-образования. //ИФЖ. 1989, т.57, N 2, с. 331−332 и Деп. ВИНИТИ N 1614-В-89, 1989.-c.18.
  15. . В., Лутошкин Г. С., Бухгалтер Э. Б. Борьба с гидратами при эксплуатации газовых скважин в районах Севера (практическое руководство). М., Недра, 1969, 120 с.
  16. В. М., Максимов А. М., Цыпкин Г. Г. Об образовании двухфазной зоны при кристаллизации смеси в пористой среде. // Докл. АН СССР, сер. Гидромеханика, т. 288, № 3, 1986, с. 621 -624.
  17. Ю. П., Кулиев А. М., Мусаев Р. М. Борьба с гидратами при транспорте природных газов М.: Химия, 1971, 228 с.
  18. . И. Основы прогнозирования физико-химического воздействия на пласт Докт. Диссертация, Уфа, БашНИПИнефть, 1987, 403 с.
  19. Ю. Ф. Газовые гидраты, предупреждение их образования и использование. // М.: Недра 1985, 232 с.
  20. Ю. Ф. Экологические проблемы газовых гидратов. // В кн. Труды международной конференции «Разработка газоконденсатных месторождений», т. 6, Краснодар, 1990, с. 35 37.
  21. А. М., Цыпкин Г. Г. О разложении газовых гидратов, сосуществующих с газом в природных пластах, ее Изв. АН СССР, МЖГ, № 5, 1990, с. 84- 87.
  22. А. М., Цыпкин Г. Г. Автомодельное решение задачи о протаивании мерзлого грунта. // Изв. АН СССР, МЖГ, № 6, 1988, 136−142 с.
  23. А. Г., Каптелинин Н. Д., Малышева Г. Н. Об определении теплоемкости газовых гидратов. Труды СибНИИНП, вып. 6, 1976 г. с. 143−149.
  24. Л. Нестехиометрические соединения. М.: Химия, 1971.
  25. Р. И. Возможная причина уменьшения мощности мерзлых пород над сводом газовых месторождений. Труды ЗапСибНИГНИ, вып.191, Тюмень, 1984, с. 76−80.
  26. В. П., Спесивцев В. И. Инженерно- геологические и геокриологические условия шельфа Баренцева и Карского морей. -Новосибирск: Наука, 1995, 198 с.
  27. Ф. Ф., Хабибуллин И. Л. Моделирование нагрева призабойной зоны скважины электромагнитным излучением при высокой депрессии давления // Науч. конф. По научно-техническим программмам Госкомвуза: Сб. статей и тезисов, Уфа, 1996, с. 88−92.
  28. Р. И. Динамика многофазных сред. ч. 1, М.: Наука, 1987, 464с.
  29. Р. И. Динамика многофазных сред. ч. 2, М.: Наука, 1987, 360с.
  30. Р. И., Федоров К. М. К теории воздействия на нефте и газосодержащие пласты тепловыми, гидродинамическими и электромагнитными полями. // Изв. вузов, сер. «Нефть и газ», N 9 -10, 1991, с. 50−59.
  31. Р. И., Федоров К. М., Зубков П. Т. Релаксационный механизм разложения газовых гидратов в пористых пластах. // Труды 11 Минского международного форума по тепломассообмену, т. 8, Минск ИТМО, 1992, с. 41 46.
  32. В. Н. и др. Движение углеводородных смесей в пористой среде. М., Недра, 192 с.
  33. Н. Н. Криолитозона и зона гидратов природных газов. /Проблема взаимоотношения и взаимодействия/. В сб.: «Проблемы геокриологии», М.: Наука, 1988, с.35−41.
  34. Н. Н., Барковская Е. Н., Комаров И. А. Роль гидратов газов в криолитогенезе морских отложений Арктического бассейна Вестн. Моск. Ун-та, сер.4, Геология, № 5,1988, с. 3−15.
  35. В. Р. Некоторые особенности фильтрации многофазных систем в пористых средах при наличии фазовых переходов. Канд. диссертация, Тюмень, ТГУ, 1995, 138 с.
  36. С. Фазовые равновесия в химической технологии. В 2 частях. // М. «Мир» 1989, ч. 1, 52−64 с.
  37. К. М. Механизмы разложения газовых гидратов в пористых средах. // Итоги исследований ИММС СО РАН, № 2, Тюмень, 1991, с. 72−77.
  38. К. М., Вольф А. А. Анализ условий существования гидратов углеводородных газов в пористых пластах // Итоги исследований ИММС СО РАН, № 7, Тюмень, 1997, с. 128−133.
  39. К. М., Вольф А. А. Изучение основных состояний газогидратной системы в пористых пластах и механизма разложения гидратов углеводородных газов. // Сб. статей, Математическое и информационное моделирование, Тюмень, ТГУ, 1997, с. 81−91.
  40. К. М. Вольф А. А. Термодинамические процессы, протекающие при диссоциации газовых гидратов в пористых средах // Труды РНКТ II в 8 томах. Т.5. Дисперсные потоки и пористые среды, М.: МЭИ, 1998, с. 295−299.
  41. Г. А., Макагон Ю. Ф. Расчет разложения гидратов газа в пористой среде. // Экспресс-информация, ВНИИЭГазпром, 1970, № 5, с. 8−11.
  42. В. П. Особенности формирования, методы поиска и разработки скоплений углеводородов в условиях вечной мерзлоты, Якутск, 1976.
  43. Н. А. Механика мерзлых грунтов М.: Высшая школа, 1973, 448 с.
  44. Г. Г. О влиянии подвижности жидкой фазы на диссоциацию газовых гидратов в пластах // Изв. АН СССР, МЖГ, № 4, 1991, с. 105- 114.
  45. Г. Г. Линейная задача о фазовых переходах вода лед в ненасыщенных грунтах // Изв. АН СССР, МЖГ, № 3, 1990, с.68−73.
  46. Г. Г. О режимах диссоциации газовых гидратов в высокопроницаемых пластах // Инж.-физ. журнал, том 63, № 6, 1992, с. 714−721.
  47. Г. Г. О разложении газовых гидратов в пластах // Инж.-физ. журнал, том 60, № 5, 1992, с. 736−742.
  48. Г. Г. Разложение газовых гидратов в низкотемпературных пластах // МЖГ, № 1, 1998, с. 101 111.
  49. Э. Б. Термодинамика нефтяного пласта. М.: Недра, 1965, 238 с.
  50. Н. В., Царев В. П., Михайлов В. А. Роль гидратообразования в формировании ресурсов природного газа и оценка возможности эксплуатации газогидратных залежей. Поиск и оценка ресурсов в газогидратных залежах. Якутск, 1977, с. 3−68.
  51. H. В., Бондарев Э. А. О тепловом методе разработки газогидратных месторождений. // Докл. АН СССР, 1972, т.203, № 3, с.550−552.
  52. В. Ш., Сыртланов В. Р. Некоторые особенности фильтрации многофазных систем в пористой среде при наличии фазовых переходов. // Итоги исследований ИММС, Тюмень, 1992, с. 97 109.
  53. В. Ш., Сыртланов В. Р. Галиакбарова Э. В. О разложении гидратов в пористой среде, заполненной гидратом и газом, при тепловом и депрессионном воздействии. // Итоги исследований ИММС, Тюмень, № 7, 1997, с. 140 151.
  54. Davidson D. W. Gas Hydrates as Clathrate Ices. America Chemical Society Simposium. Las Vegas. 1980.
  55. Davidson D. W. Gas Hydrates. N. Y. Plenum Press. 1973.
  56. Fedorov К. M. Mechanisms of gas hydrate decomposition in porous media. // Trans TIMMS, № 2, Tyumen, TIMMS, 1991, p. 42 43.
  57. Fedorov К. M., Volf A. A. Analysis of the conditions of stable state of hydrocarbon hydrate deposits in reservoir // Transactions of TIMMS, No 7, Tyumen, 1997, p. 123−128.
  58. Fedorov K. M., Zubkov P. T. Hydrate decomposition in porous media. // In: Flow through porous media, proceeding of the Int. Conf, Moscow, 1992, p. 139- 141.
  59. Fedorov К. M., Zul’karnaev Mathematical simulation of gas decay in porous media. // Trans. TIMMS, N 1, Tyumen, TIMMS.- 1990, p.58−60.
  60. Menot J. M. Equations of frost propogation in unsaturated porous media. // Eng. Geology, 1979, v. 13, p. 101 109.
  61. Sloan E. D. Clathrate hydrates of natural gases. // 1990, Marcel Dekker Inc., № Y and Basel, 641 p.
  62. Yousif M. H., Sloan E. D. Experimental investigation of hydrate formation and dissociation in consolidated porous media. // SPE RE, 1991, v 6, № 4, p. 452−458.
  63. Yousif M. H. Abass H. H., Selim M. S., Sloan E. D. Experimental and theoretical investigation of methane-gas-hydrate dissociation in porous media. // SPE RE, 1991, v 6, № 4, p. 69 76.
Заполнить форму текущей работой

Сессия? Спокойно!