Расчет параметров процесса нагнетания газа в насыщенный метаном и его гидратом пласт

Об авторах:

Мусакаев Наиль Габсалямович, доктор физико-математических наук, профессор, профессор кафедры прикладной и технической физики, Школа естественных наук, Тюменский государственный университет, Тюмень, Россия; главный научный сотрудник, Тюменский филиал Института теоретической и прикладной механики им. С. А. Христиановича СО РАН, Тюмень, Россия; musakaev68@yandex.ru, https://orcid.org/0000-0002-8589-9793

Бородин Станислав Леонидович, кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник, Тюменский филиал Института теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича СО РАН; eLibrary AuthorID, ORCID, Web of Science ResearcherID, Scopus Author ID, s.l.borodin@yandex.ru; ORCID: 0000-0002-2850-5989

Бельских Денис Сергеевич, младший научный сотрудник, Тюменский филиал Института теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича СО РАН; denisbelskikh@gmail.com; ORCID: 0000-0002-0813-5765

Аннотация:

Залежи газовых гидратов рассматриваются рядом исследователей в качестве перспективного источника углеводородного сырья. Для их промышленного использования необходимо решить ряд сложных проблем, включая создание и обоснование методов разработки газогидратных месторождений. В работе приведено описание различных методов отбора метана из газогидратных пластов: повышение температуры в пласте; искусственное понижение давления на границе гидратосодержащей залежи (депрессионное воздействие на пористую среду); закачка ингибиторов и метод замещения CO₂-CH₄ в гидрате метана. В плоскопараллельном приближении представлена постановка задачи о закачке теплого (с температурой выше исходной температуры пласта) газа в пористый пласт, насыщенный в исходном состоянии метаном и его гидратом. Предложена математическая модель неизотермической фильтрации газа с учетом фазового перехода. Проведено численное исследование зависимости объемного расхода отбираемого из гидратосодержащей залежи метана от параметров нагнетаемого теплоносителя, проницаемости и исходной гидратонасыщенности пласта.

Список литературы:

1. Бык С. Ш. Газовые гидраты / С. Ш. Бык, Ю. Ф. Макогон, В. И. Фомина. М.: Химия, 1980. 296 с.
2. Васильев В. И. Численное исследование разложения газовых гидратов, сосуществующих с газом в природных пластах / В. И. Васильев, В. В. Попов, Г. Г. Цыпкин // Известия Российской академии наук. Механика жидкости и газа. 2006. № 4. С. 127-134. DOI: 10.1007/s10697-006-0078-z
3. Воробьев А. Е. Газовые гидраты. Технологии воздействия на нетрадиционные углеводороды: учеб. пособие. 2-е изд., испр. и доп. / А. Е. Воробьев, В. П. Малюков. М.: Российский университет дружбы народов, 2009. 292 с.
4. Гималтдинов И. К. Вытеснение метана из газогидрата в пористой среде при закачке углекислого газа / И. К. Гималтдинов, М. В. Столповский, М. К. Хасанов // Прикладная механика и техническая физика. 2018. Том 59. № 1 (347). С. 3-12. DOI: 10.15372/PMTF20180101
5. Дучков А. Д. Оценка возможности захоронения углекислого газа в криолитозоне Западной Сибири / А. Д. Дучков, Л. С. Соколова, Д. Е. Аюнов, М. Е. Пермяков // Криосфера Земли. 2009. Том 13. № 4. С. 62-68.
6. Истомин В. А. Газовые гидраты в природных условиях / В. А. Истомин, В. С. Якушев. М.: Недра, 1992. 236 с.
7. Мусакаев Н. Г. Математическая модель и алгоритм решения задачи неизотермической фильтрации газа в пласте с учетом разложения гидрата / Н. Г. Мусакаев, С. Л. Бородин, Д. С. Бельских // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Математика. Механика. Физика. 2017. Том 9. № 2. С. 22-29. DOI: 10.14529/mmph170203
8. Мусакаев Н. Г. Математическая модель процесса захоронения углекислого газа в гидратонасыщенном пласте / Н. Г. Мусакаев, М. К. Хасанов // Труды Института механики им. Р. Р. Мавлютова Уфимского научного центра Российской академии наук. 2016. Том 11. № 2. С. 181-187. DOI: 10.21662/uim2016.2.026
9. Мусакаев Н. Г. Математическое моделирование процесса нагнетания теплого газа в насыщенный метаном и его гидратом пласт / Н. Г. Мусакаев, С. Л. Бородин, Д. С. Бельских // Известия вузов. Нефть и газ. 2018. № 4. С. 68-74.
10. Хайруллин М. Х. Моделирование процессов образования и разложения газовых гидратов в пористой среде при депрессионном воздействии / М. Х. Хайруллин, П. Е. Морозов, А. И. Абдуллин, М. Н. Шамсиев // Вестник Мурманского государственного технического университета. 2013. Том 16. № 4. С. 803-807.
11. Хасанов М. К. Особенности образования и разложения газогидратов в пористой среде при инжекции газа: дисс. … канд. физ.-мат. наук / М. К. Хасанов. Тюмень: Тюменский государственный университет, 2007. 113 с.
12. Хасанов М. К. Особенности разложения газогидратов с образованием льда в пористой среде / М. К. Хасанов, Н. Г. Мусакаев, И. К. Гималтдинов // Инженерно-физический журнал. 2015. Том 88. № 5. С. 1022-1030. DOI: 10.1007/s10891-015-1284-5
13. Цыпкин Г. Г. Математическая модель диссоциации газовых гидратов, сосуществующих с газом в пластах / Г. Г. Цыпкин // Доклады Академии наук. 2001. Том 381. № 11. С. 56-59. DOI: 10.1134/1.1424377
14. Цыпкин Г. Г. Математическая модель инжекции углекислого газа в пласт с образованием гидрата / Г. Г. Цыпкин // Доклады Академии наук. 2014. Том 458. № 4. С. 422-425. DOI: 10.7868/S0869565214220113
15. Цыпкин Г. Г. О режимах диссоциации газовых гидратов в высокопроницаемых пластах / Г. Г. Цыпкин // Инженерно-физический журнал. 1992. Том 63. № 6. С. 714-721. DOI: 10.1007/BF00853524
16. Цыпкин Г. Г. Течения с фазовыми переходами в пористых средах / Г. Г. Цыпкин. М.: Физматлит, 2009. 232 с.
17. Шагапов В. Ш. Динамика образования и разложения гидратов в системах добычи, транспортировки и хранения газа / В. Ш. Шагапов, Н. Г. Мусакаев. М.: Наука, 2016. 238 с.
18. Шагапов В. Ш. Инжекция жидкого диоксида углерода в частично насыщенный гидратом метана пласт / В. Ш. Шагапов, М. К. Хасанов, Н. Г. Мусакаев // Прикладная механика и техническая физика. 2016. Том 57. № 6. С. 139-149. DOI: 10.15372/PMTF20160616
19. Шагапов В. Ш. О возможности вымывания газа из газогидратного массива посредством циркуляции теплой воды / В. Ш. Шагапов, А. С. Чиглинцева, В. Р. Сыртланов // Прикладная механика и техническая физика. 2009. Том 50. № 4. С. 100-111. DOI: 10.1007/s10808-009-0084-0
20. Шагапов В. Ш. Особенности разложения газовых гидратов в пористых средах при нагнетании теплого газа / В. Ш. Шагапов, М. К. Хасанов, И. К. Гималтдинов, М. В. Столповский // Теплофизика и аэромеханика. 2013. Том 20. № 3. С. 347-354. DOI: 10.1134/S0869864313030104
21. Шагапов В. Ш. Теоретическое моделирование процесса извлечения газа из пористого газогидратного пласта, частично насыщенного газом, с учетом теплового взаимодействия с окружающими породами / В. Ш. Шагапов, А. С. Чиглинцева, А. А. Русинов // Теоретические основы химической технологии. 2016. Том 50. № 4. С. 452-462. DOI: 10.7868/S004035711604014X
22. Makogon Y. F. Natural Gas-Hydrates — A Potential Energy Source for the 21st Century / Y. F. Makogon, S. A. Holditch, T. Y. Makogon // Journal of Petroleum Science and Engineering. 2007. Vol. 56. Pp. 14-31. DOI: 10.1016/j.petrol.2005.10.009
23. Makogon Y. F. Natural Gas Hydrates — A Promising Source of Energy / Y. F. Makogon // Journal of Natural Gas Science and Engineering. 2010. Vol. 2. № 1. Pp. 49-59. DOI: 10.1016/j.jngse.2009.12.004
24. Musakaev N. G. The Mathematical Model of the Gas Hydrate Deposit Development in Permafrost / N. G. Musakaev, S. L. Borodin, M. K. Khasanov // International Journal of Heat and Mass Transfer. 2018. Vol. 118. Pp. 455-461. DOI: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2017.10.127
25. Musakaev N. G. To the Question of the Interpolation of the Phase Equilibrium Curves for the Hydrates of Methane and Carbon Dioxide / N. G. Musakaev, S. L. Borodin // MATEC Web of Conferences. 2017. Vol. 115. 05002. DOI: 10.1051/matecconf/201711505002
26. Ohgaki K. Methane Exploitation by Carbon Dioxide from Gas Hydrates-Phase Equilibria for CO2-CH4 Mixed Hydrate System / K. Ohgaki, K. Takano, H. Sangawa, T. Matsubara, S. Nakano // Journal of Chemical Engineering of Japan. 1996. Vol. 29. № 3. Pp. 478-483. DOI: 10.1252/jcej.29.478
27. Seo Y. T. Multiple-Phase Hydrate Equilibria of the Ternary Carbon Dioxide, Methane, and Water Mixtures / Y. T. Seo, H. Lee // Journal of Physical Chemistry B. 2001. Vol. 105. № 41. Pp. 10084-10090. DOI: 10.1021/jp011095
28. Shagapov V. Sh. Theoretical Research of the Gas Hydrate Deposits Development Using the Injection of Carbon Dioxide / V. Sh. Shagapov, M. K. Khasanov, N. G. Musakaev, Ngoc Hai Duong // International Journal of Heat and Mass Transfer. 2017. Vol. 107. Pp. 347-357. DOI: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2016.11.034
29. Tang L. G. Experimental Investigation of Production Behaviour of Gas Hydrate under Thermal Stimulation in Unconsolidated Sediment / L. G. Tang, R. Xiao, C. Huang, Z. P. Feng, S. S. Fan // Energy & Fuels. 2005. Vol. 19. Pp. 2402-2407. DOI: 10.1021/ef050223g
30. Yang J. Flue Gas Injection into Gas Hydrate Reservoirs for Methane Recovery and Carbon Dioxide Sequestration / J. Yang, A. Okwananke, B. Tohidi, E. Chuvilin, K. Maerle, V. Istomin, B. Bukhanov, A. Cheremisin // Energy Conversion and Management. 2017. Vol. 136. Pp. 431-438. DOI: 10.1016/j.enconman.2017.01.043