Математическое моделирование теплового воздействия на замкнутый гидратонасыщенный 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

Хожимирзаев Шерзодбек Шавкатжон угли, студент магистратуры, кафедра прикладной и технической физики, Физико-технический институт, Тюменский государственный университет, Тюмень, Россия; инженер, кафедра прикладной и технической физики, Физико-технический институт, Тюменский государственный университет, Тюмень, Россия
xojimirzaevsherzod@gmail.com, https://orcid.org/0009-0000-7560-1335

Аннотация:

В 2014 г. на Ямале недалеко от Бованенковского нефтегазоконденсатного месторождения обнаружен кратер. Рядом исследователей среди возможных причин его возникновения указывается лавинообразный выход газа, образовавшегося при диссоциации газогидратов. Для проведения численных экспериментов по анализу подобных явлений построена математическая модель газожидкостного течения в насыщенной пористой среде с учетом фазового перехода «газ + вода  газовый гидрат». Выполнена двумерная осесимметричная постановка задачи о нагреве сверху через толщу непроницаемых для вещества пород замкнутой гидратонасыщенной залежи, изначально содержащей газовый гидрат и газ; для учета внешнего теплообмена принимается, что залежь окружена непроницаемыми для вещества породами. Приведен алгоритм численного решения уравнений математической модели. Проведена серия расчетов, на основе которых осуществлен анализ происходящих в замкнутой гидратонасыщенной залежи процессов, а именно изменения в ней температуры, насыщенностей фаз и давления. Расчетами показано, что при диссоциации газогидратов в замкнутой залежи для некоторого набора параметров может происходить существенное повышение давления с 2,7 до 17,4 МПа. Выявлено, что чем меньше глубина залегания гидратонасыщенной залежи, меньше ее размер и больше начальная гидратонасыщенность, тем большее повышение давления может в ней наблюдаться, а соответственно, больше риск нарушения целостности замкнутой непроницаемой пористой среды и последующего лавинообразного выхода газа из подобного объекта.

Список литературы:

Баренблатт Г. И., Ентов В. М., Рыжик В. М. 1972. Теория нестационарной фильтрации жидкости и газа. М.: Недра. 288 с.

Басниев К. С., Кочина И. Н., Максимов В. М. 1993. Подземная гидромеханика: учеб. для вузов. М.: Недра. 416 с.

Варгафтик Н. Б. 1972. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей. М.: Наука. 720 с.

Варгафтик Н. Б., Филиппов Л. П., Тарзиманов А. А., Тоцкий Е. Е. 1990. Справочник по тепло­проводности жидкостей и газов. М.: Энергоатомиздат. 352 с.

Колесова О. 2015. Тундра в дырах. Деградация вечной мерзлоты угрожает газовым промыслам // Поиск. № 40. https://poisknews.ru/magazine/15936/ (дата обращения: 13.02.2024).

Латонов В. В., Гуревич Г. Р. 1969. Расчет коэффициента сжимаемости природных газов // Газовая промышленность. № 2. С. 7–9.

Мусакаев Н. Г., Бородин С. Л., Бельских Д. С. 2022. Алгоритм решения задачи о разложении гидрата метана в замкнутой гидратосодержащей области пористой среды // Вестник Тюменского государственного университета. Физико-математическое моделирование. Нефть, газ, энергетика. Том 8. № 1 (29). С. 40–57. https://doi.org/10.21684/2411-7978-2022-8-1-40-57

Нигматулин Р. И. 1987. Динамика многофазных сред: в 2 ч. Часть 1. М.: Наука. 464 с.

Оленченко В. В., Синицкий А. И., Антонов Е. Ю., Ельцов И. Н., Кушнаренко О. Н., Плотников А. Е., Потапов В. В., Эпов М. И. 2015. Результаты геофизических исследований территории геологического новообразования «Ямальский кратер» // Криосфера Земли. Том 19. № 4. С. 94–106.

Попов В. В. 2019. Численное исследование разложения гидратов идеального газа в пласте при понижении давления и одновременном нагревании // Математические заметки СВФУ. Том 26. № 4. С. 83–97. https://doi.org/10.25587/SVFU.2019.39.76.008

Bondarev E. A., Rozhin I. I., Popov V. V., Argunova K. K. 2018. Underground storage of natural gas in hydrate state: Primary injection stage // Journal of Engineering Thermophysics. Vol. 27. No. 2. Pp. 221–231. https://doi.org/10.1134/S181023281802008X

Konno Yo., Masuda Yo., Hariguchi Yo., Kurihara M., Ouchi H. 2010. Key factors for depressurization-induced gas production from oceanic methane hydrates // Energy Fuels. Vol. 24. No. 3. Pp. 1736–1744. https://doi.org/10.1021/ef901115h

Liang W., Wang J., Li P. 2022. Gas production analysis for hydrate sediment with compound morphology by a new dynamic permeability model // Applied Energy. Vol. 322. Article 119434. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2022.119434

Musakaev N. G., Borodin S. L., Gubaidullin A. A. 2020. Methodology for the numerical study of the methane hydrate formation during gas injection into a porous medium // Lobachevskii Journal of Mathematics. Vol. 41. No. 7. Pp. 1272–1277. https://doi.org/10.1134/S199508022007032X

Sakamoto Ya., Komai T., Miyazaki K., Tenma N., Yamaguchi T., Zyvoloski G. 2010. Laboratory-scale experiments of the methane hydrate dissociation process in a porous media and numerical study for the estimation of permeability in methane hydrate reservoir // Journal of Thermodynamics. Vol. 2010. Article 452326. https://doi.org/10.1155/2010/452326

Zhang P., Liu B., Hu L., Meegoda J. N. 2022. Coupled multiphase flow and pore compression computational model for extraction of offshore gas hydrates // Computers and Geotechnics. Vol. 145. Article 104671. https://doi.org/10.1016/j.compgeo.2022.104671