Численное моделирование разложения газогидрата в пласте при отборе газа

1. ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ РАЗЛОЖЕНИЯ ГАЗОГИДРАТА В ПЛАСТЕ ПРИ ОТБОРЕ ГАЗА

Выпускная квалификационная
работа
ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ
РАЗЛОЖЕНИЯ ГАЗОГИДРАТА В
ПЛАСТЕ ПРИ ОТБОРЕ ГАЗА
Выполнил:
студент 4 курса группы ПМИ-41
Галиаскаров А.Р.
Научный руководитель:
к.ф-м.н., доцент
Хасанов М.К.

2. Цель работы:

теоретическое изучение особенностей
разложения газовых гидратов при тепловом и
депрессионном воздействии на пористую
среду, частично насыщенную гидратом.
2

3. Задачи работы:

изучить теоретические аспекты разложения и
существования газогидратов;
построить аналитические решения плоскоодномерной
задачи разложения газогидрата при депрессионном
воздействии, позволяющие оценить давления и
температуры на границе фазовых переходов и в зоне
разложения;
проанализировать результаты моделирования
3

4. Кратко о газогидратах

4

5. 3 структуры газогидрата

5

6. Использование газогидрата

6
Использование газогидрата
Газогидрат - самый богатый на нашей планете
источник углеводородного газа
Также использование газогидрата, может повлечь
ряд экологических проблем

7. Постановка задачи

Газ
Te
Pe
0
1 область:
2 область:
газ,
вода
газогидрат,
газ
Xs
Основные допущения:
1. Пористость постоянна.
X
Условие фазового равновесия
p( s )
T( s ) T0 T* ln
p
s0
2. Скелет пористой среды, гидрат и вода несжимаемы и неподвижны.
3. Модель однотемпературная: температура газа, жидкости, гидрата
и пористой среды в каждой точке совпадают.
4. Гидрат является двухкомпонентной системой
7

8. Основные уравнения

8
Основные уравнения
g (i )
1. Уравнение сохранения массы газа: mS g ( i )
2. Закон Дарси:
t
mS g (i ) g (i )
m S g (i ) g (i ) g (i ) 0 (1)
x
k(i ) p(i )
(2)
g x
p i g (i ) RgT i
3. Уравнение состояния газа:
(3)
4. Уравнение притока тепла, принебрегая
баротермическим эффектом:
c
λ – коэффициент теплопроводности
Индексы s, h, l , g
относятся
соответственно к пористому
скелету, гидрату, воде и газу
T(i )
t
g (i )cg m S g (i ) g ( i )
T( i )
x
T( i )
x x
c (1 m) s c s mS g g c g mSl l cl mS h h c h
(1 m) s mS g g mSl l mS h h

9. Начальные и граничные условия

9
Начальные и граничные условия
Уравнения баланса массы и тепла на границе фазового перехода:
( 2)
m (1 g ) xs mSl (1) xs
0
h
0
l
T( 2)
x
(1)
T(1)
x
m l xs
0
h
0
0
0
m (1 ) g ( s ) ( g ( 2) xs ) h g xs mS g (1) g ( s ) ( g (1) xs )
p
T( s ) T0 T ln ( s )
ps 0
Условие фазового равновесия:
Давление и температура в начальный момент времени:
p(2) p0 ,
T(2) T0 , (t 0, x 0)
Непрерывность давления и температуры
на границе фазового перехода:
Условия на границе пласта:
p(1) p(2) p( s ) , T(1) T(2) T( s) ( x x( s) )
T(1) Te , p(1) pe , (t 0, x 0)

10. Аналитическое решение

Автомодельная переменная:
x
(T )t
(T )
c
Преобразуем уравнения (1) , (2) и (3) с учетом автомодельных
переменных, получим дифференциальное уравнение:
Используя линеаризацию Лейбензона, получим:
10

11.

11

12. Нахождение граничных параметров

12
T0 Ts exp 2 ps 2
0
2
2
2
m h l exp s
4 s
2 c
2 2 2
2 1 2
exp
p
2 d
exp
p
1 d
4 2
0 4 2
Ts Te exp 1 ps 2
Условие баланса тепла:
S
S
Условие баланса массы:
k ( 2) p 2 ( 2)
g
Условие фазового равновесия:
(T )
c
h g h (1 g )
m
1 x( s ) , x x( s )
l
g ( s )
k (1) p 2 (1)
g
p( s )
T( s ) T0 T ln
p
s0
g 0 c g k( i )
(i )
p0 g
Результаты расчётов

13. Результаты моделирования

13

14.

14

15.

15
Рис
3.
Распределение
температуры при различных
значениях
гидратонасыщенности.
ν=0,2 (1), ν=0,4 (2), ν=0,5 (3),
p0 = 7 МПа, pe = 6 МПа.
Рис 4. Распределение температуры при
p0 = 7 МПа, pe = 6 МПа. Линия 1 при
Te = 300 К, линия 2 при Te = 285 К.
Пунктирная
линия
соответствует
равновесной температуре.

16.

16
Рис 5. Распределения температуры
и давления. (pe = 5,5МПа(1);
6МПа(2); 6,5МПа(3)).

17.

17
Рис 6. Распределения температуры
для случая, когда разложение идёт
только за счёт нагревания.
Линии 1 и 2 соответствуют значениям
Te = 290; 300 K.

18.

18

19. Заключение

Для построенной модели получено
аналитическое решение и исследовано влияние
температуры и давления на интенсивность
разложения газогидратов.
19