Исследование гидратообразования для повышения надежности добычи и транспорта природного газа в условиях криолитозоны

Представлены результаты оценки возможности гидратообразования в призабойной зоне газовых скважин и моделирования течения газа в скважинах с учетом возможного образования гидратов. Полученные результаты особенно актуальны для регионов, где добыча газа осложняется наличием многолетней мерзлоты, т. е. низкими пластовыми температурами. Из-за неизбежного охлаждения газа при его добыче возможно образование газовых гидратов как в призабойной зоне, так и в стволе скважин. Достоверный прогноз образования гидратов в призабойной зоне возможен только в рамках неизотермической модели фильтрации реального газа. В математической модели гидратообразования в трубах учет зависимости коэффициентов конвективного теплообмена и гидравлического сопротивления от изменяющейся во времени площади проходного сечения трубы приводит к увеличению длительности полной закупорки ее гидратами. Изучено влияние минерализации различных генетических типов пластовых вод на процессы образования гидратов природных газов в объеме и в пористой среде. Установлено концентрирование углеводородов С₂–С₄ в гидратной фазе, приводящее к повышению коэффициента жирности и теплотворной способности исходного газа. Определены термодинамические условия гидратообразования в дисперсных породах с учетом минерализации пластовых вод.

1. Истомин В.А., Квон В.Г. Предупреждение и ликвидация газовых гидратов в системах добычи газа. М.: ООО «ИРЦ Газпром», 2004. 506 с.

2. Ершов Э.Д., Лебеденка Ю.П., Чувилин Е.М., Истомин В.А., Якушев В.С. Особенности существования газовых гидратов в криолитозоне // Докл. РАН. 1991. Т. 321, № 4. С. 788–791.

3. Якушев В.С., Перлова Е.В., Махонина Н.А., Чувилин Е.М., Козлова Е.В. Газовые гидраты в отложениях материков и островов // Российский химический журнал. 2003. № 3. С. 80–90.

4. Якушев В.С. Природный газ и газовые гидраты в криолитозоне. М.: ВНИИГАЗ, 2009. 192 с.

5. Макогон Ю.Ф. Газовые гидраты, предупреждение их образования и использование. М.: Недра, 1985. 232 с.

6. Klauda J.B., Sandler S.I. Global distribution of methane hydrate in ocean sediment // Energy and Fuels. 2005. Vol. 19. No. 2. P. 459–470.

7. Buffett B.A. Clathrate hydrates // Annu. Rev. Earth Planet Sci. 2000. Vol. 28. P. 477–507.

8. Kvenvolden K.A. Potential effects of gas hydrate on human welfare // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1999. Vol. 96. Р. 3420–3426.

9. Соловьев В.А. Природные газовые гидраты как потенциальное полезное ископаемое // Российский химический журнал. 2003. Т. 47, № 3. С. 59–69.

10. Milkov A.V. Global estimates of hydrate-bound gas in marine sediments: how much is really out there? // Earth-Sci. Rev. 2004. Vol. 66. Р. 183–197.

11. Kvenvolden K.A. Gas hydrates – geological perspective and global change // Rev. Geophys. 1993. Vol. 31. P. 173–187.

12. Дегтярев Б.В., Бухгалтер Э.Б. Борьба с гидратами при эксплуатации газовых скважин в северных районах. М.: Недра, 1976. 198 с.

13. Бондарев Э.А., Бабе Г.Д., Гройсман А.Г., Каниболотский М.А. Механика образования гидратов в газовых потоках. Новосибирск: Наука, 1976. 160 с.

14. Васильев О.Ф., Бондарев Э.А., Воеводин А.Ф., Каниболотский М.А. Неизотермическое течение газа в трубах. Новосибирск: Наука, 1978. 130 с.

15. Бондарев Э.А., Васильев В.И., Воеводин А.Ф., Павлов Н.Н., Шадрина А.П. Термогидродинамика систем добычи и транспорта газа. Новосибирск: Наука, Сиб. отд-ние, 1988. 252 с.

16. Бондарев Э.А., Воеводин А.Ф., Никифоровская В.С. Методы идентификации математических моделей гидравлики. Якутск: Издательский дом СВФУ, 2014. 188 с.

17. Бондарев Э.А., Воеводин А.Ф. Решение задач трубной гидравлики в системах добычи и транспорта природного газа. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2017. 209 с.

18. Черский Н.В., Бондарев Э.А. О тепловом методе разработки газогидратных залежей // Докл. АН СССР. 1972. Т. 203, № 3. С. 550–552.

19. Веригин Н.Н., Хабибуллин И.Л., Халиков Г.А. Линейная задача о разложении гидратов газа в пористой среде // Изв. АН СССР. Механика жидкости и газа. 1980. № 1. С. 174–177.

20. Бондарев Э.А., Максимов А.М., Цыпкин Г.Г. К математическому моделированию диссоциации газовых гидратов // Докл. АН СССР. 1989. Т. 308, № 3. С. 575–578.

21. Bondarev E.A., Kapitonova T.A., Maksimov A.M., Tzypkin G.G. Mathematical simulation of hydrate formation and dissociation in the systems of natural gas production and transportation // AMSE Periodical. Modeling, Simulation and Control. 1990. Vol. 21, No. 1. P. 53–63.

22. Bondarev E.A., Rozhin I.I., Argunova K.K. Influence of nonisothermal effects on gas production in northern regions // Numerical Analysis and Applications. 2011. Vol. 4, Iss. 1. P. 12–20. DOI: 10.1134/S1995423911010022.

23. Bondarev E.A., Rozhin I.I., Argunova K.K. Simulation of gas production in the northern regions: the role of thermodynamics // Mathematical Sciences. 2012. Vol. 6, Iss. 17. 28 p. DOI: 10.1186/2251-7456-6-17.

24. Argunova K.K., Bondarev E.А., Rozhin I.I. Mathematical models of hydrate formation in gas wells // Earth’s Cryosphere. 2011. Vol. 15, Iss. 2. P. 65–69.

25. Bondarev E.A., Rozhin I.I., Argunova K.K. Modeling the formation of hydrates in gas wells in their thermal interaction with rocks // Journal of Engineering Physics and Thermophysics. 2014. Vol. 87, No. 4. P. 900–907. DOI: 10.1007/s10891-014-1087-0.

26. Bondarev E.A., Rozhin I.I., Argunova K.K. Features of mathematical modeling of natural gas production and transport systems in the Russia’s arctic zone // Journal of Mining Institute. 2017. Vol. 228. P. 705–716. DOI: 10.25515/PMI.2017.6.705.

27. Bondarev E.A., Rozhin I.I., Argunova K.K. Generalized mathematical model of hydrate formation in gas pipelines // Journal of Applied Mechanics and Technical Physics. 2019. Vol. 60, No. 3. P. 503–509. DOI: 10.1134/S002189441903012X.

28. Сафронов А.Ф., Сафронов Т.А. Геолого-экономические аспекты развития нефтегазового комплекса Республики Саха (Якутия). Якутск: Изд-во ЯНЦ СО РАН, 2008. 184 с.

29. Воды нефтяных и газовых месторождений СССР: справочник / под ред. Л.М. Зорькина. М.: Недра, 1989. 382 с.

30. Kalaceva L.P., Rojin I.I., Fyodorova А.F. The study of the stratum water mineralization influence on the hydrate formation process of the natural gas from the East Siberian platform fields // SOCAR Proceedings. 2017. No. 2. P. 56–61. DOI: 10.5510/OGP20170200315.

31. Kalacheva L.P., Rozhin I.I., Portnyagin A.S. Study of hydrates formation in mineralized solutions and kinetic regularity of their decomposition // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2018. Vol. 193. 012026. 6 p. DOI: 10.1088/1755-1315/193/1/012026.

32. Kalacheva L.P., Portnyagin A.S. The influence of electrolytes composition on the dissociation rate of natural gas hydrates obtained in model stratum waters // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2019. Vol. 272, 2. Section one. 6 p. DOI: 10.1088/1755-1315/272/2/022174.

33. Нестехиометрические соединения: монография / Под ред. Л. Манделькорна. М.: Химия, 1971. 608 с.

34. Пирогов С.Ю., Акулов Л.А., Ведерников М.В., Кириллов Н.Г., Наумчик И.В., Соколова И.В., Софьин А.П. Природный газ. Метан: справочник. СПб.: НПО «Профессионал», 2006. 848 с.

35. Гройсман А.Г. Теплофизические свойства газовых гидратов. Новосибирск: Наука, 1985. 94 с.

36. Филиппов Д.Д., Шишкин А.С., Малышев А.В., Большев К.Н. Модернизация установки дифференциального термического анализа, разработанной для исследования равновесных условий гидратообразования // Наука и образование. 2006. №1(41). С. 41–44.