Modelling the Process of Non-Equilibrium Hydrate Formation in a Porous Reservoir

В работе представлено решение плоскоодномерной задачи об образовании газогидрата в пористом пласте, изначально насыщенном метаном и водой. Рассматриваются высокопроницаемые пласты, вследствие чего полагается, что процесс гидратообразования является неравновесным. Система основных уравнений представляет собой законы сохранения масс, тепла и Дарси, которая дополняется заданием кинетики гидратообразования, а также начально-граничными условиями. Кроме того, представленная математическая модель учитывает параметры, которые приближены к реальным характеристикам системы: реальные свойства газа, эффекты Джоуля-Томсона и адиабатического сжатия и т.д. На основе численного решения исследовано влияние давления инжекции и проницаемости пласта на особенности протекания процесса гидратообразования. Показано, что с ростом давления инжекции возрастает как максимальная температура системы, так и протяженность области, насыщенная газогидратом. Установлено, что максимальная температура, реализуемая в системе, в зависимости от проницаемости пласта имеет немонотонный характер. Исследовано влияние исходной температуры пористого пласта на динамику образования газогидрата. Показано, что с увеличением исходной температуры пласта происходит уменьшение протяженности области, содержащей в своем составе газогидрат, уменьшается.

Ключевые слова

газовый гидрат; неравновесный процесс; кинетика.

Литература

1. Boswell, R. Current Perspectives on Gas Hydrate Resources / R. Boswell, T.S. Collett // Energy and Environmental Science. - 2011. - V. 4. - P. 1206-1215.
2. Zhao Jiafei. Analysing the Process of Gas Production for Natural Gas Hydrate Using Depressurization / Zhao Jiafei, Zhu Zihao, Song Yongchen, Liu Weiguo, Zhang Yi, Wang Dayong // Applied Energy. - 2015. - V. 142. - P. 125-134.
3. Anshits, A. Possibilities of SO2 Storage in Geological Strata of Permafrost Terrain / A. Anshits, N. Kirik, B. Shibistov // Advances in the Geological Storage of Carbon Dioxide. - 2006. - V. 65. - P. 93-102.
4. Lee Yohan. CH4 Recovery and CO2 Sequestration Using Flue Gas in Natural Gas Hydrates as Revealed by a Micro-Differential Scanning Calorimeter / Lee Yohan, Kim Yunju, Lee Jaehyoung, Lee Huen, Seo Yongwon // Applied Energy. - 2015. - V. 150. - P. 120-127.
5. Chuvilin, Е.M. Formation and Accumulation of Pore Methane Hydrates in Permafrost: Experimental Modelling / Е.M. Chuvilin, D.A. Davletshina // Geosciences. - 2018. - V. 8. - Article ID: 467. - 15 p.
6. Bello-Palacios, A. Experimental and Numerical Analysis of the Effects of Clay Content on CH4 Hydrate Formation in Sand / А. Bello-Palacios, S. Almenningen, P. Fotland, G. Ersland // Energy and Fuels. - 2021. - V. 35, № 12. - P. 9836-9846.
7. Хасанов, M.K. Исследование режимов образования газогидратов в пористой среде, частично насыщенной льдом / М.К. Хасанов // Теплофизика и аэромеханика. - 2015. - Т. 22, № 2. - С. 255-266.
8. Хасанов, М.К. Численные решения задачи об образовании газогидрата при закачке газа в частично насыщенную льдом пористую среду / М.К. Хасанов, М.В. Столповский, Н.Г. Мусакаев, Р.Р. Ягафарова // Вестник Удмуртского университета. Математика. Механика. Компьютерные науки. - 2019. - T. 29, № 1. - С. 92-105.
9. Musakaev, N.G. The Mathematical Model of the Gas Hydrate Deposit Development in Permafrost / N.G. Musakaev, M.K. Khasanov, S.L. Borodin // International Journal of Heat and Mass Transfer. - 2018. - V. 118. - P. 455-461.
10. Khasanov, M.K. Mathematical Model of Decomposition of Methane Hydrate during the Injection of Liquid Carbon Dioxide into a Reservoir Saturated with Methane and its Hydrate / M.K. Khasanov, N.G. Musakaev, M.V. Stolpovsky, S.R. Kildibaeva // Mathematics. - 2020. - V. 8, № 9. - Article ID: 1482. - 15 p.
11. 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. - Т. 59, № 1. - С. 3-12.
12. Истомин, В.А. Газовые гидраты в природных условиях / В.А. Истомин, В.С. Якушев. - M.: Недра, 1992.
13. Шагапов, В.Ш. К теории образования газогидрата в частично водонасыщенной пористой среде при нагнетании метана / В.Ш. Шагапов, Г.Р. Рафикова, М.К. Хасанов // Теплофизика высоких температур. - 2016. - Т. 54, № 6. - С. 911-920.
14. Шагапов, В.Ш. Математическая модель течения природного газа в трубопроводах с учетом диссоциации газогидратов / В.Ш. Шагапов, Н.Г. Мусакаев, Р.Р. Уразов // Инженерно-физический журнал. - 2008. - T. 81, № 2. - С. 271-279.
15. Баренблатт, Г.И. Движение жидкостей и газов в природных пластах / Г.И. Баренблатт, В.М. Ентов, В.М. Рыжик. - М.: Недра, 1982.
16. Sun Xuefei. Kinetic Simulation of Methane Hydrate Formation and Dissociation in Porous Media / Sun Xuefei, K.M. Kishore // Chemical Engineering Science. - 2006. - V. 61, № 11. - P. 3476-3495.
17. Khasanov, M.K. Mathematical Model for Carbon Dioxide Injection into Porous Medium Saturated with Methane and Gas Hydrate / M.K. Khasanov, M.V. Stolpovsky, I.K. Gimaltdinov // International Journal of Heat and Mass Transfer. - 2018. - V. 127. - P. 21-28.