Разложение газогидратов в пористой среде при инжекции теплового газа, воды
Дипломная работа - Геодезия и Геология
Другие дипломы по предмету Геодезия и Геология
Введение
Газовые гидраты - минералы, состоящие из молекул газа (метана, углекислого газа, азота и др.), заключенных в ячейки молекул воды, которые связаны между собой водородными связями и формируют каркасы с обширными полостями. По оценке специалистов на трети территории России существуют условия для накопления гидратов природного газа. Известны месторождения в Охотском море, Якутии, на дне озера Байкал, в Черном море и многих других местах. В общей сложности запасы газогидратов и континентальной и шельфовой части оцениваются в 100-1000 трлн. Куб. м.
Актуальность темы: Традиционные ресурсы энергии на Земле ограничены и распределены крайне неравномерно. Огромные запасы углеводородного газа находятся в виде гидратных отложений. Поэтому проблема освоения залежей газогидратов и извлечения газа из газогидратных массивов является весьма актуальной. Разработка ресурсов природных газогидратов будет способствовать как экономическому развитию отдельных стран, так и политической стабильности в мире.
Цель работы: исследование особенностей разложения газогидратов в пористой среде при инжекции теплового газа или воды, анализ влияния различных начальных условий на разложение газогидрата.
Гипотеза: для эффективной добычи газа из газогидратного массива путем инжекции теплового газа или воды необходимо построение теоретических модулей, учитывающих особенности теплодезических и гидродинамических процессов, протекающих в газогидратных пластах.
Задачи:
получение автомодельных аналитических решений для ближней промежуточной и дальней зон;
проведение расчетов распределения давления, температуры и гидратонасыщености для ближней, промежуточной и дальней зон при инжекции теплового газа и воды в пористый пласт;
анализ влияний величины внешнего воздействия и параметров среды на распределение температуры, давления и гидратонасыщености.
Методология и методы: методологическую основу исследования составляют основные физико-химические и геологические свойства.
Метод исследования: теоретическоие (анализ, синтез, обобщение), численные методы (метод пристрелки)
Этапы исследования:
констатирующий: изучение научной литературы.
моделирование: построение модели на основе теоретических знаний
эксперимент: определение условий эксперимента
контроль: подвергание построенной модели дополнительной проверке
итоги: формулировка выводов, обоснование результатов.
Научная новизна: работа может служить основой для изучения процессов разложения и образования при различных внешних параметрах
Теоретическая значимость:
В автомодельной постановке решена задача о разложении газогидратов при инжекции теплового газа в газогидратный пласт;
Установлено, что разложение газогидратов в пластах происходит при определенных термобарических условиях;
Показано, что разложение газогидратов может происходить как на фронтальной поверхности, так и в объемной области;
Практическая значимость: основные запасы углеводородного газа находятся в виде твердых гидратных отложений. Полученные результаты могут быть использованы для извлечения газа из состава газогидратных массивов.
Структура: данная работа состоит из введения, двух глав и заключения
Глава 1. Общие сведения о газогидратах
.1 Строение
Газовые гидраты (клатраты) представляют собой твёрдые кристаллические соединения, состоящие из молекул воды и газа.
Молекулы воды с помощью водородной связи образуют кристаллическую решетку, а молекулы газа размещены во внутренних полостях этой решетки, где удерживаются силами Ван-дер-Ваальса (Рис. 1):
Рисунок 1 - Структура газового гидрата
Первооткрывателем газовых гидратов можно считать англичанина Хамфри Дэви, который в 1810 г. в лабораторных условиях получил гидрат хлора. Изучение природных газовых гидратов началось только спустя более чем полтора века. В 1969 г. в СССР В. Г. Васильев, Ю. Ф. Макогон, Ф.А. Требин и А.А. Трофимук зарегистрировали открытие Свойства природных газов находиться в земной коре в твердом состоянии и образовывать газогидратные залежи (Свойство, 1970).
Общая формула для всех газовых гидратов - M nH2O, где М - молекула гидратообразующего газа, а число n, ввиду того, что эти вещества имеют переменный состав, принимает значения от 5,75 до 17. Помимо индивидуальных гидратов так же известны двойные и смешанные (в состав которых входят несколько газов). Для того, чтобы соединение газа и воды было термодинамически стабильно необходимо определенное минимальное количество молекул газа: в чистом виде кристаллическая решетка состоящая из молекул воды, в отличие от решетки льда, существовать не может. В целом, газовые гидраты по своим физико-химическим свойствам похожи на лёд. Принципиальная разница заключается в том, что при замерзании воды и образовании льда объем вещества увеличивается, а при формировании гидрата из газа и воды общий объем становится меньше.
1.2 Структура
Газовые гидраты в большинстве случаев кристаллизуются в одной из двух структур. У структуры I решетка объемноцентрированная, кубической сингонии; элементарная ячейка состоит из 2 малых и 6 больших полостей. У структуры II решетка гранецентрированная, кубической сингонии; в элементарной ячейке 16 малых и 8 больших полостей (Рис.2). Размер этих полостей определяет возможность вхождения в структуру тех или иных молекул га