авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 6 |

Научные основы регулирования и контроля количества газа в пористых пластах подземных хранилищ

-- [ Страница 2 ] --

Базисный тип хранилищ характеризуется технологическим режимом циклической эксплуатации в сезонах с небольшими отклонениями (увеличением или уменьшением в пределах 10-15%) суточной производительности закачки и отбора активного газа от ее среднемесячных значений. К пиковому типу относятся хранилища, для которых технологический режим циклической эксплуатации в сезонах характеризуется значительными приростами (свыше 10-15%) суточной производительности закачки и отбора в течение нескольких суток относительно ее среднемесячных значений. Газгольдерный (мультицикличный) тип хранилищ отличается технологическим режимом циклической эксплуатации в сезонах закачки и отбора газа со сменами направления в течение нескольких суток суточной производительности относительно ее среднемесячных значений (закачка-отбор-закачка или отбор-закачка-отбор).

Показано, что в ЕСГ многие подземные хранилища газа в водоносных пластах и газовых месторождениях используются как многофункциональные объекты. Они обеспечивают регулирование нескольких видов неравномерности и резервирования потребления, транспортировки и добычи газа. В результате “наложения” нескольких составляющих технологический режим эксплуатации таких подземных хранилищ оказывается “смешанным”, а сами подземные хранилища можно отнести к базисно-пиковому, базисно-газгольдерному или пиково-газгольдерному типу.

Количество закачиваемого и отбираемого активного газа в течение года на подземных хранилищах, расположенных вблизи потребителей, обуславливается возникающим спросом и складывающимися возможностями системы газоснабжения по поставкам газа потребителям. На подземных хранилищах, расположенных вдоль трасс в узловых точках протяженных магистральных газопроводов, это количество газа определяется изменениями пропускной способности участков газопроводов. На подземных хранилищах, находящихся в районах газодобычи, годовое количество закачиваемого и отбираемого активного газа зависит от режимов работы газодобывающих предприятий.

Проектный активный газ и буферный газ являются основными технико-экономическими показателями по объему газа подземного хранилища на этапе его циклической эксплуатации в проектном технологическом режиме.

Активный газ подземного хранилища может включать следующие составляющие, показанные на рисунке 1 (на этом рисунке для сопоставления приводятся объемы газа в пласте, которые рассмотрены в главе 3): многолетние запасы емкости и запасы газа Qзап мнлет, сезонные запасы газа Qзап сез, суточные запасы газа Qзап сут, оперативный резерв газа Qрез опер, долгосрочный резерв газа Qрез долг.

На подземных хранилищах, сооружаемых в водоносных пластах, буферный газ состоит только из объема закачанного в объект хранения буферного газа. На подземных хранилищах, сооружаемых в газовых месторождениях, буферный газ может состоять из объема закачанного в объект хранения буферного газа, а также остаточных рентабельно извлекаемых запасов газа частично выработанного или неразрабатываемого месторождения.

По объему активного газа и максимальной суточной производительности закачки и отбора на этапе циклической эксплуатации выделены следующие типы подземных хранилищ. Базовые (региональные), осуществляющие регулирование неравномерности и резервирование регионов газопотребления, газотранспортных систем и районов газодобычи. Районные, “охватывающие” группы потребителей, участки газотранспортных систем и группы предприятий газодобычи. Местные (локальные), которые ограничиваются регулированием и резервированием отдельных потребителей, участков газопроводов и газодобывающих предприятий.

  Составляющие активного и буферного газа подземного хранилища и -1

Рисунок 1 – Составляющие активного и буферного газа подземного хранилища и

дифференциация общего и буферного объемов газа в пласте

Во второй главе представлены результаты анализа известных экспериментальных исследований относительных фазовых проницаемостей при однонаправленных и чередующихся процессах вытеснения воды и газа и исследование гистерезисных явлений двухфазной фильтрации в процессе их многократно чередующегося вытеснения в гидрофильных пористых средах.

Подавляющее большинство экспериментальных исследований, как при стационарных, так и при нестационарных режимах течения - Р. Викова, Г. Ботсета, П.Я. Алтухова, С.Н. Бузинова, И.В. Панфиловой, С.Г. Рассохина, Н.В. Савченко и др., по определению фазовых проницаемостей для газа и воды проведено при однонаправленных процессах вытеснения (рисунок 2). Эти исследования ориентированы в основном на использование полученных результатов для решения задач разработки месторождений, когда насыщенность меняется монотонно во времени при преимущественно одном направлении вытеснения - газ водой.

 Зависимости относительных фазовых проницаемостей от насыщенности-2

Рисунок 2 - Зависимости относительных фазовых проницаемостей от насыщенности гидрофильных пористых сред для газа и воды в процессах однонаправленного вытеснения

В работе рассмотрен механизм изменения относительных фазовых проницаемостей в процессах однонаправленного вытеснения воды и газа в гидрофильных пористых средах, обуславливаемый действием капиллярных сил на распределение фаз в системе поровых каналов и структурой (характерными размерами, конфигурацией) микропотоков каждой фазы, фильтрующейся по этой системе каналов.

С использованием зависимостей капиллярного давления при противоположных последовательностях насыщения - дренаже и пропитке (рисунок 3), показано различие относительных фазовых проницаемостей при разных направлениях вытеснения. Это различие проявляется в неравенстве значений пороговой “связной” насыщенности и минимальной остаточной насыщенности каждой фазы, а также значений проницаемости для одинаковых величин насыщенности. Показано, что в гидрофильных пористых средах наибольшее влияние капиллярное давление оказывает на изменение фазовых проницаемостей для газа, причем особенно значительно в области малых значений водонасыщенности.

 Зависимости капиллярного давления от насыщенности гидрофильных-3

Рисунок 3 - Зависимости капиллярного давления от насыщенности гидрофильных пористых сред при дренаже и пропитке

Получены аппроксимирующие зависимости относительных фазовых проницаемостей для газа и воды в однонаправленных процессах вытеснения. Как следует из результатов аппроксимации, классическое использование показательных функций позволяет наглядно представлять область определения этих функций. В тоже время использование показательных функций для аппроксимации относительной фазовой газопроницаемости при вытеснении воды газом приводит к значительным погрешностям. В этом случае применение полиномов дает лучшее приближение по сравнению с показательными функциями.

Эксперименты Ф. Карлсона, Ж. Киллоу, К. Ленда по определению относительных фазовых проницаемостей в процессе чередующегося вытеснения воды и газа отвечают условиям первичного дренажа и возвратной пропитки, соответствующим случаям сооружения подземных хранилищ газа в водоносных пластах. Эксперименты Р. Биетса, проведенные при первичной пропитке и возвратном дренаже, соответствуют случаям сооружения подземных хранилищ в истощенных или частично выработанных газовых месторождениях. Эти эксперименты показали на существование гистерезиса относительных фазовых проницаемостей при чередующемся вытеснении воды и газа. Гистерезис относительных фазовых проницаемостей обуславливается явлением капиллярного гистерезиса. Как показали указанные эксперименты, в наибольшей степени может проявляться гистерезис относительной фазовой газопроницаемости.

В “предельных” циклах изменения насыщенности чередующегося вытеснения, когда насыщенность при каждом направлении вытеснения достигает максимально возможных значений и имеет место полный дренаж и полная пропитка, функции относительной фазовой газопроницаемости являются двузначными. В “непредельных” циклах, в которых насыщенность не достигает максимально возможных значений, функции относительной фазовой газопроницаемости представляют собой многозначные зависимости от насыщенности.

В работе для изучения влияния гистерезиса относительных фазовых проницаемостей на процесс многократно чередующегося вытеснения воды и газа в гидрофильных пористых средах разработана математическая модель одномерной радиальной неустановившейся двухфазной фильтрации в однослойном осесимметричном (с центральным куполом) водоносном пласте. Указанная модель построена с использованием эффективного способа, не предусматривающего этапы составления и дискретизации дифференциальных уравнений, на которых требуется большое число условий по сходимости и устойчивости алгоритмов расчетов. Этот способ состоит в разбиении рациональной сеткой области моделирования на конечное число взаимосвязанных элементов. Для каждого элемента в алгебраическом виде составляются уравнения движения и сохранения. Полученные алгебраические уравнения преобразуются к системе линейных уравнений, а задача сводится к решению этой системы уравнения известными эффективными методами, например методом прогонки. При таком подходе созданные расчетные алгоритмы являются устойчивыми и экономичными.

В разработанной модели для расчета критической насыщенности захваченной фазы и относительной фазовой проницаемости на кривых сканирования в “непредельных” циклах чередующегося вытеснения воды и газа используется метод Киллоу.

Контроль влияния дискретизации пласта на расчетные значения и профили давления и насыщенности, а также контроль погрешностей материального баланса газа и воды в пласте обеспечили высокую точность и достоверность расчетов на всем протяжении рассмотренных многолетних расчетных периодов. Это дало основание утверждать, что расчеты по разработанной модели являются надежными и позволяют делать обобщающие выводы.

На основе проведенного анализа экспериментальных исследований относительных фазовых проницаемостей и многочисленных расчетных экспериментов на разработанной модели выявлены следующие закономерности чередующегося вытеснения воды и газа в гидрофильных пористых средах, обусловленные гистерезисом фазовых проницаемостей.

Первая закономерность состоит в том, что при равных значениях перепада давления в пористой среде скорость фильтрации газовой фазы в случае вытеснения воды газом может существенно превосходить таковую при вытеснении газа водой. Наоборот, при одинаковой скорости фильтрации газовой фазы перепад давления в пористой среде в случае вытеснения воды газом может быть значительно меньше, чем при вытеснении газа водой. Вторая закономерность заключается в том, что при вытеснении воды газом за фронтом вытеснения образуется слабогазонасыщенная область подвижного связного газа, которая характеризуется значением насыщенности ниже уровня остаточной газонасыщенности. В результате смены направления вытеснения ранее связный газ в этой области может оказаться в рассеянном (дисперсном) состоянии в виде отдельных несвязных пузырьков в поровых капиллярах, а сама эта область стать областью неподвижного дисперсного газа.

Третья закономерность состоит в том, что после смены направления вытеснения воды газом на вытеснение газа водой за фронтом вытеснения образуются две последовательно обводняемые области, в которых может оставаться неподвижный газ. Первая область дисперсного газа с насыщенностью ниже уровня остаточной газонасыщенности. Вторая область защемленного газа в виде отдельных несвязных мульд в системе поровых капиллярных каналов с насыщенностью на уровне остаточной газонасыщенности. Четвертая закономерность проявляется в возможности образования при вытеснении газа водой за фронтом вытеснения слабоводонасыщенной области подвижной связной воды с уровнем насыщенности ниже остаточной водонасыщенности. В результате смены направления вытеснения остаточная вода в этой области переходит в неподвижное состояние.

На основе проведенных исследований процесса многократно чередующегося вытеснения воды и газа в гидрофильных пористых средах обнаружен и изучен эффект гистерезиса относительной фазовой газопроницаемости. Эффект заключается в уменьшении газонасыщенности в области свободного газа и ее увеличении в приконтактной переходной области. Это приводит к своеобразному “размазыванию” в пласте закачиваемого газа, т.е. к значительно более широкому его распространению при одновременном снижении уровня газонасыщенности. Указанный эффект проявляется также в снижении репрессионной воронки давления в газонасыщенной области пласта при закачке газа и значительном увеличении депрессионной воронки давления и водного фактора при отборе газа. Увеличение депрессионной воронки давления происходит вследствие образования существенной по размерам области дисперсного газа. Образование дисперсного газа обуславливается изменением динамического состояния газа в приконтактной переходной области - из связного подвижного состояния при вытеснении воды газом он переходит в несвязное дисперсное (рассеянное) неподвижное состояние при вытеснении газа водой.

Выполненный параметрический анализ эффекта гистерезиса относительной фазовой газопроницаемости показал, что для случая первичного дренажа определяющим параметром эффекта гистерезиса является критическое значение газонасыщенности при возвратной полной пропитке. Степень проявления эффекта гистерезиса относительной фазовой газопроницаемости как в условиях бесконечного, так и замкнутого водоносного пласта тем выше, чем больше это критическое значение газонасыщенности.

Дополнительно проведены исследования многократно чередующегося вытеснения воды и газа без учета гистерезиса относительной фазовой газопроницаемости. При этом функция относительной фазовой газопроницаемости принималась одинаковой для дренажа и пропитки и равной, в одном случае, при первичном полном дренаже, во втором случае - при однонаправленной пропитке (что обычно принимается на практике). Сравнение результатов этих исследований по распределению газонасыщенности в пласте, некоторые из которых представлены на рисунке 4, показало, что эффект гистерезиса значительно занижается в расчетах при использовании функции относительной фазовой газопроницаемости, соответствующей первичному полному дренажу, и полностью исключается при использовании функции фазовой газопроницаемости однонаправленной пропитки.

Расчеты показали, что эффект гистерезиса относительной фазовой газопроницаемости приводит к снижению максимально возможного активного объема газа в пласте, значительному увеличению буферного объема газа в пласте и водного фактора при отборе газа, увеличению сроков создания газовой залежи подземного хранилища.

 Распределение газонасыщенности в бесконечном водоносном пласте на-4  Распределение газонасыщенности в бесконечном водоносном пласте на-5
 Распределение газонасыщенности в бесконечном водоносном пласте на конец-6  Распределение газонасыщенности в бесконечном водоносном пласте на конец-7

Рисунок 4 - Распределение газонасыщенности в бесконечном водоносном пласте на конец сезонов закачки и отбора в 1-ом, 4-ом и 15-ом году с учетом гистерезиса фазовой газопроницаемости, без учета гистерезиса при использовании функции первичного полного дренажа и однонаправленной пропитки



Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 6 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.