Features of mathematical modeling of natural gas production and transport systems in the Russia’s arctic zone
- 1 — Institute of Oil and Gas Problems, Siberian Division RAS
- 2 — Institute of Oil and Gas Problems, Siberian Division RAS
- 3 — Institute of Oil and Gas Problems, Siberian Division RAS
Abstract
The necessity of accounting for real gas properties, thermal interaction with permafrost rocks and the possibility of formation (dissociation) of gas hydrates in these objects for adequate description of the operation of gas wells and main gas pipelines in the regions of the Far North by appropriate mathematical models is shown. Mathematical models that take into account the non-isothermal gas flow within the framework of pipe hydraulics, the change of the area of tube cross-section due to the formation of hydrates and the dependence of the heat transfer coefficient between gas and hydrate layer on the varying flow area over time are proposed. The corresponding conjugate problem of heat exchange between the imperfect gas in the well and the environment (rocks) is reduced to solving differential equations describing the non-isothermal flow of gas in the pipes and the heat transfer equations in rocks with the corresponding conjugation conditions. In the quasi-stationary mathematical model of hydrate formation (dissociation), the dependence of the gas-hydrate transition temperature on the pressure of gas is taken into account. Established that the formation of hydrates in wells, even at low reservoir temperatures and a thick layer of permafrost, takes a fairly long period of time, which allows to quickly prevent the creation of emergency situations in gas supply systems. Some decisions taken in the design of the first section of the main gas pipeline «Power of Siberia» have been analyzed by methods of mathematical modeling. In particular, it is shown that if the gas is not dried sufficiently, the outlet pressure may drop below the allowable limit in about 6-7 hours. At the same time, for completely dry gas, it is possible to reduce the cost of thermal insulation of the pipeline at least two fold.
References
- Аргунова К.К. Математические модели образования гидратов в газовых скважинах / К.К.Аргунова, Э.А.Бондарев, И.И.Рожин // Криосфера Земли. 2011. Т. 15. № 2. С. 65-69.
- Аргунова К.К. Свойства реального газа и их аналитическое представление / К.К.Аргунова, Э.А.Бондарев, И.И.Рожин // Газохимия. 2010. № 6 (16). С. 52-54.
- Аргунова К.К. Численное изучение нелинейных эффектов в моделях добычи природного газа: Автореф. ... канд. физ.-мат. наук / Якутский государственный университет им. М.К.Аммосова. Якутск, 2005. 18 с.
- Бондарев Э.А. Математические модели образования гидратов в газовых скважинах / Э.А.Бондарев, К.К.Аргунова // Информационные и математические технологии в науке и управлении: Труды XIV Байкальской всероссийской конференции. Иркутск: ИСЭМ СО РАН, 2009. Ч. 3. С. 41-51.
- Будак Б.М. Разностный метод со сглаживанием коэффициентов для решения задачи Стефана / Б.М.Будак, Е.Н.Соловьева, А.Б.Успенский // Журнал вычисл. математики и мат. физики. 1965. Т. 5. № 5. С. 828-840.
- Вукалович М.П. Уравнение состояния реального газа / М.П.Вукалович, И.И.Новиков. М.-Л.: Госэнергоиздат, 1948. 340 с.
- Латонов В.В. Расчет коэффициента сжимаемости природных газов / В.В.Латонов, Г.Р.Гуревич // Газовая промышленность. 1969. № 2. С. 7-9.
- Определение интервала гидратообразования в скважинах, пробуренных в многолетнемерзлых породах / К.К.Аргунова, Э.А.Бондарев, В.Е.Николаев, И.И.Рожин // Электронный научный журнал «Нефтегазовое дело». 2008. http://www.ogbus.ru/authors/Argunova/Argunova_2.pdf. 11 с. (дата обращения 2.10.2017).
- Перепеличенко В.Ф. Перспективы освоения уникального нефтегазоконденсатного месторождения Якутии // Электронный научный журнал «Георесурсы. Геоэнергетика. Геополитика». 2012. Вып. 1 (5). http://oilgasjournal.ru/vol_5/ perepelich.pdf. 8 с. (дата обращения 4.09.2017).
- Самарский А.А. Экономичная схема сквозного счета для многомерных задач Стефана / А.А.Самарский, Б.Д.Моисеенко // Журнал вычисл. математики и мат. физики. 1965. Т. 5. № 5. С. 816-827.
- Теория тепломассообмена / С.И.Исаев, И.А.Кожинов, В.И.Кофанов, А.И.Леонтьев, Б.М.Миронов, В.М.Никитин, Г.Б.Петражицкий, М.С.Самойлов, В.И.Хвостов, Е.В.Шишов. М.: Высшая школа, 1979. 495 с.
- Термогидродинамика систем добычи и транспорта газа / Э.А.Бондарев, В.И.Васильев, А.Ф.Воеводин, Н.Н.Павлов, А.П.Шадрина. Новосибирск: Наука. Сибирское отделение, 1988. 272 с.
- Тихонов А.Н. Уравнения математической физики / А.Н.Тихонов, А.А.Самарский. М.: Наука, 1977. 736 с.
- Bondarev E.A. Modeling the formation of hydrates in gas wells in their thermal interaction with rocks / E.A.Bondarev, I.I.Rozhin, K.K.Argunova // Journal of Engineering Physics and Thermophysics. 2014. Vol. 87. N 4. Р. 900-907. DOI: 10.1007/s10891-014-1087-0.
- Kay W.B. Density of hydrocarbon gases and vapors at high temperature and pressures // Industrial & Engineering Chemistry Research. 1936. Vol. 28. P. 1014-1019.
- Sloan E.D. Clathrate hydrates of natural gases / E.D.Sloan, C.A.Koh. Boca Raton: Taylor & Francis Group/CRC Press, 2008. 720 p.