tumnigИзвестия высших учебных заведений. Нефть и газOil and Gas Studies0445-01083033-8174Industrial University of Tyumen10.31660/0445-0108-2024-2-79-92tumnig-1199Research ArticleБУРЕНИЕ СКВАЖИН И РАЗРАБОТКА МЕСТОРОЖДЕНИЙDRILLING OF WELLS AND FIELDS DEVELOPMENTРасчет необходимого расхода метанола при течении влажного углеводородного газа в горизонтальном трубопроводеCalculation of the required methanol consumption during the flow of wet hydrocarbon gas in a horizontal pipelineМусакаевН. Г.MusakaevN. G.

Мусакаев Наиль Габсалямович - доктор физико-математических наук, профессор, главный научный сотрудник; профессор кафедры разработки и эксплуатации нефтяных и газовых месторождений

 г. Тюмень

Nail G. Musakaev -  Doctor of Physics and Mathematics, Professor, Chief Researcher; Professor at the Department of Development and Exploitation of Oil and Gas Fields

Tyumen

ГальчанскийМ. П.GalchanskiiM. P.

Гальчанский Михаил Павлович - магистрант

г. Тюмень 

Mihail P. Galchanskii - Master's Student

Tyumen

galchanskiyy_mihail@rambler.ruТюменский филиал Института теоретической и прикладной механики им. С. А. Христиановича СО РАН; Тюменский индустриальный университетРоссияTyumen Branch of Khristianovich Institute of Theoretical and Applied Mechanics of SB RAS; Industrial University of TyumenRussian FederationТюменский индустриальный университетРоссияIndustrial University of TyumenRussian Federation202420052024027992Copyright © Мусакаев Н.Г., Гальчанский М.П., 20242024Мусакаев Н.Г., Гальчанский М.П.Musakaev N.G., Galchanskii M.P.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://tumnig.tyuiu.ru/jour/article/view/1199

Одной из основных проблем, которую приходится решать при разработке залежей углеводородного сырья, является образование газовых гидратов в трубопроводах. В этой связи в данной работе рассмотрен превентивный метод борьбы с формированием газогидратных отложений на внутренних стенках канала, основанный на подаче в газовый поток ингибитора гидратообразования. Исследование проведено на основе математической модели течения влажного углеводородного газа в горизонтальном трубопроводе. Целью исследования является определение минимально необходимого расхода метанола, при котором не происходит формирования газогидратных отложений на внутренних стенках канала. Практическая значимость данного исследования заключается в том, что оно направлено на снижение рисков, связанных с образованием газогидратов в трубопроводах. Численная реализация математической модели течения природного газа в горизонтальном канале имеет в своей основе последовательное решение системы четырех дифференциальных уравнений методом Рунге — Кутты 4 порядка точности с последующим поиском методом последовательных приближений минимального расхода ингибитора, при котором не происходит процесс фазового перехода «газ + вода ↔ газовый гидрат» на внутренней поверхности канала. В работе приводится расчет доли ингибитора гидратообразования в жидкой фазе посредством решения кубического уравнения методом Кардано. По результатам проведенных вычислительных экспериментов построены и интерпретированы графики зависимостей минимального расхода ингибитора от температуры грунта, давления газа на входе, общей концентрации воды в потоке газа, начальной температуры газа и суммарного дебита газа.

One of the main problems that have to be solved during the development of hydrocarbon deposits is the formation of gas hydrates in pipelines. In this regard, the article presents a preventive method to struggle against the formation of gas hydrate deposits on the pipes inner walls associated with the supply of a hydrate formation inhibitor to the gas stream. The research was conducted on the basis of a mathematical model of the wet hydrocarbon gas flow in a horizontal pipeline. The research object is to determine the minimum required consumption of methanol, in which there is no formation of gas hydrate deposits on the channel inner walls. The practical significance of this study is that it is aimed at reducing the risks associated with the formation of gas hydrates in pipelines. The numerical implementation of a mathematical model of natural gas flow in a horizontal channel is based on a sequential solution of a system of four differential equations by the Runge-Kutta method of 4 orders of accuracy, followed by a search for sequential approximations of the minimum inhibitor flow rate, in which the "gas + water ↔ gas hydrate phase" transition process does not occur on the inner surface of the channel. The article presents a calculation of the proportion of a hydrate formation inhibitor in the liquid phase by solving a cubic equation using the Cardano method. Based on the computational experiments results, graphs were constructed and interpreted of the dependencies of the minimum inhibitor consumption on the soil temperature, inlet gas pressure, total water concentration in the gas flow, initial gas temperature and total gas flow rate.

метод борьбы с гидратообразованиемингибитор гидратообразованияминимальный расход метаноламатематическое моделированиечисленная схемаhydrate control methodhydrate inhibitorminimum methanol consumptionmathematical modelingnumerical schemesReferencesИстомин, В. А. Газовые гидраты в природных условиях / В. А. Истомин, В. С. Якушев. – Москва : Недра, 1992. – 235 с. – Текст : непосредственный.Istomin, V. A., & Yakushev, V. S. (1992). Gazovye gidraty v prirodnykh usloviyakh. Moscow, Nedra Publ., 235 p. (In Russian).Истомин, В. А. Предупреждение и ликвидация газовых гидратов в системах добычи газа / В. А. Истомин, В. Г. Квон. – Москва : Газпром, 2004. – 506 с. – Текст : непосредственный.Istomin, V. A. & Kvon, V. G. (2004). Preduprezhdenie i likvidatsiya gazovykh gidratov v sistemakh dobychi gaz. Moscow, Gazprom Publ., 506 p. (In Russian).Sloan, E. D. Jr. Clathrate Hydrates of Natural Gases / E. D. Sloan Jr, C. A. Koh. – Direct Text. – USA : CRC Press, 2007. – 752 p. – DOI 10.1201/9781420008494Sloan, E. D. Jr & Koh, C. A. (2007). Clathrate Hydrates of Natural Gases. USA, CRC Press Publ., 752 p. (In Russian). DOI: 10.1201/9781420008494Макогон, Ю. Ф. Газовые гидраты, предупреждение их образования и использование / Ю. Ф. Макогон. – Москва : Недра, 1985. – 232 с. – Текст : непосредственный.Makogon, Yu. F. (1985). Gazovye gidraty, preduprezhdenie ikh obrazovaniya i ispol'zovanie, Moscow, Nedra Publ., 232 p. (In Russian).Сбор и промысловая подготовка газа на северных месторождениях России = Gathering and conditioning of gas on the northern gas fields of Russia / А. И. Гриценко, В. А. Истомин, А. Н. Кульков, Р. С. Сулейманов. – Москва : Недра, 1999. – 473 с. – Текст : непосредственный.Gritsenko, A. I., Istomin, V. A., Kulkov, A. N. & Suleymanov, R. S. (1999). Gathering and conditioning of gas on the northern gas fields of Russia. Moscow, Nedra Publ., 473 p. (In Russian).Бондарев, Э. А. Моделирование образования гидратов в газовых скважинах при их тепловом взаимодействии с горными породами / Э. А. Бондарев, И. И. Рожин, К. К. Аргунова. – Текст : непосредственный // Инженернофизический журнал. – 2014. – Т. 87, № 4. – С. 871–878.Bondarev, E. A., Rozhin, I. I. & Argunova, K. K. (2014). Modeling the formation of hydrates in gas wells in their thermal interaction with rocks. Journal of Engineering Physics and Thermophysics, (87(4)). – рр. 900-907. (In Russian).Mitigating Hydrate Formation in Onshore Gas Wells : A Case Study on Optimization Techniques and Prevention / M. Ješić, B. Martinović, S. Stančić [et al.]. – DOI 10.5937/podrad2343043J. – Direct text // Podzemni radovi. – 2023. – Issue 43. – P. 43–70.Ješić, M., Martinović, B., Stančić, S., Crnogorac, M., & Danilović, D. (2023). Mitigating hydrate formation in onshore gas wells: A case study on optimization techniques and prevention. Podzemni radovi, (43), pp. 43-70. (In English). DOI: 10.5937/podrad2343043JChallenges and advantages of using environmentally friendly kinetic gas hydrate inhibitors for flow assurance application : A comprehensive review / A. Farhadian, A. Shadloo, X. Zhao [et al.]. – DOI 10.1016/j.fuel.2022.127055. – Direct text // Fuel. – 2023. – Vol. 336. – C. 127055.Farhadian, A., Shadloo, A., Zhao, X., Pavelyev, R. S., Peyvandi, K., Qiu, Z., & Varfolomeev, M. A. (2023). Challenges and advantages of using environmentally friendly kinetic gas hydrate inhibitors for flow assurance application: A comprehensive review. Fuel, (336), рp. 127055. (In English). DOI: 10.1016/j.fuel.2022.127055Нигматулин, Р. И. Динамика многофазных сред : [в 2 ч.]. Ч. 1 / Р. И. Нигматулин. Ч. 1. – Москва : Наука, 1987. – 464 с. – Текст : непосредственный.Nigmatulin, R. I. (1987). Dinamika mnogofaznyh sred. Chast' 1. Moscow, Nauka Publ., 464 p. (In Russian).Prediction Model and Risk Analysis of Hydrate Deposition and Blockage in Reduced-Diameter Pipelines // J. Pei, Zh. Wang, J. Zhang [et al.]. – DOI 10.1016/j.fuel.2022.127071. – Direct text // Fuel. – 2023. – Vol. 337. – C. 127071.Pei Pei, J., Wang, Z., Zhang, J., Zhang, B., Ma, N., & Sun, B. (2023). Prediction model and risk analysis of hydrate deposition and blockage in reduced-diameter pipelines. Fuel, (337), рp. 127071. (In English). DOI: 10.1016/j.fuel.2022.127071Бондарев, Э. А. Обобщение алгоритма определения расхода по замерам давления в системах добычи и транспортировки газа / Э. А. Бондарев, И. И. Рожин, К. К. Аргунова. – DOI 10.15372/PMTF20170511. – Текст : непосредственный // Прикладная механика и техническая физика. – 2017. – Т. 58, № 5 (345). – С. 111–120.Bondarev, E. A., Rozhin, I. I., & Argunova, K. K. (2017). A new algorithm of mass flow rate determination in gas production and transportation systems via pressure measurement. Journal of Applied Mechanics and Technical Physics, 58, (5(345)). рр. 853-861. (In English).Sloan, E. D. Jr. Fundamental principles and applications of natural gas hydrates / E. D. Sloan Jr. – Direct text // Nature. – 2003. – Vol. 426, Issue 6964. – P. 353–363.Sloan, E. D. Jr (2003). Fundamental principles and applications of natural gas hydrates. Nature, 426(6964), pp. 353-359. (In English).Мусакаев, Н. Г. Превентивные методы борьбы с гидратообразованием в трубопроводах / Н. Г. Мусакаев, Р. Р. Уразов. – Текст : непосредственный // Известия высших учебных заведений. Нефть и газ. – 2006. – № 1 (55). – С. 50–56.Musakaev, N. G. & Urazov, R. R. (2006). Methods to prevent hydrate formation in pipelines. Oil and Gas Studies, (1(55)), pp. 50-56. (In Russian).Ahmed, T. Advanced reservoir engineering / T. Ahmed, P. D. McKinney. – DOI 10.1016/B978-0-7506-7733-2.X5000-X. – Direct text. – USA : Gulf Professional Publishing, 2005. – 407 p.Ahmed, T. & McKinney, P. D. (2005). Advanced reservoir engineering. USA, Gulf Professional Publishing, 407 p. (In English). DOI:10.1016/B978-0-7506-7733-2.X5000-XШагапов, В. Ш. Динамика образования и разложения гидратов в системах добычи, транспортировки и хранения газа / В. Ш. Шагапов, Н. Г. Мусакаев. – Москва : Наука, 2016. – 240 с. – Текст : непосредственный.Shagapov, V. Sh., & Musakaev, N. G. (2016). Dinamika obrazovaniya i razlozheniya gidratov v sistemakh dobychi, transportirovki i khraneniya gaza. Moscow, Nauka Publ., 240 p. (In Russian).Experimental study and modeling of the kinetics of gas hydrate formation for acetylene, ethylene, propane and propylene in the presence and absence of SDS / H. Hashemi, S. Babaee, K. Tumba [et al.]. – DOI 10.1080/10916466.2018.1531024. – Direct text // Petroleum Science and Technology. – 2019. – Vol. 37, Issue 5. – P. 506–512.Hashemi, H., Babaee, S., Tumba, K., Mohammadi, A. H., Naidoo, P., & Ramjugernath, D. (2019). Experimental study and modeling of the kinetics of gas hydrate formation for acetylene, ethylene, propane and propylene in the presence and absence of SDS. Petroleum Science and Technology, 37(5), pp. 506-512. (In English). DOI: 10.1080/10916466.2018.1531024Колчин, А. В. Совершенствование технологии применения метанола в системах добычи и магистральном транспорте газа: : специальность 25.00.17 «Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений» ; специальность 25.00.19 «Строительство и эксплуатация нефтегазопроводов, баз и хранилищ» : диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук / Колчин Александр Владимирович ; Уфимский государственный нефтяной технический университет. – Уфа, 2019. – 148 с. – Текст : непосредственный.Kolchin, A. V. (2019). Sovershenstvovanie tekhnologii primeneniya metanola v sistemakh dobychi i magistral'nom transporte gaza. Diss. … kand. techn. nauk. Ufa, 148 p. (In Russian).Термогидродинамика систем добычи и транспорта газа / Э. А. Бондарев, В. И. Васильев, А. Ф. Воеводин [и др.]. – Новосибирск : Наука, 1988. – 270 с. – Текст : непосредственный.Bondarev, E. A., Vasil'ev, V. I., Voevodin, A. F., Pavlov, N. N., Shadrina, A. P. (1988). Termogidrodinamika sistem dobychi i transporta gaza. Novosibirsk, Nauka Publ., 270 p. (In Russian)Бык, С. Ш. Газовые гидраты / С. Ш. Бык, Ю. Ф. Макогон, В. И. Фомина ; под ред. С. Ш. Быка. – Москва : Химия, 1980. – 296 с. – Текст : непосредственный.Byk, S. Sh., Makogon, Yu. F., & Fomina, V. I. (1980). Gazovye gidraty. Moscow, Himiya Publ., 296 p. (In Russian).Латонов, В. В. Расчет коэффициента сжимаемости природного газа / В. В. Латонов, Г. Р. Гуревич. – Текст : непосредственный // Газовая промышленность. – 1969. – № 2. – C. 7–9.Latonov, V. V., & Gurevich, G. R. (1969). Raschet koefficienta szhimaemosti prirodnogo gaza. Gas Industry, (2), pp. 7-9. (In Russian)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.