Расчет необходимого расхода метанола при течении влажного углеводородного газа в горизонтальном трубопроводе

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.

1. Истомин, В. А. Газовые гидраты в природных условиях / В. А. Истомин, В. С. Якушев. - Москва : Недра, 1992. - 235 с. - Текст : непосредственный.

2. 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.

3. Sloan, E. D. Jr. Clathrate Hydrates of Natural Gases / E. D. Sloan Jr, C. A. Koh. - Direct Text. - USA : CRC Press, 2007. - 752 p. - https://doi.org/10.1201/9781420008494

4. Макогон, Ю. Ф. Газовые гидраты, предупреждение их образования и использование / Ю. Ф. Макогон. - Москва : Недра, 1985. - 232 с. - Текст : непосредственный.

5. 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.

6. 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.

7. Mitigating Hydrate Formation in Onshore Gas Wells : A Case Study on Optimization Techniques and Prevention / M. Ješić, B. Martinović, S. Stančić [et al.]. - https://doi.org/10.5937/podrad2343043J. - Direct text // Podzemni radovi. - 2023. - Issue 43. - P. 43-70.

8. Challenges 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.]. - https://doi.org/10.1016/j.fuel.2022.127055. - Direct text // Fuel. - 2023. - Vol. 336. - C. 127055.

9. Нигматулин, Р. И. Динамика многофазных сред : [в 2 ч.]. Ч. 1 / Р. И. Нигматулин. Ч. 1. - Москва : Наука, 1987. - 464 с. - Текст : непосредственный.

10. Prediction Model and Risk Analysis of Hydrate Deposition and Blockage in Reduced-Diameter Pipelines // J. Pei, Zh. Wang, J. Zhang [et al.]. - https://doi.org/10.1016/j.fuel.2022.127071. - Direct text // Fuel. - 2023. - Vol. 337. - C. 127071.

11. Бондарев, Э. А. Обобщение алгоритма определения расхода по замерам давления в системах добычи и транспортировки газа / Э. А. Бондарев, И. И. Рожин, К. К. Аргунова. - https://doi.org/10.15372/PMTF20170511. - Текст : непосредственный // Прикладная механика и техническая физика. - 2017. - Т. 58, № 5 (345). - С. 111-120.

12. 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.

13. 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.

14. Ahmed, T. Advanced reservoir engineering / T. Ahmed, P. D. McKinney. - https://doi.org/10.1016/B978-0-7506-7733-2.X5000-X. - Direct text. - USA : Gulf Professional Publishing, 2005. - 407 p.

15. Шагапов, 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.

16. 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.]. - https://doi.org/10.1080/10916466.2018.1531024. - Direct text // Petroleum Science and Technology. - 2019. - Vol. 37, Issue 5. - P. 506-512.

17. Колчин, 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.

18. Термогидродинамика систем добычи и транспорта газа / Э. А. Бондарев, В. И. Васильев, А. Ф. Воеводин [и др.]. - Новосибирск : Наука, 1988. - 270 с. - Текст : непосредственный.

19. 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.

20. Латонов, В. В. Расчет коэффициента сжимаемости природного газа / В. В. Латонов, Г. Р. Гуревич. - Текст : непосредственный // Газовая промышленность. - 1969. - № 2. - C. 7-9.