.

Дослідження дифузійних і газодинамічних процесів у ПСГ при фільтрації природного газу і азоту: Автореф. дис… канд. техн. наук / Л.Т. Гораль, Івано-Ф

Язык: украинский
Формат: реферат
Тип документа: Word Doc
0 2614
Скачать документ

Івано-Франківський державний технічний університет нафти і газу

Гораль Ліліана Тарасівна

УДК [622.691.24:533].001.5

Дослідження дифузійних і газодинамічних процесів у ПСГ при фільтрації природного газу і азоту

05.15.13 – Нафтогазопроводи, бази та сховища

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Івано-Франківськ – 1999

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Івано-Франківському державному технічному університеті нафти і газу Міністерства освіти України

Науковий керівник доктор технічних наук, професор
Гімер Роман Федорович,
Івано-Франківський державний технічний університет нафти і газу,
завідувач кафедрою нафтогазової гідромеханіки

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор Грудз Володимир Ярославович, Івано-Франківський державний технічний університет нафти і газу, завідувач кафедрою спорудження трубопроводів і сховищ;

кандидат технічних наук, Ізбаш Віктор Іванович, акціонерна компанія Укртрансгаз, заступник начальника управління компресорних станцій.

Провідна установа
відкрите акціонерне товариство, інжинірингово-виробниче підприємство ВНІПІТРАНСГАЗ, м. Київ

Захист відбудеться 15 червня 1999 р. о 10.00 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 20.052.04 при Івано-Франківському державному технічному університеті нафти і газу, м. Івано-Франківськ, вул. Карпатська, 15.

З дисертацією можна ознайомитись в науково-технічній бібліотеці Івано-Франківського державного технічного університету нафти і газу, 284019, м. Івано-Франківськ, вул. Карпатська, 15.

Автореферат розісланий 15 травня 1999 р.

Вчений секретар
спеціалізованої вченої ради,
доктор технічних наук, професор Шлапак Л.С.

Актуальність теми
В умовах становлення ринкових відносин система газопостачання України має надійно задовольняти попит на газ будь-коли згідно з термінами контрактів, поставляючи споживачам необхідні обсяги природного газу обумовленої якості при визначених тисках в системі газопроводів. Це завдання реалізується зокрема за допомогою мережі підземного зберігання газу.
Зручні географічні чинники – наявність вироблених газових покладів, які мають сприятливі геолого-промислові характеристики, безпосередньо біля основних експортних газопроводів та біля західного кордону України, зумовили створення найбільшого в Європі Західноукраїнського комплексу підземного зберігання газу, в якому зосереджено понад 70% усієї потужності підземного зберігання газу в Україні.
Для надійного і ефективного транзиту газу необхідно забезпечити його економічно оправдане зберігання. Економічні показники підземних сховищ газу в значній мірі залежать від умов створення ПСГ і, в першу чергу, від співвідношення між буферним і активним газом. Зменшення об’єму буферного газу призводить до зменшення затрат на сам буферний газ, але при цьому знижується пластовий тиск, що погіршує умови відбору активного газу. Тому буферний газ доцільно було б не зменшувати кількісно, а замінити іншим, економічно виправданим замінником. Такий підхід особливо актуальний для народного господарства України на сучасному етапі розвитку, оскільки дефіцит газового пального відчутний у всіх галузях промисловості.
Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами
Тема роботи відноситься до галузевої проблеми і тематичних планів “Держкомнафтогазпром”. Виконані дослідження витиснення залишкової нафти та газового конденсату по держбюджетній темі Г 13/4, розроблена технологія підвищення видобутку газу на останній стадії експлуатації родовищ з допомогою закачки інертного газу в пласт по темі №150/92.
Мета і задачі дослідження
Проведення наукових досліджень газодинамічних і дифузійних процесів в пористому середовищі з метою заміни буферного газу інертним для покращання економічних показників підземного зберігання газу.
Для досягнення поставленої мети вирішувались наступні завдання:
1. Статистична оцінка впливу об’єму буферного газу на економічні показники підземного сховища газу.
2. Визначення оптимального об’єму буферного газу в сховищі з врахуванням режиму роботи ПСГ.
3. Експериментальні дослідження процесу дифузії газів при їх контакті в пористому середовищі.
4. Аналітичні дослідження процесу сумішоутворення в продуктивному горизонті ПСГ.
5. Дослідження газодинамічних процесів в продуктивному горизонті при витисненні буферного природного газу інертним.
Наукова новизна одержаних результатів роботи полягає в:
• постановці і реалізації нових задач підвищення економічної ефективності підземного зберігання газу шляхом заміни буферного газу інертним;
• побудові і реалізації економо-математичної моделі ПСГ з метою визначення оптимального об’єму буферного газу з врахуванням режиму відбору активного газу;
• постановці наукового експерименту з метою вивчення процесу дифузії газів в пористому середовищі і узагальненні його результатів;
• аналітичних дослідженнях дифузійних процесів в продуктивному горизонті при витисненні буферного газу інертним;
• вивченні закономірностей руху зони контакту природного і інертного газів при їх сумісній фільтрації в продуктивному горизонті ПСГ.
Практичне значення одержаних результатів
Результати проведених досліджень дають змогу поглибити знання структури економічних та технологічних показників створюваних ПСГ, зрозуміти фізичну природу процесів дифузії газів в пористому середовищі, змоделювати картину змішування газів в продуктивному горизонті ПСГ та динаміку переміщення зони контакту змішування газів. Розроблені методики і програми розрахунку дозволяють вибрати оптимальний об’єм буферного газу в ПСГ (незалежно від його природи) та змоделювати процес фільтрації газів при витисненні буферного газу інертним. За результатами побудованих математичних та економо- математичних моделей створено методику розрахунку оптимізації параметрів підземних сховищ газу, яка затверджена як керівний документ інститутом Укргазпроект і впроваджена для використання в ДП “Прикарпаттрансгаз”.
Особистий внесок здобувача полягає в оцінці впливу об’єму буферного газу на економічні показники ПСГ, яка зроблена на основі аналізу статистичних даних. Побудовано економо-математичну модель ПСГ з метою оптимізації об’єму буферного газу і розроблено методику її реалізації [1]. Створено експериментальну установку, проведено досліди характеру дифузійного змішування газів в пористому середовищі, виконано обробку їх результатів [3]. Вивчено характер змішування природного газу і азоту при їх сумісній фільтрації в продуктивному горизонті ПСГ [5]. Проведено аналітичні дослідження газодинамічних процесів в ПСГ при витисненні буферного газу інертним.
В спільній публікації [8] автором виконаний аналіз режимів роботи ПСГ Прикарпаття, а написання комп’ютерної програми автором і одержані результати стали підставою для написання спільної праці [7].
Апробації результатів дисертації
Результати дисертаційної роботи доповідались на:
• засіданнях наукового семінару кафедри нафтогазової гідромеханіки ІФДТУНГ. (1992-1996 р.р.), засіданнях наукового семінару факультету газонафтопроводів за спеціальністю 05.15.13 – “Нафтогазопроводи, бази та сховища”, науково-технічних конференціях професорсько-викладацького складу ІФДТУНГ (1992-1998 р.р.), науково-практичній конференції “Стан, проблеми і перспективи розвитку нафтогазового комплексу Західного регіону України” (1995)
Публікації
За темою дисертації опубліковано 8 друкованих праць, в тому числі 4 статті (3 одноосібно)
Структура та обсяг роботи
Робота виконана у формі рукопису, складається з вступу, чотирьох розділів, висновків, викладених на 171 сторінці машинописного тексту, в тому числі 23 таблиці, 29 рисунків і 6 додатків. Список використаної літератури включає 124 найменування праць вітчизняних та зарубіжних авторів.
Основний зміст роботи
У вступі обгрунтована актуальність вибраної теми, сформульовані мета і завдання досліджень, їх наукова новизна і практична цінність, викладені основні наукові результати.
У першому розділі проведені статистичні дослідження основних показників ПСГ західного регіону України, так як підземні сховища газу, створені у виснажених родовищах Прикарпаття (Угерське, Опарське, Дашавське, Богородчанське і Угерсько-Більче-Волицьке) призначені для забезпечення надійності експортних поставок газу в країни Західної Європи і газопостачання Західного економічного району країни, в зв’язку з постійним зниженням видобутку газу із родовищ західних областей України.
Загальний активний об’єм газу в цих газосховищах в 1990 році склав 10,75 млрд.м3 , з них 7,86 млрд.м3 – для забезпечення об’ємів експортних постачань (без врахування резерву нерозподіленого активного об’єму газу). Роботи по проектуванню і створенню ПСГ в Західному регіоні України ведуться з 1969 року. Поряд з приведеними технологічними особливостями, підземні сховища газу, створені в виснажених родовищах Прикарпаття, мають свої геолого-технічні особливості.
Практично всі виснажені родовища Прикарпаття приурочені до неоднорідних (як по площі так і по розрізу) колекторів. В результаті, в низькопроникних частинах покладів, утворюються так звані “застійні” зони газосховищ, які не приймають участь в роботі при циклічній експлуатації газосховищ, але які створюють потенційний підпір і які збільшують, в результаті, величину буферного об’єму газу.
Аналіз сучасного стану наукових досліджень по формуванню ПСГ в країнах Європи та США підтверджують актуальність поставленої в роботі задачі.
Метою проведеного кореляційного аналізу було встановлення тенденцій впливу основних технічних і технологічних показників створення підземних сховищ газу на їх економічні показники. Побудовані кореляційні залежності можуть бути використані з метою прогнозування тенденцій розвитку підземного зберігання газу, тенденцій впливу основних параметрів підземних сховищ на їх економічні показники. Як показує аналіз кореляційних залежностей найбільший вплив на капіталовкладення і собівартість зберігання газу має об’єм буферного газу. При цьому із збільшенням об’єму буферного газу капіталовкладення зростають, а собівартість зберігання газу зменшується. Очевидно, що заміна буферного газу азотом, який є більш дешевим з економічної точки зору приведе до зменшення капітальних затрат на створення ПСГ.
У другому розділі проведені дослідження впливу об’єму буферного газу на техніко-економічні показники ПСГ.
Об’єм буферного газу, визначений з врахуванням технологічних умов експлуатації сховища, часто не задовольняє економічним вимогам. При цьому затрати по зберіганню газу за час роботи сховища не є мінімальними. Буферний газ являє собою продукцію, яка має визначену ціну. Зрозуміло, що чим більша вартість буферного газу, тим менше його повинно бути в сховищі при інших однакових умовах.
Об’єм буферного газу, крім технологічних факторів, залежить від капітальних затрат на буріння свердловин, експлуатаційних витрат при їх роботі, вартості одиниці об’єму буферного газу і експлуатаційних витрат на його нагнітання та поновлення ,капітальних затрат на будівництво компресорної станції і експлуатаційних затрат при її роботі.
Техніко-економічне визначення об’єму буферного газу в ПСГ і, залежно від нього, числа експлуатаційно-нагнітальних свердловин дається в роботах Ширковського А.І., Чарного І.А., Задори Г.І., Плотіцина А.С., Сидоренка М.В., Калиновського Ю.В., Бузинова С.Н.
Ми пропонуємо використати величину буферного об’єму газу для оптимізації режимів експлуатації газосховищ шляхом пошуку мінімуму приведених затрат на створення і експлуатацію ПСГ.
Критерієм оптимальності вважаються приведені затрати на створення і експлуатацію ПСГ. В загальному вигляді приведені затрати П рівні
П = КЕн + е, (1)
де К – капіталовкладення, е – експлуатаційні витрати, Ен – нормативний коефіцієнт амортизації.
Загальні капіталовкладення можуть бути виражені у вигляді суми
К = Кб + Кс + Кгна + Ко, (2)
де Кб – затрати на буферний газ;
Кс – затрати на свердловини;
Кгна – затрати на газонагнітальні апарати;
Ко – капіталовкладення, що не залежать від об’єму буферного газу.
Експлуатаційні затрати можуть бути визначені як сума складових:
е = екс + ес + еб + ео, (3)
де еб , ес , екс і ео – експлуатаційні затрати, відповідно, на закачку буферного газу, на свердловини, на ДКС і такі, що не залежать від об’єму буферного газу.
Підставляючи одержані значення капіталовкладень і експлуатаційних затрат в формулу (1), одержимо приведені затрати, як функцію об’єму буферного газу. Тоді оптимальна величина об’єму буферного газу може бути визначена з рівняння
(4)
Метою розрахунку було визначення оптимальних параметрів ПСГ (об’єму буферного газу, пластового тиску в кінці відбору і числа експлуатаційних свердловин) та економічних показників (капіталовкладень, експлуатаційних та приведених затрат).
З метою апробації розробленої методики розрахунку оптимальних параметрів створюваних підземних сховищ газу проводились розрахунки для умов, що відповідають умовам Богородчанського ПСГ. Ставилась задача визначити оптимальні параметри підземного сховища газу, створюваного на базі виснаженого родовища за критерієм мінімуму приведених затрат на його створення і експлуатацію.
Як і слід було чекати, при сталій вартості буферного газу експлуатаційні затрати, як функція об’єму буферного газу, мають мінімум, який відповідає оптимальній величині відносного об’єму буферного газу. При збільшенні затрат на створення і експлуатацію експлуатаційних свердловин з 25 до 35 млн.$ мінімальні затрати на створення ПСГ зростають, а об’єм буферного газу, що їм відповідає збільшується з 18% до 20%. Мінімальний розрахунковий пластовий тиск в ПСГ на кінець періоду відбору зростає від 26,14 ата до 29,76 ата, число експлуатаційних свердловин при цьому зменшується з 728 до 644. Іншими словами, при зростанні вартості свердловини на 40% оптимальний об’єм буферного газу збільшується на 2%, мінімальний пластовий тиск зростає на 13,8%, а число експлуатаційних свердловин зменшується на 11,5%.
У третьому розділі проаналізовано світовий досвід використання інертних газів і виконано дослідження процесу змішування газів в пористому середовищі.
Газові методи підвищення нафтогазоконденсатовіддачі пластів – нагнітання в пласт вуглеводневих газів, СО2, азоту і димових газів є достатньо ефективними технологічними процесами, які можна широко використовувати в широкому діапазоні гірничо-геологічних умов.
На даному етапі вищевказані газові методи використовуються в світовій практиці, в основному для закачки в нафтові і газоконденсатні поклади для витіснення нафти і газового конденсату шляхом багатоконтактного змішуючого витіснення при високих тисках. За рахунок впровадження цих методів нафто- і газоконденсатовіддача може зрости на 7-20 %.
В 1988 році в світі здійснювалось біля 170 проектів по закачці в пласт різних газів, сумарний об’єм закачки в перерахунку на нормальні умови склав більше 100 млрд.м3, завдяки цьому видобуто біля 30 млн.т нафти.
Крім того, невуглеводневі (азот і димові) гази використовуються на ПСГ, наприклад у Франції для заміни частини буферного об’єму газосховища.
У зв’язку з високою вартістю природного газу і СО2, на нашу думку, слід використовувати азот і димові гази. Перспективність використання азоту і димогарних газів (87% азоту і 12% СО2) замість природного газу і СО2 пояснюється наступними факторами:
1. Виробництво інертних газів в промислових масштабах досить доступне (у світі найбільш відпрацьоване виробництво азоту кріогенним способом із повітря, завод по виробництву азоту може бути розміщений на самому родовищі);
2. Азот при підвищенні тиску має меншу стискуваність, ніж СО2 і вуглеводневі гази (відповідно в 3 і 1,5 рази) і невисоку розчинність в пластовій воді (13 м3/м3). Тому при інших рівних умовах в пласт закачують азоту по об’єму менше, ніж СО2 або природного газу. Завдяки низькій стискуваності безповоротні втрати азоту в пласті (залишковий, защемлений газ) і затрати на його стиснення в 2-3 рази менші ніж при використанні СО2 і природного газу;
3. Вартість отримуваного із повітря азоту, який доставляється на родовище при високому тиску без транспортних затрат, менше вартості СО2 і природного газу в 2-3 рази і в 4-8 разів відповідно. З врахуванням низької стискуваності азоту, загальні втрати на його закачку пласт можуть скласти 15-20 % витрат на закачку СО2 або природного газу;
4. При використанні азоту відпадає проблема корозії обладнання і охорони навколишнього середовища.
Головним недоліком використання азоту і димових газів для збільшення нафтогазоконденсатовіддачі є погіршення властивостей видобуваючого природного газу після прориву робочого агенту в експлуатаційні свердловини. В цьому випадку, як і при використанні СО2, необхідне будівництво регенераційних установок.
В США технологія закачки інертних газів в пласт для підвищення вуглеводовіддачі пластів випробувані в 30 проектах при різних гірничо-геологічних умовах і розглядаються експертами як досить перспективні технологічні процеси. В нашій країні є об’єкти , де для підвищення вуглеводовіддачі може бути використана закачка азоту чи димових газів. Необхідно відзначити, що ця технологія придатна для більшості газових родовищ на заключній стадії розробки для витіснення залишкових запасів газу. Існують реальні умови для створення технічних засобів для реалізації цього методу. В той же час в країні немає практичного досвіду по використанню азоту і димогарних газів, немає ні техніки, ні технології, відсутня систематизована інформація про даний метод.
Першочерговою і найбільш суттєвою проблемою є проблема змішування природного газу і азоту при їх сумісній фільтрації. В залежності від інтенсивності змішування при контакті цих газів утвориться певний об’єм суміші, що призведе до незворотних втрат природного газу. Отже, в залежності від інтенсивності змішування, заміна буферного газу азотом може стати економічно невиправданою. Тому основною задачею вирішення проблеми заміни буферного газу азотом є задача про змішування газів в пористому середовищі. Задача такого плану може бути вирішена тільки на основі експериментальних досліджень, оскільки необхідно визначити коефіцієнт дифузійного перемішування газів. Одержані експериментальні дані слід адаптувати до умов реальних підземних сховищ газу і на цій основі реалізувати технологію заміни буферного газу азотом.
Нами створена експериментальна установка, за допомогою якої проводились дослідження процесу змішування газів в пористому середовищі з метою визначення коефіцієнту дифузії.
Результати проведених експериментальних досліджень дозволили одержати емпіричну залежність для визначення коефіцієнту дифузії, як функції проникливості породи, тиску і температури середовища. Для побудови вказаної емпіричної залежності використана методика раціонального планування експерименту. Незалежними параметрами вважались проникливість k, тиск P і температура T. Четвертий параметр вважався сталим C. Функцією-відгуком вважався коефіцієнт дифузії газів, чисельно визначений в результаті експериментів. Побудова статистичних залежностей функції-відгуку від параметрів проводилась на основі методу найменших квадратів на п’яти рівнях.
Загальний вид функції D = F(k,P,T) буде
D =  k0,475 p–0,018 T0,48. (5)
Визначивши середнє значення коефіцієнту  для умов досліду, одержали формулу
D = 1,210–14 k0,475 p–0,018 T0,48, м2/с. (6)
Середньоквадратична похибка складає 1,451110–19, а коефіцієнт варіації – 0,0121 (1,21%). В одержаній формулі проникливість k слід підставляти в дарсі, тиск – в МПа, температуру – в К.
Розрахунки коефіцієнта дифузії, проведені на основі одержаної формули показують, що в залежності від умов (тиску і температури) значення коефіцієнту дифузії змінюється мало. Так, при зміні температури в діапазоні 280 – 320 К значення коефіцієнту дифузії зростає на 6,62%, а при зміні тиску від 3 до 12 МПа – зменшується на 2,52%. Отже для конкретного продуктивного горизонту коефіцієнт дифузії слід визначати на основі середньої проникливості пористого середовища і можна вважати постійним в часі.
Крім експериментальних досліджень, проводились аналітичні розрахунки дифузійного перемішування газів в зоні контакту з метою визначення об’єму перемішування азоту і природного газу.
Середнє значення концентрації кожного з компонентів по довжині зони змішування не залежить від часу і на кожен момент часу має стале значення Cсер = 0,5. Очевидно, що середня по довжині зони змішування концентрація може бути знайдена із співвідношення
(7)
Ми одержали формулу для довжини зони змішування L у вигляді
(8)
За результатами розрахунків, довжина суміші за період циклу відбору не перевищує 1 м, що дозволяє вважати тиск постійним по довжині суміші і залежним тільки від часу періоду відбору t. Очевидно, що з плином часу довжина зони суміші зростає. Характер залежності довжини суміші від часу визначається рівнянням (8) Закон зростання довжини суміші в часі близький до параболічного. Якщо вважати, що тиск в сховищі в період закачки зростатиме по кривій, що дзеркально відображає його зменшення в період відбору , то можна встановити, що характер зміни довжини суміші за період закачки буде ідентичний періоду відбору. Отже, за період закачки довжина зони суміші зростатиме на величину до 1 м.
Вважаючи, що концентрації кожного з компонентів на всій довжині суміші в кожен момент часу однакові і рівні 0,5, визначили кількість природного газу і кількість азоту в суміші на кінець періоду відбору. При цьому результат отримали у відносних одиницях. Для природного газу відносну його кількість визначили по відношенню до максимальної ємності сховища, а для азоту – до об’єму буферного газу.
Відносні кількості природного газу і азоту в суміші
(9)
де R – радіус контуру продуктивного горизонту; h – потужність пласта; W – об’єм порового простору.
Для умов Богородчанського ПСГ, поровий об’єм продуктивного горизонту якого складає 30,66 млн.м3, за залежностями (9) одержимо
Vг = 1,310–4; Vа = 2,9610–4.
Як визначено нами в результаті розрахунку оптимальних параметрів ПСГ, в залежності від вартості газу оптимальний об’єм буферного газу в ПСГ складає 13 – 21% від загальної ємності сховища. Якщо вважати цей газ незворотніми втратами, спрямованими на підтримання необхідного пластового тиску, то при заміні буферного газу інертним азотом ці втрати за один цикл відбору зменшаться до 0,013%, тобто майже в 1000 разів. Крім того, слід відмітити, що суміш газу з азотом, що утворилась в пласті, можна (і доцільно) використовувати в кінці періоду відбору з метою опалення. Така суміш має меншу питому теплоту згорання, яку можна збільшити змішуючи з чистим природним газом на поверхні. Досвід використання азотованого природного газу за рубежем загальновідомий (наприклад, в Польщі).
Другий показник (Vа) характеризує витрату азоту за один цикл відбору. Як видно з розрахунків, вони складають близько 0,03% від об’єму закачаного азоту. Якщо для умов Богородчанського ПСГ необхідний об’єм закачки азоту (який рівний об’єму буферного газу) складає 1568 млн.м3, то щорічний об’єм його дозакачки, пов’язаний з сумішоутворенням і використанням суміші, складе 0,464 млн.м3.
В четвертому розділі проведені дослідження газодинамічних процесів в продуктивному горизонті при витисненні буферного об’єму газу азотом. Проведені дослідження мали за мету оцінити характер змішування газів в пористому середовищі, час процесу і розподіл тисків по площі продуктивного горизонту і в часі.
Система вихідних рівнянь розв’язувалась при певних початкових і граничних умовах методом Фур’є. В результаті одержано характер розподілу тиску в області природного газу і азоту на кінець моменту часу t
(10)
де k – коефіцієнт п’єзопровідності пористого середовища;
a – безрозмірний коефіцієнт;
Q – загальна продуктивність при відборі чи нагнітанні активного газу;
Qа – загальна продуктивність при нагнітанні азоту.
Змінна x міняється з кроком x, який знаходиться
• в першому випадку (для області природного газу)
;
• в другому випадку (для області азоту) l(t)
,
де N – число розбиття області (N = 10).
Для встановлення загальних закономірностей процесу витиснення буферного газу азотом з пористого середовища проводилися розрахунки на основі розробленої нами методики. Оскільки для реального продуктивного горизонту ПСГ такі закономірності прослідковуються не досить чітко завдяки впливам побічних факторів, то дані розрахунки проводились для гіпотетичного ПСГ, продуктивний горизонт якого є однорідним, має форму правильного циліндра, на контурі якого рівномірно розміщені свердловини для нагнітання азоту, а в центрі розміщена укрупнена свердловина для відбору і закачки активного газу. Об’єм продуктивного горизонту і характеристики пористого середовища вибрано ідентичними параметрам Богородчанського ПСГ.
Для проведення вказаних розрахунків розроблено програму розрахунків на алгоритмічній мові BASІC. Результати розрахунків показують, що найбільш характерною є залежність параметрів режиму від характеру роботи ПСГ. Розрахунки проводились для процесу нагнітання азоту з продуктивністю Qа, що була сталою в часі, при різних варіантах переміщення активного газу. Розглядались варіанти роботи ПСГ, коли при нагнітанні азоту відбувається відбір активного газу з продуктивностями меншою, рівною і більшою за продуктивність закачки Qа і при рівномірному в часі нагнітанні азоту активний газ не відбирається і не закачується; при рівномірному нагнітанні азоту через укрупнену свердловину в центрі продуктивного горизонту відбувається нагнітання активного газу з продуктивністю меншою, рівною і більшою за продуктивність нагнітання азоту.
Розроблена методика і створене комп’ютерне забезпечення дозволяють не тільки проаналізувати характер газодинамічних процесів в продуктивному горизонті ПСГ, але й розрахувати темп нагнітання азоту (при відомому темпі відбору активного газу), при якому зона контакту газів досягне заданого положення (вибою експлуатаційних свердловин в центрі покладу) на кінець періоду відбору. Може бути реалізована задача в іншій постановці: знайти розміщення зони контакту природного газу і азоту в продуктивному горизонті на заданий момент часу при відомому темпі закачки азоту і відбору активного газу. Кожна з поставлених задач може бути реалізованою на основі розробленої методики способом перебору варіантів.
Нами прораховано можливий техніко-економічний ефект при нагнітанні азоту в пласт І-ІІ горизонтів Опарського родовища.
Економічна ефективність здійснення закачки в пласт інертних газів може бути визначена як різниця між вартістю додатково видобутого газу від впровадження технології і сумою капітальних і експлуатаційних затрат на здійснення нагнітання інертних газів і відбір природного газу. Техніко-економічна частина роботи має достатньо велику похибку розрахунків, так як не враховано багато величин, що мають імовірнісний характер, такі як затрати на ремонти тощо. Але важливим було питання існування економічного ефекту від впровадження технології заміни буферного природного газу на інертний. Як показали розрахунки, економічний ефект становить від 13,5 до 21,7 млн. грн. в залежності від варіанту розробки. Критерієм оптимальності вважався період заміни буферного об’єму газу азотом.

ВИСНОВКИ
1. Розв’язана важлива народногосподарська задача, яка дозволяє на основі аналізу техніко-економічних параметрів підземних сховищ газу України методами математичної статистики встановити, що при зростанні об’єму буферного газу в 5,21 разів капіталовкладення зростають в 4,16 рази, що свідчить про суттєвий вплив об’єму буферного газу на економіку підземного зберігання газу.
2. Проведено аналіз світового використання інертних газів з метою витіснення вуглеводнів з продуктивних горизонтів. Подана загальна характеристика газових методів збільшення нафтогазоконденсатовіддачі пластів. На базі І-ІІ горизонтів Опарського родовища зроблено техніко-економічне обгрунтування нагнітання інертних газів. В результаті розрахунків одержана величина економічного ефекту, яка становить 21,652 млн.грн.
3. Побудовано математичну модель, що зв’язує затрати на створення ПСГ з його технологічними параметрами; реалізація моделі методом пошуку екстремуму дозволила встановити, що оптимальний об’єм буферного газу з точки зору мінімуму приведених затрат на створення і експлуатацію сховища залежить від ціни буферного газу і коливається в межах 13 – 21 % від повного об’єму газу.
4. Проведені експериментальні лабораторні дослідження процесу змішування газів в пористому середовищі показали, що інтенсивність процесу невисока; на основі обробки результатів досліджень одержано емпіричну формулу для визначення ефективного коефіцієнту процесу дифузії газів в пористому середовищі.
5. Аналітичні дослідження процесу дифузії газів в пористому середовищі показали, що довжина зони змішування, визначена з врахуванням експериментально знайденого коефіцієнту ефективної дифузії за один цикл відбору газу не перевищує одного метра, що призведе до утворення суміші з об’ємом природного газу близько 0,5 млн.м3, яку пропонується використати для опалення шляхом змішування її з природним газом на поверхні.
6. Побудована математична модель і розроблена методика та програмне забезпечення розрахунку переміщення зони контакту газів в процесі відбору активного газу дозволяють прогнозувати час періоду відбору і темп закачки азоту при відомому темпі відбору.
ОСНОВНІ РЕЗУЛЬТАТИ ДИСЕРТАЦІЙНОЇ РОБОТИ ВИКЛАДЕНІ:
1. Гораль Л.Т. Оптимізація режиму експлуатації підземних газосховищ // Нафтова і газова промисловість. 1997.– №4.– С.29-31.
2. Гораль Л.Т. Необхідність дослідження витіснення природних газів інертними // Нафтова і газова промисловість. 1996.– №4.– С. 51-52.
3. Гораль Л.Т. Експериментальні дослідження процесу змішування газів в пористому середовищі // Нафтова і газова промисловість. 1998.– №6.– С. 56.
4. Гораль Л.Т., Гімер Р.Ф., Андріїшин М.П. Розрахунок коефіцієнта п’єзопро-відності по картах ізобар // Нафтова і газова промисловість. 1992.– №2.– С.
5. Гораль Л.Т. Моделювання процесу взаємодії природного і інертного газів при їх сумісній фільтрації // Матеріали науково-практичної конференції “Шляхи підвищення якості підготовки спеціалістів для будівництва систем трубопровідного транспорту” – Івано-Франківськ.– 1998. С.42.
6. Гораль Л.Т. Кореляційний аналіз впливу параметрів ПСГ на їх економічні показники // Матеріали науково-технічної конференції професорсько-викла-дацького складу університету нафти і газу – Івано-Франківськ.– 1998.
7. Гораль Л.Т., Андріїшин М.П. Дослідження процесу взаємодії природного і інертного газів при їх фільтрації в пористому середовищі // Матеріали науково-технічної конференції професорсько-викладацького складу інституту нафти і газу. Івано-Франківськ.– 1994. С.83-84.
8. Гораль Л.Т., Гимер Р.Ф. Про можливість збільшення газовіддачі виснажених покладів шляхом витіснення димогарними газами // Матеріали науково-методичної конференції “Стан, проблеми і перспективи розвитку нафтогазового комплексу Західного регіону України”, Львів.– 1995. С.96.

Гораль Л.Т. Дослідження дифузійних і газодинамічних процесів у ПСГ при фільтрації природного газу і азоту – рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.15.13 – Нафтогазопроводи, бази та сховища – Івано-Франків-ський державний технічний університет нафти і газу, Івано-Франківськ, 1999 р.
Проведено наукові дослідження газодинамічних і дифузійних процесів в пористому середовищі з метою заміни буферного об’єму газу інертним. Дана статистична оцінка впливу об’єму буферного газу на економічні показники підземного сховища газу. Реалізація математичної моделі що зв’язує затрати на створення ПСГ з його технологічними параметрами, методом пошуку екстремуму дозволила встановити, що оптимальний об’єм буферного газу з точки зору мінімуму приведених затрат на створення і експлуатацію сховища залежить від ціни буферного газу і коливається в межах 13 – 21 % від повного об’єму газу. На основі обробки результатів проведених лабораторних досліджень змішування газів в пористому середовищі одержано емпіричну формулу для визначення ефективного коефіцієнту процесу дифузії газів в пористому середовищі. Побудована математична модель і розроблена методика та програмне забезпечення розрахунку переміщення зони контакту газів в процесі відбору активного газу дозволяють прогнозувати час періоду відбору і темп нагнітання азоту при відомому темпі відбору.
Ключові слова та вирази:
підземні сховища газу, буферний об’єм, фільтрація, дифузія, газодинамічні процеси.

Гораль Л.Т. Исследование диффузионных і газодинамических процессов у ПХГ при фильтрации природного газа і азота – рукопись
Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.15.13 – Нефтегазопроводы базы и хранилища – Ивано-Франков¬ский государственный технический университет нефти и газа, Ивано-Франковск, 1999 г.
Проведено научные исследования газодинамических и диффузионных процессов в пористой среде с целью замещения буферного объема газа инертным. Дана статистическая оценка влияния объема буферного газа не экономические показатели подземного хранилища газа. Реализация математической модели, которая связывает затраты на создание ПХГ с его технологическими параметрами методом нахождения экстремума, позволила установить, что оптимальный объем буферного газа, с точки зрения минимума приведенных затрат на создание и єэксплуатацию хранилища, зависит от цены буферного газа и колеблется в пределах 13- 21% от полного объема газа. На основе обработки результатов проведенных лабораторных исследований смешивания газов в пористой среде получено эмпирическую формулу для определения эффективного коэффициента процесса диффузии газов в пористой среде. Построенная математическая модель и разработанная методика и программное обеспечение расчета перемещения зоны контакта газов в процессе отбора активного газа позволяют прогнозировать время периода отбора и темп закачки азота при известном темпе отбора.
Ключевые слова и выражения:
подземные хранилища газа, буферный объем, фильтрация, диффузия, газодинамические процессы.

Horal L.T. Investigation of diffusive and gasodynamic processes in underground gas storages during natural gas and nitrogen filtration.
Dissertation for the Candidate of Technical Sciences degree in the speciality 05.15.13 – oil and gas pipelines, bases, and storage facilities – Ivano-Frankivsk State Technical University of Oil and Gas, Ivano-Frankivsk, 1999.
A scientific research of gasodynamic and diffusion processes in porous medium has been carried out aiming at exchanging buffer gas volume by inert gas volume influence (effect) upon economic parameters of underground gas (UGS) storage has also been made. Realisation of the mathematical model, which its technological parameters, using the extremum search method lead to a conclusion that optimum buffer gas volume depends on the price of buffer gas and is within the limits of 13-21% of the full volume gas.
In case buffer volume is looked upon as non-reversible loses of natural gas, then the decrease of buffer gas volume will result in considerable improvement of economic parameters of gas storage. But the decrease of the volume leads to the decrease for the worse the selecting conditions of active gas. Therefore it is advisable not to reduce buffer gas quantitatively but to replace it by some other substitute, economically justified.
However, from the point of view of the buffer gas storage technology the replacement of buffer gas by nitrogen requires solution of a number of technical and technological problems, connected with joint filtration of natural gas and nitrogen in porous medium. That is why the solution of the problem of replacing buffer gas by nitrogen lies in solving the task of mixing gases in porous medium. The task has been solved on the basis of experimental research, aiming at determining the mixing character of gases in porous medium. And the way this process is influenced by the porous medium characteristics, it’s pressure and temperature.
On the bases of the processed results an empirical formula has been obtained to determine the efficiency of gases diffusion in porous medium.
Calculations of the diffusion efficiency made on the basis of this formula show insignificant changes in it under the influence of temperature and pressure. It is appropriate to determine the diffusion efficiency for a given producing horizon on the basis of average permeability of porous medium. It can be considered constant in time.
To create (build up) the empirical dependence, mentioned above method of rational planning of experiment has been used. Construction of statistic dependencies of the function was carried out on the basis of the least square method on five levels.
To work out the technology of displacement of buffer gas by nitrogen research must be carried out to investigate the process of transfusion of contact zone of gases in the producing horizon as well as the character of pressure compression in porous medium in the filtration zone of natural gas and nitrogen.
The created mathematical model, the method and software of calculated transfusion of contact zone of gases when collecting active gas allow to predict the time of collecting and the rate of nitrogen injecting when the collecting rate is known.
These investigations aimed at defining the character of gas mixing zone transfusion in porous medium, time of the process and distribution of pressures on the producing horizon area and in time.
Key words and phrases:
underground gas storages, buffer volume, filtration, diffusion, gasodynamic processes.

Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter

Похожие документы
Обсуждение

Оставить комментарий

avatar
  Подписаться  
Уведомление о
Заказать реферат!
UkrReferat.com. Всі права захищені. 2000-2020