7.4. Физическая модель термической технологии разработки газогидратной залежи

Диагностика и управление промышлен­ной разработкой газогидратного место­рождения требуют корректных физичес­кой и математической моделей предла­гаемой термической технологии. От точ­ности и объективности физической мо­дели во многом зависит и корректность численных методов количественной оцен­ки результатов реализации технологии.

Основу физической модели газогид­ратной залежи составляет образец по­роды, в микропорах которой содержат­ся гидраты метана и лед. При этом в кри­сталлическом соединении типа М∙nН₂О на одну молекулу (М) газа приходится 5,75 молекулы воды (n = 5,75).

Физическую модель предлагаемой термической технологии воздействия на газогидратную залежь можно схематично представить в виде прогрева породно­го массива по длине горизонтального бурового канала, продуваемого горячими продуктами сгорания гидратного метана, и по нормали от него – ГГГ (газификация газовых гидратов). Теплофизические особенности такого теплового воздействия приведены на рис. 7.5 и 7.6.

После воспламенения метана в началь­ной части горизонтального бурового ка­нала в скважину нагнетается воздушное дутье. По истечении некоторого време­ни зона горения переместилась в сече­ние / - /. Характер изменения темпера­туры газового потока и стенки горизон­тального канала схематично представлен кривой на рис. 7.5. С течением времени зона горения / - / перемещается по направле­нию движения газового теплоносителя. Прогрев залежи в радиальном направ­лении (по нормали от горизонтального канала) схематично показан на рис. 7.6. В сечении / - / нагнетаемый в скважину воз­дух нагревается в выжженной зоне 1 пе­ред поступлением в узкую зону горения 2.

Рис. 7.5. Предполагаемое изменение температу­ры теплоносителя по длине горизонтального бурового канала: I - I - зона горения; II - II - зона транс­порта теплоносителя

Прогрев залежи в радиальном направ­лении (по нормали от горизонтального канала) схематично показан на рис. 7.6. В сечении / - / нагнетаемый в скважину воз­дух нагревается в выжженной зоне 1 пе­ред поступлением в узкую зону горения 2. Температура в зоне горения, вероят­но, составляет 700-900 °С, поэтому в сле­дующей по нормали зоне 3 происходит активное разложение гидратов на воду и метан. В зоне 4 температура в массиве резко снижается, происходит испарение горячей воды и выделение метана. В зо­нах 5 и 6 процесс диссоциации гидратов постепенно затухает, но с течением вре­мени изотерма начала диссоциации гид­ратов перемещается в глубь залежи. В зоне транспорта сформировавше­гося низкотемпературного газового теп­лоносителя (сечение // - //) существуют только зоны диссоциации газового гид­рата и образовавшихся горячей воды и метана (3-5). Прогрев в глубь залежи ограничен и обусловлен только тепло­проводностью горного массива.

Рис. 7.6. Прогрев газогидратнои залежи по нормали от горизонтального канала: а - сечение / - /; б - сечение // - //; 1 - выжженная зона; 2 - фронт горения; 3 - зона активной диссоциации гидрата; 4 - горячая вода и метан; 5 - зона начала диссоциа­ции гидрата; 6 - нетронутый газогидратный пласт

Математическое моделирование про­цесса термического воздействия на газогидратную залежь - задача достаточно сложная. В первом приближении к ее ре­шению рассматриваются только теплофизические особенности термической прора­ботки горизонтального бурового канала без учета фазовых превращений в сис­теме лед - вода - газ - гидрат.

Источником нагрева является высо­котемпературный газовый поток. В этом случае рабочий процесс определяется, с одной стороны, теплопроводностью, благодаря которой осуществляется про­грев пласта в радиальном направлении, а с другой - конвекцией в газовом по­токе вдоль бурового канала.

В предлагаемой конструктивной схе­ме новой технологии добычи газогидра­тов вертикальные стволы добычных сква­жин могут быть оборудованы также уст­ройствами для понижения равновесного давления в газогидратной залежи (отса­сывающие насосы на устье скважины или дросселирующие устройства на забое скважины). Это дополнительно будет со­действовать диссоциации газогидратов.