Разработка методов расчета и оптимизации режимов отбора газа из подземного хранилища в каменной соли

Зайцев, Владимир Геннадьевич

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Разработка методов расчета и оптимизации режимов отбора газа из подземного хранилища в каменной соли
ВАК РФ 25.00.17, Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений

Автореферат диссертации по теме "Разработка методов расчета и оптимизации режимов отбора газа из подземного хранилища в каменной соли"

На правах рукописи УДК 622.691.24

Зайцев Владимир Геннадьевич

РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ РАСЧЕТА И ОПТИМИЗАЦИИ РЕЖИМОВ ОТБОРА ГАЗА ИЗ ПОДЗЕМНОГО ХРАНИЛИЩА В КАМЕННОЙ СОЛИ

Специальность 25.00.17 - Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва-2004

Работа выполнена в ООО "Подземгазпром" ОАО "Газпром" и Российском государственном университете нефти и газа имени И.М. Губкина

Научный руководитель - докт. техн. наук Казарян В.А.

Официальные оппоненты:

докт. техн. наук, проф. Иванцов О.М.

канд. техн. наук Михайловский А.А.

Ведущая организация - ОАО «ВНИПИгаздобыча»

Защита диссертации состоится " " ¿УА^АУЯ 2004/ г. в

на заседании диссертационного совета Д.212.200.08 при Российском государственном университете нефти и газа имени И.М. Губкина по адресу: Москва, В-296, ГСП-1, 119991, Ленинский проспект, 65. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Российского государственного университета нефти и газа имени И.М. Губкина

Автореферат разослан " Я-9" Я 2004 г.

/¿Г часов

Ученый секретарь диссертационного Совета докт. техн. наук, проф.

^^ Сомов Б.Е.

С_■

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы.

В топливно-энергетическом балансе России около 80% составляют газ, нефть и продукты их переработки. В условиях характерной для Российской Федерации географической разобщенности районов добычи, переработки и использования жидких и газообразных углеводородов, совпадения по времени максимального спроса на топливо, на электро- и теплоэнергию, увеличения экспортных поставок, старения существующих газо- и нефтепроводов многократно повышается роль подземного хранения газонефтепродуктов.

Подземное хранение является основным и наиболее эффективным методом обеспечения надежности газоснабжения и позволяет решить весь комплекс задач, связанных с регулированием неравномерности газопотребления (сезонной, суточной, часовой) и резервированием газоснабжения (в аномально холодные зимы, экспорта газа, оперативного резервирования газотранспортных систем, долгосрочного резервирования добычи газа).

ЕСГ России насчитывает 22 подземных хранилища газа (ПХГ). Основными способами подземного хранения газа являются хранение в водоносных пластах и истощенных месторождениях (пористых структурах), ПХГ в которых используются в основном, как регуляторы сезонной неравномерности газопотребления. В настоящее время в России в ПХГ этого типа созданы запасы активного газа, составляющие примерно 12-5-15 % от объема годового потребления газа.

Наряду с сезонными запасами газа для надежного функционирования ЕСГ необходимы запасы для регулирования суточной и часовой неравномерности газопотребления и резервы для покрытия нештатных изменений спроса или предложения, которые составляют 10-5-15 % от объема сезонной неравномерности газопотребления. Покрытие пикового спроса должно осуществляться в короткие сроки и с высокой производительностью подачи газа.

В наибольшей степени этим условиям отвечают ПХГ, создаваемые в отложениях каменной соли. Такие хранилища способны работать в пиковом режиме эксплуатации, не требуют большого отвода земель в постоянное пользование, обеспечивают высокий уровень экологической, промышленной и гражданской безопасности, имеют высокую пожаро- взрывобезопасность и защищенность от воздействия современного оружия.

В геологическом отношении территория России обладает огромным потенциалом для создания подземных хранилищ в каменной соли. В европейской части расположено девять соляных площадей и бассейнов, в азиатской - шесть.

В России и СНГ по технологиям, разработанным в ООО "Подземгазпром" (ОАО "Газпром"), построены эксплуатируются ЯЯ*

хранения жидких и газообразных углеводородов. В настоящее время в России намечается строительство 10 ПХГ в каменной соли

ПХГ в каменной соли состоят как из единичных, так и из групп подземных резервуаров, при этом подземные резервуары одного ПХГ могут различаться геометрическим объемом, конфигурацией, глубиной заложения, конструкцией эксплуатационной скважины.

Увеличение количества подземных резервуаров на ПХГ поставило важную задачу разработки новых технологических схем и режимов эксплуатации, обеспечивающих увеличение объема активного газа и производительности хранилища.

Решение этой задачи невозможно без разработки методов расчета и оптимизации режимов эксплуатации подземных хранилищ путем моделирования процессов закачки, хранения и отбора с использованием современного математического и программного обеспечения.

Таким образом, разработка методов расчета и оптимизации режимов отбора газа из ПХГ в каменной соли является актуальной научно-технической проблемой.

Цель работы

Цель работы заключается в разработке методов расчета и оптимизации режимов отбора газа из подземного хранилища в каменной соли.

Основные задачи работы

1. Анализ и обобщение существующих в России и за рубежом методов расчета и оптимизации режимов эксплуатации подземного хранилища газа в каменной соли.

2. Анализ режимов отбора газа из подземного хранилища газа в каменной соли и определяющих их параметров.

3. Разработка математических моделей тепловых, газодинамических и других процессов, протекающих в элементах подземного хранилища газа в каменной соли при отборе.

4. Разработка на основе созданных математических моделей и структурного моделирования метода расчета режимов отбора газа из подземного хранилища газа в каменной соли и реализация его в виде программного комплекса для ПЭВМ.

5. Апробация метода расчета режимов отбора газа из подземного хранилища в каменной соли на основе производственно-экспериментальных данных.

6. Разработка с помощью нового метода расчета рекомендаций по выбору оптимальных с точки зрения режима отбора газа конструкций эксплуатационных скважин подземных резервуаров.

7. Разработка метода оптимизации режимов отбора газа из подземного хранилища в каменной соли, состоящего как из единичного, так и из группы подземных резервуаров,

8. Выбор оптимального распределения суммарной производительности отбора газа между единичными резервуарами подземного хранилища, состоящего из произвольного количества резервуаров.

Методы исследований.

Поставленные задачи решались с использованием: численных методов математического моделирования; результатов промышленных экспериментов; методов математической статистики при обобщении экспериментальных данных.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Впервые для расчета режимов отбора газа из подземного хранилища в каменной соли использован метод структурного моделирования, который позволяет рассматривать подземное хранилище, как единый технологический комплекс, с учетом нестационарных тепловых и газодинамических процессов, а также процессов влагонасыщения и гидратообразования в изменяющихся термобарических условиях.

2. Обоснована конструкция эксплуатационной скважины подземного резервуара с наименьшей удельной стоимостью скважины на единицу максимальной производительности отбора.

3. Впервые для решения задачи параметрической оптимизации режимов отбора газа из подземного хранилища газа в каменной соли, состоящего из единичного резервуара или группы резервуаров, использован метод структурного моделирования и методы прямого поиска.

4. Обоснована оптимальная схема распределения суммарной производительности отбора газа между единичными резервуарами подземного хранилища в каменной соли, состоящего из произвольного количества резервуаров.

Основные научные положения, выносимые на защиту:

1. Математическая модель, позволяющая рассматривать в процессе эксплуатации подземное хранилище в каменной соли, как единый технологический комплекс, состоящий из произвольного количества подземных резервуаров, скважин и наземного оборудования, соединенных шлейфами и трубопроводами.

2. Зависимость основных технологических и экономических характеристик эксплуатационной скважины подземного резервуара от ее диаметра и начального давления в подземном резервуаре.

3. Алгоритм оптимизации режимов отбора газа из подземного хранилища в каменной соли, состоящего из единичного подземного резервуара или группы подземных резервуаров.

Практическая ценность результатов работы

1. Разработана и реализована в виде программного комплекса для ПЭВМ методика расчета режимов отбора газа из подземного хранилища в каменной соли.

2. Разработана и реализована в виде программного комплекса для ПЭВМ методика оптимизаций режимов отбора газа из подземного хранилища в каменной соли, состоящего из единичного подземного резервуара или группы подземных резервуаров.

3. Разработанные методики расчета и оптимизации использованы при создании завершенных и принятых к строительству проектов двух подземных хранилищ природного газа - Волгоградского и Калининградского ПХГ, а также при эксплуатации Ереванского ПХГ.

Апробация работы.

' Основные результаты работы, отдельные положения и разделы диссертации докладывались и получили одобрение на Второй и Третьей Всероссийских конференциях молодых ученых, специалистов и студентов по проблемам газовой промышленности России "Новые технологии в газовой промышленности", проходивших в РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина 30.09-02.10.1997 и 28-30.09.1999.

Публикации.

По теме диссертации опубликовано 9 научных работ.

Объем работы.

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы из 77 наименований. Диссертация изложена на 164 страницах, включая 55 рисунков и 17 таблиц.

Автор пользуется случаем выразить глубокую признательность д.т.н., профессору, заведующему кафедрой "Разработка и эксплуатация газовых и газоконденсатных месторождений" РГУ нефти и газа им. ИМ. Губкина БасниевуК.С. за ценные советы на завершающем этапе работы, а также сотрудникам отдела строительства и эксплуатации подземных хранилищ в каменной соли ООО "Подземгазпром" за помощь в процессе разработки и внедрения методов расчета и оптимизации режимов отбора газа из ПХГ в каменной соли. Реализация созданных методов в виде программного комплекса стала возможна благодаря участию в этой работе к.т.н., доцента МГТУ им. Н.Э. Баумана Козлова О.С. и к.т.н. Ходаковского В.В.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность проблемы, сформулирована основная цель и кратко изложена структура диссертационной работы.

В первой главе рассматриваются роль и назначение хранения природного газа в подземных хранилищах, создаваемых в каменной соли.

В настоящее время наиболее экономичным и перспективным является хранение как газообразных (природный газ, гелий, воздух), так и жидких (нефть, нефтепродукты) продуктов в подземных резервуарах, сооружаемых методом растворе-

ния через буровые скважины в отложениях каменной соли. В общем объеме созданного в мире подземного резервуарного парка в устойчивых непроницаемых породах на долю выработок, сооружаемых в каменной соли, приходится 80-85%. В работе приведены наиболее распространенные технологические схемы строительства, классификация и основные показатели подземных хранилищ в каменной соли.

Выполненный в первой главе анализ современного состояния и перспектив развития хранилищ этого типа в России и за рубежом показал, что в последние годы в таких странах, как Германия и США, сохраняется устойчивая тенденция к приоритетному использованию ПХГ в каменной соли для покрытия пиковых нагрузок газопотребления.

Анализ потребности в хранилищах природного газа в каменной соли, обеспечивающих устойчивое и надежное функционирование ЕСГ России, показал, что на ближайшую перспективу для различных регионов страны необходимо построить 121 подземный резервуар.

Основными технологическими параметрами ПХГ в каменной соли, от которых зависят затраты на его создание и эксплуатацию являются количество подземных резервуаров, объем активного газа, объем буферного газа, максимальное рабочее давление, минимальное (буферное) давление, максимальный суточный отбор газа, производительность закачки газа. В первой главе проанализированы особенности, отличающие технологические параметры подземных хранилищ газа в каменной соли от параметров хранилищ в истощенных месторождениях и в водоносных пластах, а также необходимые для расчета режимов отбора исходные данные и ограничения.

Методы расчета режимов отбора газа основаны на решении уравнений, описывающих процессы, происходящие с природным газом в выработке-емкости, скважине, шлейфах, трубопроводах и наземном оборудовании.

Исследованию режимов эксплуатации ПХГ в пористых структурах и в каменной соли посвящены работы таких авторов, как Богданов Ю.М., Бузинов С.Н., Горифьянов В.И., Задора Г.И., Игошин А.И., Казарян В.А., Левыкин Е.В., Мазуров В.А., Пышков Н.Н., Резуненко В.И., Ремизов В.В., Смирнов В.И., Федоров Б.Н., Ширковский А.И.

Анализ и обобщение существующих в России и за рубежом методов расчета и оптимизации режимов эксплуатации подземного хранилища газа в каменной соли показал, что проблема создания и практической реализации надежных математических моделей газодинамических и тепловых процессов в подземных резервуарах при отборе газа остается нерешенной.

Для расчета подземных резервуаров наибольшее распространение получили

сравнительно простые модели, в которых пренебрегается кинетической энергией конвективного движения газа в выработке-емкости по сравнению с внутренней энергией газа и учитывается только изменение внутренней энергии в процессе отбора. Существующие методы расчета позволяют, кроме процессов в выработке-емкости, рассчитывать также стационарные режимы течения газа в скважине и трубопроводе.

Практика проектирования и эксплуатации ПХГ в каменной соли показала необходимость разработки таких методов расчета режимов отбора, которые включали бы в себя алгоритмы расчета влагосодержания газа, отбираемого из подземного резервуара, и условий гидратообразования в элементах технологической схемы; использовали бы модель нестационарных газодинамических процессов в скважине и трубопроводах, а также позволяли бы решать задачи оптимизации параметров режимов отбора.

Кроме того, существующие методы расчета и оптимизации режимов отбора не позволяют рассматривать ПХГ, как единый технологический комплекс, включающий подземные выработки-емкости, скважины, шлейфы, трубопроводы и наземное оборудование.

Перечисленные выше требования вызвали необходимость создания новых методов расчета и оптимизации режимов отбора газа из подземного хранилища в каменной соли.

В этой же главе сформулированы основные задачи исследования.

Во второй главе рассматриваются теоретические основы разработанного метода расчета режимов отбора газа из подземного хранилища в каменной соли.

При расчетах режимов отбора газа необходимо решать следующие задачи:

• определение максимальпой производительности отбора газа из ПХГ;

• определение активного объема газа, который может быть отобран из ПХГ при соблюдении действующих эксплуатационных ограничений;

• определение перепада давления, необходимого для обеспечения заданной производительности отбора или отбора заданного активного объема газа.

Исходные данные для расчета: начальные давление и температура газа в резервуарах; максимально допустимое давление газа в магистральном газопроводе; геометрический объем, конфигурация, глубина заложения подземных резервуаров; температура и теплофизические свойства окружающей подземные резервуары породы; состав природного газа; диаметры и длины скважин, шлейфов, трубопроводов и состав наземного оборудования.

Ограничениями режима отбора являются:

• минимальное давление газа в подземном резервуаре;

• температура и давление образования гидратов в скважине и наземном обо-

рудовании;

• максимальные скорость отбора газа и темп снижения давления газа в резервуаре.

Для выбора режимов отбора из ПХГ в каменной соли необходимо одновременно выполнять расчеты:

• процессов изменения термобарического состояния газа в подземных резервуарах;

• гидродинамических и термодинамических процессов в разветвленных трубопроводах, соединенных коллекторами;

• процессов теплообмена газа с окружающей резервуары и трубопроводы породой;

• термодинамических свойств природного газа;

• процессов влагонасыщения и гидратообразования в подземных резервуарах, трубопроводах и наземном оборудовании;

" газодинамических процессов в запорно-регулирующих устройствах.

Разработанный метод расчета основан на численном решении систем нелинейных дифференциально-алгебраических уравнений, описывающих процесс отбора газа из подземного хранилища в каменной соли. Для создания модели процесса отбора был использован метод структурного моделирования.

Метод структурного моделирования, блок-схема которого представлена на рис. 1, позволяет формировать модель процесса отбора в виде графической структурной схемы, состоящей из готовых блоков и линий связи.

Рис.1. Блок-схема метода структурного моделирования

Блок является фундаментальным понятием структурного моделирования.

Каждый типовой блок представляет собой программно реализованную математическую модель того или иного явления, процесса, открытую для обмена информационными потоками с другими элементами структурной схемы. При этом блок имеет свой уникальный графический образ, позволяющий однозначно идентифицировать его на структурной схеме. На рис. 2 представлена обшая конструкция блока.

Р - параметры блока

I1 и -входы в блок V

X -состояния блока

У -выходы блока

X' = Р(Р,и,Х) - уравнения для состояний

У = в(Р и X) -уравнения длч выходов

Рис. 2. Обшая конструкция блока

Операторами ¥ и О описывается математическая модель блока, при этом оператор ¥ отвечает за поведение переменных состояния блока Х(например, в виде системы уравнений для производных переменных состояния), а при помощи оператора О формируются выходы блока У Параметры блока Р обычно определяют коэффициенты в уравнениях математической модели блока. Как видно из рис. 2, параметры Р. состояния X, операторы ¥ и О являются внутренними атрибутами блока, а входы и и выходы У служат для обмена информационными потоками с другими частями структурной схемы.

Структурная схема отбора из подземного хранилища создается с помощью типовых блоков, входящих в общетехническую библиотеку, содержащую более 100 блоков, и типовых блоков, объединенных в специализированные библиотеки. Блоки, входящие в состав этих специализированных библиотек, реализуют математические модели и алгоритмы, необходимые для моделирования процессов при отборе из подземных хранилищ газа в каменной соли.

Линии связи между блоками представляют собой дополнительные неявным образом заданные уравнения и соотношения в общей модели процесса отбора.

Метод структурного моделирования является весьма эффективным с точки зрения гибкости, простоты и удобства задания и редактирования математической модели объекта исследования. В то же время такая форма представления математической модели неприемлема при реализации численного решения уравнений модели. Предварительно требуется преобразовать структурную схему в систему конечно-разностных уравнений в соответствии с выбранным численным алгоритмом решения. В результате преобразования блоков структурной схемы формируется система уравнений модели процесса отбора в нормальной форме. В обшем случае это система нелинейных дифференциально-алгебраических уравнений

(ДАУ) вида:

хЧ1) = Г(х(1),и(1)д), у(0 = ё(х(1))и(0,у(0,г),

хк+1 -^(хк»ик)» .Ук =8а(хк>ик>Ук)>

(2)

где система уравнений (1) описывает непрерывные, а система уравнений (2) - дискретные блоки.

Первое векторное уравнение системы (1) является системой обыкновенных дифференциальных уравнений (ОДУ). Остальные уравнения систем (1) и (2) образуют в общем случае систему нелинейных алгебраических уравнений (НАУ). Таким образом, основу численных методов и алгоритмов моделирования процесса отбора составляют методы интегрирования системы ОДУ и методы решения системы НАУ, а также алгоритмы, обеспечивающие их взаимодействие.

Для численного интегрирования может быть использовано несколько явных и неявных алгоритмов: метод Эйлера в классической постановке, метод Рунге-Кутта 4-го порядка с фиксированным шагом интегрирования, метод Кутта-Мерсона 4-го порядка с автоматическим выбором шага интегрирования, адаптивный явный метод интегрирования 3-го порядка с автоматическим выбором шага Скворцова, неявные модифицированные методы Гира и Адамса-Маултона.

В состав разработанной модели процесса отбора из ПХГ в каменной соли входят следующие математические модели и алгоритмы:

1) Метод контрольных объёмов. Алгоритм расчёта разветвленных теплогид-равлических контуров технологической схемы ПХГ основан на методе контрольных объёмов. Согласно этому методу расчётная схема разветвленного теплогид-

, равлического контура разбивается на ряд контрольных объёмов и соединяющих их гидравлических связей. Совокупность контрольных объёмов образует тракт течения теплоносителя в контуре. Исходные уравнения сохранения массы и энергии интегрируются в границах каждого из контрольных объёмов. В зависимости от характера протекающих в контрольном объёме гидродинамических и тепловых процессов используются различные математические модели/

2) Математическая модель нестационарных газодинамических процессов.

Система уравнений сохранения массы, импульса и энергии для этой модели

имеет следующий вид:

— +

др | д(риг) Ы 8х

д1

(3)

(5)

где w - линейная скорость газа вдоль оси канала; р - плотность газа; Р - давление в газе; и - внутренняя энергия газа, ; q - плотность теплового потока; х - координата, совпадающая с осью канала; t - время; g — ускорение силы тяжести; z -высотная отметка; П - периметр канала; т0 - касательное напряжение на стенках канала; Ж- площадь поперечного сечения канала.

3) Математическая модель газодинамических и тепловых процессов в выработке-емкости. Выработка-емкость представляет собой ёмкость, заполненную газом. Газ в выработке-емкости участвует в процессе теплообмена с окружающей средой, масса и энергия газа зависят от массового расхода газа через подсоединенные к выработке-емкости скважины.

Выработка-емкость характеризуется: объёмом, поверхностью теплообмена. Изменение давления в выработке-емкости выражается следующим уравнением:

(6)

Уравнение сохранения энергии для выработки-емкости:

М| = а- (Тст -Т).Рст + ] • (7^ -Ю+Г^, (7)

где О - массовый расход, кг/с; V- объем резервуара, М3; Тст- средняя температура стенки выработки-емкости, К; а- коэффициент теплоотдачи от газа к породе, Вт/^-К); Т- среднемассовая температура газа, К; Р - давление, Па;./*^ - площадь поверхности выработки-емкости, М1; М - масса хранимого газа, кг; к - энтальпия, Дж/кг; /=7,...Д (ЛТ - число гидравлических связей выработки-емкости); индекс "вх" относится к втекающим, а индекс "вых"- вытекающим расходам.

Исходные основные уравнения сохранения массы, импульса и энергии для потока газа и уравнения для давления и энергии в выработке-емкости необходимо дополнить системой замыкающих соотношений, которые включают: теплофизи-ческие свойства природного газа; модели теплообмена; зависимости для расчета необратимых потерь давления.

Расчет теплофизических свойств газовой смеси выполняется с использованием уравнения состояния Реддиха-Квонга.

Математическая модель процессов теплообмена газа, находящегося в выработке-емкости и в скважине, с окружающей соляной породой основана на формуле Ньютона с детализацией описания коэффициентов теплоотдачи в зависимости от определяющих критериальных чисел (Нуссельта, Рэлея и т.д.), от геометрии ре-

зервуара и характеристик движения в нем.

Температура поверхности выработки -емкости Тст зависит от распределения температуры в породе, которое определяется из решения одномерного уравнения нестационарной теплопроводности. Для подземных цилиндрических резервуаров в соляных массивах размеры зоны распространения тепловой волны не превышают радиуса выработки-емкости. Необходимое для расчетов начальное распределение температуры в породе определяется на стадии геологоразведочных работ.

После создания и первоначального заполнения подземного резервуара природным газом на дне выработки-емкости остается насыщенный рассол. В процессе хранения в создавшихся в выработке-емкости термобарических условиях происходит массообмен между рассолом и природным газом. Газ диффундирует в рассол, а пары воды в природный газ. Этот процесс продолжается до тех пор, пока не установится равновесие между парциальным давлением водяного пара в газовом объеме и давлением паров рассола над его поверхностью. В настоящее время для расчета условий, приводящих к образованию гидратов, принимается 100%-ое вла-госодержание газа в выработке-емкости. Для определения условий гидратообразо-вания используется методика определения температуры и давления гидратообра-зования по равновесным кривым.

На рис. 3 представлены результаты расчета процесса гидратообразования природного газа в скважине резервуара № 5 Ереванского ПХГ при отборе газа с постоянной производительностью 2,5 млн. НМ3/сутки в течение 5 суток и начальном давлении в резервуаре 12,5 МПа для природного газа - 100% СН4.

Необходимое понижение температуры гидратообразования, К

Рис.3. Необходимое понижение температуры гидратообразования по глубине скважины для разного времени с начала отбора при производительности отбора 2,5 млн. нм3/сутки

Математическая модель, составляющая основу разработанного метода расчета режимов отбора газа из подземного хранилища в каменной соли, позволяет рассматривать ПХГ, как единый технологический комплекс, состоящий из произвольного количества подземных резервуаров и скважин, соединенных шлейфами, трубопроводами и коллекторами. Кроме того, эта модель может быть использована для расчетов газодинамических и термодинамических процессов, процессов влагонасыщения и гидратообразования в скважинах, разветвленных трубопроводах, соединенных коллекторами, и наземном оборудовании других объектов газовой отрасли.

В третьей главе приведены результаты апробации метода расчета режимов отбора газа из подземного хранилища в каменной соли.

Методика расчета режимов отбора газа из подземного хранилища в каменной соли реализована в виде программного комплекса "Моделирование подземных хранилищ газа" (ПК МПХГ). Для выполнения необходимых для апробации расчетов с помощью ПК МПХГ была создана расчетная схема процесса отбора из Ереванского ПХГ, которая включает все подземные резервуары, скважины и наземное оборудование (трубопроводы, задвижки и т.д.) этого хранилища.

В качестве исходных данных для расчетов принимались экспериментальные данные, полученные на Ереванском ПХГ в 1986-89 г.г. При проведении эксперимента измерялись производительность отбора газа на узле замера расхода газа ПХГ и давление на газопроводе-шлейфе или устье скважины резервуара, участвовавшего в эксперименте. В течение экспериментов производительность отбора газа изменялась.

Экспериментальные данные, позволяющие исследовать режим отбора газа из одного резервуара, были получены для резервуаров №№ 1,8,13 и 19 Ереванского ПХГ. Полученные в результате моделирования с этими исходными данными расчетные значения давления на устьях скважин и газопроводах-шлейфах были сопоставлены со значениями давления, полученными экспериментально. На рис. 4 приведено изменение производительности отбора из резервуара № 1 в процессе эксперимента, а на рис. 5 сопоставлены экспериментальные и расчетные значения давления на устье скважины при отборе газа из этого резервуара. Несмотря на сложный характер изменения производительности отбора (исходных данных), при сопоставлении результатов расчетов и экспериментальных данных получено схождение расчетных и фактических значений с погрешностью, не превосходящей 5%, за исключением моментов резкого увеличения производительности отбора. Подобные отклонения при резком увеличении расхода отбора отмечает и Svein B.Taule (Statoil Gas Technology). Эти отклонения объясняются погрешностью измерений расхода и устраняются калиброванием расходомерной системы.

О 24 48 72

Время, ч

Рис. 4. Изменение производительности отбора газа из резервуара № 1.

О 24 48 72

Время, ч

Рис.5. Изменение давления на устье скважины резервуара № 1: -- экспериментальные данные; — значения, полученные в результате расчета

Полученные результаты позволяют в разработанном методе расчета режимов отбора газа в качестве исходных данных использовать параметры, определяемые непосредственно с измерительных приборов на ПХГ.

В четвертой главе рассматривается оптимизация режимов отбора газа из подземного хранилища в каменной соли.

Выбор оптимальной конструкции эксплуатационной скважины ПХГ в каменной соли

Основные технологические параметры режима отбора газа из ПХГ в значительной степени определяются конструкциями скважин подземных резервуаров хранилища, так как отбор газа из подземного резервуара в каменной соли производится по одной эксплуатационной скважине. Эксплуатационная скважина характеризуется технологическими и стоимостными показателями, при этом основным технологическим параметром считается максимальная производительность отбора газа при заданном перепаде давлений.

Для обеспечения оптимальных режимов отбора газа при ограниченном количестве эксплуатационных скважин и высоких проектных пиковых отборах газа из ПХГ особое значение приобретает выбор конструкции скважины, обеспечивающей максимальную производительность отбора при допустимом темпе падения давления в подземном резервуаре.

С помощью разработанного метода расчета режимов отбора газа были исследованы три конструкции эксплуатационных скважин, наиболее часто используемые на ПХГ в отечественной и зарубежной практике: с основными обсадными колоннами труб диаметром 245, 299 и 340 мм, соответствующими им внешними подвесными эксплуатационными колоннами труб диаметром 178, 219 и 245 мм и центральными подвесными эксплуатационными колоннами труб диаметром 114, 146 и 178 мм.

В работе предложено понятие коэффициента эффективности использования скважины, представляющего собой удельную стоимость скважины на единицу максимальной производительности отбора газа, т.е. Кс -С^тах (8), где С - стоимость создания эксплуатационной скважины, руб.; Qmax - максимальная производительность отбора газа из скважины, млн. нм^/сутки.

Изменение коэффициента эффективности использования скважины в зависимости от ее диаметра и начального давления в подземном резервуаре для конструкции скважин с извлеченными центральными подвесными эксплуатационными колоннами труб представлено на рис.6.

Кс, ру б. ■ сутки/нм3

0,08 0,06 0,04 0,02 0

160 200 240 280

Наружный диаметр эксплуатационной колонны, мм

Рис. 6. Изменение коэффициента Кс при разных наружных диаметрах эксплуатационной колонны: начальное давление в резервуаре 9,0 МПа; □- начальное давление в резервуаре 15,0 МПа; + - начальное давление в резервуаре 21,0 МПа.

Анализ графиков показывает, что коэффициент К,, изменяется практически линейно, уменьшаясь при увеличении диаметра эксплуатационной колонны труб и начального давления в подземном резервуаре.

Предложенная в работе математическая зависимость основных технологических и экономических характеристик эксплуатационной скважины подземного резервуара от ее диаметра и начального давления в подземном резервуаре позволяет сделать вывод о том, что увеличение наружного диаметра (в реально используемом на практике диапазоне) основных обсадных колонн эксплуатационных скважин ПХГ приводит к снижению удельной стоимости скважины на единицу максимальной производительности отбора газа.

Алгоритм оптимизации режимов отбора газа из подземного хранилища в каменной соли, состоящего из единичного подземного резервуара или группы подземных резервуаров.

Режим отбора газа из ПХГ характеризуется рядом параметров, на которые накладываются ограничения и связи. Если ограничения и связи таковы, что позволяют однозначно определить значения всех параметров, то говорят о задаче прямого расчета технологических параметров. Однако в практике эксплуатации ПХГ встречаются различные сочетания параметров и управляющих воздействий (схемы работы ПХГ), обеспечивающие работу ПХГ и удовлетворяющие ограничениям и связям. В этом случае говорят об оптимизационной задаче с выделением целевой функции и критерия оптимизации, определяющего минимум или максимум этой функции.

Задача параметрической оптимизации имеет следующую постановку.

Обозначим Xt, Х2, ... , Хп - параметры ПХГ, которые можно изменять в процессе оптимизации для обеспечения заданного качества. На каждый параметр могут накладываться ограничения вида j = 1.....п (9). Пусть также

Qi(x), Ог(х),..., QmOO - показатели (критерии) качества, вычисляемые в результате расчета отбора газа при заданных значениях параметров. Требование к каждому из критериев будем задавать в виде ограничений Q, „щ, S Q, (х) й Q, max, i = 1,..., m (10), где m - число частных критериев, п - число оптимизируемых параметров.

Задачу параметрической оптимизации сформулируем следующим образом: найти вектор параметров удовлетворяющий ограничениям (9),

при котором показатели качества удовлетворяют ограничениям (10).

После нормировки частных критериев в виде

происходит переход от нескольких частных критериев д/,..., <Цт в один общий критерий, который формируется в виде функции частных критериев (свертывание критериев). В результате получаем общий критерий качества (целевую функцию) в форме

где при р = О, 1, 2 и оо имеем мультипликативный (среднегеометрический), аддитивный, квадратичный и минимаксный критерий, соответственно.

Решение задачи параметрической оптимизации реализовано в ПК МПХГ в виде итерационной процедуры, цель которой - сведение общего критерия качества (12) к нулю. Общий критерий качества вычисляется по результатам расчета режимов отбора газа с использованием методов прямого поиска:

• алгоритма деления шага пополам при одном оптимизируемом параметре (Ь =1) и алгоритма преобразований матрицы направлений при п> 1;

• алгоритма квадратичной интерполяции при одном оптимизируемом параметре (Ь=1) и алгоритма преобразований вращения и растяжения-сжатия (п >1);.

• метода "деформируемого многогранника" Нелдера и Мида.

В ходе расчета промежуточная информация о критериях и оптимизируемых параметрах выводится на экран. Расчет продолжается либо до окончания очередного этапа, либо прерывается расчетчиком досрочно. Корректировка задания заключается в изменении набора оптимизируемых параметров и/или пределов в ограничениях.

Разработанная методика оптимизации позволяет решать конкретные оптимизационные задачи отбора газа из единичного подземного резервуара (табл.1).

Таблица 1.

Варианты оптимизационных задач при отборе газа из единичного подземного резервуара

е Целевая функция t s fi* Критерии оптимизации о 2 о Тип задвижки на резервуаре

э 1 сс 2 ~ я 5 Я Я S 6 С E V? J A| •5 i 0 g о n Eg О. "" и регулируемая нерегулируемая

1 0 ~*тах, 1„тц2г Q + + ЛРюди +

2 t„„-* min Q + АРждв +

3 Уот6-*Утах, tomf -HUIП + лрнач. ЛРзадв +

4 Q max, t„„e <> % min Q + + + АР,аде +

5 Vnmf-*Vmax, -> min, Gn»-* min <? + + ¿Рид. +

6 Vom6->V»iaxi hm6 т'п> GUHi-*min Plade + + лрнт. Ar заде +

В таблице 1: Q — расход отбора, млн.нм'/сутки; tom^ - продолжительность отбора, сутки; г - заданный период отбора, сутки; АРщ^ - перепад давления на задвижке (для регулируемой задвижки), Па; ЛР^Ц^- начальный перепад давления на задвижке (для нерегулируемой задвижки), Па; Voms - отобранный объем газа, НМ3; - расход ингибитора, кг/ч.

Для реализации предложенной методики оптимизации для отбора газа из группы подземных резервуаров были рассмотрены различные варианты распределения расхода внутри группы резервуаров (рис.7).

Рис.7. Принципиальная технологическая схема эксплуатации группы из 4 резервуаров: 1 - подземный резервуар; 2 - технологическая скважина; 3 - газопровод-шлейф: 4 - регулируемая задвижка, 5 - коллектор.

В первом варианте с помощью регулируемых задвижек, установленных на газовых шлейфах до входа в коллектор, поддерживался одинаковый расход отбора для каждого подземного резервуара с помощью изменения проходного сечения-регулируемой задвижки. В этом случае заданная суммарная производительность группы исследовавшихся подземных резервуаров поддерживалась только в течение 4,7 суток.

Во втором варианте отбор газа из группы подземных резервуаров происходил без регулирования расхода газа до входа в коллектор. В этом случае единичные расходы устанавливаются в соответствии с объемной долей отдельных подземных резервуаров. С этим распределением расходов газ отбирался при заданном значении суммарной производительности более длительное время, чем в первом варианте - в течение 6.15 суток.

В третьем варианте с помощью регулируемых задвижек, установленных на газовых шлейфах до входа в коллектор, поддерживался отбор из ьго подземного резервуара, пропорциональный разности между давлением в этом резервуаре и средним значением давления в хранилище (13), и в отборе участвовали подземные резервуары, давление в которых больше или равно среднему значению давления в хранилище. Этот вариант позволил увеличить отбор газа на 7% по сравнению с принятым сейчас на практике вторым вариантом распределения отбора, когда регулирующие задвижки на подземных резервуарах полностью открыты, то есть расход не регулиру ется до входа в коллектор.

где Рсред - среднее значение давления в хранилище, Па; - давление в ьом подземном резервуаре, Па; п - количество подземных резервуаров в составе ПХГ; VI - объем 1-го подземного резервуара, м3; б,- - отбор из ьго подземного резервуара, млн.нм3/сутки; А,- - коэффициент пропорциональности, млн.нм3/(сутки-Па).

Далее с использованием этого варианта распределения расхода газа внутри группы резервуаров решаются задачи оптимизации режимов отбора газа из группы подземных резервуаров (табл. 2), аналогичные задачам, рассмотренным для единичного подземного резервуара.

Таблица 2

Варианты оптимизационных задач при отборе газа из группы подземных резервуаров

I № варианта I Целевая функция 1 Параметр оггги-1 мизации Критерии оптимизации Управляющее воздействие на резервуаре Подключенные резервуары 1 ип задвижки на резервуаре Расход из единичного резервуара

Е С А| .с 1 регулируемая 11 о У Я

1 Q¡: тах, готв2т + + ЛР^аЬ, Р^ Рсред + К:(Р 1 - Рсред)

2 & + ЛРзаде Рсред + К((Р1 - Рсред)

3 дЕ->тах, ^„¡¿т, Оунг-^тт & + + + Л Рзаде Р^ Рсред + К?(Р1 - Рсред)

4 Ьтб ~> Ш1П, тт & + + АР,„г* сред + К, (Р, - Рсред)

В таблице 2: - суммарная производительность отбора из группы подзем-

ных резервуаров, МЛН.НМ / с у т ^О^-^^о-Л и ч е с т в о подключенных

/=1

резервуаров).

Алгоритм оптимизации режимов отбора газа из подземного хранилища в каменной соли, состоящего из единичного подземного резервуара или группы подземных резервуаров, показан на рис. 8.

Рис.8. Алгоритм оптимизации режимов отбора газа из подземного хранилища в каменной соли, состоящего из единичного подземного резервуара или группы подземных резервуаров.

Внедрение алгоритма оптимизации для отбора газа из группы резервуаров позволяет за счет использования оптимальной схемы распределения суммарной производительности отбора газа между единичными резервуарами увеличить продолжительность отбора газа из ПХГ. Для отбора газа из четырех резервуаров общим геометрическим объемом 1,2 млн. м3 (рис. 7) при суммарном расходе отбора 19,2 млн. НМ3/сутки продолжительность отбора увеличивается с 6,15 до 6,5 8 суток. При этом дополнительно будет извлечено 8,256 млн. нм3 газа. Удельный показатель экономии в виде чистой прибыли от реализации 1000 м3 газа - 310 руб./ 1000 м3. Эффект от увеличения отбора газа из этой группы резервуаров - 2559,36 тыс. руб. Чистый доход от реализации извлеченного дополнительно газа при ставке на-

лога на прибыль 24% - 1945,11 тыс. руб. Таким образом, использование предложенного метода оптимизации позволяет получить значительную прибыль за счет выбора наиболее эффективных режимов отбора.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

На основании проведенных исследований можно сформулировать следующие выводы и рекомендации:

1. Разработан метод расчета режимов отбора газа из подземного хранилища в каменной соли, основанный на численном решении систем нелинейных дифференциально-алгебраических уравнений, описывающих процесс эксплуатации подземного хранилища, и использующий структурное моделирование.

3. Обоснована оптимальная схема распределения суммарной производительности отбора газа между единичными резервуарами подземного хранилища в каменной соли, состоящего из произвольного количества резервуаров.

4. Разработан метод оптимизации режимов отбора газа из подземного хранилища, состоящего из единичного резервуара или группы резервуаров, который заключается в решении задачи параметрической оптимизации методами прямого поиска с использованием оптимальной схемы распределения суммарной производительности отбора газа между единичными резервуарами в группе резервуаров.

5. Разработанные методики расчета и оптимизации режимов отбора газа реализованы в виде программного комплекса для ПЭВМ "Моделирование подземных хранилищ газа" (ПК МПХГ).

6. Разработанные методики расчета и оптимизации режимов отбора газа, реа-' 'лизованные в ПК МПХГ, использованы при создании завершенных и принятых к

строительству проектов двух подземных хранилищ природного газа - Волгоградского и Калининградского ПХГ, а также при эксплуатации Ереванского ПХГ.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Игошин А.И., Пышков Н.Н., Зайцев В.Г. Составить алгоритм и вычислительную программу расчета эксплуатационных параметров технологических скважин ПХГ и выработать рекомендации по выбору их оптимальных конструктивных решений. Фонды ООО "Подземгазпром". М., 1996. - 68 с.

2. Зайцев В.Г., Казарян В.А., Козлов О.С., Ходаковский В.В. Структурное моделирование динамики подземных газовых хранилищ: Тез. докл. Вторая Всероссийская конференция молодых ученых, специалистов и студентов по проблемам газовой промышленности России "Новые технологии в газовой промышлен-

ности". Секция 7 "Моделирование, автоматизация и управление в газовой промышленности". - М.: РГУ нефти и газа, 1997. - С. 17-18

3. Зайцев В.Г., Игошин А.И., Пышков Н.Н., Ходаковский В.В. Разработать алгоритм и программу расчета процессов гидратообразования и влагонасыщения природного газа при его отборе из подземных резервуаров в каменной соли. Фонды ООО "Подземгазпром", М., 1998. - 76 с.

4. Зайцев В.Г., Ходаковский В.В. Расчеты термодинамических параметров при эксплуатации ПХГ в каменной соли: Тез. докл. Третья Всероссийская конференция молодых ученых, специалистов и студентов по проблемам газовой промышленности России "Новые технологии в газовой промышленности". Секция 7 "Моделирование, автоматизация и управление в газовой промышленности". - М.: РГУ нефти и газа, 1999. - С.З

5. Зайцев В.Г., Игошин А.И., Ходаковский В.В., Козлов О.С. Моделирование подземных хранилищ газа// Газовая промышленность. - 1999. - №9. - С.33-34

6. Зайцев В.Г., Игошин А.И., Ходаковский В.В. Разработать автоматизированный программный комплекс для расчетов режимов эксплуатации подземных хранилищ газа в каменной соли на основе программы "Моделирование подземных хранилищ газа в каменной соли". Фонды 0 0 0 "Подземгазпром". М., 1999. - 51 с.

7. Горифьянов В.И., Зайцев В.Г., Игошин А.И.,, Пышков Н.Н. Сертифицировать и апробировать автоматизированный программный комплекс "Моделирование подземных хранилищ газа в каменной соли", оптимизировать расчеты режимов эксплуатации подземных хранилищ газа с его использованием. Фонды 0 0 0 "Подземгазпром". М., 2000. - 56 с.

8. Богданов Ю.М., Зайцев В.Г., Игошин А.И., Чумиков Н.Н. Выбор конструкции скважины ПХГ в каменной соли// Газовая промышленность. - 2002. - №4. -С.60-62

9. Игошин А.И., Зайцев В.Г., Пышков Н.Н. Определение вместимости подземных резервуаров в солях в процессе их эксплуатации// Наука и техника в газовой промышленности. — 2002. - №4. - С.9-12

Подписано в печать 19 О4. 200*| Г. Формат 60x84/16.

Тираж /О О экз Заказ № ¿9 Усл. печ. л. // О

ООО «Техполиграфцентр» ПЛД№ 53-477. Тел./факс: (095) 151-26-70

О »116 25

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Зайцев, Владимир Геннадьевич

Введение.

1. Анализ существующих методов расчета режимов эксплуатации подземных хранилищ в каменной соли и постановка задач исследования.

1.1. Технологические схемы строительства, классификация и основные показатели подземных хранилищ в каменной соли.

1.2. Применение и перспектива развития ПХГ в каменной соли за рубежом и в России.

1.3. Основные режимы эксплуатации ПХГ в каменной соли и определяющие их параметры.

1.4. Существующие методы расчета.режимов эксплуатации ПХГ в каменной соли и реализующие их программные комплексы.

2. Разработка метода расчета режимов отбора газа из подземного хранилища в каменной соли.

2.1. Постановка задачи расчета режимов отбора из ПХГ в каменной соли.

2.2. Использование метода структурного моделирования для расчетов режимов отбора газа из подземного хранилища в каменной соли.

2.3. Математические модели и алгоритмы расчета процессов при отборе газа из подземного хранилища в каменной соли.

2.4. Примеры расчетов режимов отбора газа из подземного хранилища в каменной соли.

2.5. Модели процессов влагонасыщения и гидратообразования природного газа при его отборе из подземных резервуаров в каменной соли.

3. Апробация метода расчета режимов отбора газа из подземного хранилища в каменной соли:.

3;1. Сертификация программного комплекса "Моделирование подземных хранилищ газа в каменной соли" (ПК МПХГ).

3.2. Апробация метода расчета режимов отбора газа на примере моделирования отбора из Ереванского ПХГ.

4. Оптимизация режимов отбора газа из подземного хранилища в каменной соли.

4.1 Использование расчетов режимов отбора газа для выбора оптимальной конструкции эксплуатационной скважины ПХГ в 116 каменной соли.

4.2 Актуальность оптимизации режимов отбора газа из подземного хранилища в каменной соли.

4.3 Разработка метода оптимизации режимов отбора газа из подземного хранилища в каменной соли.

4.3.1. Оптимизация режимов отбора газа из единичного подземного резервуара.

4.3.2. Оптимизация режимов отбора газа из группы подземных резервуаров.

Заключени е.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Разработка методов расчета и оптимизации режимов отбора газа из подземного хранилища в каменной соли"

Актуальность работы.

В топливно-энергетическом балансе России около 80% составляют газ, нефть и продукты их переработки. В условиях характерной для Российской Федерации географической разобщенности районов добычи, переработки и использования жидких и газообразных углеводородов, совпадения; по времени максимального спроса на топливо, на электро- и теплоэнергию, увеличения экспортных поставок, старения существующих газо- и нефтепроводов многократно повышается роль подземного хранения газонефтепродуктов.

Основными способами подземного хранения газа являются хранение в водоносных пластах и истощенных месторождениях (пористых структурах).

ЕСГ России насчитывает 22 подземных хранилища газа (ПХГ).

Как известно, ПХГ, созданные в пористых геологических структурах, используются в основном, как регуляторы сезонной! неравномерности газопотребления. В настоящее время в России в ПХГ в пористых структурах созданы запасы активного газа, которые составляют примерно 12 * 15 % от объема годового потребления газа.

Наряду с сезонными запасами газа для надежного функционирования ЕСГ необходимы запасы для регулирования суточной и часовой неравномерности газопотребления и резервы для покрытия нештатных изменений спроса или предложения, которые составляют 10 -г 15 % от объема сезонной неравномерности газопотребления. Покрытие пикового спроса должно осуществляться в короткие сроки и с высокой производительностью подачи газа.

В теологическом отношении территория России обладает огромным потенциалом для создания подземных хранилищ в каменной соли. В европейской части расположено девять соляных площадей и бассейнов, в азиатской — шесть.

Анализ потребности в хранилищах природного газа в каменной соли, обеспечивающих устойчивое и надежное функционирование ЕСГ, показал, что на ближайшую перспективу для различных регионов страны необходимо построить 121 подземный резервуар.

С увеличением количества эксплуатирующихся подземных резервуаров важной задачей становится разработка новых технологий и техники эксплуатации ПХГ, обеспечивающих увеличение производительности отбора газа при том же геометрическом объеме хранилища, уменьшение потерь и расхода газа на собственные нужды, уменьшение площадей застройки, снижение металлоемкости оборудования и затрат на охрану окружающей среды.

Сложность взаимодействий и процессов в элементах ПХГ при его эксплуатации приводит к необходимости разделения общего алгоритма на ряд алгоритмов расчета отдельных элементов, таких, как подземные выработки-емкости, скважины, газопроводы-шлейфы, компрессоры и др. Вместе с тем, цельность технологического комплекса приводит к необходимости объединения всех отдельных алгоритмов в единую структуру и представления ПХГ единым математическим объектом. Кроме того, для выбора оптимальных режимов эксплуатации ПХГ необходимо моделировать различные газодинамические процессы в запорных и регулирующих устройствах (задвижках и т.п.).

Для расчета и оптимизации режимов отбора газа из подземного хранилища в каменной соли с использованием математических моделей и алгоритмов, соответствующих современным требованиям, необходимо создать новые методы расчета и оптимизации режимов отбора из ПХГ, а также реализовать их в виде компьютерной программы и апробировать на натурных экспериментах.

Новые методы расчета и оптимизации должны позволять прогнозировать с требуемыми быстротой и достоверностью, как режимы отбора газа с высокими скоростями изменения параметров, например, при большой производительности отбора, исследование которых очень актуально для современных проектов ПХГ в каменной соли, так и режимы с относительно медленным изменением параметров.

Кроме того, эти методы должны включать в себя алгоритмы определения влагосодержания газа, отбираемого из подземного резервуара, условий гидратообразования в любой точке технологической схемы и оптимизации основных технологических параметров режимов отбора из ПХГ в каменной соли.

Таким образом, разработка методов расчета и оптимизации режимов отбора из ПХГ в каменной соли является актуальной научно-технической проблемой.

Цель работы

Основные задачи работы

2. Анализ режимов отбора газа из подземного хранилища газа в каменной соли и определяющих их параметров.

7. Разработка метода оптимизации режимов отбора газа из подземного хранилища в каменной соли, состоящего как из единичного, так и из группы подземных резервуаров.

Методы исследований.

Научная новизна работы заключается в следующем:

Основные научные положения, выносимые на защиту:

Практическая ценность результатов работы

2. Разработана и реализована в виде программного комплекса для ПЭВМ методика оптимизации режимов отбора газа из подземного хранилища в каменной соли, состоящего из единичного подземного резервуара или группы подземных резервуаров.

Апробация работы.

Основные результаты работы, отдельные положения и разделы диссертации докладывались и получили одобрение на Второй и Третьей Всероссийских конференциях молодых ученых, специалистов и студентов по проблемам газовой промышленности России "Новые технологии в газовой промышленности", проходивших в РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина 30.09-02.10.1997 и 2830.09.1999.

Публикации.

По теме диссертации опубликовано 9 научных работ.

Объем работы.

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы из 77 наименований. Диссертация изложена на 164 страницах, включая 55 рисунка и 17 таблиц.

Заключение Диссертация по теме "Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений", Зайцев, Владимир Геннадьевич

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе решена актуальная научная задача разработки методов расчета и оптимизации режимов отбора из подземных хранилищ в каменной соли. Основные научные и практические результаты заключаются в следующем:

5. Разработанные методики расчета и оптимизации режимов отбора газа реализованы в виде программного комплекса для ПЭВМ "Моделирование подземных хранилищ газа" (ПК МПХГ.

6. Разработанные методики расчета и оптимизации режимов отбора газа, реализованные в ПК МПХГ, использованы при создании завершенных и принятых к строительству проектов двух подземных хранилищ природного газа — Волгоградского и Калининградского ПХГ, а также при эксплуатации Ереванского ПХГ.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Зайцев, Владимир Геннадьевич, Москва

1. Иванцов О.М. Подземное хранение жидких углеводородных газов. Гостоптехиздат, 1961.211с.

2. Задора Г.И. Подземное хранение газов и углеводородных жидкостей в непроницаемых горных породах. М.: МИНХиГП, 1976. - 101 с.

3. Мазуров В.А. Подземные газонефтехранилища в отложениях каменной соли. М.: Недра, 1982. - 212 с.

4. Dreyer W. Underground storage of oil and gas in salt deposits and other non-hard rocks. — New York: Hoisted Press, 1982.

5. Каратаев Ю.П., Ширковский A.H. Добыча, транспорт и подземное хранение газа. М.: Недра, 1984. - 488 с.

6. Гаев А .Я., Щугорев В. Д., Бутолин А.П. Подземные резервуары: Условия строительства, освоение и технология эксплуатации. Л.: Недра, 1986. — 223 с.

7. Смирнов В.И. Строительство подземных газонефтехранилищ. — М.: Газоил пресс, 2000. 250 с.

8. Гофман-Захаров Л.М. Проектирование и строительство подземных резервуаров нефтегазохранилищ. - Киев: Будивельник, 1973. - 244 с.

9. Кулле П.А. Разработка месторождений каменной соли подземным выщелачиванием. Труды ВНИИГалургии, вып.ХХ. Л.: Госхимиздат, 1949.

10. Здановский А.Б. Кинетика растворения природных солей в условиях вынужденной конвекции. Труды ВНИИГалургии, вып.ХХХШ. Л.: Госхимиздат, 1956.

11. И. Мокроусов C.H. Состояние технической безопасности объектов магистральных трубопроводов. Безопасность труда в промышленности. 1998. № 9. с. 2-5.

12. Стратегия развития газовой промышленности России /Под редакцией Р.И. Вяхирева, А.А. Макарова/ М.: Энергоатомиздат, 1997. -344с.

13. Седых А.Д., Вольский Э.Л., Авдеев Я.И. Концепция научно-технической политики РАО «Газпром» до 2015 года. В кн. Седьмая международная деловая встреча «Диагностика 97». Том 1. Пленарные доклады (Ялта, апрель 1997 г.) ИРЦ Газпром. 1997. с. 19-24.

14. Remizov V.V., Rezunenko V.I., Kazaryan V.A. Prospects of Underground Gas Storage Construction in Rock Salt Deposits of Russia. Presented at the Spring 1997 Meeting of SMRI. Cracow. 1997. p. 475-480.

15. Швырков С.А., Семиков В.Л., Швырков А.Н. Анализ статистических данных разрушения резервуаров // Проблемы безопасности при чрезвычайных ситуациях. Обз. инф. 1996. Выс. 5. с.39-50.

16. Прохоров В.А. Разрушение резервуаров и причиняемый ущерб в условиях Севера // Проблемы безопасности при чрезвычайных ситуациях. Обз. инф. 1998. Вып. 5. с. 35-42.

17. Махутов Н.А., Прохоров В.А. Оценка последствий отказов резервуаров // Проблемы безопасности при чрезвычайных ситуациях. Обз. инф. 1998. Вып. 5. с. 35-42.

18. Thomas F. Barron. Regulatory, technical pressures prompt more U.S. salt-cavern gas storage// Oil and gas journal. 1994. -№ 37.

19. Правила обустройства и безопасной эксплуатации подземных хранилищ природного газа в отложениях каменной соли: ПБ-08-83-95. — М.: ИРЦ Газпром, 1995.-79 с.

20. Lorenzen H. Einige thermodynamische Vorgange bei der Speicherung von Gasen in Salzkavernen//Erdoel-Erdgas Zeitschrift. 1975, Jg.91. - Teill. — №3., S.81 -86; Teil 2. — №4. - S.112-117

21. Svein, B. Thaule. Computational Analysis of Thermophysical and Flow Characteristics in Gas Caverns: SMRI Meeting Paper. El Paso. USA. - 1997. -P.131—141

22. Jones W. P., Launder В. E. The prediction of laminarization with two-equation model of turbulence. — Int. J. Heat Mass Transfer. 1972. - v. 15 — P.301— 304.

23. Патанкар С. Численные методы решения задач теплообмена и динамики жидкости. М.; Энергоатомиздат, 1984. - 152 с.

24. В. Thaule, L.Gentzsch. Experience with Thermophysical Modelling of Gas Storage Operations in Etzel: SMRI Meeting Paper. Hannover. Germany. — 1994.

25. B. Thaule, A.P.Fosse. Experience with large withdrawal rates from Etzel gas storage: SMRI Meeting Paper. San Antonio. USA. - 1995.

26. Синельникова O.A., Федоров Б.H. Изменение температурного режима подземных нефтегазохранилищ//Сб. науч. тр.: Использование газа, подземное хранение нефти и газа. М.: ВНИИПромгаз,- 1977. - Вып.8-9. — С.73—75

27. Владимиров А.Е., Горифьянов В.И., Морев В.Г., Субботовский Д.Х. Хранилища природного газа для резервирования газоснабжения// Обз. информ. Сер. Транспорт и подземное хранение газа.- М.: ВНИИЭгазпром. 1985.—64 с.

28. Горифьянов В.И. Расчет на ЭВМ режимов работы шлейфов и скважин подземных хранилищ газа// Сб. науч. тр.: Тепло- и массообмен при строительстве и эксплуатации подземных газохранилищ. М.: ВНИИПромгаз. — 1988. -С.51-63

29. Haddenhorst H.-G. et al. Hochdruck-Erdgas-Speicherung in Salzkavernen// Erdoel-Erdgas Zeitschrift. 1974, Jg.90. - Teil 1. - № 5. - S.154-161; - Teil 2. - № 6. - S. 197-203

30. Scholz R. et al. Entspannung und Verdichtung realer Gase bei gliechzeitiger Wärmeübertragung, gezeigt am Beispiel der Gas- speicherung in Salzkavernen// Gas Warme International. 1975. - Bd.24. - S.32-38

31. Krieter M., Hagoort J., Barnewold D. Thermodynamic Simulation of Gas Caverns for Opnimized Production Management: SMRI Meeting Paper. Rom. Italy, 1998. -P.309-325

32. Общесоюзные нормы технологического проектирования. Магистральные газопроводы. Часть I. Газопроводы: ОНТП 51-1-85. Введ.29.10.85. -М., 1985.-220 с.

33. М. Andresen, Svein, В. Thaule. A Gas Storage Simulator of Salt Caverns Called VECTORS (Vertical Cavern Thermophysical Operations Simulator): SMRI Meeting Paper. Rom. Italy. - 1998. - P. 1-12

34. Ходаковский В.В. Разработка математического и программного обеспечения расчетов динамики систем управления, элементов реакторных и других установок: Автореф. дис. канд. техн. наук. М., 2000. - 16 с.

35. Козлов О.С., Кондаков Д.Е., Ходаковский В.В. Программный комплекс "Моделирование в технических устройствах" ("МВТУ"). // Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ. РосАПО. Per. № 960549 от 10 февраля 1997 г.

36. Зайцев В.Г., Игошин А.И., Ходаковский В.В., Козлов О.С. Моделирование подземных хранилищ газа// Газовая промышленность. — 1999. №9. — С.33-34

37. Васильев О.Ф., Ляхтер В.М. Гидравлика//Механика в СССР за 50 лет. М.: Наука, 1970. -Т.2. - С.709-790

38. Станюкович К.П. Неустановившиеся движения сплошной среды. — М.: Наука, 1971.-854 с.

39. Сухарев М.Г., Ставровский Е.Р. Расчеты систем транспорта газа с помощью вычислительных машин. — М.: Недра, 1971. — 205 с.

40. Термогидродинамика систем добычи и транспорта газа/ Э.А. Бондарев, В.И. Васильев, А.Ф. Воеводин и др. Новосибирск: Наука, 1988. — 272 с.

41. Добыча, подготовка и транспорт природного газа и конденсата. Справочное руководство в 2 т. М.: Недра, 1984. Т.1. - 360 с. Т.2. - 288 с.

42. Агапкин В.М., Борисов С.Н., Кривошеин Б.Л. Справочное руководство по расчетам трубопроводов. — М.: Недра, 1987. — 191 с.

43. Инструкция по комплексному исследованию газовых и газоконден-сатных пластов и скважин. Под ред. Г.А.Зотова, З.С.Алиева. М.: Недра, 1980. -260 с.

44. Чарный И.А. Основы газовой динамики. -М.: Гостоптехиздат, 1961. -200 с.

45. Ширковский А.Н. Разработка и эксплуатация газовых и газоконден-сатных месторождений. М.: Недра, 1987. - 309 с.

46. Чуа Л.О., Лин Пен-Мин. Машинный анализ электронных схем: Алгоритмы и вычислительные методы. М.: Энергия, 1980. - 640 с.

47. Рид Р., Праусниц Дж., Шервуд Т. Свойства газов и жидкостей: Справочное пособие/ Пер. с англ. под ред. Б.И. Соколова. Изд. 3-е, перераб. и доп. — Л.: Химия, 1982.-592 с.

48. Fosse А.Р., Roland L.B. Verifying Established Initial Gas Temperature Distribution in Caverns: SMRI Meeting Paper. New Orleans. USA, 1998. - P.126-142

49. Казарян B.A. Исследование теплофизических свойств каменной соли месторождений, перспективных для сооружения ПХГ. М.: ИРЦ Газпром, 1999. -41с.

50. Купцова B.C., Федоров Б.Н., Черткова Е.А. К вопросу об определении зоны влияния в сопряженных задачах естественной конвекции//Вопросы теплопередачи. М.: МЛТИ, 1977. - С.21-25

51. Купцова B.C. Сопряженный теплообмен при естественной конвекции: Автореф. дис. канд. техн. наук. М., 1983. - 42 с.

52. Черткова Е.А. Исследование процесса газонасыщения при совмест-, ном хранении жидких и газообразных углеводородов в подземных резервуарах: Автореф. дис. канд. техн. наук. М., 1981. - 29 с.

53. Köckritz V., Waiden S., Lovland J. Theoretical and Experimental Investigations on the Water Vapour Content in Gas Caverns: SMRI Meeting Paper. Cleveland. USA, 1996. - P.353-373

54. Бухгалтер Э.Б., Зуйкова Г.А. и др. Методика расчета ингибиторов гидратообразования с применением ЭВМ. М.: ВНИИЭгазпром, 1985. — 92 с.

55. Информационная технология. Оценка программной продукции. Характеристики качества и руководства по их применению: ГОСТ Р ИСО/МЭК 9126-93. -Введ. 07.01.94. -М., 1994. 16 с.

56. Руководящий нормативный документ. Строительство скважин на подземных хранилищах газа: РД 51-98-85. Мингазпром, ВНИИГАЗ. М., 1985.

57. Богданов Ю.М., Зайцев В.Г., Игошин А.И., Чумиков H.H. Выбор конструкции скважины ПХГ в каменной соли// Газовая промышленность. — 2002.- №4. — С.60-62

58. Гершанович Г.Г., Калмыков Е.Ф., Тимофеев В.А. Методические указания по оптимизации технико-экономических показателей подземных хранилищ газа. М.: ВНИИЭгазпром - 1983. - 45 с.

59. Бузинов С.Н., Толкушин Г.Ф. Методы оптимизации технологических , параметров ПХГ// Реф. информ. Транспорт и хранение газа. М.: ВНИИЭгазIпром 1979. - №8. - С.21-28;

60. Киселев А.И., Солдаткин Г.И. Проблемы оптимизации развития и эксплуатации ПХГ// Реф. информ. Транспорт и хранение газа. М.: ВНИИЭгазпром- 1979. - №1. — С.6-10.

61. Бузинов С.Н., Меланифиди Г.Ф., Караев Э.К. Оптимальное распределение потоков газа в разветвленной газотранспортной системе при закачке в ПХГ в минимальные сроки. М.: Транспорт природного газа - 1986. — С. 123129.

62. Арутюнов А.Е., Бузинов С.Н., Караев Э.К., Меланифиди Г.Ф. Оптимизация закачки газа в подземные хранилища газа по разветвленной сети газопроводов// Обз. инф. Сер. Транс, и подзем, хранение газа. М.: ВНИИЭГаз-пром - 1989. - №3. - 40 с.

63. Гусев Э.Л., Хан С.А. Оптимизация эксплуатации трехпластового хранилища газа// Сб. науч. тр.: Отделение подземного хранения газа. М.: ВНИИГАЗ - 1995. - С. 48-49.

64. Бузинов С.Н., Парфенов В.И., Хан С.А. Оптимизация режимов отбора и закачки газа в группу ПХГ// Сб.науч.тр.: Отделение подземного хранения газа. М.: ВНИИГАЗ - 1995. - С. 36-39.

65. Бузинов С.Н. Оптимизация управления ПХГ// Газовая промышленность. 1998. - №8.

66. Батищев Д.И. Методы оптимального проектирования. М.: Радио и связь.- 1984.-248 с.

67. Крутько П.Д., Максимов А.И., Скворцов Л.М. Алгоритмы и программы проектирования автоматических систем. — М.: Радио и связь. — 1988. —304 с.

68. Химмельблау Д. Прикладное нелинейное программирование. М.: Мир.- 1975.-534 с.

69. Временные методические указания по определению коммерческой эффективности новой техники в ОАО «Газпром». М.: ОАО «Газпром». — 2001.-39 с.

Информация о работе

Зайцев, Владимир Геннадьевич
кандидата технических наук
Москва, 2004
ВАК 25.00.17

Диссертация

Разработка методов расчета и оптимизации режимов отбора газа из подземного хранилища в каменной соли - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы