Модель взаимного воздействия тепла газовых скважин и многолетнемерзлого грунта моделировалось с использованием метода конечных элементов для месторождения в условиях многолетнемерзлого грунта. Для расстояний между устьями скважин 10 – 20 м тепловые режимы для газа и окружающего наземного массива прогнозируются на срок до 30 лет эксплуатации. Актуальность данного проекта заключается в том, что погодные условия и влияние скважин моделируются взаимозависимо в трехмерном режиме, что позволяет достоверно описать площадь устья скважины. В качестве входных данных используется информация о температуре грунта, забойном давлении и температуре, дебите, составе газа, теплофизических свойствах грунта и погодных условиях. Была дана оценка температурным профилям грунта, положению фронта оттаивания и времени контакта ореолов оттаивания вокруг скважин. Результаты работы могут быть использованы при создании плана разработки месторождения.
Регион, взятый для расчета, относится к субарктической зоне, где грунт замерзает с поверхности на глубину вплоть до 600 метров, образуя вечную мерзлоту. Таким образом, нефтяные и газовые скважины вынуждены строиться через мерзлый грунт, чтобы попасть в коллектор. С начала добычи жидкость из пласта течет вверх через слой вечной мерзлоты, что приводит к ее оттаиванию. Растепление по факту неизбежно, поскольку жидкость, поступающая из более глубоких горизонтов, имеет более высокую температуру. Как следствие, возможны такие негативные последствия как: дестабилизация верхней части скважины, нарушение целостности обсадной колонны, эрозия зональной изоляции, приводящая к утечке газа [1–3]. Наиболее вероятно, названные проблемы возникнут через продолжительный период времени, но, при этом, в неожиданный момент. Стоимость восстановительных работ, а также воздействие на окружающую среду были бы довольно высокими. Поэтому существует необходимость тщательно прогнозировать тепловые процессы в скважинах на протяжении всего их жизненного цикла. Это можно сделать с помощью численного моделирования на основе математической модели, которая описывает теплообмен в мерзлых породах.
В [4, 5] приведено аналитическое решение проблемы оттаивания вечной мерзлоты вокруг одной скважины с неизменной температурой. Для точных оценок такой метод не подходит, хотя для быстрой оценки это метод удобен. Важный момент, который учитывают не все методы – изменение температур газа/нефти с глубиной. В [3, 6, 7] была решена сопряженная численная задача в осесимметричной постановке для одиночных нефтяных и газовых скважин. Здесь создается модель, в которой теплообмен моделируется на основе ключевых факторов. В современных нефтегазовых проектах скважины достаточно близки друг к другу, так что сущетсвует проблема учета накладывания зон влияния, и осесимметричная формулировка не может быть использована.
Процесс оттаивания разделяется на три этапа: 1) отсутствие влияния скважин друг на друга; 2) происходит соединение ореолов растепления вокруг скважин; 3) переход к квазистационарному режиму с изменением скорости движения границы раздела фаз. Исследование не учитывает понижение температуры газа во время его движения через скважину. Между тем эффект дросселирования и потери тепла на окружающие породы могут вызвать неучтенный эфект. В [9] аналогичная задача решена методом конечных элементов [10–13].
Использованные источники
- Permjakov P. P. «Vlijanie kriolitozony v osnovah podvodnogo perehoda gazoprovoda cherez ch. R. Lenu, № 2, 59–61 (2013).
- Sheveleva D. V., Dinamika slozhnogo teplovogo vzaimodejstvija neftjanyh i gazovyh skvazhin s mnogoletnemjorzlymi porodami, Tjumen’ (2008).
- Argunova K. K., Bondarev E. A., Rozhin I. I. «Teplovoe vzaimodejstvie neftedobyvajushhih skvazhin s mnogoletnemerzlymi gornymi porodami», Nauka i obrazovanie, № 4, 78–83 (2008).
- Polozkov K. A., «Vybor rashozhdenij mezhdu kustovymi dobyvajushhimi skvazhinami v zonah» MMP, «Stroitel’stvo Neftjanyh i Gazovyh Skvazhin na Sushe i na More», № 3, 21–29 (2008).
- PAO Gazprom, VRD 39-1.9-015-2000, Rukovodstvo po termometricheskomu metodu kontrolja kachestva stroitel’stva, Kreplenija skvazhin v mnogoletnemerzlyh i nizkotemperaturnyh porodah, OOO VNIIGAZ, Moskva (2001).
- Bondarev E. A., Rozhin I. I., Argunova K. K. Modelirovanie obrazovanija gidratov v gazovyh skvazhinah pri ih teplovom vzaimodejstvii s porodami // Zhurn. Phys. Thermophys., 87, № 4, 900–907 (2014).
- Bykov I. Ju., Pushkin V. N., Pushkin V. V. Dinamika osesimmetrichnogo obledenenija ust’evoj oblasti v uslovijah ventiliruemyh napravlenij shaht s uchetom vlijanija cementnogo kol’ca // Stroitel’stvo neftjanyh i gazovyh skvazhin na sushe i na more, № 3, 15–19 (2011).
- Gorelik Zh. B., Shabarov A. B., Sysoev Ju. S., Dinamika tajanija merzlyh gruntov v zone vlijanija dvuh skvazhin, Kriosfera Zemli, 12, № 1, 59–65 (2008).
- Afanas’eva N. M., Kolesov A. E. Chislennoe reshenie teplovogo vlijanija skoplenija neftjanyh skvazhin na vechnuju merzlotu // AIF konf. Proc., 1773, № 1, 110001 (2016).
- Vasil’eva M. V., Zaharov P. E., Sivcev P. V., Spiridonov D. A. Chislennoe modelirovanie zadach termouprugosti dlja konstrukcij s vnutrennim istochnikom tepla.
- Vasil’eva M. V., Prokop’ev G. A. Chislennoe reshenie zadachi dvuhfaznoj fil’tracii s neodnorodnymi kojefficientami metodom konechnyh jelementov. SVFU, 24, № 2, 46–62 (2017).
- Grigor’ev V. V., Zaharov P. E. Chislennoe modelirovanie dvumernoj konvekcii Rjeleja-Benara. SVFU, 24, № 1, 87–98 (2017).
- Bondarev E. A., Vasil’ev V. I., Voevodin A. F., Pavlov N. N., Shadrina A. P., Termogidrodinamika sistemy dobychi i transporta gaza, nauka, Novosibirsk (1988).
