ISSN 2658–5782
DOI 10.21662
Electronic Scientific Journal


© Институт механики
им. Р.Р. Мавлютова
УФИЦ РАН

Яндекс.Метрика web site traffic statistics

Chiglintseva A.S., Shagapov V.Sh. The theory of injection of a hydrate-forming gas into a snow massif saturated with the same gas. Multiphase Systems. 13 (2018) 4. 92–98.
2018. Vol. 13. Issue 4, Pp. 92–98
URL: http://mfs.uimech.org/mfs2018.4.013,en
DOI: 10.21662/mfs2018.4.013
The theory of injection of a hydrate-forming gas into a snow massif saturated with the same gas
Chiglintseva A.S.∗,∗∗, Shagapov V.Sh.∗,∗∗∗
∗Mavlutov Institute of Mechanics, UFRC RAS, Ufa
∗∗Ufa State Petroleum Technological University, Ufa
∗∗∗Institute of Mechanics and Engineering, Kazan Scientific Center of the RAS, Kazan

Abstract

The mathematical model of the process of gas hydrate formation during gas injection into a snow massif, saturated with the same gas, is constructed. In axisymmetric formulation, analytical solutions are obtained for the distribution of temperature fields, pressures and phase saturations. It is shown that the appearance of various characteristic zones in a snow massif depends on the initial state of the gas–snow system, determined by temperature and pressure, and the mass flow rate of the injected gas. It has been established that an increase in the intensity of gas injection (gas flow rate) leads to an increase in both the length of the bulk zone of hydrate formation and the increase in the fraction of hydrate at the boundary separating the near and intermediate zones.

Keywords

gas hydrate,
snow massif,
filtration,
self-similar solutions

Article outline

In order to create a technology for the storage and utilization of greenhouse, radioactive, industrial and other gases in a gas hydrate state, the mathematical model of the process of injection of hydrate-forming gas into a snow massif, in the initial state saturated with the same gas was developed. Self-similar solutions describing the fields of temperatures, pressures, and saturation of snow, water, hydrate, and gas in the massif for the axisymmetric problem are obtained. It is shown that depending on the intensity of gas injection, determined by the mass flow value, different characteristic zones can occur in the filtration zone. However, at sufficiently large gas flow rates, a regime may arise in which the temperature in the massif may be higher than the melting temperature of the ice, which will lead to the appearance of the water phase. To obtain a physically consistent solution, the mathematical model was constructed with three moving frontal boundaries. If gas injection occurs under thermobaric conditions corresponding to hydrate formation, in this case, the near region adjacent to the well will be saturated with gas and hydrate phases, and in the case of the absence of hydrate formation, with snow and gas. Next, an intermediate region is formed in which gas and snow transform into the hydrate, and a distant region filled with the initial phases of gas and snow. According to numerical calculations, the increase in the mass flow rate of gas leads to an increase in the length of the hydrate formation zone and hydrate saturation at the border separating the near and intermediate regions. The results obtained in solving such problems represent some initial stage of gas hydrate formation in massif and layers of finite length, and can be used to test the selected numerical algorithms.

References

  1. Истомин В.А., Якушев В.С. Газовые гидраты в природных условиях. М.: Недра, 1992, 236 c.
  2. Бондарев Э.А., Рожин И.И., Попов В.В., Аргунова К.К. Оценка возможности подземного хранения гидратов природного газа в зоне многолетней мерзлоты // Криосфера Земли. 2015. Т. XIX, №4. С. 64–74.
    (http://www.izdatgeo.ru/pdf/krio/2015-4/64.pdf)
  3. Nakai S. Development of Natural Gas Hydrate (NGH) Supply Chain // Proceedings, 25th World Gas Conference, Kuala Lumpur, Malaysia, 4-8 June. 2012. Pp. 3040–3050.
  4. Shagapov V.Sh., Khasanov M.K., Musakaev N.G. Formation of a gas hydrate due to injection of a cold gas into a porous reservoir partly saturated by water // Journal of Applied Mechanics and Technical Physics. 2008. V. 49, No. 3. Pp. 462–472.
    (DOI: 10.1016/j.ijheatmasstransfer. 2015.01.105)
  5. Шагапов В.Ш., Чиглинцева А.С. О нагнетании гидратообразующего газа в снежный массив, насыщенный тем же газом, при переходе через точку плавления льда // Теплофизика и аэромеханика. 2018. Т. 25, №1. С. 89–104.
    (DOI: 10.1134/S0869864318010080)
  6. Чиглинцева А.С. Автомодельное решение задачи образования гидрата в снежном массиве // Вычислительная механика сплошных сред. 2017. Т. 10, №2. С. 212–224.
    (DOI: 10.7242/1999-6691/2017.10.2.18)
  7. Чиглинцева А.С. Автомодельная задача о нагнетании гидратообразующего холодного газа в снежный массив, насыщенный тем же газом // Неравновесные процессы в сплошных средах: материалы междунар. симп.: в 2 т. / Перм. гос. нац. исслед. ун-т. Пермь. 2017. Т. 2. С. 236–238.
  8. Чиглинцева А.С., Шагапов В.Ш. О нагнетании гидратообразующего газа в пласт снега, насыщенный тем же газом // Труды Института механики им. Р.Р. Мавлютова УНЦ РАН. 2017. Т. 12, №2. С. 219–226.
    (DOI: 10.21662/uim2017.2.033)
  9. Хасанов М.К. Исследование режимов образования газогидратов в пористой среде, частично насыщенной льдом // Теплофизика и аэромеханика. 2015. Т. 22, №2. С. 255–266.
    (DOI: 10.1134/S0869864315020109)
  10. Шагапов В.Ш., Мусакаев Н.Г. Динамика образования и разложения гидратов в системах добычи, транспортировки и хранения газа. М.: Наука, 2016. 238 с.
  11. Нигматулин Р.И. Динамика многофазных сред: в 2 ч. М.: Наука, 1987.
  12. Шагапов В.Ш., Чиглинцева А.С., Русинов А.А. Теоретическое моделирование процесса извлечения газа из пористого газогидратного резервуара частично насыщенного газом с учетом теплового взаимодействия с окружающими породами // Теоретические основы химической технологии. 2016. Т. 50, №4. С. 452–462.
    (DOI: 10.7868/S004035711604014X)
  13. Шагапов В.Ш., Чиглинцева А.С., Русинов А.А. Математическое моделирование процесса образования гидрата в пласте насыщенного снегом при нагнетании холодного газа // Вычислительная механика сплошных сред. 2016. Т. 9, №2. С. 173–181.
    (DOI: 10.7242/1999-6691/2016.9.2.15)
  14. Шагапов В.Ш., Чиглинцева А.С., Белова С.В. К теории процесса образования газогидрата в замкнутом теплоизолированном объеме, опрессованном метаном // Инженерно-физический журнал. 2017. Т. 90, No. 5. С. 1208–1222.
    (DOI: 10.1007/s10891-017-1669-8)
  15. Шагапов В.Ш., Галимзянов М.Н., Запивахина М.Н. Моделирование процесса образования льда при инжекции воды в пористую среду, насыщенную льдом и газом // Вестник Башкирского университета. 2013. Т. 18, №1. С. 22–26.
    (https://elibrary.ru/download/elibrary_18956893_55543496.pdf)
  16. Шагапов В.Ш., Галимзянов М.Н., Запивахина М.Н. Моделирование процесса образования льда при нагнетании воды в сухую пористую среду // Известия Уфимского научного центра РАН. 2016. №4. С. 14–18.
    (https://elibrary.ru/download/elibrary_27521020_53771951.pdf)