Use of alternative energy sources to improve the efficiency of natural gas hydrate technology for gas offshore deposits transportation

Abstract

Purpose. Justification of the principal schemes acceptable for the existing level of technology, methods of extraction and transportation of offshore natural gas deposits. Increase in their efficiency by maximum reduction of energy consumption resulting from complex considerations of thermal and physical properties and parameters of the system components interaction. The work is focused on the improvement of borehole products preparation system according to the gas hydrate technology during the development of offshore gas fields. The research objects were thermodynamic parameters of the system “gas – water – gas hydrate” in a vertical pipeline under nonadiabatic conditions. Methods. Analysis and generalization of the results obtained from the complex experimental research. Mathematical modeling and software development. Findings. The technology of gas transfer into a gas hydrate form without energy consumption for phase transition was proposed. The expediency of gas deposits development by its binding into the gas hydrate form during passage through the sea layer in the appropriate thermobaric conditions was substantiated. Mechanism of the alternative energy sources use for the production of gas hydrates, as the most energy-consuming process in technology of transporting gases in the form of gas hydrates, was grounded. Originality. The principle possibility of binding the extracted gas into the gas hydrate form due to the energy of the productive layer and salt water was estimated. A mathematical model and software product for the description of the hydrate formation process in the presence of excess water in a vertical pipe under non-adiabatic conditions were developed. Practical implications. The proposed gas hydrate technology creates important prerequisites for the development of small and medium remote gas deposits, improves the efficiency and competitiveness of technology for marine transportation of natural gas in hydrate form.

Мета. Підвищення ефективності технології транспорту газу морських родовищ шляхом максимального зниження енерговитрат на основі дослідження термодинамічних параметрів системи “газ – вода – газовий гідрат” у вертикальному трубопроводі за неадіабатних умов. Методика. В роботі використано комплексний науково-методичний підхід, що включає аналіз літературних та інформаційних джерел, що стосуються енерговитрат при газогідратних технологіях, основні положення термодинаміки, аналітичні та експериментальні дослідження. Експериментальні дослідження проведені на ділянці вертикального трубопроводу, що моделює з’єднання морської газової свердловини із видобувною платформою, в якому рухається видобутий зі свердловини газ. Ділянка трубопровода розглядалась як реактор гідратоутворення, де досліджувались термобаричні умови формування гідрату. Для встановлення формули газогідрату використано метод Форкрана. Для чисельного розв’язання процесу утворення газових гідратів застосовано метод кінцевих різниць, а розрахунок процесу гідратоутворення виконано у середовищі Matlab. Результати. Запропоновано технологію переведення газу у газогідратну форму без витрати енергії на фазовий перехід. Доведено доцільність розробки газових родовищ шляхом зв’язування газу в газогідрат за рахунок наявності необхідних термобаричних умов при його проходженні крізь морську товщу. Обґрунтовано передумови і механізм використання альтернативних джерел низькопотенційної енергії для виробництва газогідрату як найбільш енерговитратного процесу технології транспортування газів у газогідратній формі. Наукова новизна. Надана наукова оцінка принципової можливості зв’язування видобутого газу у газогідратну форму за рахунок енергії продуктивного пласта і низькопотенційної енергії морської води. Розроблено нову математичну модель та алгоритм у програмному продукті для опису процесу гідратоутворення при надлишку води за неадіабатних умов у вертикальній трубі, що омивається водою. Практична значимість. Запропонована газогідратна технологія створює важливі передумови розробки малих та середніх віддалених родовищ газу, підвищення ефективності й конкурентоздатності технології морського транспортування природного газу у газогідратній формі.

Цель. Повышение эффективности технологии транспорта газа морских месторождений путем максимального снижения энергозатрат на основе исследования термодинамических параметров системы “газ – вода – газовый гидрат” в вертикальном трубопроводе при неадиабатных условиях. Методика. В работе использован комплексный научно-методический подход, включающий анализ литературных и информационных источников, касающихся энергозатрат при газогидратных технологиях, основные положения термодинамики, аналитические и экспериментальные исследования. Экспериментальные исследования проведены на участке вертикального трубопровода, моделирующего соединение морской газовой скважины с добывающей платформой, в котором движется добытый из скважины газ. Участок трубопровода рассматривался как реактор гидратообразования, где исследовались термобарические условия процесса формирования гидрата. Для получения формулы газогидратов использован метод Форкрана. Для численного решения процесса образования газовых гидратов применен метод конечных элементов, а расчет процесса гидратообразования выполнен в среде Matlab. Результаты. Предложена технология перевода газа в газогидратную форму без затрат энергии на фазовый переход. Доказана целесообразность разработки газовых месторождений путем связывания газа в газогидрат за счет наличия необходимых термобарических условий при его прохождении через морскую толщу. Обоснованно предпосылки и механизм использования альтернативных источников низкопотенциальной энергии для производства газогидратов как наиболее энергозатратного процесса технологии транспортировки газов в газогидратной форме. Научная новизна. Дана научная оценка принципиальной возможности связывания добытого газа в газогидратную форму за счет энергии продуктивного пласта и низкопотенциальной энергии морской воды. Разработана новая математическая модель и алгоритм в программном продукте для описания процесса гидратообразования при избытке воды в неадиабатных условиях в вертикальной трубе, омываемой водой. Практическая значимость. Предложенная газогидратная технология создает важные предпосылки разработки малых и средне удаленных месторождений газа, повышение эффективности и конкурентоспособности технологии морской транспортировки природного газа в газогидратной форме.