ЭВОЛЮЦИЯ НЕФТЕГАЗОВОЙ СТРУИ, ИСТЕКАЮЩЕЙ ЧЕРЕЗ РАЗРЫВ МАГИСТРАЛЬНОГО НЕФТЕПРОВОДА (ГАЗОПРОВОДА), РАСПОЛОЖЕННОГО НА ДНЕ ВОДОЕМА

Abstract

Актуальность исследования связана с растущим интересом к добыче углеводородов на дне Мирового океана. При этом многократно увеличивается опасность аварийного разлива нефтепродуктов в воду. Разливы нефти на платформах Ixtoc-1 и Deepwater Horizon в Мексиканском заливе продемонстрировали неготовность современных методов к быстрой ликвидации аварийных утечек. В связи с этим существует необходимость в исследовании затопленных струй, состоящих из смеси углеводородов (нефти и газа). Кроме этого, при глубоководных разливах многофазной смеси нефти и попутных газов могут образовываться кристаллогидраты, которые могут влиять на динамику распространения этих выбросов. Поэтому изучение динамики распространения струи с учетом гидратообразования позволит сократить время ликвидации возможных утечек. В данной работе рассматривается математическая модель формирования затопленной многофазной струи с учетом гидратообразования при различных начальных условиях. Цель: исследовать формирование затопленной струи в зависимости от начальных условий. Объекты: многофазная струя углеводородов; компоненты струи: нефть, газ, вода; композитные пузырьки, покрытые гидратной оболочкой; характер распространения струйного течения, процесс гидратообразования. Методы. Для описания процесса распространения затопленной струи используется интегральный Лагранжевый метод контрольного объема, согласно которому струя представляется в виде последовательности элементарных объемов, каждый из которых характеризуется линейными размерами и теплофизическими характеристиками. Распространение затопленной струи рассматривается для глубоководных разливов на дне океана, что соответствует случаю, когда на поверхности пузырьков начинают образовываться гидратные оболочки и газовый пузырек превращается в гидратный. Для описания процесса гидратообразования в работе принята предельная схема, согласно которой гидратообразвание лимитируется диффузией газа через гидратную оболочку. Результаты. Дополнена математическая модель течения многофазной затопленной струи с учётом образования гидрата на поверхности пузырьков. Получены зависимости теплофизических характеристик затопленной струи от вертикальной координаты, траектория распространения струи. Для пузырьков метана, которые покрываются гидратной оболочкой, применено уравнение состояния для реальных газов. В результате расчетов получены зависимости радиусов газовой и гидратной составляющих композитного пузырька и его плотности от вертикальной координаты. Установлено, что радиус гидратной составляющей пузырька убывает для случая, когда поведение газа описывается уравнением состояния для идеального газа, и растет для случая применения уравнения состояния для реального газа.