Інформаційно-обчислювальна система для моделювання дисоціації газогідратів у вугільних пластах
DOI:
https://doi.org/10.33271/crpnmu/86.069Ключові слова:
вугільний пласт, метан, газогідрати, фронт дисоціації, дегазація, задача Стефана, комп’ютерне моделюванняАнотація
Мета. Розроблення та обґрунтування інформаційно-обчислювальної системи для дослідження впливу пористості й температурних умов на положення та швидкість переміщення фронту дисоціації газогідратів у вугільних пластах.
Методика. Використано аналітичний розв’язок одновимірної задачі Стефана для пористого середовища з рухомою межею фазового переходу. Розрахунки організовано за сценарним підходом із варіюванням параметрів пласта. Для зіставлення результатів з даними вимірювань передбачено аналіз локальних відхилень і статистичних показників відповідності моделі.
Результати. Розроблено модульну інформаційно-обчислювальну систему з окремим обчислювальним ядром, засобами збереження та візуалізації результатів. Визначено правила контролю числової коректності результатів і завершення сценарію. Сформовано структуру даних, яка пов’язує незмінну версію параметрів вугільного пласта, окремий запуск і його підсумкові характеристики та часові ряди.
Наукова новизна. Розроблено метод комп’ютерного моделювання дисоціації газогідратів у вугільному пласті, який поєднує перевірку термобаричної допустимості сценарію з розрахунком просторово-часового розвитку зони фазового переходу. Встановлено компенсаційну залежність положення та швидкості фронту від сукупної дії пористості й температури, що дозволяє визначати поєднання цих параметрів, за яких зона дисоціації розвивається еквівалентно. Розроблено методику оцінювання застосовності моделі шляхом зіставлення положення фронту та температури в узгоджених часових і просторових координатах, а середніх швидкостей – за однаковими інтервалами спостереження, з урахуванням невизначеності вимірювань.
Практична значимість. Систему можна застосовувати для попереднього оцінювання просторових меж зони дисоціації газогідратів та її розвитку в часі поблизу дегазаційної свердловини. Порівняння сценаріїв дає змогу визначати умови для подальших досліджень фазового стану метану у вугільному пласті та готувати вхідні параметри для уточнених моделей газовиділення. Розрахункові характеристики дають змогу враховувати теплову складову дисоціації газогідратів під час дослідження умов дегазації вугільних пластів.
Посилання
1. Karacan, C. Ö., Ruiz, F. A., Cotè, M., & Phipps, S. (2011). Coal mine methane: A review of capture and utilization practices with benefits to mining safety and to greenhouse gas reduction. International Journal of Coal Geology, 86(2–3), 121–156. https://doi.org/10.1016/j.coal.2011.02.009
2. Gao, C., Liu, D., Li, Z., Cai, Y., & Fang, Y. (2021). Fluid performance in coal reservoirs: A comprehensive review. Geofluids, 2021, Article 6611075. https://doi.org/10.1155/2021/6611075
3. Bustin, A. M. M., Bustin, R. M., Moudrakovskim, I. L., Takeya, S., & Ripmeester, J. A. (2016). Formation of methane clathrate hydrates in coal moisture: Implications for coalbed methane resources and reservoir pressures. Energy & Fuels, 30(1), 88–97. https://doi.org/10.1021/acs.energyfuels.5b01922
4. Sun, C., Liu, S., Li, S., Wang, K., Dong, Z., & Kong, S. (2025). Methane hydrate formation characteristics under different initial conditions and their impact on coal seam properties. Advances in Geo-Energy Research, 16(3), 229–243. https://doi.org/10.46690/ager.2025.06.04
5. Ruppel, C. D., & Waite, W. F. (2020). Grand challenge: Timescales and processes of methane hydrate formation and breakdown, with application to geologic systems. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 125(8), Article e2018JB016459. https://doi.org/10.1029/2018JB016459
6. Dreus, A. Yu., Bondarenko, V. I., Biletskyi, V. S., & Lysenko, R. S. (2020). Mathematical simulation of heat and mass exchange processes during dissociation of gas hydrates in a porous medium. Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu, (5), 33–39. https://doi.org/10.33271/nvngu/2020-5/033
7. Dreus, A., Gubin, O., Bondarenko, V., Lysenko, R., & Liu, B. (2021). An approximate approach to estimation of dissociation rate of gas hydrate in porous rock bed. E3S Web of Conferences, 230, Article 01002. https://doi.org/10.1051/e3sconf/202123001002
8. Ning, Z.-J., Lu, H.-F., Zheng, S.-F., Xing, D.-H., Li, X., & Liu, L. (2023). Modeling and numerical investigations of gas production from natural gas hydrates. Energies, 16(20), Article 7184. https://doi.org/10.3390/en16207184
9. Moridis, G. J., Kowalsky, M. B., & Pruess, K. (2008). TOUGH+HYDRATE v1.0 user’s manual: A code for the simulation of system behavior in hydrate-bearing geologic media (Report No. LBNL-149E). Lawrence Berkeley National Laboratory. https://doi.org/10.2172/927149
10. White, M. D., & McGrail, B. P. (2006). STOMP-HYD: A new numerical simulator for analysis of methane hydrate production from geologic formations. In A. Reedman, Y. S. Park, J. J. Bahk, & N. Chaimanee (Eds.), Proceedings of the 2nd International Symposium on Gas Hydrate Technology at the 43rd CCOP Annual Session (pp. 77–86). Coordinating Committee for Geoscience Programmes in East and Southeast Asia. https://www.pnnl.gov/publications/stomp-hyd-new-numerical-simulator-analysis-methane-hydrate-production-geologic
11. White, M. D., Kneafsey, T. J., Seol, Y., Waite, W. F., Uchida, S., Lin, J. S., Myshakin, E. M., Gai, X., Gupta, S., Reagan, M. T., Queiruga, A. F., Kimoto, S., & IGHCCS2 Participants. (2020). An international code comparison study on coupled thermal, hydrologic and geomechanical processes of natural gas hydrate-bearing sediments. Marine and Petroleum Geology, 120, Article 104566. https://doi.org/10.1016/j.marpetgeo.2020.104566
12. Sandve, G. K., Nekrutenko, A., Taylor, J., & Hovig, E. (2013). Ten simple rules for reproducible computational research. PLOS Computational Biology, 9(10), Article e1003285. https://doi.org/10.1371/journal.pcbi.1003285
13. American Society of Mechanical Engineers. (2009). Standard for verification and validation in computational fluid dynamics and heat transfer (ASME V&V 20-2009, reaffirmed 2021). https://www.asme.org/codes-standards/find-codes-standards/standard-for-verification-and-validation-in-computational-fluid-dynamics-and-heat-transfer
14. Joint Committee for Guides in Metrology. (2008). Evaluation of measurement data–Guide to the expression of uncertainty in measurement (JCGM 100:2008). Bureau International des Poids et Mesures. https://doi.org/10.59161/JCGM100-2008E
15. Hyndman, R. J., & Koehler, A. B. (2006). Another look at measures of forecast accuracy. International Journal of Forecasting, 22(4), 679–688. https://doi.org/10.1016/j.ijforecast.2006.03.001
Завантаження
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
All articles are published under the Creative Commons Attribution License (CC BY 4.0), which permits unrestricted use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited. Authors retain copyright and grant the journal right of first publication.
Authors are permitted and encouraged to deposit the final published version of their article, or the Author's Accepted Manuscript (AAM), in institutional or subject-specific open-access repositories (including the university's own institutional repository, CORE, Zenodo, or Figshare), ensuring maximum visibility, accessibility, and impact of the publication.
