Розроблення математичних моделей витікання газу та його розповсюдження в атмосферному повітрі при аварійному фонтануванні свердловини

Анотація

Дослідження присвячено розробці нових математичних засобів для визначення розподілу в просторі та часі техногенного навантаження на атмосферне повітря в результаті непалаючого фонтанування газової свердловини. На сьогоднішній день моделювання є єдиним інструментом дослідження та вирішення актуальних задач екологічної безпеки експлуатації газоконденсатних родовищ. Особливо це стосується тих питань, відповіді на які неможливо отримати на практиці, а саме дослідження причин та прогнозування розвитку аварій з малою ймовірністю виникнення, але з великими руйнівними наслідками. Відзначено недоліки існуючих математичних моделей та методик, що не дозволяє їх використання для моделювання забруднення атмосфери саме при непалаючому фонтануванні газової свердловини. Задача прогнозування рівня та розподілу забруднення атмосферного повітря при відкритому фонтануванні газової свердловини включає два етапи: визначення обсягів газових викидів, їх параметрів і складу; розрахунок розсіювання шкідливих речовин в приземному шарі атмосфери. Досліджено фізичні особливості руху газової суміші по свердловині та розповсюдження домішок в атмосферному повітрі при непалаючому фонтануванні. Розроблено математичні моделі усталеного та залпового витікання суміші газів з свердловини у вигляді диференціальних рівнянь з відповідними початковими та граничними умовами. Дані моделі враховують всі основні фактори, що впливають на інтенсивність викиду газової суміші при аварійному фонтануванні, та адекватно описують даний процес. Розроблено нову математичну модель розповсюдження забруднюючих речовин в атмосферному повітрі при викиді з свердловини. Дана модель, на відміну від існуючих, представляє собою набір трьох аналітичних залежностей, що описують розповсюдження забруднюючих речовин в просторі та часі відповідно при залповому, короткочасному та неперервному викидах. Здійснено порівняння результатів математичних обчислень з даними натурних вимірювань концентрації забруднюючих речовин, що входили до складу аварійного викиду під час фонтанування газової свердловини газоконденсатного родовища Полтавської області. Визначено, що похибка моделювання не перевищує 15% для всіх досліджуваних речовин. Це свідчить про високу адекватність розроблених моделей і можливість їх застосування для розв’язання більш широкого (в порівнянні з аналогами) класу задач, пов’язаних із контролем стану атмосферного повітря на територіях розташування газових свердловин за різних умов викидів, метеорологічних характеристик та режимів роботи бурової установки