Главная » 2014»Июль»24 » Скачать Математическое моделирование процессов распространения взвесей в океане при добыче полезных ископаемых. Кирильчик, Светлана бесплатно
3:24 AM
Скачать Математическое моделирование процессов распространения взвесей в океане при добыче полезных ископаемых. Кирильчик, Светлана бесплатно
Математическое моделирование процессов распространения взвесей в океане при добыче полезных ископаемых
Диссертация
Автор: Кирильчик, Светлана Валентиновна
Название: Математическое моделирование процессов распространения взвесей в океане при добыче полезных ископаемых
Справка: Кирильчик, Светлана Валентиновна. Математическое моделирование процессов распространения взвесей в океане при добыче полезных ископаемых : диссертация кандидата технических наук : 05.13.18 Таганрог, 2005 127 c. : 61 05-5/3680
Объем: 127 стр.
Информация: Таганрог, 2005
Содержание:
Защищаемые положения
1 Результаты исследований переноса примесей в океане Г1 Обзор теоретических моделей переноса вещества в океане
12 Гидрофизические характеристики океана
Выводы по главе
2 Струйные ореолы рассеяния и их особенности
21 Методы изучения и особенности струйных ореолов рассеяния
22 Физико-геологическая модель формирования струйных ореолов рассеяния в горных породах
23 Физико-математические модели струйных ореолов рассеяния в горных породах Выводы по главе
3 Ореолы рассеяния гидротерм океана
31 Результаты экспериментального изучения ореолов рассеяния гидротерм океана
32 Физико-математическая модель ореола рассеяния гидротерм океана
33 Алгоритм вычисления распределения концентращш металлов в ореолах рассеяния гидротерм океана
331 Способ вьиислепия двойных интегралов
332 Проверка погрешности вычисления двойных нитегралов
34 Результаты физико-математического моделирования ореолов рассеяния гидротерм океана
Выводы по главе
4 Струйные ореолы рассеяния над залежами углеводородов на шельфе
41 Геохимические и физико-геологические предпосылки формирования струйных ореолов рассеяния над залежами углеводородов на шельфе
42 Физико-математическая модель струйного ореола рассеяния в водной толще шельфа от залежи углеводородов
43 Результаты моделирования струйных ореолов рассеяния залежей углеводородов шельфа
44 Анализ экспериментальных данных в районе Штокмановского газоконденсатного месторождения
Выводы по главе
Введение:
Актуальность проблемы, В настоящее время высокими темпами идет изучение и использование минеральных ресурсов, залегаюпщх под водной толщей Мирового океана.Наиболее широко эксплуатируют нефтегазовые запасы шельфа, интенсивно подготавливают к эксплуатащш рудные залежи глубоководных частей океана.В связи с этим в работе рассмотрены вопросы формирования и использования специфических струйных ореолов рассеяния как залежей углеводородов (УВ) шельфа, так и глубоководных гидротерм океана.Для России основным источником пополнения промышленных запасов нефти и в меньшей степени газа являются потенциальные ресурсы континентального шельфа. Потенциальные извлекаемые ресурсы углеводородов морской периферии России оцениваются как минимум в 100 млрд. т. в пересчете на нефть (К.А. Долгунов, В.Н. Мартиросян, 2000).Основным методом поисков УВ на шельфе является быстроразвивающаяся сейсморазведка. Важной задачей, успешно решаемой сейсморазведкой, является детальное картирование строения геологического разреза. В комплексе с морской сейсморазведкой применяются гравиразведка и магниторазведка, также направленные на решение структурных задач.Принщшиально другие задачи могут быть решены геохимическими методами, основанными на исследовании вещественного состава залежей УВ. Для поисков УВ на шельфе применяют геохимические методы, основанные на определении содержания углеводородных газов (УВГ), анализе расселения микроорганизмов, ассимилирующих УВГ в придонных водах и пробах донных осадков, определении содержания бигуминоидных компонентов, степени преобразованности органического материала под действием УВГ в пробах донных осадков (А.И. Обжиров, 1993, В.И. Авилов, 1997). Основной недостаток таких поисков заключается в большом количестве ЛОЖНЫХ аномалий УВГ, связанных с деятельностью метанпродуцирующих бактерий и с процессами окисления органического вещества.Широкое применение для поисков залежей УВ суши нашли геохимические методы поисков, основанные на исследовании специфического типа наложенных ореолов - струйных ореолов рассеяния металлов (V,Ni,Cu,Co,Mo,Zn и др.) - микрокомпонентов нефти и околонефтяных вод так называемые геоэлектрохимические методы: метод диффузионного извлечения (МДИ), метод поисков по формам нахождения (МПФ) и термомагнитный геохимический метод (ТМГМ) (СТ. Алексеев, C A . Вешев, H.A. Воропшлов, О.Ф. Путиков и др., 2000). Уникальность струйных ореолов заключается в их сильной вытянутости по вертикали, что позволяет обнаруживать залежи УВ на глубине свыше 3.5 км. Высокая эффективность этих методов для поисков ловушек различного типа, в том числе неструктурного, подтверждена экспериментальными исследованиями «ВИРГРудгеофизики» в Западно-Сибирской и Волго-Уральской нефтегазоносных провинциях, в Калининградской, Астраханской, Самарской и Ульяновской областях (Т.Н. Михайлов, C A . Вешев, H.A. Ворошилов, СГ. Алексеев, 2000).Направленность геоэлектрохимических методов на исследование вещественного состава и большая глубшшость поисков залежей УВ в различных геологических условиях делает актуальным расширение сферы применения этих методов на районы акваторий.В основу методики геоэлектрохимических поисков залежей УВ на шельфе, по аналогии с районами суши, может быть положен отбор проб донных грунтов. В этом направлении выполнены первые опытно-методические работы на шельфах Балтийского и Баренцева морей и получен положительный результат (CA. Вешев, H.A. Ворошилов, К.И. Степанов, 2000). С другой стороны, в основу методики поисков УВ на шельфе по струйным ореолам рассеяния может быть положено исследование распределение металлов микрокомпонентов нефти и околонефтяных вод в водной толще. По сравнению с исследованием проб донных грунтов, изучение водной толщи имеет существенные преимущества. Например, при исследовании струйных ореолов в водной толще в перспективе возможно определение металлов in situ или одновременно со съемкой, что позволит проводить поиски УВ геохимическими методами в интерактивном режиме.Так как распределение металлов в водной толще над залежами УВ не изучено экспериментально, в качестве метода исследования струйных ореолов рассеяния в водной толще выбрано их физико-математическое моделирование.Цель работы: исследовать строение ореолов рассеяния высокотемпературных гидротермальных источников и стрз^йных ореолов рассеяния залежей УВ в водной толще океана и обосновать возможность использования струйных ореолов рассеяния для поисков залежей УВ. Основные задачи исследований: 1) обосновать физико-математическую модель ореола рассеяния высокотемпературного гидротермального источника. учитывающую основные закономерности пространственного строения ореолов гидротерм океана; 2) выполнить численные расчеты распределения конценграций металлов в ореоле рассеяния гидротермального источника и сравнить с экспериментальными данными; 3) разработать физикогеохимичес1сую модель струйного ореола рассеяния в водной толще шельфа от залежи УВ; 4) выполнить физико-математическое моделирование струйного ореола рассеяния и обосновать формирование повышенных концентращш металлов - микрокомпонентов нефти и околонефтяных вод в водной толще, связанных с залежами углеводородов.Научная новизна исследований состоит в следующем: 1) обоснованы и разработаны физико-математические модели струйных ореолов рассеяния в водной толще гидротерм дна океана и залежей УВ шельфа; 2) изучены теоретические распределения концентращш растворенных металлов в ореоле рассеяния высокотемпературного гидротермального источника, расположенного на дне океана в стратифицированной водной толще для различных значений скорости вертикальной конвекции и горизонтальной скорости течения, коэффициентов турбулентной диффузии, перехода растворенного металла в твердую фазу в нижнем и верхнем слоях; 3) проведено сопоставление результатов численных расчетов ореолов рассеяния гидротерм и экспериментальных данных; 4) из5Д1ены теоретические распределения концентраций растворевиых металлов в струйном ореоле рассеяния в водной толще от залежи УВ для различных значений скорости вертикальной квазиконвекции и горизонтальной скорости течения, коэффициентов турбулентной диффузии и перехода растворенного металла в твердую фазу; 5) обоснована возможность использования придонного слоя водной толщи для поисков залежей УВ геохимическими методами по струйным ореолам рассеяния.Методы исследования: 1) аналитическое решение методами интегральных преобразований дифференциальных уравнений и систем дифференциальных уравнений для концентраций растворенных металлов в водной толще океана; 2) численные расчеты концентраций металлов в растворенной форме в водной толще океана в ореолах рассеяния высокотемпературных гидротермальных источников и струйных ореолах рассеяния зшежсй УВ; 3) анализ и обобщение экспериментальных данных по содержанию металлов в придонных водах Баренцева моря, полученных в институте ВНИИОкеангеология.Личный вклад автора заключается в выполнении следующих работ: 1) обоснование физико-геохимических и физико-математических моделей ореолов рассеяния металлов в водной толще океана; 2) разработка алгоритма численного расчета распределения концентраций металлов в ореолах рассеяния в водной толще; 3) выполнение численных расчетов распределений концентраций металлов в ореолах рассеяния в водной толще; 4) сравнение результатов расчетов с экспериментальными данными.Достоверность научных результатов обеспечивается достаточной корректностью использования математического аппарата аналитического решения задач и численного анализа при теоретическом исследовании ореолов рассеяния и сопоставлением с параметрами реальных ореолов.Практическая значимость работы. Предложенная и обоснованная в диссертации методика геохимических поисков залежей углеводородов на шельфе с помощью шучешт струйных ореолов рассеяния тяжелых металлов микрокомпонентов нефти в водной толще и методика детального изучения струйных ореолов гидротерм океана будут использованы при выполнении работ по программе «Интеграция»; грант на 2002-2006 гг. «Разработка теоретических основ и экспериментальное изучение струйных ореолов рассеяния в водной толще морей и океанов (головная организация ВНИИОкеангеология, соисполнитель - СПГГИ). Результаты изложенных исследований автора планируется включить в монографию «Теоретическое и экспериментальное изучение струйных ореолов рассеяния нефтегазовых и рудных месторождений», подготавливаемую в «ВИРГ-Рудгеофизике» с участием СПГГИ также по гранту программы «Интеграция».Часть результатов включена в учебный курс «Геоэлектрохимические методы» для студентов-геофизиков СПГГИ. Апробация работы. Основные положения работы доложены на конференции молодых ученых и специалистов «Полезные ископаемые России и их освоение», СПГГИ, 1999г., 2000г., 2001г., 2002г., на международной конференции молодых ученых и специалистов «Геофизика-99», 1999г., на международной геофизической конференция «Геологической службе России 300 лет», 2000г., на конференции «10 лет Лукойл», Санкт-Петербург, 2001г.Публикации. Результаты исследований опубликованы в 9 научных работах.1. Касьянкова H.A. Теоретическое исследование закономерностей строения струйных ореолов над нефтегазовыми залежами в однородных и двухслойных средах // Международная конференция молодых ученых и специалистов «Геофизика-99». Тезисы докладов. - СПб, 1999. - 53-54.2. Путиков О.Ф., Вешев А., Алексеев Г., Чжоу Цзыюн, Касьянкова H.A.Струйные ореолы рассеяния над нефтегазовыми залежами в неоднородных породах // Геофизика. -2000. - №. 1. - 52 - 56.3. Касьянкова H.A. Учет нестационарности при изучении строения струйных ореолов рассеяния над залежами нефти и газа // Сборник трудов молодых ученых СПГГИ. - СПб: СПГГИ, 2001. - Вып.6. - 6-8.4. Путиков О.Ф., Вешев А., Алексеев Г., Ворошилов H.A., Чжоу Цзыюн, Касьянкова H.A. Влияние нестационарности струйных ореолов рассеяния на оценку параметров нефтегазовых залежей // Геологической службе России 300 лет. Международная геофизическая конференция. Тезисы докладов.СПб, 2000.-С. 193-195.5. Путиков О.Ф., Чжоу Цзыюн, Касьянкова H.A. Физико-математическое и лабораторное физико-химическое моделирование двумерных нестационарных струйных ореолов рассеяния // Геологической службе России 300 лет. Международная геофизическая конференция. Тезисы докладов. - СПб, 2000. - 195-197.6. Касьянкова H.A., Лавренова Т.В. Исследование струйных ореолов рассеяния нефтегазовых месторождений на шельфе // Записки горного института.2002.-Т. 150.-С. 12-14.7. Касьянкова H.A. Месторождения нефти и газа шельфа - перспективы применения геоэлектрохимических методов // Записки горного института.2002.-Т.151.-С.17-20.8. Касьянкова H.A. Физико-математическое моделирование ореолов рассеяния гидротерм океанов // Записки горного института. -2002. -Т. 151. - 21-24.9. Алексеев Г., Вешев А., Ворошилов H.A., Касьянкова H.A., Путиков О.Ф., Штокаленко М.Б. Геоэлектрохимические технологии прогноза и поисков рудных и нефтяных объектов // Прикладная геохимия.Вып.З. Прогноз и поиски. Сб. статей. -ИМГРЭ., 2002. - 365-382.Благодарности Работа по теме диссертации выполнена в СПГГИ(ТУ) на кафедре геофизических и геохимичесЕСИх методов поисков и разведки МНИ под руководством доктора геолого-минералогических наук проф. О.Ф. Путикова, которому автор выражает свою искреннюю признательность. Большую помощь при обсуждении работы оказал проф. А.Г. Марченко. Глубокая благодарность сотрудникам кафедры ГФХМР - зав. каф. проф. A.A. Молчанову, проф. А.Н. Телегину, проф. В.В. Глазунову, проф. В.Х. Захарову, научным сотрудникам института «ВИРГ-Рудгеофизика», в особенности, зав. отд. геоэлектрохимии и геохимии, к.х.н. C A . Вешеву, вед.н.с, к.г.-м.н. H.A. Ворошилову, вед.н.с., к.г.-м.н. СГ. Алексееву, с.н.с., к.т.н.И М.Б. Штокаленко, с.н.с. К.И. Степанову и научным сотрудникам института ВНИИОкеангеология - зав. отд., д.г.-м.н. М.А. Холмянскому и вед.н.с, д.г.-м.н.СМ. Сударикову за помощь при проведении работы, сборе материалов и обсуждении вопросов.ЗАЩИЩАЕМЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ 1. Разработанная и исследованная физико-математическая модель ореола рассеяния высокотемпературного гидротермального источника, расположенного на дне океана, учитывающая явления стратификации водной толщи, естественной конвекции, морских течений, турбулентной диффузии, перехода растворенных металлов в твердую фазу, согласуется с экспериментальными данными и позволяет исследовать распределение концентрации элементов в ореоле.2. Основным физико-геохимическим процессом формирования струйного ореола рассеяния в водной толще шельфа от углеводородородной залежи является квазиконвективный перенос потоком газовых пузырьков определенной группы тяжелых металлов (Сс1, 8с, V, N1, Сг, Ре, Т1, Со, Си, Zn, РЬ, 7г, Мп и др.) -микрокомпонентов нефти^ 3. На основании разработанной физико-математической модели струйного ореола рассеяния в водной толще шельфа от углеводородной залежи, Зачитывающей квазиконвективный перенос металлов в вертикальном направлении, конвективный перенос течением в горизонтальном направлении, турбулентную диффузию, переход растворенных металлов в твердую фазу, и способа численного анализа этой модели обоснован выбор придонного слоя водной толпщ мощностью несколько метров для поисков углеводородных залежей по струйным ореолам рассеяния.
