Metano ekstrahavimas iš dujų hidratų. Dujų hidratai - iv_g

Aleksejus Ščebetovas, Rusijos valstybinis naftos ir dujų universitetas I. M. Gubkina Aleksejus Ščebetovas, Rusijos valstybinis naftos ir dujų universitetas I. M. Gubkina Dujų hidrato telkiniai turi didžiausią potencialą, palyginti su kitais netradiciniais dujų šaltiniais. Šiandien iš hidratų išgaunamų dujų kainos nėra palyginamos su tuo pačiu rodikliu gaminant dujas iš tradicinių dujų telkinių.

Aleksejus Ščebetovas, Rusijos valstybinis naftos ir dujų universitetas I. M. Gubkina

Aleksejus Ščebetovas, Rusijos valstybinis naftos ir dujų universitetas I. M. Gubkina

Dujų hidrato nuosėdos turi didžiausią potencialą, palyginti su kitais netradiciniais dujų šaltiniais. Šiandien iš hidratų išgaunamų dujų kainos nėra palyginamos su tuo pačiu rodikliu gaminant dujas iš tradicinių dujų telkinių. Tačiau visiškai pagrįsta manyti, kad artimiausioje ateityje dujų gamybos technologijų progresas užtikrins ekonominį dujų hidratų telkinių vystymo pagrįstumą. Remdamasis tipinių dujų hidratų telkinių atsiradimo geologinių sąlygų analize ir skaitmeninio modeliavimo rezultatais, autorius įvertino dujų susidarymo iš hidratų perspektyvas.

Dujų hidratai yra kieti dujų ir vandens molekulių junginiai, kurie egzistuoja esant tam tikram slėgiui ir temperatūrai. Viename kubiniame metre natūralaus hidrato yra iki 180 m3 dujų ir 0,78 m3 vandens. Anksčiau hidratai buvo tiriami atsižvelgiant į gamtinių dujų gavybos ir transportavimo technologinių komplikacijų perspektyvą, tačiau atradus gamtinių dujų hidratų telkinius, jie buvo pradėti laikyti perspektyviausiu energijos šaltiniu. Šiuo metu yra žinoma daugiau nei du šimtai dujų hidrato telkinių, iš kurių dauguma yra jūros dugne. Remiantis naujausiais skaičiavimais, gamtinių dujų hidrato telkiniuose yra sutelkta 10–1000 trilijonų m3 metano, o tai panašu į tradicinių dujų atsargas. Todėl suprantamas daugelio šalių (ypač dujų importuojančių šalių: JAV, Japonijos, Kinijos, Taivano) noras įsisavinti šiuos išteklius. Tačiau, nepaisant pastaruoju metu atliktų geologinių tyrinėjimų gręžimo ir eksperimentinių hidratų poringose \u200b\u200bterpėse sėkmės, klausimas dėl ekonomiškai pagrįsto dujų ištraukimo iš hidratų metodo tebėra atviras ir jį reikia toliau tirti.

Dujų hidrato nuosėdos

Pirmasis didelių dujinių hidratų kaupimosi paminėjimas yra susijęs su Messoyakhskoye lauku, kuris buvo aptiktas 1972 m. Vakarų Sibire. Šios srities raidos analizę nagrinėjo daugybė tyrėjų, buvo paskelbta daugiau nei šimtas mokslinių straipsnių. Remiantis darbu Messoyakhskoye produktyviojo skyriaus viršutinėje dalyje, daroma prielaida, kad yra natūralių hidratų. Tačiau reikia pažymėti, kad tiesioginiai hidratų kiekio lauke tyrimai (branduolių ėmimas) nebuvo atlikti, o tie požymiai, pagal kuriuos buvo aptikti hidratai, yra netiesioginiai ir leidžia skirtingai interpretuoti.

Todėl iki šiol nėra sutarimo dėl Messoyakhskoye lauko hidratų kiekio.

Šiuo atžvilgiu labiausiai nurodomas kito tariamo hidratų turinčio regiono pavyzdys - Aliaskos (JAV) šiaurinis šlaitas. Ilgą laiką buvo manoma, kad šioje srityje yra dideli dujų atsargos hidratinėje būsenoje. Taigi buvo teigiama, kad Prudo įlankos ir Kiparuko upės naftos telkiniuose yra šeši hidratuoti rezervuarai, kurių atsargos yra 1,0–1,2 trilijono m3. Hidrato kiekio prielaida buvo pagrįsta šulinių bandymo rezultatais tikėtinu hidrato atsiradimo intervalu (šie intervalai pasižymėjo ypač mažomis dujų normomis) ir geofizikinių medžiagų aiškinimu.

Anadarko ir JAV energetikos departamentas, siekdami ištirti hidratinių patalų sąlygas Aliaskoje ir įvertinti jų išteklius, 2002 m. Pabaigoje organizavo „Hot Ice“ Nr. 1 gręžinio gręžimą („HOT ICE # 1“). 2004 m. Pradžioje šulinys buvo baigtas projektuoti 792 m gylyje. Nepaisant daugybės netiesioginių hidratų požymių (geofizinių tyrimų ir seisminių tyrimų duomenų) bei palankių termobarinių sąlygų, pakeltuose branduoliuose hidratų nerasta. Tai dar kartą patvirtina tezę, kad vienintelis patikimas būdas hidratinėms nuosėdoms aptikti yra tiriamasis gręžimas su virve.

Šiuo metu pramonės plėtros požiūriu didžiausią susidomėjimą kelia tik dvi natūralių hidratų sankaupos: „Mullik“ - Mackenzie upės deltoje šiaurės vakarų Kanadoje ir Nankai - Japonijos šelfe.

Mulliko indėlis

Natūralių hidratų buvimas buvo patvirtintas 1998 m. Gręžiant tyrimų šulinį ir 2002 m. Tris šulinius. Šioje srityje buvo sėkmingai atlikti lauko eksperimentai su dujų gavyba iš hidratų prisotinto intervalo. Yra pagrindo manyti, kad tai yra būdingas žemyninių hidratų telkinių tipas, kuris bus rastas ateityje.

Remiantis geofizikiniais tyrimais ir pagrindiniais tyrimais, buvo nustatytos trys hidratų turinčios formacijos (A, B, C), kurių bendras storis yra 130 m, esant 890–1108 m diapazonui. Amžinojo įšalo zonos storis yra apie 610 m, o hidrato stabilumo zona (SGI) (t. Intervalas, kuriame termobarinės sąlygos atitinka hidrato stabilumo sąlygas), tęsiasi nuo 225 iki 1100 m. Hidrato stabilumo zona nustatoma pagal susidarymo dujų hidrato susidarymo pusiausvyros kreivės ir pjūvio temperatūros pokyčio kreivės susikirtimo taškus (žr. 1 pav.). Viršutinė sankryža yra viršutinė SGI riba, o apatinis taškas yra atitinkamai SGI apatinė riba. Pusiausvyros temperatūra, atitinkanti apatinę hidrato stabilumo zonos ribą, yra 12,2 ° C.

Stratum A yra nuo 892 iki 930 m, kai hidratuotas smiltainio tarpsluoksnis yra atskirai atskirtas (907–930 m). Remiantis geofizika, hidrato prisotinimas kinta nuo 50 iki 85%, likusią porų dalį užima vanduo. Akytumas yra 32-38%. Viršutinę A sluoksnio dalį sudaro smėlio dumblas ir ploni smiltainio tarpsluoksniai, kurių hidratacija yra 40–75%. Vizualiai patikrinus į paviršių iškeltas šerdis, paaiškėjo, kad hidratas daugiausia užima tarpląstelinę porų vietą. Šis intervalas yra šalčiausias: skirtumas tarp pusiausvyros hidrato susidarymo temperatūros ir rezervuaro temperatūros viršija 4 ° C.

Hidrato susidarymą B (942–992 m) sudaro keli 5–10 m storio smėlio sluoksniai, atskirti plonais (0,5–1 m) sluoksniais iš molio neturinčių hidratų. Sotumas hidratais skiriasi nuo 40 iki 80%. Akytumas kinta nuo 30 iki 40%. Įvairūs poringumo ir hidratacijos prisotinimo pokyčiai paaiškinami sluoksniuotu rezervuaro struktūra. B hidrato rezervuarą po 10 m storio vandeningasis sluoksnis pažemina.

„Stratum C“ (1070–1107 m) sudaro du sluoksniai, kurių hidrato įsotinimas yra 80–90%, ir yra pusiausvyros sąlygomis. C formavimo padas sutampa su apatine hidrato stabilumo zonos riba. Intervalo poringumas yra 30–40%.

Žemiau hidrato stabilumo zonos pažymima 1,4 m storio dujinio vandens pereinamoji zona. Po pereinamosios zonos eina 15 m storio vandeningasis sluoksnis.

Remiantis laboratorinių tyrimų rezultatais, hidratą sudaro metanas (98% ar daugiau). Pagrindinės medžiagos tyrimas parodė, kad porėtos terpės, nesant hidratų, pralaidumas yra didelis (nuo 100 iki 1000 mD), o prisotinus hidratus 80%, uolienų pralaidumas sumažėja iki 0,01–0,1 mD.

Dujų atsargų hidratų tankis šalia išgręžtų tiriamųjų šulinių sudarė 4,15 milijardo m3 / 1 km2, o viso lauko atsargos - 110 milijardų m3.

Nankų lauke

Jau keletą metų Japonijos lentynoje vyksta aktyvus tyrinėjimo darbas. Pirmieji šeši šuliniai, išgręžti 1999–2000 m., Parodė, kad yra trys hidratuoti tarpsluoksniai, kurių bendras storis yra 16 m, 1135–1213 m atstumu nuo jūros paviršiaus (290 m žemiau jūros dugno). Uolienoms daugiausia atstovauja smiltainiai, kurių akytumas yra 36%, o hidrato prisotinimas - maždaug 80%.

2004 m. Jūros šulinyje nuo 720 iki 2033 m buvo išgręžti 32 šuliniai. Atskirai reikia pažymėti, kad sėkmingai baigta vertikalių ir horizontalių (kurių horizontalus gręžinio ilgis yra 100 m) šulinių silpnai stabiliuose hidratuose 991 m gylyje. Kitas „Nankai“ lauko plėtros etapas bus eksperimentinė dujų gamyba iš šių gręžinių 2007 m. Nankų lauko komercinę plėtrą planuojama pradėti 2017 m.

Bendras hidrato tūris yra lygus 756 milijonams m3 dujų 1 km2 ploto išgręžtų žvalgymo gręžinių srityje. Apskritai, hidratų dujų atsargos Japonijos jūros šelfe gali būti nuo 4 trilijonų iki 20 trilijonų m3.

Hidrato nuosėdos Rusijoje

Pagrindinės dujų hidratų paieškos kryptys Rusijoje dabar yra sutelktos Okhotsko jūroje ir Baikalo ežere. Tačiau didžiausios hidratų nuosėdų su pramoniniais rezervais atradimo perspektyvos yra susijusios su Rytų Messoyakhskoye lauku Vakarų Sibire. Remiantis geologinės ir geofizikinės informacijos analize, buvo padaryta prielaida, kad „Ghazalinskaya“ pakuotė yra palankiomis sąlygomis susidaryti hidratams. Visų pirma, apatinė dujų hidrato stabilumo zonos riba yra maždaug 715 m gylyje, t. viršutinė „Ghazalinsky“ pakuotės dalis (ir kai kuriose vietose visa pakuotė) yra termobarinėmis sąlygomis, palankiomis dujų hidratams egzistuoti. Gerai atlikti bandymai nedavė rezultatų, nors šis intervalas apibūdinamas kaip produktyvus medienos ruošos būdu, o tai galima paaiškinti uolienų pralaidumo sumažėjimu dėl dujų hidratų buvimo. Galimą hidratų egzistavimą taip pat patvirtina faktas, kad „Gazsalinskaya“ pakuotė yra produktyvi kituose netoliese esančiuose laukuose. Todėl, kaip pažymėta aukščiau, būtina gręžti tiriamąjį šulinį su virve. Gavus teigiamų rezultatų, bus atrasta dujų hidrato telkinys, kurio atsargos yra ~ 500 milijardų m3.

Galimų dujų hidrato nuosėdų susidarymo technologijų analizė

Dujų hidratų telkinių kūrimo technologijos pasirinkimas priklauso nuo konkrečių geologinių ir fizinių atsiradimo sąlygų. Šiuo metu svarstomi tik trys pagrindiniai dujų įtekėjimo iš hidratuoto formavimo indukcijos būdai: slėgio mažinimas žemiau pusiausvyros slėgio, hidratuotų uolienų kaitinimas aukščiau pusiausvyros temperatūros ir jų derinys (žr. 2 pav.). Vargu ar žinomas hidratų skaidymo metodas, naudojant inhibitorius, yra didelis dėl didelių inhibitorių kainų. Kiti siūlomi poveikio būdai, ypač elektromagnetinis, akustinis ir anglies dioksido įpurškimas į rezervuarą, dar nebuvo ištirti.

Panagrinėkime dujų susidarymo iš hidratų perspektyvą, naudodamiesi dujų įtekėjimo į vertikalų šulinį, kuris visiškai atskleidė hidratuotą prisotintą darinį, pavyzdžiu. Tada lygčių sistema, apibūdinanti hidrato skilimą porėtoje terpėje, bus tokia:

a) dujų ir vandens masės išsaugojimo įstatymas:

kur P yra slėgis, T yra temperatūra, S yra vandens prisotinimas, v yra hidratacijos prisotinimas, z yra superspaudžiamumo koeficientas; r yra radialinė koordinatė; t yra laikas; m yra akytumas, g, w, h yra atitinkamai dujų, vandens ir hidrato tankiai; k (v) yra akytos terpės pralaidumas esant hidratams; fg (S), fw (S) - dujų ir vandens fazinio pralaidumo funkcijos; g, w yra dujų ir vandens klampumas; - masės kiekis hidrate;

b) energijos taupymo lygtis:

kur Ce yra uolienų ir aplinkinių skysčių šiluminė talpa; cg, cw - atitinkamai dujų ir vandens šilumos talpa; H yra hidrato fazių perėjimo šiluma; - diferencinis adiabatinis koeficientas; - droselio koeficientas (Joule-Thomson koeficientas); e yra uolienų ir aplinkinių skysčių šilumos laidumo koeficientas.

Kiekviename rezervuaro taške turi būti įvykdyta termodinaminės pusiausvyros sąlyga:

T \u003d A ln P + B, (3)

kur A ir B yra empiriniai koeficientai.

Uolienų pralaidumo priklausomybė nuo hidrato prisotinimo paprastai pateikiama kaip priklausomybė nuo galios:

k (v) \u003d k0 (1 - v) N, (4)

čia k0 yra absoliutus poringos terpės pralaidumas, kai nėra hidratų; N yra konstantas, apibūdinantis pralaidumo laipsnį didėjant hidracijos prisotinimui.

Pradiniu momentu vienodos ir vienetinės galios formavimas turi P0 slėgį, T0 temperatūrą ir hidrato prisotinimą v0. Slėgio mažinimo metodas buvo imituojamas nustatant pastovų srauto greitį šulinyje, o šiluminis metodas - naudojant pastovios galios šilumos šaltinį. Atitinkamai, taikant kombinuotą metodą, buvo nustatytas pastovus dujų srautas ir šilumos šaltinio galia, reikalinga stabiliam hidratų skilimui.

Modeliuojant nagrinėjamais metodais dujų gamybą iš hidratų, buvo atsižvelgta į šiuos apribojimus. Esant 10 ° C pradinei rezervuaro temperatūrai ir 5,74 MPa slėgiui, Joule-Thomson koeficientas yra 3–4 laipsniai 1 MPa depresijai. Taigi, esant 3–4 MPa slėgiui, dugno dugno temperatūra gali pasiekti vandens užšalimo tašką. Kaip žinote, vandens užšalimas uolienoje ne tik sumažina dugno skylės zonos pralaidumą, bet ir sukelia katastrofiškesnes pasekmes - apvalkalo sutraiškymą, rezervuaro sunaikinimą ir kt. Todėl slėgio mažinimo metodu buvo padaryta prielaida, kad 100 dienų gerai eksploatuojant dugno kiaurymės temperatūra neturėtų nukristi žemiau 0 ° C. Šiluminio metodo apribojimas yra temperatūros padidėjimas ant šulinio sienos ir paties šildytuvo. Todėl skaičiavimuose buvo padaryta prielaida, kad 100 dienų gerai eksploatuojant dugno kiaurymių temperatūra neturėtų viršyti 110 ° C. Modeliuojant kombinuotą metodą, buvo atsižvelgta į abu suvaržymus.

Metodų efektyvumas buvo palygintas su maksimaliu vertikaliojo šulinio, kuris visiškai paveikė dujų hidrato susidarymą vieneto storiu, debitu, atsižvelgiant į aukščiau minėtus apribojimus. Šilumos ir kombinuotų metodų atveju buvo atsižvelgiama į energijos sąnaudas, iš srauto greičio atimant dujų kiekį, reikalingą reikiamai šilumai gauti (darant prielaidą, kad šiluma susidaro deginant gaminamo metano dalį):

Q * \u003d Q - E / q, (5)

čia Q - dujų srautas apačioje, m3 / dieną; E - veidui tiekiama šiluminė energija, J / diena; q yra metano šiluminė vertė (33.28.106), J / m3.

Skaičiavimai buvo atlikti su šiais parametrais: P0 \u003d 5,74 MPa; T0 \u003d \u200b\u200b283 K; S \u003d 0,20; m \u003d 0,35; h \u003d 910 kg / m3, w \u003d 1000 kg / m3; k0 \u003d 0,1 μm2; N \u003d 1 (koeficientas formulėje (4)); g \u003d 0,014 mPa.s; w \u003d 1 mPa.s; \u003d 0,144; A \u003d 7,28 K; B \u003d 169,7 K; Ce \u003d 1,48,106 J / (m3.K); cg \u003d 2600 J / (kg.K), cw \u003d 4200 J / (kg.K); H \u003d 0,5 MJ / kg; e \u003d 1,71 W / (m.K.). Skaičiavimo rezultatai apibendrinti lentelėje. 1.

Šių skaičiavimo rezultatų analizė rodo, kad slėgio mažinimo metodas yra tinkamas hidratuotoms formacijoms, kai hidratų sodrumas yra žemas, o dujos ar vanduo neprarado savo mobilumo. Natūralu, kad padidėjus hidratacijos sočiai (taigi ir pralaidumui sumažėjus pagal (4) lygtį), šio metodo efektyvumas smarkiai sumažėja. Taigi, kai porų prisotinimas daugiau nei 80% hidratų yra praktiškai neįmanoma gauti iš hidratų srauto sumažinant slėgį dugne.

Kitas slėgio mažinimo metodo trūkumas yra susijęs su technogeniniu hidratų susidarymu dugno skylės zonoje dėl Joule-Thomson efekto. Fig. 3 paveiksle parodytas vandens pasiskirstymas ir prisotinimas hidratu, gautas išsprendus dujų įtekėjimo į vertikalų šulinį problemą, kuri atidarė dujų hidrato susidarymą. Šiame paveiksle aiškiai atskirtos hidrato (I) nedidelio skilimo zona, antrinio hidrato formavimo zona (II) ir tik dujų (III) filtravimo zona, nes šioje zonoje visas laisvas vanduo pateko į hidratą.

Taigi hidratuotų nuosėdų susidarymas mažinant slėgį yra įmanomas tik suleidžiant inhibitorius į dugno skylės zoną, o tai žymiai padidins pagamintų dujų sąnaudas.

Šiluminis dujų hidrato nuosėdų susidarymo metodas tinka formacijoms, turinčioms didelį hidratų kiekį porose. Tačiau, kaip rodo skaičiavimo rezultatai, šiluminis poveikis per šulinio dugną yra neveiksmingas. Taip yra dėl to, kad hidrato skilimo procesą lydi šilumos absorbcija, turinti didelę specifinę entalpiją - 0,5 MJ / kg (pavyzdžiui: ledo susiliejimo šiluma yra 0,34 MJ / kg). Skilimo frontui tolstant nuo šulinio dugno, vis daugiau energijos sunaudojama uždengiančių uolienų ir formacijos stogo pašildymui, todėl hidratų šiluminės įtakos zona, esanti per šulinio dugną, apskaičiuojama pirmaisiais metrais. Fig. 4 paveiksle parodyta visiškai hidratuoto formavimo tirpimo dinamika. Iš šio skaičiaus matyti, kad per 100 nepertraukiamo kaitinimo dienų hidratai suirs tik 3,5 metro spinduliu nuo šulinio sienos.

Pats perspektyviausias yra kombinuotas metodas, kuris apima slėgio sumažinimą ir šilumos tiekimą į šulinį. Be to, pagrindinis hidrato skilimas įvyksta dėl sumažėjusio slėgio, o į dugną tiekiama šiluma padeda sumažinti antrinio hidrato susidarymo zoną, o tai teigiamai veikia debitą. Kombinuotojo metodo (kaip ir šiluminio) trūkumas yra didelis pakeliui pagaminto vandens kiekis (žr. 1 lentelę).

Išvada

Taigi esant dabartiniam naftos ir dujų technologijų lygiui sunku tikėtis, kad dujų gamyba iš hidratų bus panaši į tradicinių dujų telkinių kainą. Taip yra dėl didelių problemų ir sunkumų, su kuriais susiduria kūrėjai ir tyrėjai. Tačiau dabar dujų hidratus galima palyginti su kitu netradiciniu dujų šaltiniu - kobalduotu metanu. Prieš dvidešimt metų buvo manoma, kad iš anglies telkinių išgauti metaną yra techniškai sunku ir nepalanku. Vien tik JAV per metus pagaminama apie 45 milijardų m3 daugiau nei 10 tūkstančių gręžinių, o tai buvo pasiekta plėtojant naftos ir dujų mokslą ir sukuriant naujausias dujų gavybos technologijas. Pagal analogiją su anglies metanu galima daryti išvadą (žr. 2 lentelę), kad dujų gamyba iš hidratų gali būti gana ekonomiška ir artimiausiu metu prasidės.

Literatūra

1. Lerche Ian. Dujų hidrato išteklių pasauliniai įvertinimai. Popierius OTC 13036, pristatytas 2001 m. Jūrų technologijų konferencijoje Hiustone, Teksase, 2001 m. Balandžio 30 d. – gegužės 3 d.

2. Makogon, Y.F., Holditch, S.A., Makogon T.Y. Rusijos lauke parodyta, kaip gaminama angliavandenių. „Oil & Gas Journal“, 2005 m. Vasario 7 d., T. 103,5, p. 43–47.

3. Ginsburgas G. D., Novožilovas A. A. Apie hidratus Messoyakhskoye lauko žarnyne. // „Dujų pramonė“, 1997, Nr. 2.

4. Collett, T.S. Prudhoe įlankos ir Kuparuko upės ploto gamtiniai dujų hidratai, Šiaurės šlaitas, Aliaska: AAPG Bull., Vol. 77, Nr. 1993, 5, p. 793-812.

5. Ali G. Kadaster, Keith K. Millheim, Tommy W. Thompson. Karšto ledo Nr. 1 planavimas ir gręžimas - dujų hidrato tyrinėjimo šulinys Aliaskos Arktyje. Popierius SPE / IADC 92764 pristatytas SPE / IADC gręžimo konferencijoje, vykusioje Amsterdame, Nyderlanduose, 2005 m. Vasario 23–25 d.

6. Dallimore, S., Collett, T., Uchida, T. JAPEX / JNOC / GSC Mallik 2L-38 dujų hidrato tyrimų šulinio moksliniai rezultatai. Mackenzie Delta, Šiaurės vakarų teritorijos, Kanada. Kanados geologijos tarnyba, 544 biuletenis, 1999, p. 403.

7. Takahashi, H., Yonezawa, T., Takedomi, Y. Natūralaus hidrato tyrimai Nankai-Trough Wells jūroje Japonijoje. Straipsnis pristatytas 2001 m. Jūrų technologijų konferencijoje Hiustone, Teksase, 2001 m. Balandžio 30 d. – gegužės 3 d. OTC 13040.

8. Takahashi, H., Tsuji, Y. Japonija tiria hidratus Nankai love. „Oil & Gas Journal“, 2005 m. Rugsėjo 5 d., T. 103.33, p. 48–53.

9. Takahashi, H., Tsuji, Y. Japonija gręžia, registruoja dujų hidrato šulinius Nankai love. „Oil & Gas Journal“, 2005 m. Rugsėjo 12 d., T. 103,34, p. 37–42,

10. Solovjovas V.A. Dujų hidrato kiekis pasaulio vandenyno žarnyne // „Dujų pramonė“, 2001, Nr. 12.

11. Agalakovas S.E. Dujų hidratai Turono nuosėdose Vakarų Sibiro šiaurėje // „Naftos ir dujų geologija“, 1997, Nr. 3.

Kai šūkis „XXI amžius - dujų amžius“ įsiskverbia į visuomenės sąmonę, susidomėjimas tokiu netradiciniu dujų šaltiniu kaip dujų hidrato nuosėdos auga.

Pasaulinė energijos rinka veikia atsižvelgiant į daugybę naftos ir dujų atsargų tam tikruose regionuose. Tiesą sakant, pasaulinė angliavandenilių pasiūlos ir paklausos rinka yra pagrįsta jais. Šimtai ekspertų nenuilstamai analizuoja nepakeičiamų išteklių kūrimo laiką. 20 metų? Na, gerai, 30 metų. Kas tada? Kaip bus suformuotas energijos balansas planetoje? Kokia alternatyvi naftos ir dujų energija komerciškai domins netolimoje ateityje? Atrodo, kad vienas iš atsakymų jau yra. Metano dujų hidrato nuosėdos. Jau aptikta keletas telkinių sausumoje, o amžinojo įšalo zonose Rusijoje, Kanadoje ir Aliaskoje buvo atlikta bandomoji kasyba. Geofizikai iš įvairių šalių, tiriantys dujų hidratus, padarė išvadą, kad dujų hidrato atsargos yra šimtus kartų didesnės nei naftos ir gamtinių dujų atsargos. „Planeta tiesiog paženklinta dujų hidratais“, - užtikrintai sako daugelis. Jei planuojamos dujų atsargos planetoje yra nuo 300 iki 600 trilijonų kubinių metrų, tada numatomos dujų hidrato atsargos yra daugiau nei 25 000 trilijonų kubinių metrų. Ant jų žmonija, visiškai neribodama energijos suvartojimo, gali patogiai gyventi šimtus metų.

Dujų hidratai (arba dujų hidratai) yra dujų molekulės, dažniausiai metanas, „įterptas“ į ledo ar vandens kristalų groteles. Dujų hidratas susidaro esant aukštam slėgiui ir žemai temperatūrai, todėl gamtoje jo randama arba giliųjų jūros vandenų nuosėdose, arba amžino įšalo sausumos zonoje, kelių šimtų metrų gylyje žemiau jūros lygio. Vykstant šių junginių susidarymui žemoje temperatūroje esant aukštam slėgiui, metano molekulės virsta hidrato kristalais, kad sudarytų kietą medžiagą, panašios struktūros kaip purus ledas. Dėl molekulinio tankinimo viename kubiniame metre natūralaus metano hidrato kieto pavidalo yra apie 164 m 3 metano dujų fazėje ir 0,87 m 3 vandens. Paprastai jose yra nemažai hidratuotų dujų atsargų. Manoma, kad visas spektras - nuo didelių masyvių klasterių erdvinių laukų iki atviros būsenos, įskaitant bet kurias kitas, iki šiol nežinomas formas.

Prielaidą, kad zona, kurioje yra dujų hidratų, yra kelių šimtų metrų gylyje po jūros dugnu, pirmiausia padarė Rusijos okeanologai. Vėliau tai patvirtino daugelio šalių geofizikai. Nuo aštuntojo dešimtmečio pabaigos, vykdant tarptautines okeanologines programas, buvo pradėti tiksliniai vandenyno dugno tyrimai, ieškant dujų hidratų. Regioniniai geofiziniai, seisminiai, geomorfologiniai ir akustiniai tyrimai lydėjo iš viso kelių tūkstančių šulinių gręžimą vandens gylyje iki 7000 m, iš kurių buvo paimta 250 km šerdies. Dėl šių darbų, kuriuos organizavo mokslo institutai ir universitetų laboratorijos įvairiose šalyse, šiandien buvo išsamiai ištirti pirmieji šimtai metrų pasaulio vandenyno dugno, kurio bendras plotas yra 360 milijonų km 2. Todėl buvo rasta daugybės įrodymų apie dujų hidratų buvimą vandenynų nuosėdinių sluoksnių apatinėje dalyje, daugiausia Ramiojo vandenyno rytinėje ir vakarinėje pakraščiuose, taip pat Atlanto vandenyno rytiniuose pakraščiuose. Tačiau iš esmės šie įrodymai grindžiami netiesioginiais duomenimis, gautais iš seisminių duomenų, analizių, medienos ruoša ir tt. Iš tikrųjų įrodyta, kad juos galima priskirti tik kelioms didelėms grupėms, iš kurių garsiausios yra Blake vandenyno kalnagūbrio rajone pietryčių JAV pakrantėje. . Vieno išplėstinio lauko pavidalu 2,5–3,5 km vandens gylyje jame gali būti apie 30 trilijonų m 3 metano.

Nepaisant didelio dujų hidratų kiekio vandenyne, jie gali būti laikomi alternatyviu gamtinių dujų šaltiniu tik ilgalaikėje perspektyvoje. Naftos pramonės darbuotojų nuomonė išsakyta bendrovės pranešime „Chevron“ JAV senato 1998 m., skamba dar griežčiau. Tai paaiškėja tuo, kad vandenyne dujų hidratai daugiausia yra išsisklaidę arba nedidelės koncentracijos ir neturi komercinės svarbos. Rusijos „Gazprom“ geologai priėjo prie tos pačios išvados.

Yra ir kitų požiūrio taškų. Jei pakelsite dujų hidratus iš jūros gelmių į paviršių, galite pastebėti ryškų efektą - dujų akmenys pradės burbuliuoti, duslėti ir pūti prieš akis. Pirmą kartą tokį vaizdą Rusijos mokslininkai pamatė praėjusio amžiaus aštuntajame dešimtmetyje, kai ekspedicijos metu prie Okhotsko jūros pirmieji „ledo dujų“ pavyzdžiai buvo pakelti iš laivo dugno į denį. Įdomiausia yra tai, kad kai dujų hidratas „ištirpsta“, kieta medžiaga, apeidama skystąją fazę, patenka į dujas, kurios yra kupinos didžiulės energijos. Jei šios dujos išleidžiamos nedelsiant, jos gali sukelti aplinkos katastrofą. Bet jei pažabosite, nauda bus puiki. Iš tikrųjų dujų hidratų energijos atsargos yra daug didesnės nei naftos ir dujų telkinių. Tiek daug tyrėjų mano.

Remiantis dabartiniais vertinimais, apskaičiuotas metano kiekis, esantis kristalinių hidratų pavidalu Pasaulio vandenyno dugno nuosėdose ir amžinajame užšalime, yra mažiausiai 250 000 trilijonų m 3. Kalbant apie tradicinį kurą, tai yra daugiau nei dvigubai daugiau naftos, anglies ir dujų atsargų planetoje.

Gamtinių dujų hidratai išlieka stabilūs arba labai žemoje temperatūroje, esant amžinajam įšilimui sausumoje, arba derinant žemą temperatūrą ir aukštą slėgį, esantį Pasaulio vandenyno giliavandenių regionų nuosėdinių sluoksnių apatinėje dalyje. Nustatyta, kad atvirame vandenyne esančių dujų hidratų (GHS) stabilumo zona tęsiasi nuo maždaug 450 m vandens gylio ir toliau po vandenyno dugnu iki nuosėdinių uolienų geoterminio gradiento lygio. Dujų hidratams, taip pat gręžiant nuosėdines uolienas, naudojami geofizikiniai metodai. Daug rečiau dujų hidratai randami šalia jūros dugno (kelių metrų gylyje nuo jo paviršiaus) dujomis skleidžiančiose struktūrose, panašiose į purvo ugnikalnius. Tai atsitinka, pavyzdžiui, Juodosios, Kaspijos, Viduržemio ir Okhotsko jūrose. VSP talpa visur siekia kelis šimtus metrų. Potencialūs metano ištekliai yra ne tik kieto pavidalo SGI, bet ir uždaromi po juo kaip gamtinės dujos. Daugeliu atvejų vandenynuose yra maždaug dvigubai daugiau metano nei visuose kituose iškastinio kuro tipuose, esančiuose žemynuose ir šelfe. Tiesa, yra skeptikų, kurie šį vertinimą laiko labai perdėtu. Tačiau klausimas yra ne tik metano kiekis.

Svarbiausia, kiek šių dujų nėra išsklaidytos būklės, o koncentruotos pakankamai didelėse grupėse, kad būtų užtikrintas jų plėtros pelningumas. Šiandien nėra aiškios nuomonės apie dujų hidratų formą vandenyne.

Dujų hidratų kaupimasis sausumoje ir gretimoje šelfo zonoje, priešingai nei vandenyno vandenyne, vertinamas labai realistiškai. Pirmasis hidrato telkinys sausumoje buvo aptiktas 1964 m. Rusijoje Messoyakha lauke Vakarų Sibire. Ten, aštuntojo dešimtmečio pirmoje pusėje. Taip pat buvo atlikta pirmoji pasaulyje bandomoji kasyba. Vėliau panašūs telkiniai buvo aptikti Mackenzie upės deltos rajone Kanadoje. Pirmieji didelio masto dujų hidratų kaupimosi sausumoje ir gretimoje lentynoje tyrimai buvo atlikti 1982–1991 m., Vadovaujant JAV energetikos departamentui. Per dešimtmetį Aliaskoje buvo nustatyta kietųjų metano telkinių buvimas, ištirtos 15 dujų hidratų kaupimosi zonoje lentynos, imituoti hidratinių junginių slopinimo ir dujinio metano šiluminio ištraukimo procesai. Pradho įlankos lauke Aliaskoje buvo atlikta bandomoji metano gamyba. Dujų hidratų telkinių dujų ištekliai į situ Apskaičiuota, kad sausumoje ir jūroje JAV yra 6 000 trilijonų m 3. Tai reiškia, kad atkuriamosios atsargos, net jei ne didesnis kaip 1% atkūrimo koeficientas, sudaro 60 trilijonų m 3, tai yra dvigubai daugiau nei visų įrodytų atsargų kiekis visuose tradiciniuose JAV dujų telkiniuose.

Pastaraisiais metais paskelbus JAV geologijos tarnybos programos rezultatus, susidomėjimas sausumos dujų hidrato telkiniais smarkiai išaugo ir išsiplėtė geografiškai. 1995 m. Japonijos vyriausybė inicijavo panašią ofšorinę programą. Japonų geologų teigimu, iki šiol identifikuotų išteklių žinių laipsnis artėja prie stadijos, kai juos galima perkelti į rezervų kategoriją. 1998 m. Kanadoje, Mackenzie deltoje, buvo išgręžtas eksperimentinis šulinys Mallik, pagal kurį buvo nustatyta, kad yra išsiplėtęs dujų hidratų sankaupų laukas, jų bendra masė yra 4 milijardai m 3 / km 2. Šie tyrimai yra vykdomi. Japonija Nafta Tyrinėjimai Co ., Ltd. ir nemažai Japonijos pramonės įmonių, dalyvaujančių JAV geologijos tarnyboje, Kanadoje ir keliuose universitetuose. Nuo 1996 m. Indijoje buvo vykdomi lentynų zonos tyrimai ir identifikuotų klasterių žemėlapiai, globojami šalies vyriausybės ir valstybinės dujų bendrovės. Europos Sąjunga nusprendė sukurti specialius fondus panašioms programoms finansuoti, o JAV susidomėjimas dujų hidrato telkiniais įgijo įstatyminį statusą: 1999 m. JAV Kongresas patvirtino specialų aktą, susijusį su didelio masto metano hidrato telkinių paieškos ir plėtros programa sausumoje ir jūroje.

Dujų hidrato gamyboje dar nėra standartinių pramoninių technologijų. Kai kurie ekspertai mano, kad Rusija yra turtingiausia šalis pagal gamtinių dujų telkinius, jos atsargų pakaks dar 200–250 metų, todėl pramoninė dujų hidratų gamyba dar nėra prioritetinė mūsų šalies užduotis.

Metanas iš dujų hidrato nuosėdų yra ateities energijos nešiklis, kuris, remiantis optimistiškiausiais vertinimais, ateis ne anksčiau kaip antruoju XXI amžiaus dešimtmečiu. Apskritai, didelės užsienio kompanijos yra patikimas bet kurios naujos krypties perspektyvos rodiklis: susidomėjimas, kurį jos pradeda rodyti tam tikroje naftos ir dujų verslo srityje, paprastai yra pirmasis naujų tendencijų atsiradimo simptomas. Neatsitiktinai pastaraisiais metais daugumos bendrovių registre padidėjo su dujomis susijusio turto dalis; didžiosios naftos kompanijos vykdo masinį puolimą giliavandenių jūros dugne; taip pat logiška, kad nauja, iki šiol mažai komercine kryptimi, susijusia su gamtinių dujų perdirbimu į skystą kurą ( Dujos į skysčiai, GTL) atsiranda įmonių „Arco“, BP, Amoco, „Chevron“, „Exxon“, Apvalkalas ir kiti. Naftos kompanijos kol kas nerodo susidomėjimo gamtinių dujų hidratais.

Tuo tarpu aplinkosaugos organizacijų atstovai perspėja, kad aktyvus metano, išgauto iš hidratų, naudojimas dar labiau apsunkins klimato atšilimą, nes metanas turi stipresnį „šiltnamio efektą“ nei anglies dioksidas. Be to, kai kurie mokslininkai išreiškė susirūpinimą, kad metano hidratų išgavimas jūros dugne gali sukelti nenuspėjamus jo geologinės struktūros pokyčius.

Yra nustatyta, kad iš vieno litro kietojo kuro galima gauti 168 litrus dujų. Todėl kelios šalys, tokios kaip JAV, Japonija ir Indija, jau yra parengusios nacionalines programas, skirtas pramoniniam dujų hidratų, kaip perspektyvaus energijos šaltinio, naudojimui tirti. Taigi Indijos nacionaline programa siekiama atlikti gamtinių dujų hidratų, esančių žemyniniame šlaite aplink Hindustano pusiasalį, telkinius. Indijos vyriausybė skyrė nemažų lėšų šiai programai įgyvendinti. Remdamasis tuo, Indija ketina pradėti komercinę gamtinių dujų gamybą iš dujų hidratų.

Angliavandenilių generalinis direktoratas ( Dgh) yra dujų hidrato žvalgybos pradininkas Indijoje. 1997 m. Direkcijos atlikti tyrimai rytinėje pakrantėje ir Andamano giluminės jūros regione leido išsiaiškinti perspektyviausius dujų hidratų plotus (1.2 pav.). Apskaičiuota, kad bendri numatomi dujų ištekliai, įskaitant dujų hidratus Indijos lentynose, yra 40–120 trilijonų m 3. Ypač perspektyviomis laikomos Andamanų salos, kuriose hidratuotų ir laisvų dujų atsargos yra 6 trilijonai m 3.

Fig. 1.2. Indijos jūrinių dujų hidrato potencialo žemėlapis

Kai kurios sekcijos, esančios 1 300–1 500 m gylyje, yra skirtos gręžimui, pirmiausia ne tik norint patikrinti, ar nėra dujų hidratų, bet ir laisvųjų dujų.

Indijos vyriausybė sukūrė nacionalinę dujų hidrato (NGH) programą, skirtą ištirti ir plėtoti dujų hidrato išteklius šalyje. Direkcija yra aktyvi šios programos dalyvė. Direkcijos vadovas yra NPG techninio komiteto koordinatorius. Sauratros jūrinės dalies ir visos vakarinės bei rytinės Indijos pakrantės seisminiai tyrimai buvo peržiūrėti, siekiant nustatyti geriausias sritis tolesniems dujų hidratų tyrimams; taip pat buvo nustatytos dvi „pavyzdinės laboratorijos teritorijos“, po vieną kiekvienai pakrantei. Kaip NPG dalis šiose vietose, Nacionalinis okeanografijos institutas surinko papildomos informacijos, kuri leis jums pasirinkti gręžimo ir gręžimo vietas. Yra susitarimas dėl tarptautinio bendradarbiavimo tarp Indijos ir konsorciumo, vienijančio Japonijos, Amerikos, Kanados ir Vokietijos įmones.

Dėl galimo dujų hidratų buvimo ežero nuosėdose Baikalas pirmą kartą buvo kalbėtas 1992 m. Remiantis Rusijos ir Amerikos giliųjų seisminių ekspedicijų, tyrusių ežero pietines ir centrines įdubas, rezultatais. Seisminis signalas, žinomas kaip BSR ( Apačia Modeliavimas Atšvaitas - akivaizdi atspindinti riba) buvo užfiksuota seisminiuose profiliuose kelių šimtų metrų nuosėdinių uolienų gylyje ir pasiūlė dujų hidratų sluoksnį. Signalas pasirodo krituliuose plačioje srityje į šiaurę ir pietus nuo upės deltos. Selenga. 1998 m. Įgyvendinant Baikalo gręžimo programą, prižiūrint akademikui M. Kuzminui, pietų baseino srityje 120 m gylyje buvo rasti dujų hidratai. Gauti duomenys patvirtino, kad ežero dugno nuosėdose yra dujų hidratų. Baikalas kelių šimtų metrų gylyje (1 pav. 3). Dujų hidrato laukas gėlame vandenyje yra unikalus.

Fig. 1.3. Dujų hidratai Baikalo ežero nuosėdose

Nors dujų hidratai ne kartą buvo aptikti dujų išmetimo vietose vandenyne, šiose struktūrose esančių nuosėdų pasiskirstymas ir ypač jų tūris dar nebuvo ištirtas. Būtina atlikti išsamų dujų išmetimo zonų tyrimą. Baikalo ežeras labai gerai tinka šiam darbui atlikti, nes čia vasarą galite atlikti tyrimus iš laivų ir žiemą iš ledo, tai leidžia pasirinkti tinkamiausią eksperimentų vietą ir išsamiai ištirti pasirinktą vietovę.

Apatiniai dujų hidratų skyriai ežere. „Baikal“ yra puiki eksperimentinė bazė, skirta įvertinti dujų hidratų kiekį ir erdvinį pasiskirstymą tokio tipo struktūrose. Tyrimams būtina gauti gilesnių nuosėdų sluoksnių pavyzdžius ir komplekse pritaikyti kelis fizikinius metodus. Ežero vandenys. Baikalas laikomas labai švariu. Jei išorinė tarša egzistuoja, ji yra kontroliuojama ir turi ribotą pobūdį. Dabar tapo aišku, kad ežero taršą metanu taip pat sukelia natūralūs procesai. Būtina įvertinti metano kiekį vandenyje.

Per ateinantį dešimtmetį JAV ketina pradėti kurti naują, praktiškai neišsemiamą energijos šaltinį - metano hidratus. Norėdami tai padaryti, į Meksikos įlanką siunčiamas tyrimų laivas su gręžimo įranga, kuris turėtų atlikti preliminarius geologinius tyrinėjimus. Ekspedicijos metu planuojama surinkti mėginius iš dviejų didžiausių regiono hidratų telkinių. Ateityje mokslininkai atliks eksperimentus, kad sukurtų metano iš kristalų išgavimo ir gabenimo į paviršių technologiją.

Daugelis šalių, ieškančių alternatyvių iškastinio kuro šaltinių, investuoja milijonus dolerių į dujų hidrato tyrimus. Be JAV, šioje srityje aktyviai veikia Japonija, Indija ir Korėja. Dujų hidratus lengviau gauti sausumoje nei vandenyno dugne. 2003 m. Mokslininkų ir naftos kompanijų atstovų iš Kanados, Japonijos, Indijos, Vokietijos ir JAV grupė įrodė galimybę juos ištraukti iš amžinojo įšalo Šiaurės Kanadoje. Panašūs eksperimentai atliekami Aliaskoje.

Gamtinių dujų savybės tam tikromis sąlygomis sudaryti kietus junginius yra aktyviai naudojamos naujųjų technologijų srityje. Pavyzdžiui, norvegų tyrėjai sukūrė gamtinių dujų pavertimo dujų hidratu technologiją, leidžiančią jas gabenti be vamzdynų ir laikyti žemėje esant normaliam slėgiui (dujos paverčiamos užšaldytu hidratu ir sumaišomos su atšaldytu aliejumi iki skysto molio konsistencijos). Ateinančiais metais gamtines dujas perdirbti į gazolio ir naftos mišinį planuojama patekti į komercinį gamyklos lygį. Taip pat siūloma naudoti dujų hidratus kaip chemines žaliavas jūros vandeniui gėlinti ir dujų mišiniams atskirti.

Nepaisant to, kad dujų hidratai kaip kuras yra patrauklūs, naujų laukų kūrimas gali sukelti daugybę neigiamų padarinių. Neišvengiamas metano išmetimas iš GGZ į atmosferą sustiprins šiltnamio efektą. Naftos ir dujų gręžinių praleidimas pro hidrato turinčius sluoksnius po jūros dugnu gali sušildyti hidratus ir deformuotis šulinius, o tai padidina avarijų riziką platformose. Giliavandenių gavybos platformų statyba ir eksploatacija hidratų turinčių sluoksnių vietose, kur yra jūros dugno nuolydis, yra sunki dėl povandeninių nuošliaužų susidarymo, kurios gali sunaikinti platformą.

Šiuo metu daugelyje šalių didelis dėmesys skiriamas gamtinių dujų hidratų - ir kaip perspektyvių dujų šaltinių, ir kaip veiksnys, apsunkinantis naftos ir dujų gavybą jūroje - tyrimams. Jei Rusija turi didelius „tradicinių“ dujų rezervus, netradicinių energijos šaltinių paieška ir jų tobulinimo metodų kūrimas gali atrodyti nesvarbūs. Tačiau dujų hidrato telkinių vystymosi pradžia taip pat gali būti naujo pasaulinės dujų rinkos perskirstymo etapo pradžia, dėl kurios Rusijos pozicija pastebimai susilpnės.

Taigi galime padaryti šias išvadas:

· Dujų hidratai yra vienintelis neišvystytas gamtinių dujų šaltinis Žemėje, galintis konkuruoti su tradiciniais laukais. Dideli galimi dujų ištekliai hidratuotuose telkiniuose ilgą laiką suteiks žmonijai aukštos kokybės energijos žaliavas;

· Norint sukurti dujų hidratų telkinius, reikia kurti naujas technologijas, kurios yra daug efektyvesnės nei esamos dujų žvalgymo, gamybos, transportavimo ir saugojimo technologijos, kurios taip pat gali būti naudojamos tradiciniuose dujų telkiniuose, įskaitant tuos, kurių plėtra šiuo metu nėra nuostolinga.

· Dujų gamyba iš hidratuotų telkinių gali labai greitai pakeisti situaciją dujų rinkoje, o tai gali turėti įtakos Rusijos eksporto galimybėms.

Keletas papildomos informacijos apie dujų hidratus

Atsižvelgiant į tai, kad dujiniai hidratai geologinėje literatūroje pradėti nagrinėti palyginti neseniai, patartina pateikti trumpą šios klasės medžiagų sudėties ir jų susidarymo sąlygų santrauką.

Dujų hidratai yra kristalinės, makroskopiškai į ledą panašios medžiagos,

susidaro santykinai žemoje (bet nebūtinai neigiamoje pagal Celsijaus skalę) vandens ir dujų temperatūroje, esant gana aukštam slėgiui. Hidratai priklauso ne stechiometriniams junginiams ir yra apibūdinami bendra formule M × nH 2 O, kur M yra hidratą sudaranti dujų molekulė. Be atskirų hidratų, yra žinomi ir dvigubi, ir mišrūs (kurie apima keletą dujų). Dauguma gamtinių dujų komponentų (išskyrus H 2, He, Ne, n-C 4 H 10 ir sunkesnius alkanus) sugeba sudaryti atskirus hidratus. Vandens molekulės sudaro daugiabriaunį karkasą (tai yra „pagrindinę“ gardelę) hidratuose, kur yra ertmių, kurias gali užimti dujų molekulės. Skirtingų kompozicijų hidratų pusiausvyros parametrai skiriasi, tačiau bet kokiam hidratui susidaryti aukštesnėje temperatūroje reikalinga didesnė hidratą formuojančių dujų pusiausvyros koncentracija (slėgis).

Palyginti žema temperatūra esant pakankamai aukštam hidrostatiniam slėgiui jūros dugne, kai vandens gylis prasideda nuo 300–400 m ir daugiau, lemia dujų hidratų galimybę viršutinėje padėklų skyriaus dalyje. Ši aplinkybė sužadino geologų susidomėjimą povandeniniais hidratais iškart po to, kai 1969 m. SSRS aptiko V. G. Vasiljevo, J. F. Makogono, F. A. Trebino ir A. A. Trofimuko atradimą „Natūralių dujų savybės yra žemėje pluta kieto pavidalo ir sudaro dujų hidrato nuosėdas “. Susidomėjimą povandeninių dujų hidratais pirmiausia lemia tai, kad jie laikomi angliavandenilių žaliavų rezervu. Manoma, kad dujų hidrato nuosėdos gali būti patikrintos „normalių“ dujų ir naftos nuosėdomis. Dujų hidratai taip pat laikomi geologinės aplinkos komponentu, jautriu jo technogeniniams pokyčiams. Vietiniai pokyčiai domina inžinerinę geologiją, globalūs - ekologijos požiūriu. Pirmuoju atveju tai reiškia specifines hidratuotų dirvožemių fizines ir mechanines savybes bei akivaizdžius jų pokyčius vykstant technogeniniam hidratų skaidymui, antruoju - galimybe sustiprinti šiltnamio efektą Žemėje, kai metanas iš hidratų patenka į atmosferą dėl antropogeninės klimato kaitos.

Termobarinė zona, kurioje gali egzistuoti dujų hidratai, užima beveik visus pasaulio vandenyno giliavandenius plotus ir didelę dalį aplinkinių polių lentynų ir yra šimtų metrų storio. Tačiau šioje zonoje hidratų anaiptol nėra visur. Yra žinoma daugiau nei 40 povandeninių laivų sričių, kuriose buvo stebimi patys dujų hidratai arba jų geofizikinės ir geocheminės savybės. Netiesioginiai dujų hidratų požymiai yra didelis dujų kiekis uolienoje, nenormalus chloro kiekis ir izotopinė porų vandens sudėtis. Yra žinomi seisminių hidratų požymiai. Iš jų didžiausią reikšmę turi BJR specifinis atspindintis horizontas, identifikuojamas pagal dujų hidrato stabilumo zonos dugną. Visos povandeninių vandenų zonos, kuriose buvo stebimas hidratas, ir zonos su jų požymiais (išskyrus keletą sričių JAV ir Kanados Arkties šelfe) yra žemyno ir salų šlaituose, papėdėje, taip pat giluminiuose vidaus ir pakraščių vandenyse nuosėdinių uolienų baseinuose su gana greitai besiformuojantis gana didelės galios nuosėdinis dangtis Šį uždarumą galima paaiškinti naudojant filtravimo arba nuosėdų susidarymo modelius.

Gamtinių dujų hidratai

Tyrimai parodė, kad tam tikromis termodinaminėmis sąlygomis žemės plutoje esančios gamtinės dujos jungiasi su vandens porų susidarymu, sudarydamos kietus junginius - dujų hidratus, kurių didelės sankaupos sudaro dujų hidrato nuosėdas.

Natūralios dujos, turinčios hidratuotą būseną, pasižymi kitomis savybėmis nei laisvosios.

Dujų hidratai yra kieti junginiai (klatratai), kuriuose dujų molekulės esant tam tikram slėgiui ir temperatūrai užpildo vandens molekulių suformuotas kristalinės gardelės struktūrines tuštumas, naudodamos stiprius vandenilio ryšius. Susidarant hidratui ir statant ažūrines ertmes, atrodo, kad vandens molekulės išsiskiria iš šių ertmių uždarų dujų molekulių - savitasis vandens tūris hidratuojant padidėja iki 1,26–1,32 cm3 / g (savitasis vandens tūris ledo būsenoje yra 1,09 cm3 / g).

Šiuo metu buvo gauti ir ištirti beveik visų žinomų natūralių ir sintetinių dujų pusiausvyros hidrato susidarymo parametrai. Išimtys yra vandenilis, helis ir neonas.

Mano darbo tikslas yra išsiaiškinti, kas yra gamtinių dujų hidratai, ir, remiantis pavyzdžiais, apsvarstyti dujų hidrato nuosėdas.

Uždaviniai yra šie:

1. Sužinokite apie gamtinių dujų tyrimo istoriją

2. ištirti hidratų savybes

3. apsvarstykite indėlius

Dujų hidratai (taip pat gamtinių dujų hidratai ar klatratai) yra kristaliniai junginiai, susidarantys tam tikromis termobarinėmis sąlygomis iš vandens ir dujų. Pavadinimą „clathrates“ (iš lat. Clathratus - „įdėkite į narvą“) 1948 m. Suteikė Powellas. Dujų hidratai yra ne stechiometriniai junginiai, ty kintamos sudėties junginiai.

Pirmą kartą dujų hidratus (sieros dioksidą ir chlorą) 18-ojo amžiaus pabaigoje stebėjo J. Priestley, B. Peletier ir V. Karsten. Pirmuosius dujų hidratų aprašymus pateikė G. Davy 1810 m. (Chloro hidratas). 1823 m. Faradėjus apytiksliai nustatė chloro hidrato sudėtį, 1829 m. Levitic atrado bromo hidratą, o 1840 m. Wöhler gavo H2S hidratą. Iki 1888 m. P. Villard'as gavo hidratus CH4, C2H6, C2H4, C2H2 ir N2O.

Klastratinis dujų hidratų pobūdis buvo patvirtintas šeštajame dešimtmetyje. atlikus Stackelbergo ir Mullerio rentgeno spindulių difrakcijos tyrimus, Paulingo, Clausseno darbai.

4-ajame dešimtmetyje sovietų mokslininkai iškėlė hipotezę, kad amžinojo įšalo zonoje (Strizhove, Mokhnatkin, Chersky) yra dujų hidrato nuosėdų. Septintajame dešimtmetyje jie atrado ir pirmąsias dujų hidratų sankaupas SSRS šiaurėje. Tuo pat metu galimybė hidratams susidaryti ir egzistuoti natūraliomis sąlygomis patvirtina laboratoriją (Makogon).

Nuo šio momento dujų hidratai pradedami laikyti potencialiu kuro šaltiniu. Įvairiais skaičiavimais, angliavandenilių atsargos hidratuose yra nuo 1,8 × 1014 iki 7,6 × 1018 m³ (1 pav.)

1 pav. Angliavandenilių išteklių atsargos.

Aiškėja platus jų pasiskirstymas žemynų vandenynuose ir kriolitozone, taip pat nestabilumas didėjant temperatūrai ir mažėjant slėgiui.

1969 m. Prasidėjo Messoyakhskoye lauko plėtra Sibire, kur, kaip manoma, pirmą kartą (visiškai atsitiktinai) buvo įmanoma iš hidratų išgauti natūralias dujas (iki 1990 m. - iki 36% visos produkcijos).

Šiais laikais gamtinių dujų hidratai, kaip galimas iškastinio kuro šaltinis, taip pat yra klimato pokyčių dalyvis, pritraukia ypatingą dėmesį (žr. Metano hidrato pistoleto hipotezę).

Hidrato apžvalga

Natūralios dujos, prisotintos vandens garais, esant aukštam slėgiui ir esant tam tikrai teigiamai temperatūrai, su vandeniu gali sudaryti kietus junginius - hidratus.

Hidratai yra fizikiniai ir cheminiai angliavandenilių ir ne angliavandenilių dujų junginiai su vandeniu. Gamtinių dujų hidratai yra sumaišomi.

2 pav. Metano dujų hidratas

Išvaizda jie panašūs į birų sniegą (2 pav.). Pagrindinė hidratų susidarymo sąlyga yra temperatūros sumažėjimas, slėgio padidėjimas ir drėgmės buvimas. Jų susidarymui turi įtakos dujų sudėtis. Vandenilio sulfidas ir anglies dioksidas prisideda prie hidratų, ypač vandenilio sulfido, susidarymo, net esant mažai vandenilio sulfido kiekiui, padidėja hidrato susidarymo temperatūra. Azotas, sunkesni už butaną angliavandeniliai, taip pat mineralizuotas formavimo vanduo pablogina hidrato susidarymo sąlygas.

Fig. 3. Pusiausvyros hidrato susidarymas.

Hidrato susidarymo tikimybė didėja didėjant slėgiui ir mažėjant temperatūrai, nes didėja dujų drėgmės talpa (3 pav.). Pernešamose dujose visada yra tam tikras vandens kiekis, ir jei jos yra tokios, kad dujos būtų prisotintos drėgmės, tada, kai temperatūra nukristų žemiau „rasos taško vandenyje“, dujotiekyje susidarytų hidratai.

Hidratai reiškia medžiagas, kuriose vieno komponento molekulės yra grotelių ertmėse tarp kito komponento susijusių molekulių mazgų. Tokie junginiai paprastai vadinami kietais intersticiniais tirpalais, o kartais ir įtraukimo junginiais.

Fig. 4. Hidrato susidarymo struktūra.

Hidratą sudarančių medžiagų molekulės ertmėse tarp hidratacijos grotelių susijusių vandens molekulių mazgų yra sulaikytos van der Waals patrauklių jėgų. Hidratai susidaro dviejų struktūrų pavidalu, kurių ertmes iš dalies arba visiškai užpildo hidratą sudarančios molekulės (4 pav.). 1 (a) struktūroje 46 vandens molekulės sudaro dvi ertmes, kurių vidinis skersmuo yra 5,2 * 10-10 m, ir šešias ertmes, kurių vidinis skersmuo yra 5,9 * 10-10 m; II (b) struktūroje 136 vandens molekulės sudaro aštuonias dideles ertmes, kurių vidinis skersmuo yra 6,9 * 10–10 m, ir šešiolika mažų ertmių, kurių vidinis skersmuo yra 4,8 * 10–10 m.

Užpildžius aštuonias hidratacijos grotelių ertmes, 1 struktūros hidratų sudėtis išreiškiama formule 8M - 46H2O arba M - 5,75 H2O, kur M yra hidrato susidarymo priemonė.

Hidrato savybės

Gamtinių dujų hidratai yra metastabilus mineralas, kurio susidarymas ir skilimas priklauso nuo temperatūros, slėgio, dujų ir vandens cheminės sudėties, porėtos terpės savybių ir kt.

Dujų hidratų morfologija yra labai įvairi. Šiuo metu yra trys pagrindiniai kristalų tipai:

Masyvūs kristalai. Jie susidaro dėl dujų ir vandens sorbcijos visame nuolat augančio kristalo paviršiuje.

Ūsų kristalai. Jie atsiranda tuneliuose sorbuojant molekules prie augančio kristalo pagrindo.

Gelio kristalai. Jie susidaro vandens tūryje iš jame ištirpusių dujų, pasiekus hidrato susidarymo sąlygas.

Uolienų sluoksniuose hidratai gali būti pasiskirstę mikroskopinių inkliuzų pavidalu arba sudarydami dideles daleles iki prailgintų multimetro storio sluoksnių.

Dėl savo klatrato struktūros viename dujų hidrato tūryje gali būti iki 160–180 tūrio grynų dujų. Hidrato tankis yra mažesnis už vandens ir ledo tankį (metano hidratui apie 900 kg / m³).

Kylant temperatūrai ir mažėjant slėgiui, hidratas suskyla į dujas ir vandenį, absorbuodamas didelį šilumos kiekį. Hidrato skilimas uždaroje talpoje arba poringoje terpėje (natūraliomis sąlygomis) lemia reikšmingą slėgio padidėjimą.

Krištolo hidratai turi didelę elektrinę varžą, gerai praleidžia garsą ir yra praktiškai nepralaidūs laisvoms vandens ir dujų molekulėms. Joms būdingas anomaliai mažas šilumos laidumas (273 K metano hidratas yra penkis kartus mažesnis nei ledo).

Termodinaminėms hidratų savybėms apibūdinti šiuo metu plačiai naudojama Van der Waals teorija (anūkas) - Platteu. Pagrindinės šios teorijos nuostatos:

Pagrindinė gardelė nedeformuojasi, priklausomai nuo užpildymo svečiomis molekulėmis laipsnio arba nuo jų tipo.

Kiekvienoje molekulės ertmėje gali būti ne daugiau kaip viena svečioji molekulė.

Svečių svečių molekulių sąveika yra nereikšminga.

Apibūdinimui taikoma statistinė fizika.

Nepaisant sėkmingo termodinaminių charakteristikų aprašymo, van der Waals - Platteu teorija prieštarauja kai kurių eksperimentų duomenims. Visų pirma, buvo parodyta, kad kviestinės molekulės geba nustatyti tiek hidrato kristalų gardelės simetriją, tiek hidrato fazių perėjimų seką. Be to, rastas stiprus svečių poveikis šeimininko molekulėms, sukeliantis labiausiai tikėtinų natūralių virpesių dažnių padidėjimą.

Hidrato struktūra

Dujų hidratų struktūroje vandens molekulės sudaro ažūrinį karkasą (t. Y. Pagrindinę grotelę), kuriame yra ertmės. Nustatyta, kad skerdenos ertmės paprastai yra 12 („mažos“ ertmės), 14, 16 ir 20 briaunų („didelės“ ertmės), šiek tiek deformuotos, atsižvelgiant į idealią formą. Šias ertmes gali užimti dujų molekulės („kviestinės molekulės“). Dujų molekulės yra sujungtos su vandens rėmu van der Waalso jungtimis. Paprastai dujų hidratų sudėtis apibūdinama pagal formulę Mn · H2O, kur M yra hidratą sudaranti dujų molekulė, n yra vandens molekulių skaičius vienoje įtrauktoje dujų molekulėje, o n yra kintamas skaičius, atsižvelgiant į drėkinamojo agento tipą, slėgį ir temperatūrą.

Ertmės, derindamos viena su kita, sudaro ištisinę įvairių tipų struktūrą. Pagal priimtą klasifikaciją jie vadinami atitinkamai KS, TS, HS - kubine, tetragonine ir šešiakampėmis struktūromis. Gamtoje dažniausiai randami KS-I, KS-II tipų hidratai, o likusieji yra metastabilūs.

Dujų hidratai gamtoje

Dauguma natūralių dujų (CH4, C2H6, C3H8, CO2, N2, H2S, izobutano ir kt.) Sudaro hidratus, kurie egzistuoja tam tikromis termobarinėmis sąlygomis. Jų buvimo vieta apsiriboja jūros dugno nuosėdomis ir amžino įšalo vietomis. Vyraujantys gamtinių dujų hidratai yra metano ir anglies dioksido hidratai.

Gaminant dujas, hidratai gali susidaryti gręžiniuose, pramoninėse įmonėse ir dujotiekiuose. Būdami nusėdę ant vamzdžių sienų, hidratai smarkiai sumažina jų pralaidumą. Siekiant kovoti su hidratų susidarymu dujų telkiniuose, į šulinius ir vamzdynus įvedami įvairūs inhibitoriai (metilo alkoholis, glikoliai, 30% CaCl2 tirpalas). Jie taip pat palaiko dujų srauto temperatūrą aukščiau hidrato susidarymo temperatūros, naudodami šildytuvus, vamzdynų šiluminę izoliaciją ir pasirinkdami darbo režimą, kuris užtikrina maksimali dujų srauto temperatūra. Siekiant užkirsti kelią hidrato susidarymui magistraliniuose dujotiekiuose, efektyviausias yra dujų džiovinimas - dujų valymas iš vandens garų.

Dujų hidratų atsiradimo sąlygos

Dujų hidratai yra kieti junginiai (klatratai), kuriuose dujų molekulės esant tam tikram slėgiui ir temperatūrai užpildo vandens molekulių suformuotas kristalinės gardelės struktūrines tuštumas, naudodamos vandenilio ryšį. Atrodo, kad vandens molekulės išsiskiria iš dujų molekulių - hidrato pavidalo vandens tankis padidėja iki 1,26 - 1,32 cm3 / g (ledo tankis 1,09 cm3 / g). Vienas tūris vandens hidratuotame būsenoje, priklausomai nuo šaltinio dujų savybių, jungiasi nuo 70 iki 300 dujų tūrio.

Žemiau esantis paveikslas yra nevienalytės dujų būklės schema (pagal Y. F. Makogoną):

1 - N2; 2 - CH4; 3 - CO2;

gamtinių dujų mišinys, kurio santykinis tankis ore: 4 - 0,6, 5 - 0,8: 6 - C2H6 .; 7 - C3H8: 8-H2S

Hidrato susidarymo sąlygos nustatomos pagal dujų sudėtį, vandens būklę, išorinį slėgį ir temperatūrą ir yra išreikštos nevienalytės būklės diagrama p - T koordinatėmis (5 pav.). Esant nurodytai temperatūrai, slėgio padidėjimas virš slėgio, atitinkančio pusiausvyros kreivę, yra susijęs su dujų molekulių sujungimu su vandens molekulėmis ir hidratų susidarymu. Atvirkštinis slėgio sumažėjimas (arba temperatūros padidėjimas esant pastoviam slėgiui) lydimas hidrato suskaidymo į dujas ir vandenį.

Natūralių dujų hidratų tankis yra nuo 0,9 iki 1,1 g / cm3.

Dujų hidrato nuosėdos yra nuosėdos, kuriose yra iš dalies arba visiškai hidratuotų dujų (atsižvelgiant į termodinamines sąlygas ir susidarymo stadiją). Litologinės padangos nereikalingos dujų hidrato nuosėdoms formuoti ir išsaugoti: jos pačios yra nepralaidžios plėvelės, kuriose gali kauptis naftos ir laisvųjų dujų nuosėdos. Dujų hidrato rezervuaras apačioje gali liestis su formavimo dugno vandeniu, dujų rezervuaru ar nepralaidžia formacija.

Hidrato susidarymo procesas vyksta išskiriant šilumą nuo 14 iki 134 kJ / mol, kai t\u003e 00 ° C.< 00 C теплота гидратообразования составляет 16-30 кДж/моль.

Dujų hidrato rezervuaras iš apačios gali liestis su formavimo, dugno ar sparno vandeniu, turėdamas laisvų dujų, dujų kondensato ar tepalo rezervuarą ar dujų nepraleidžiančius rezervuarus. GGZ ribojasi su atvėsintomis žemės plutos nuosėdų dangos sekcijomis žemynuose ir Pasaulio vandenyno vandenyse.

Paprastai žemynuose GGZ apsiriboja amžinojo įšalo pasiskirstymo vietomis. Žemynuose šių telkinių gylis siekia 700–1500 m.

Kaip žinote, didžiąją dalį pasaulio vandenynų dugno sudaro nuosėdinės uolienos, kurių storis nuo dešimties iki tūkstančių ar daugiau metrų. Šiuolaikinis termodinaminis vandenyno dugno režimas, pradedant nuo 150–500 m gylio, atitinka natūralių dujų hidratų egzistavimo sąlygas.

Hidratų buvimą skyriuje galima nustatyti standartiniais medienos ruošos metodais. Hidratų turinčioms formacijoms būdinga:

Maža amplitudė PS;

Mikrogradiento zondo rodmenų padidėjimo nebuvimas arba nedidelė vertė;

Antrinės veiklos intensyvumas, artimas vandeniui prisotintų formacijų intensyvumui;

Molio žievelės nebuvimas ir urvų buvimas;

Reikšmingas (daugeliu atvejų) rk; padidėjęs akustinių bangų perdavimo greitis ir kt.

Dujų hidratų telkinių kūrimas grindžiamas principu perkelti dujas iš hidratuotos būsenos į laisvą ir paimti tradiciniais metodais naudojant šulinius. Dujas iš hidratuotos būsenos galima perkelti į laisvą, siurbiant katalizatorius į susidarymą, kad hidratas suskaidytų; rezervuaro temperatūros padidinimas aukščiau hidrato skilimo temperatūros; slėgio sumažinimas žemiau hidrato skilimo slėgio; termocheminis, elektroakustinis ir kitas poveikis dujų hidrato nuosėdoms.

Atidarant ir plėtojant dujų hidrato nuosėdas, būtina nepamiršti jų specifinių ypatybių, būtent: staigus dujų tūrio padidėjimas pereinant į laisvą būseną; rezervuaro slėgio pastovumas, atitinkantis tam tikrą dujų hidrato rezervuaro išsivystymo izotermą; didelių vandens kiekių išleidimas hidrato skilimo metu ir kt.

Moksliniai tyrimai

Pastaraisiais metais susidomėjimas dujų hidratų problema visame pasaulyje labai išaugo. Tyrimų aktyvumas padidėjo dėl šių pagrindinių veiksnių:

intensyviau ieškoti alternatyvių angliavandenilių žaliavų šaltinių šalyse, kurios neturi energijos išteklių, nes dujų hidratai yra netradicinis angliavandenilių žaliavų šaltinis, bandomoji plėtra, kuri gali prasidėti artimiausiais metais;

poreikį įvertinti dujų hidratų vaidmenį paviršiniuose geosferos sluoksniuose, ypač atsižvelgiant į galimą jų poveikį globaliems klimato pokyčiams;

žemės plutos dujų hidratų susidarymo ir skilimo dėsnių tyrimas bendrame teoriniame plane, siekiant pagrįsti tradicinių angliavandenilių telkinių paiešką ir tyrinėjimą (natūralūs hidratų įvykiai gali būti giliau išsidėsčiusių įprastų naftos ir dujų telkinių žymekliai);

aktyvus angliavandenilių telkinių, esančių sunkiomis gamtinėmis sąlygomis (giliavandenės jūros dugnas, poliariniai regionai), plėtra, kuriai būdinga technogeninių dujų hidratų problema;

galimybė sumažinti hidratato susidarymo lauko dujų gamybos sistemose prevencines išlaidas, pereinant prie energiją taupančių ir aplinkai nekenksmingų technologijų;

galimybė panaudoti dujų hidrato technologijas kuriant, saugant ir transportuojant gamtines dujas.

Pastaraisiais metais (po susitikimo „Gazprom“ 2003 m.) Įvairiose organizacijose hidratų tyrimai buvo tęsiami iš valstybės biudžeto lėšų (du Rusijos mokslų akademijos Sibiro filialo integracijos projektai, nedidelės dotacijos iš Rusijos federalinio turto fondo, Tiumenės gubernatoriaus dotacija, Rusijos Federacijos aukštojo mokslo ministerijos dotacija). ir per dotacijas iš tarptautinių fondų - INTAS, SRDF, UNESCO (pagal kintamą universiteto programą - jūrų ekspedicijos, remiamos UNESCO, šūkiu „Training through Research - mokymai per mokslinius tyrimus“), COMEX (Kurele -Okhosk-Marine Experiment), ChAOS (anglies hidrato kaupimasis Okhotsko jūroje) ir kt.

2002–2004 m Netradicinių angliavandenilių, įskaitant dujų hidratus, šaltiniai (atsižvelgiant į komercinius „Gazprom“ interesus) buvo tęsiami „Gazprom VNIIGAZ“ ir „OAO Promgaz“ su nedideliu finansavimu. Šiuo metu dujų hidratų tyrimai atliekami „Gazprom“ (daugiausia „Gazprom VNIIGAZ LLC“), Rusijos mokslų akademijos institutuose, universitetuose.

Dujų hidratų geologinių ir technologinių problemų tyrimus VNIIGAZ specialistai pradėjo 60-ųjų viduryje. Iš pradžių buvo keliami ir sprendžiami hidratų susidarymo prevencijos technologiniai klausimai, paskui tema palaipsniui plečiama: hidratų susidarymo kinetiniai aspektai buvo įtraukti į dominančią sritį, vėliau didelis dėmesys buvo skiriamas geologiniams aspektams, ypač dujų hidratų telkinių galimybėms, teorinėms jų raidos problemoms.

Dujų hidratų geologiniai tyrimai

1970 m. Rusijos mokslininkų V. G. Vasiljevo, J. F. Makogono, F. mokslinis atradimas „Natūralių dujų savybė, kad žemės plutoje būtų kietos būsenos“, buvo įtrauktas į valstybinį SSRS atradimų registrą Nr. 75, kurio prioritetas buvo 1961 m. G. Trebinas, A. A. Trofimukas ir N. V. Chersky. Po to rimtas postūmis buvo geologiniai dujų hidratų tyrimai. Visų pirma, buvo sukurti grafoanalitiniai metodai, skirti izoliuoti žemės plutoje esančių dujų hidratų termodinaminio stabilumo zonas (GHS). Nustatyta, kad metano hidratų, labiausiai paplitusių žemės plutos angliavandenilių dujų, stabilumo zona užima iki 20% žemės (amžino įšalo pasiskirstymo vietose) ir iki 90% vandenynų ir jūrų dugno.

Šie grynai teoriniai rezultatai suintensyvino hidratuotų uolienų paiešką gamtoje: pirmuosius sėkmingus rezultatus VNIIGAZ darbuotojai gavo A. G. Efremova ir B. P. Zhizhchenko 1972 m. Atlikdami dugno mėginius Juodosios jūros gilumoje. Jie vizualiai pastebėjo hidratų intarpus, panašius į kerą ertmėse, išgaunamose iš dirvožemio dugno. Tiesą sakant, tai yra pirmasis oficialiai pripažintas pasaulyje stebint gamtinių dujų hidratus uolienose. Vėliau A. ir Efremovos bei B. P. Žižčenkos duomenys buvo daug kartų cituojami užsienio ir šalies autorių. Remiantis jų tyrimais JAV, buvo sukurti pirmieji povandeninių dujų hidratų mėginių ėmimo metodai. Vėliau, A. G. Efremova, dirbdamas ekspedicijoje dėl dugno mėginių ėmimo Kaspijos jūroje (1980 m.), Taip pat pirmą kartą pasaulyje nustatė šios jūros dugno nuosėdų hidratų kiekį, o tai leido vėlesniems mokslininkams atlikti išsamius tyrimus (G. D. Ginsburg, V A. Solovjovas ir kt.) Išskirkite hidrato turinčią provinciją (susijusią su purvo vulkanizmu) Pietų Kaspijoje.

Didelį indėlį į hidratą nešančių uolienų geologinius ir geofizikinius tyrimus padėjo VNIIGAZ Norilsko kompleksinės laboratorijos darbuotojai M. K. Sapiras, A. E. Benyaminovičius ir kiti, tyrinėję Messoyakhskoye dujų lauką, pradinį rezervuarą R, kurio T sąlygos beveik sutapo su metano susidarymo sąlygomis. 70-ųjų pradžioje šie tyrinėtojai nustatė hidratą turinčių uolienų atpažinimo principus, pagrįstus sudėtingais šulinių registravimo duomenimis. 70-ųjų pabaigoje SSRS tyrimai šioje srityje praktiškai nutrūko. Tuo pat metu JAV, Kanadoje, Japonijoje ir kitose šalyse jie buvo sukurti ir iki šiol buvo sukurti hidratuotų uolienų geofizinio atskyrimo geologiniuose ruožuose metodai pagal medienos ruošos duomenų kompleksą. Rusijoje, remiantis VNIIGAZ, buvo pristatytas vienas pirmųjų eksperimentinių tyrimų, skirtų hidrato susidarymui dispersinėse uolienose modeliuoti pasaulyje. Taigi, A.S.Šhalyakho (1974) ir V. A. Nenakhov (1982), prisotindami smėlio pavyzdžius hidratais, nustatė santykinį uolienų dujų pralaidumo pokyčio modelį priklausomai nuo hidratacijos (A.S.Shahaakakho) ir ribojamąjį nuolydį. porų vandens pasislinkimas hidratuose esančiose uolienose (V. A. Nenakhovas) yra dvi svarbios savybės prognozuojant dujų hidrato dujų susidarymą.

Svarbų darbą taip pat atliko E. V. Zacharovas ir S. G. Yudinas (1984), tirdami hidratą turinčių telkinių Okhotsko jūroje perspektyvas. Šis leidinys pasirodė nuspėjamas: praėjus dvejiems metams po jo publikavimo, pasirodė visa eilė straipsnių apie hidratą turinčių nuosėdų aptikimą seisminio profiliavimo metu, dugno mėginių ėmimą ir net vaizdinį stebėjimą iš povandeninių apgyvendintų transporto priemonių įvairiose Okhotsko jūros vietose. Iki šiol hidratuotų dujų ištekliai tik aptiktuose povandeninio vandens telkiniuose Rusijoje yra keli trilijonai m³. Nepaisant to, kad 1988 m. Buvo nutrauktas gamtinių dujų hidratų tyrimų finansavimas, darbą VNIIGAZ tęsė V. S. Jakuševas, V. A. Istominas, V. I. Ermakovas ir V. A. Skorobogatovas be biudžeto (gamtinių dujų hidratų tyrimai nebuvo įtraukti į oficialios instituto temos iki 1998 m.). Ypatingą vaidmenį organizuojant ir formuojant mokslinius tyrimus atliko profesorius V. I. Ermakovas, kuris visą dėmesį institute nuolat atkreipė dėmesį į naujausius pasiekimus gamtinių dujų hidratų srityje ir rėmė šiuos tyrimus VNIIGAZ.

1986–1988 m Sukurtos ir sukonstruotos dvi originalios eksperimentinės kameros, skirtos dujų hidratų ir hidratų turinčių uolienų tyrimui, iš kurių vienas leido optiniu mikroskopu stebėti angliavandenilių dujų hidratų susidarymo ir skilimo procesą, o kitas - tirti hidratų susidarymą ir skilimą įvairių kompozicijų ir struktūrų uolienose dėl keičiamų vidinių. rankovė.

Iki šiol tokios modifikuotos formos kameros, skirtos hidratų tyrimui porų erdvėje, naudojamos Kanadoje, Japonijoje, Rusijoje ir kitose šalyse. Atlikti eksperimentiniai tyrimai atskleidė dujų hidratų savaiminio išsaugojimo žemoje temperatūroje poveikį.

Tai susideda iš to, kad jei įprastomis pusiausvyros sąlygomis gautas monolitinis dujų hidratas atšaldomas iki žemesnės nei 0 ° C temperatūros ir virš jo esantis slėgis išleidžiamas iki atmosferos slėgio, tada po pirminio paviršiaus skilimo dujų hidratas yra savaime izoliuotas nuo aplinkos plonu ledo sluoksniu, kuris neleidžia tolimesniam skilimui. Po to hidratą ilgą laiką galima laikyti esant atmosferos slėgiui (priklausomai nuo temperatūros, drėgmės ir kitų aplinkos parametrų). Šio efekto atradimas reikšmingai prisidėjo prie gamtinių dujų hidratų tyrimo.

Sukurtas įvairių išsklaidytų uolienų hidratuotų mėginių paruošimo ir tyrimo metodas, patobulintas natūralių hidratuotų mėginių tyrimo metodas, pirmieji natūralių hidratuotų mėginių, paimtų iš Jambrio dujų kondensato lauko užšaldyto sluoksnio (1987), tyrimai patvirtino „konservuotų“ metano hidratų buvimą užšaldytame sluoksnyje ir taip pat leido įkurti naujo tipo dujų hidratų telkinius - reliktinius dujų hidrato telkinius, būdingus už šiuolaikinio GHS ribų.

Be to, savaiminio išsaugojimo poveikis atvėrė naujas galimybes koncentruotos formos dujas laikyti ir transportuoti, tačiau be padidėjusio slėgio. Vėliau savisaugos efektą eksperimentiškai patvirtino Austrijos (1990 m.) Ir Norvegijos (1994 m.) Tyrėjai, o šiuo metu jį tiria įvairių šalių (Japonijos, Kanados, JAV, Vokietijos, Rusijos) specialistai.

Dešimtojo dešimtmečio viduryje VNIIGAZ, bendradarbiaudamas su Maskvos valstybiniu universitetu (Geocryologijos katedra, docentas E. M. Chuvilin ir darbuotojai), naudodamas metodą, anksčiau išplėtotą tiriant pavyzdžius, ištyrė pagrindinius mėginius iš dujų susidarymo intervalų iš MMP sluoksnių pietinėje Bovanenkovskoye dujų kondensato lauko dalyje. Jamburgo dujų kondensato lauko MMP.

Tyrimų rezultatai parodė, kad užšalusių uolienų porų erdvėje yra išsibarstę reliktiniai dujų hidratai. Panašūs rezultatai vėliau buvo gauti per amžino įšalo tyrimus Mackenzie upės deltoje (Kanada), kur hidratai buvo identifikuojami ne tik siūlomu rusišku metodu, bet ir vizualiai stebimi šerdyje.

Eksperimentiniai ir teoriniai dujų hidratų savybių tyrimai

60–70-aisiais pagrindinis dėmesys buvo skiriamas dujų hidratų susidarymo iš dvejetainių ir daugiakomponentinių mišinių sąlygoms, taip pat ir esant hidrato inhibitoriams.

Eksperimentinius tyrimus atliko VNIIGAZ specialistai B. V. Degtyarevas, E. B. buhalteris, V. A. Khoroshilov, V. I. Seminas ir kiti.Šių tyrimų pagrindu buvo pasiūlyti pirmieji empiriniai dujų hidratų fazinės pusiausvyros apskaičiavimo metodai ir parengtos prevencijos instrukcijos. hidrato susidarymas dujų gamybos sistemose.

Dėl Orenburgo lauko, kuriame susidaro neįprastai žemos susidarymo temperatūros, poreikio ištirti problemas, susijusias su vandenilio sulfido turinčių dujų hidrato susidarymu. Šią kryptį sukūrė A. G. Burmistrovas. Jis surinko praktiškai svarbius duomenis apie hidrato susidarymą trijų komponentų dujų mišiniuose „metanas - vandenilio sulfidas - anglies dioksidas“ ir sukūrė patobulintus vandenilio sulfido turinčių gamtinių dujų, esančių Kaspijos jūros depresijos nuosėdose, skaičiavimo metodus.

Kitas hidratų susidarymo termodinamikos tyrimų etapas susijęs su milžiniškų šiaurinių telkinių - Urengojaus ir Yamburgo - išsivystymu. Norint patobulinti hidratų susidarymo prevencijos metodus, taikomus kondensato-dujų surinkimo ir lauko apdorojimo sistemoms, reikėjo eksperimentinių duomenų apie hidrato susidarymo sąlygas labai koncentruotuose metanolio tirpaluose plačiame diapazone temperatūrų ir slėgio. Atliekant eksperimentinius tyrimus (V. A. Istominas, D. Y. Stupinas ir kt.), Buvo atskleisti dideli metodologiniai sunkumai, norint gauti reprezentatyvius duomenis, esant žemesnei nei 20 ° C temperatūrai. Atsižvelgiant į tai, buvo sukurta nauja daugiakomponentinių dujų mišinių dujų hidratų fazinės pusiausvyros tyrimo su šilumos srautų registracija hidratacijos kameroje metodika ir buvo nustatyta metastabilių dujų hidratų formų egzistavimo galimybė (jų susidarymo stadijoje), kurią patvirtino vėlesni užsienio autorių tyrimai. Naujų eksperimentinių ir lauko duomenų (tiek vietinių, tiek užsienio) analizė ir apibendrinimas leido sukurti (V. A. Istomino, V. G. Kvono, A. G. Burmistrovo, V. P. Lakeevo) instrukcijas, kaip optimalaus hidrato inhibitorių srauto. (1987).

Šiuo metu VNIIGAZ yra pradėjęs naują tyrimų ciklą, kad būtų išvengta technogeninio hidrato susidarymo. Didelės mokslininkų A. I. Gritsenko, V. I. Murino, E. N. Ivakinos ir V. M.Buleiko pastangos buvo skirtos dujų hidratų termofizikinių savybių (fazių perėjimų kaitos, šilumos talpos ir šilumos laidumo) tyrimams.

Visų pirma, V. M. Buleiko, atlikdamas propano dujų hidrato kalorimetrinius tyrimus, atrado metastabilias dujų hidratų būsenas jų skilimo metu. Kalbant apie hidrato susidarymo kinetiką, nemažai įdomių rezultatų buvo gauta iš V. A. Khoroshilov, A. G. Burmistrov, T. A. Sayfeev ir V. I. Semin, ypač susidarius hidratams, esant paviršiaus aktyviosioms medžiagoms.

Pastaraisiais metais šiuos ankstyvuosius Rusijos mokslininkų tyrimus „pasiėmė“ daugelio užsienio kompanijų specialistai, norėdami sukurti naujas vadinamųjų mažų dozių hidrato inhibitorių klases.

Su gamtinių dujų hidratais susijusios problemos ir perspektyvos

Indėlių plėtra Vakarų Sibiro šiaurėje nuo pat pradžių susidūrė su dujų išmetimo problema, kylančia iš amžino įšalo zonos. Šie išmetimai įvyko staiga ir lėmė gręžinių eksploatavimą ir netgi gaisrus. Kadangi teršalai atsirado iš gylio intervalo aukščiau dujų hidrato stabilumo zonos, ilgą laiką jie buvo aiškinami dujų srautais iš gilesnių produktyvių horizontų išilgai pralaidžių zonų ir kaimyninių šulinių su nekokybišku tvirtinimu. Dešimtojo dešimtmečio pabaigoje remiantis eksperimentiniu modeliavimu ir laboratoriniais tyrimais iš užšaldyto šerdies iš amžinojo įšalo zonos Yamburgo dujų kondensato lauko, buvo galima nustatyti išsibarsčiusių reliktinių (rutulinių) hidratų pasiskirstymą kvartero nuosėdose. Šie hidratai kartu su vietinėmis mikrobiologinių dujų sankaupomis gali sudaryti dujas laikančius sluoksnius, iš kurių išmetamos gręžimo metu išmetamos dujos. Reliktinių hidratų buvimas senajame amžinojo įšalo zonos sluoksnyje dar buvo patvirtintas atlikus panašius tyrimus šiaurinėje Kanadoje ir Bovanenkovo \u200b\u200bdujų kondensato lauke. Taigi, buvo suformuotos idėjos apie naujo tipo dujų telkinius - per amžius įšylančius metastabilius dujų-dujų hidrato telkinius, kurie, kaip parodė amžinojo įšalo šulinių tyrimai Bovanenkovo \u200b\u200bdujų kondensato lauke, yra ne tik komplikuojantis veiksnys, bet ir tam tikra vietinių dujų tiekimo išteklių bazė.

Amžiaus įšalo telkiniuose yra tik nereikšminga dujų išteklių dalis, susijusi su gamtinių dujų hidratais. Didžioji išteklių dalis yra tik dujų hidratų stabilumo zonoje - iki to gylių intervalo (paprastai pirmieji šimtai metrų), kur susidaro termodinaminės hidrato susidarymo sąlygos. Vakarų Sibiro šiaurėje tai yra 250–800 m gylio intervalas, jūrose - nuo dugno paviršiaus iki 300–400 m, ypač giliavandeniuose šelfo ir žemyninio šlaito plotuose iki 500–600 m žemiau dugno. Būtent tokiais intervalais buvo rasta didžioji dalis gamtinių dujų hidratų.

Tiriant gamtinių dujų hidratus paaiškėjo, kad šiuolaikinėmis lauko ir gręžinio geofizikos priemonėmis neįmanoma atskirti hidratų turinčių nuosėdų nuo užšaldytų telkinių. Užšaldytų uolienų savybės yra beveik visiškai analogiškos hidratuotų uolienų savybėms. Tam tikrą informaciją apie dujų hidratų buvimą gali suteikti branduolinio magnetinio rezonanso registravimo įtaisas, tačiau jis yra labai brangus ir retai naudojamas geologinių tyrinėjimų praktikoje. Pagrindinis hidratų buvimo nuosėdose rodiklis yra pagrindiniai tyrimai, kurių metu hidratai yra matomi atliekant vaizdinį patikrinimą arba nustatomi atsižvelgiant į specifinį dujų kiekį tirpinant.

Dujų hidrato technologijų taikymo pramonėje perspektyvos

Technologiniai gamtinių dujų laikymo ir gabenimo hidratuotuose pasiūlymuose būdai atsirado XX amžiaus 40-aisiais. Dujų hidratų galimybė sukoncentruoti didelius dujų kiekius esant santykinai mažam slėgiui ilgą laiką traukė specialistų dėmesį. Preliminarūs ekonominiai skaičiavimai parodė, kad efektyviausias yra hidratuotų dujų transportavimas jūra, o papildomo ekonominio efekto galima pasiekti, jei vartotojai gabena gabenamas dujas ir švarų vandenį, likusį po hidrato skilimo (vanduo išvalomas nuo priemaišų, kai susidaro dujų hidratai). Šiuo metu yra svarstomos gamtinių dujų transportavimo jūra hidratuotos būklės pusiausvyros sąlygomis koncepcijos, ypač planuojant giliavandenių dujų (įskaitant hidratuotas) telkinių, nutolusių nuo vartotojo, plėtrą.

Tačiau pastaraisiais metais vis daugiau dėmesio buvo skiriama hidratų pernešimui ne pusiausvyros sąlygomis (esant atmosferos slėgiui). Kitas dujų hidrato technologijų taikymo aspektas yra galimybė organizuoti dujų hidrato dujų saugyklas pusiausvyros sąlygomis (esant slėgiui) šalia didelių dujų vartotojų. Taip yra dėl hidratų sugebėjimo koncentruoti dujas santykinai žemu slėgiu. Pavyzdžiui, esant +4 ° С temperatūrai ir 40 atm. Slėgiui, metano koncentracija hidrate atitinka 15-16 MPa (150–160 atm.) Slėgį.

Tokio sandėlio statyba nėra sudėtinga: sandėlis yra dujų bakų, esančių duobėje ar angare, akumuliatorius, sujungtas su dujų vamzdžiu. Pavasario-vasaros laikotarpiu sandėlis užpildytas dujomis, kurios sudaro hidratus, o rudens-žiemos laikotarpiu išskiria dujas hidratų irimo metu, naudojant žemos kokybės šilumos šaltinį. Tokių saugyklų statyba šalia šilumos ir elektrinių gali žymiai išlyginti sezoninius dujų gamybos netolygumus ir kai kuriais atvejais būti tikra alternatyva požeminių dujų saugyklų statybai.

Šiuo metu yra aktyviai kuriamos dujų hidrato technologijos, ypač skirtos hidratams gaminti naudojant šiuolaikinius technologinių procesų intensyvinimo būdus (paviršiaus aktyviųjų medžiagų priedai, kurie pagreitina šilumos ir masės perdavimą; hidrofobinių nanopulverių naudojimas; įvairių diapazonų akustinis poveikis, iki hidratų smūgio bangose \u200b\u200bir kt.).

Gamtinių dujų hidrato gamyba

Iki šiol kuriami 3 pagrindiniai gamtinių dujų hidratų išgavimo metodai. Visi jie pagrįsti disociacijos naudojimu - procesu, kurio metu medžiaga suskaidoma į paprastesnius komponentus. Natūralių dujų hidratų atveju disociacija vyksta didėjant temperatūrai ir mažėjant slėgiui, kai ledo kristalai ištirpsta ar kaip nors keičia savo formą, tokiu būdu išskirdami kristalo uždaras gamtinių dujų molekules.

Trys pagrindiniai perspektyvūs gamtinių dujų hidratų išgavimo metodai: terminis poveikis, slėgio sumažinimas ir inhibitoriaus (medžiagos, kuri sulėtina cheminius procesus, reakcijas), veikimas.

Fig. 5. Gamtinių dujų hidratų išgavimo metodai.

Šiluminis poveikis.

Šis metodas pagrįstas šilumos tiekimu hidrato kristalinės struktūros viduje, siekiant padidinti temperatūrą ir pagreitinti atsiribojimo procesą. Praktinis tokio metodo pavyzdys yra šilto jūros vandens siurbimas į dujų hidratų sluoksnį, esantį jūros dugne. Kai dujos pradeda išsiskirti iš jūros nuosėdų sluoksnio, jas galima surinkti.

Inhibitorių poveikis

Kai kurie alkoholiai, tokie kaip metanolis, veikia kaip inhibitoriai, kai dujų hidratai nusėda ant lovos ir keičia hidrato sudėtį. Inhibitoriai keičia temperatūros ir slėgio sąlygas, prisidedant prie hidratų disociacijos ir juose esančio metano išsiskyrimo.

Slėgio sumažinimas.

Kai kuriuose hidratų telkiniuose yra vietų, kuriose jau yra gamtinių dujų

Ilgus metus jie atrado ir pirmuosius dujų hidratų telkinius SSRS šiaurėje. Tuo pat metu galimybė hidratams susidaryti ir egzistuoti natūraliomis sąlygomis patvirtina laboratoriją (Makogon).

Nuo šio momento dujų hidratai pradedami laikyti potencialiu kuro šaltiniu. Įvairiais vertinimais, angliavandenilių atsargos hidratuose yra nuo 1,8 · 10 14 iki 7,6 · 10 18 m³. Aiškėja platus jų pasiskirstymas žemynų vandenynuose ir kriolitozone, taip pat nestabilumas didėjant temperatūrai ir mažėjant slėgiui.

Hidrato savybės

Gamtinių dujų hidratai yra metastabilus mineralas, kurio susidarymas ir skilimas priklauso nuo temperatūros, slėgio, dujų ir vandens cheminės sudėties, porėtos terpės savybių ir kt.

Dujų hidratai gamtoje

Dauguma natūralių dujų (CH 4, C 2 H 6, C 3 H 8, CO 2, N 2, H 2 S, izobutanas ir kt.) Sudaro hidratus, kurie egzistuoja tam tikromis termobarinėmis sąlygomis. Jų buvimo vieta apsiriboja jūros dugno nuosėdomis ir amžino įšalo vietomis. Vyraujantys gamtinių dujų hidratai yra metano ir anglies dioksido hidratai.

Gaminant dujas, hidratai gali susidaryti gręžiniuose, pramoninėse įmonėse ir dujotiekiuose. Būdami nusėdę ant vamzdžių sienų, hidratai smarkiai sumažina jų pralaidumą. Siekiant kovoti su hidratų susidarymu dujų telkiniuose, į šulinius ir vamzdynus įvedami įvairūs inhibitoriai (metilo alkoholis, glikoliai, 30% CaCl 2 tirpalas), be to, jie palaiko dujų srauto temperatūrą aukščiau hidrato susidarymo temperatūros, naudodami šildytuvus, vamzdynų šilumos izoliaciją ir pasirinkdami veikimo režimą. užtikrinant maksimalią dujų srauto temperatūrą. Siekiant užkirsti kelią hidrato susidarymui magistraliniuose dujotiekiuose, efektyviausias yra dujų džiovinimas - dujų valymas iš vandens garų.

Moksliniai tyrimai

Pastaraisiais metais susidomėjimas dujų hidratų problema visame pasaulyje labai išaugo. Tyrimų aktyvumas padidėjo dėl šių pagrindinių veiksnių:

intensyviau ieškoti alternatyvių angliavandenilių žaliavų šaltinių šalyse, kurios neturi energijos išteklių, nes dujų hidratai yra netradicinis angliavandenilių žaliavų šaltinis, bandomoji plėtra, kuri gali prasidėti artimiausiais metais;
poreikį įvertinti dujų hidratų vaidmenį paviršiniuose geosferos sluoksniuose, ypač atsižvelgiant į galimą jų poveikį globaliems klimato pokyčiams;
žemės plutos dujų hidratų susidarymo ir skilimo dėsnių tyrimas bendrame teoriniame plane, siekiant pagrįsti tradicinių angliavandenilių telkinių paiešką ir tyrinėjimą (natūralūs hidratų įvykiai gali būti giliau išsidėsčiusių įprastų naftos ir dujų telkinių žymekliai);
aktyvus angliavandenilių telkinių, esančių sunkiomis gamtinėmis sąlygomis (giliavandenės jūros dugnas, poliariniai regionai), plėtra, kuriai būdinga technogeninių dujų hidratų problema;
galimybė sumažinti hidratato susidarymo lauko dujų gamybos sistemose prevencines išlaidas, pereinant prie energiją taupančių ir aplinkai nekenksmingų technologijų;
galimybė panaudoti dujų hidrato technologijas kuriant, saugant ir transportuojant gamtines dujas.

Pastaraisiais metais (po susitikimo „Gazprom“ 2003 m.) Įvairiose organizacijose hidratų tyrimai buvo tęsiami iš valstybės biudžeto lėšų (du Rusijos mokslų akademijos Sibiro filialo integracijos projektai, nedidelės Rusijos federalinio turto fondo subsidijos, Tiumenės gubernatoriaus dotacija, Rusijos Federacijos aukštojo mokslo ministerijos dotacija). ir iš tarptautinių fondų - INTAS, SRDF, UNESCO (pagal kintamą universitetų programą - UNESCO globojamos jūros ekspedicijos šūkiu „Training through Research - mokymai per mokslinius tyrimus“), COMEX (Kure le-Okhosk-Marine Experiment), ChAOS (anglies hidrato kaupimasis Okhotsko jūroje) ir kt.

Dujų hidratų geologiniai tyrimai

Dujų hidrato technologijų taikymo pramonėje perspektyvos

Dujų hidratai yra palyginti naujas ir potencialiai platus gamtinių dujų šaltinis. Tai yra molekuliniai vandens ir metano junginiai, kurie egzistuoja žemoje temperatūroje ir aukštame slėgyje. Dėl savo panašumo dujų hidratai buvo vadinami deginančiu ledu. Gamtoje dujų hidratai randami amžino įšalo zonose arba giliame vandenyje, o tai iš pradžių sukuria sunkias sąlygas jų vystymuisi.

2013 m. Japonija pirmoji pasaulyje sėkmingai atliko eksperimentinį metano išgavimą iš dujų hidratų jūroje. Šis laimėjimas verčia atidžiau pažvelgti į dujų hidratų plėtros perspektyvas.Ar galima tikėtis dujų hidrato revoliucijos po „netikėto“ skalūnų revoliucijos puolimo?

Preliminarūs dujų hidratų atsargų skaičiavimai pasaulyje rodo, kad jie yra eilės tvarka didesni nei įprastų gamtinių dujų atsargos, tačiau, pirma, jie yra labai apytiksliai; antra, tik nedidelę jų dalį galima iškasti dabartiniu technologijos vystymosi lygiu. Ir net ši dalis pareikalaus didelių išlaidų ir gali būti susijusi su nenumatytu pavojumi aplinkai. Nepaisant to, kelios šalys, tokios kaip JAV, Kanada ir Azijos regiono šalys, išsiskiriančios aukštomis gamtinių dujų kainomis ir augančia jų paklausa, rodo didelį susidomėjimą dujų hidrato plėtra ir toliau aktyviai tyrinėja šią kryptį.

Ekspertai pastebi didelį netikrumą dėl dujų hidratų ateities ir mano, kad jų pramonės plėtra prasidės ne anksčiau kaip po 10-20 metų, tačiau šio ištekliaus nereikėtų pamiršti.

Kas yra dujų hidratai?

Dujų hidratai (klatratai) yra kieti kristaliniai mažos molekulinės masės dujų junginiai, tokie kaip metanas, etanas, propanas, butanas ir kt., Su vandeniu. Išoriškai jie primena sniegą ar birų ledą. Jie yra stabilūs esant žemai temperatūrai ir aukštam slėgiui; pažeidžiant šias sąlygas, dujų hidratai lengvai suskyla į vandenį ir dujas. Labiausiai paplitusios natūralios hidratą sudarančios dujos yra metanas.

Dirbtiniai ir gamtinių dujų hidratai

Atskirkite technogeninius ir gamtinių dujų hidratus. Technogeniniai hidratai gali būti formuojami įprastose gamtinių dujų gamybos sistemose (dugno skylių zonoje, gręžiniuose ir kt.) Ir jas transportuojant. Įprastinių gamtinių dujų gamybos ir transportavimo technologiniuose procesuose dujų hidratų susidarymas laikomas nepageidaujamu reiškiniu, kuris reiškia tolesnį jų prevencijos ir pašalinimo metodų tobulinimą. Tuo pačiu metu didelius sandėliuoti gali būti naudojami technogeniniai dujų hidratai
dujų tūris, valydamas ir atskyrdamas dujas, jūros vandeniui gėlinti ir energijos kaupimui aušinimo ir kondicionavimo tikslais.

Natūralūs hidratai gali sudaryti grupes arba būti pasiskirstę. Jie randami tose vietose, kur derinama žema temperatūra ir aukštas slėgis, tokiuose kaip gilus vanduo (gilių ežerų, jūrų ir vandenynų dugnai) ir amžinojo įšalo zona (Arkties regionas). Dujų hidratų gylis jūros dugne yra 500–1 500 m, o Arkties zonoje - 200–1 000 m.

Dujų hidrato telkinių vystymosi požiūriu ypač svarbus yra apatinio laisvųjų gamtinių dujų arba vandens sluoksnio buvimas:

Nemokamos dujos. Šiuo atveju dujų hidrato nuosėdos susidaro panašiai kaip įprasta dujų gamyba. Gaminant laisvas dujas iš apatinio rezervuaro, sumažėja slėgis hidratuotame rezervuare ir sunaikinama riba tarp jų. Iš dujų hidratų gautos dujos papildo dujas, gautas iš apatinio rezervuaro. Tai yra perspektyviausia dujų hidrato telkinių plėtros kryptis. Nemokamas vanduo. Kai po dujų hidrato telkiniu yra vandens, slėgį hidrato zonoje galima sumažinti jį ištraukiant. Šis metodas yra techniškai įmanomas, tačiau, palyginti su pirmuoju, ekonomiškai ne toks patrauklus. Trūksta apatinio sluoksnio. Dujų hidrato nuosėdų susidarymo perspektyvos, esančios apačioje ir viršuje, apsuptos nepralaidžių nuosėdinių uolienų, tebėra miglotos

Gamtinių dujų hidratų išteklių įverčiai pasaulyje.

Pasaulinių dujų hidratų išteklių vertinimai nuo pat pradžių, būtent nuo 1970-ųjų, buvo prieštaringi ir iš dalies spekuliaciniai. 1970–1980 m. Jie buvo 100–1 000 kvadrilijonų. kubas m, dešimtajame dešimtmetyje - sumažėjo iki 10 kvadrilijonų. kubas m, o 2000-aisiais - iki 100–1 000 trilijonų. kubas m

Tarptautinė energetikos agentūra (TEA) 2009 m. Nurodė 1 000–5 000 trilijonų sąmatą. kubas m, nors išlieka didelis išsibarstymas. Pavyzdžiui, daugelis dabartinių įvertinimų rodo, kad dujų hidrato ištekliai yra 2500–20 000 trilijonų. kubas Vis dėlto, net atsižvelgiant į reikšmingą skaičiavimų sumažėjimą, dujų hidratų ištekliai išlieka didesne apimtimi nei įprastų gamtinių dujų ištekliai, vertinami 250 trilijonų. kubas m (TEA apskaičiavo, kad įprastų gamtinių dujų atsargos yra 468 trilijonai kubinių metrų).

Pavyzdžiui, galimi dujų hidrato ištekliai JAV pagal lauko tipą yra parodyti paveikslėlyje (palyginti su gamtinių dujų ištekliais). Dujų hidrato piramidė taip pat atspindi dujų susidarymo iš įvairių rūšių hidratų telkinių galimybes. Piramidės viršuje yra gerai žinomos Arkties nuosėdos, esančios šalia esamos infrastruktūros, panašios į „Mullik“ lauką Kanadoje. Po to seka mažiau ištirti dujų hidrato formavimai, turintys panašias geologines savybes (šiauriniame Aliaskos šlaite), tačiau reikalaujantys infrastruktūros plėtros. Remiantis naujausiais skaičiavimais, Aliaskos šiaurinio šlaito techniškai atstatomi dujų hidrato ištekliai yra 2,4 trilijono. kubas m dujų. Po Arkties draustiniais yra vidutinio ir didelio soties giliųjų vandenų telkiniai. Kadangi jų plėtra gali būti nepaprastai didelė, Meksikos įlanka laikoma perspektyviausiu regionu, kuriame jau sukurta naftos ir dujų gavybos infrastruktūra. Šių išteklių mastas dar nėra labai žinomas, tačiau JAV mineralinių išteklių valdymo tarnyba juos tiria.

1 pav. „Dujų hidrato piramidė“

Piramidės papėdėje (2 paveikslas) nurodytos dujų hidratų sankaupos, kurioms būdingas ypač netolygus pasiskirstymas dideliais kiekiais smulkiagrūdžių ir nedeformuotų nuosėdinių uolienų. Tipiškas tokio spiečiaus pavyzdys yra giliavandenis laukas prie Blake kalnagūbrio (JAV Karolinos valstijos pakrantė). Dabartiniu technologijų plėtros lygiu jų vystyti neįmanoma.

Pramoniniu mastu

Pramoniniu mastu metano gamyba iš dujų hidratų telkinių nevykdoma niekur pasaulyje, o planuojama tik Japonijoje - 2018-2019 metams. Nepaisant to, nemažai šalių įgyvendina mokslinių tyrimų programas. Aktyviausios yra JAV, Kanada ir Japonija.

Japonija padarė pažangą tyrinėdama dujų hidrato telkinių išsivystymo galimybes. 2000-ųjų pradžioje šalis pradėjo įgyvendinti dujų hidratų plėtros programą. Jai paremti, remiantis valstybinių organų sprendimu, buvo suorganizuotas tyrimų konsorciumas MH21, kurio tikslas buvo sukurti technologinį pagrindą pramoniniam dujų hidratų telkinių vystymuisi. 2012 m. Vasario mėn. Japonijos nacionalinė naftos, dujų ir metalų korporacija (JOGMEC) pradėjo bandomąjį gręžimą Ramiajame vandenyne, 70 km į pietus nuo Atsumi pusiasalio, kad gautų metano hidratus. O 2013 m. Kovo mėn. Japonija (pirmoji pasaulyje) pradėjo bandomąjį metano gavybą iš dujų hidratų atviroje jūroje. Anot JOGMEC, turimais metano hidratais jūroje Japonija gali patenkinti savo gamtinių dujų poreikį prieš 100 metų.

Dujų hidrato vystymosi srityje Japonija plėtoja mokslinį bendradarbiavimą su Kanada, JAV ir kitomis šalimis. Kanada vykdo plačią tyrimų programą; kartu su japonų ekspertais buvo išgręžti šuliniai prie Mackenzie upės žiočių (Mulliko laukas). JAV dujų hidrato tyrimų projektai yra sutelkti amžino įšalo zonoje Aliaskoje ir giliame vandenyje Meksikos įlankoje.

Mažiau išsamūs, tačiau vis dėlto pastebimi dujų hidratų tyrimai atliekami tokiose šalyse kaip Pietų Korėja, Kinija ir Indija. Pietų Korėja vertina dujų hidrato potencialą Japonijos jūroje. Tyrimai parodė, kad „Uleleung“ lauką labiausiai žada toliau plėtoti. Dešimtojo dešimtmečio viduryje Indija pradėjo savo nacionalinę dujų hidrato tyrimų programą. Pagrindinis jos tyrimų objektas yra Krišnos-Godavari laukas Bengalijos įlankoje.

Kinijos dujų hidrato programa apima Pietų Kinijos jūros šelfo netoli Guangdongo ir amžinojo įšalo žvalgymą Qinghai plokščiakalnyje Tibete. Kai kurios kitos šalys, įskaitant Norvegiją, Meksiką, Vietnamą ir Malaiziją, taip pat rodo susidomėjimą dujų hidrato tyrimais. Europos Sąjungoje taip pat yra mokslinių tyrimų programų, skirtų dujų hidratams tirti: pavyzdžiui, 2000-aisiais metais veikė programa HYDRATECH (metano hidratų įvertinimo Europos lentynoje technika) ir programa HYDRAMED (dujų hidratų geologinis įvertinimas Viduržemio jūroje). Tačiau Europos programos daugiausia dėmesio skiria mokslo ir aplinkos problemoms.

Dujų hidratai Rusijoje

Rusija turi savo dujų hidrato telkinius. Jų buvimas patvirtintas Baikalo ežero dugne, Juodojoje, Kaspijos ir Okhotsko jūrose, taip pat Jamburgo, Bovanenkovskio, Urengojaus ir Mesijoakos laukuose. Dujų hidratų kūrimas šiuose laukuose nebuvo vykdomas, o jų buvimas buvo laikomas veiksniu, apsunkinančiu įprastų dujų (jei tokių yra) kūrimą. Taip pat daromos prielaidos, patvirtintos teoriniu argumentu, kad visame Rusijos Arkties šelfo plote yra daugybė dujų hidrato telkinių.

Geologiniai dujų hidratų tyrimai SSRS pradėti aštuntajame dešimtmetyje. Šiuolaikinėje Rusijoje daugiausia atliekami laboratoriniai dujų hidratų tyrimai: pavyzdžiui, kuriamos technologijos, užkertančios kelią jų susidarymui dujų perdavimo sistemose, arba jų fizikinių, cheminių ir kitų savybių nustatymas. Tarp dujų hidratų tyrimų centrų Rusijoje galima paminėti Maskvos valstybinį universitetą, Rusijos mokslų akademijos Sibiro skyrių, OOO „Gazprom VNIIGAZ“, pavadintą naftos ir dujų universiteto vardu. Gubkinas.

2003 m. „Gazprom“ pradėjo taikomuosius tyrimus dėl dujų hidrato potencialo Rusijoje įvertinimo. Preliminarūs „Gazprom VNIIGAZ“ skaičiavimai rodo, kad šalyje yra 1100 trilijonų dujų hidratų išteklių. kubas m., 2013 m. viduryje buvo pranešta, kad Rusijos mokslų akademijos Tolimųjų Rytų geologijos institutas pasiūlė „Rosneft“ ištirti galimybę gaminti dujų hidratus Kurilo lentynoje, įvertinant jų potencialą 87 trilijonus. kubas m. Pagal aukščiau paminėtų Rusijos šalių pavyzdį nėra specialių valstybinių programų, skirtų dujų hidratų tyrimams ir gamybai. Dujų pramonės plėtros iki 2030 m. Bendrojoje schemoje minimi dujų hidratai
tik vieną kartą atsižvelgiant į numatomas mokslo ir technologijų pažangos kryptis.

Apskritai dujų hidratų plėtra iš patikrintų laukų Rusijoje atrodo perspektyvi žymiai sumažinus technologijos sąnaudas ir tik tose vietose, kur yra esama dujų transportavimo infrastruktūra.