39

Легко ли добыть нефть. Будем ли мы жечь газогидраты?

Часть1: Легко ли добыть нефть. Газогидратная загадка Мессояхи


Несмотря на то, что промышленная добыча газа из гидратов началась совершенно случайно в конце шестидесятых годов прошлого века, про их существование было известно давно. Впервые их образование наблюдал еще сам Пристли в конце восемнадцатого века, в 1811 их впервые получил искусственно Г. Дэви, а концу девятнадцатого века они были уже неплохо изучены.


Газогидраты – это твердые нестехиометрические соединения (т. е. соединения переменного состава). Они относятся к клатратам («clathratus» - помещенный в клетку). Такое название получили вещества из-за особенностей строения. В них молекулы воды образуют внешний каркас, имеющий кристаллическое строение, а внутри каркаса находится «гостевая» молекула, в случае газогидратов – молекула какого-либо газа- метана, углекислого и тд.


Различают два типа кристаллической решетки гидратов: структура 1 построена из 46 молекул воды и имеет 8 полостей; структура 2 построена из 136 молекул воды, имеет 16 малых и 8 больших полостей. Например, метан, этан, двуокись углерода образуют структуры первого типа, а смесь сероводорода и пропана – кристаллы второго типа.


Типы строения кристаллической решетки клатратов

Легко ли добыть нефть. Будем ли мы жечь газогидраты? Легко Ли добыть нефть, Добыча нефти, Нефть, Газ, Технологии, Длиннопост

В каждую полость хозяина (решетки из молекул воды) входит одна молекула «гостя». При этом не все полости могут быть заняты молекулами газа, чем больше наполненность кристаллической структуры – тем более устойчив гидрат. Кроме того, разные вещества с разной интенсивностью могут образовывать гидраты. Наиболее активно к гидратации склонен обычный углекислый газ. При этом не все газы могут образовывать гидраты, их не образует водород, неон, этан и более высокомолекулярные алканы и пр.


Внешне газовые гидраты очень похожи на лед или спрессованный снег. Если кто-то работал на перекачке сырого газа (полученного из скважины и не подвергавшегося обезвоживанию) наверняка их видел. Газовые гидраты, которые образованы углеводородами метанового газа, способны к горению, их еще называют за это горючим льдом. После их сгорания образуется лишь лужица воды.

Легко ли добыть нефть. Будем ли мы жечь газогидраты? Легко Ли добыть нефть, Добыча нефти, Нефть, Газ, Технологии, Длиннопост

Гидратов на земле очень много, можно говорить, что просто колоссальное количество. Подсчитано, что газогидратном виде запасы углеводородов оцениваются примерно в 2 ⋅ 1016 (десять в шестнадцатой степени)м3, что гораздо больше, чем кислорода на земле и всех других углеводородов вместе взятых. При этом газовых гидратов много, как и в земной коре, но большая часть – на шельфе океана. Большая часть из них – гидраты метана и диоксида углерода.


Для образования газогидратов необходимо несколько условий – влага в капельном виде и определенный термодинамический режим в системе. Наличие воды в жидкой фазе хотя и является обязательным условием, но недостаточно для образования гидратов. Образование гидратов происходит при определенных температурах и давлениях и зависит от состава газа.


Зависимость образования метангидрата от температуры и давления

Легко ли добыть нефть. Будем ли мы жечь газогидраты? Легко Ли добыть нефть, Добыча нефти, Нефть, Газ, Технологии, Длиннопост

Ниже синей линии фазового перехода у нас может существовать только растворённый в воде метан, ниже нуля градусов Цельсия — вода ожидаемо превращается в водяной лёд.


А вот выше синей линии фазового перехода "гидрат-газ" у нас существует вообще парадоксальное состояние — вокруг молекул метана при высоких давлениях начинается образование метангидрата даже при положительных температурах.


Первое условие образования гидратов – это начало выпадения капельной воды. Этот процесс начинается при определенной температуре, которая называется точкой росы. Точка росы определяется относительной влажностью воздуха. Чем выше относительная влажность, тем точка росы выше и ближе к фактической температуре воздуха. Чем ниже относительная влажность, тем точка росы ниже фактической температуры. Влагосодержание углеводородного газа возрастает с повышением температуры и снижается с повышением давления.


Давление, при котором образуются гидраты, будет зависеть от состава газа. Возможность гидратообразования увеличивается с повышением давления и понижением температуры газа. чем тяжелее газ, тем меньше давление и выше температура, при которых образуются гидраты.


Образование и распад гидратов является обратимый характер, поэтому к ним полностью применим принцип Ле-Шателье, о котором я упомянул в первой статье. Зная условия образования гидратов можно поменять условия на обратные – и гидраты начнут разлагаться, вновь отдавая нужный нам газ.


Итак, первый способ распада гидратов на газ и воду – это снижение давления. Именно такой механизм работает в недрах Мессояхского месторождения. В залежи во время эксплуатации снижается давление ниже точки фазового перехода, часть гидратов распадается и превращается в газ. Это наиболее простой, дешевый и простой способ. Кром того, он позволяет довести распад газогидратов до полного конца. Но минут у него один и очень жирный – время. Гидраты распадаются при росте давления очень медленно.


Второй вариант – повысить температуру пласта. Распад гидратов при температуре протекает куда живее, но возникает вопрос – а как это сделать. Закачивать горячую воду или делать электроподогрев теоретически возможно. Но очень дорого, дешевле его не добывать. Да и теплопроводность пласта невелика, вокруг забоя может быть Африка, а за несколько метров от него – лед.


Третьим способом распада гидратов пользовались американцы, японцы и китайцы. Я писал выше, что гидраты образует не только метан, а и другие газы. Наиболее «охотно» это делает диоксид углерода – всем известный углекислый газ. При закачивании его в пласт он вытесняет метан

Легко ли добыть нефть. Будем ли мы жечь газогидраты? Легко Ли добыть нефть, Добыча нефти, Нефть, Газ, Технологии, Длиннопост

Тут убивается сразу несколько зайцев. Во-первых, мы получаем метан, во-вторых, процесс замещения метана на диоксид углерода – экзотермическая реакция. Пласт прогревается и процесс распада метангидрата резко ускоряется. В-третьих, можно уменьшить объем атмосферного углекислого газа, который обвиняют в «парниковом эффекте».


Но тут есть ограничения. Во-первых, где-то надо получить такое колоссальное количество углекислоты. Во-вторых, таким способом можно получить не более 64% от связанного метана. И это в лабораторных условиях. А в реальности, думаю, процент будет раза в два меньше.


Ну и наконец четвертый вариант – закачивать в пласт ингибиторы образования газогидратов. Это может быть метанол, диэтиленгликоль, хлорид кальция и пр. Но все это будет еще затратнее, чем производить закачку углекислого газа.


Поводя итоги обеих статей можно резюмировать:


1. В недрах земли содержатся колоссальные запасы газогидратов, преимущественно метана и углекислого газа. Запасы углеводородов, связанных в газогидратах, превышает объем всех свободных углеводородов на Земле


2. Образование гидратов – обратимый процесс, который зависит от влажности, температуры, давления и состава газа.


3. Теоретически можно получать газ из газогидратов в промышленных масштабах путем снижения пластового давления, повышения температуры пласта, закачкой углекислого газа или ингибиторов


4. На данный момент — это нецелесообразно и вряд ли будет применяться для промышленной добычи газа в обозримом будущем.


Если было интересно – ставьте класс и подписывайтесь, вам это ничего не стоит, а мне приятно.


Источники для написания статьи:


1. http://www.ngtp.ru/rub/9/50_2013.pdf


2. http://popovgeo.sfedu.ru/sites/default/files/library/Дядин%2...


3. https://cyberleninka.ru/article/v/obrazovanie-i-razlozhenie-...


4. https://www.expeducation.ru/ru/article/view?id=5807


5. https://www.pnnl.gov/main/publications/external/technical_re...

Найдены дубликаты

0

будет несколько слов, по Месояхскому месторождению. в 2004-06г.г. работал в сейсморазведке, на этом объекте было много сложностей при интерпретации и построении стек-пристек, разрезов по интересующим "сдп" инлайн как и крослайн. в некоторых областях площади, при получении эха отражения. стучали по поверхности, геотонами в спарках. т.к. отвечал за получение результатов, обработку первичную, перед заказчиком и улучшить "результаты" не представляло возможности "честно"на полевом ВЦ.

картина в разрезе, представляет собой хорошо трассируется репер "Бажен" интересующий горизонт не глубокий до 1сек и как только выходит на сводшапку месторождения гороизонты перестают вырисовываться. не хватало кратности, повторяемости суммарности трасс. результаты надо было получить, конечно слукавил для этого в графпроцедуры внес изменения в цифирки входдных. на требуемых временах вырисовывались, "палки" горизонта как надо! радости у заказчика, было не занимать.. кто только из вышестоящих и рапортующих, проверяющих не приезжал после. одно тогда стало понятно, что не один из этой братии не понимал нечего им надо было докладывать выше и выше. с того времени, многие стали эффективными менеджерами и большими генералами. конечно и у меня получился хороший трамплин, с полей сразу на обработку на ВЦ одной из нефткомпании. тогда было время, дорогущих проектов но в проектной части работ такое количество ляпов, но все списали и получили запасы необходимых категорий.

еще немного потерпите, от этого околонаучного комментария. работа была хорошо оплачиваемая, после уже такого "денежного дождя" в полевых работах, есть на сегодня счем сравнить не пролилось!

спасибо что дочитали.

0

А если закачивать в пласт воздух, и добавить немного какого-нибудь катализатора - не получится ли так разогреть пласт за счёт окисления метана + вытеснения метана полученным при этом CO2?

раскрыть ветку 1
0
Если закачивать в ласт воздух с ингибитором, то получится взрывоопасная смесь, которая на поверхности может неслабо рвануть. В нефтянке используют азот.
0

То есть, технически, мы можем закачивать углекислоту, выкачивать газ и получать на его сжигании энергию и углекислоту, которую снова можно закачивать, не боясь её процентного увеличения в атмосфере?

раскрыть ветку 3
0
Теоретически да. Практически слишком дорого
раскрыть ветку 2
0

Спасибо, я так примерно и предположил. Иначе бы уже использовали.

Этот вариант уменьшения СО2 предлагали исландцы?

раскрыть ветку 1
0

Привет, я газогидрат!

Иллюстрация к комментарию
раскрыть ветку 4
0

Будем знать. Что за дырка?

раскрыть ветку 3
0

@Alexeich56, одна из воронок в Ямало-Ненецком АО. Сейчас уже практически консенсус, что образовались они в результате взрывов газогидратов низкого давления.
Предполагается, что там под слоем вечной мерзлоты находятся области льда с высокой концентрацией газогидрата. Такого, который может существовать при сравнительно небольшом давлении (глубина около десятка метров) и не слишком отличающейся от нуля температуре. Мерзлота тает, и при некоторых условиях под ней начинает высвобождаться газ. Он накапливается и однажды вышибает пробку, после чего уже не прикрытый слоем мерзлоты газогидрат испаряется. https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%AF%D0%BC%D0%B0%D0%BB%D1%8C...

раскрыть ветку 1
-2

Дырка- в жопе, а это-отверстие :)

Похожие посты
Возможно, вас заинтересуют другие посты по тегам: