Gāzu hidrāti (arī dabasgāzes hidrāti vai klatrāti) ir kristāliski savienojumi, kas noteiktos termobaros apstākļos veidojas no ūdens un gāzes. Nosaukumu “klatrāti” (no latīņu valodas clathratus — “ielikt būrī”) Pauels deva 1948. gadā. Gāzu hidrāti ir nestehiometriski savienojumi, tas ir, savienojumi ar mainīgu sastāvu.

Gāzu hidrātus (sēra dioksīdu un hloru) 18. gadsimta beigās pirmo reizi novēroja J. Prīstlijs, B. Peletjē un V. Kārstens. Pirmos gāzhidrātu aprakstus sniedza G. Deivijs 1810. gadā (hlora hidrāts). 1823. gadā Faradejs aptuveni noteica hlora hidrāta sastāvu, 1829. gadā Levits atklāja broma hidrātu, bet 1840. gadā Vēlers ieguva H2S hidrātu. Līdz 1888. gadam P. Viljars ieguva hidrātus CH4, C2H6, C2H4, C2H2 un N2O.

40. gados padomju zinātnieki izvirzīja hipotēzi par gāzhidrātu nogulumu klātbūtni mūžīgā sasaluma zonā (Strizhovs, Mokhnatkin, Chersky). 60. gados viņi atklāja pirmās gāzhidrātu atradnes PSRS ziemeļos, vienlaikus laboratorijā (Makogonā) tika apstiprināta hidrātu veidošanās un pastāvēšanas iespēja dabiskos apstākļos.

No šī brīža gāzes hidrātus sāk uzskatīt par potenciālu degvielas avotu.
Saskaņā ar dažādām aplēsēm ogļūdeņražu rezerves hidrātos svārstās no 1,8 × 10 ^ 14 līdz 7, 6 × 10 ^ 18 m³.
Tiek atklāta to plašā izplatība kontinentu okeānos un mūžīgā sasaluma zonā, nestabilitāte, pieaugot temperatūrai un samazinoties spiedienam.

1969. gadā sākās Messoyakha lauka attīstība Sibīrijā, kur tiek uzskatīts, ka pirmo reizi bija iespējams (tīri nejauši) iegūt dabasgāzi tieši no hidrātiem (līdz 36% no kopējās produkcijas uz 1990. gadu).

Gāzu hidrāti dabā
Lielākā daļa dabasgāzu (CH4, C2H6, C3H8, CO2, N2, H2S, izobutāns u.c.) veido hidrātus, kas pastāv noteiktos termobaros apstākļos. To pastāvēšanas zona aprobežojas ar jūras dibena nogulumiem un mūžīgā sasaluma zonām. Dominējošie dabasgāzes hidrāti ir metāns un oglekļa dioksīda hidrāti.

Gāzes ražošanas laikā hidrāti var veidoties aku urbumos, rūpnieciskajās komunikācijās un maģistrālajos gāzes vados. Nogulsnējot uz cauruļu sienām, hidrāti krasi samazina to caurlaidspēju. Lai cīnītos pret hidrātu veidošanos gāzes laukos, akās un cauruļvados tiek ievadīti dažādi inhibitori (metilspirts, glikoli, 30% CaCl2 šķīdums), un gāzes plūsmas temperatūra tiek uzturēta virs hidrāta veidošanās temperatūras, izmantojot sildītājus, siltumizolāciju. cauruļvadu un tāda darba režīma izvēle, kas nodrošina maksimālo gāzes plūsmas temperatūru. Lai novērstu hidrātu veidošanos maģistrālajos gāzes vados, visefektīvākā ir gāzes žāvēšana - gāzes attīrīšana no ūdens tvaikiem.

Problēmas un perspektīvas, kas saistītas ar dabasgāzes hidrātiem
Jau no paša sākuma lauku attīstība Rietumsibīrijas ziemeļos saskārās ar gāzu emisiju problēmu no mūžīgā sasaluma zonas sekliem intervāliem. Šīs noplūdes notika pēkšņi un izraisīja darba pārtraukšanu akās un pat ugunsgrēkus. Tā kā emisijas radās no dziļuma intervāla virs gāzhidrāta stabilitātes zonas, tad ilgu laiku tās tika skaidrotas ar gāzes plūsmām no dziļākiem ražošanas apvāršņiem caur caurlaidīgām zonām un blakus esošajām akām ar nekvalitatīvu apvalku. 80. gadu beigās, pamatojoties uz eksperimentālu modelēšanu un laboratorijas pētījumi sasalušu kodolu no Jamburgas gāzes kondensāta lauka mūžīgā sasaluma zonas, bija iespējams atklāt izkliedēto relikto (konservēto) hidrātu izplatību kvartāra nogulumos. Šie hidrāti kopā ar lokālu mikrobu gāzes uzkrāšanos var veidot gāzi saturošus slāņus, no kuriem urbšanas laikā rodas emisijas. Reliktu hidrātu klātbūtni mūžīgā sasaluma zonas seklajos slāņos apstiprināja līdzīgi pētījumi Kanādas ziemeļos un Bovanenkovo ​​gāzes kondensāta lauka apgabalā. Tādējādi ir radušās idejas par jauna veida gāzu iegulām - intrapermafrost metastabilajām gāzes-gāzhidrātu atradnēm, kuras, kā liecina Bovanenkovskoje gāzes kondensāta lauka mūžīgā sasaluma urbumu testi, ir ne tikai sarežģīts faktors, bet arī noteikts. resursu bāze vietējai gāzes piegādei.

Mūžīgā sasaluma nogulsnes satur tikai nelielu daļu no gāzes resursiem, kas saistīti ar dabasgāzes hidrātiem. Lielākā daļa resursu ir ierobežota gāzes hidrāta stabilitātes zonā - tajā dziļuma intervālā (parasti pirmie simti metru), kurā rodas termodinamiskie apstākļi hidrātu veidošanās procesam. Rietumsibīrijas ziemeļos tas ir 250-800 m dziļuma intervāls, jūrās - no grunts virsmas līdz 300-400 m, īpaši dziļūdens apgabalos šelfā un kontinentālajā nogāzē līdz 500-600 m zemāk. apakša. Tieši šajos intervālos tika atklāta lielākā daļa dabasgāzes hidrātu.

Pētot dabasgāzes hidrātus, noskaidrojās, ka, izmantojot mūsdienīgus lauka un urbumu ģeofizikas līdzekļus, nav iespējams atšķirt hidrātus saturošus atradnes no sasalušām atradnēm. Sasalušu iežu īpašības ir gandrīz pilnībā līdzīgas hidrātus saturošu iežu īpašībām. Kodolmagnētiskās rezonanses reģistrēšanas ierīce var sniegt noteiktu informāciju par gāzhidrātu klātbūtni, taču tā ir ļoti dārga un ģeoloģiskās izpētes praksē tiek izmantota ārkārtīgi reti. Galvenais hidrātu klātbūtnes rādītājs nogulumos ir pamatpētījumi, kuros hidrāti ir vai nu redzami vizuāli pārbaudot, vai tiek noteikti, mērot īpatnējo gāzes saturu atkausēšanas laikā.

Gāzhidrātu tehnoloģiju izmantošanas perspektīvas rūpniecībā
Tehnoloģiskie priekšlikumi dabasgāzes uzglabāšanai un transportēšanai hidratētā stāvoklī parādījās jau 20. gadsimta 40. gados. Gāzu hidrātu īpašība koncentrēt ievērojamus gāzes apjomus pie salīdzinoši zema spiediena jau ilgu laiku ir piesaistījusi speciālistu uzmanību. Iepriekšēja ekonomiskie aprēķini parādīja, ka gāzes transportēšana pa jūru hidratētā stāvoklī ir visefektīvākā, un papildus ekonomiskus ieguvumus var gūt, vienlaikus pārdodot patērētājiem transportēto gāzi un tīru ūdeni, kas paliek pāri pēc hidrāta sadalīšanās (gāzes hidrātu veidošanās laikā ūdens tiek izdalīts). attīrīts no piemaisījumiem). Šobrīd tiek izskatīti jēdzieni par dabasgāzes transportēšanu pa jūru hidratētā stāvoklī līdzsvara apstākļos, īpaši plānojot dziļūdens gāzes (t.sk. hidrātu) lauku attīstību, kas atrodas tālu no patērētāja.

Tomēr pēdējos gados arvien lielāka uzmanība tiek pievērsta hidrātu transportēšanai nelīdzsvarotos apstākļos (ar atmosfēras spiediens). Vēl viens gāzhidrātu tehnoloģiju izmantošanas aspekts ir iespēja organizēt gāzes hidrāta gāzes krātuves līdzsvara apstākļos (zem spiediena) lielu gāzes patērētāju tuvumā. Tas ir saistīts ar hidrātu spēju koncentrēt gāzi salīdzinoši zemā spiedienā. Tā, piemēram, +4°C temperatūrā un 40 atm spiedienā metāna koncentrācija hidrātā atbilst spiedienam 15-16 MPa.

Šādas krātuves uzbūve nav sarežģīta: krātuve ir gāzes tvertņu baterija, kas atrodas bedrē vai angārā un savienota ar gāzes cauruli. Pavasara-vasaras periodā krātuve tiek piepildīta ar gāzi, kas veido hidrātus rudens-ziemas periodā, tā atbrīvo gāzi hidrātu sadalīšanās laikā, izmantojot zema potenciāla siltuma avotu. Šādu krātuvju būvniecība pie termoelektrostacijām var būtiski izlīdzināt sezonālās gāzes ražošanas nevienmērības un vairākos gadījumos ir reāla alternatīva pazemes gāzes krātuvju būvniecībai.

Pašlaik tiek aktīvi attīstītas gāzes hidrātu tehnoloģijas, jo īpaši hidrātu ražošanai, izmantojot modernas metodes tehnoloģisko procesu intensifikācija (virsmaktīvās piedevas, kas paātrina siltuma un masas pārnesi; hidrofobu nanopulveru izmantošana; dažādu diapazonu akustiskie efekti, līdz pat hidrātu ražošanai triecienviļņos u.c.).

http://ru.wikipedia.org/wiki/Gas_hydrates
http://en.wikipedia.org/wiki/Clathrate_hydrate

Krievijas ķīmijas žurnāls. T. 48, Nr. 3 2003. “Gāzes hidrāti”
http://www.chem.msu.su/rus/journals/jvho/2003-3/welcome.html
http://www.chem.msu.su/rus/journals/jvho/2003-3/5.pdf

http://www1.eere.energy.gov/vehiclesandfuels/facts/favorites/fcvt_fotw102.html

http://marine.usgs.gov/fact-sheets/gas-hydrates/title.html

Gāzes hidrātu pētījumi - ģeofizikas grupas sastāvdaļa

Gāzes hidrāta stabilitātes līkne

Gāzes hidrāta stabilitāte okeāna nogulumos

http://woodshole.er.usgs.gov/project-pages/hydrates/what.html

Kopš 1970. gadiem dabā sastopams gāzes hidrāts, galvenokārt metāna hidrāts, ir atzīts visā pasaulē, kur spiediena un temperatūras apstākļi stabilizē hidrāta struktūru. Tas atrodas okeāna nogulumos kontinentālajās malās un polāros kontinentālos apstākļos un pēc tā raksturīgajām reakcijām seismiskās atstarošanas profilos un naftas urbumu elektriskajos baļķos Zem okeāna gāzes hidrāts pastāv vietās, kur ūdens dziļums pārsniedz 300 līdz 500 metrus (atkarībā no temperatūras), un tas var rasties nogulumu slānī. ~1000 metru biezumā tieši zem jūras dibena slāņa pamatni ierobežo pieaugošā temperatūra.

Pie ASV dienvidaustrumiem nelielā apgabalā (tikai 3000 km2) zem grēdas, ko veido ātri nogulsnēti nogulumi, metāna daudzums hidrātā ir līdzvērtīgs aptuveni 30 reizēm ASV. gada gāzes patēriņš. Šis apgabals ir pazīstams kā Bleika grēda. Arī daudzos Arktikas reģionos, tostarp Sibīrijā, Makenzijas upes deltā un Aļaskas ziemeļu nogāzē, ir konstatēti ievērojami daudzumi dabā sastopamā gāzes hidrāta.

Nacionālā minerālu resursu universitātes kalnrūpniecība

Zinātniskais vadītājs: Jurijs Vladimirovičs Guļkovs, tehnisko zinātņu kandidāts, Nacionālā derīgo izrakteņu ieguves universitāte

Anotācija:

Šajā rakstā aplūkotas ķīmiskās un fizikālās īpašības gāzhidrāti, to izpētes un izpētes vēsture. Turklāt tiek apskatītas galvenās problēmas, kas kavē gāzhidrātu komerciālās ražošanas organizēšanu.

Šajā rakstā mēs aprakstām gāzhidrātu ķīmiskās un fizikālās īpašības, to izpētes un izpētes vēsturi. Papildus tiek apskatītas pamatproblēmas, kas kavē gāzhidrātu komerciālās ražošanas organizēšanu.

Atslēgvārdi:

gāzes hidrāti; enerģija; komerciālā ieguve; Problēmas.

gāzes hidrāti; enerģētika; komerciāla ieguve; problēmas.

UDK 622.324

Ievads

Sākotnēji cilvēks izmantoja savu spēku kā enerģijas avotu. Pēc kāda laika talkā nāca koksnes un organisko vielu enerģija. Apmēram pirms gadsimta ogles kļuva par galveno energoresursu 30 gadus vēlāk, un tās dominēja nafta. Mūsdienās pasaules enerģētikas sektors balstās uz gāzeļļas-ogļu triādi. Tomēr 2013. gadā Japānas enerģētikas darbinieki šo līdzsvaru novirzīja uz gāzi. Japāna ir pasaules līderis gāzes importā. Valsts naftas, gāzes un metālu korporācija (JOGMEC) (Japan Oil, Gas & Metals National Corp.) bija pirmā pasaulē, kas ieguva gāzi no metāna hidrāta apakšā. Klusais okeāns no 1,3 kilometru dziļuma. Izmēģinājuma ražošana ilga tikai 6 nedēļas, neskatoties uz to, ka plāns paredzēja divu nedēļu ražošanu, tika saražoti 120 tūkstoši kubikmetru dabasgāzes Šis atklājums ļaus valstij kļūt neatkarīgai no importa un būtiski mainīt tās ekonomiku. Kas ir gāzes hidrāts un kā tas var ietekmēt globālo enerģiju?

Šī raksta mērķis ir apsvērt problēmas gāzhidrātu attīstībā.

Lai to panāktu, tika izvirzīti šādi uzdevumi:

• Izpētiet gāzhidrātu izpētes vēsturi
• Pētīt ķīmiskās un fizikālās īpašības
• Apsveriet galvenās attīstības problēmas

Atbilstība

Tradicionālie resursi nav vienmērīgi sadalīti visā Zemē, un tie ir arī ierobežoti. Autors mūsdienu aplēses Pēc mūsdienu patēriņa standartiem naftas rezerves pietiks 40 gadiem, dabasgāzes energoresursi 60-100. Pasaules slānekļa gāzes rezerves tiek lēstas aptuveni 2500-20000 triljonu apmērā. kubs m. Tā ir cilvēces enerģijas rezerve vairāk nekā tūkstoš gadiem Hidrātu komerciālā ieguve paceltu pasaules enerģētikas sektoru kvalitatīvi jaunā līmenī. Citiem vārdiem sakot, gāzhidrātu izpēte ir pavērusi cilvēcei alternatīvu enerģijas avotu. Taču viņu studijām un komerciālai ražošanai ir arī vairāki nopietni šķēršļi.

Vēsturiska atsauce

Gāzu hidrātu pastāvēšanas iespējamību prognozēja I. N. Strižovs, taču viņš runāja par to ekstrakcijas nelietderīgumu. Vilārs pirmo reizi ieguva metāna hidrātu laboratorijā 1888. gadā kopā ar citu vieglo ogļūdeņražu hidrātiem. Sākotnējās tikšanās ar gāzhidrātiem tika uzskatītas par problēmām un šķēršļiem enerģijas ražošanā. 20. gadsimta pirmajā pusē tika konstatēts, ka gāzes hidrāti izraisa gāzes vadu aizsprostojumu, kas atrodas arktiskajos reģionos (temperatūrai virs 0 °C). 1961. gadā tika reģistrēts Vasiļjeva V.G., Makagona Ju.F., Trebina F.A., Trofimuka A.A., Čerskis N.V. atklājums. "Dabasgāzes īpašība būt cietā stāvoklī zemes garozā", kas paziņoja par jaunu dabisko ogļūdeņražu avotu - gāzes hidrātu. Pēc tam jau skaļāk sāka runāt par tradicionālo resursu izsmelšanu, un jau pēc 10 gadiem Arktikā, uz Rietumsibīrijas robežas, 1970. gada janvārī tika atklāta pirmā gāzhidrāta atradne, ko sauc par Mesojaku. Tālāk tika veiktas lielas zinātnieku ekspedīcijas gan no PSRS, gan daudzām citām valstīm.

Ķīmijas un fizikas vārds

Gāzes hidrāti ir gāzes molekulas, kas iestrēgušas ap ūdens molekulām, piemēram, “gāze būrī”. To sauc par ūdens klatrāta karkasu. Iedomājieties, ka vasarā jūs savā plaukstā noķērāt tauriņu, tauriņš ir gāze, jūsu plaukstas ir ūdens molekulas. Jo jūs aizsargājat tauriņu no ārējām ietekmēm, bet viņa saglabās savu skaistumu un individualitāti. Šādi gāze darbojas klatrāta sistēmā.

Atkarībā no veidošanās apstākļiem un hidrāta veidotāja stāvokļa hidrāti ārēji parādās kā skaidri izteikti dažādu formu caurspīdīgi kristāli vai kā amorfa blīvi saspiesta “sniega” masa.

Hidrāti rodas noteiktos termobariskos apstākļos - fāzes līdzsvarā. Pie atmosfēras spiediena dabasgāzes gāzhidrāti pastāv līdz 20-25 °C. Pateicoties tās struktūrai, gāzes hidrāta tilpuma vienībā var būt līdz 160-180 tilpumiem tīras gāzes. Metāna hidrāta blīvums ir aptuveni 900 kg/m³, kas ir mazāks par ūdens un ledus blīvumu. Ja tiek izjaukts fāžu līdzsvars: temperatūras paaugstināšanās un/vai spiediena pazemināšanās, hidrāts sadalās gāzē un ūdenī, absorbējot lielu siltuma daudzumu. Kristāliskiem hidrātiem ir augsts elektriskā pretestība, labi vada skaņu, ir praktiski necaurlaidīgas brīvām ūdens un gāzes molekulām, un tām ir zema siltumvadītspēja.

Attīstība

Gāzes hidrātiem ir grūti piekļūt, jo... Līdz šim ir noskaidrots, ka aptuveni 98% gāzhidrātu nogulumu ir koncentrēti okeāna šelfā un kontinentālajā nogāzē, vairāk nekā 200 - 700 m ūdens dziļumā un tikai 2% - kontinentu subpolārajās daļās. . Tāpēc problēmas gāzhidrātu komerciālās ražošanas attīstībā rodas jau to atradņu izstrādes stadijā.

Mūsdienās gāzhidrātu nogulumu noteikšanai ir vairākas metodes: seismiskā zondēšana, gravimetriskā metode, siltuma un difūzo plūsmu mērīšana virs atradnes, elektromagnētiskā lauka dinamikas izpēte pētāmajā reģionā u.c.

Seismiskajā zondēšanā izmanto divdimensiju (2-D) seismiskos datus, klātesot brīvai gāzei zem hidrātiem piesātināta veidojuma, nosaka ar hidrātiem piesātināto iežu zemāko stāvokli. Taču seismiskā izpēte nevar noteikt iegulu kvalitāti vai iežu hidrāta piesātinājuma pakāpi. Turklāt seismiskā izpēte nav piemērojama sarežģītā reljefā, bet no ekonomiskās puses tā ir visizdevīgākā, tomēr labāk to izmantot papildus citām metodēm.

Piemēram, nepilnības var aizpildīt, izmantojot elektromagnētisko izpēti papildus seismiskajai izpētei. Tas ļaus precīzāk raksturot iezi, pateicoties individuālajām pretestībām vietās, kur rodas gāzhidrāti. ASV Enerģētikas departaments plāno to veikt, sākot ar 2015. gadu. Melnās jūras lauku attīstībai tika izmantota seismoelektromagnētiskā metode.

Rentabli ir arī izstrādāt piesātinātu nogulsni, izmantojot kombinētu izstrādes metodi, kad hidrātu sadalīšanās procesu pavada spiediena pazemināšanās ar vienlaicīgu termisko efektu. Spiediena pazemināšana ietaupīs siltumenerģiju, kas iztērēta hidrātu disociācijai, un poru vides karsēšana novērsīs gāzhidrātu atkārtotu veidošanos veidojuma urbuma zonā.

Ražošana

Nākamais klupšanas akmens ir faktiskā hidrātu ieguve. Hidrāti rodas cietā veidā, kas rada grūtības. Tā kā gāzes hidrāts rodas noteiktos termobaros apstākļos, ja kāds no tiem tiek pārkāpts, tas sadalīsies gāzē un ūdenī, ir izstrādātas šādas hidrātu ekstrakcijas tehnoloģijas.

1. Spiediena samazināšana:

Kad hidrāts atstāj fāzes līdzsvaru, tas sadalīsies gāzē un ūdenī. Šī tehnoloģija ir slavena ar savu trivialitāti un ekonomisko iespējamību, turklāt uz tās pleciem gulstas japāņu pirmās produkcijas panākumi 2013. gadā. Bet ne viss ir tik rožaini: iegūtais ūdens zemā temperatūrā var aizsprostot iekārtas. Turklāt tehnoloģija ir patiešām efektīva, jo... Metāna izmēģinājuma ražošanas laikā Mallikas laukā 5,5 dienās tika saražoti 13 000 kubikmetru. m gāzes, kas daudzkārt pārsniedz ražošanu tajā pašā laukā, izmantojot apkures tehnoloģiju - 470 kubikmetri. m gāzes 5 dienās. (skatīt tabulu)

2. Apkure:

Atkal, jums ir jāsadala hidrāts gāzē un ūdenī, bet šoreiz izmantojot siltumu. Var veikt siltuma padevi Dažādi ceļi Kabīne: dzesēšanas šķidruma iesmidzināšana, cirkulācija karsts ūdens, tvaika apkure, elektriskā apkure. Es vēlētos pakavēties pie interesantās tehnoloģijas, ko izgudroja Dortmundes universitātes pētnieki. Projekts ietver cauruļvada ieguldīšanu gāzhidrāta nogulsnēm jūras gultnē. Tās īpatnība ir tāda, ka caurulei ir dubultsienas. Jūras ūdens, kas uzsildīts līdz 30-40˚C, tiek piegādāts laukā pa iekšējo cauruli. fāzes pāreja, un metāna gāzes burbuļi kopā ar ūdeni paceļas augšup pa ārējo cauruli. Tur metāns tiek atdalīts no ūdens, tiek nosūtīts uz tvertnēm vai maģistrālajā cauruļvadā, un siltais ūdens atgriežas gāzes hidrāta nogulsnēs. Taču šī ieguves metode prasa lielas izmaksas un pastāvīgu piegādātā siltuma daudzuma pieaugumu. Šajā gadījumā gāzes hidrāts sadalās lēnāk.

3. Inhibitora ieviešana:

Es arī izmantoju inhibitora injekciju, lai sadalītu hidrātu. Bergenas Universitātes Fizikas un tehnoloģiju institūtā oglekļa dioksīds tika uzskatīts par inhibitoru. Izmantojot šo tehnoloģiju, ir iespējams iegūt metānu, tieši neiegūstot pašus hidrātus. Šo metodi jau testē Japānas Nacionālā naftas, gāzes un metālu korporācija (JOGMEC) ar ASV Enerģētikas departamenta atbalstu. Bet šī tehnoloģija ir saistīta ar vides apdraudējumiem un prasa lielas izmaksas. Reakcija norit lēnāk.

Projekta nosaukums	datums	Iesaistītās valstis	Kompānijas	Tehnoloģija
Mallik, Kanāda		Japāna, ASV kanāls, Vācija, Indija	JOGMEC, BP, Chevron Texaco	Sildītājs (dzesēšanas šķidrums - ūdens)
Aļaskas ziemeļu nogāze, ASV		ASV, Japāna	Konoko Filipss, JOGMEC	Injekcija oglekļa dioksīds, inhibitora ieviešana
Aļaska, ASV			BP, Šlumbergers	Urbšana, lai pētītu gāzes hidrāta īpašības
Mallik, Kanāda		Japāna, Kanāda	JOGMEC kā daļa no privāta publiska konsorcija	Spiediena samazināšana
Uguns ledū (IgnikSikumi), Aļaska, ASV		ASV, Japāna, Norvēģija	Konoko Filipss, JOGMEC, Bergenas Universitāte (Norvēģija)	Oglekļa dioksīda injekcija
Kopīgs projekts (LocītavaRūpniecībaProjekts) Meksikas līcis, ASV			Chevron kā konsorcija vadītājs	Urbšana, lai pētītu gāzhidrātu ģeoloģiju
Netālu no Atsumi pussalas, Japāna			JOGMEC, JAPEX, Japāna Urbšana	Spiediena samazināšana

Avots - analītiskais centrs, kas balstīts uz atvērtā pirmkoda materiāliem

Tehnoloģijas

Vēl viens iemesls neattīstītai hidrātu komerciālai ražošanai ir tehnoloģiju trūkums to ienesīgai ieguvei, kas izraisa lielus kapitālieguldījumus. Atkarībā no tehnoloģijas ir dažādi šķēršļi: speciāla aprīkojuma izmantošana ieviešanai ķīmiskie elementi un/vai lokālā apkure, lai izvairītos no gāzes hidrātu atkārtotas veidošanās un aku aizsprostošanās; tehnoloģiju pielietošana, kas novērš smilšu ieguvi.

Piemēram, 2008. gadā Mallika lauka provizoriskās aplēses Kanādas Arktikā norādīja, ka izstrādes izmaksas bija no 195 līdz 230 USD par tūkst. kubs m gāzhidrātiem, kas atrodas virs brīvās gāzes, un robežās no 250-365 dolāriem/tūkst. kubs m gāzes hidrātiem, kas atrodas virs brīvā ūdens.

Lai atrisinātu šo problēmu, ir nepieciešams popularizēt hidrātu komerciālo ražošanu zinātniskā personāla vidū. Organizēt vairāk zinātnisku konferenču un konkursu, lai uzlabotu veco vai radītu jaunu aprīkojumu, kas varētu nodrošināt zemākas izmaksas.

Vides apdraudējums

Turklāt gāzhidrātu lauku attīstība neizbēgami novedīs pie atmosfērā izplūstošās dabasgāzes apjoma palielināšanās un līdz ar to arī siltumnīcas efekta pastiprināšanās. Metāns ir spēcīga siltumnīcefekta gāze, un, neskatoties uz to, ka tā kalpošanas laiks atmosfērā ir īsāks nekā CO₂, sasilšana, ko izraisa liela metāna daudzuma izplūde atmosfērā, būs desmitiem reižu ātrāka nekā oglekļa dioksīda izraisītā sasilšana. Turklāt, ja globālā sasilšana, siltumnīcas efekts vai citi iemesli izraisa vismaz vienas gāzes hidrāta atradnes sabrukumu, tas izraisīs milzīgu metāna izdalīšanos atmosfērā. Un kā lavīna no viena notikuma uz otru novedīs pie globālām klimata pārmaiņām uz Zemes, un šo izmaiņu sekas nevar pat aptuveni paredzēt.

Lai no tā izvairītos, ir nepieciešama datu integrācija sarežģītas analīzes izpēte, iespējamās atradņu uzvedības prognozēšana.

Detonācija

Vēl viena neatrisināta kalnraču problēma ir ļoti nepatīkamā gāzes hidrātu īpašība “detonēt” ar mazākajiem triecieniem. Šajā gadījumā kristāli ātri pārvēršas gāzveida stāvoklī un iegūst vairākas desmitiem reižu lielāku tilpumu nekā sākotnējais. Tāpēc japāņu ģeologu ziņojumos ļoti rūpīgi tiek runāts par metāna hidrātu attīstības perspektīvām - galu galā Deepwater Horizon urbšanas platformas katastrofa, pēc vairāku zinātnieku, tostarp UC Berkeley profesora Roberta Bī domām, bija sprādziena rezultāts. milzīgs metāna burbulis, kas veidojās no dibena hidrāta nogulsnēm, kuras izjauca urbēji.

Naftas un gāzes ieguve

Gāzes hidrāti tiek aplūkoti ne tikai no energoresursu puses, tie biežāk sastopami naftas ieguves laikā. Atkal pievēršamies platformas Deepwater Horizon bojāejai Meksikas līcī. Tad, lai kontrolētu izplūstošo naftu, tika uzbūvēta speciāla kaste, kuru plānoja novietot virs avārijas akas galviņas. Bet eļļa izrādījās ļoti gāzēta, un metāns sāka veidot veselas gāzhidrātu ledus nogulsnes uz kastes sienām. Tie ir par aptuveni 10% vieglāki par ūdeni, un, kad gāzes hidrātu daudzums kļuva pietiekami liels, tie vienkārši sāka celt kasti, ko kopumā jau iepriekš prognozēja eksperti.

Tāda pati problēma radās tradicionālās gāzes ražošanā. Papildus “dabiskajiem” gāzes hidrātiem gāzes hidrātu veidošanās ir liela problēma gāzes cauruļvados, kas atrodas mērenā un aukstā klimatā, jo gāzes hidrāti var aizsprostot gāzes vadu un samazināt tā caurlaidspēju. Lai tas nenotiktu, nē liels skaits inhibitoru vai vienkārši izmantojiet sildīšanu.

Šīs problēmas tiek atrisinātas tāpat kā ražošanas laikā: pazeminot spiedienu, karsējot, ieviešot inhibitoru.

Secinājums

Šajā rakstā tika apskatīti šķēršļi gāzes hidrātu komerciālai ražošanai. Tie rodas jau gāzes atradņu attīstības stadijā, tieši pašā ražošanas laikā. Turklāt gāzes hidrāti pašlaik ir problēma naftas un gāzes ražošanā. Mūsdienās iespaidīgās gāzes hidrātu rezerves un ekonomiskā rentabilitāte prasa informācijas uzkrāšanu un precizēšanu. Eksperti joprojām meklē optimālus risinājumus gāzhidrātu lauku attīstībai. Taču, attīstoties tehnoloģijām, noguldījumu izstrādes izmaksām vajadzētu samazināties.

Bibliogrāfija:

1. Vasiļjevs A., Dimitrovs L. Gāzu hidrātu telpiskā sadalījuma un rezervju novērtējums Melnajā jūrā // Ģeoloģija un ģeofizika. 2002. Nr.7. 43. versija.
2. Dyadin Yu A., Gushchin A.L. Gāzu hidrāti. // Sorosa izglītības žurnāls, Nr.3, 1998, lpp. 55–64
3. Makogon Yu.F. Dabasgāzes hidrāti: sadale, veidošanās modeļi, resursi. – 70 s.
4. Trofimuk A. A., Makogon Yu. /32-komanda-vympelnefti
5. Ķīmija un dzīve, 2006, 6. nr., 8. lpp.
6. Diena, kad zeme gandrīz nomira – 5. 12. 2002 [elektroniskais resurss] http://www.bbc.co.uk/science/horizon/2002/dayearthdied.shtml

Atsauksmes:

1.12.2015, 12:12 Mordaševs Vladimirs Mihailovičs
Pārskats: Raksts ir veltīts plašam problēmu lokam, kas saistīts ar steidzamu uzdevumu izstrādāt gāzes hidrātus - daudzsološu enerģijas avotu. Lai atrisinātu šīs problēmas, cita starpā būs nepieciešama neviendabīgu zinātnisko un tehnoloģisko pētījumu datu analīze un sintēze, kas bieži vien ir nesakārtota un haotiska. Tāpēc recenzents iesaka turpmākajā darbā autoriem pievērst uzmanību rakstam “Empirisms for Chaos”, mājaslapa, Nr.24, 2015, 1. lpp. 124-128. Raksts “Gāzhidrāta attīstības problēmas” neapšaubāmi interesē plašu speciālistu loku un ir jāpublicē.

18.12.2015 2:02 Atbildēt uz autores apskatu Poļina Robertovna Kurikova:
Esmu izlasījis rakstu un izmantošu šos ieteikumus, tālāk attīstot tēmu un risinot apskatītās problēmas. Paldies.

Aleksejs Ščebetovs, Krievijas Valsts naftas un gāzes universitāte. I.M.Gubkins Aleksejs Ščebetovs, Krievijas Valsts naftas un gāzes universitāte, kas nosaukta vārdā. I.M. Gubkina Gāzes hidrāta laukiem ir vislielākais potenciāls salīdzinājumā ar citiem netradicionāliem gāzes avotiem. Mūsdienās no hidrātiem ražotās gāzes izmaksas nav salīdzināmas ar to pašu rādītāju gāzes ražošanai no tradicionālajiem gāzes atradnēm.

Aleksejs Ščebetovs, Krievijas Valsts naftas un gāzes universitāte. I.M.Gubkina

Aleksejs Ščebetovs, Krievijas Valsts naftas un gāzes universitāte. I.M.Gubkina

Gāzes hidrātu laukiem ir vislielākais potenciāls salīdzinājumā ar citiem netradicionāliem gāzes avotiem. Mūsdienās no hidrātiem ražotās gāzes izmaksas nav salīdzināmas ar to pašu rādītāju gāzes ražošanai no tradicionālajiem gāzes atradnēm. Tomēr ir diezgan pamatoti uzskatīt, ka tuvākajā nākotnē gāzes ieguves tehnoloģiju progress spēs nodrošināt gāzes hidrātu atradņu attīstības ekonomisko iespējamību. Balstoties uz tipisku gāzes hidrātu nogulumu rašanās ģeoloģisko apstākļu analīzi un skaitliskās modelēšanas rezultātiem, autore izvērtēja gāzes ieguves no hidrātiem perspektīvas.

Gāzu hidrāti ir cieti gāzes un ūdens molekulu savienojumi, kas pastāv noteiktā spiedienā un temperatūrā. Viens kubikmetrs dabīgā hidrāta satur līdz 180 m3 gāzes un 0,78 m3 ūdens. Ja iepriekš hidrāti tika pētīti no tehnoloģisko sarežģījumu viedokļa dabasgāzes ražošanā un transportēšanā, tad kopš dabasgāzes hidrātu atradņu atklāšanas tos sāka uzskatīt par perspektīvāko enerģijas avotu. Pašlaik ir zināmi vairāk nekā divi simti gāzhidrātu atradņu, Lielākā daļa kas atrodas jūras gultnē. Saskaņā ar jaunākajām aplēsēm dabasgāzes hidrātu atradnēs ir koncentrēti 10-1000 triljoni m3 metāna, kas ir salīdzināms ar tradicionālajām gāzes rezervēm. Tāpēc daudzu valstu (īpaši gāzes importētājvalstu: ASV, Japānas, Ķīnas, Taivānas) vēlme attīstīt šo resursu ir visai saprotama. Bet, neskatoties uz nesenajiem panākumiem izpētes urbšanā un eksperimentālajiem hidrātu pētījumiem porainā vidē, jautājums par ekonomiski dzīvotspējīgu metodi gāzes iegūšanai no hidrātiem joprojām ir atklāts un prasa turpmāku izpēti.

Gāzes hidrātu lauki

Pati pirmā pieminēšana par lielu gāzhidrātu uzkrāšanos ir saistīta ar Messoyakha lauku, kas tika atklāts 1972. gadā Rietumsibīrijā. Šīs jomas attīstības analīzē ir iesaistīti daudzi pētnieki, publicēti vairāk nekā simts. zinātniskie raksti. Saskaņā ar darbu dabisko hidrātu esamība tiek pieņemta Messoyakha lauka produktīvās daļas augšējā daļā. Tomēr jāatzīmē, ka tiešie atradnes hidrātu potenciāla pētījumi (paraugu ņemšana kodolā) nav veikti, un pazīmes, pēc kurām tiek identificēti hidrāti, pēc būtības ir netiešas un pieļauj dažādas interpretācijas.

Tāpēc līdz šim nav vienprātības par Messoyakha lauka hidrātu potenciālu.

Šajā ziņā ilustratīvākais piemērs ir citas it kā hidrātus nesošas teritorijas – Aļaskas (ASV) ziemeļu nogāzes – piemērs. Ilgu laiku tika uzskatīts, ka apgabalā ir ievērojamas gāzes rezerves hidratētā stāvoklī. Tādējādi tika apgalvots, ka Prudhoe Bay un Kiparuk upes naftas atradņu apgabalā ir seši ar hidrātiem piesātināti veidojumi ar rezervēm 1,0–1,2 triljonu m3. Hidrātu potenciāla pieņēmums tika balstīts uz urbumu pārbaudes rezultātiem iespējamajā hidrātu rašanās intervālā (šie intervāli bija raksturīgi ārkārtīgi zemiem gāzes plūsmas ātrumiem) un ģeofizikālo materiālu interpretāciju.

Lai izpētītu hidrātu sastopamības apstākļus Aļaskā un novērtētu to resursus, uzņēmums Anadarko 2002. gada beigās kopā ar ASV Enerģētikas departamentu organizēja Karstā ledus Nr. 1 izpētes urbuma (HOT ICE) urbšanu. #1). 2004. gada sākumā urbums tika pabeigts projektētajā dziļumā 792 m. Tomēr, neskatoties uz vairākām netiešām hidrātu klātbūtnes pazīmēm (ģeofiziskie pētījumi un seismiskie dati), kā arī labvēlīgie termobariskie apstākļi, hidrāti netika atrasti. atgūtajos serdeņos. Tas vēlreiz apstiprina tēzi, ka vienīgais uzticamais veids, kā noteikt hidrātu nogulsnes, ir pētnieciskā urbšana ar serdeņu paraugu ņemšanu.

Šobrīd ir apstiprināts hidrātu saturs tikai divās dabisko hidrātu atradnēs, kas rada vislielāko interesi no rūpnieciskās attīstības viedokļa: Mallick - Makenzie upes deltā Kanādas ziemeļrietumos un Nankai - kalnu plauktā. Japāna.

Mallika lauks

Dabisko hidrātu esamību apstiprināja pētnieciskā urbuma urbšana 1998. gadā un trīs urbumi 2002. gadā. Šajā laukā veiksmīgi tika veikti lauka eksperimenti par gāzes ražošanu no hidrātiem piesātinātiem intervāliem. Ir pamats uzskatīt, ka tā ir raksturīgais tips kontinentālo hidrātu atradnes, kas tiks atklātas nākotnē.

Pamatojoties uz ģeofizikālo izpēti un kodolmateriāla izpēti, tika identificēti trīs hidrātus saturoši veidojumi (A, B, C) ar kopējo biezumu 130 m diapazonā no 890-1108 m. Mūžīgā sasaluma zonas biezums ir aptuveni 610 m m, un hidrāta stabilitātes zona (HSZ) (t.i. . intervāls, kur termobariskie apstākļi atbilst hidrāta stabilitātes nosacījumiem) stiepjas no 225 līdz 1100 m. Hidrāta stabilitātes zonu nosaka veidošanās gāzes līdzsvara līknes krustošanās punkti hidrāts un sekcijas temperatūras izmaiņu līkne (sk. 1. att.). Augšējais krustojuma punkts ir SSG augšējā robeža, un apakšējais punkts attiecīgi ir SSG apakšējā robeža. Līdzsvara temperatūra, kas atbilst hidrāta stabilitātes zonas apakšējai robežai, ir 12,2°C.

A slānis atrodas diapazonā no 892 līdz 930 m, kur atsevišķi izšķir hidrātiem piesātinātu smilšakmens slāni (907-930 m). Saskaņā ar ģeofiziku, hidrātu piesātinājums svārstās no 50 līdz 85%, pārējo poru telpu aizņem ūdens. Porainība ir 32-38%. A veidojuma augšējo daļu veido smilšainas dūņas un plānas smilšakmens starpslānes ar 40-75% hidrāta piesātinājumu. Virsmai pacelto serdeņu vizuālā pārbaude atklāja, ka hidrāts galvenokārt aizņem starpgranulāro poru telpu. Šis intervāls ir aukstākais: starpība starp hidrāta veidošanās līdzsvara temperatūru un rezervuāra temperatūru pārsniedz 4°C.

Hidrātu veidojums B (942-992 m) sastāv no vairākiem 5-10 m bieziem smilšainiem slāņiem, kurus atdala plāni (0,5-1 m) bezhidrātu māli. Hidrātu piesātinājums svārstās no 40 līdz 80%. Porainība svārstās no 30 līdz 40%. Porainības un hidrātu piesātinājuma plašās izmaiņas ir izskaidrojamas ar veidojuma slāņaino struktūru. Hidrāta slāni B klāj 10 m biezs ūdens nesējslānis.

Slānis C (1070-1107 m) sastāv no diviem slāņiem ar hidrāta piesātinājumu diapazonā no 80-90% un atrodas apstākļos, kas ir tuvu līdzsvaram. C veidojuma bāze sakrīt ar hidrāta stabilitātes zonas apakšējo robežu. Intervāla porainība ir 30-40%.

Zem hidrāta stabilitātes zonas atrodas gāzes-ūdens pārejas zona 1,4 m biezumā. Pēc pārejas zonas atrodas ūdens nesējslānis 15 m biezumā.

Balstoties uz laboratorijas pētījumu rezultātiem, tika konstatēts, ka hidrāts sastāv no metāna (98% vai vairāk). Kodolmateriāla izpēte parādīja, ka porainajai videi, ja nav hidrātu, ir augsta caurlaidība (no 100 līdz 1000 mD), un, piesātinot ar hidrātiem par 80%, iežu caurlaidība samazinās līdz 0,01-0,1 mD.

Gāzes rezervju blīvums hidrātos pie izurbtajām izpētes urbumiem bija 4,15 miljardi m3 uz 1 km2, un krājumi laukā kopumā bija 110 miljardi m3.

Nankai lauks

Jau vairākus gadus Japānas plauktā norisinās aktīvs izpētes darbs. Pirmie seši urbumi, kas tika izurbti no 1999. līdz 2000. gadam, pierādīja trīs hidrātu slāņu klātbūtni ar kopējo biezumu 16 m intervālā 1135-1213 m no jūras virsmas (290 m zem jūras dibena). Iežus galvenokārt pārstāv smilšakmeņi ar porainību 36% un hidrātu piesātinājumu aptuveni 80%.

2004. gadā jau tika izurbti 32 urbumi jūras dziļumā no 720 līdz 2033 m. Atsevišķi jāatzīmē vertikālo un horizontālo (ar horizontālo urbuma garumu 100 m) urbumu veiksmīga pabeigšana 991 m jūras dziļumā vāji stabilos hidrātu veidojumos. Nākamais Nankai lauka attīstības posms būs eksperimentāla gāzes ieguve no šīm urbumiem 2007. gadā. Nankai lauka rūpniecisko attīstību plānots uzsākt 2017. gadā.

Kopējais hidrātu apjoms ir līdzvērtīgs 756 miljoniem m3 gāzes uz 1 km2 platības urbto izpētes urbumu zonā. Kopumā Japānas jūras šelfā gāzes rezerves hidrātos var svārstīties no 4 triljoniem līdz 20 triljoniem m3.

Hidrātu atradnes Krievijā

Galvenie gāzes hidrātu meklēšanas virzieni Krievijā tagad ir koncentrēti Okhotskas jūrā un Baikāla ezerā. Tomēr lielākās izredzes atklāt hidrātu atradnes ar komerciālām rezervēm ir saistītas ar Austrumu Mesoyakha lauku Rietumsibīrijā. Balstoties uz ģeoloģiskās un ģeofizikālās informācijas analīzi, tika pieņemts, ka Gazsalas loceklis atrodas hidrātu veidošanās apstākļos labvēlīgos apstākļos. Konkrēti, gāzes hidrāta stabilitātes zonas apakšējā robeža atrodas aptuveni 715 m dziļumā, t.i. augšējā daļa Gazsalas loceklis (atsevišķos rajonos arī viss loceklis) atrodas gāzhidrātu pastāvēšanai labvēlīgos termobariskos apstākļos. Aku testēšana nedeva rezultātus, lai gan pēc mežizstrādes šis intervāls tiek raksturots kā produktīvs, kas skaidrojams ar iežu caurlaidības samazināšanos gāzhidrātu klātbūtnes dēļ. Par iespējamo hidrātu esamību liecina arī tas, ka Gazsala biedrs ir produktīvs citos tuvējos laukos. Tāpēc, kā minēts iepriekš, ir jāizurbj izpētes urbums ar serdeņu paraugu ņemšanu. Kad pozitīvi rezultāti tiks atklāts gāzhidrāta rezervuārs ar ~500 miljardu m3 rezervēm.

Iespējamo gāzhidrātu nogulumu izveides tehnoloģiju analīze

Gāzhidrātu nogulumu izveides tehnoloģijas izvēle ir atkarīga no konkrētajiem ģeoloģiskajiem un fiziskajiem apstākļiem. Pašlaik tiek apsvērtas tikai trīs galvenās metodes, kā izraisīt gāzu pieplūdumu no hidrāta rezervuāra: spiediena samazināšana zem līdzsvara spiediena, hidrātus saturošu iežu karsēšana virs līdzsvara temperatūras un to kombinācija (sk. 2. att.). Zināmā metode hidrātu sadalīšanai, izmantojot inhibitorus, visticamāk, nebūs pieņemama inhibitoru augsto izmaksu dēļ. Citas ierosinātās ietekmes metodes, jo īpaši elektromagnētiskā, akustiskā un oglekļa dioksīda ievadīšana rezervuārā, līdz šim ir eksperimentāli slikti pētītas.

Apskatīsim gāzes ieguves perspektīvas no hidrātiem, izmantojot piemēru par gāzes pieplūdumu vertikālā akā, kas pilnībā atklāja ar hidrātu piesātinātu veidojumu. Tad vienādojumu sistēmai, kas apraksta hidrāta sadalīšanos porainā vidē, būs šāda forma:

a) gāzes un ūdens masas nezūdamības likums:

kur P ir spiediens, T ir temperatūra, S ir ūdens piesātinājums, v ir hidrāta piesātinājums, z ir supersaspiežamības koeficients; r - radiālā koordināta; t - laiks; m - porainība, g, w, h - attiecīgi gāzes, ūdens un hidrāta blīvumi; k(v) - porainas vides caurlaidība hidrātu klātbūtnē; fg(S), fw(S) - relatīvās fāzes caurlaidības funkcijas gāzei un ūdenim; g, w - gāzes un ūdens viskozitāte; - gāzes masas saturs hidrātā;

b) enerģijas saglabāšanas vienādojums:

kur Ce ir iežu un galveno šķidrumu siltumietilpība; cg, cw - attiecīgi gāzes un ūdens siltumietilpība; H ir hidrāta fāzes pārejas siltums; - diferenciālais adiabātiskais koeficients; - droseles koeficients (Džoule-Tomsona koeficients); e ir iežu un galveno šķidrumu siltumvadītspējas koeficients.

Katrā veidošanās punktā ir jāievēro termodinamiskā līdzsvara nosacījums:

Т = A ln P + B, (3)

kur A un B ir empīriski koeficienti.

Iežu caurlaidības atkarība no hidrāta piesātinājuma parasti tiek attēlota kā spēka likums:

k (v) = k0 (1 - v)N, (4)

kur k0 ir porainas vides absolūtā caurlaidība bez hidrātiem; N ir konstante, kas raksturo caurlaidības pasliktināšanās pakāpi, palielinoties hidrāta piesātinājumam.

Sākotnējā laika momentā viendabīgam vienības biezuma veidojumam ir spiediens P0, temperatūra T0 un piesātinājums ar hidrātiem v0. Spiediena samazināšanas metode tika modelēta, iestatot nemainīgu plūsmas ātrumu pie akas, un termiskā metode tika modelēta ar nemainīgas jaudas siltuma avotu. Attiecīgi ar kombinēto metodi tika noteikts konstants gāzes plūsmas ātrums un siltuma avota jauda, ​​kas nepieciešama hidrātu ilgtspējīgai sadalīšanai.

Modelējot gāzes ražošanu no hidrātiem, izmantojot aplūkotās metodes, tika ņemti vērā šādi ierobežojumi. Pie sākotnējās rezervuāra temperatūras 10°C un 5,74 MPa spiediena Džoula-Tomsona koeficients ir 3-4 grādi uz 1 MPa depresijas. Tādējādi ar 3-4 MPa depresiju apakšējā cauruma temperatūra var sasniegt ūdens sasalšanas temperatūru. Kā zināms, ūdens sasalšana klintī ne tikai samazina dibena zonas caurlaidību, bet arī noved pie katastrofālākām sekām - apvalka kolonnu sabrukšanas, rezervuāra iznīcināšanas utt. Tāpēc spiediena samazināšanas metodei tika pieņemts, ka 100 dienu laikā pēc urbuma darbības apakšējās atveres temperatūra nedrīkst pazemināties zem 0°C. Termiskās metodes ierobežojums ir temperatūras paaugstināšanās uz akas sienas un paša sildītāja. Tāpēc aprēķinos tika pieņemts, ka 100 urbuma ekspluatācijas dienu laikā grunts urbuma temperatūra nedrīkst pārsniegt 110°C. Modelējot kombinēto metodi, tika ņemti vērā abi ierobežojumi.

Metožu efektivitāte tika salīdzināta ar vertikālās akas maksimālo plūsmas ātrumu, kas pilnībā iekļuva vienības biezuma gāzes hidrāta rezervuārā, ņemot vērā iepriekš minētos ierobežojumus. Termiskajām un kombinētajām metodēm enerģijas izmaksas tika ņemtas vērā, no plūsmas ātruma atņemot gāzes daudzumu, kas nepieciešams, lai iegūtu nepieciešamais siltums(pieņemot, ka siltums rodas, sadedzinot daļu saražotā metāna):

Q* = Q - E/q, (5)

kur Q ir gāzes plūsmas ātrums apakšā, m3/dienā; E - sejai piegādātā siltumenerģija, J/dienā; q ir metāna sadegšanas siltums (33.28.106), J/m3.

Aprēķini veikti ar šādiem parametriem: P0 = 5,74 MPa; T0 = ​​283 K; S = 0,20; m = 0,35; h = 910 kg/m3, w = 1000 kg/m3; k0 = 0,1 µm2; N = 1 (koeficients formulā (4)); g = 0,014 mPa.s; w = 1 mPa.s; = 0,134; A = 7,28 K; B = 169,7 K; Ce = 1,48,106 J/(m3,K); cg = 2600 J/(kg.K), cw = 4200 J/(kg.K); H = 0,5 MJ/kg; e = 1,71 W/(m.K). Aprēķinu rezultāti ir apkopoti tabulā. 1.

Šo aprēķinu rezultātu analīze parāda, ka spiediena samazināšanas metode ir piemērota hidrātu veidojumiem, kur hidrātu piesātinājums ir zems un gāze vai ūdens nav zaudējuši savu mobilitāti. Protams, palielinoties hidrāta piesātinājumam (un līdz ar to caurlaidības samazināšanās saskaņā ar (4) vienādojumu), šīs metodes efektivitāte strauji samazinās. Tādējādi, ja poru piesātinājums ar hidrātiem ir lielāks par 80%, ir gandrīz neiespējami iegūt hidrātu pieplūdumu, samazinot apakšējā cauruma spiedienu.

Vēl viens spiediena samazināšanas metodes trūkums ir saistīts ar tehnogēnu hidrātu veidošanos apakšējā cauruma zonā Džoula-Tomsona efekta dēļ. Attēlā 3. attēlā parādīts ūdens un hidrāta piesātinājuma sadalījums, kas iegūts, risinot gāzes pieplūdes problēmu vertikālā akā, kas atvēra gāzes hidrāta veidojumu. Šis attēls skaidri parāda nelielas hidrātu sadalīšanās zonu (I), sekundārā hidrāta veidošanās zonu (II) un tikai gāzu filtrēšanas zonu (III), jo šajā zonā viss brīvais ūdens ir pārgājis hidrātā.

Tādējādi hidrātu nogulšņu veidošanās, samazinot spiedienu, ir iespējama, tikai ievadot inhibitorus apakšējā cauruma zonā, kas ievērojami palielinās saražotās gāzes izmaksas.

Termiskā metode gāzhidrātu lauku attīstīšanai ir piemērota veidojumiem ar augstu hidrātu saturu porās. Tomēr, kā liecina aprēķinu rezultāti, termiskais efekts caur urbuma dibenu ir neefektīvs. Tas ir saistīts ar faktu, ka hidrātu sadalīšanās procesu pavada siltuma absorbcija ar augstu īpatnējo entalpiju 0,5 MJ/kg (piemēram: ledus saplūšanas siltums ir 0,34 MJ/kg). Sadalīšanās frontei attālinoties no akas dibena, arvien vairāk enerģijas tiek tērēts saimniekiežu un veidojuma jumta sildīšanai, tāpēc termiskās ietekmes zonu uz hidrātiem caur akas dibenu aprēķina pirmajā. metri. Attēlā 4. attēlā parādīta ar hidrātiem pilnībā piesātināta veidojuma atkausēšanas dinamika. No šī skaitļa var redzēt, ka 100 dienu laikā pēc nepārtrauktas karsēšanas hidrātu sadalīšanās notiks tikai 3,5 metru rādiusā no akas sienas.

Visdaudzsološākā metode ir kombinētā metode, kas sastāv no vienlaicīgas spiediena samazināšanas un siltuma padeves akā. Turklāt galvenā hidrāta sadalīšanās notiek spiediena pazemināšanās dēļ, un apakšā piegādātais siltums ļauj samazināt sekundārā hidrāta veidošanās zonu, kas pozitīvi ietekmē ražošanas ātrumu. Kombinētās metodes (kā arī termiskās metodes) trūkums ir lielais saražotā ūdens daudzums (skat. 1. tabulu).

Secinājums

Tādējādi, ņemot vērā pašreizējo naftas un gāzes tehnoloģiju līmeni, ir grūti sagaidīt, ka no hidrātiem ražotās gāzes izmaksas būs salīdzināmas ar tradicionālo gāzes atradņu cenām. Tas ir saistīts lielas problēmas un grūtības, ar kurām saskaras izstrādātāji un pētnieki. Taču gāzes hidrātus jau var salīdzināt ar citu netradicionālu gāzes avotu – ogļu slāņa metānu. Pirms divdesmit gadiem tika uzskatīts, ka metāna ieguve no ogļu baseiniem ir tehniski sarežģīta un neizdevīga. Tagad ASV vien no vairāk nekā 10 tūkstošiem urbumu gadā tiek saražoti aptuveni 45 miljardi m3, kas panākts, attīstot naftas un gāzes zinātni un radot jaunākās tehnoloģijas gāzes ražošana. Pēc analoģijas ar ogļu slāņa metānu varam secināt (skat. 2. tabulu), ka gāzes ražošana no hidrātiem var izrādīties diezgan izdevīga un tiks uzsākta tuvākajā nākotnē.

Literatūra

1. Lerče Īans. Pasaules gāzes hidrāta resursu aplēses. Papīrs OTC 13036, prezentēts 2001. gada Offshore Technology konferencē Hjūstonā, Teksasā, 2001. gada 30. aprīlis - 3. maijs.

2. Makogon, Y.F., Holditch, S.A., Makogon T.Y. Krievijas lauks ilustrē gāzhidrātu ražošanu. Oil&Gas Journal, 7. februāris, 2005, sēj. 103.5, lpp. 43-47.

3. Ginsburg G.D., Novožilovs A.A. Par hidrātiem Mesoyakha lauka dzīlēs.// “Gāzes rūpniecība”, 1997, Nr.2.

4. Kolets, T.S. Dabasgāzes hidrāti Prudhoe Bay un Kuparuk upes apgabalā, North Slope, Aļaska: AAPG Bull., Vol. 77, Nr. 5, 1993, lpp. 793-812.

5. Ali G. Kadaster, Keith K. Millheim, Tommy W. Thompson. Karstā ledus Nr. 1 plānošana un urbšana — gāzes hidrātu izpētes akas Aļaskas Arktikā. Papīrs SPE/IADC 92764 tika prezentēts SPE/IADC urbšanas konferencē, kas notika Amsterdamā, Nīderlandē, 2005. gada 23.–25. februārī.

6. Dallimore, S., Collett, T., Uchida, T. Zinātniskie rezultāti no JAPEX/JNOC/GSC Mallik 2L-38 Gas Hydrate Research Well, Mackenzie Delta, Northwest Territories, Kanāda. Kanādas ģeoloģijas dienests, Biļetens 544, 1999, lpp. 403.

7. Takahashi, H., Yonezawa, T., Takedomi, Y. Exploration for Natural Hydrate in Nankai-Trough Wells Offshore Japānā. Referāts tika prezentēts 2001. gada Offshore Technology konferencē Hjūstonā, Teksasā, 2001. gada 30. aprīlī–3. maijā. OTC 13040.

8. Takahashi, H., Tsuji, Y. Japāna pēta Nankai siles hidrātus. Oil&Gas Journal, 5. septembris, 2005, sēj. 103.33, lpp. 48-53.

9. Takahashi, H., Tsuji, Y. Japāna urbj, baļķo gāzes hidrāta akas Nankai sile. Oil&Gas Journal, 2005. gada 12. septembris, sēj. 103.34, lpp. 37-42,

10. Solovjevs V.A. Pasaules okeāna zemes dzīļu gāzhidrātu saturs // “Gāzes industrija”, 2001, Nr.12.

11. Agalakovs S.E. Gāzes hidrāti Turonijas atradnēs Rietumsibīrijas ziemeļos // “Naftas un gāzes ģeoloģija”, 1997, Nr.3.

Tikai pirms dažiem gadiem teorija par "ogļūdeņražu samazināšanos" bija populāra ekonomistu, tas ir, cilvēku, kas ir tālu no tehnoloģijām, vidū. Daudzās publikācijās, kas veido globālās finanšu elites krāsu, tika apspriests: kāda būs pasaule, ja, piemēram, planētai drīz beigsies nafta? Un kādas būs cenas tam, kad “izsīkuma” process ieies, tā teikt, aktīvajā fāzē?

Taču “slānekļa revolūcija”, kas šobrīd notiek burtiski mūsu acu priekšā, šo tēmu ir atstājusi vismaz otrajā plānā. Ikvienam kļuva skaidrs, ko iepriekš bija teikuši tikai daži eksperti: uz planētas joprojām ir pietiekami daudz ogļūdeņražu. Acīmredzot ir pāragri runāt par viņu fizisko izsīkumu.

Patiesais jautājums ir jaunu ražošanas tehnoloģiju izstrāde, kas ļauj iegūt ogļūdeņražus no avotiem, kas iepriekš tika uzskatīti par nepieejamiem, kā arī ar to palīdzību iegūto resursu izmaksas. Var dabūt gandrīz jebko, tikai būs dārgāk.

Tas viss liek cilvēcei meklēt jaunus "netradicionālus tradicionālās degvielas avotus". Viena no tām ir iepriekš minētā slānekļa gāze. GAZTechnology ne reizi vien ir rakstījis par dažādiem ar tās ražošanu saistītiem aspektiem.

Tomēr ir arī citi šādi avoti. Starp tiem ir mūsu šodienas materiāla – gāzhidrātu – “varoņi”.

Kas tas ir? Vispārīgākajā nozīmē gāzhidrāti ir kristāliski savienojumi, kas veidojas no gāzes un ūdens noteiktā temperatūrā (diezgan zemā) un spiedienā (diezgan augstā).

Piezīme: to veidošanā var piedalīties dažādas ķīmiskas vielas. Mēs ne vienmēr runājam par ogļūdeņražiem. Pirmie gāzhidrāti, ko zinātnieki novēroja, sastāvēja no hlora un sēra dioksīda. Tas, starp citu, notika 18. gadsimta beigās.

Tomēr, tā kā mēs esam ieinteresēti praktiskie aspekti saistībā ar dabasgāzes ražošanu, mēs šeit galvenokārt runāsim par ogļūdeņražiem. Turklāt reālos apstākļos starp visiem hidrātiem dominē metāna hidrāti.

Saskaņā ar teorētiskajām aplēsēm šādu kristālu rezerves ir burtiski pārsteidzošas. Pēc konservatīvākajām aplēsēm runa ir par 180 triljoniem kubikmetri. Optimistiskākas aplēses sniedz skaitli, kas ir 40 tūkstošus reižu lielāks. Ņemot vērā šādus rādītājus, jūs piekritīsit, ka ir kaut kā neērti runāt par ogļūdeņražu izsīkumu uz Zemes.

Jāsaka, ka hipotēzi par milzīgu gāzhidrātu nogulumu klātbūtni Sibīrijas mūžīgajā sasalumā padomju zinātnieki izvirzīja pagājušā gadsimta briesmīgajos 40. gados. Pāris gadu desmitus vēlāk tas atrada savu apstiprinājumu. Un 60. gadu beigās pat sākās viena no atradnēm attīstība.

Pēc tam zinātnieki aprēķināja: zona, kurā metāna hidrāti spēj palikt stabilā stāvoklī, aptver 90 procentus no visas Zemes jūras un okeāna dibena un plus 20 procentus no zemes. Izrādās, ka runa ir par potenciāli plaši izplatītu derīgo izrakteņu resursu.

Ideja par “cietās gāzes” ieguvi patiešām izskatās pievilcīga. Turklāt hidrāta tilpuma vienība satur apmēram 170 tilpumus pašas gāzes. Tas ir, šķiet, ka pietiek iegūt tikai dažus kristālus, lai iegūtu lielu ogļūdeņražu daudzumu. No fiziskā viedokļa tie ir cietā stāvoklī un attēlo kaut ko līdzīgu irdenam sniegu vai ledu.

Tomēr problēma ir tā, ka gāzes hidrāti parasti atrodas ļoti grūti sasniedzamās vietās. “Iekšējā sasaluma atradnes satur tikai nelielu daļu no gāzes resursiem, kas saistīti ar dabasgāzes hidrātiem. Lielākā daļa resursu ir ierobežota gāzes hidrāta stabilitātes zonā - tajā dziļuma intervālā (parasti pirmie simti metru), kurā rodas termodinamiskie apstākļi hidrātu veidošanās procesam. Rietumsibīrijas ziemeļos tas ir 250-800 m dziļuma intervāls, jūrās - no grunts virsmas līdz 300-400 m, īpaši dziļūdens apgabalos šelfā un kontinentālajā nogāzē līdz 500-600 m zemāk. apakša. Tieši šajos intervālos tika atklāta lielākā daļa dabasgāzes hidrātu,” ziņo Wikipedia. Tādējādi mēs, kā likums, runājam par darbu ekstremālos dziļūdens apstākļos, zem augsta spiediena.

Gāzu hidrātu ekstrakcija var radīt citas grūtības. Šādi savienojumi spēj, piemēram, detonēt pat plkst nelieli smadzeņu satricinājumi. Tie ļoti ātri pārvēršas gāzes stāvoklī, kas ierobežotā tilpumā var izraisīt pēkšņus spiediena kāpumus. Saskaņā ar specializētiem avotiem, tieši šīs gāzes hidrātu īpašības ir kļuvušas par avotu nopietnas problēmas kalnrūpniecības platformās Kaspijas jūrā.

Turklāt metāns ir viena no gāzēm, kas var radīt siltumnīcas efektu. Ja rūpnieciskā ražošana izraisa lielas tās emisijas atmosfērā, tas var saasināt problēmu. globālā sasilšana. Bet pat tad, ja praksē tas nenotiek, “zaļo” ciešā un nedraudzīgā uzmanība šādiem projektiem ir praktiski garantēta. Un viņu pozīcijas daudzu valstu politiskajā spektrā šodien ir ļoti, ļoti spēcīgas.

Tas viss apgrūtina projektus metāna hidrātu ieguves tehnoloģiju izstrādei. Patiesībā pa īstam rūpnieciskās metodes Tādu resursu attīstība uz planētas vēl nenotiek. Tomēr notiek attiecīga attīstība. Ir pat patenti, kas izsniegti šādu metožu izgudrotājiem. Viņu apraksts dažkārt ir tik futūristisks, ka šķiet nokopēts no zinātniskās fantastikas grāmatas.

Piemēram, “Metode gāzhidrātu ogļūdeņražu iegūšanai no ūdens baseinu dibena un ierīce tās ieviešanai (RF patents Nr. 2431042)”, kas izklāstīts tīmekļa vietnē http://www.freepatent.ru/: “The izgudrojums attiecas uz jūras gultnē esošo minerālu ieguves jomu. Tehniskais rezultāts ir palielināt gāzhidrātu ogļūdeņražu ražošanu. Metode sastāv no apakšējā slāņa iznīcināšanas ar asām kausu malām, kas uzstādīti uz vertikālas konveijera lentes, kas pārvietojas gar baseina dibenu, izmantojot kāpurķēžu pārvietošanas ierīci, attiecībā pret kuru konveijera lente pārvietojas vertikāli, ar iespēju to aprakt apakšā. . Šajā gadījumā gāzes hidrāts ar apgāztas piltuves virsmu tiek pacelts no ūdens izolētā zonā, kur tas tiek uzkarsēts, un izdalītā gāze tiek transportēta uz virsmu, izmantojot piltuves augšpusē piestiprinātu šļūteni, pakļaujot to. uz papildu apkuri. Tiek piedāvāta arī ierīce metodes ieviešanai. Piezīme: tam visam jānotiek jūras ūdenī, vairāku simtu metru dziļumā. Ir grūti pat iedomāties, cik sarežģīts ir šis inženierijas uzdevums un cik daudz metāna, kas tiek ražots šādā veidā, varētu maksāt.

Tomēr ir arī citi veidi. Šeit ir vēl vienas metodes apraksts: “Ir zināma metode gāzu (metāna, tā homologu u.c.) ekstrakcijai no cietiem gāzhidrātiem jūru un okeānu dibena nogulumos, kurā akā iegremdē divas cauruļu kolonnas. urbts līdz identificētā gāzes hidrāta slāņa apakšai - iesmidzināšana un izsūknēšana. Pa iesmidzināšanas cauruli ieplūst dabiskais ūdens dabiskā temperatūrā vai uzsildīts ūdens un sadala gāzes hidrātus sistēmā “gāze-ūdens”, kas uzkrājas sfēriskā slazdā, kas veidojas gāzes hidrāta veidojuma apakšā. Caur citu cauruļu kolonnu no šīs lamatas tiek izsūknētas izdalītās gāzes... Zināmās metodes trūkums ir nepieciešamība pēc zemūdens urbšanas, kas ir tehniski apgrūtinoša, dārga un dažkārt ievieš neatgriezeniskus traucējumus esošajā rezervuāra zemūdens vidē” (http://www.findpatent.ru).

Var sniegt citus šāda veida aprakstus. Bet no jau uzskaitītā ir skaidrs: metāna rūpnieciskā ražošana no gāzhidrātiem joprojām ir nākotnes jautājums. Tam būs nepieciešami vissarežģītākie tehnoloģiskie risinājumi. Un šādu projektu ekonomija vēl nav acīmredzama.

Taču darbs šajā virzienā notiek, turklāt diezgan aktīvi. Viņus īpaši interesē valstis, kas atrodas visstraujāk augošajā pasaules reģionā, kas nozīmē, ka tas rada arvien jaunu pieprasījumu pēc gāzes degvielas. Tas ir par, protams, par Dienvidaustrumāziju. Viena no valstīm, kas strādā šajā virzienā, ir Ķīna. Tādējādi, kā vēsta laikraksts People's Daily, 2014. gadā jūras ģeologi veica liela mēroga pētījumus vienā no vietām, kas atrodas netālu no tās krasta. Urbšana ir parādījusi, ka tajā ir augstas tīrības pakāpes gāzes hidrāti. Kopā tika izgatavotas 23 akas. Tas ļāva konstatēt, ka gāzhidrātu izplatības zona apgabalā ir 55 kvadrātkilometri. Un tās rezerves, pēc Ķīnas ekspertu domām, sasniedz 100-150 triljonus kubikmetru. Dotais skaitlis, atklāti sakot, ir tik liels, ka liek aizdomāties, vai tas nav pārāk optimistisks un vai tiešām šādus resursus var iegūt (Ķīnas statistika kopumā nereti rada jautājumus ekspertu vidū). Neskatoties uz to, ir acīmredzams: Ķīnas zinātnieki aktīvi strādā šajā virzienā, meklējot veidus, kā nodrošināt savu strauji augošo ekonomiku ar tik ļoti nepieciešamajiem ogļūdeņražiem.

Situācija Japānā, protams, ļoti atšķiras no Ķīnas. Taču degvielas piegāde Uzlecošās saules zemei ​​arī mierīgākos laikos nebūt nebija mazsvarīgs uzdevums. Galu galā Japānai ir liegti tradicionālie resursi. Un pēc traģēdijas Fukušimas atomelektrostacijā 2011. gada martā, kuras rezultātā valsts varas iestādes sabiedriskās domas spiediena ietekmē bija jāsamazina kodolenerģijas programmas, šī problēma saasinājās gandrīz līdz galam.

Tāpēc 2012. gadā viena no Japānas korporācijām sāka izmēģinājuma urbumus zem okeāna dibena tikai dažu desmitu kilometru attālumā no salām. Pašu aku dziļums ir vairāki simti metru. Plus vēl okeāna dziļums, kas tajā vietā ir aptuveni kilometrs.

Jāatzīst, ka gadu vēlāk japāņu speciālistiem šajā vietā izdevās iegūt pirmo gāzi. Tomēr par pilnīgu panākumu vēl nevar runāt. Rūpnieciskā ražošana šajā jomā, pēc pašu japāņu domām, var sākties ne agrāk kā 2018. gadā. Un pats galvenais, ir grūti novērtēt, kādas būs degvielas galīgās izmaksas.

Neskatoties uz to, var apgalvot: cilvēce joprojām lēnām tuvojas gāzhidrātu nogulsnēm. Un iespējams, ka pienāks diena, kad tā patiesi rūpnieciskā mērogā izvilks no tiem metānu.