Kaasuhydraattien koostumus ja ominaisuudet. Kaasuhydraatit - iv_g

12.10.2019

National Mineral Resource University Mining

Tieteellinen neuvonantaja: Gulkov Juri Vladimirovitš, teknisten tieteiden kandidaatti, National Mineral and Raw Materials University of Mining

Huomautus:

Tässä artikkelissa käsitellään kemiallisia ja fyysiset ominaisuudet kaasuhydraatit, niiden tutkimuksen ja tutkimuksen historia. Lisäksi tarkastellaan tärkeimpiä ongelmia, jotka estävät kaasuhydraattien kaupallisen tuotannon järjestämisen.

Tässä artikkelissa kuvaamme kaasuhydraattien kemiallisia ja fysikaalisia ominaisuuksia, niiden tutkimuksen ja tutkimuksen historiaa. Lisäksi tarkastellaan kaasuhydraattien kaupallisen tuotannon järjestämistä estäviä perusongelmia.

Avainsanat:

kaasuhydraatit; energia; kaupallinen kaivostoiminta; Ongelmia.

kaasuhydraatit; voimatalous; kaupallinen louhinta; Ongelmia.

UDC 622.324

Johdanto

Aluksi ihminen käytti omia voimiaan energianlähteenä. Jonkin ajan kuluttua puun ja orgaanisten aineiden energia tuli apuun. Noin sata vuotta sitten hiilestä tuli tärkein energialähde, ja 30 vuotta myöhemmin öljy jakoi etusijansa. Nykyään maailman energia perustuu kaasu-öljy-hiili-kolmioon. Vuonna 2013 japanilaiset energiayhtiöt kuitenkin siirsivät tämän tasapainon kaasun suuntaan. Japani - maailma kaasuntuontijohtaja. State Corporation of Oil, Gas and Metals (JOGMEC) (Japan Oil, Gas & Metals National Corp.) onnistui ensimmäisenä maailmassa saamaan kaasua Tyynen valtameren pohjalla olevasta metaanihydraatista 1,3 kilometrin syvyydestä. . Koetuotanto kesti vain 6 viikkoa, vaikka suunnitelmassa pidettiin kahden viikon tuotantoa, maakaasua tuotettiin 120 tuhatta kuutiometriä.Tämä löytö mahdollistaa maan riippumattomuuden tuonnista, muuttaa radikaalisti sen taloutta. Mikä on kaasuhydraatti ja miten se voi vaikuttaa globaaliin energiateollisuuteen?

Tämän artikkelin tarkoituksena on pohtia ongelmia kaasuhydraattien kehityksessä.

Tätä varten asetettiin seuraavat tehtävät:

Tutustu kaasuhydraattitutkimuksen historiaan
Tutki kemiallisia ja fysikaalisia ominaisuuksia
Mieti tärkeimpiä kehitysongelmia

Merkityksellisyys

Perinteiset luonnonvarat eivät ole jakautuneet tasaisesti maan päälle, lisäksi ne ovat rajallisia. Nykyaikaisten arvioiden mukaan öljyvarat kestävät nykypäivän kulutusstandardien mukaan 40 vuodeksi ja maakaasuenergiavarat 60-100 vuodeksi. Maailman liuskekaasuvarantojen arvioidaan olevan noin 2 500–20 000 biljoonaa. kuutio m. Tämä on ihmiskunnan energiavarasto yli tuhannen vuoden ajan.. Hydraattien kaupallinen louhinta nostaisi maailman energian laadullisesti uudelle tasolle. Toisin sanoen kaasuhydraattien tutkimus on avannut ihmiskunnalle vaihtoehtoisen energialähteen. Mutta heidän opiskelunsa ja kaupallisen tuotannon tiellä on myös useita vakavia esteitä.

Historiallinen viittaus

IN Strizhov ennusti kaasuhydraattien olemassaolon mahdollisuutta, mutta hän puhui niiden erottamisen epätarkoituksenmukaisuudesta. Villars sai ensimmäisen kerran metaanihydraatin laboratoriossa vuonna 1888 yhdessä muiden kevyiden hiilivetyjen hydraattien kanssa. Alkutörmäykset kaasuhydraattien kanssa nähtiin energiantuotannon ongelmina ja esteinä. 1900-luvun alkupuoliskolla havaittiin, että kaasuhydraatit ovat syynä arktisilla alueilla sijaitsevien kaasuputkien tukkeutumiseen (yli 0 °C:n lämpötiloissa). Vuonna 1961 Vasiliev V.G., Makagon Yu.F., Trebin F.A., Trofimuk A.A., Chersky N.V. löytö rekisteröitiin. "Maakaasujen ominaisuus olla maankuoren kiinteässä tilassa", joka ennusti uutta luonnollinen lähde hiilivedyt - kaasuhydraatti. Sen jälkeen alettiin puhua kovemmin perinteisten luonnonvarojen ehtyvyydestä, ja jo 10 vuotta myöhemmin löydettiin ensimmäinen kaasuhydraattiesiintymä tammikuussa 1970 arktiselta alueelta, Länsi-Siperian rajalta, se on nimeltään Messoyakha. Lisäksi suoritettiin suuria tutkijoiden retkiä sekä Neuvostoliitosta että monista muista maista.

Kemian ja fysiikan sana

Kaasuhydraatit ovat kaasumolekyylejä, joita ympäröivät vesimolekyylit, kuten "kaasu häkissä". Tätä kutsutaan vesiklatraattirunkoksi. Kuvittele, että kesällä sait perhonen kämmeneesi, perhonen on kaasu, kämmenet ovat vesimolekyylejä. Koska suojaat perhosta ulkoisilta vaikutuksilta, mutta se säilyttää kauneutensa ja yksilöllisyytensä. Näin kaasu käyttäytyy klatraattikehyksessä.

Muodostumisolosuhteista ja hydraatin muodostajan tilasta riippuen hydraatit näyttävät ulkoisesti selkeästi määritellyiltä läpinäkyviltä erimuotoisilta kiteiltä tai edustavat amorfista massaa tiheästi puristettua "lunta".

Hydraatteja esiintyy tietyissä termobaarisissa olosuhteissa - faasitasapainossa. klo ilmakehän paine maakaasujen kaasuhydraatteja on 20-25 °C:seen asti. Rakenteensa vuoksi yksi tilavuus kaasuhydraattia voi sisältää jopa 160–180 tilavuutta puhdasta kaasua. Metaanihydraatin tiheys on noin 900 kg/m³, mikä on pienempi kuin veden ja jään tiheys. Kun faasitasapainoa rikotaan: lämpötilan nousu ja/tai paineen lasku, hydraatti hajoaa kaasuksi ja vedeksi absorboimalla suuren määrän lämpöä. Kiteisillä hydraateilla on korkea sähkövastus, ne johtavat hyvin ääntä ja ovat käytännössä vapaita vesi- ja kaasumolekyylejä läpäisemättömiä ja niillä on alhainen lämmönjohtavuus.

Kehitys

Kaasuhydraatteja on vaikea saada, koska Tähän mennessä on todettu, että noin 98 % kaasuhydraattiesiintymistä on keskittynyt valtameren hyllylle ja mannerrinteelle yli 200-700 metrin syvyydessä ja vain 2 % valtameren subpolaarisille osille. mantereilla. Siksi ongelmia kaasuhydraattien kaupallisen tuotannon kehittämisessä kohdataan jo niiden esiintymien kehitysvaiheessa.

Tähän mennessä on olemassa useita menetelmiä kaasuhydraattikerrostumien havaitsemiseen: seisminen luotaus, gravimetrinen menetelmä, lämpö- ja diffuusivirtojen mittaus esiintymän yli, sähkömagneettisen kentän dynamiikan tutkimus tutkittavalla alueella jne.

Seismisessä luotauksessa käytetään kaksiulotteisia (2-D) seismisiä tietoja vapaan kaasun läsnä ollessa hydraatilla kyllästetyn säiliön alla, määritetään hydraatilla kyllästetyn kiven alempi sijainti. Mutta seismisen tutkimuksen aikana on mahdotonta havaita kerrostuman laatua, kivien hydraattikyllästysastetta. Lisäksi seisminen tutkimus ei sovellu monimutkaiseen maastoon, mutta se on taloudellisesti kannattavampaa, mutta sitä on parempi käyttää muiden menetelmien lisäksi.

Aukkoja voidaan esimerkiksi täyttää käyttämällä seismisen tutkimuksen lisäksi sähkömagneettista tutkimusta. Se mahdollistaa kallion karakterisoinnin tarkemmin, johtuen yksittäisistä vastuksista kaasuhydraattien esiintymispisteissä. Yhdysvaltain energiaministeriö aikoo toteuttaa sen vuodesta 2015 lähtien. Mustanmeren esiintymien kehittämiseen käytettiin seismoelektromagneettista menetelmää.

On myös kustannustehokasta kehittää kyllästettyjen kerrostumien kenttä yhdistetyllä kehitysmenetelmällä, kun hydraatin hajoamisprosessiin liittyy paineen lasku ja samanaikainen lämpöaltistus. Paineen alentaminen säästää hydraattien dissosiaatioon kuluvaa lämpöenergiaa ja huokosväliaineen kuumennus estää kaasuhydraattien muodostumisen uudelleen pohjareiän muodostumisvyöhykkeellä.

Kaivostoiminta

Seuraava kompastuskivi on suoraan hydraattien uuttaminen. Hydraatit ovat kiinteässä muodossa, mikä aiheuttaa vaikeuksia. Koska kaasuhydraatti on tietyissä termobaarisissa olosuhteissa, jos jokin niistä rikotaan, se hajoaa kaasuksi ja vedeksi, tämän mukaisesti on kehitetty seuraavia hydraatin erotustekniikoita.

1. Paineenalennus:

Kun hydraatti on poissa faasitasapainosta, se hajoaa kaasuksi ja vedeksi. Tämä tekniikka on kuuluisa triviaalisuudestaan ja taloudellisesta toteutettavuudestaan, lisäksi ensimmäisen japanilaisen kaivostoiminnan menestys vuonna 2013 putoaa sen harteille. Mutta kaikki ei ole niin ruusuista: tuloksena oleva vesi aikana matalat lämpötilat saattaa tukkia laitteiston. Lisäksi tekniikka on todella tehokasta, koska. 13 000 cu. m kaasua, mikä on monta kertaa suurempi kuin tuotantomäärät samalla kentällä lämmitystekniikalla - 470 kuutiometriä. m kaasua 5 päivässä. (katso taulukko)

2. Lämmitys:

Jälleen sinun on hajotettava hydraatti kaasuksi ja vedeksi, mutta lämmönsyötön avulla. Lämpöä voidaan toimittaa eri tavoin: jäähdytysnesteen ruiskutus, kuumavesikierto, höyrylämmitys, sähkölämmitys. Haluaisin tarkastella mielenkiintoista tekniikkaa, jonka ovat keksineet Dortmundin yliopiston tutkijat. Hankkeeseen kuuluu putkilinjan rakentaminen kaasuhydraattiesiintymille merenpohja. Sen erikoisuus on, että putkessa on kaksinkertaiset seinät. 30-40˚С, faasimuutoslämpötilaan, lämmitetty merivesi syötetään kentälle sisäputken kautta ja kaasumaisen metaanin kuplat nousevat yhdessä veden kanssa ulomman putken kautta ylös. Siellä metaani erotetaan vedestä, lähetetään säiliöihin tai pääputkeen, ja lämmin vesi palaa alas kaasuhydraattikerrostumiin. Tämä uuttomenetelmä vaatii kuitenkin korkeita kustannuksia, jatkuvaa lisäystä toimitetussa lämmön määrässä. Tässä tapauksessa kaasuhydraatti hajoaa hitaammin.

3. Inhibiittorin esittely:

Lisäksi hydraatin hajottamiseksi käytän inhibiittoria. Bergenin yliopiston fysiikan ja teknologian instituutissa hiilidioksidia pidettiin estäjänä. Tällä tekniikalla on mahdollista saada metaania ilman hydraattien suoraa uuttamista. Tätä menetelmää testaa jo Japan National Oil, Gas and Metals Corporation (JOGMEC) Yhdysvaltain energiaministeriön tuella. Mutta tämä tekniikka on täynnä ympäristöriskejä ja vaatii korkeita kustannuksia. Reaktiot etenevät hitaammin.

Projektin nimi	päivämäärä	Osallistuvat maat	Yritykset	Tekniikka
Mallik, Kanada		Japani, USA Channel, Saksa, Intia	JOGMEC, BP, Chevron Texaco	Lämmitin (jäähdytysneste-vesi)
North Slope of Alaska, USA		USA, Japani	Conoco Phillips, JOGMEC	Hiilidioksidiinjektio, inhibiittoriinjektio
Alaska, USA			BP, Schlumberger	Poraus kaasuhydraatin ominaisuuksien tutkimiseksi
Mallik, Kanada		Japani, Kanada	JOGMEC osana yksityistä julkista konsortiota	Paineenalennus
tuli jäässäIgnikSikumi), Alaska, USA		USA, Japani, Norja	Conoco Phillips, JOGMEC, Bergenin yliopisto (Norja)	hiilidioksidin ruiskutus
Yhteinen projekti (liitosAlahanke) Meksikonlahti, Yhdysvallat			Chevron konsortion johtajana	Kairaus kaasuhydraattien geologian tutkimiseksi
Lähellä Atsumin niemimaata, Japani			JOGMEC, JAPEX, Japani Poraus	Paineenalennus

Lähde - avoimen lähdekoodin materiaaleihin perustuva analyyttinen keskus

Tekniikka

Toinen syy hydraattien kaupallisen tuotannon kehityksen puutteelle on niiden kannattavan tuotannon tekniikan puute, mikä aiheuttaa suuria investointeja. Tekniikasta riippuen kohdataan erilaisia esteitä: erikoislaitteiden käyttö kemiallisten alkuaineiden lisäämiseksi ja/tai paikallislämmitys kaasuhydraattien uudelleenmuodostumisen ja kaivojen tukkeutumisen välttämiseksi; hiekan louhinnan estävien teknologioiden käyttö.

Esimerkiksi vuonna 2008 Kanadan arktisella alueella sijaitsevan Mallik-kentän alustavien arvioiden mukaan kehityskustannukset vaihtelivat 195-230 dollarin välillä tuhatta tonnia kohden. kuutio m kaasuhydraateille, jotka sijaitsevat vapaan kaasun yläpuolella, ja välillä 250-365 dollaria / tuhat. kuutio m vapaan veden yläpuolella sijaitseville kaasuhydraateille.

Tämän ongelman ratkaisemiseksi on tarpeen popularisoida hydraattien kaupallista uuttamista tiedehenkilöstön keskuudessa. Järjestä enemmän tieteellisiä konferensseja, kilpailuja parantaaksesi vanhoja tai luodaksesi uusia laitteita, jotka voisivat vähentää kustannuksia.

ympäristövaara

Lisäksi kaasuhydraattiesiintymien kehittyminen johtaa väistämättä maakaasupäästöjen määrän kasvuun ilmakehään ja sen seurauksena kasvihuoneilmiön lisääntymiseen. Metaani on voimakas kasvihuonekaasu, ja vaikka sillä on lyhyempi käyttöikä ilmakehässä kuin CO₂, päästöjen aiheuttama lämpeneminen suuria määriä metaani on kymmenen kertaa nopeampi kuin hiilidioksidin aiheuttama lämpeneminen. Lisäksi, jos ilmaston lämpeneminen, kasvihuoneilmiö tai muut syyt aiheuttavat ainakin yhden kaasuhydraattiesiintymän romahtamisen, tämä aiheuttaa valtavan metaanin vapautumisen ilmakehään. Ja kuten lumivyöry, tapahtumasta toiseen se johtaa globaali muutos maapallon ilmasto, ja näiden muutosten seurauksia ei voida edes suunnilleen ennustaa.

Tämän välttämiseksi on tarpeen integroida tiedot monimutkaisista etsintäanalyyseistä ja ennustaa esiintymien mahdollista käyttäytymistä.

Räjähdys

Toinen kaivostyöntekijöiden ratkaisematon ongelma on kaasuhydraattien melko epämiellyttävä ominaisuus "räjähtää" pienimmälläkin tärinällä. Tässä tapauksessa kiteet käyvät nopeasti läpi muuttumisvaiheen kaasumaiseen tilaan ja saavat useita kymmeniä kertoja suuremman tilavuuden kuin alkuperäinen. Siksi japanilaisten geologien raportit puhuvat erittäin huolellisesti metaanihydraattien kehitysnäkymistä - loppujen lopuksi Deepwater Horizon -porausalustan katastrofista useiden tutkijoiden mukaan, mukaan lukien professori Robert Bee Kalifornian yliopistosta Berkeleystä. , oli seurausta jättiläismäisen metaanikuplan räjähdyksestä, joka muodostui poraajien häiritsemistä pohjahydraattikerrostumista.

Öljy ja kaasu

Kaasuhydraatteja ei oteta huomioon vain energialähteen puolelta, vaan niitä kohdataan useammin öljyntuotannon aikana. Ja taas siirrymme Deepwater Horizon -tason uppoamiseen Meksikonlahdella. Sitten karkaavan öljyn hallitsemiseksi rakennettiin erityinen laatikko, joka oli tarkoitus sijoittaa hätäkaivon yläpuolelle. Mutta öljy osoittautui erittäin hiilihappoiseksi, ja metaani alkoi muodostaa kokonaisia kaasuhydraattijäätiköitä laatikon seinille. Ne ovat noin 10% kevyempiä kuin vesi, ja kun kaasuhydraattien määrästä tuli tarpeeksi suuri, ne alkoivat yksinkertaisesti nostaa laatikkoa, minkä asiantuntijat yleensä ennustivat etukäteen.

Sama ongelma kohdattiin tavanomaisen kaasun tuotannossa. "Luonnon" kaasuhydraattien lisäksi kaasuhydraattien muodostuminen on suuri ongelma lauhkeassa ja kylmässä ilmastossa sijaitsevissa pääkaasuputkissa, koska kaasuhydraatit voivat tukkia putkilinjan ja vähentää sen läpimenoa. Tämän estämiseksi sitä ei saa lisätä maakaasuun suuri määrä estäjää tai käytä vain lämmitystä.

Nämä ongelmat ratkaistaan samalla tavalla kuin tuotannossa: alentamalla painetta, kuumentamalla, lisäämällä inhibiittoria.

Johtopäätös

Tässä artikkelissa tarkasteltiin esteitä, jotka estävät kaasuhydraattien kaupallisen tuotannon. Niitä kohdataan jo kaasukenttien kehitysvaiheessa, suoraan itse tuotannon aikana. Lisäksi kaasuhydraatit ovat tällä hetkellä ongelma öljyn ja kaasun tuotannossa. Nykyään vaikuttavat kaasuhydraattivarat, taloudellinen kannattavuus vaativat tiedon keräämistä ja selvennyksiä. Asiantuntijat ovat edelleen silmällä optimaaliset ratkaisut kaasuhydraattikerrostumien kehittäminen. Mutta tekniikan kehittyessä talletusten kehittämiskustannusten pitäisi laskea.

Bibliografinen luettelo:

1. Vasiliev A., Dimitrov L. Kaasuhydraattien alueellisen jakautumisen ja varastojen arviointi Mustallamerellä // Geologia ja geofysiikka. 2002. Nro 7. v. 43.
2. Dyadin Yu.A., Gushchin A.L. kaasuhydraatit. // Soros Educational Journal, nro 3, 1998, s. 55–64
3. Makogon Yu.F. Maakaasuhydraatit: jakautuminen, muodostusmallit, resurssit. – 70 s.
4. A. A. Trofimuk, Yu. 6-komanda-vymlnefti/detail/32-komanda-vympelnefti
5. Chemistry and Life, 2006, nro 6, s. 8.
6. Päivä, jolloin maa melkein kuoli - 5. 12. 2002 [ sähköinen resurssi] http://www.bbc.co.uk/science/horizon/2002/dayearthdied.shtml

Arvostelut:

1.12.2015, 12:12 Mordašev Vladimir Mihailovitš
Arvostelu: Artikkeli on omistettu monille ongelmille, jotka liittyvät kiireelliseen tehtävään kehittää kaasuhydraatteja - lupaava energialähde. Näiden ongelmien ratkaiseminen edellyttää muun muassa tieteellisen ja teknologisen tutkimuksen heterogeenisen datan analysointia ja yleistämistä, joka on usein sekavaa, kaoottista. Siksi arvioija suosittelee kirjoittajia heidän jatkotyötä kiinnitä huomiota artikkeliin "Empirism for Chaos", sivusto, nro 24, 2015, s. 124-128. Artikkeli "Kaasuhydraattien kehitysongelmat" kiinnostaa epäilemättä monia asiantuntijoita, se pitäisi julkaista.

18.12.2015 02:02 Vastaa kirjoittajan arvosteluun Polina Robertovna Kurikova:
Tutustuin artikkeliin, aiheen jatkokehitykseen, käsiteltyjen ongelmien ratkaisuun, käytän näitä suosituksia. Kiitokset.

Muutama vuosi sitten taloustieteilijöiden eli tekniikasta kaukana olevien ihmisten keskuudessa teoria "hiilivetyjen ehtymisestä" oli suosittu. Monissa julkaisuissa, jotka muodostavat globaalin finanssieliitin, pohdittiin: millainen maailma on, jos esimerkiksi öljy loppuu pian planeetalta? Ja mitkä ovat sen hinnat, kun "uupumus" siirtyy niin sanotusti aktiiviseen vaiheeseen?

Nyt kirjaimellisesti silmiemme edessä tapahtuva "liuskevallankumous" on kuitenkin poistanut tämän aiheen ainakin taka-alalle. Kaikille kävi selväksi, mitä vain harvat asiantuntijat olivat aiemmin sanoneet: planeetalla on vielä tarpeeksi hiilivetyjä. On ilmeisesti liian aikaista puhua heidän fyysisestä uupumuksestaan.

Todellinen ongelma on sellaisten uusien tuotantotekniikoiden kehittäminen, jotka mahdollistavat hiilivetyjen talteenoton aiemmin saavuttamattomina pidetyistä lähteistä, sekä niiden avulla hankittujen resurssien kustannukset. Voit saada melkein mitä tahansa, se tulee vain kalliimmaksi.

Kaikki tämä saa ihmiskunnan etsimään uusia "ei-perinteisiä perinteisen polttoaineen lähteitä". Yksi niistä on edellä mainittu liuskekaasu. GAZ Technology on jo kirjoittanut useista sen tuotantoon liittyvistä näkökohdista.

Tällaisia lähteitä on kuitenkin muitakin. Heidän joukossaan ovat tämän päivän materiaalimme - kaasuhydraattien - "sankarit".

Mikä se on? Hyvin yleistä järkeä kaasuhydraatit ovat kiteisiä yhdisteitä, jotka muodostuvat kaasusta ja vedestä tietyssä lämpötilassa (melko alhaisessa) ja paineessa (melko korkeassa).

Huomaa: useat kemikaalit voivat osallistua niiden muodostumiseen. Sen ei tarvitse koskea hiilivetyjä. Ensimmäiset tutkijoiden havaitsemat kaasuhydraatit koostuivat kloorista ja rikkidioksidista. Muuten, tämä tapahtui 1700-luvun lopulla.

Koska olemme kuitenkin kiinnostuneita maakaasun tuotantoon liittyvistä käytännön näkökohdista, puhumme tässä ensisijaisesti hiilivedyistä. Lisäksi todellisissa olosuhteissa metaanihydraatit hallitsevat kaikkia hydraatteja.

Teoreettisten arvioiden mukaan tällaisten kiteiden varannot ovat kirjaimellisesti hämmästyttäviä. Varovaisimpien arvioiden mukaan puhumme 180 biljoonasta kuutiometriä. Optimistisempien arvioiden mukaan luku on 40 000 kertaa suurempi. Tällaisilla indikaattoreilla olet samaa mieltä, on jopa jotenkin hankalaa puhua hiilivetyjen ehtymisestä maan päällä.

On sanottava, että Neuvostoliiton tutkijat esittivät hypoteesin valtavien kaasuhydraattikerrostumien esiintymisestä Siperian ikiroudan olosuhteissa jo viime vuosisadan mahtavalla 40-luvulla. Muutaman vuosikymmenen kuluttua hän löysi vahvistuksensa. Ja 60-luvun lopulla yhden talletuksen kehittäminen jopa alkoi.

Myöhemmin tutkijat laskivat: vyöhyke, jolla metaanihydraatit voivat olla vakaassa tilassa, kattaa 90 prosenttia koko maan meren ja valtameren pohjasta ja plus 20 prosenttia maasta. Osoittautuu, että puhumme mahdollisesti yleisestä mineraalista.

Ajatus "kiinteän kaasun" poistamisesta näyttää todella houkuttelevalta. Lisäksi yksikkötilavuus hydraattia sisältää noin 170 tilavuutta itse kaasua. Toisin sanoen näyttää siltä, että riittää, että saamme melkoisen määrän kiteitä, jotta saadaan suuri hiilivetyjen saanto. Fysikaalisesta näkökulmasta ne ovat kiinteässä tilassa ja edustavat jotain löysää lunta tai jäätä.

Ongelmana on kuitenkin se, että kaasuhydraatit sijaitsevat pääsääntöisesti hyvin vaikeapääsyisissä paikoissa. ”Permafrost-esiintymät sisältävät vain pienen osan maakaasuhydraatteihin liittyvistä kaasuvaroista. Suurin osa resursseista rajoittuu kaasuhydraatin stabiilisuusvyöhykkeelle - tälle syvyysvälille (yleensä muutama sata metriä), jossa termodynaamiset olosuhteet hydraatin muodostumiselle tapahtuvat. Länsi-Siperian pohjoisosassa tämä on 250-800 metrin syvyysväli, merissä - pohjapinnasta 300-400 metriin, erityisen syvillä hyllyn alueilla ja mantereen rinteessä jopa 500-600 metrin syvyyteen asti. pohja. Juuri näillä aikaväleillä löydettiin suurin osa maakaasuhydraateista, Wikipedia kertoo. Puhumme siis pääsääntöisesti työskentelystä äärimmäisissä syvänmeren olosuhteissa, korkeassa paineessa.

Kaasuhydraattien uuttamiseen voi liittyä muita vaikeuksia. Tällaiset yhdisteet pystyvät esimerkiksi räjähtämään jopa pienillä iskuilla. Ne siirtyvät erittäin nopeasti kaasumaiseen tilaan, mikä rajoitetussa tilavuudessa voi aiheuttaa äkillisiä painepiikkejä. Erikoistuneiden lähteiden mukaan juuri näistä kaasuhydraattien ominaisuuksista on tullut vakavien ongelmien lähde Kaspianmeren tuotantolaitoksille.

Lisäksi metaani on yksi kaasuista, jotka voivat aiheuttaa kasvihuoneilmiön. Jos teollisuustuotanto aiheuttaa valtavia päästöjä ilmakehään, ongelma pahenee. ilmaston lämpeneminen. Mutta vaikka näin ei tapahdu käytännössä, "vihreiden" tarkka ja epäystävällinen huomio tällaisiin hankkeisiin on käytännössä taattu. Ja heidän asemansa monien valtioiden poliittisessa kirjossa ovat nykyään erittäin, hyvin vahvat.

Kaikki tämä äärimmäisen "painottaa" hankkeita metaanihydraattien uuttamiseen tarkoitettujen teknologioiden kehittämiselle. Itse asiassa ei ole vielä olemassa teollisia tapoja kehittää tällaisia luonnonvaroja planeetalla. Asianmukainen kehitys on kuitenkin käynnissä. Tällaisten menetelmien keksijöille on jopa myönnetty patentteja. Heidän kuvauksensa on toisinaan niin futuristinen, että se näyttää irti jonkun tieteiskirjailijan kirjasta.

Esimerkiksi "Menetelmä kaasuhydraattihiilivetyjen uuttamiseksi pohjasta vesialtaat ja laite sen toteuttamiseksi (RF-patentti nro 2431042)", todetaan verkkosivulla http://www.freepatent.ru/: "Keksintö liittyy kaivostoimintaan merenpohjassa. Tekninen tulos on lisätä kaasuhydratoitujen hiilivetyjen tuotantoa. Menetelmä koostuu altaan pohjaa pitkin liikkuvalle pystykuljettimelle kiinnitettyjen kauhojen pohjakerroksen tuhoamisesta telaketjun avulla, jonka suhteen kuljetinhihna liikkuu pystysuunnassa, ja mahdollisuus syventää altaan pohjaa pitkin. pohja. Samalla kaasuhydraatti nostetaan kaatuneen suppilon pinnalla vedestä eristetylle vyöhykkeelle, jossa se lämmitetään ja vapautunut kaasu kuljetetaan pintaan suppilon yläosaan kiinnitetyn letkun avulla. sen lisälämmitykseen. Lisäksi ehdotetaan laitetta menetelmän toteuttamiseksi. Huomaa: kaiken tämän tulisi tapahtua merivedessä useiden satojen metrien syvyydessä. On jopa vaikea kuvitella, kuinka vaikea tämä suunnittelutehtävä on ja kuinka paljon tällä tavalla tuotettu metaani voi maksaa.

On kuitenkin muitakin tapoja. Tässä on kuvaus toisesta menetelmästä: "On tunnettu menetelmä kaasujen (metaani, sen homologit jne.) erottamiseksi kiinteistä kaasuhydraateista merien ja valtamerten pohjasedimentteistä, jossa kaksi putkisarjaa upotetaan kaivo porataan sen pohjaan tunnistetun kaasuhydraatin muodostukseen - pumppaus ja pumppaus. Luonnonlämpöinen tai lämmitetty luonnonvesi tulee sisään ruiskutusputken kautta ja hajottaa kaasuhydraatit kaasu-vesijärjestelmäksi, joka kerääntyy kaasuhydraattimuodostelman pohjalle muodostuvaan pallomaiseen loukkuun. Tästä loukkuun vapautuvat kaasut pumpataan pois toisen putkijohdon kautta... Tunnetun menetelmän haittana on vedenalaisen porauksen tarve, joka on teknisesti työlästä, kallista ja joskus korjaamattomasti häiritsee säiliön olemassa olevaa vedenalaista ympäristöä”(http:/ /www.findpatent.ru).

Tällaisia kuvauksia voidaan antaa muitakin. Mutta jo luetellun perusteella on selvää: metaanin teollinen tuotanto kaasuhydraateista on vielä tulevaisuuden kysymys. Se vaatii monimutkaisimpia teknisiä ratkaisuja. Eikä tällaisten hankkeiden taloudellinen merkitys ole vielä selvä.

Työ tähän suuntaan on kuitenkin käynnissä ja melko aktiivisesti. He ovat erityisen kiinnostuneita maista, jotka sijaitsevat maailman nopeimmin kasvavalla alueella, mikä tarkoittaa, että kaasupolttoaineelle on jatkuvasti uutta kysyntää. Puhumme tietysti Kaakkois-Aasiasta. Yksi tähän suuntaan työskentelevistä valtioista on Kiina. Niinpä "People's Daily" -sanomalehden mukaan merigeologit suorittivat vuonna 2014 laajan tutkimuksen yhdestä sen rannikon lähellä sijaitsevasta paikasta. Poraus on osoittanut, että se sisältää erittäin puhtaita kaasuhydraatteja. Kairaa porattiin yhteensä 23 kappaletta. Tämä mahdollisti sen, että kaasuhydraattien jakautumisalue alueella on 55 neliökilometriä. Ja sen varannot ovat kiinalaisten asiantuntijoiden mukaan 100-150 biljoonaa kuutiometriä. Annettu luku on suoraan sanottuna niin korkea, että se saa miettimään, eikö se ole liian optimistinen ja onko tällaisia resursseja todella mahdollista saada (yleensä Kiinan tilastot herättävät usein kysymyksiä asiantuntijoiden keskuudessa). Siitä huolimatta on ilmeistä, että kiinalaiset tiedemiehet työskentelevät aktiivisesti tähän suuntaan etsiessään tapoja tarjota nopeasti kasvavalle taloutelleen kipeästi kaivattuja hiilivetyjä.

Japanin tilanne on tietysti hyvin erilainen kuin Kiinassa. Kuitenkin maan polttoainehuolto nouseva aurinko ja rauhallisempina aikoina se ei ollut mitenkään vähäpätöinen tehtävä. Loppujen lopuksi Japani on vailla perinteisiä luonnonvaroja. Ja Fukushiman ydinvoimalassa maaliskuussa 2011 tapahtuneen tragedian jälkeen, joka pakotti maan viranomaiset painostukseen julkinen mielipide vähentää ydinenergiaohjelmia, tämä ongelma on kärjistynyt lähes rajaan asti.

Siksi yksi japanilaisista yrityksistä aloitti vuonna 2012 koeporauksen merenpohjan alle vain muutaman kymmenen kilometrin etäisyydellä saarista. Itse kaivojen syvyys on useita satoja metrejä. Plus valtameren syvyys, joka tuossa paikassa on noin kilometri.

On myönnettävä, että vuotta myöhemmin japanilaiset asiantuntijat onnistuivat saamaan ensimmäisen kaasun tässä paikassa. Kuitenkin puhutaan täydellinen menestys kunnes on pakko. Teollisuustuotanto tällä alueella voi japanilaisten itsensä ennusteiden mukaan alkaa aikaisintaan vuonna 2018. Ja mikä tärkeintä, on vaikea arvioida polttoaineen lopullista hintaa.

Voidaan kuitenkin todeta, että ihmiskunta on edelleen hitaasti "lähestymässä" kaasuhydraattiesiintymiä. Ja on mahdollista, että tulee päivä, jolloin se erottaa niistä metaania todella teollisessa mittakaavassa.

Vuosien ajan he ovat myös löytäneet ensimmäiset kaasuhydraattiesiintymät Neuvostoliiton pohjoisosasta. Samanaikaisesti hydraattien muodostumisen ja olemassaolon mahdollisuus luonnollisissa olosuhteissa löytää laboratoriovahvistuksen (Makogon).

Siitä lähtien kaasuhydraatteja on pidetty mahdollisena polttoaineen lähteenä. Eri arvioiden mukaan hydraattien hiilivetyvarat vaihtelevat välillä 1,8·10 14 - 7,6·10 18 m³. Osoittautuu niiden laaja levinneisyys mantereiden valtamerissä ja ikiroudassa, epävakaus lämpötilan noustessa ja paineen laskussa.

Hydraattien ominaisuudet

Maakaasuhydraatit ovat metastabiileja mineraaleja, joiden muodostuminen ja hajoaminen riippuu lämpötilasta, paineesta, kemiallinen koostumus kaasu ja vesi, huokoisen väliaineen ominaisuudet jne.

Kaasuhydraatit luonnossa

Useimmat maakaasut (CH 4, C 2 H 6, C 3 H 8, CO 2, N 2, H 2 S, isobutaani jne.) muodostavat hydraatteja, joita esiintyy tietyissä termobaarisissa olosuhteissa. Niiden olemassaoloalue rajoittuu merenpohjasedimentteihin ja ikiroudan alueisiin. Vallitsevia maakaasuhydraatteja ovat metaani ja hiilidioksidihydraatit.

Kaasuntuotannon aikana hydraatteja voi muodostua porausrei'issä, teollisuusyhteyksissä ja pääkaasuputkissa. Putkien seinille laskeutuessaan hydraatit vähentävät jyrkästi niiden läpimenoa. Hydraattien muodostumisen estämiseksi kaasukentissä syötetään erilaisia inhibiittoreita kaivoihin ja putkiin (metyylialkoholi, glykolit, 30 % CaCl 2 -liuos), ja kaasuvirran lämpötila pidetään hydraatin muodostumislämpötilan yläpuolella käyttämällä lämmittimiä, lämpöä. putkistojen eristys ja toimintatavan valinta, joka tarjoaa kaasuvirran maksimilämpötilan. Hydraatin muodostumisen estämiseksi pääkaasuputkissa kaasun kuivaus on tehokkain - kaasun puhdistus vesihöyrystä.

Tieteellinen tutkimus

Viime vuosina kiinnostus kaasuhydraattien ongelmaa kohtaan on lisääntynyt merkittävästi kaikkialla maailmassa. Tutkimustoiminnan kasvu selittyy seuraavilla päätekijöillä:

tehostetaan vaihtoehtoisten hiilivetyraaka-aineiden lähteiden etsintää maissa, joissa ei ole energiavaroja, koska kaasuhydraatit ovat epätavallinen hiilivetyjen raaka-aineiden lähde, jonka pilottikehitys voi alkaa lähivuosina;
tarve arvioida kaasuhydraattien roolia geosfäärin pintaa lähellä olevissa kerroksissa, erityisesti niiden mahdollisen vaikutuksen yhteydessä globaaliin ilmastonmuutokseen;
kaasuhydraattien muodostumis- ja hajoamismallien tutkiminen maankuoressa yleisteoreettisesti perinteisten hiilivetyesiintymien etsimisen ja tutkimisen perustelemiseksi (luonnolliset hydraattiesiintymät voivat toimia merkkinä syvemmille tavanomaisille öljy- ja kaasuesiintymille);
vaikeissa luonnonoloissa (syvän veden hylly, napa-alueet) sijaitsevien hiilivetyesiintymien aktiivinen kehittäminen, jossa teknogeenisten kaasuhydraattien ongelma pahenee;
Mahdollisuus alentaa käyttökustannuksia hydraatin muodostumisen estämiseksi kenttäkaasun tuotantojärjestelmissä siirtymällä energiaresursseja säästäviin ja ympäristöystävällisiin teknologioihin;
mahdollisuus käyttää kaasuhydraattiteknologioita maakaasun kehittämisessä, varastoinnissa ja kuljetuksessa.

Viime vuosina (OAO Gazpromin kokouksen jälkeen 2003) hydraattien tutkimusta Venäjällä jatkettiin erilaisia järjestöjä molemmat valtion budjettirahoituksella (kaksi Venäjän tiedeakatemian Siperian sivuliikkeen integraatiohanketta, pienet apurahat Venäjän perustutkimuksen säätiöltä, apuraha Tjumenin kuvernööriltä, apuraha Venäjän federaation korkeakoulutusministeriöltä ) ja kansainvälisten rahastojen apurahoilla - INTAS, SRDF, UNESCO ("kelluva yliopisto" -ohjelman mukaan - merimatkat UNESCOn suojeluksessa iskulauseella Training Through Research - koulutusta tutkimuksen kautta), KOMEKS (Kurele-Okhosk-Marine Kokeilu), CHAO (hiilihydraattikertymät Okhotskinmerellä) jne.

Vuosina 2002-2004 Epätavanomaisten hiilivetylähteiden, mukaan lukien kaasuhydraattien, tutkimusta (ottaen huomioon OAO Gazpromin kaupalliset edut) jatkettiin OOO Gazprom VNIIGAZissa ja OAO Promgazissa pienellä rahoituksella. Tällä hetkellä kaasuhydraatteja koskevia tutkimuksia tehdään OAO Gazpromissa (pääasiassa OOO Gazprom VNIIGAZissa), Venäjän tiedeakatemian instituuteissa ja yliopistoissa.

VNIIGAZ-asiantuntijat aloittivat kaasuhydraattien geologisten ja teknologisten ongelmien tutkimukset 60-luvun puolivälissä. Aluksi nostettiin esille ja ratkaistiin hydraatin muodostumisen estämisen teknologisia kysymyksiä, sitten aiheet laajenivat vähitellen: hydraatin muodostumisen kineettiset näkökohdat otettiin mielenkiinnon piiriin, sitten kiinnitettiin paljon huomiota geologisiin näkökohtiin, erityisesti hydraatin mahdollisuuksiin. kaasuhydraattikerrostumien olemassaolo ja niiden kehittymisen teoreettiset ongelmat.

Kaasuhydraattien geologiset tutkimukset

Hydraatin muodostumisen termodynamiikan seuraava tutkimusvaihe liittyy jättimäisten pohjoisten esiintymien - Urengoyn ja Yamburgin - kehitykseen. Hydraatin muodostumisen estämismenetelmien parantamiseksi kondensaattia sisältävien kaasujen keräys- ja kenttäkäsittelyjärjestelmissä tarvittiin kokeellista tietoa hydraatin muodostumisen olosuhteista erittäin väkevöityissä metanoliliuoksissa laajalla lämpötila- ja painealueella. Kokeellisten tutkimusten (V. A. Istomin, D. Yu. Stupin ja muut) aikana paljastui vakavia metodologisia vaikeuksia edustavan tiedon saamisessa alle -20 °C:n lämpötiloissa. Tästä syystä se on kehitetty uutta tekniikkaa tutkimukset monikomponenttisista kaasuseoksista peräisin olevien kaasuhydraattien faasitasapainoista lämpövirtojen rekisteröinnillä hydraattikammiossa ja samalla todettiin kaasuhydraattien metastabiilien muotojen olemassaolo (niiden muodostumisvaiheessa), jonka vahvistivat myöhemmät ulkomaisten kirjailijoiden tutkimukset. Uusien kokeellisten ja kenttätietojen (sekä kotimaisten että ulkomaisten) analysointi ja yleistäminen mahdollisti (V. A. Istomin, V. G. Kvon, A. G. Burmistrov, V. P. Lakeev) ohjeiden kehittämisen hydraatinmuodostuksen estäjien optimaaliselle kulutukselle (1987).

Kaasuhydraattiteknologioiden soveltamisen näkymät teollisuudessa

Tekniset ehdotukset maakaasun varastointiin ja kuljettamiseen hydratoituneessa tilassa ilmestyivät 1900-luvun 40-luvulla. Kaasuhydraattien ominaisuus suhteellisen alhaisissa paineissa keskittää merkittäviä määriä kaasua on herättänyt asiantuntijoiden huomion jo pitkään. Alustavat taloudelliset laskelmat ovat osoittaneet, että tehokkain on kaasun merikuljetus hydratoituneessa tilassa ja taloudellinen lisävaikutus voidaan saavuttaa myymällä kuluttajille samanaikaisesti kuljetettu kaasu ja puhdas vesi, joka jää jäljelle hydraatin hajoamisen jälkeen (aikana kaasuhydraattien muodostuminen, vesi puhdistetaan epäpuhtauksista). Tällä hetkellä pohditaan hydratoidun maakaasun merikuljetuksia tasapainoolosuhteissa, erityisesti suunniteltaessa syvänmeren kaasukenttien (mukaan lukien hydraatti) kehittämistä kuluttajasta etäällä.

Viime vuosina on kuitenkin kiinnitetty yhä enemmän huomiota hydraattien kuljettamiseen epätasapainoisissa olosuhteissa (ilmakehän paineessa). Toinen kaasuhydraattiteknologioiden soveltamisen näkökohta on mahdollisuus järjestää kaasuhydraattikaasuvarastoja tasapainoolosuhteissa (paineen alaisena) lähellä suuria kaasunkuluttajia. Tämä johtuu hydraattien kyvystä keskittää kaasua suhteellisen alhaisessa paineessa. Joten esimerkiksi lämpötilassa +4°C ja paineessa 40 atm, metaanin pitoisuus hydraatissa vastaa painetta 15-16 MPa (150-160 atm).

Aleksei Shchebetov, Venäjän valtion öljy- ja kaasuyliopisto. I.M. Gubkin Aleksei Shchebetov, Venäjän valtion öljy- ja kaasuyliopisto, joka on nimetty I.M. IM Gubkina Kaasuhydraattikentillä on suurin potentiaali verrattuna muihin epätavanomaisiin kaasulähteisiin. Nykyään hydraateista tuotetun kaasun hinta on vertaansa vailla perinteisiltä kaasukentiltä tuotetun kaasun kustannuksiin.

Aleksei Shchebetov, Venäjän valtion öljy- ja kaasuyliopisto. I. M. Gubkina

Aleksei Shchebetov, Venäjän valtion öljy- ja kaasuyliopisto. I. M. Gubkina

Kaasuhydraattikentillä on suurin potentiaali verrattuna muihin epätavanomaisiin kaasulähteisiin. Nykyään hydraateista tuotetun kaasun hinta on vertaansa vailla perinteisiltä kaasukentiltä tuotetun kaasun kustannuksiin. On kuitenkin melko perusteltua uskoa, että kaasuntuotantoteknologioiden kehitys pystyy lähitulevaisuudessa varmistamaan kaasuhydraattiesiintymien kehittämisen taloudellisen kannattavuuden. Tyypillisten kaasuhydraattiesiintymien geologisten esiintymisolosuhteiden analyysin ja numeerisen mallinnuksen tulosten perusteella tekijä arvioi hydraateista kaasuntuotannon mahdollisuuksia.

Kaasuhydraatit ovat kaasu- ja vesimolekyylien kiinteitä yhdisteitä, joita esiintyy tietyissä paineissa ja lämpötiloissa. Yksi kuutiometri luonnonhydraattia sisältää jopa 180 m3 kaasua ja 0,78 m3 vettä. Jos aikaisemmin hydraatteja tutkittiin maakaasun tuotannon ja kuljetuksen teknologisten komplikaatioiden näkökulmasta, niin maakaasuhydraattiesiintymien löytämisen jälkeen niitä on pidetty lupaavimpana energialähteenä. Tällä hetkellä tunnetaan yli kaksisataa kaasuhydraattiesiintymää, joista suurin osa sijaitsee merenpohjassa. Viimeisimpien arvioiden mukaan maakaasuhydraattiesiintymiin on keskittynyt 10-1000 biljoonaa m3 metaania, mikä on verrannollinen perinteisen kaasun varastoihin. Siksi monien maiden (erityisesti kaasua tuovien maiden: USA, Japani, Kiina, Taiwan) halu kehittää tätä resurssia on täysin ymmärrettävää. Huolimatta viimeaikaisesta etsintäporauksen edistymisestä ja hydraattien kokeellisista tutkimuksista huokoisissa väliaineissa, kysymys taloudellisesti kannattavasta menetelmästä kaasun erottamiseksi hydraateista on edelleen avoin ja vaatii lisätutkimuksia.

Kaasuhydraattikertymät

Ensimmäinen maininta suurista kaasuhydraattikertymistä liittyy Messoyakha-kenttään, joka löydettiin vuonna 1972 Länsi-Siperiasta. Alan kehityksen analysoinnissa on ollut mukana monia tutkijoita, tieteellisiä artikkeleita on julkaistu yli sata. Työn mukaan luonnollisten hydraattien olemassaolo oletetaan Messoyakha-kentän tuotantoalueen yläosassa. On kuitenkin huomattava, että esiintymän hydraattipitoisuuden suoria tutkimuksia (ydinnäytteenotto) ei ole tehty ja merkit, joilla hydraatteja on tunnistettu, ovat epäsuoria ja mahdollistavat erilaisia tulkintoja.

Siksi toistaiseksi ei ole päästy yksimielisyyteen Messoyakha-esiintymän hydraattipitoisuudesta.

Tässä suhteessa suuntaa antavin esimerkki on toinen oletettu hydraattia sisältävä alue - Alaskan (USA) pohjoinen rinne. Pitkään uskottiin, että tällä alueella on merkittäviä kaasuvarantoja hydratoituneessa tilassa. Näin ollen väitettiin, että Prudhoe Bayn ja Kiparuk-joen öljykenttien alueella on kuusi hydraatilla kyllästettyä säiliötä, joiden reservit ovat 1,0-1,2 biljoonaa m3. Hydraattipitoisuuden oletus perustui tuloksiin kaivojen testaustuloksista todennäköisellä hydraatin esiintymisvälillä (näille aikaväleille oli ominaista erittäin alhaiset kaasun virtausnopeudet) ja geofysikaalisten tietojen tulkintaan.

Anadarko järjesti vuoden 2002 lopussa yhdessä Yhdysvaltain energiaministeriön kanssa Hot Ice No. 1:n (HOT ICE #1) kairauksen tutkiakseen hydraattien esiintymisolosuhteita Alaskassa ja arvioidakseen niiden resursseja. . Kaivo valmistui vuoden 2004 alussa tavoitesyvyydellä 792 m. Hydraatteja ei kuitenkaan löytynyt useista epäsuorista merkeistä hydraattien esiintymisestä (tiedot geofysikaalisista ja seismisistä tutkimuksista) sekä suotuisista termobaarisista olosuhteista. uutetuissa ytimissä. Tämä vahvistaa jälleen kerran väitteen, jonka mukaan ainoa luotettava tapa havaita hydraattikertymiä on kokeellinen poraus näytteenotolla.

Tällä hetkellä vain kaksi luonnonhydraattiesiintymää, jotka kiinnostavat eniten teollinen kehitys: Mallik - Mackenzie-suistossa Luoteis-Kanadassa ja Nankai - Japanin offshore.

Mallin talletus

Luonnonhydraattien olemassaolo vahvistettiin poraamalla tutkimuskaivo vuonna 1998 ja kolme kaivoa vuonna 2002. Kenttäkokeita kaasun tuotannosta hydraattikyllästetyistä aikaväleistä tehtiin menestyksekkäästi tällä alalla. On täysi syy uskoa, että näin on tyypillinen tyyppi mantereen hydraattiesiintymiä löydetään tulevaisuudessa.

Geofysikaalisten tutkimusten ja ydinmateriaalitutkimuksen perusteella tunnistettiin kolme hydraattia sisältävää muodostumaa (A, B, C), joiden kokonaispaksuus oli 130 m välillä 890-1108 m. ikirouta sen paksuus on noin 610 m, ja hydraatin stabiilisuusvyöhyke (HZZ) (eli aikaväli, jossa termobaariset olosuhteet vastaavat hydraatin stabiilisuusolosuhteita) ulottuu 225 - 1100 m. leikkauslämpötilan muutokset (katso kuva 1) . Ylempi leikkauspiste on SGI:n yläraja ja alempi piste on vastaavasti SGI:n alaraja. Hydraatin stabiilisuusvyöhykkeen alarajaa vastaava tasapainolämpötila on 12,2 °C.

Teojärvi A sijaitsee alueella 892-930 m, jossa erotetaan erikseen hydraatilla kyllästetty hiekkakivivälikerros (907-930 m). Geofysiikan mukaan hydraattikyllästys vaihtelee välillä 50-85%, loput huokostilasta on veden peitossa. Huokoisuus on 32-38%. A-muodostelman yläosa koostuu hiekkalietteestä ja ohuista hiekkakivivälikerroksista, joiden hydraattikyllästys on 40-75 %. Pinnalle kohotettujen ytimien silmämääräinen tarkastus paljasti, että hydraatti valtaa pääasiassa rakeiden välisen huokostilan. Tämä aikaväli on kylmin: hydraatin muodostumisen tasapainolämpötilan ja säiliön lämpötilan välinen ero on yli 4°C.

Hydraattikerros B (942-992 m) koostuu useista 5-10 m paksuisista hiekkavälikerroksista, joita erottavat ohuet (0,5-1 m) hydraattivapaata savea. Kyllästys hydraattien kanssa vaihtelee laajasti välillä 40 - 80 %. Huokoisuus vaihtelee välillä 30-40 %. Huokoisuuden ja hydraattikyllästymisen vaihteluvälit selittyvät muodostuman kerrosrakenteella. Hydraattikerroksen B alla on 10 m paksu vesikerros.

Säiliö C (1070-1107 m) koostuu kahdesta välikerroksesta, joiden hydraattikyllästys on välillä 80-90 % ja on lähellä tasapainoa. Säiliön C pohja osuu yhteen hydraatin stabiilisuusvyöhykkeen alarajan kanssa. Välin huokoisuus on 30-40 %.

Hydraatin stabiilisuusvyöhykkeen alapuolella on kaasu-vesi-siirtymävyöhyke, jonka paksuus on 1,4 m. siirtymäalue seuraa pohjavesikerros, jonka paksuus on 15 m.

Tulosten perusteella laboratoriotutkimus havaittiin, että hydraatti koostuu metaanista (98 % tai enemmän). Ydinmateriaalin tutkiminen osoitti, että huokoisella väliaineella ilman hydraatteja on korkea läpäisevyys (100 - 1000 mD), ja kun se on kyllästetty hydraatilla 80 %, kiven läpäisevyys laskee arvoon 0,01-0,1 mD.

Kaasuvarantojen tiheys hydraateissa porattujen tutkimuskaivojen lähellä oli 4,15 miljardia m3/1 km2 ja koko kentän varannot 110 miljardia m3.

Nankain kenttä

Japanin hyllyllä on tehty aktiivista etsintätyötä jo usean vuoden ajan. Ensimmäiset kuusi vuosina 1999-2000 porattua kaivoa osoittivat kolmen hydraattivälikerroksen läsnäolon, joiden kokonaispaksuus oli 16 m, välillä 1135-1213 m merenpinnasta (290 m merenpohjan alapuolella). Kivet ovat pääasiassa hiekkakiviä, joiden huokoisuus on 36 % ja kyllästys hydraatilla noin 80 %.

Vuonna 2004 porattiin jo 32 kaivoa meren syvyyksiin 720–2033 metriä. Erikseen on syytä mainita pystysuoraan ja vaakasuoraan (vaakasuuntainen porausreikä 100 m) onnistunut valmistuminen heikosti stabiileissa hydraattimuodostelmissa meren syvyydessä 991 m. Seuraava vaihe Nankai-kentän kehittämisessä on kokeellinen kaasuntuotanto näistä kaivoista vuonna 2007. K teollinen kehitys Nankai-kentän on määrä alkaa vuonna 2017.

Hydraattien kokonaismäärä vastaa 756 miljoonaa kuutiometriä kaasua 1 km2 kohden porattujen kaivojen alueella. Yleensä hydraattien kaasuvarat Japaninmeren hyllyllä voivat vaihdella 4 biljoonasta 20 biljoonaan m3.

Hydraattiesiintymät Venäjällä

Pääsuunnat kaasuhydraattien etsimiseen Venäjällä ovat nyt keskittyneet Okhotskinmerelle ja Baikal-järvelle. Kuitenkin suurimmat mahdollisuudet löytää kaupallisia varantoja sisältäviä hydraattiesiintymiä liittyvät Vostochno-Messoyakhskoye-kenttään Länsi-Siperiassa. Geologisen ja geofysikaalisen tiedon analyysin perusteella esitettiin, että Gazsalinsky-yksikkö on suotuisissa olosuhteissa hydraatin muodostumiselle. Erityisesti kaasuhydraatin stabiilisuusvyöhykkeen alaraja on noin 715 metrin syvyydessä, ts. Gazsalinsky-osan yläosa (ja joillakin alueilla koko jäsen) on lämpöbaarisissa olosuhteissa, jotka ovat edullisia kaasuhydraattien olemassaololle. Kaivon testaus ei tuottanut tulosta, vaikka tälle ajanjaksolle on ominaista hakkuu tuottavaksi, mikä selittyy kaasuhydraattien läsnäolon aiheuttamalla kallion läpäisevyyden heikkenemisellä. Hydraattien mahdollisen olemassaolon puolesta puhuu se, että Gazsalinsky-yksikkö tuottaa tuotantoa muilla lähialueilla. Siksi, kuten edellä todettiin, on tarpeen porata koekaivo, jossa on ydintäys. Positiivisten tulosten tapauksessa löydetään kaasuhydraattiesiintymä, jonka varannot ovat ~500 miljardia kuutiometriä.

Analyysi mahdollisia teknologioita kaasuhydraattikerrostumien kehittäminen

Kaasuhydraattiesiintymien kehittämiseen käytettävän tekniikan valinta riippuu esiintymisen erityisistä geologisista ja fyysisistä olosuhteista. Tällä hetkellä harkitaan vain kolmea päämenetelmää kaasun sisäänvirtauksen indusoimiseksi hydraattisäiliöstä: paineen alentaminen tasapainopaineen alapuolelle, hydraattia sisältävien kivien lämmittäminen tasapainolämpötilan yläpuolelle ja molempien yhdistelmä (katso kuva 2). Tunnettu menetelmä hydraattien hajottamiseksi estäjiä käyttämällä ei todennäköisesti ole hyväksyttävä inhibiittorien korkeiden kustannusten vuoksi. Muita ehdotettuja stimulaatiomenetelmiä, erityisesti sähkömagneettista, akustista ja hiilidioksidin ruiskutusta säiliöön, on vielä vähän tutkittu kokeellisesti.

Tarkastellaan kaasun tuotannon näkymiä hydraateista käyttämällä esimerkkiä ongelmasta kaasun virtaamisesta pystysuoraan kaivoon, joka on täysin tunkeutunut hydraatilla kyllästettyyn säiliöön. Sitten yhtälöjärjestelmä, joka kuvaa hydraatin hajoamista huokoisessa väliaineessa, on muotoa:

a) kaasun ja veden massan säilymisen laki:

jossa P - paine, T - lämpötila, S - kyllästyminen vedellä, v - hydraattikyllästys, z - superpuristuvuuskerroin; r - säteittäinen koordinaatti; t - aika; m - huokoisuus, g, w, h - vastaavasti kaasun, veden ja hydraatin tiheys; k(v) on huokoisen väliaineen läpäisevyys hydraattien läsnä ollessa; fg(S), fw(S) - kaasun ja veden suhteellisten faasiläpäisevyyden funktiot; g, w ovat kaasun ja veden viskositeetit; - kaasun massapitoisuus hydraatissa;

b) energiansäästöyhtälö:

missä Ce on kiven ja isäntänesteiden lämpökapasiteetti; cg, cw ovat kaasun ja vastaavasti veden lämpökapasiteetti; H on hydraatin faasimuutoslämpö; - differentiaalinen adiabaattinen kerroin; - kuristuskerroin (Joule-Thomson-kerroin); e on kiven ja isäntänesteiden lämmönjohtavuus.

Jokaisessa muodostumispisteessä termodynaamisen tasapainon ehdon on täytyttävä:

T = Aln P + B, (3)

missä A ja B ovat empiirisiä kertoimia.

Kiven läpäisevyyden riippuvuus hydraattien kyllästymisestä esitetään yleensä tehoriippuvuutena:

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

jossa k0 on huokoisen väliaineen absoluuttinen läpäisevyys hydraattien poissa ollessa; N on vakio, joka luonnehtii läpäisevyyden heikkenemisastetta hydraattikyllästymisen lisääntyessä.

Homogeenisessa ja yksikköpaksuisessa säiliössä on alkuhetkellä paine Р0, lämpötila Т0 ja kyllästys hydraateilla v0. Paineenalennusmenetelmä mallinnettiin asettamalla kaivoon vakiovirtaus ja lämpömenetelmä vakiotehoisella lämmönlähteellä. Vastaavasti yhdistetyssä menetelmässä asetettiin vakio kaasun virtausnopeus ja lämmönlähteen teho, joka tarvitaan hydraattien stabiiliin hajoamiseen.

Mallinnettaessa kaasun tuotantoa hydraateista tarkasteluilla menetelmillä otettiin huomioon seuraavat rajoitukset. Säiliön alkulämpötilassa 10°C ja paineessa 5,74 MPa Joule-Thomson-kerroin on 3-4 astetta 1 MPa:a kohti. Näin ollen 3-4 MPa:n laskulla pohjareiän lämpötila voi saavuttaa veden jäätymispisteen. Kuten tiedetään, veden jäätyminen kallioon ei vain vähennä pohjareikävyöhykkeen läpäisevyyttä, vaan johtaa myös katastrofaalisempiin seurauksiin - kotelon lankojen romahtamiseen, säiliön tuhoutumiseen jne. Siksi paineenalennusmenetelmässä oletettiin, että 100 päivän kaivon käytön aikana pohjareiän lämpötila ei saisi laskea alle 0 °C. Lämpömenetelmässä rajoituksena on kaivon seinämän ja itse lämmittimen lämpötilan nousu. Siksi laskelmissa oletettiin, että 100 päivän kaivon käytön aikana pohjareiän lämpötila ei saisi ylittää 110 °C. Yhdistettyä menetelmää mallinnettaessa otettiin huomioon molemmat rajoitukset.

Menetelmien tehokkuutta verrattiin pystysuoran kaivon maksimivirtausnopeudella, joka tunkeutui kokonaan yhden paksuisen kaasuhydraattisäiliön läpi, ottaen huomioon edellä mainitut rajoitukset. Lämpö- ja yhdistelmämenetelmissä energiakustannukset otettiin huomioon vähentämällä virtausnopeudesta tarvittavan lämmön saamiseksi tarvittava kaasumäärä (olettaen, että lämpöä syntyy polttamalla osa tuotetusta metaanista):

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

missä Q - kaasun virtausnopeus pohjareiässä, m3/vrk; E - tuotu pohjaan lämpöenergia, J/päivä; q on metaanin palamislämpö (33.28.106), J/m3.

Laskelmat suoritettiin seuraavilla parametreilla: P0 = 5,74 MPa; T0 = 283 K; S = 0,20; m = 0,35; h = 910 kg/m3, w = 1000 kg/m3; k0 = 0,1 um2; N = 1 (kerroin kaavassa (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). Laskentatulokset on koottu taulukkoon. yksi.

Näiden laskentatulosten analyysi osoittaa, että paineenalennusmenetelmä soveltuu hydraattimuodostelmiin, joissa hydraattikyllästys on alhainen ja kaasu tai vesi ei ole menettänyt liikkuvuuttaan. Luonnollisesti hydraatin kyllästymisen lisääntyessä (ja siten permeabiliteetin laskussa yhtälön (4) mukaisesti) tämän menetelmän tehokkuus laskee jyrkästi. Siten, kun huokosten kyllästyminen hydraateilla on yli 80 %, on lähes mahdotonta saada sisäänvirtausta hydraateista alentamalla pohjareiän painetta.

Toinen paineenalennusmenetelmän haittapuoli liittyy teknologiseen hydraattien muodostumiseen pohjareikävyöhykkeellä Joule-Thomson-ilmiön vuoksi. Kuvassa Kuvassa 3 on esitetty veden ja hydraatin kyllästymisen jakauma, joka on saatu ratkaistua kaasun sisäänvirtausongelmaa pystysuoraan kaivoon, joka on läpäissyt kaasuhydraattisäiliön. Tämä kuva osoittaa selvästi hydraatin merkityksettömän hajoamisen vyöhykkeen (I), sekundäärisen hydraatin muodostumisen vyöhykkeen (II) ja vain kaasusuodatuksen vyöhykkeen (III), koska tällä vyöhykkeellä kaikki vapaa vesi on muuttunut hydraatiksi.

Siten hydraattikerrostumien kehittyminen painetta alentamalla on mahdollista vain ruiskuttamalla inhibiittoreita pohjareikävyöhykkeelle, mikä lisää merkittävästi tuotetun kaasun kustannuksia.

Terminen menetelmä kaasuhydraattikerrostumien kehittämiseksi soveltuu muodostelmille, joiden huokosissa on korkea hydraattipitoisuus. Kuten laskentatulokset osoittavat, lämpövaikutus pohjareiän kautta on kuitenkin tehoton. Tämä johtuu siitä, että hydraattien hajoamisprosessiin liittyy lämmön absorptio, jonka ominaisentalpia on korkea, 0,5 MJ/kg (esimerkiksi: jään sulamislämpö on 0,34 MJ/kg). Kun hajoamisrintama siirtyy pois kaivon pohjasta, energiaa kuluu yhä enemmän isäntäkivien ja muodostuman katon lämmittämiseen, joten hydraattien lämpövaikutuksen vyöhyke kaivon pohjan läpi lasketaan ensimmäisessä metriä. Kuvassa Kuva 4 esittää hydraateilla täysin kyllästetyn säiliön sulamisen dynamiikkaa. Tästä kuvasta voidaan nähdä, että 100 päivän jatkuvan lämmityksen aikana hydraattien hajoaminen tapahtuu vain 3,5 metrin säteellä kaivon seinästä.

Yhdistetyllä menetelmällä on suurimmat mahdollisuudet, mikä koostuu samanaikaisesta paineen alenemisesta ja lämmönsyötöstä kaivoon. Lisäksi hydraatin päähajoaminen tapahtuu paineen laskun vuoksi, ja pohjareikään syötetty lämpö mahdollistaa sekundaarihydraatin muodostumisen vyöhykkeen pienentämisen, millä on positiivinen vaikutus virtausnopeuteen. Yhdistetyn menetelmän (sekä lämpömenetelmän) haittana on tuotetun veden suuri määrä (katso taulukko 1).

Johtopäätös

Siten klo moderni tasoöljy- ja kaasuteknologioiden vuoksi on vaikea odottaa, että hydraateista tuotetun kaasun kustannukset olisivat verrattavissa perinteisten kaasukenttien kustannuksiin. Tämä johtuu kehittäjien ja tutkijoiden suurista ongelmista ja vaikeuksista. Kuitenkin jo nyt kaasuhydraatteja voidaan verrata toiseen epätavanomaiseen kaasulähteeseen - hiilipetimetaaniin. Kaksikymmentä vuotta sitten uskottiin, että metaanin talteenotto hiilikentiltä on teknisesti vaikeaa ja kannattamatonta. Nyt vain Yhdysvalloissa noin 45 miljardia m3 tuotetaan vuosittain yli 10 tuhannesta kaivosta, mikä saavutettiin kehittämällä öljy- ja kaasutieteitä ja luomalla uusimpia kaasuntuotantotekniikoita. Analogisesti hiilimetaanin kanssa voimme päätellä (katso taulukko 2), että kaasun tuotanto hydraateista voi olla varsin kannattavaa ja se alkaa lähitulevaisuudessa.

Kirjallisuus

1. Lerche Ian. Arviot maailmanlaajuisista kaasuhydraattivaroista. Paperi OTC 13036, esitelty vuoden 2001 offshore-teknologiakonferenssissa Houstonissa, Teksasissa, 30. huhtikuuta - 3. toukokuuta 2001.

2. Makogon, Y.F., Holditch, S.A., Makogon T.Y. Venäjän kenttä kuvaa kaasuhydraatin tuotantoa. Oil&Gas Journal, 7. helmikuuta 2005, voi. 103,5, s. 43-47.

3. Ginsburg G.D., Novozhilov A.A. Hydraateista Messoyakha-kentän suolistossa.// Kaasuteollisuus, 1997, nro 2.

4. Collett, T.S. Prudhoe Bayn ja Kuparuk-joen alueen maakaasuhydraatit, North Slope, Alaska: AAPG Bull., Voi. 77, nro. 5, 1993, s. 793-812.

5. Ali G. Kadaster, Keith K. Millheim, Tommy W. Thompson. Hot Ice #1 - Gas Hydrate Exploration Wellin suunnittelu ja poraus Alaskan arktisella alueella. Paperi SPE/IADC 92764 esitelty SPE/IADC-porauskonferenssissa Amsterdamissa, Alankomaissa, 23.-25.2.2005.

6. Dallimore, S., Collett, T., Uchida, T. Tieteelliset tulokset JAPEX/JNOC/GSC Mallik 2L-38 kaasuhydraattitutkimuksesta Well, Mackenzie Delta, Northwest Territories, Kanada. Geological Survey of Canada, Bulletin 544, 1999, s. 403.

7. Takahashi, H., Yonezawa, T., Takedomi, Y. Exploration for Natural Hydrate in Nankai-Trough Wells Offshore Japan. Esitelmä vuoden 2001 offshore-teknologiakonferenssissa Houstonissa, Texasissa, 30. huhtikuuta - 3. toukokuuta 2001. OTC 13040.

8. Takahashi, H., Tsuji, Y. Japani tutkii hydraatteja Nankain aallonpohjasta. Oil&Gas Journal, 5. syyskuuta 2005, voi. 103.33, s. 48-53.

9. Takahashi, H., Tsuji, Y. Japani poraa, puuhaa kaasuhydraattikaivoja Nankai-pohjassa. Oil&Gas Journal, 12. syyskuuta 2005, voi. 103.34, s. 37-42,

10. Solovjov V.A. Maailman valtameren suoliston kaasuhydraattipitoisuus// "Kaasuteollisuus", 2001, nro 12.

11. Agalakov S.E. Kaasuhydraatit Turonin esiintymissä Länsi-Siperian pohjoisosassa// "Öljyn ja kaasun geologia", 1997, nro 3.

Kaasuhydraatit (myös maakaasuhydraatit tai klatraatit) ovat kiteisiä yhdisteitä, jotka muodostuvat tietyissä termobaarisissa olosuhteissa vedestä ja kaasusta. Nimen "klatraatit" (latinan sanasta clathratus - "häkkiin paneminen") antoi Powell vuonna 1948. Kaasuhydraatit ovat ei-stoikiometrisiä yhdisteitä, toisin sanoen yhdisteitä, joiden koostumus vaihtelee.

Ensimmäistä kertaa kaasuhydraatteja (rikkidioksidia ja klooria) havaitsivat 1700-luvun lopulla J. Priestley, B. Peletier ja W. Karsten. Ensimmäiset kuvaukset kaasuhydraateista antoi G. Davy vuonna 1810 (kloorihydraatti). Vuonna 1823 Faraday määritti suunnilleen kloorihydraatin koostumuksen, vuonna 1829 Levitt löysi bromihydraatin ja vuonna 1840 Wöhler sai H2S-hydraatin. Vuoteen 1888 mennessä P. Villard sai CH4-, C2H6-, C2H4-, C2H2- ja N2O-hydraatteja.

Neuvostoliiton tutkijat esittivät 1940-luvulla hypoteesin kaasuhydraattikerrostumien esiintymisestä ikiroutavyöhykkeellä (Strizhov, Mokhnatkin, Chersky). 1960-luvulla he löysivät myös ensimmäiset kaasuhydraattiesiintymät Neuvostoliiton pohjoisosassa, samalla kun hydraattien muodostumisen ja olemassaolon mahdollisuus luonnollisissa olosuhteissa löytää laboratoriovahvistuksen (Makogon).

Siitä lähtien kaasuhydraatteja on pidetty mahdollisena polttoaineen lähteenä.
Eri arvioiden mukaan hydraattien hiilivetyvarat vaihtelevat välillä 1,8 × 10^14 - 7,6 × 10^18 m³.
Osoittautuu niiden laaja levinneisyys mantereiden valtamerissä ja ikiroudassa, epävakaus lämpötilan noustessa ja paineen laskussa.

Vuonna 1969 aloitettiin Messoyakha-kentän kehittäminen Siperiassa, jossa uskotaan, että ensimmäistä kertaa oli mahdollista (puhtaan sattumalta) uuttaa maakaasua suoraan hydraateista (jopa 36 % kokonaistuotannosta vuonna 1990).

Kaasuhydraatit luonnossa
Useimmat maakaasut (CH4, C2H6, C3H8, CO2, N2, H2S, isobutaani jne.) muodostavat hydraatteja, joita esiintyy tietyissä termobaarisissa olosuhteissa. Niiden olemassaoloalue rajoittuu merenpohjasedimentteihin ja ikiroudan alueisiin. Vallitsevia maakaasuhydraatteja ovat metaani ja hiilidioksidihydraatit.

Kaasuntuotannon aikana hydraatteja voi muodostua porausrei'issä, teollisuusyhteyksissä ja pääkaasuputkissa. Putkien seinille laskeutuessaan hydraatit vähentävät jyrkästi niiden läpimenoa. Hydraattien muodostumisen torjumiseksi kaasukentillä kaivoihin ja putkistoihin johdetaan erilaisia inhibiittoreita (metyylialkoholi, glykolit, 30-prosenttinen CaCl2-liuos) ja kaasuvirtauksen lämpötila pidetään hydraatin muodostumislämpötilan yläpuolella lämmittimien, lämpöeristyksen avulla. putkistosta ja toimintatavan valinta, joka varmistaa kaasuvirran maksimilämpötilan. Hydraatin muodostumisen estämiseksi pääkaasuputkissa kaasun kuivaus on tehokkain - kaasun puhdistus vesihöyrystä.

Maakaasuhydraatteihin liittyvät ongelmat ja näkymät
Pohjois-Länsi-Siperian peltojen kehittäminen kohtasi alusta alkaen kaasupäästöjen ongelman matalilta ikiroudan jaksoilta. Nämä päästöt tapahtuivat äkillisesti ja johtivat kaivojen sulkemiseen ja jopa tulipaloihin. Koska puhallukset tapahtuivat syvyysväliltä kaasuhydraatin stabiilisuusvyöhykkeen yläpuolelta, ne selittivät pitkään kaasuvirroilla syvemmistä tuottavista horisonteista läpäisevien vyöhykkeiden ja viereisten kaivojen läpi, joissa oli huonolaatuinen kuori. 1980-luvun lopulla Yamburgsky GCF:n ikiroutavyöhykkeeltä peräisin olevan jäätyneen ytimen kokeellisen mallinnuksen ja laboratoriotutkimusten perusteella oli mahdollista paljastaa hajallaan olevien jäännösten (koipallojen) hydraattien jakautuminen kvaternaariesiintymissä. Nämä hydraatit voivat yhdessä paikallisten mikrobikaasun kerääntymien kanssa muodostaa kaasua sisältäviä välikerroksia, joista ilmaantuu porauksen aikana. Jäännöshydraattien esiintyminen ikiroutavyöhykkeen matalissa kerroksissa vahvistettiin edelleen samanlaisilla tutkimuksilla Pohjois-Kanadassa ja Bovanenkovon kaasukondensaattikentän alueella. Siten on syntynyt ajatuksia uudentyyppisistä kaasuesiintymistä - ikiroudan sisäisistä metastabiileista kaasu-kaasuhydraattiesiintymistä, jotka, kuten Bovanenkovskoje-kaasukondensaattikentän ikiroutakaivojen testit ovat osoittaneet, eivät ole vain vaikeuttava tekijä, vaan myös tietty resurssi. paikallisen kaasuntoimituksen tukikohta.

Permafrost-esiintymät sisältävät vain merkityksettömän osan kaasuvaroista, jotka liittyvät maakaasuhydraatteihin. Suurin osa resursseista rajoittuu kaasuhydraatin stabiilisuusvyöhykkeelle - tälle syvyysvälille (yleensä muutama sata metriä), jossa termodynaamiset olosuhteet hydraatin muodostumiselle tapahtuvat. Länsi-Siperian pohjoisosassa tämä on 250-800 metrin syvyysväli, merissä - pohjapinnasta 300-400 metriin, erityisen syvillä hyllyn alueilla ja mantereen rinteessä jopa 500-600 metrin syvyyteen asti. pohja. Juuri näillä aikaväleillä löydettiin suurin osa maakaasuhydraateista.

Maakaasuhydraattien tutkimuksen aikana kävi ilmi, että hydraattipitoisia kerrostumia ei ole mahdollista erottaa jäätyneistä nykyaikaisilla kenttä- ja porareikägeofysiikan keinoilla. Jäätyneen kiven ominaisuudet ovat lähes täysin samanlaiset kuin hydraattipitoisten kivien. Tiettyä tietoa kaasuhydraattien läsnäolosta voidaan antaa ydinmagneettisen resonanssin kirjauslaitteella, mutta se on erittäin kallis ja sitä käytetään erittäin harvoin geologisessa etsinnässä. Pääindikaattori hydraattien esiintymisestä sedimenteissä ovat ydintutkimukset, joissa hydraatit ovat joko näkyvissä silmämääräisessä tarkastuksessa tai määritetään mittaamalla kaasun ominaispitoisuus sulatuksen aikana.

Kaasuhydraattiteknologioiden soveltamisen näkymät teollisuudessa
Tekniset ehdotukset maakaasun varastointiin ja kuljettamiseen hydratoituneessa tilassa ilmestyivät 1900-luvun 40-luvulla. Kaasuhydraattien ominaisuus suhteellisen alhaisissa paineissa keskittää merkittäviä määriä kaasua on herättänyt asiantuntijoiden huomion jo pitkään. Alustavat taloudelliset laskelmat ovat osoittaneet, että tehokkain on kaasun merikuljetus hydratoituneessa tilassa ja taloudellinen lisävaikutus voidaan saavuttaa myymällä kuluttajille samanaikaisesti kuljetettu kaasu ja puhdas vesi, joka jää jäljelle hydraatin hajoamisen jälkeen (aikana kaasuhydraattien muodostuminen, vesi puhdistetaan epäpuhtauksista). Tällä hetkellä pohditaan hydratoidun maakaasun merikuljetuksia tasapainoolosuhteissa, erityisesti suunniteltaessa syvänmeren kaasukenttien (mukaan lukien hydraatti) kehittämistä kuluttajasta etäällä.

Tällaisen varastotilan rakentaminen ei ole monimutkaista: varasto on kaasusäiliöiden akku, joka on sijoitettu kaivoon tai halliin ja kytketty kaasuputkeen. Kevät-kesäkaudella varasto täyttyy hydraatteja muodostavalla kaasulla, syksy-talvikaudella se vapauttaa kaasua hydraattien hajoamisen yhteydessä käyttämällä matalapotentiaalista lämmönlähdettä. Tällaisten varastojen rakentaminen lämpö- ja voimalaitosten lähelle voi merkittävästi tasoittaa kaasuntuotannon kausivaihteluita ja olla useissa tapauksissa todellinen vaihtoehto UGS-tilojen rakentamiselle.

Tällä hetkellä kaasuhydraattiteknologioita kehitetään aktiivisesti erityisesti hydraattien valmistukseen nykyaikaisilla teknologisia prosesseja tehostavilla menetelmillä (lämmön ja massan siirtoa nopeuttavat pinta-aktiiviset lisäaineet; hydrofobisten nanojauheiden käyttö; eri alueiden akustiset vaikutukset aina hydraattien tuotanto shokkiaalloissa jne.).

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

Venäjän kemian lehti. V. 48, nro 3 2003. "Kaasuhydraatit"
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

Gas Hydrate Studies - osa geofysiikan ryhmää

Kaasuhydraatin stabiilisuuskäyrä

Kaasuhydraatin stabiilisuus valtameren sedimenteissä

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

1970-luvulta lähtien on maailmanlaajuisesti tunnustettu luonnossa esiintyvä kaasuhydraatti, pääasiassa metaanihydraatti, jossa paine- ja lämpötilaolosuhteet vakauttavat hydraattirakennetta. Sitä esiintyy valtamerten sedimentissä mantereiden reunoilla ja mantereen polaarisissa ympäristöissä. Se on tunnistettu kairanreikänäytteistä ja tyypillisten vasteidensa seismis-heijastusprofiileissa ja öljykaivon sähköpalkeissa. jopa ~1000 metriä paksu suoraan merenpohjan alla; kerroksen pohjaa rajoittaa lämpötilan nousu. Korkeilla leveysasteilla se esiintyy ikiroudan yhteydessä .

Kaakkois-Yhdysvalloissa pieni alue (vain 3000 km2) nopeasti laskeutuneiden sedimenttien muodostaman harjanteen alla näyttää sisältävän metaania hydraatissa, joka vastaa noin 30 kertaa Yhdysvaltoja. vuotuinen kaasunkulutus. Tämä alue tunnetaan nimellä Blake Ridge. Huomattavia määriä hydraatteja, mukaan lukien määrät

Kaasuhydraattien koostumus ja ominaisuudet. Kaasuhydraatit - iv_g

Hydraattien ominaisuudet

Kaasuhydraatit luonnossa

Tieteellinen tutkimus

Kaasuhydraattien geologiset tutkimukset

Kaasuhydraattiteknologioiden soveltamisen näkymät teollisuudessa

Ilmoita kirjoitusvirheestä

Toimituksellemme lähetettävä teksti:

Kommenttisi (valinnainen):