CC BY
412Ж СФЕРА ИНТЕРЕСОВ
Направления современных исследований газовых гидратов
В.А. Истомин, ОАО «НОВАТЭК»
В.С. Якушев, В.Г. Квон, С.И. Долгаев, ООО «ВНИИГАЗ»
Е.М. Чувилин, МГУ им. М.В. Ломоносова
Газовые гидраты — твердые кристаллические соединения, образующиеся при определенных термобарических условиях из воды (водного раствора, льда, водяных паров) и низкомолекулярных газов (рис. 1). По внешнему виду напоминают лед или снег. Область их термодинамической стабильности включает как отрицательные, так и положительные по Цельсию температуры. При умеренных давлениях (до 10-30 МПа), характерных для промысловых систем, гидраты природных газов существуют вплоть до температур плюс 20-25°С.
ГАЗОХИМИЯ №3 (стр. 30)____________
Данная публикация является продолжением цикла статей. Первая «Разложение гидратов различных газов при температурах ниже 273 К» опубликована в журнале «Газохимия» № 3 за 2008 год.
История изучения газовых гидратов насчитывает более 200 лет. Впервые газовый гидрат (сернистого газа) был получен Дж. Пристли и В. Карстеном еще в XVIII веке. Интенсивному изучению газовых гидратов в первой половине XX века способствовала разработка газонефтяных месторождений в США, поскольку при транспорте попутного нефтяного газа в газопроводах начали образовываться газогидратные пробки.
Следующим важным этапом развития газоги-дратной проблематики, имеющим серьезное геологическое значение, стала регистрация открытия № 75 в бывшем СССР (1970 г.). Это открытие, сделанное отечественными специалистами
В.Г. Васильевым, Ю.Ф. Макогоном, Ф.Г. Требиным, А.А Трофимуком и Н.В. Черским, касалось обоснования
возможности залегания природных газовых гидратов в недрах земли. И уже в 1972 г. сотрудниками ВНИИГА-За А.Г Ефремовой и А.А. Жижченко при донном пробоотборе в глубоководной части Черного моря впервые в мире были подняты образцы природных морских газовых гидратов.
Среди отечественных специалистов мирового уровня на этом этапе исследований (1960-1980 гг.) следует особо отметить С.Ш. Быка, В.И. Фомину, Ю.Ф. Макогона, В.П. Царева, Э.А. Бондарева, Н.В. Черского, А.А. Трофимука, Ю.А. Дядина, Д.Ю. Ступина, ГД. Гинсбурга, В.А. Соловьева. Детально история развития исследований газовых гидратов в России изложена в специальном выпуске Российского химического журнала в 2003 году.
К концу XX века наука о газовых гидратах получает новые стимулы
ПЕРВЫЕ НАБЛЮДЕНИЯ ГАЗОВЫХ ГИДРАТОВ ОТНОСЯТСЯ К КОНЦУ XVIII ВЕКА. СИСТЕМАТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ГАЗОВЫХ ГИДРАТОВ НАЧАЛИ В ПЕРВОЙ ПОЛОВИНЕ XIX ВЕКА Х. ДЕВИ И М. ФАРАДЕЙ.
56 ГАЗОХИМИЯ ФЕВРАЛЬ-МАРТ 2009
■ НАШ САЙТ В ИНТЕРНЕТЕ: WWW.GAZOHIMIYA.RU
СФЕРА ИНТЕРЕСОВ Ж
для развития, связанные с рассмотрением газогидратов в качестве перспективного нетрадиционного источника углеводородного сырья, а также с внутренней логикой развития газогидратной проблематики. В частности, были обнаружены интересные особенности разложения гидратов метана и других газов при отрицательных по Цельсию температурах [1, 2], включая и эффект самоконсервации газовых гидратов. Эти особенности стимулировали проведение дальнейших исследований кинетики разложения гидратов с целью разработки эффективных газогидратных технологий (в том числе транспорта газа в газогидратном состоянии).
В настоящее время многими промышленноразвитыми странами (в первую очередь странами, не обладающими собственными ресурсами углеводородов) разработаны и приняты к осуществлению национальные программы научно-практического изучения газовых гидратов, включая и природные газогидраты (см. в качестве примера фото природного байкальского гидрата).
Последние достижения в этой области докладываются на ведущих международных научных форумах, таких как Мировой газовый конгресс и Международная газовая конференция (проводимые под эгидой Международного газового союза), а также на Международной конференции по газовым гидратам (International Conference on Gas Hydrates, ICGH), которая проводится один раз в три года (начиная с 1993 г). В частности, на этой конференции действует секция по промышленному применению гидратов и их технологиям (Industrial Applications: Current and Future Technology). Все практически значимые концепции газогидратных технологий находят отражение в докладах, представленных в рамках этой секции на конференциях по газовым гидратам (в Йокогаме, 2002, Тронхейме, 2005 и Ванкувере 2008).
Так, в июле 2008 г. в г. Ванкувере (Канада) состоялась уже шестая по счету международная конференция по газовым гидратам, которую следует сейчас рассматривать как основной форум специалистов по этой теме. В работе конференции приняли участие 580 участников, было сделано 470 докладов по всем направлениям газогидратной тематики. Итоги конференции показали, что во всем мире не ослабевает
интерес к газовым гидратам. Особая активность была проявлена со стороны китайских, индийских и (уже традиционно) японских и североамериканских специалистов. Разумеется, рост этой активности связан с расширением финансирования исследований по нетрадиционным источникам газа в странах, не располагающих природными энергоносителями.
На конференции активно обсуждались результаты исследований по долгосрочным национальным программам газогидратных исследований в Индии, Японии, Китае и других странах, были представлены результаты фундаментальных исследований состава, строения и свойств газогидратов, а также исследований в области нефтегазовых техноло-
РИС. 1. СТРУКТУРА ГАЗОВОГО ГИДРАТА МЕТАНА
гий, разведки и добычи газа из природных гидратов, захоронения диоксида углерода в гидратном состоянии и экологических последствий выделения метана из природных гидратов (процесс глобального потепления климата). По содержанию представленных на конференции работ можно отметить, что основными характерными чертами современного этапа исследований газовых гидратов являются:
высокая оснащенность лабораторий современными приборами для физико-химических исследований термодинамики, кинетики и свойств газогидратов,
активизация проведения полевых и морских исследований,
построение детализированных моделей разработки газогид-ратных залежей и использование компьютерных симуляторов для определения эффективности их разработки.
Что касается исследований газогидратов в России в последние годы, то они продолжали проводиться в различных организациях как за счет госбюджетного финансирования (интеграционные проекты Сибирского отделения РАН, гранты РФФИ, гранды Президиума РАН, грант Министерства высшего образования РФ), так и посредством грантов международных фондов — ИНТАС, СРДФ, ЮНЕСКО (в частности, по программе ЮНЕСКО «Плавучий
ФЕВРАЛЬ-МАРТ 2009 ГАЗОХИМИЯ 57
СФЕРА ИНТЕРЕСОВ
университет» проводились морские экспедиции под лозунгом Training Through Research — обучение через исследования), КО МЕКС (Kurele-Okhosk-Marine Experiment), ЧАОС (Carbon-Hydrate Accumulations in the Okhotsk Sea) и др. В 2002-2004 гг. исследования по нетрадиционным источникам углеводородов, включая газовые гидраты (с учетом коммерческих интересов ОАО «Газпром»), продолжались в ООО «ВНИИГАЗ» и ОАО «Промгаз» при небольшом объеме финансирования.
В настоящее время исследования по газовым гидратам проводятся в ОАО «Газпром», ФГУП ВНИИОкеа-нология, в институтах Российской академии наук, университетах.
В Российской академии наук газо-гидратными исследованиями занимаются:
институты неорганической химии, катализа, геологии и геофизики в СО РАН (Новосибирск);
■ Институт криосферы Земли СО РАН в Тюмени;
институты проблем нефти и газа РАН в Москве и Якутске;
Институт океанологии РАН;
Институт проблем механики
РАН;
Тихоокеанский океанологический институт ДВО РАН;
Институт теплофизики им.
С.С. Кутателадзе СО РАН;
Западносибирский филиал института геологии нефти и газа СО РАН;
Институт физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН;
Объединенный институт физики Земли (ОИФЗ РАН).
Что касается университетов, то га-зогидратные исследования проводятся в МГУ им. М.В. Ломоносова; СПб ГУ, а также РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина. Среди производственных предприятий различные аспекты газогидратных исследований на инициативной основе разрабатываются в НПФ «Вымпел», г. Саратов; Южморгео, г. Геленджик; НИПИоке-ангеофизика и др. Большой интерес к газогидратным исследованиям проявляется и в московском научноисследовательском центре компании «Шлюмберже». В качестве недавнего примера исследований при-
ПОДЪЕМ КЕРНОВ ПРИДОННЫХ ГАЗОВЫХ ГИДРАТОВ НА О. БАЙКАЛ ОСУЩЕСТВЛЯЕТСЯ С ПОМОЩЬЮ СПЕЦИАЛЬНЫХ ПРОБООТБОРНИКОВ С ГЛУБИН БОЛЕЕ 1 КМ
ведем информацию по летней экспедиции 2008 года на оз. Байкал. В период с 13 по 19 июля 2008 г. в г. Иркутске и на оз. Байкал проводились мероприятия по изучению природных газогидратов, предусмотренные договором о сотрудничестве между ООО «ВНИИГАЗ» и Лимнологическим институтом СО РАН (ЛИН СО РАН, Иркутск). На выездном семинаре молодых ученых и специалистов были заслушаны доклады представителей ВНИИГАЗа, ЛИНа, ФГУП ВНИИОкеанология (г. Санкт-Петербург), Новосибирского государственного университета — всего более 20 докладов. По результатам семинара выпущен сборник тезисов докладов. На судах научноисследовательского флота Лимнологического института была проведена технологическая экспедиция по подъему газовых гидратов. Маршрут экспедиции включал подводный вулкан Маленький, где, собственно, и были отобраны образцы придонных газовых гидратов, а также подводный газовый фонтан в устье р. Селенги.
Подъем кернов, содержащих газовые гидраты, осуществлялся с помощью гравитационных пробоотборников с глубины -1300 м. Всего было проведено четыре отбора, на
58 ГАЗОХИМИЯ ФЕВРАЛЬ-МАРТ 2009
СФЕРА ИНТЕРЕСОВ I I
каждый из которых было затрачено от 40 до 60 мин. Каждый образец был детально описан с указанием координат и глубины отбора, затем тщательно упакован в полиэтиленовую пленку, охлажден до температуры минус 32°С при помощи специальных хладоносителей и помещен для дальнейшего хранения и транспортировки в специальный термоконтейнер. Кроме того, были отобраны образцы придонного байкальского грунта и воды. В лаборатории судна «Г.Ю. Верещагин» были проведены первичные исследования образцов природных гидратов на газосодержание. Все образцы были внесены в особый реестр и доставлены в Москву для дальнейшего лабораторного изучения. Один из важных этапов лабораторных исследований намечен в газогидратной лаборатории на геологическом факультете МГУ им. М.В. Ломоносова (моделирование гидратонакопления в грунтах, теплофизические свойства гидратонасыщенных пород, структура порового пространства, термодинамика по-ровой влаги). Помимо придонных образцов грунта и воды, были отобраны пробы воды с различных глубин оз. Байкал с целью проведения микробиологического анализа.
Если проводить анализ по всем исследованиям российских специалистов за последние 5-7 лет, можно выделить следующие основные направления:
экспериментальные и расчетные исследования по термодинамике и кинетике гидратообразования;
■ геология и геофизика газогидратов на суше;
геология и геофизика гидратов на море;
методы разработки газогид-ратных залежей (включая и предупреждение техногенного гидратообразования при освоении газоги-дратных залежей);
■ защита инженерных сооружений в гидратонасыщенных грунтах;
■ совершенствование методов предупреждения гидратообразова-
ния в промысловых системах с целью сокращения эксплуатационных затрат на добычу газа.
Был получен ряд интересных научных и практических результатов. Анализ и обобщение их представлены в нескольких специализированных газогидратных выпусках известных журналов химического и нефтегазового профиля (Российский химический журнал, 2003; Наука и техника в газовой промышленности, 2004; Газовая промышленность, 2006), по этим темам также делались доклады на многочисленных международных конференциях и семинарах.
Перейдем к рассмотрению исследований, которые представляют интерес для ОАО «Газпром» и других крупных нефтегазовых компаний России.
Направления исследований газогидратов для целей газовой промышленности
В настоящее время мировая газовая промышленности столкнулась с проблемой повышения стоимости
добываемого газа. Это связано с постепенным истощением месторождений «легкого» газа и вовлечением в разработку глубоких, сложнопостроенных, низкопроницаемых и удаленных от потребителя месторождений, часто сложного фазового состава. Освоение таких месторождений требует значительно
больших капитальных и эксплуатационных затрат в расчете на единицу произведенной и доставленной продукции, чем, например, освоение сеноманских газовых залежей Западной Сибири. Усложнение условий залегания продуктивных горизонтов приводит к созданию все более сложных и наукоемких технологий разработки месторождений. Повышение стоимости происходит на фоне роста потребности в природном газе. Соответственно растет интерес к тем источникам газа, которые ранее относились к «нетрадиционным», т.к. себестоимость добычи газа из них была выше, чем на уже эксплуатируемых месторождениях. Среди промышленно значимых нетрадиционных источников в первую очередь следует выделить природные газогидраты по своим значительным потенциальным ресурсам, концентрированному состоянию газа, широкому распространению на планете и неглубокому залеганию.
Широкое распространение газовых гидратов в донных отложениях
Усложнение условий залегания продуктивных горизонтов приводит к созданию все более сложных и наукоемких технологий разработки месторождений
ФЕВРАЛЬ-МАРТ 2009 ГАЗОХИМИЯ 59
Ж СФЕРА ИНТЕРЕСОВ
морей и океанов, помимо ресурсных вопросов, заставляет детально рассматривать проблемы нестабильности гидратосодержащих отложений как грунтов основания при обустройстве и эксплуатации морских месторождений. Цементация донных отложений газогидратами вызывает повышение их прочности, в то время как подгид-ратные отложения отличаются пониженной прочностью. В результате при залегании газогидратов на подводных склонах создаются условия для возникновения крупных подводных оползней по поверхности контакта гидратосодержащих и подгидратных отложений. Такие оползни несут серьезную угрозу любому сооружению, опирающемуся на морское дно, в том числе добывающим платформам и подводным трубопроводам (например, газопроводу «Голубой поток» в районе подводного склона с российской стороны). Еще одной проблемой является оттаивание газогидратов вокруг добывающих подводных нефтяных и газовых скважин. Теплые скважины вызывают оттаивание гидратного цемента и потерю окружающими грунтами своих несущих свойств. Этот процесс может привести к деформации и аварийному состоянию скважины.
Кроме того, ряд свойств газогидратов дает возможности разработки новых газогидратных технологий для целей газовой промышленности. Это такие свойства, как высокое удельное газосодержание (до 160 м3 метана на 1 м3 гидрата) и возможность хранить и транспортировать природный газ в концентрированном гидратном состоянии при атмосферном давлении и температурах минус 3^18°С (самоконсервация гидратов). Это свойство, обнаруженное сравнительно недавно (анализ работ по этой теме см. в [1, 2]), открывает дополнительные технологические возможности как для добычи природного газа из низкодебитных и малых месторождений, так и для организации временных (сезонных) хранилищ газа в гидратном состоянии в районах, удаленных от магистральных газопроводов, и отводов от них.
Следует упомянуть и о традиционном направлении исследований газогидратов в газовой промышленности — разработке методов предотвращения гидратообразования при добыче и транспорте природного газа. В последние годы за
рубежом появились новые промышленные ингибиторы гидратообразования, которые имеют ряд преимуществ перед наиболее распространенным в промысловой практике ингибитором — метанолом. Это водорастворимые полимерные композиции, небольшая добавка которых в поток влажного газа позволяет предотвратить гидратообразование при транспорте газа от скважин до установки подготовки
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ФИЗИКОХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ГАЗОВЫХ ГИДРАТОВ ПОЗВОЛЯЕТ РАЗРАБАТЫВАТЬ НОВЫЕ ГАЗОГИДРАТНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ДЛЯ ГАЗОВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
газа (так называемые кинетические ингибиторы гидратообразования). В отличие от метанола эти ингибиторы не нуждаются в системе регенерации, так как добавки их очень малы (поэтому в зарубежной литературе их еще называют «низкодозируемыми ингибиторами»). Кроме того, разрабатываются и ингибиторы отложений гидратов (поверхностно-активные вещества), которые также могут быть отнесены к классу «низкодозируемых». В последнем случае гидраты не предупреждаются, но добавки таких ингибиторов позволяют организовать безопасный совместный внутрипромысловый транспорт гидратов, природного или попутного газа, углеводородного конденсата (или нефти). Кроме того, еще не в полной мере в
60 газохимия февраль-март 2009
СФЕРА ИНТЕРЕСОВ Ж
промысловой практике протестированы возможности эффективного применения взамен метанола других алифатических и многоатомных спиртов (этанола, изопропанола, этиленгликоля и др.).
Особо отметим еще один новый аспект борьбы с техногенным гидратообразованием, связанный с предстоящим освоением уникальных газовых и газоконденсатных месторождений Восточной Сиби-
лов криолитозоны. Эти выбросы происходили внезапно и приводили к остановке работ на скважинах и даже к пожарам. Поскольку выбросы происходили из интервала глубин выше зоны стабильности газогидратов, то длительное время они объяснялись перетоками газа из более глубоких продуктивных горизонтов по проницаемым зонам и соседним скважинам с некачественным креплением. В конце
В ходе изучения природных газогидратов выяснилось, что отличить гидратосодержащие отложения от мерзлых современными средствами полевой и скважинной геофизики не представляется возможным
ри. Как показывают предварительные оценки, пластовые термобарические условия ряда месторождений Восточной Сибири характеризуются аномальными давлениями, а также низкими пластовыми температурами, что благоприятствует процессу гидратообразования уже в призабойной зоне пласта. Например, в [3] отмечается, что гидратообразование имеет место при бурении, освоении, испытании, глушении и пробной эксплуатации скважин в интервалах глубин от 0 до 1350-1470 м на месторождениях Енисей-Хатангского прогиба и до 1800-2100 м в пределах западной части Сибирской платформы.
Таким образом, практические исследования газогидратов в современной газовой промышленности ведутся в следующих направлениях: разработка методов поиска, разведки и добычи газа из природных газогидратов;
разработка методов инженерной защиты подводных сооружений от деформаций, связанных с газогидратами;
оптимизация применения традиционных ингибиторов гидратообразования и разработка новых низкодозируемых ингибиторов;
разработка методов хранения и транспорта газа в твердом, гид-ратном состоянии.
Проблемы и перспективы, связанные с освоением природных газовых гидратами
Освоение месторождений севера Западной Сибири с самого начала столкнулось с проблемой выбросов газа из неглубоких интерва-
80-х гг. сотрудникам ВНИИГАЗа на основе экспериментального моделирования и лабораторных исследований мерзлого керна из криолитозоны Ямбургского ГКМ удалось показать наличие рассеянных реликтовых (законсервировавшихся) гидратов в четвертичных отложениях. Эти гидраты совместно с локальными скоплениями микробиального газа могут сформировать газоносные пропластки, откуда происходят выбросы при бурении. Присутствие реликтовых гидратов в неглубоких слоях криолитозоны было в дальнейшем подтверждено аналогичными исследованиями на севере Канады и в районе Бованенковского ГКМ. Таким образом, сформировались представления о новом типе газовых залежей — внутримерзлотных метастабильных газ-газогидратных залежах, которые, как показали испытания мерзлотных скважин на Бо-ваненковском ГКМ, представляют собой не только осложняющий фактор, но и определенную ресурсную базу для местного газоснаб жения.
Внутримерзлот ные залежи содержат лишь незначи тельную часть ре
сурсов газа, которые связывают с природными газогидратами. Основная часть ресурсов приурочена к зоне стабильности газогидратов -тому интервалу глубин (обычно первые сотни метров), где имеют место термодинамические условия для гидратообразования. На севере Западной Сибири это интервал глубин 250-800 м, в морях — от поверхности дна до 300-400 м, в особо глубоководных участках шельфа и континентального склона до 500600 м подо дном. Именно в этих интервалах и была обнаружена основная масса природных газогидратов.
В ходе изучения природных газогидратов выяснилось, что отличить гидратосодержащие отложения от мерзлых современными средствами полевой и скважинной геофизики не представляется возможным. Свойства мерзлых пород практически аналогичны свойствам гидратосодержащих. Определенную информацию о присутствии газогидратов может дать каротажное устройство ядерного магнитного резонанса, но оно весьма дорогостояще и в практике геолого-разведочных работ применяется крайне редко. Основным показателем наличия гидратов в отложениях являются исследования керна, где гидраты либо видны при визуальном осмотре, либо определяются по за- / меру удельного газосодержа- / ния при оттаивании (пер -в о -
ФЕВРАЛЬ-МАРТ 2009 ГАЗОХИМИЯ 61
Ж СФЕРА ИНТЕРЕСОВ
начально эта методика была разработана во ВНИИГАЗе и МГУ им. М.В. Ломоносова).
Но к сожалению, часто даже крупные гидратные залежи никак не проявляют себя при бурении, особенно когда применяются утяжеленные охлажденные буровые растворы, т.к. при этом условия стабильности гидратов только усиливаются. По-видимому, это одна из основных причин, почему при множестве поисковых и разведочных скважин в Западной Сибири и в других регионах при прохождении интервала зоны стабильности гидратов даже в хороших коллекторах отмечались лишь слабые газопро-
явления или даже наоборот, — поглощения бурового раствора. Это привело к тому, что верхние 800 м разреза в Западной Сибири в настоящее время не рассматриваются как промышленно-газоносные и практически не разведываются. В то же время в песчаных слоях палеогена могут содержаться существенные ресурсы газа в гидратном состоянии, освоение которых с помощью уже существующей инфраструктуры может значительно продлить жизнь Медвежьего, Уренгойского, Ямбургского и Заполярного ГКМ. Для решения вопроса о поиске гидратосодержащих отложений и их разведке необходимо разработать
и внести определенные корректировки в регламент геолого-разведочных работ ОАО «Газпром».
Перспективы применения в газовой промышленности газогидратных технологий хранения и транспорта газа
Технологические предложения по хранению и транспорту природного газа в гидратном состоянии появились достаточно давно — еще в 40-х гг. 20-го века. Свойство газовых гидратов при относительно небольших давлениях концентрировать значительные объемы газа давно привлекает внимание специалистов. Однако если хранить и транспортировать гидраты в равновесных условиях, это все равно потребует большого количества сосудов высокого давления для формирования и разложения гидратов, а также значительных энергозатрат на транспортировку воды, входящей в состав гидрата. Как показали предварительные экономические расчеты, наиболее эффективным оказывается морской транспорт газа в гидрат-ном состоянии, причем дополнительный экономический эффект может быть достигнут при одновременной реализации потребителям транспортируемого газа и чистой воды, остающейся после разложения гидрата (т.к. при образовании газогидратов вода очищается от примесей). В настоящее время рассматриваются концепции морского транспорта природного газа в гидратном состоянии, особенно при планировании разработки глубоководных газовых (в т.ч. и гид-ратных) месторождений, удаленных от потребителя (рис. 2). При этом в последние годы все большее внимание уделяется транспорту гидратов в неравновесных условиях (при атмосферном давлении).
Еще одним аспектом применения газогидратных технологий является возможность организации газо-гидратных хранилищ газа в равновесных условиях (под давлением) вблизи крупных потребителей газа. Это связано со способностью гидратов концентрировать газ при относительно низком давлении. Так, например, при температуре +4°С и давлении 4 МПа концентрация метана в гидрате соответствует давлению в 15-16 МПа. Сооружение подобного хранилища не является сложным: хранилище может представлять собой батарею газгольде-
РИС. 2. КОНЦЕПЦИЯ МОРСКОГО ТРАНСПОРТА ПРИРОДНОГО ГАЗА В ГИДРАТНОМ СОСТОЯНИИ
1 - газовое месторождение; 2 - буровая платформа; 3 - емкость для воды; 4 - природный газ; 5 - холодильное оборудование; 6 - устройство синтеза газовых гидратов; 7 - устройство для таблетирования гидратов; 8 - емкость для хранения; 9 - транспортировщикгидратов;
10 - емкость для хранения; 11 - емкость для дегазациигидратов; 12 - природный газ;
13 - емкость для воды; 14 - балластная вода
62 ГАЗОХИМИЯ ФЕВРАЛЬ-МАРТ 2009
СФЕРА ИНТЕРЕСОВ Ж
ров, размещенных в котловане или ангаре и соединенных с газовой трубой. В весенне-летний период хранилище заполняется газом, формирующим гидраты, в осеннезимний — отдает газ при разложении гидратов с использованием низкопотенциального источника теплоты. По нашим предварительным расчетам, для организации газогидратного хранилища на 20 млн м3 потребуется около 100 км труб диаметром 1442 мм и такое же количество труб малого диаметра (например, 114 мм), а также котлован размером 120 х 75 м и глубиной ~30 м. Строительство подобных хранилищ вблизи теплоэнергоцентралей может сгладить сезонную неравномерность в добыче газа и в ряде случаев представлять реальную альтернативу строительству ПХГ.
Однако до начала сооружения систем хранения и транспорта газа в гидратном состоянии необходимо решить две существенные технологические проблемы:
1) разработать технологию существенного ускорения реакции формирования гидратов природного газа;
2) разработать технологию формирования монолитных гидратных блоков, способных к самоконсервации.
По решению обеих проблем в последнее время получены обнадеживающие результаты: разработаны добавки реагентов, резко ускоряющие реакцию гидратообразования;
ВАЖНОЕ НАПРАВЛЕНИЕ ГАЗОГИДРАТНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ — ВОЗМОЖНОСТЬ СОЗДАНИЯ ГАЗОГИДРАТНЫХ ХРАНИЛИЩ ГАЗА
предложены способы обезвоживания и уплотнения гидратных блоков до необходимой кондиции и др.
Например, недавно для интенсификации синтеза газовых гидратов предложено использование так называемой «сухой воды» [4]. «Сухая вода» — аэрозоль воды, стабилизированный наночастицами SiO2 (silica H18). Размеры капель воды в сухой воде составляют около 20 мкм. Порошок H18 гидрофобен, он стабилизирует микрокапли воды от коалесценции (слипания). В описанном эксперименте с целью проверки возможности получения гидрата метана в сухой воде было обнаружено, что при охлаждении до температуры около 279 К давление метана резко уменьшалось, т.е. метан действительно связывался «сухой водой» с образованием гидрата метана. По падению давления было рассчитано объемное газосодержание полученного образца газогидрата, которое оказалось равным 175 м3/м3, т.е. очень близким к предельновозможному (теоретическому) значению. Это означает, что практически вся вода связывается в гидрат. При этом по сравнению с контрольным экспериментом, в котором использовалась обычная
жидкая вода, отмечено многократное ускорение реакции гидратообразования. Предложенный метод является перспективным, т.к. синтез нанодисперсного оксида кремния является простым и отработанным процессом и его разработка не требует больших средств.
Таким образом, в настоящее время активно разрабатываются различные газогидратные технологии, в частности для получения гидратов с использованием современных методов интенсификации технологических процессов (добавки ПАВ, ускоряющие тепломассоперенос; использование гидрофобных нанопорошков; акустические воздействия различного диапазона, вплоть до получения гидратов в ударных волнах и др.). Можно сказать, что уже реально видны контуры научных основ разработки современных газогидратных технологий, однако требуются дополнительные исследования для детализации технологий и их доведения до возможности опытно-промышленного внедрения.
В заключение следует отметить, что в российских организациях, занимающихся исследованиями газовых гидратов, накоплен значительный опыт по их изучению. Продолжение исследований может привести к разработке новых технологий транспорта и хранения газа в газо-гидратном состоянии, а также к оптимизации технологий добычи газогидратного газа. ОХ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Истомин В.А., Якушев В.С., Махонина Н.А., Квон В.Г., Чувилин Е.М. Эффект самоконсервации газовых гидратов // Газовая промышленность [спецвыпуск «Газовые гидраты»], 2006. — С. 36-46.
2. Истомин В.А., Нестеров А.Н., Чувилин Е.М., Квон В.Г., Решетников А.М. Разложение гидратов различных газов при температурах ниже 273 К. // Газохимия, 2008. — № 3. — С. 30-44.
3. Громовых С.А. Исследование и разработка технологий строительства скважин в условиях гидратообразования (на примере месторождений Красноярского края): Автореф. дис. на соиск. учен. степ. канд. техн. Наук. Тюмень, 2005. 21 с.
4. W. Wang, C. Bray, D. Adams, A. Cooper, Methane storage in dry water gas hydrates, J. Am. Chem. Soc. (2008), v. 130, pp. 11608-11609.
ФЕВРАЛЬ-МАРТ 2009 ГАЗОХИМИЯ 63
