close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Образование газогидратов и способы их добычи.

код для вставкиСкачать
УДК 548.562+665
А. А. Решетников, А. Б. Голованчиков
ОБРАЗОВАНИЕ ГАЗОГИДРАТОВ И СПОСОБЫ ИХ ДОБЫЧИ
Волгоградский государственный технический университет
Рассмотрены перспективы развития запасов природного газа в газогидратном состоянии. Перечислены
структуры газогидратов, их характеристики, образования тела гидрата. Рассмотрены способы воздействия
на пласт и добычи газогидрата, проблемы реализации на практике.
Ключевые слова: газогидрат, гидрат, клатратная, ван-дер-ваальсовские связи, добыча, Мессояхское месторождение.
A. A. Reshetnikov, A. B. Golovanchikov
FORMATION GAS HYDRATE AND WAYS OF THEIR EXTRACTION
Volgograd State Technical University
Prospects of development of stocks of natural gas in gas hydrate a condition are considered. Structures gas hydrate , their characteristics, formation of a body of hydrate are listed. Ways of influence on a layer and extractions
gas hydrate, problems of realization in practice are considered.
Keywords: gas hydrate, hydrate, clathrate, van der waals communications, extraction, Messoihskoe a deposit.
В последнее время все больший интерес
возрос к исследованиям свойств газогидратов.
Связано это с тем фактом, что природные газогидраты, состоящие в основном из гидрата
метана, в долгосрочной перспективе могут
стать неисчерпаемым источником природного
газа благодаря их огромным запасам, неглубокому залеганию и концентрированному состоянию. Мнения специалистов сходиться к тому,
что суммарный запас гидратов метана лежит в
пределах от 2 · 1014 до 7,6 · 1018 м3 (разброс в
оценках свидетельствует о неясности действиительных масштабов газогидратных недр), что
на порядки превышает суммарный объем метана в традиционно извлекаемых запасах газа [1,
2]. Проводятся различные семинары, форумы в
разных странах. Ведутся интенсивные геофизические исследования, исследования физико–
химических свойств газогидратов, условия их
образования и разложение. К настоящему времени расположение газогидратов были обнаружены вдоль восточного и западного побережий Северной и Южной Америки и Евроазиатского континента, в Австралии, Индии, Японии, под Черным, Каспийским, Средиземным
морями, озером Байкал и др.
Газовые гидраты – кристаллические соединения, образующиеся при определенных термобарических условиях из воды и газа. Относятся к нестехиометрическим соединениям.
Внешне напоминают спрессованный снег, могут гореть, легко распадаются на воду и газ при
повышении температуры. Благодаря своей
клатратной структуре газовый гидрат объемом
1 см3 может содержать до 160–180 см3 чистого
газа (1м3 природного газового гидрата может
содержать до 164 м3). Легко разрушаться при
нарушении термобарического состояния.
В кристалле газогидрата молекула воды образуют каркас (решетку хозяина), в котором
имеются полости. Установлено, что полости
каркаса обычно являются 12- ("малые" полости), 14-, 15-, 16- и 20-гранниками ("большие"
полости), немного деформированными относительно идеальной формы (рис. 1). Вершинами
являются атомы кислорода, а ребра – водородные связи. Эти полости могут занимать
молекулы газа («молекулы–гости»), которые
могут полностью или частично заполнить эти
полости. Молекулы газа связаны с каркасом
воды ван-дер-ваальсовскими связями и описывается теорией Вандер-Ваальса и Платтеу. По-
6
ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ
Рис. 1. Общий вид малых (D и D’) и больших полостей
(T, T’, P, H и E):
D [512], D’ [435663], T [51262], T’ [425864], P [51264], H [51263], E [51268]
(mn – n граней с числом ребер m)
лости, комбинируясь между собой, образуют
сплошную структуру различных типов. По
принятой классификации они называются КС,
ТС, ГС – соответственно кубическая, тетрагональная и гексагональная структура. В природе
наиболее часто встречаются гидраты типов КСI, КС-II, в то время как остальные являются
метастабильными. [3]
В общем виде состав газовых гидратов описывается формулой:
M ⋅ n ⋅ H 2 O,
(1)
где М – молекула газа – гидратообразователя;
n – число молекул воды, приходящихся на одну
включенную молекулу газа, причем n – переменное число, зависящее от типа гидратообразователя, давления и температуры.
Метан имеет кубическую структуру (КС-Ι).
Элементарная ячейка содержит 46 молекул воды, которые образуют две малые шесть больших полостей (2D·6T·46H2O). Пример газогидрата метана: CH4·6,1H2O.
Образование газогидрата происходит за
счет замены в полостях водной сетки молекул
воды на молекулу углеводорода. Нарушается
действие дисперсионных и химических сил, и
возрастает полярности валентных связей. По
мере увеличения полярности химических связей в воде поделенные электронные пары приближаются к атомам кислорода, а по мере увеличения прочности водородных связей не поделенные электронные пары удаляются от атома кислорода. Когда состояние всех четырех
электронных пар атома кислорода выравнивается, происходит sp3 гибридизация их орбиталей. При этом свойства водородных и валентных связей становятся одинаковыми, а между
ними образуется прочная гидратная связь (O-2 –
H+1 – O-2). Благодаря этому, в воде образуется
прочная жесткая тетраэдрическая сетка из ионов
кислорода, каждый из которых связан с четырьмя соседними гидратными связями. В результате
вода превращается в жесткое твердое тело.
В настоящий момент в мировой практике
все еще не решены задачи добычи газа из газогидратных залежей. Отсутствуют технологии
строительства скважин, освоения и эксплуатации. До сих пор остается не решенный вопрос о эффективном способе добычи гидрата,
полностью не изучена природа процессов и условий образования гидратов и их поведение в
геосфере, стабильность газовых гидратов в зависимости от температуры, давлении, химического состава гидратообразующих компонентов
и геологической обстановки.
На практике пока нет действующей установки, которая являлась бы специально разработанной для добычи газогидрата природного газа.
Основным методом отбора газогидрата может быть перевод его в пласте в свободное состояние с последующим отбором его традиционными методами. Существует четыре способа
воздействие на пласт газогидрата, приводящий
его к разложению:
– понижения пластового давления ниже равновесной;
– повышение пластовой температуры выше
равновесной;
– закачка в пласт ингибиторов, способствующих разложению гидрата;
– воздействие активными высокочастотными полями.
На основании этих способов в эксплуатацию было ведено Мессояхское газо-газогидратное месторождение, которое давало приток
природного газа за счет понижения давления в
устье скважины [4]. Но более безопасным методом отбора газогидрата является способ повышения температуры выше равновесной. Был
предложен ряд технических решений на кафедре разработки и эксплуатации газовых и газоконденсатных месторождений РГУ нефти и газа им. И. М. Губкина воздействием теплового
агента на пласт гидрата. Одним из предлагаемых термических методов заключается в закачке жидкого теплоносителя под непроницаемую
подошву газогидратного месторождения [5].
С этой целью под подошвой газогидратного
пласта создают подземное хранилище жидких
радиоактивных отходов. Для повышения эффек-
7
ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ
Рис. 2. Схема термического метода разработки газогидратной залежи:
1 – непроницаемый пласт; 2 – радиоактивные отходы; 3 – газогидратная залежь; 4 – пакер; 5 – цементный мост; 6 и 7 – добывающая и нагнетательная оборудование; 8 и 9 – нагнетательная и
добывающая скважины
фективности теплопередачи хранилище соружают в виде системы разветвленных горизонтальных и наклонных скважин различных конфигурации (рис. 2).
Другой предлагаемый способ заключается в
использовании двухустевых многоствольных
скважин для одновременной добычи газа из газогидратов и нагнетания в продуктивный пласт
теплоносителей (рис. 3) [6]. На первом этапе
предлагается разложить гидраты в околоскавжином пространстве, создав таким образом, искусственный коллектор с восстановленной
проницаемостью. На втором этапе – производить добычу из данного пласта традиционными
методами.
Рис. 3. Схема разработки газогидратной залежи термическим методом:
1 – газогидратная залежь; 2 – добывающая линия; 3 и 4 – горизонтальная нагнетательная линия; 5 – оборудование для добычи газа;
6 – оборудование для закачки теплового агента
В качестве теплоносителя может использовать горячую воду, газ, перегретый пар, пар и
др. При этом рабочий агент закачивают в залежь через нагнетательные скважины, а газ, освободившийся при диссоциации гидрата, отбирают через добывающую. Наиболее доступным
методом добычи газа из залежи является закачка теплой или горячей воды в пласт, так как
этот агент является наименее затратным по количеству затраченной энергии.
Реализация их в практику затруднена многими факторами. Такими факторами является:
– экономический эффект: количество потраченной энергии должен быть меньше полученной энергии.
– безопасность: добыча гидрата должна
быть безопасна, так как при разработке выделяется колоссальное количество газа в свободное
состояние. Метан является третий по значимости парниковым газом.
Потенциал энергии, сосредоточенный в природных газогидратах, может обеспечить мир
экологически чистой энергией не менее чем на
200 лет. Требуются серьезные изучения для освоения залежей твердых газогидратов, поиск
высокоэффективных технологий перевода газа
из твердого в свободное состояние, обеспечение региональной и глобальной экологической
безопасности. Необходимо создать единый
центр по исследованию газогидратов и созданию эффективных технологий его освоения.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Kvenvolden K. Ann. New York Acad / Kvenvolden K..
Sci., 2000, v. 912, p. 17 – 22.
2. Ефремова А. Г., Гритчина Н. Д. К вопросу о роли
газогидратов в формировании газопроводящих отложений. Методы оценки нефте- газоматеринского потенциала
седиментитов. Москва, МГУ, 1979, с. 73-73.
3. Кузнецов Ф. А. Газовые гидраты: исторический
экскурс, современное состояние, перспективы исследований / Ф. А. Кузнецов, В. А. Истомин, Т. В. Родионова //
Российский химический журнал №3, 2003, стр. 5 – 18.
4. Makogan Yu. F. Hydrates of Hydrocarbons. – Tulsa:
Pennwell Publishing C, 1997. – 484c.
5. Басниев К.С. Кульчинский В. В. Термические методы разработки газогидратных месторождений. – Патент
на изобретение № 2001109655. – 2002.
6. Басниев К.С. Кульчинский В. В. Способ сооружения горизонтальной скважины и способ вскрытия и эксплуатации месторождения углеводородов посредством
горизонтальной скважины. - Патент на изобретение
№ 2180387. – 2001.
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
18
Размер файла
347 Кб
Теги
способы, газогидратов, образования, добычи
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа