Нафта і газ

Метан гідрат



Найбільший у світі ресурс природного газу знаходиться в пастці під мерзлотою та океанськими опадами.


Метан гідрат: Зліва - кулькова модель метангідрату, що показує центральну молекулу метану, оточену «кліткою» молекул води. Інші молекули вуглеводнів, такі як пентан та етан, можуть займати центральне місце в цій структурі. (Імідж Міністерства енергетики США). Праворуч - палаючий зразок льоду гідрану метану (зображення Геологічної служби США).

Метан гідрат "цементу" в конгломераті ?: На цій фотографії представлений зразок основної зони гідратного метану в дослідній свердловині Малік. Це добре проникає у відкладення вічної мерзлоти в районі дельти річки Макензі в Канаді. Ця частина ядра показує гравій, що цементується в "конгломерат" метановим гідратним льодом. Клацніть для збільшення зображення.

Наступний енергетичний "Ігор Changer"?

Оскільки природний газ із сланців стає глобальним енергозмінним інструментом, дослідники нафти та газу працюють над розробкою нових технологій для отримання природного газу з родовищ метану гідратів. Це дослідження є важливим, оскільки, як вважається, родовища метану гідратів є більшим ресурсом вуглеводнів, ніж усі світові ресурси нафти, природного газу та вугілля разом. 1 Якщо ці родовища можуть бути ефективно і економічно розроблені, метангідрат може стати наступним змінником енергетичної гри.

Величезна кількість гідрату метану виявлена ​​під арктичною вічною мерзлотою, під льодом Антарктики та в осадових відкладах уздовж континентальних країв у всьому світі. У деяких частинах світу вони набагато ближче до районів з високою чисельністю населення, ніж будь-яке родовище природного газу. Ці сусідні родовища можуть дозволити країнам, які наразі імпортують природний газ, стати самодостатніми. Сучасна проблема полягає в інвентаризації цього ресурсу та пошуку безпечних, економічних шляхів його розвитку.

План стабільності гідрату метану: Ця фазова діаграма показує глибину води (тиск) на вертикальній осі та температуру на горизонтальній осі. Штриховими лініями розділяються поля стійкості води, водного льоду, газу та газового гідрату. Лінія з написом "гідрат до переходу газу" є суттєвою. Умови для утворення гідрату метану відбуваються нижче цієї лінії. Над цією лінією метан гідрат не утворюватиметься. Червона лінія простежує геотерму (зміна температури з глибиною в певному місці). Зауважте, як глибина збільшується, геотерма перетинає лінію гідрата до переходу газу. Це означає, що газовий гідрат у відкладах зазвичай перекриває вільний газ. Графік змінено після NOAA. 4

Що таке гідрат метану?

Гідрат метану - це кристалічне тверде речовина, яке складається з молекули метану, оточеної кліткою замкнених молекул води (див. Зображення вгорі цієї сторінки). Гідрат метану - це «лід», який природним чином зустрічається лише в підземних відкладах, де температура та тиск сприятливі для його утворення. Ці умови проілюстровані на фазовій діаграмі на цій сторінці.

Якщо лід буде видалений з цього середовища / тиску, він стає нестабільним. З цієї причини родовища метану гідратів важко вивчити. Їх неможливо просвердлити і не випробовувати для дослідження, як інші підземні матеріали, оскільки при їх виведенні на поверхню тиск знижується і температура підвищується. Це спричиняє танення льоду, а метан - втечу.

Кілька інших назв зазвичай використовують для метанугідрату. До них відносяться: метан клатрат, гідрометан, метановий лід, вогняний лід, гідрат природного газу та газогідрат. Більшість родовищ метану гідратів містять також невеликі кількості інших вуглеводневих гідратів. До них відносяться пропангідрат та етангідрат.

Карта гідрану метану: Ця карта є узагальненою версією місць у глобальній базі даних про виникнення гідратів природного газу в USGS. 2

Карта гідратного газу: Одне з найбільш широко вивчених родовищ газогідратів - Блейк-Рідж, офшорні райони Північної та Південної Кароліни. Проблемами видобутку метану з цього родовища є високий вміст глини та низька концентрація метану. 3 Ця карта є прикладом близькості відкладів континентальної маржі до потенційних ринків природного газу. Зображення NOAA. 4

Лабораторія газових гідратів USGS: Це відео відвідає вас у лабораторії газових гідратів USGS, де дослідники проводять експерименти на зразках газових гідратів, зібраних з полярних та континентальних областей. Вони також створюють гідрати синтетичного газу та проводять експерименти з метою визначення їх хімічних та фізичних властивостей.

Де розташовані родовища метану?

Чотири середовища Землі мають умови температури та тиску, придатні для утворення та стабільності метану гідрату. Це: 1) осадові та осадові гірські породи нижче арктичної вічної мерзлоти; 2) осадові відклади уздовж континентальної межі; 3) глибоководних опадів внутрішніх озер і морів; і 4) під льодом Антарктики. 10. За винятком родовищ Антарктики, скупчення гідрану метану знаходяться не дуже глибоко під земною поверхнею. У більшості ситуацій гідрат метану знаходиться в межах декількох сотень метрів від поверхні осаду.

Моделі родовища метану: Моделі родовищ метанових гідратних родовищ на континентальній окраїні та в умовах вічної мерзлоти. 7

У цих середовищах гідрат метану зустрічається в осаді у вигляді шарів, вузликів та міжгранулярних цементів. Поклади часто настільки щільні і бокові стійкі, що створюють непроникний шар, який захоплює природний газ, рухаючись вгору знизу.

У 2008 році Геологічна служба США оцінила загальний нерозкритий ресурс гідратного газу для району Північного схилу Аляски. Вони підрахували, що загальний нерозкритий ресурс природного газу у вигляді гідратного газу становить від 25,2 до 157,8 трлн кубічних футів. Оскільки через скупчення газогідратів було пробурено дуже мало свердловин, оцінки мають дуже високий рівень невизначеності. 5

Лабораторія газових гідратів USGS: Це відео відвідає вас у лабораторії газових гідратів USGS, де дослідники проводять експерименти на зразках газових гідратів, зібраних з полярних та континентальних областей. Вони також створюють гідрати синтетичного газу та проводять експерименти з метою визначення їх хімічних та фізичних властивостей.

Газогідратний колодязь: Газова гідратна свердловина Ignik Sikumi №1 на північному схилі Аляски. Оцінка ресурсів газогідратів USGS визначила, що на Північному схилі є обширний газогідратний ресурс, захоплений нижче вічної мерзлоти. Департамент енергетики фото.

Ігнік Сікумі: Це відео привезе вас у гості до випробування газового гідрату Ігініка Сікумі, свердловини на Північному схилі Аляски, яка виробляла природний газ із газових гідратів нижче вічної мерзлоти. Тут досягнуто - звільнення метану, замінивши його вуглекислим газом - без плавлення газового гідрату.

Де сьогодні виробляється гідрат метану?

На сьогоднішній день масштабного комерційного виробництва метану з родовищ газових гідратів не було. Все виробництво було або невеликим масштабом, або експериментальним.

На початку 2012 року спільний проект між США та Японією забезпечив постійний потік метану шляхом введення вуглекислого газу в накопичення гідрану метану. Вуглекислий газ замінив метан в структурі гідратів і звільнив метан витікати на поверхню. Це випробування було важливим, оскільки дозволило отримати метан без нестабільності, пов'язаної з гідратом плавильного газу. 6

Найбільш вірогідні родовища метану-гідрату, які будуть обрані для першої розробки, матимуть такі характеристики: 1) високі концентрації гідрату; 2) водоймисті породи з високою проникністю; та 3) місця, де є існуюча інфраструктура. 7 Депозити, що відповідають цим характеристикам, ймовірно, будуть розташовані на Північному схилі Аляски або на півночі Росії.

Ігнік Сікумі: Це відео привезе вас у гості до випробування газового гідрату Ігініка Сікумі, свердловини на Північному схилі Аляски, яка виробляла природний газ із газових гідратів нижче вічної мерзлоти. Тут досягнуто - звільнення метану, замінивши його вуглекислим газом - без плавлення газового гідрату.

Плавлення газогідратів: Коли нафтові свердловини буріть через гідратовмісні відкладення, тепла температура нафти, що рухається вгору через зону замерзлого гідрату, може спричинити плавлення. Це може призвести до відмови свердловини. Теплі трубопроводи, що проходять через відмерзлі відводки гідратів, також становлять небезпеку. 8 зображення USGS.

Небезпеки метану

Гідрати метану - чутливі осади. Вони можуть швидко дисоціювати з підвищенням температури або зниженням тиску. Ця дисоціація виробляє вільний метан і воду. Перетворення твердого осаду в рідини та гази створить втрату опори та міцності на зсув. Вони можуть спричинити занепад підводних човнів, зсуви або осідання, які можуть пошкодити виробниче обладнання та трубопроводи. 7

Метан - це потужний парниковий газ. Тепліші арктичні температури можуть призвести до поступового плавлення газових гідратів нижче вічної мерзлоти. Потепління океанів може спричинити поступове танення газогідратів поблизу межі осаду-води. Хоча багато новин представили це як потенційну катастрофу, дослідження USGS визначили, що газові гідрати в даний час вносять свій внесок у загальний атмосферний метан і що катастрофічне плавлення нестабільних покладів гідратів навряд чи буде надсилати велику кількість метану в атмосферу. 9

Ти знав? Метан гідрат має дуже високу концентрацію метану. Якщо ви розплавите один кубічний метр блоку метану гідрату, вийде близько 160 кубічних метрів газоподібного метану.
Посилання на гідран метану
1 Лабораторія газових гідратів USGS: Стівен Весселс, Лора Стерн, Стів Кірбі; Мультимедійна галерея Геологічного обстеження США, 2012.
2 Глобальний інвентар виникнення гідратного природного газу: Кіт А. Квенвольден і Томас Д. Лоренсон, Тихоокеанський прибережний і морський науковий центр, Геологічна служба США.
3 Гідрати природного газу: огляд: Тімоті С. Коллет, Артур Х. Джонсон, Камелія К. Кнапп, Рей Босуелл; Гідрати природного газу - Потенціал енергетичних ресурсів та пов'язані з ними геологічні небезпеки: AAPG Memoir 89, p. 146-219, 2009.
4 Газові гідрати в офшорному південно-східному регіоні США: Carolyn Ruppel, технологічний інститут штату Джорджія, веб-сайт NOAA Ocean Explorer, останній доступ до якого відбувся листопад 2016 року.
5 Оцінка ресурсів гідратного газу на Північному схилі, Аляска, 2008 р: Геологічна служба США, Факт 2008-3073, жовтень 2008.
6 США та Японія завершили успішне польове випробування технологій виробництва гідрану метану: Прес-реліз Міністерства енергетики США, 2 травня 2012 року.
7 Потенціал енергетичних ресурсів гідрату метану: Вступ до наукового та енергетичного потенціалу унікального ресурсу; публікація Національної лабораторії енергетичних технологій Міністерства енергетики США, лютий 2011 року.
8 Результати теплової властивості чистої фази: sI гідрат метану: Науковий центр Woods Hole, Геологічна служба США, 2007.
9 Газові гідрати та потепління клімату - Чому катастрофа на метані навряд чи: Каролін Руппель і Діана Носерале, Геологічна служба США, бюлетень Sound Waves, травень / червень 2012 року.
10 Дослідження свідчить про великі метанові водойми під льодовиком Антарктики: Тім Стівенс, прес-реліз, Каліфорнійський університет Санта-Крус, 29 серпня 2012 року.

Величезний потенціал

Хоча скупчення гідрану метану знаходяться у складних умовах та становлять численні технічні проблеми, вони широко поширені та є найбільшим джерелом вуглеводнів на Землі. Можуть бути розроблені різноманітні технології для їх виробництва з використанням зменшення тиску, іонообміну та інших процесів, що використовують їх унікальні хімічні та фізичні властивості. У Сполучених Штатах, Канаді, Японії та Індії активно проводяться дослідницькі програми, спрямовані на пошук життєздатних технологій отримання газових гідратів. Метан гідрат, ймовірно, відіграє важливу роль у нашій майбутній енергетичній суміші.