ПЕРСПЕКТИВЫ И ТЕХНОЛОГИИ РАЗРАБОТКИ АРКТИЧЕСКИХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ С ТРУДНОИЗВЛЕКАЕМЫМИ УГЛЕВОДОРОДАМИ

Как известно, запасы углеводородного сырья ограничены. Этот факт стимулирует поиски новых источников энергии. Газовые гидраты рассматриваются как одни из возможных новых источников углеводородов. Они представляют собой кристаллические соединения, которые описывающиеся формулой М_nH₂O, где М ⎯ молекула газа, n лежит в пределах от 6 до 17. Кристаллическая решетка состоит из воды и газа, молекулы газа находятся в центре кристаллической решетки, а молекулы воды удерживаются водородными связями, существуют при низких температурах и высоких давлениях. При нарушении условий существования распадаются на газ и воду. Следует различать техногенные и природные газогидраты. Природные газогидраты либо разбросаны, либо образуют скопления, залегают на глубине от 200 до 1000 метров в арктическом регионе.

Рисунок 1. Условия стабильности газогидратов в зоне вечной мерзлоты

Примечания:

* Геотермальный градиент — повышение температуры по мере увеличения расстояния от земной поверхности.

** Фазовое равновесие предполагает условия равенства температуры всех частей вещества (термическое равновесие), равенства давления во всем объеме вещества (механическое равновесие) и равенство химических потенциалов каждого компонента во всех частях вещества, что обеспечивает локальную устойчивость вещества к малым изменениям. [1, с. 5]

Техногенные газогидраты образуются на забое или в стволе скважины в процессах добычи газа или при его транспортировке, и их образование в этих процессах является нежелательным процессом, с которым пытаются бороться.

По своей теплотворной способности газогидраты стоят наравне с битуминозной нефтью и нефтеносными песками. Внешне очень схожи со снегом или рыхлым льдом. За это сходство их стали называть «горящим льдом». В процессе образования гидратов один объем воды связывает 70-210 объемов газа, например в одном кубическом метре газогидратов (при нормальных условиях) содержится 160 кубических метров метана. По современным оценкам запасов гидратов 300 трлн.м³ газа находится в арктическом регионе. Однако последние ресурсы заслуживают серьезного внимания, т.к. они вдвое превышает мировые доказанные запасы природного газа. На данный момент природные газогидраты рассматриваются как один из главных нетрадиционных источников газа, который вскоре займет важное место в мировом энергетическом балансе.

Добыча газов из газогидратов связана с переводом газа в свободное состояние и последующая его добыча традиционными методами. Однако на данном этапе развития технологий лишь небольшая часть газогидратов может быть добыта и их добыча сопряжена с большими издержками, тем не менее некоторые страны, например США, Япония, Канада, в которых наблюдается высокая цена на газ и при этом растет на него спрос, заинтересованы в развитии технологий по добыче газогидратов.

Определяющим фактом в способе добычи газа из газогидратов является наличие нижнего пласта свободного газа  или пласта свободной воды.

• Свободный газ. В этом случае разработка месторождения происходит способом, схожим с традиционной добычей газа. Добывая свободный газ мы снижаем давление в пласте, что приводит освобождению воды и газа (из-за нарушения условий существования)
• Свободная вода. В этом случае из пласта откачивается вода, что так же приводит к снижению давления в гидратонасыщенном пласте и это,в свою очередь, приводит к освобождению воды и газа из-за понижения давления в пласте.
• Перспективы разработки месторождений, в которох отсутвует нижний слой свободной воды или газа, остаются туманными.

Существует три основных метода разработки месторождений газогидратов разгерметизация (снижение давления), нагревание и ввод ингибитора (Ингибитор — вещество, замедляющее или предотвращающее течение какой-либо химической реакции). Ингибиторы применяются для снижения температуры замерзания воды и метана (формирования метангидрата). Таким образом реакция образования газогидрата замедляется, так как для ее проведения требуется более низкая температура в пласте. (Рисунок 2).

 (1) Разгерметизация          (2) Нагревание                (3)Ввод ингибитора

Рисунок 2. Основные методы добычи метана из газогидратов [1, с. 10]

Разгерметизация — является наиболее перспективной технологией. Суть технологии заключается в искусственном уменьшении давления в пласте вблизи скважины, которое достигается с помощью понижения давления в буровой скважине, либо за счет уменьшения давления на газогидраты воды или свободного газа путем их откачки, тем самым добиваются понижения давления ниже фазового равновесия газогидрата, После чего он начинает распадаться на воду и газ, поглощая тепло окружающей среды. Технология применяется при залегании газогидратного пласта ниже 700 м. Преимущества технологии: небольшая стоимость, большие объёмы добычи, простота. Но при низких температурах освобождающаяся вода может замерзнуть и закупорить оборудование.

Технология нагревания заключается в нагревания газогидратного пласта, что так же приводит к увеличению температуры выше фазового равновесия и высвобождению газа и воды с поглощением тепла. само нагревание пласта может происходить с помощью: впрыскиваемого теплоносителя, циркуляции горячей воды, пара или любой другой нагретой жидкости или газа, электрического нагрева. Применяется при неглубоком залегании и имеет высокие затраты энергии на нагрев и подвод теплоносителя к пласту. Так же необходимо постоянно увеличивать объем подводимого тепла, так как при распаде газогидратов происходит поглощение тепла.

Введение ингибитора рассматривается как один из способов нарушения фазового равновесия газогидрата и снижения его температуры. В качестве ингибиторов могут выступать как органические (например, этанол, метанол, гликоль) так и соляные растворы (например, морская вода). Объём распадающегося газогидрата находится в зависимости от объёма вводимого ингибитора. К преимуществам технологии относятся: возможность контроля объёмов добычи, предотвращение закупоривания оборудования. К минусам относятся: большая стоимость, меньшая экологичность, медленное протекание реакции раствора с газогидратом.

Стоимость добычи газогидратов зависит от многих факторов, например: от условий залегания, применяемых технологий, наличия инфраструктуры для транспортировки газа.

График 1. Сравнительные издержки промышленной добычи природного газа. [1, с. 18] Примечание: для газогидратов приведена оценочная стоимость

Из графика видно, что на данный момент газогидраты являются самым дорогим источником газа, но с помощью совершенствования технологий можно добиться снижения стоимости их добычи до более приемлемых значений. Однако в будущем может произойти не только скачок технологий, но и увеличение цены на добываемый традиционными способами газ, что в свою очередь так же заставит нас обратиться к газогидратам как к источнику газа и Арктический регион сможет обеспечить нас большим количеством газа, добываемых на газогидратных месторождениях.

Список литературы:

1. Аналитический центр при правительстве Российской Федерации Дирекция по стратегическим исследованиям в энергетике «Газогидраты: технологии добычи  и перспективы разработки» - URL: http://ac.gov.ru/files/publication/a/1437.pdf ( Дата обращения - 14.04.2016)
2. Аренс В.Ж., Вертман А.А., Крейнин Е.Ф., Полуэктов П.П., Хчеян Г.Х. «О ПЕРСПЕКТИВНЫХ ТЕХНОЛОГИЯХ РАЗРАБОТКИ ГАЗОГИДРАТНЫХ ЗАЛЕЖЕЙ» - URL: http://www.giab-online.ru/files/Data/2005/2/19_Arens15.pdf  ( Дата обращения - 13.04.2016)
3. Зырин В.О. «ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ РАЗРАБОТКИ ГАЗОГИДРАТНЫХ ЗАЛЕЖЕЙ» URL - http://technology.snauka.ru/2015/05/6804 ( Дата обращения - 16.04.2016)