Нефть и газ

Гидрат метана

Гидрат метана



Крупнейший в мире ресурс природного газа заперт под вечной мерзлотой и океанскими отложениями.


Гидрат метана: Слева - шарообразная модель гидрата метана, показывающая центральную молекулу метана, окруженную «клеткой» из молекул воды. Другие молекулы углеводородов, такие как пентан и этан, могут занимать центральное положение в этой структуре. (Изображение Министерства энергетики США). Справа - горящий образец ледяного гидрата метана (изображение Геологической службы США).

Метан гидратный "цементный" в конгломерате? На этой фотографии показан образец керна зоны гидрата метана в испытательной скважине Маллик. Эта скважина проникает в отложения вечной мерзлоты в районе дельты реки Маккензи в Канаде. Эта часть ядра показывает гравий, сцементированный в «конгломерат» из-за гидратного метанового льда. Нажмите, чтобы увеличить изображение.

Следующая энергия "Game Changer"?

По мере того как природный газ из сланцев становится глобальным энергетическим «изменителем игры», исследователи нефти и газа работают над разработкой новых технологий для добычи природного газа из месторождений гидрата метана. Это исследование важно, потому что месторождения гидрата метана, как полагают, являются более крупным углеводородным ресурсом, чем все мировые ресурсы нефти, природного газа и угля вместе взятые. 1 Если эти залежи могут быть эффективно и экономически освоены, гидрат метана может стать следующим энергетическим изменяющим фактором.

Огромное количество гидрата метана было найдено под арктической вечной мерзлотой, под антарктическим льдом и в осадочных отложениях вдоль континентальных окраин по всему миру. В некоторых частях мира они гораздо ближе к населению, чем любое месторождение природного газа. Эти близлежащие месторождения могут позволить странам, которые в настоящее время импортируют природный газ, стать самодостаточными. Текущая задача состоит в том, чтобы провести инвентаризацию этого ресурса и найти безопасные и экономичные способы его развития.

График стабильности гидрата метана: Эта фазовая диаграмма показывает глубину (давление) воды на вертикальной оси и температуру на горизонтальной оси. Пунктирные линии разделяют поля устойчивости воды, водяного льда, газа и газового гидрата. Линия, обозначенная как «переход от гидрата к газу», имеет большое значение Условия для образования гидрата метана возникают ниже этой линии. Выше этой линии гидрат метана не образуется. Красная линия отслеживает геотерм (изменение температуры с глубиной в определенном месте). Обратите внимание, как с увеличением глубины геотерм пересекает линию гидрата к газу. Это означает, что гидрат газа в отложениях обычно выходит за пределы свободного газа. График изменен после NOAA. 4

Что такое гидрат метана?

Гидрат метана представляет собой кристаллическое твердое вещество, состоящее из молекулы метана, окруженной клеткой взаимосвязанных молекул воды (см. Изображение в верхней части этой страницы). Гидрат метана - это «лед», который естественным образом встречается только в подземных отложениях, где температура и давление благоприятны для его образования. Эти условия показаны на фазовой диаграмме на этой странице.

Если лед удаляется из этой среды температуры / давления, он становится нестабильным. По этой причине месторождения гидрата метана трудно изучать. Они не могут быть пробурены и сверлены для исследования, как и другие подземные материалы, потому что, когда они поднимаются на поверхность, давление снижается, а температура повышается. Это заставляет лед таять и метан уходить.

Несколько других названий обычно используются для гидрата метана. К ним относятся: клатрат метана, гидрометан, метановый лед, огненный лед, гидрат природного газа и гидрат газа. Большинство месторождений гидратов метана также содержат небольшие количества других гидратов углеводородов. К ним относятся гидрат пропана и гидрат этана.

Карта гидрата метана: Эта карта представляет собой обобщенную версию местоположений в глобальной инвентаризации базы данных о наличии гидратов природного газа в USGS. 2

Карта газогидрата: Одним из наиболее изученных месторождений газовых гидратов является горный хребет Блейк, прибрежные районы Северной Каролины и Южной Каролины. Проблемы производства метана из этого месторождения - высокое содержание глины и низкая концентрация метана. 3 Эта карта является примером близости континентальных маржинальных месторождений к потенциальным рынкам природного газа. Изображение NOAA. 4

Лаборатория газовых гидратов USGS: Это видео знакомит вас с Лабораторией газовых гидратов USGS, где исследователи проводят эксперименты на образцах газовых гидратов, собранных в полярных и континентальных краях. Они также создают гидраты синтетического газа и проводят эксперименты, чтобы определить их химические и физические свойства.

Где находятся месторождения гидрата метана?

Четыре земных среды имеют условия температуры и давления, подходящие для образования и стабильности гидрата метана. Это: 1) отложения и отложения осадочных пород ниже вечной мерзлоты Арктики; 2) осадочные отложения вдоль континентальных окраин; 3) глубоководные отложения внутренних озер и морей; и 4) под антарктическим льдом. 10. За исключением антарктических месторождений, скопления гидрата метана находятся не очень глубоко под поверхностью Земли. В большинстве ситуаций гидрат метана находится в пределах нескольких сотен метров от поверхности отложений.

Модели месторождения гидрата метана: Модели месторождений для месторождений гидрата метана на континентальных окраинах и в условиях вечной мерзлоты. 7

В этих средах гидрат метана встречается в отложениях в виде слоев, конкреций и межзеренных цементов. Отложения часто настолько плотны и устойчивы с боков, что создают непроницаемый слой, который улавливает природный газ, движущийся снизу вверх.

В 2008 году Геологическая служба США оценила общий объем нераскрытых газовых гидратов для территории Северного склона Аляски. По их оценкам, общий объем нераскрытого природного газа в форме гидрата газа составляет от 25,2 до 157,8 триллионов кубических футов. Из-за того, что в скоплениях газовых гидратов пробурено очень мало скважин, оценки имеют очень высокий уровень неопределенности. 5

Лаборатория газовых гидратов USGS: Это видео знакомит вас с Лабораторией газовых гидратов USGS, где исследователи проводят эксперименты на образцах газовых гидратов, собранных в полярных и континентальных краях. Они также создают гидраты синтетического газа и проводят эксперименты, чтобы определить их химические и физические свойства.

Газогидратная скважина: Игник Sikumi # 1 газогидратная скважина на северном склоне Аляски. Оценка ресурсов гидрата газа USGS определила, что на Северном склоне имеются значительные запасы гидрата газа, уловленные ниже вечной мерзлоты. Министерство энергетики фото.

Игник Сикуми: Это видео знакомит вас с испытанием на месторождении газогидрата Игник Сикуми, скважиной на северном склоне Аляски, где добывается природный газ из газовых гидратов ниже вечной мерзлоты. Достигнутое здесь достижение состояло в том, чтобы освободить метан, заменив его углекислым газом - не плавя гидрат газа.

Где производится гидрат метана сегодня?

До настоящего времени не было крупного промышленного производства метана из залежей газогидратов. Все производство было либо небольшим, либо экспериментальным.

В начале 2012 года совместный проект между Соединенными Штатами и Японией обеспечил устойчивый поток метана путем закачки углекислого газа в накопление гидрата метана. Углекислый газ заменил метан в гидратной структуре и высвободил метан, чтобы вытечь на поверхность. Этот тест был значительным, поскольку он позволял получать метан без нестабильности, связанной с гидратом расплавленного газа. 6

Наиболее вероятные месторождения гидрата метана, которые будут отобраны для первой разработки, будут иметь следующие характеристики: 1) высокие концентрации гидрата; 2) пластовые породы с высокой проницаемостью; и 3) места, где есть существующая инфраструктура. 7 Месторождения, соответствующие этим характеристикам, вероятно, будут расположены на северном склоне Аляски или на севере России.

Игник Сикуми: Это видео знакомит вас с испытанием на месторождении газогидрата Игник Сикуми, скважиной на северном склоне Аляски, где добывается природный газ из газовых гидратов ниже вечной мерзлоты. Достигнутое здесь достижение состояло в том, чтобы освободить метан, заменив его углекислым газом - не плавя гидрат газа.

Газогидратная плавка: Когда нефтяные скважины пробурены через гидратсодержащие отложения, теплая температура нефти, движущейся вверх по замерзшей гидратной зоне, может вызвать таяние. Это может привести к провалу скважины. Теплые трубопроводы, проходящие по замерзшим выходам гидратов, также представляют опасность. 8 USGS изображение.

Метан Гидрат Опасности

Метановые гидраты являются чувствительными отложениями. Они могут быстро диссоциировать при повышении температуры или снижении давления. Эта диссоциация производит свободный метан и воду. Превращение твердого осадка в жидкости и газы приведет к потере поддержки и прочности на сдвиг. Это может привести к падению подводной лодки, оползням или оседанию, что может повредить производственное оборудование и трубопроводы. 7

Метан является мощным парниковым газом. Более высокие арктические температуры могут привести к постепенному таянию газовых гидратов ниже вечной мерзлоты. Потепление океанов может привести к постепенному таянию газовых гидратов вблизи границы раздела осадок-вода. Хотя во многих новостных сообщениях это представлялось потенциальной катастрофой, исследования USGS определили, что газовые гидраты в настоящее время вносят вклад в общий атмосферный метан и что катастрофическое таяние неустойчивых гидратных отложений вряд ли приведет к выбросу большого количества метана в атмосферу. 9

Вы знали? Гидрат метана имеет очень высокую концентрацию метана. Если вы расплавите один блок кубического метра гидрата метана, будет выпущено около 160 кубических метров газообразного метана.
Метан гидрат ссылки
1 USGS Лаборатория газогидратовСтивен Уэсселлс, Лора Стерн, Стив Кирби; Геологическая служба США Мультимедиа Галерея Видео, 2012.
2 Глобальный кадастр залегания гидратов природного газа: Кит А. Квенволден и Томас Д. Лоренсон, Тихоокеанский научный центр прибрежных и морских районов, Геологическая служба США.
3 Гидраты природного газа: обзор: Тимоти С. Коллетт, Артур Х. Джонсон, Камелия К. Кнапп, Рэй Босвелл; Гидраты природного газа. Потенциал энергетических ресурсов и связанные с ними геологические опасности: AAPG Memoir 89, p. 146-219, 2009.
4 Газогидраты Оффшор Юго-восток США: Кэролин Руппел, Технологический институт Джорджии, веб-сайт NOAA Ocean Explorer, последний раз доступный в ноябре 2016 года.
5 Оценка газогидратных ресурсов на северном склоне, Аляска, 2008: Геологическая служба США, информационный бюллетень 2008-3073, октябрь 2008.
6 США и Япония завершили успешные полевые испытания технологий получения гидрата метана: Пресс-релиз Министерства энергетики США, 2 мая 2012 г.
7 Потенциал энергетических ресурсов гидрата метана: Введение в науку и энергетический потенциал уникального ресурса; публикация Национальной лаборатории энергетических технологий Министерства энергетики США, февраль 2011 г.
8 Результаты определения тепловых свойств чистой фазы: гидрат метана: Научный центр Вудс-Хоул, Геологическая служба США, 2007.
9 Газовые гидраты и потепление климата - Почему метановая катастрофа маловероятна: Кэролин Руппел и Дайан Нозерал, Геологическая служба США, информационный бюллетень Sound Waves, май / июнь 2012 г.
10 Исследование предполагает наличие крупных метановых резервуаров под ледяным щитом Антарктики.: Тим Стивенс, пресс-релиз, Калифорнийский университет в Санта-Круз, 29 августа 2012 г.

Огромный Потенциал

Хотя скопления гидрата метана расположены в трудных условиях и представляют многочисленные технические проблемы, они широко распространены и являются крупнейшим источником углеводородов на Земле. Разнообразные технологии могут быть разработаны для их производства с использованием снижения давления, ионного обмена и других процессов, в которых используются их уникальные химические и физические свойства. В Соединенных Штатах, Канаде, Японии и Индии активно реализуются исследовательские программы, направленные на поиск жизнеспособных технологий производства газовых гидратов. Гидрат метана, вероятно, будет играть важную роль в нашей будущей энергетической структуре.


Смотреть видео: добыча гидрат метана