Expert evaluation of the current world aquatic gas hydrate reserves

А. VOROBIEV, PFUR, Russia, А. BOLATOVA, East Kazakhstan State Technical University, Kazakhstan
G. MOLDABAEVA, KazNTU, Kazakhstan, E. CHEKUSHINA, PFUR, Russia

Исследование выполнено по Государственному контракту № П1405 от 03 сентября 2009 г. в рамках Федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009 – 2013 гг. – мероприятия № 1.2.1 – Проведение научных исследований научными группами под руководством докторов наук по НИР «Разработка эффективных методов поиска, разведки и экологически безопасного освоения месторождений (залежей) газогидратов оз. Байкал, Телецкое (Россия) и оз. Иссык-Куль (Кыргызстан)». Руководитель – д.т.н., проф. А.Е. Воробьев (РУДН).

Актуальность газогидратной тематики обусловлена тем, что в настоящее время потребление всех видов ресурсов (в том числе и энергетических) растет экспоненциально (табл. 1).

The topicality of the gas hydrate theme is based on the current exponential growth of the consumption of all types of resources (including power resources)

Первоначально (примерно 500 000 лет назад) человек использовал только мускульную энергию. В дальнейшем (несколько тысяч лет назад) он перешел на древесину и органические вещества. 100 лет назад центр тяжести энергопотребления сместился в сторону угля. 70 лет назад – в сторону угля и нефти. А последние 35 лет этот центр тяжести оказался прочно связан с триадой «уголь – нефть – газ».

Табл. 1. Потребление энергии на одного человек (ккал/сут.)

По имеющимся прогнозам (табл. 2), несмотря на все продолжающееся развитие исследований по эффективному использованию альтернативных источников энергии (солнечной, ветровой, приливной и геотермальной), углеводородные виды топлива по-прежнему сохранят и, в обозримом будущем, даже существенно увеличат свою и так значительную роль в энергетическом балансе человечества.

Табл. 2. Вклад различных источников энергии в мировой энергобаланс (%)

Современный мировой энергетический рынок характеризуется следующими показателями.

Разведанные запасы по состоянию на конец 2008 г. составляли: нефть – 169 млрд тонн, газ – 177 трлн м 3 , уголь – 848 млрд тонн. При этом общее содержание метана в газогидратных залежах на два порядка превышает его суммарный объем в традиционных извлекаемых запасах, оцениваемых в 250 трлн м 3 (рис. 1). Иначе говоря, гидраты могут содержать 10 трлн тонн углерода, т. е. в два раза больше, чем вместе взятые мировые запасы угля, нефти и обычного природного газа.

Общемировое производство нефти в 2007 г. составило 3906 млн тонн, продуктов нефтепереработки – 3762 млн тонн, угля – 3136 млн тонн н.э., газа – 2940 млрд м 3 . При этом энергопотребление (primary energy) в мире равнялось 11 099 млн тонн н.э.: включая 3953 млн тонн нефти, 3178 млн тонн н.э. угля, 2922 млрд м 3 (2638 млн тонн н.э.) газа, 709 млн тонн н.э. гидроэнергии и 622 млн тонн н.э. атомной энергии.

Что касается прогноза мирового потребления энергии на 2020 г., то согласно оценкам Международного энергетического агентства (МЭА), ее совокупное потребление составит 13 300 – 14 400 млн тонн н.э.: нефти – 4600 – 5100 млн тонн н.э., газа – 3600 – 3800 млрд м 3 (3250 – 3450 млн тонн н.э.), угля – 2700 – 3200 млн тонн н.э., атомной энергии – 780 – 820 млн тонн н.э. и гидроэнергии – 320 млн тонн н.э.

Одной из основных проблем современной энергетики является неизбежное сокращение в средне- и долгосрочной перспективе запасов основных традиционных ее источников получения (в первую очередь нефти и газа).

При этом продуктивность разрабатываемых месторождений углеводородов неуклонно снижается, новые крупные месторождения открываются все реже, а использование угля наносит существенный ущерб окружающей среде.

Поэтому и приходится разрабатывать труднодоступные залежи нефти и газа в суровых природно-климатических условиях, на больших глубинах и, кроме того, обращаться к неконвенциональным углеводородам (нефтяные пески и горючие сланцы). Все это, значительно увеличивая стоимость получаемой энергии, так и не решает окончательно существующую проблему.

В связи с имеющейся ограниченностью и невосполнимостью традиционных ресурсов природного (горючего) газа, а также с растущим в XXI в. спросом на этот энергоноситель, человечество вынуждено обратить внимание на его значительные ресурсы, заключенные в нетрадиционных источниках, и прежде всего природных газовых гидратах.

Согласно современным геологическим данным, в донных осадках морей и океанов в виде твердых газогидратных отложений находятся огромные запасы углеводородного газа. Так, потенциальные запасы метана в газогидратах оцениваются величиной 2x1016 м 3 .

Однако газовые гидраты являются единственным все еще не разрабатываемым источником природного газа на Земле, который может составить реальную конкуренцию традиционным углеводородам: в силу наличия огромных ресурсов, широкого распространения на планете, неглубокого залегания и весьма концентрированного состояния (1 м 3 природного метан-гидрата содержит около 164 м 3 метана в газовой фазе и 0,87 м 3 воды).

Самое первое предположение о возможности существования газогидратных залежей было высказано И.Н. Стрижовым в 1946 г. Он писал: «На севере СССР есть обширные площади, где на глубинах до 400 м и даже до 600 м слои имеют температуру ниже 0°С и где могут быть газовые месторождения. Как будет обстоять вопрос о гидратах в таких месторождениях? Не будут ли эти месторождения содержать даже до начала разработки больших количеств гидрата? Не придется ли их разрабатывать как месторождения твердых ископаемых?»

В 1974 г. советские ученые Б.П. Жижченко и А.Г. Ефремова, проводя натурные исследования дна Черного моря, обнаружили образцы газогидратов (в сильно выделяющих газ поднятых колонках донных осадков наблюдали мелкие кристаллы, напоминавшие иней). В этот период такие образования еще не связывали с газогидратами.

Они упоминаются при описании пробоотбора осадков во многих местах континентального склона Болгарского сектора Черного моря (проф. П. Димитров, ИО БАН – устное сообщение), а также вблизи побережья Грузии (при глубине воды порядка 860 м).

Первая документированная находка газовых гидратов на Черном море была сделана в 1972 г. во время рейса НИС «Московский университет». Газогидраты были обнаружены в осадочной колонке, отобранной на периферии конуса выноса р. Дунай, при глубине воды 1950 м, и были описаны как «маленькие, белые, быстро исчезающие кристаллы», найденные в больших газовых кавернах, образовавшихся в осадках на глубине 6,4 м ниже морского дна. Следует отметить, что несколько позднее образец газогидрата был отобран и в восточной части конуса выноса р. Дунай (рейс НИС «Академик Вернадский», 1992 г.).

В 1998 г. во время 21-го рейса НИС «Евпатория» в акватории к югу от Крыма на грязевом вулкане Феодосия были отобраны семь грунтовых трубок, содержащих газогидраты. Станции располагались на небольшом участке дна диаметром 100 м при глубине моря около 2050 м. В шести пробах гидраты содержались в глинистых осадках, в седьмой были подняты брекчии грязевого вулкана, которые содержали образец монокристалла гидрата длиной 10 см. Эти находки газовых гидратов относятся к интервалу глубин от 0,4 до 2,2 м ниже дна. По визуальным оценкам содержание газогидратов составляло от 3 до 10% от общего объема осадков [Васильев].

В ряде последующих морских экспедиций, проведенных МГУ на НИС «Феодосия» (1988 – 1989 гг.) и «Геленджик» (1993 – 1994 гг.), также были найдены газовые гидраты – в районе грязевых вулканов, которые расположены на центральной абиссальной равнине Черного моря. Позднее (в 1996 г.) были описаны находки метановых гидратов в Феодосийском районе грязевого вулканизма (прогиб Сорокина). Все образцы газовых гидратов содержались в грязевых брекчиях и были отобраны на вершинах грязевых вулканов на глубинах от 0,6 до 2,85 м ниже дна.

В последующем газогидраты были найдены в Атлантическом и Тихом океане, в Охотском и Каспийском морях, на Байкале и т. д.

Эти, хотя зачастую разрозненные и не всегда планомерные, исследования ученых различных стран в прилегающих акваториях (Атлантический и Тихий океан, Черное, Каспийское, Охотское, Баренцовое и Северное море, Мексиканский залив и т. д.), проведенные в последние два десятилетия, позволили сделать обоснованный вывод о практически повсеместном наличии крупных скоплений аквальных залежей газогидратов, из которых можно будет извлечь в промышленных масштабах метан.

В частности, по прогнозным оценкам российских ученых Г.Д. Гинзбурга (1994 г.) и В.А. Соловьева (2002 г.), общее количество метана в аквальных залежах газогидратов оценивается в 2х1010 м 3 , т. е. его объемы на порядки превышают запасы углеводородов в традиционных месторождениях.

К настоящему времени установлено, что около 98% залежей газогидратов являются аквамаринными и сосредоточены на шельфе и континентальном склоне Мирового океана (у побережий Северной, Центральной и Южной Америки, Северной Азии, Норвегии, Японии и Африки, а также в Каспийском и Черном морях), на глубинах воды более 200 – 700 м, и только всего 2% – в приполярных частях материков (рис. 2). Сегодня установлено свыше 220 залежей газогидратов.

Рис. 2. Известные и перспективные залежи (месторождения) гидрата метана

Самые крупные из (залежей) месторождений газогидратов:

а. Глубоководные залежи:

1. Глубоководная впадина близ побережья Коста-Рики - одно из крупнейших месторождений в мире. Правда, метановый лед на дне Тихого океана плотно спаян с вулканическим пеплом. Глубина залегания - 3100 – 3400 м.

2. Центральноамериканский глубоководный желоб (Гватемала). Тихий океан. Глубина залегания гидратов - 2100 – 2700 м.

3. Мексиканский район центральноамериканского глубоководного желоба. Тихий океан. Здесь сразу три месторождения: Mexico-1 (глубина - 1950 м), Mexico-2 (3100 м) и Mexico-3 (2200 м).

4. Калифорнийский разлом (США). Тихий океан. Обнаружены богатейшие залежи газогидратов, которые образуются при помощи глубоководных «асфальтовых вулканов», которые извергают в воду не только нефть, но и метан.

5. Тихоокеанская впадина, Орегон (США). Тихий океан. Глубина залегания - 2400 м.

6. Шельф Сахалина, Охотское море (Россия). В районе восточного побережья острова - в глубинных разломах - сосредоточены самые большие разведанные запасы газогидратов - более 50 месторождений.

7. Курильская гряда, Охотское море (Россия). Здесь были проведены первые в СССР поиски гидратосодержащих отложений. К настоящему времени ресурсы газогидратов в этом районе Охотского моря оцениваются в 87 трлн м 3 . Глубина залегания - 3500 м.

8. Побережье Японии. В Стране восходящего солнца газогидратами начали заниматься в 1995 г., когда была принята национальная программа по исследованию и освоению этих месторождений. К 2004 г. геофизики у побережья Японских островов нашли более 18 месторождений.

Желоб Нанкай в Японском море - одно из самых первых разведанных месторождений газогидратов в мире, расположено на глубине свыше 600 м. Здесь, во впадине Нанкай (находящейся всего в 60 км от берегов Японии параллельно японскому архипелагу с глубиной моря в районе работы судна, равной 950 м), между полуостровом Кий и Сикоку (рис. 3), с 1995 г. по 2000 г. были проведены фундаментальные исследования по поиску гидрата метана.

Рис. 3. Зона аквальных залежей метана около Японского архипелага

Проведенные ультразвуковые исследования показали, что под морем вокруг Японии прогнозируемые запасы метана в гидратах могут составлять от 4 до 20 трлн м 3 . Промышленную разработку месторождения предполагается начать в 2017 г.

9. Глубоководная Перуанская впадина, Тихий океан. Здесь газогидраты расположены на глубине свыше 6000 м, протяженность месторождения превышает 1500 км.

б. Шельфовые залежи:

1 - Мексиканский залив, побережье штатов Техас и Луизиана (США). Атлантический океан. Разведаны запасы газогидратов в нефтеносных районах Грин-каньон, Миссисипском подводном каньоне (именно здесь произошла утечка нефти с буровой платформы Deepwater Horizon) и национальном парке Флауэр Гарден Бэнкс - это уникальная цепочка рифов.

2. Наиболее известная аквальная газогидратная залежь расположена в районе Блейк Ридж к востоку от морской границы США, в зоне океанической гряды Блейка, у Атлантического побережья США. Здесь в виде единого протяженного поля на глубине 1,5 – 3,5 км залегает около 30 трлн м 3 метана. Глубина залегания - 400 м, мощность гидратоносного слоя - 200 м.

3. Грязевой подводный вулкан Хакон Мосби (Норвегия). Северный Ледовитый океан. Газогидраты, обнаруженные еще в 1990 г., залегают на глубине 250 – 1000 м.

4. Шельф дельты Нигера (Нигерия) в Атлантическом океане - самый богатый нефтью регион в Африке. Его еще называют страной нефтяных рек.

в. Континентальные залежи:

1. На дне Черного моря есть около 15 месторождений газогидратов. Прогнозируемый объем - 20 – 25 трлн м 3 . Более точный расчет выполнен для двух наиболее перспективных участков – Центрального и Восточного (рис. 4), площадь которых составляет, соответственно, 60,6 и 48,5 тыс. км 2 .

Рис. 4. Карта перспектив газоносности зоны гидратообразования черноморской впадины: Зоны: 1 – высокоперспективные, 2 – перспективные, 3 – малоперспективные, 4 – бесперспективные

Беседа с геологом, академиком НАН Украины, директором Центрального научно-природоведческого музея НАНУ Евгением Федоровичем Шнюковым

Есть разные прогнозы о том, сколько на нашей планете осталось топлива. Относительно нефти пессимисты из числа ученых говорят: ее запасы будут исчерпаны через 10-15 лет; оптимисты «успокаивают», продлевая этот срок лет до 30-40.

Угля вроде бы хватит на дольше, на несколько столетий, но добывать его все труднее и дороже: эпоха толстых, легко доступных залежей «черного золота» отходит в прошлое.

Что же нам еще остается? Электростанции солнечные, ветровые, приливные, геотермальные, - все это, честно говоря, еще в зародыше...
Так обстоят дела с энергетикой в масштабах всей Земли: что же можно сказать о будущем Украины? Здесь все просто трагично. Евгений Федорович говорит: «Сейчас мы на очень коротком поводке у поставщиков энергоносителей. Мы добываем всего 8-10 процентов потребляемой нефти и максимум 20 процентов газа, - все остальное покупаем».

Видный украинский ученый произносит слова великой надежды. Надежды, которую дает Черное море - и лежащие на его дне диковинные вещества, газогидраты.

Справка:

На непосвященный взгляд газовые гидраты представляют собой обычные грязноватые комочки льда. На самом деле это - уникальная твердая смесь, в которой молекулы газа "впаяны" в каркас из молекул воды. В природе газогидраты образуются в районах вечной мерзлоты и в глубоководных осадках морей и океанов, в условиях высокого давления и низких температур. Количество органического углерода, запасенного в виде газогидратов метана, больше, чем во всех остальных залежах планеты, вместе взятых!

Давайте для начала определим, что это такое - газогидраты?

Если популярно говорить, это своеобразный лед, для образования которого не нужен мороз. Газогидраты возникают при определенных давлении и температуре, - именно таких, какие есть на дне Черного моря, на глубине свыше 700 метров. В их составе, в связанном состоянии, находится горючий газ метан. Если его оттуда освободить, - из одного кубометра «теплого льда» выйдет до 200 кубометров метана!

И много там, на дне, этого «льда»?

Он залегает на огромной площади, слоем мощностью до 400 метров. Российские геологи выполнили большую работу по изучению черноморского дна и определили, что запасы метана, связанные в газогидратах, достигают 25 триллионов кубометров! Триллионов семь, вероятно, приходится на долю Украины...

Звучит, конечно, очень внушительно, но все-таки: можно ли сравнить эти запасы с известными газовыми месторождениями на суше, например, на Таймыре?

Таймыр беднее газом. Мало того: надо учитывать географию. Если Черное море - теплое, а потребители газа тут же рядом, то с крайнего Севера надо прокладывать через тундру, в суровейших условиях, гигантские газопроводы, тянуть их на тысячи километров, поддерживать... Если освоим черноморскую сокровищницу, метан будет и обильный, и дешевый.

А откуда они вообще берутся в море, эти газогидраты? Каким образом сложился 400-метровый слой на дне?

Думаю, они глубинного происхождения. То есть, метан выходит из недр земли через разломы в коре с больших глубин, порядка нескольких десятков километров.

Впрочем, возможно и существование промежуточных коллекторов, этаких подземных «карманов», где газы долгое время накапливаются, а потом находят себе дорогу наверх...

Если выход метана находится достаточно глубоко под водой, газ увязывается в составе «теплого льда». Но иногда толщу газогидратов прорывают свободные, очень мощные выбросы газа.

Иногда такой «метановый фонтан» бьет сутками, месяцами... а то и начинает «работать» периодически, то затихая, то опять прорываясь на поверхность моря. Такие феномены называют грязевыми вулканами, - ведь газ, устремляясь со дна ввысь, прихватывает с собой массы донного грунта, камней, воды...

Зрелище бывает просто грандиозным, взрывы темной грязи с грохотом взлетают на высоту до ста метров. Мало того, подчас газы при выбросе воспламеняются!

В Каспийском море тоже есть выходы метана, так вот: грязевые вулканы возле Баку иногда полыхали столь внушительно, что их принимали за атомные взрывы. Тем более, грибовидное облако...

Во время одного извержения было выброшено около пятисот миллионов кубометров газа! Представляете себе, что бы произошло, сколько было бы жертв, случись нечто подобное на суше?..

Мы хорошо знаем периодически действующий грязевой вулкан в Азовском море, напротив казацкой станицы Голубицкой, возле города Темрюка. Впервые его черные рокочущие выбросы еще в 1799 году увидели казаки-запорожцы, переселенные на Кубань.

По словам ученого тех времен, российского академика Петра-Симона Палласа*, вулкан создал вокруг себя круглый остров диаметром около ста метров.

Извержения Голубицкого вулкана много раз повторялись в течение ХІХ и ХХ веков. Наиболее крупный выброс пришелся на 1988 год: тогда вязкий остров возник за несколько часов и просуществовал много месяцев. Голубицкий извергается и ныне...

Бывают донные газовые выбросы, не похожие на вулканы, но тоже очень впечатляющие. Во время предпоследнего рейса нашего исследовательского судна «Профессор Водяницкий» мы нашли два таких фонтана: каждый был около 850 метров высотой и шириной до 400 метров! Интересно, что на суше это была бы экологическая катастрофа, а в море - никаких ее следов. Спокойно плавают вокруг рыбы, растут водоросли...

Во многих местах со дна поднимаются куда более скромные струи метана, расплывающиеся облаками. Мы их зовем - сипы. Одни из них выбрасывают газ ровным, постоянным потоком, иные - пульсируют, напоминая пыхтящую трубку курильщика... Сипов достаточно много и в районе Керченско-Таманском, и у берегов Кавказа, и возле побережий Грузии, Болгарии...

Кстати, о курильщике. Именно так мы называем своеобразный экспонат, находящийся у нас в музее. Это такой минеральный вырост из черноморского дна, похожий на кубок. Он сложился постепенно, за девять тысяч лет, вокруг постоянно бившей снизу метановой струи.

Газовый фонтан нес твердые частицы, они и образовали такую занятную структуру со сквозным каналом внутри. Мы этого «курильщика» добыли во время очередной экспедиции на исследовательском судне «Профессор Водяницкий».

Да, действительно, - Черное море, наверное, хранит в себе куда больше загадок и сюрпризов, чем любой другой водоем в мире.
Взять хотя бы тот факт, что, начиная с глубины в двести метров, оно вполне заслуживает названия Мертвого моря, поскольку оттуда до самого дна вода насыщена сероводородом.
Я знаю из одной вашей книги, Евгений Федорович, что еще относительно недавно существовал проект промышленного извлечения из черноморских вод громадных количеств серы, а также тяжелых металлов...
Но это - особая тема для разговора. Вернемся к газогидратам. Насколько экономически выгодна добыча метана из этих соединений? Не затратим ли мы при этом больше энергии, чем потом получим?

Нет, затея вполне оправдана с точки зрения экономики. По крайней мере, теперь. Должен вам сказать, что, вообще, честь открытия газогидратов принадлежит нашим, советским ученым, они обнаружили первые месторождения на северо-востоке Союза.

Так вот, - тогда добыча не пошла, поскольку была слишком технологически сложной.

А вот сейчас морские газогидраты признаны самым вероятным альтернативным топливом во многих странах. Над их разведкой и освоением работают во Франции, Германии, США; но особенно активны Канада и Япония.

Японцы планируют начать экспериментальную добычу метана из «горючего льда» возле своих островов, во впадине Нянхай, уже в 2007 году; а еще десять лет спустя пойдет масштабная добыча, да такая, что Япония, вечно все ввозящая, станет одним из мировых экспортеров газа!

Недавно российский «Газпром» произвел переоценку газовых запасов страны, включая и морские, связанные на дне.

Оказалось, что резервы «голубого топлива» в пятьдесят раз больше, чем считали прежде! Добывать газогидраты в промышленных объемах Россия намеревается с 2020 года.

Кстати, при газодобыче в море речь пойдет, очевидно, не только о газогидратах. Я тут вам рассказывал о вулканах и сипах, то есть, о выходах свободного газа непосредственно из дна.

Мы убеждены, что такой газ в огромных массах накапливается под шапкой «горючего льда», он там закупорен, законсервирован, - потому иногда и прорывается просто катастрофически.

Возможно, проще будет сначала пройти 400-метровую толщу «ледника» и выкачать подгидратный метан, а потом уже браться за сам слой...

И все-таки, морские глубины... Это не помеха для добычи?

Самая большая глубина Черного моря не превышает 2100 метров. Нынешняя горнодобывающая промышленность извлекает нефть и газ с глубины в четыре-пять километров. Так что здесь нет особых проблем.

Как вы думаете, когда - реально - можно у нас ожидать начала работ, подобных тем, которые ведутся в Японии или в России?

Вот это, в настоящих условиях, сказать труднее всего...
Есть известный девиз геологических конгрессов: «Умом и молотком». А по поводу наших топливных сокровищ я бы сказал иначе: умом и финансами!

Что мы можем разведать или добыть, когда тому же «Профессору Водяницкому», в лучшем случае, выделяются средства на двенадцатидневный рейс?!

Надо вложить большие деньги, создать могучую комплексную программу, привлечь специалистов разных профилей... Вообще, следует поднять эту работу на тот уровень, на котором велось в Советском Союзе освоение атомной энергии.

Тогда, и только тогда лет через десять, пятнадцать, возможно, нам удастся обеспечить энергетическое будущее Украины.

Надеюсь, что наше социальное сознание к тому времени будет идти вровень с научно-техническим, и газовые сокровища Черного моря принесут благополучие, в самом деле, всей Украине, а не отдельным (и не лучшим) ее представителям, присосавшимся к добывающей отрасли.

Только если запасы газогидратов, как и все клады, сокрытые в наших недрах, станут воистину всенародной собственностью, пользу от них сможет получить каждый наш соотечественник.

Будем на это надеяться...

Справка:

В Черном море газогидраты были обнаружены экспедициями Министерства геологии и Академии наук СССР в конце 80-х годов. В 90-е годы и начале текущего десятилетия исследования в этой области также проводились украинскими и болгарскими учеными. Полученные в итоге данные имеют приблизительный характер: по различным оценкам, запасы черноморских газогидратов, сосредоточенных, как правило, в нескольких десятках или первых сотнях метров под морским дном, могут составлять от 25 до 100 трлн куб м.

Немецко-украинская экспедиция 2010 г. обнаружила запасы газогидратов недалеко от Севастополя. Но для их более-менее точной оценки нужны будут широкомасштабные разведочные работы.

Впрочем, говорить о том, что Украина в обозримом будущем сможет достичь энергетической независимости благодаря разработке черноморских газогидратов, еще рано. Проблема в том, что газ, заключенный в ледяной ловушке, очень сложно извлечь, не потеряв по дороге.

Газогидраты существуют только благодаря низкой температуре и огромному давлению, "разрушить" их на месте залегания весьма нелегко. Даже при нормальном атмосферном давлении они начинают плавиться только при 10-20 градусах.

Сегодня существуют технологии, позволяющие добывать газ из газогидратов только на суше, причем их эффективность оставляет желать лучшего. Впервые они были опробованы еще в конце 60-х годов на Мессояхском месторождении на полуострове Таймыр, где добыча газа началась в 1967 г. Для "расплавления" газогидратов там используется депрессионный способ добычи, заключающийся в искусственном снижении пластового давления посредством откачки воды из скважины. На это приходится тратить много энергии, из-за чего значительная часть добываемого газа используется на месте, а сам газ получается весьма дорогим.

То что Мессояхское месторождение вообще стали разрабатывать, объясняется его уникальным расположением: оно является ближайшим (около 280 км) от Норильска, к которому в 1969 г. был протянут газопровод. Поставлять газ на промышленные предприятия Норильска с месторождений Ямала, до которых в несколько раз дальше, было признано экономически менее целесообразным.

За сорок с лишним лет эксплуатации на Мессояхском месторождении добыто около 12.5 млн куб м газа, что составляет около 65% от его оценочных запасов. Объемы добычи падают, в 2009 г. они составили всего 213 тыс куб м, так что большая часть поставок газа в Норильский промышленный район приходится на другие, традиционные месторождения.

Помимо Мессояхского месторождения, в мире существует еще одно место, где добывали газ из газогидратов - экспериментальная буровая станция Mallik, расположенная недалеко от устья реки Маккензи на северо-западе Канады. В 1998-2008 гг. японско-канадская группа ученых при участии специалистов из США, Германии и Индии вела там пробное бурение, обнаружив слой газогидратов на глубине около 1000-1200 м.

И сейчас на этой станции продолжается изучение различных технологий в данной области. Тестовая добыча велась в течение 6 дней зимой 2008 г. и составила около 13 тыс куб м газа. При этом использовался тот же депрессионный метод, что и на Таймыре. Ранее на Mallik был испытан и тепловой метод, заключающийся в нагревании газогидратного пласта посредством закачки пара или горячей воды, но расход энергии там оказался сравнимым с энергоемкостью высвободившегося газа.

Некоторыми специалистами предлагается технология замещения, заключающаяся в вытеснении метана из кларатов посредством заполнения их другим газом. Для этого лучше всего подходит углекислый газ, что позволило бы заодно решить и проблему его захоронения. Однако эта технология пока находится на стадии лабораторных исследований, до промышленных масштабов она дорастет, очевидно, еще не скоро.

Основная проблема добычи газа из газогидратов заключается в том, что для разрушения их структуры и извлечения газа из "клеток"-кларатов нужно затратить довольно большую энергию, что, естественно, приводит к существенному росту затрат. По оценкам исследователя из US Geological Service Тимоти Коллетта, себестоимость добычи газа из газогидратов в Арктике может составлять 100-200% затрат при разработке традиционных месторождений, а морской газогидратный газ будет еще более дорогостоящим.

Кроме того, при организации добычи с морского дна существует реальная опасность поднятия "метансодержащего льда" на поверхность, что приведет к взрывному выделению газа. По одной из наиболее вероятных версий, именно такой подъем газогидратного пласта стал причиной взрыва платформы Deepwater Horizon и ее гибели в апреле этого года. Некоторые специалисты советуют вообще не трогать газогидраты, поскольку это может привести к значительным выбросам в атмосферу содержащегося в них метана, который является в 20 раз более сильным парниковым газом, чем диоксид углерода.

Тем не менее, в ряде стран мира разрабатываются проекты добычи природного газа из газогидратов, в том числе и на морском дне. При этом эксплуатация газогидратных месторождений может стартовать уже во второй половине текущего десятилетия.

Все это не мешает и Украине включиться в "газогидратную гонку". Тем более, что уже несколько лет инновационную технологию добычи газа из газогидратов предлагает директор научно-исследовательской и внедренческой фирмы "Лед-газогидрат", профессор Одесской государственной академии холода Леонард Смирнов. Его идея (запатентованная) заключается в закачке в газогидратные пласты под давлением концентрированного соляного раствора или (летом) теплой, прогретой солнцем, морской воды.

По мнению Л.Смирнова, соль будет оказывать на газогидрат такое же действие, как и на обычный лед, т.е. снижать температуру его плавления, высвобождая заключенный в нем газ, который будет откачиваться через вытяжные скважины. Помимо газа, данная технология будет также обеспечивать получение чистой талой воды, что может быть весьма актуально в условиях Крыма.

Правда, для строительства тестового газодобывающего комплекса по технологии Л.Смирнова требуется около $500 млн. Пока ученому не удалось заинтересовать своим проектом украинский частный бизнес, а у государства нет таких средств. Кроме того, данная технология, как и многие другие возможные способы извлечения газа из газогидратов, пока не проверена на практике и не обязательно является панацеей. К сожалению, в отличие от России, США и Канады, в Украине нет сухопутного "полигона", где можно было бы проводить исследования в газогидратной области при относительно небольших затратах.

Вообще складывается впечатление, что Украина очень богата нетрадиционными источниками природного газа. У нее есть большие запасы шахтного метана, есть, очевидно, сланцевый газ, доказано наличие месторождений газогидратов… Однако всех их объединяют большая сложность и дороговизна добычи, а также отсутствие эффективных и экономически обоснованных технологий. Чтобы быть на переднем краю прогресса в этих областях, украинскому правительству нужно или самому финансировать обширные и дорогостоящие исследовательские программы, или заинтересовать частный бизнес возможностью получения солидной прибыли от многомиллионных инвестиций.

Но первый путь для Украины пока совершенно нереален из-за хронического отсутствия средств в казне, а на второй, очевидно, можно будет вступить только после появления уже зарекомендовавших себя технологий в других странах.

Газогидраты представляют собой очень перспективный источник природного газа для Украины. Но это своеобразная "заначка на будущее" - на то время, когда в мире научатся сравнительно несложно и недорого добывать такой газ. На ближайшие же годы приоритетными, очевидно, должны стать иные, более доступные источники.

Газогидратные лидеры

На сегодняшний день лидерами на газогидратном направлении являются Япония, Корея и Индия. Все три страны являются крупными импортерами энергоресурсов, и поэтому считают разработку газогидратных месторождений приемлемой альтернативой зарубежным закупкам. Правда, во всех трех странах проекты в данной области стартовали в 2007-2008 гг., во время наивысшего подъема цен как на нефть, так и на сжиженный природный газ.

В Корее реализацией проекта занимается государственная компания Korea National Oil Corp. С целью приобретения опыта она участвует в исследованиях в области добычи газа из газогидратов, которые сейчас проводятся на Аляске с участием американских федеральных организаций и ряда частных компаний. Залежи оцениваются в 600 млн т (более 1 трлн куб м) природного газа. Газогидраты залегают под морским дном в Японском море на расстоянии около 135 км от побережья страны.

Несмотря на падение цен на сжиженный газ, правительство Кореи не собирается отказываться от газогидратного проекта. Он включен в государственную программу развития нефтегазодобывающей отрасли, цель которой заключается в повышении уровня самообеспечения страны энергоресурсами (в 2009 г. 91.9% потребностей Южной Кореи в энергоносителях покрывалось за счет импорта). Начало добычи газа из газогидратов запланировано на 2015 г.

В индийских водах прогнозные резервы газогидратного газа оцениваются более чем в 55 трлн куб м, а месторождение Krishna-Godavari в Бенгальском заливе считается одним из крупнейших в мире. Еще в 1997 г. для проведения исследований в этом направлении была основана государственная компания National Gas Hydrate Program. Начать разведочные работы планировалось в 2010 г., а коммерческую добычу - в 2014-2015 гг.

Однако кризис отодвинул эти планы, а в начале 2010 г. правительство страны решило создать новую структуру с привлечением государственных агентств и частных нефтегазовых компаний с целью совместного финансирования НИОКР в данной области. Как признают индийские специалисты, в настоящее время в их распоряжении нет технологий добычи газогидратного газа с морского дна, их нужно создавать.

Затормозился, похоже, и японский проект. В 2008 г. правительство страны приняло решение о разработке залежей газогидратов, которые были найдены на юге-востоке от острова Хонсю во впадине Нанкай. Запасы газа оценивались в объеме до 50 трлн куб м, его добычу планировалось начать в 2016 г. Однако с начала кризиса никакой новой информации на эту тему не поступало.

В США исследования в области газогидратного газа осуществляются на двух направлениях. Во-первых, продолжаются разведка и отработка технологий наземной добычи на Аляске, где запасы газогидратного газа, по предварительным оценкам USGS, составляют около 16 трлн куб м. Этот проект реализуют Министерство энергетики США и ряд компаний. На лето 2010 г. намечено проведение тестовой добычи на основе разведки, проведенной тремя годами ранее компанией BP. При этом ConocoPhillips должна впервые испытать в полевых условиях технологию замещения метана, содержащегося в газогидратах, углекислым газом. Правда, по данным американских СМИ, программа этого года может быть выполнена не полностью из-за недостатка государственного финансирования.

Кроме того, в 2009 г. стартовала двухлетняя программа исследований в Мексиканском заливе, в которой партнером государства является Chevron. Состоявшаяся летом 2009 г. экспедиция обнаружила газогидраты под различными участками морского дна.

По оценкам американской Mineral Management Service (организация при Министерстве внутренних дел), запасы газогидратного газа в Мексиканском заливе могут достигать астрономического значения - 600 трлн куб м! Однако крупные нефтегазовые компании пока не слишком торопятся осваивать эти беспредельные ресурсы. Они предпочитают участвовать в программах, финансируемых государством, из-за слишком высоких затрат и риска, связанных с газогидратными проектами.

Как отмечают некоторые американские аналитики, ввод в эксплуатацию газогидратных месторождений с их гигантскими ресурсами может обрушить цены на природный газ, сделав эти проекты убыточными. Как это, похоже, уже случилось со сланцевым газом.

Газогидраты

В каждой статье портала «Эковатт» мы стараемся представить вашему вниманию самую интересную и актуальную информацию о развитии нефтегазового комплекса. Сегодня в прессе всё чаще поднимается тема альтернативных источников энергии. Это не удивительно, ведь уже в обозримом будущем человечество исчерпает все месторождения природного газа, позволяющие его добычу традиционными способами. Тогда останется два пограничных варианта: переход на альтернативные виды топлива и поиск альтернативных источников.

газогидрат,газогидраты,метаногидраты, биотопливо

Пока не изобретён еще вид топлива, способный стать достойной заменой традиционным, основным направлением этого поиска становится разработка новых способов добычи топлива традиционного. Их список пока сравнительно короток: водорастворенные газы подземной гидросферы, метан угленосных толщ и природные газовые гидраты. В этой статье мы расскажем об одном из наиболее перспективных для России на сегодняшний день источников энергии, так называемых «метаногидратах».

Вначале, немного о том, что же эти загадочные газогидраты из себя представляют и почему называть их «метаногидратами» не совсем корректно. Как вы уже, наверное, догадались, газогидраты представляют собой придонные скопления газа (чаще всего, но совершенно не обязательно, метана). Эти скопления образуются в условиях низкой температуры и высокого давления. Их агрегатное состояние проще всего можно представить в качестве скопления кристаллов (рыхлый лёд).

Вся прелесть газогидратов заключается в том, что один кубометр этих кристаллов может содержать 0.87 кубометра воды и 164 кубических метра метана в газообразном состоянии. Однако, наличествует и определенное содержание других веществ. К сожалению, на сегодняшний день до сих пор не выявлен полный потенциал таких запасов. В №6 журнала «Зарубежная информация» за 2000 год приводились данные, согласно которым по предварительным оценкам на суше содержится 14×10 12 -34×10 15 кубометров, в акватории - 3.1×10 15 - 7.6×10 18 кубометров метана в газогидратах. Даже если лишь незначительную часть (10%) этих запасов считать извлекаемыми, они вдвое превысят сегодняшние мировые запасы традиционного природного газа.

Идея получения метана из газогидратов не так уж нова. Первоначально, человечество столкнулось с газогидратами в рамках организации подводных газопроводов. Когда попадавшая в трубы влага приводила к их образованию и закупорке трубопроводов. Тогда американским ученым пришлось разрабатывать специальные технологии для дополнительной герметизации и осушки труб. Однако же первыми рассматривать скопления газогидратов в качестве дополнительного источника топлива стали именно российские ученые. Точнее ещё советские.

Месторождение Мессояхское было введено в промышленную разработку еще в 1970 году. Изначально его запасы составляли около 30 миллиардов кубометров метана, из них на сегодняшний день добыто уже более половины. Согласно данным, опубликованным в №7 журнала «Газовая промышленность» за 2001 год, отечественные запасы природного газа в гидратах континентальной и шельфовой части России оцениваются 100-1000 триллионов кубометров. А по последней оценке ВНИИГАЗ в России для гидратонакопления благоприятно около 30% территории.

При этом мировые запасы крайне неоднородны. Вызвано это в первую очередь серьезными различиями гидратообразующих условий. В различных водоемах неоднородны температура и химический состав воды. Советские ученые посвятили немало времени тому, чтобы изучить природу газогидратных месторождений и составить их подробную карту для пространств бывшего СССР. Но, как понимаете, Россия не единственный счастливый обладатель подобного газопромышленного потенциала.

Большая часть ресурсов находится в акваториях мирового океана (у побережий Северной, Центральной и Южной Америки, Японии, Норвегии и Африки, и только около 2% - в приполярных частях материков. В США ресурсы месторождений на суше и шельфе были оценены Геологической службой в 6000 триллионов кубометров, и программа их выработки получила, наравне с космической и ядерной, приоритетный характер. По предварительным оценкам запасы газа в кристаллизованном состоянии на Аляске достигают 66.8 триллиона кубометров, а в Мексиканском заливе выявлено еще 1.03 триллиона кубометров метана в виде газовых гидратов. На проводимые исследования по добыче метана сенат США в 2001 году выделил около 42 миллионов долларов.

Вообще, не будет лишним отметить, что в последнее десятилетие интерес к этому подводному источнику топлива крайне обострился. В 1998 году, в дельте реки Маккенези (Канада), была пробурена экспериментальная скважина Малик (Malik), по данным которой установлено наличие мощного поля скоплений газовых гидратов. Не отстает и Индия, которая согласно одной из программ развития должна начать промышленную разработку своих газогидратных месторождений уже к 2010 году.

В 2003 году «Газпром» создал специальную экспертную группу по разведке и подготовке к промышленной разработке отечественных газогидратных залежей. В итоге это позволит компании номинально увеличить свои запасы природного газа в 50 раз (на 1400 триллионов кубометров) и вывести её на первое место по объему запасов среди ведущих мировых производителей. Однако технологии промышленной выработки газогидратных месторождений со времён советских исследований так и остаются недоработанными.

Наибольших успехов на этой ниве пока добились японские геологи. В стране восходящего солнца уже не первый год ведется разработка новых высокоточных методов геофизического каротажа и новых технологий добычи газа из месторождений гидратов: с помощью нагрева формаций, уменьшения давления или химических инъекций. А вот Норвежские исследователи предложили использовать процесс образования гидратов газа, для упрощения его транспортировки и хранения. Кроме того, разрабатывается технология применения газогидратов в качестве химического сырья для опреснения морской воды и разделения газовых смесей.

Другими словами, изучение газогидратов открыло перед человечеством массу новых интересных возможностей, местами даже не связанных с работой нефтегазового комплекса. Но, как вы уже, наверное, догадались, наличествует и ряд серьезных препятствий такому благостному повороту событий. В первую очередь это, конечно, отсутствие технологий качественной добычи и переработки. Более того, разработка газогидратных месторождений неизбежно приведет к увеличению объемов выброса природного газа в атмосферу и, как следствие, к усилению парникового эффекта.

Вторым камнем преткновения для добытчиков становится весьма неприятное свойство газогидратов «детонировать» при самых незначительных сотрясениях. При этом кристаллы быстро проходят фазу трансформации в газообразное состояние, и обретают объем в несколько десятков раз превышающий исходный. Именно это привело в своё время привело в свое время к разрушению добывающих платформ в Каспийском море. Таким образом излишне высок риск аварийности, а следовательно и резкое снижение рентабельности разработки гидратных месторождений. Однако, пока всё идет к тому, что время и ситуация на мировом рынке заставят компании пойти на заведомый риск и приобщиться к новому источнику углеводородов.

Вот почему исследование и выработка газогидратов считается на сегодняшний день наиболее перспективным технологическим направлением нефтегазовой промышленности. Наблюдая развитие ситуации с поиском новых источников топлива, невольно вспоминается сказка о колобке, слепленном хозяевами из того, что нашлось по сусекам. Насколько высоки кулинарные способности «Газпрома» и не «уйдет» ли от него метановый колобок мы узнаем уже не в самом далёком будущем.

Пока же нам остается только с интересом следить за развитием сего некогда сказочного сюжета..

газогидрат,газогидраты,метаногидраты, биотопливо

Национальный минерально-сырьевой университет Горный

Научный руководитель: Гульков Юрий Владимирович, кандидат технических наук, Национальный минерально-сырьевой университет Горный

Аннотация:

В данной статье рассматриваются химические и физические свойства газовых гидратов, история их изучения и исследования. Кроем того, рассматриваются основные проблемы, препятствующие организации коммерческой добычи газовых гидратов.

In this article we describes chemical and physical characteristics of gas hydrates, the history of their study and research. In addition, the basic problems hindering the organization of commercial production of gas hydrates аре considered.

Ключевые слова:

газогидраты; энергетика; коммерческая добыча; проблемы.

gas hydrates; power engineering; commercial extraction; рroblems.

УДК 622.324

Введение

Первоначально человек использовал собственные силы как источник энергии. Через некоторое время на помощь пришли энергия дерева и органики. Около века назад основным энергоресурсом стал уголь, через 30 лет его первенство разделила нефть. Сегодня энергетика мира зиждется на триаде газ-нефть-уголь. Однако, в 2013 году это равновесие было смещено с в сторону газа японскими энергетиками. Япония- мировой лидер импорта газа. Государственная корпорация нефти, газа и металлов (JOGMEC) (Japan Oil, Gas & Metals National Corp.) сумела первой в мире получить газ из гидрата метана на дне Тихого океана с глубины 1,3 километра . Пробная добыча длилась всего 6 недель, не смотря на то, что в плане рассматривалась двухнедельная добыча, было добыто 120 тыс куб м природного газа Это открытие позволит стране стать независимой от импорта, в корне изменить свою экономику. Что такое газогидрат и как он может повлиять на мировую энергетику?

Целью данной статьи является рассмотрение проблем в освоении газогидратов.

Для этого были поставлены следующие задачи:

• Изучить историю исследования газогидратов
• Изучить химические и физические свойства
• Рассмотреть основные проблемы освоения

Актуальность

Традиционные ресурсы распределены по Земле не равномерно, кроме того, они ограничены. По современным оценкам запасов нефти по сегодняшним меркам потребления хватит на 40 лет, энергоресурсов природного газа- на 60-100. Мировые же запасы сланцевого газа оцениваются примерно в 2 500-20 000 трлн. куб. м. Это энергетический резерв человечества более чем на тысячу лет Коммерческая добыча гидратов подняла бы мировую энергетику на качественно новый уровень. Другими словами, изучение газогидратов открыло перед человечеством альтернативный источник энергии. Но существует и ряд серьезных препятствий их изучению и коммерческой добычи.

Историческая справка

Возможность существования газогидратов была предсказала Стрижовым И.Н., но он говорил о нецелесообразности их добычи. Гидрат метана в лаборатории впервые получил Виллар в 1888 году, вместе с гидратами других легких углеводородов. Первоначальные столкновения с газогидратами, рассматривались как проблемы и помехи в добыче энергии. В первой половине XX века было установлено, что газогидраты являются причиной пробкообразования в газопроводах, расположенных в арктических районах (при температуре выше 0 °С). В 1961г. было зарегистрировано открытие Васильева В.Г., Макагона Ю.Ф., ТребинаФ.А., Трофимука А.А., Черского Н.В. «Свойство природных газов находиться в твердом состоянии вземной коре» , возвестившее о новом природном источнике углеводородов- газогидрате. После этого заговорили об исчерпаемости традиционных ресурсов громче, и уже через 10 лет было обнаружено первое месторождения газогидратов в январе 1970 в Заполярье, на границе Западной Сибири, оно носит название Мессояхское. Далее были проведены крупные экспедиции ученых как СССР, так и многих других стран.

Слово химии и физики

Газогидраты - это молекулы газа, облепленные вокруг молекулами воды, словно «газ в клетке». Это называется водный клатратный каркас. Представьте, что летом вы поймали бабочку в ладони, бабочка- это газ, ваши ладони-молекулы воды. Т.к вы охраняете бабочку от внешних воздействий, но она сохранит свою красоту и индивидуальность. Так и газ ведет себя в клатратном каркасе.

В зависимости от условий образования и состояния гидратообразователя внешне гидраты выглядят в виде четко выраженных прозрачных кристаллов разнообразной формы или представляют собой аморфную массу плотно спрессованного «снега».

Гидраты залегают при определенных термобарических условиях- фазовое равновесие. При атмосферном давлении газовые гидраты природных газов существуют вплоть до 20-25 °C. Благодаря своей структуре единичный объём газового гидрата может содержать до 160—180 объёмов чистого газа. Плотность гидрата метана около 900 кг/м³, что ниже плотности воды и льда. При нарушении фазового равновесия: повышении температуры и/ или уменьшении давления гидрат разлагается на газ и воду с поглощением большого количества теплоты. Кристаллогидраты обладают высоким электрическим сопротивлением, хорошо проводят звук, и практически непроницаемы для свободных молекул воды и газа, обладают низкой теплопроводностью.

Разработка

Газогидраты труднодоступны,т.к. к настоящему времени установлено, что около 98% залежей газогидратов сосредоточены на шельфе и континентальном склоне океана, на глубинах воды более 200 - 700 м, и только всего 2% - в приполярных частях материков. Поэтому, проблемы в освоении коммерческой добычи газовых гидратов встречаются уже на этапе разработки их месторождений.

На сегодняшний день существует несколько методов обнаружения залежей газовых гидратов: сейсмическое зондирование, гравиметрический метод, измерение теплового и диффузного потоков над залежью, изучение динамики электромагнитного поля в исследуемом регионе и др.

При сейсмическом зондировании используются данные двухмерной (2-D) сейсморазведки при наличии свободного газа под гидратонасыщенным пластом определяется нижнее положение гидратонасыщенных пород. Но при сейсморазведке нельзя обнаружить качество залежи, степень гидратонасыщенности пород. Кроме того, сейсморазведка не применима на сложных рельефах.Но она выгодна более всех с экономической стороны, однако, лучше ее использовать в дополнении с другими методами.

Например, пробелы можно заполнить применив в дополнении с сейсморазведке электромагнитную разведку. Она позволит более точно охарактеризовать породу, благодаря индивидуальным сопротивлениям в точках залегания газогидратов. Министерство энергетики США планирует проводить ее с 2015 года. Сейсмоэлектромагнитный способ применялся для разработки Черноморских месторождений.

Также рентабельно разрабатывать месторождение насыщенных залежей комбинированным методом разработки, когда процесс разложения гидратов сопровождается снижением давления с одновременным тепловым воздействием. Понижение давления позволит сэкономить тепловую энергию, затрачиваемую на диссоциацию гидратов, а прогрев поровой среды будет препятствовать повторному образованию газогидратов в призабойной зоне пласта.

Добыча

Следующим камнем преткновения является непосредственно добыча гидратов. Гидраты залегают в твердой форме, что вызывает трудности. Так как газогидрат залегает в определенных термобарических условиях, то при нарушении одного из них он будет разлагаться на газ и воду, в соответствии с этим были разработаны следующие технологии извлечения гидратов.

1. Разгерметизация:

Выводы гидрат из фазового равновесия он разложится на газ и воду. Эта технология славится своей тривиальностью и экономической целесообразностью, кроме того на ее плечи ложится успех первой добычи японцев 2013 года. Но не все так радужно: образовавшаяся вода при низких температурах может закупорить оборудование. Кроем того, технология действительно эффективна, т.к. при проведении пробной добычи метана на месторождении Маллик за 5,5 дней было добыто 13 000 куб. м газа, что во много раз превышает показатели добычи на этом же месторождении по технологии нагревания — 470 куб. м газа за 5 дней. (см. таблица)

2. Нагревание:

Снова нужно разложить гидрат на газ и воду но уже по средствам подведения тепла. Подвод тепла может осуществляться разными способами: впрыскивание теплоносителя, циркуляция горячей воды, нагрев паром, нагрев электричеством. Хотелось бы остановиться на интересной технологии придуманий исследователями из Дортмундского университета. Проект предполагает прокладку трубопровода до залежей газогидратов на морском дне. Особенность его в том, что у трубы двойные стенки. По внутренней трубе к месторождению подается морская вода, нагретая до 30-40˚С, температуры фазового перехода, и пузырьки газообразного метана вместе с водой поднимаются по внешней трубе наверх. Там метан отделяется от воды, отправляется в цистерны или в магистральный трубопровод, а теплая вода возвращается вниз, к залежам газогидратов. Однако, этот метод добычи требует высоких затрат, постоянного увеличения подводимого количества теплоты. При этом газогидрат разлагается медленнее.

3. Введение ингибитора:

Также для разложения гидрата использую ввод ингибитора. В Институте Физики и Технологии Университета Бергена в качестве ингибитора рассмотрели углекислый газ. С помощью этой технологии можно получить метан без непосредственной добыче самих гидратов. Этот метод уже тестируется Японской Национальной Корпорацией Нефти, Газа и Металлов (JOGMEC) при поддержке Американского Департамента Энергетики. Но эта технология таит в себе экологическую опасность, требует высоких затрат. Реакции при этом протекает медленнее.

Название проекта	Дата	Страны-участницы	Компании	Технология
Маллик, Канада		Япония, Канала США, Германия, Индия	JOGMEC, BP, Chevron Texaco	Нагреватель (теплоноситель-вода)
Северный склон Аляски, США		США, Япония	Conoco Phillips, JOGMEC	Инъекция углекислого газа, ввод ингибитора
Аляска, США			BP, Schlumberger	Бурение с целью изучения свойств газогидрата
Маллик, Канада		Япония, Канада	JOGMEC в составе частного государственного консорциума	Разгерметизация
Огонь во льду (Ignik Sikumi ), Аляска, США		США, Япония, Норвегия	Conoco Phillips, JOGMEС, университет Бергена (Норвегия)	Инъекция углекислого газа
Совместный проект (Joint Industry Project ) Мексиканский залив, США			Chevron как лидер консорциума	Бурение с целью изучения геологии залегания газогидратов
Вблизи полуострова Ацуми, Япония			JOGMEC, JAPEX, Japan Drilling	Разгерметизация

Источник - аналитический центр по материалам открытых источников

Технологии

Еще одной причиной неосвоенности коммерческой добычи гидратов -отсутствие технология для их выгодной добычи, что провоцирует большие капиталовложения. В зависимости от технологии, встречаются разные барьеры: эксплуатация специального оборудования для введения химических элементов и/или локального нагрева для избегания повторного образования газогидратов и закупоривания скважин; применения технологий, препятствующих добыче песка.

Например, в 2008 году по предварительным оценкам для месторождения Маллик в канадской Арктике указывали на то, что издержки разработки варьируются в пределах 195-230 долл./тыс. куб. м для газогидратов, расположенных над свободным газом, и в пределах 250- 365 долл./тыс. куб. м для газогидратов, расположенных над свободной водой.

Для решения этой проблем необходимо популяризовать коммерческую добычу гидратов среди научных кадров. Организовывать больше научных конференций, конкурсов для усовершенствования старого либо создания нового оборудования, что могло бы обеспечить меньше издержки.

Экологическая опасность

Более того, разработка газогидратных месторождений неизбежно приведет к увеличению объемов выброса природного газа в атмосферу и, как следствие, к усилению парникового эффекта. Метан является мощным парниковым газом и, несмотря на то, что его время жизни в атмосфере меньше, чем у СО₂, потепление, вызванное выбросами в атмосферу больших количеств метана, будет в десятки раз быстрее, чем потепление, вызванное углекислым газом. Кроме этого, если глобальное потепление, парниковый эффект или по другим причинам будет вызван распад хотя бы одного месторождения газогидратов, то это вызовет колоссальный выброс метана в атмосферу. И, словно лавина, от одного залегания до другого, это приведет к глобальным изменения климата на Земле, а последствия этих изменений даже приблизительно предсказать нельзя.

Во избежание этого необходима интеграция данных комплексных анализов разведки, прогнозирование возможных поведения залежей.

Детонация

Еще одной нерешенной задачей для добытчиков становится весьма неприятное свойство газогидратов «детонировать» при самых незначительных сотрясениях. При этом кристаллы быстро проходят фазу трансформации в газообразное состояние, и обретают объем в несколько десятков раз превышающий исходный. Поэтому в сообщениях японских геологов очень аккуратно говорится о перспективе разработки метангидратов - ведь катастрофа буровой платформы Deepwater Horizon, по мнению ряда ученых, включая профессора Калифорнийского университета в Беркли Роберта Би, стала следствием взрыва гигантского пузыря метана, который образовался из потревоженных буровиками донных залежей гидратов.

Добыча нефти и газа

Газогидраты рассматриваются не только со стороны энергетического ресурса, чаще с ними сталкиваются при добычи нефти. И снова мы обратимся к гибели платформы Deepwater Horizon в Мексиканском заливе. Тогда для контроля над вырывающейся нефтью соорудили специальный короб, который планировали поставить над аварийным устьем скважины. Но нефть оказалась весьма газированной, и метан стал образовывать на стенках короба целые наледи газогидратов. Они примерно на 10% легче воды, и когда количество газогидратов стало достаточно большим, они просто стали поднимать короб, что, в общем-то, заранее предсказывалось специалистами.

С той же проблемой столкнулись при добыче традиционного газа. Кроме «природных» газовых гидратов, образование газовых гидратов является большой проблемой в магистральных газопроводах, расположенных в условиях умеренного и холодного климата, поскольку газовые гидраты способны забить газопровод и снизить его пропускную способность. Для того, чтобы этого не происходило, в природный газ добавляют небольшое количество ингибитора и ли же просто используют подогрев.

Эти проблемы решают такими же способами как и при добычи: понижая давления, нагревая, вводя ингибитор.

Заключение

В данной статье были рассмотрены барьеры, стоящие на пути коммерческой добычи газогидратов. Они встречаются уже на этапе разработке газовых месторождений, непосредственно при самой добычи. Кроме того, на данный момент газогидраты являются проблемой при нефте- и газодобычи. На сегодняшний день, впечатляющие запасы газогидратов, экономическая рентабельность требуют накопления информации и уточнений. Специалисты до сих пор находятся в поиске оптимальных решений разработки газигидратных месторождений. Но с развитием технологий стоимость разработки залежей должна снизиться.

Библиографический список:

1. Васильев А., Димитров Л. Оценка пространственного распределения и запасов газогидратов в Черном море // Геология и геофизика. 2002. №7. т. 43.
2. Дядин Ю. А., Гущин А.Л. Газовые гидраты. // Соросовский образовательный журнал, №3, 1998, с. 55–64
3. Макогон Ю.Ф. Природные газовые гидраты: распространение, модели образования, ресурсы. – 70 с.
4. Трофимук А. А., Макогон Ю. Ф., Толкачев М. В., Черский Н. В. Особенности обнаружения разведки и разработки газогидратных залежей -2013 г. [Электронный ресурс] http://vimpelneft.com/fotogalereya/6-komanda-vymlnefti/detail/32-komanda-vympelnefti
5. Химия и Жизнь, 2006, №6, стр. 8.
6. The Day The Earth Nearly Died – 5. 12. 2002 [электронный ресурс] http://www.bbc.co.uk/science/horizon/2002/dayearthdied.shtml

Рецензии:

1.12.2015, 12:12 Мордашев Владимир Михайлович
Рецензия : Статья посвящена широкому кругу проблем, связанных с актуальной задачей освоения газогидратов - перспективного энергетического ресурса. Решение этих проблем потребует, в том числе, анализа и обобщения разнородных данных научных и технологических исследований, носящих зачастую неупорядоченный, хаотический характер. Поэтому рецензент рекомендует авторам в своей дальнейшей работе обратить внимание на статью "Эмпиризм для хаоса", сайт, №24, 2015, с. 124-128. Статья "Проблемы освоения газогидратов" представляет несомненный интерес для широкого круга специалистов, её следует опубликовать.

18.12.2015 2:02 Ответ на рецензию автора Курикова Полина Робертовна :
Ознакомилась со статьей, при дальнейшей разработке темы,решении освещенных проблем, буду пользоваться данными рекомендациями. Благодарю.

Газовые гидраты – довольно новый, однако потенциально обширный источник природного газа, способный обеспечить потребности растущих мировых экономик. По оценкам учёных, его запасы в российской Арктике составляют порядка 1000 трлн куб. м. О том, какие возможности открывает добыча газовых гидратов, какие существуют технологии их хранения и перевозки, а также о подготовке специалистов в данной области порталу arctic.ru рассказал доктор геолого-минералогических наук, профессор Владимир Станиславович Якушев.

Что такое газовые гидраты? Велики ли их запасы на территории российской Арктики?

Газовые гидраты — кристаллические соединения газов и воды переменного состава. Выглядят как снег или лед и имеют сходные с ними физические свойства. Образуются они при контакте газа и воды в определённых термобарических условиях, причём чем холоднее климат, тем чаще встречаются такие условия. В наиболее распространённом в земной коре гидрате метана соотношение между газом и водой примерно 1 к 6. При этом удельное газосодержание гидрата метана достигает 164 куб. м газа на 1 куб. м гидрата. По общему мнению нефтегазовых геологов, природные газовые гидраты содержат основной объём природного газа в литосфере. По разным оценкам, в природных гидратах содержится от 2000 до 5000 трлн куб. м газа. Значительная часть этих газовых ресурсов расположена в арктических широтах, так как именно наличие мощного (более 300 м) слоя вечной мерзлоты создаёт необходимые условия для гидратообразования, а в океане холодная вода позволяет образовываться газогидратам уже с глубины 250-300 м.

По ранее сделанным российским оценкам, в недрах арктических широт России может содержаться до 1000 трлн куб. м газа в гидратном состоянии. Однако далеко не весь этот объём можно добыть на современном уровне развития технологий. Но если хотя бы 10% этого объёма можно будет добыть, то это в значительной степени обеспечит энергоснабжение страны на многие десятилетия.

Какие угрозы таят в себе газовые гидраты?

В северных широтах с гидратами знакомы давно: если в скважине или трубопроводе устанавливается режим гидратообразования, то формируется гидратная пробка, которая блокирует движение газа или нефти и приводит к аварии. Холодный климат Арктики, наличие вечной мерзлоты способствуют возникновению режима гидратообразования в добывающем оборудовании, и на наших северных месторождениях уже давно функционируют установки для предотвращения образования гидратных пробок.

Другая старая проблема, связанная с газовыми гидратами в Арктике, — внутримерзлотные замороженные газогидраты, которые при проходке скважинами начинают разлагаться и генерировать выбросы газа, что осложняет процесс бурения, а иногда и приводит к авариям на скважинах. Причём чем дальше на север двигаются буровые станки, тем чаще и интенсивнее становятся эти выбросы. О внутренней энергии и масштабах таких газ-газогидратных внутримерзлотных скоплений могут свидетельствовать фотографии недавно обнаруженного «ямальского кратера».

Ещё одна угроза, связанная с природными гидратами, которая широко обсуждается в научной литературе, — это возможность массированного выброса в атмосферу парникового газа, метана, вызванная быстрым разложением океанических гидратов вследствие какого-либо тектонического катаклизма. Однако, по моему мнению, вероятность такого выброса крайне мала.

Как можно применять газогидраты на практике? Например, возможно ли применять газовые гидраты для газификации отдельных населённых пунктов?

Газовые гидраты можно получать и на соответствующих промышленных установках. Недавно было обнаружено новое свойство газогидратов — способность к самоконсервации при температурах ниже 0 градусов Цельсия. То есть если над сформированным гидратом сбросить давление, он начинает разлагаться и формировать на своей поверхности тонкую пленку льда, которая останавливает дальнейшее разложение. Этот эффект открыл новые возможности для транспортировки и хранения природного газа. Учитывая высокое газосодержание газогидрата (до 164 куб. м на куб. м), можно хранить и перевозить газ высокой концентрации при атмосферном давлении, то есть фактически хранить и перевозить газ как, например, уголь, только используя стандартные рефрижераторы. Такая технология сейчас разрабатывается в Японии для газификации отдалённых населённых пунктов, где не подведён газопровод. Российская Арктика представляет собой наверное, наиболее благоприятную природно-климатическую и социально-экономическую область: далеко отстоящие друг от друга небольшие посёлки, проблемы с энергоснабжением — и в то же время холодный климат, наличие вечной мерзлоты.

Как осуществляется транспортировка газовых гидратов? Насколько дорога их перевозка и хранение?

В настоящее время существует только один пилотный проект по газогидратной технологии хранения и транспорта газа. Он осуществляется в Японии и как раз направлен на то, чтобы оценить коммерческую составляющую этой технологии. Для транспортировки газогидратных брикетов построены два типа контейнеров для автомобильной перевозки — на 7 т и 0,5 т. Оба типа контейнеров предназначены для разномасштабных потребителей газа.

Технология состоит в том, что на специализированной установке производятся плотные брикеты замороженного газогидрата, эти брикеты загружаются в соответствующие автомобильные контейнеры с охлаждением (рефрижераторы) и перевозятся к месту газификации — электростанции и жилому кварталу на расстоянии до 400 км от места производства гидратов. Там путём частичного нагрева газогидраты постепенно разлагаются внутри контейнеров, выделяя необходимые объёмы газа. Затем контейнеры с оставшейся водой транспортируются обратно к месту производства гидратов.

В случае Арктики от таких герметичных контейнеров можно отказаться, т.к., если температура окружающей среды ниже 0 градусов Цельсия, замороженные гидраты можно перевозить и в негерметичных ёмкостях. Это открывает возможности для автономного газоснабжения арктических посёлков: раз в несколько лет по Северному морскому пути может проходить танкер-гидратовоз и сгружать запасы замороженных гидратов в хранилища, сооружённые в вечной мерзлоте вблизи посёлков. Оттуда гидраты могут расходоваться по мере надобности для газоснабжения посёлка. При этом ничего, кроме пресной воды, не остаётся, т.е. экология не нарушается.

Оценить стоимость такой доставки пока не представляется возможным вследствие отсутствия опытно-промышленных испытаний этой технологии в нашей стране.

Существуют ли в России возможности и технологии для их использования?

Несмотря на то что эффект самоконсервации газогидратов — основа описываемой технологии — был открыт и основательно изучен в России, до полупромышленного использования замороженных гидратов пока доросла только Япония, где этот проект реализуется уже более 10 лет. В России есть несколько патентов на промышленное использование законсервированных гидратов, но дальше этого дело не пошло: требуются серьёзные инвестиции и время на создание технологии.

Насколько важен кадровый потенциал в данном вопросе? Существуют ли в России такие специалисты и много ли их?

Это, наверное, самый важный вопрос сейчас. Дело в том, что газогидраты сами по себе достаточно сложный объект для изучения. Для их исследования требуется аппаратура высокого давления, работа с взрывоопасными газами, поэтому у нас в стране учёных, специализирующихся на изучении газогидратов, можно пересчитать по пальцам. А тех, кто работает с метастабильными состояниями газогидратов, к которым относятся замороженные гидраты, вообще единицы.

Как показывает опыт Японии, для подготовки команды специалистов, способных разработать и изготовить необходимое оборудование для производства, хранения и транспортировки гидратных брикетов, потребовалось более 10 лет. Учитывая этот опыт, в нашей стране такой срок можно было бы сократить, но для этого необходимо создание специализированного конструкторского бюро и соответствующей проектной команды.

Владимир Станиславович, существует ли мировой опыт использования газовых гидратов?

В мире нет опыта использования синтетических гидратов, т.к. эффект самоконсервации был открыт не так давно, а без этого эффекта хранение газогидратов требует сосудов высокого давления и сразу проигрывает тому же хранению газа в сжатом состоянии. Но перспективы у газогидратных технологий есть, и не только в области транспортировки и хранения природного газа.

Дело в том, что при гидратообразовании происходит разделение сырого газа на газовую фазу (это метан-бутановая группа, которая переходит в гидратное состояние) и жидкую углеводородную фазу (это углеводороды от пентана и тяжелее, которые не образуют гидраты). Кроме того, если для гидратообразования используется морская вода, то происходит её опреснение (в гидрат переходит только пресная вода). Таким образом, при формировании гидрата можно получить газовую фракцию, газоконденсатную фракцию и пресную воду. Это чрезвычайно важно для разработки удалённых морских месторождений, в том числе в Арктике, т.к. в перспективе позволяет отказаться от дорогих тяжёлых добывающих платформ, на которых в настоящее время производится подготовка газа к транспортировке.

Кадры