Riikliku maavarade ülikooli kaevandamine

Teaduslik juhendaja: Juri Vladimirovitš Gulkov, tehnikateaduste kandidaat, Riiklik Maavarade Kaevandusülikool

Märkus:

Selles artiklis käsitletakse keemilisi ja füüsikalisi omadusi gaasihüdraadid, nende uurimise ja uurimise ajalugu. Lisaks käsitletakse peamisi probleeme, mis takistavad gaasihüdraatide kaubandusliku tootmise korraldamist.

Selles artiklis kirjeldame gaasihüdraatide keemilisi ja füüsikalisi omadusi, ajalugu nende õppimisest ja uurimistööst. Lisaks käsitletakse põhiprobleeme, mis takistavad gaasihüdraatide kaubandusliku tootmise korraldamist.

Märksõnad:

gaasihüdraadid; energia; kommertskaevandamine; Probleemid.

gaasihüdraadid; energeetika; kaubanduslik kaevandamine; probleeme.

UDK 622.324

Sissejuhatus

Algselt kasutas inimene energiaallikana oma jõudu. Mõne aja pärast tuli appi puidu ja orgaanilise aine energia. Umbes sajand tagasi sai kivisüsi peamiseks energiaallikaks, 30 aastat hiljem jagas selle ülimuslikkust nafta. Tänapäeval põhineb maailma energiasektor gaasi-nafta-süsi triaadil. Kuid 2013. aastal nihutasid Jaapani energeetikatöötajad selle tasakaalu gaasi poole. Jaapan – maailm gaasiimpordi liider. Riigikorporatsioon Oil, Gas and Metals (JOGMEC) (Japan Oil, Gas & Metals National Corp.) oli esimene maailmas, kes sai 1,3 kilomeetri sügavuselt Vaikse ookeani põhjas asuvast metaanhüdraadist gaasi. Katsetootmine kestis vaid 6 nädalat, hoolimata sellest, et plaanis oli kahenädalane tootmine, toodeti 120 tuhat kuupmeetrit maagaas See avastus võimaldab riigil saada impordist sõltumatuks ja muuta oma majandust radikaalselt. Mis on gaashüdraat ja kuidas see võib mõjutada globaalne energia?

Selle artikli eesmärk on käsitleda probleeme gaasihüdraatide väljatöötamisel.

Selle saavutamiseks püstitati järgmised ülesanded:

• Tutvuge gaasihüdraadi uurimise ajalooga
• Uurige keemilisi ja füüsikalisi omadusi
• Mõelge arengu peamistele probleemidele

Asjakohasus

Traditsioonilised ressursid ei ole üle Maa ühtlaselt jaotunud ja need on samuti piiratud. Tänapäevaste hinnangute järgi jätkub naftavarusid tänaste tarbimisnormide järgi 40 aastaks, maagaasi energiavarusid 60-100 aastaks. Maailma kildagaasivarusid hinnatakse ligikaudu 2500–20 000 triljonile. kuubik m See on inimkonna energiavaru enam kui tuhandeks aastaks. Hüdraatide kaubanduslik tootmine tõstaks maailma energiasektorit kvalitatiivselt uus tase. Teisisõnu, gaasihüdraatide uurimine on avanud inimkonnale alternatiivse energiaallika. Kuid nende õppimisel ja kaubanduslikul tootmisel on ka mitmeid tõsiseid takistusi.

Ajalooline viide

Gaasihüdraatide olemasolu ennustas I. N. Strizhov, kuid ta rääkis nende ekstraheerimise ebaotstarbekusest. Villar sai metaanhüdraadi esimest korda laboris 1888. aastal koos teiste kergete süsivesinike hüdraatidega. Esialgsetes kohtumistes gaasihüdraatidega peeti probleeme ja takistusi energia tootmisel. 20. sajandi esimesel poolel tehti kindlaks, et gaasihüdraadid põhjustavad Arktika piirkondades asuvate gaasitorustike ummistumist (temperatuuril üle 0 °C). 1961. aastal registreeriti Vassiljev V.G., Makagon Yu.F., Trebin F.A., Trofimuk A.A., Chersky N.V. avastus. "Kinnisvara maagaasid olema maapõues tahkes olekus”, mis kuulutas uut looduslik allikas süsivesinikud - gaasihüdraat. Pärast seda hakati valjemini rääkima traditsiooniliste ressursside ammendumisest ning juba 10 aastat hiljem avastati 1970. aasta jaanuaris Arktikas, Lääne-Siberi piiril esimene gaasihüdraadi leiukoht, see kannab nime Messoyakha. Edasi viidi läbi suuri teadlaste ekspeditsioone nii NSV Liidust kui ka paljudest teistest riikidest.

Keemia ja füüsika sõna

Gaasihüdraadid on veemolekulide ümber kinni jäänud gaasimolekulid, nagu "gaas puuris". Seda nimetatakse veepõhiseks klatraadi raamistikuks. Kujutage ette, et suvel püüdsite peopessa liblika, liblikas on gaas, teie peopesad on veemolekulid. Sest sa kaitsed liblikat selle eest välismõjud, kuid ta säilitab oma ilu ja individuaalsuse. Nii käitub gaas klatraadi raamistikus.

Sõltuvalt moodustumise tingimustest ja hüdraadi moodustaja olekust ilmnevad hüdraadid väliselt selgelt määratletud, erineva kujuga läbipaistvate kristallidena või tihedalt kokkusurutud lume amorfse massina.

Hüdraadid tekivad teatud termobaarsetes tingimustes – faasitasakaalu tingimustes. Kell atmosfääri rõhk Maagaaside gaashüdraadid eksisteerivad kuni 20-25 °C. Tänu oma struktuurile võib gaasihüdraadi mahuühik sisaldada kuni 160-180 mahuosa puhast gaasi. Metaanhüdraadi tihedus on umbes 900 kg/m³, mis on väiksem kui vee ja jää tihedus. Kui faaside tasakaal on häiritud: temperatuuri tõus ja/või rõhu langus, laguneb hüdraat neeldudes gaasiks ja veeks. suur kogus soojust. Kristallilistel hüdraatidel on kõrge elektritakistus, juhivad hästi heli, on praktiliselt läbimatud vabadele vee- ja gaasimolekulidele ning neil on madal soojusjuhtivus.

Areng

Gaasihüdraatidele on raske juurde pääseda, sest... Praeguseks on kindlaks tehtud, et umbes 98% gaasihüdraadi ladestutest on koondunud ookeani šelfile ja mandri nõlvale, vee sügavusele üle 200–700 m ning ainult 2% mandrite subpolaarsetes osades. . Seetõttu tekivad probleemid gaasihüdraatide kaubandusliku tootmise arendamisel juba nende maardlate väljatöötamise etapis.

Tänapäeval on gaashüdraadi lademete tuvastamiseks mitmeid meetodeid: seismiline sondeerimine, gravimeetriline meetod, soojus- ja hajusvoolude mõõtmine üle maardla, elektromagnetvälja dünaamika uurimine uuritavas piirkonnas jne.

Seismilisel sondeerimisel kasutatakse kahemõõtmelisi (2-D) seismilisi andmeid vaba gaasi olemasolul hüdraadiga küllastunud moodustise all, määratakse hüdraadiga küllastunud kivimite alumine asend. Kuid seismiline uurimine ei suuda tuvastada maardla kvaliteeti ega kivimite hüdraadiga küllastumise astet. Lisaks ei ole seismiline uurimine rakendatav keerulisel maastikul, kuid see on kõige kasulikum majanduslik pool Siiski on parem kasutada seda lisaks muudele meetoditele.

Näiteks saab lünki täita, kasutades lisaks seismilistele uuringutele ka elektromagnetilist uurimist. Tänu individuaalsetele takistustele gaasihüdraatide esinemiskohtades võimaldab see kivimit täpsemalt iseloomustada. USA energeetikaministeerium kavatseb seda läbi viia alates 2015. aastast. Musta mere väljade arendamiseks kasutati seismoelektromagnetilist meetodit.

Kuluefektiivne on ka küllastunud hoiuste arendamine kombineeritud meetod arengud, kui hüdraadi lagunemisprotsessiga kaasneb rõhu langus koos samaaegsete termiliste mõjudega. Rõhu alandamine säästab hüdraatide dissotsiatsioonile kuluvat soojusenergiat ja pooride keskkonna kuumutamine takistab gaasihüdraatide uuesti moodustumist kihistu puuraugu lähedases tsoonis.

Tootmine

Järgmine komistuskivi on hüdraatide tegelik ekstraheerimine. Hüdraadid esinevad tahkel kujul, mis põhjustab raskusi. Kuna gaashüdraat tekib teatud termobaarilistes tingimustes, laguneb see vastavalt sellele gaasiks ja veeks, on välja töötatud järgmised hüdraadi eraldamise tehnoloogiad.

1. Surve vähendamine:

Kui hüdraat väljub faasi tasakaalust, laguneb see gaasiks ja veeks. See tehnoloogia on kuulus oma triviaalsuse ja majandusliku teostatavuse poolest, lisaks lasub selle õlul ka 2013. aasta esimese Jaapani toodangu edu. Kuid mitte kõik pole nii roosiline: madalal temperatuuril tekkiv vesi võib seadmeid ummistada. Lisaks on tehnoloogia tõeliselt tõhus, sest... Mallicki väljal metaani katsetootmise käigus toodeti 5,5 päevaga 13 000 kuupmeetrit. m gaasi, mis on kordades suurem kui samal väljal küttetehnoloogiaga tootmine - 470 kuupmeetrit. m gaasi 5 päevaga. (vaata tabelit)

2. Küte:

Jällegi peate hüdraadi lagundama gaasiks ja veeks, kuid seekord soojust kasutades. Soojavarustust saab teostada erineval viisil: jahutusvedeliku sissepritse, sooja vee ringlus, auruküte, elektriküte. Tahaksin peatuda huvitav tehnoloogia leiutasid Dortmundi ülikooli teadlased. Projekt hõlmab torujuhtme paigaldamist merepõhjas asuvate gaashüdraadi ladestustele. Selle eripära on see, et torul on kahekordsed seinad. Merevesi, mis on kuumutatud temperatuurini 30-40˚C ehk faasisiirdetemperatuur, juhitakse väljale sisetoru kaudu ning metaangaasi mullid koos veega tõusevad läbi välimise toru ülespoole. Seal eraldatakse metaan veest, suunatakse mahutitesse või magistraaltorusse ning soe vesi naaseb alla gaasihüdraadi ladestustesse. See väljatõmbemeetod nõuab aga suuri kulutusi ja tarnitava soojushulga pidevat suurendamist. Sel juhul laguneb gaasihüdraat aeglasemalt.

3. Inhibiitori sissejuhatus:

Hüdraadi lagundamiseks kasutan ka inhibiitori süstimist. Bergeni ülikooli füüsika ja tehnoloogia instituudis kaalusid nad süsinikdioksiid. Seda tehnoloogiat kasutades on võimalik saada metaani ilma hüdraate endid otseselt ekstraheerimata. Seda meetodit katsetab juba Jaapani riiklik nafta-, gaasi- ja metallikorporatsioon (JOGMEC) USA energeetikaministeeriumi toel. Kuid see tehnoloogia on täis keskkonnaohte ja nõuab suuri kulusid. Reaktsioon kulgeb aeglasemalt.

Projekti nimi	kuupäeva	Osalevad riigid	Ettevõtted	Tehnoloogia
Mallik, Kanada		Jaapan, USA kanal, Saksamaa, India	JOGMEC, BP, Chevron Texaco	Kütteseade (jahutusvedelik - vesi)
Alaska põhjanõlv, USA		USA, Jaapan	Conoco Phillips, JOGMEC	Süsinikdioksiidi süstimine, inhibiitori süstimine
Alaska, USA			BP, Schlumberger	Puurimine gaasihüdraadi omaduste uurimiseks
Mallik, Kanada		Jaapan, Kanada	JOGMEC osana eraõiguslikust avalikust konsortsiumist	Surve vähendamine
Tuli jääs (IgnikSikumi), Alaska, USA		USA, Jaapan, Norra	Conoco Phillips, JOGMEC, Bergeni ülikool (Norra)	Süsinikdioksiidi süstimine
Ühisprojekt (ÜhineTööstusProjekt) Mehhiko laht, USA			Chevron konsortsiumi juhina	Puurimine gaasihüdraatide geoloogia uurimiseks
Atsumi poolsaare lähedal, Jaapan			JOGMEC, JAPEX, Jaapan puurimine	Surve vähendamine

Allikas – avatud lähtekoodiga materjalidel põhinev analüüsikeskus

Tehnoloogiad

Hüdraatide väljatöötamata kaubandusliku tootmise teine ​​põhjus on nende kasumliku kaevandamise tehnoloogia puudumine, mis kutsub esile suuri kapitaliinvesteeringuid. Olenevalt tehnoloogiast on erinevad tõkked: keemiliste elementide sisseviimiseks ja/või lokaalseks kütmiseks mõeldud spetsiaalsete seadmete töö, et vältida gaasihüdraatide uuesti moodustumist ja kaevude ummistumist; liiva kaevandamist takistavate tehnoloogiate rakendamine.

Näiteks 2008. aastal näitasid Kanada Arktikas asuva Mallicki välja esialgsed hinnangud, et arenduskulud jäid vahemikku 195–230 dollarit tuhande kohta. kuubik m vaba gaasi kohal asuvate gaasihüdraatide puhul ja vahemikus 250-365 dollarit/tuhat. kuubik m vaba vee kohal asuvate gaasihüdraatide jaoks.

Selle probleemi lahendamiseks on vaja populariseerida hüdraatide kaubanduslikku tootmist teadustöötajate seas. Korraldada rohkem teaduskonverentse, konkursse vanade seadmete täiustamiseks või uute seadmete loomiseks, mis võiksid pakkuda väiksemaid kulusid.

Keskkonnaoht

Veelgi enam, gaasihüdraadiväljade arendamine toob paratamatult kaasa atmosfääri paisatava maagaasi mahu suurenemise ja selle tulemusena kasvuhooneefekti suurenemise. Metaan on võimas kasvuhoonegaas ja vaatamata sellele, et selle eluiga atmosfääris on lühem kui CO₂, on suurtes kogustes metaani atmosfääri paiskamisest põhjustatud soojenemine kümneid kordi kiirem kui süsinikdioksiidi põhjustatud soojenemine. Lisaks, kui globaalne soojenemine Kasvuhooneefekt või muudel põhjustel tekib vähemalt ühe gaasihüdraadi lademe kokkuvarisemine, mis põhjustab kolossaalse metaani vabanemise atmosfääri. Ja nagu laviin, ühelt sündmuselt teisele, põhjustab see Maa globaalseid kliimamuutusi ja nende muutuste tagajärgi ei saa isegi ligikaudselt ennustada.

Selle vältimiseks on vajalik andmete integreerimine keerukad analüüsid uuringud, maardlate võimaliku käitumise prognoosimine.

Detonatsioon

Veel üks kaevurite lahendamata probleem on gaasihüdraatide väga ebameeldiv omadus “detoneerida” väikseimate löökidega. Sel juhul läbivad kristallid kiiresti gaasilisse olekusse muutumise faasi ja omandavad esialgsest mitukümmend korda suurema ruumala. Seetõttu räägivad Jaapani geoloogide aruanded väga hoolikalt metaanhüdraatide väljatöötamise väljavaadetest - lõppude lõpuks oli Deepwater Horizon puurimisplatvormi katastroof paljude teadlaste, sealhulgas UC Berkeley professori Robert Bee sõnul plahvatuse tagajärg. hiiglaslik metaanimull, mis tekkis puuride poolt häiritud põhjahüdraadiladestustest.

Nafta ja gaasi kaevandamine

Gaasihüdraate ei käsitleta mitte ainult energiaressursside poole pealt, vaid neid kohtab sagedamini naftatootmise käigus. Taas pöördume Mehhiko lahes asuva Deepwater Horizon platvormi hukkumise juurde. Seejärel ehitati väljavalguva nafta ohjeldamiseks spetsiaalne kast, mille nad plaanisid paigutada avariikaevu pea kohale. Kuid õli osutus väga karboniseerituks ja metaan hakkas kasti seintele moodustama terveid gaasihüdraatide jääladestusi. Need on veest umbes 10% kergemad ja kui gaasihüdraatide hulk muutus piisavalt suureks, hakkasid nad lihtsalt kasti tõstma, mida eksperdid üldiselt ette ennustasid.

Sama probleem tekkis ka traditsioonilise gaasi tootmisel. Parasvöötmes ja külmas kliimas asuvates gaasijuhtmetes on lisaks “looduslikele” gaasihüdraatidele suureks probleemiks gaasihüdraatide teke, kuna gaasihüdraadid võivad gaasitoru ummistada ja selle läbilaskevõimet vähendada. Et seda ei juhtuks, lisatakse maagaasile väike kogus inhibiitorit või kasutatakse lihtsalt kütmist.

Need probleemid lahendatakse samamoodi nagu tootmisel: rõhu alandamise, kuumutamise, inhibiitori sisseviimisega.

Järeldus

Selles artiklis uuriti gaasihüdraatide kaubandusliku tootmise takistusi. Need tekivad juba gaasiväljade arendamise etapis, vahetult tootmise käigus. Lisaks on gaasihüdraadid praegu probleemiks nafta- ja gaasitootmises. Tänapäeval nõuavad muljetavaldavad gaasihüdraadivarud ja majanduslik tasuvus teabe kogumist ja selgitusi. Eksperdid otsivad endiselt optimaalseid lahendusi gaasihüdraadiväljade arendamiseks. Kuid tehnoloogia arenguga peaksid hoiuste arendamise kulud vähenema.

Bibliograafia:

1. Vasiliev A., Dimitrov L. Gaasihüdraatide ruumilise jaotuse ja varude hindamine Mustas meres // Geoloogia ja geofüüsika. 2002. nr 7. v. 43.
2. Dyadin Yu A., Gushchin A.L. Gaasihüdraadid. // Sorose haridusajakiri, nr 3, 1998, lk. 55–64
3. Makogon Yu.F. Maagaasi hüdraadid: jaotus, moodustumise mudelid, ressursid. – 70 s.
4. Trofimuk A. A., Makogon Yu. /32-komanda-vympelnefti
5. Keemia ja elu, 2006, nr 6, lk 8.
6. Päev Maa Peaaegu surnud – 5.12.2002 [elektrooniline ressurss] http://www.bbc.co.uk/science/horizon/2002/dayearthdied.shtml

Arvustused:

1.12.2015, 12:12 Mordašev Vladimir Mihhailovitš
Ülevaade: Artikkel on pühendatud paljudele probleemidele, mis on seotud kiireloomulise ülesandega töötada välja gaasihüdraadid - paljulubav energiaressurss. Nende probleemide lahendamiseks on muu hulgas vaja analüüsida ja sünteesida heterogeenseid teadus- ja tehnoloogiauuringute andmeid, mis on sageli korratud ja kaootilised. Seetõttu soovitab retsensent autoritel oma edaspidises töös tähelepanu pöörata artiklile “Empiricism for Chaos”, veebileht, nr 24, 2015, lk. 124-128. Artikkel “Gaasihüdraadi arendamise probleemid” pakub kahtlemata huvi paljudele spetsialistidele ja tuleks avaldada.

18.12.2015 2:02 Vasta autori arvustusele Polina Robertovna Kurikova:
Lugesin artiklit ja kasutan neid soovitusi teema edasisel arendamisel ja käsitletud probleemide lahendamisel. Aitäh.

14. Maagaasi hüdraadid

1. LOODUSGAASIDE NIISKUSAISALDUS

Gaas reservuaari rõhu ja temperatuuri tingimustes on veeauruga küllastunud, kuna gaasi sisaldavad kivimid sisaldavad alati seotud, põhja- või äärevett. Kui gaas liigub läbi kaevu, vähenevad rõhk ja temperatuur. Temperatuuri langedes väheneb ka veeauru hulk gaasifaasis ning rõhu langusega vastupidiselt suureneb niiskusesisaldus gaasis. Maagaasi niiskusesisaldus tootmiskihistuses suureneb ka siis, kui reservuaari rõhk põllu arenedes langeb.

Tavaliselt Gaasi niiskusesisaldust väljendatakse gaasi massiühikus sisalduva veeauru massi suhtena kuiva gaasi massiühikusse (massi niiskusesisaldus) või veeauru moolide arvuna ühe mooli kuiva gaasi kohta. (molaarne niiskusesisaldus).

Praktikas kasutatakse sagedamini absoluutset õhuniiskust, s.o. väljendada veeauru massi gaasi ruumalaühiku kohta, mis on taandatud normaalsetes tingimustes(0 °C ja 0,1 MPa). Absoluutne niiskus W mõõdetuna g/m 3 või kg 1000 m 3 kohta.

Suhteline niiskus- see on protsentides (või ühiku osadena) väljendatud gaasisegu ruumalaühikus sisalduva veeauru koguse ja samas mahus ning samal temperatuuril ja rõhul oleva veeauru koguse suhe täisküllastuse juures. Täielik küllastus on hinnanguliselt 100%.

Maagaaside niiskusesisaldust määravad tegurid on rõhk, temperatuur, gaasi koostis, aga ka gaasiga kokkupuutel vees lahustunud soolade hulk. Maagaaside niiskusesisaldus määratakse katseliselt, kasutades analüütilised võrrandid või katseandmete või arvutuste põhjal koostatud nomogrammide järgi.

Joonisel fig. Joonisel 1 on kujutatud üks sellistest nomogrammidest, mis on koostatud gaaside niiskusesisalduse määramise eksperimentaalsete andmete üldistamise tulemusena veeauru tasakaalusisalduse rõhu ja temperatuuri laias vahemikus, kilogrammides 1000 m 3 kohta. maagaas suhtelise tihedusega 0,6, mis ei sisalda lämmastikku ja puutub kokku mageveega. Hüdraadi moodustumise joon piirab veeauru tasakaalupiirkonda hüdraadi kohal. Hüdraadi moodustumise joone all on niiskuse väärtused veeauru metastabiilse tasakaalu tingimuste jaoks ülejahutatud vee kohal. Selle nomogrammi järgi 0,6 lähedase suhtelise tihedusega gaaside niiskuse määramise viga ei ületa ±10%. mis on tehnoloogilistel eesmärkidel vastuvõetav.

Riis. 1 Tasakaalulise veeauru sisalduse nomogramm mageveega kokkupuutuva gaasi jaoks.

Vastavalt eksperimentaalsetele andmetele gaasi koostise mõju kohta selle niiskusesisaldusele näeme, et süsinikdioksiidi ja vesiniksulfiidi olemasolu gaasides suurendab nende niiskusesisaldust. Lämmastiku olemasolu gaasis viib niiskusesisalduse vähenemiseni, kuna see komponent aitab vähendada gaasisegu kõrvalekaldeid ideaalse gaasi seadustest ja on vees vähem lahustuv.

Gaasi tiheduse (ehk gaasi molekulmassi) kasvades väheneb gaasi niiskusesisaldus. Tuleb arvestada, et erineva koostisega gaasidel võib olla sama tihedus. Kui nende tiheduse suurenemine toimub raskete süsivesinike hulga suurenemise tõttu, siis niiskusesisalduse vähenemine on seletatav nende süsivesinike molekulide vastasmõjuga veemolekulidega, mis on eriti mõjutatud kõrgendatud rõhul.

Lahustunud soolade esinemine kihistuvees vähendab gaasi niiskusesisaldust, kuna soolade vees lahustumisel väheneb veeauru osarõhk. Kui kihistu vee soolsus on alla 2,5% (25 g/l), toimub gaasi niiskusesisalduse langus 5% piires, mis võimaldab praktilistes arvutustes mitte kasutada parandustegureid, kuna viga jääb vahemikku. niiskusesisalduse määramise piirid nomogrammi järgi (vt joonis 1).

2. HÜDRAATIDE KOOSTIS JA STRUKTUUR

Veeauruga küllastunud maagaas, kl kõrge vererõhk ja teatud positiivsel temperatuuril on see võimeline moodustama veega tahkeid ühendeid - hüdraate.

Enamiku gaasi- ja gaasikondensaadiväljade arendamisel tekib hüdraatide moodustumise vastu võitlemise probleem. See küsimus on eriti oluline põldude arendamisel Lääne-Siberis ja Kaug-Põhja. Madalad veehoidlate temperatuurid ja karmid kliimatingimused neis piirkondades loovad soodsad tingimused hüdraatide tekkeks mitte ainult kaevudes ja gaasijuhtmetes, vaid ka kihistudes, mille tulemusena tekivad gaasihüdraadi ladestused.

Maagaasi hüdraadid on vee ebastabiilne füüsikalis-keemiline ühend süsivesinikega, mis temperatuuri tõustes või rõhu langedes laguneb gaasiks ja veeks. Välimuselt on see valge kristalne mass, mis sarnaneb jää või lumega.

Hüdraadid viitavad ainetele, milles mõne komponendi molekulid paiknevad võreõõnsustes teise komponendi seotud molekulide kohtade vahel. Selliseid ühendeid nimetatakse tavaliselt interstitsiaalseteks tahketeks lahusteks ja mõnikord inklusioonühenditeks.

Hüdraati moodustavaid molekule hüdratatsioonivõre seotud veemolekulide sõlmede vahelistes õõnsustes hoiavad koos van der Waalsi atraktiivsed jõud. Hüdraadid moodustuvad kahe struktuuri kujul, mille õõnsused on osaliselt või täielikult täidetud hüdraate moodustavate molekulidega (joonis 2). Struktuuris I moodustavad 46 veemolekuli kaks õõnsust sisemine läbimõõt 5,2 10 -10 m ja kuus õõnsust siseläbimõõduga 5,9 10 -10 m II struktuuris moodustavad 136 veemolekuli kaheksa suurt õõnsust siseläbimõõduga 6,9 10 -10 m ja kuusteist väikest õõnsust. Koos siseläbimõõt 4,8 10 -10 m.

Riis. 2. Hüdraatide moodustumise struktuur: a–tüüp I; b-tüüp II

Hüdratsioonivõre kaheksa õõnsuse täitmisel väljendatakse struktuuriga I hüdraatide koostist valemiga 8M-46H 2 O või M-5,75H 2 O, kus M on hüdraat endine. Kui täidetakse ainult suured õõnsused, on valem 6M-46H 2 O või M-7,67 H 2 O. Kui hüdraatvõre kaheksa õõnsust on täidetud, väljendatakse II struktuuriga hüdraatide koostist valemiga 8M136 H 2 O või M17H2O.

Maagaasi komponentide hüdraatide valemid: CH46H20; C2H68H2O; C3H817H2O; i-C4H1017H20; H2S 6H2O; N26H2O; CO 2 6H 2 O. Need gaasihüdraatide valemid vastavad ideaalsetele tingimustele, st tingimustele, mille korral hüdraatvõre kõik suured ja väikesed õõnsused on 100% täidetud. Praktikas kohtab I ja II struktuuridest koosnevaid segahüdraate.

Hüdraatide moodustumise tingimused

Hüdraatide moodustumise tingimustest annab aimu M-H 2 O süsteemide jaoks konstrueeritud heterogeense tasakaalu faasidiagramm (joonis 3).

Riis. 3. Skeem faasi olek erineva suhtelise tihedusega hüdraadid

Punktis KOOS korraga eksisteerib neli faasi (/, //, ///, IV): gaasilise hüdraadi moodustaja, vedel lahus hüdraadi moodustaja vees, vee lahus hüdraadi moodustajas ja hüdraat. Kurvide ristumispunktis 1 ja 2, mis vastab muutumatule süsteemile, on võimatu muuta süsteemi temperatuuri, rõhku või koostist ilma, et üks faasidest kaoks. Kõigil temperatuuridel, mis ületavad punkti vastava väärtuse KOOS hüdraati ei saa eksisteerida, hoolimata sellest, kui suur on rõhk. Seetõttu loetakse punkti C kriitiline punkt hüdraatide moodustumine. Kurvide ristumispunktis 2 Ja 3 (punkt IN) ilmub teine ​​muutumatu punkt, kus eksisteerib gaasiline hüdraadi moodustaja, hüdraadi moodustaja vedel lahus vees, hüdraat ja jää.

Sellest diagrammist järeldub, et M-H2O süsteemis on hüdraatide moodustumine võimalik järgmiste protsesside kaudu:

M g + m(H2O) w ↔M m(H2O) teler;

M g + m(H 2 O) TV ↔M m(H2O) teler;

M f+ m(H2O) w ↔M m(H2O) teler;

M TV + m(H 2 O) TV ↔M m(H2O) teler;

Siin on Mg, Mf, Mt vastavalt hüdraadi moodustaja, gaasilise, vedela ja tahke aine sümbolid; (H 2 O) l, (H 2 O) tahke – vastavalt vedela ja tahke (jää)vee molekulid; T - veemolekulide arv hüdraadis.

Hariduse pärast hüdraatide puhul on vajalik, et veeauru osarõhk hüdraadi kohal oleks suurem kui nende aurude elastsus hüdraadis. Hüdraadi moodustumise temperatuuri muutust mõjutavad: hüdraadi moodustaja koostis, vee puhtus, turbulents, kristallisatsioonitsentrite olemasolu jne.

Praktikas määratakse hüdraatide moodustumise tingimused tasakaalugraafikute abil (joonis 4) või arvutamise teel - kasutades tasakaalukonstante ja graafilis-analüütilist meetodit kasutades Barrer-Stewarti võrrandit.

Riis. 4. Maagaasi hüdraatide moodustumise tasakaalukõverad sõltuvalt temperatuurist ja rõhust

Jooniselt fig. 4 järeldub, et mida suurem on gaasi tihedus, seda kõrgem on hüdraadi moodustumise temperatuur. Siiski märgime, et gaasi tiheduse suurenemisega ei tõuse hüdraadi moodustumise temperatuur alati. Madala tihedusega maagaas võib kõrgematel temperatuuridel moodustada hüdraate. kõrged temperatuurid kui suurema tihedusega maagaas. Kui maagaasi tiheduse suurenemist mõjutavad hüdraati mittemoodustavad komponendid, siis selle hüdraadi moodustumise temperatuur langeb. Kui erinevad hüdraati moodustavad komponendid mõjutavad, siis on hüdraadi moodustumise temperatuur kõrgem gaasikompositsiooni puhul, milles domineerivad suurema stabiilsusega komponendid.

Maagaasi hüdraatide moodustumise tingimused, mis põhinevad tasakaalukonstantidel, määratakse järgmise valemiga: z= ja/k, Kus z, y- komponendi molaarosa vastavalt hüdraadis ja gaasifaasis; TO - tasakaalukonstant.

Hüdraatide moodustumise tasakaaluparameetrid tasakaalukonstantidest antud temperatuuridel ja rõhkudel arvutatakse järgmiselt. Kõigepealt leidke iga komponendi konstandid ja seejärel moolifraktsioonid komponent jagatakse selle tasakaalu leitud konstandiga ja saadud väärtused liidetakse. Kui summa on võrdne ühega, on süsteem termodünaamiliselt tasakaalus, kui see on suurem kui üks, on hüdraatide moodustumise tingimused olemas, kui summa on väiksem kui üks, hüdraate ei saa tekkida.

Individuaalsed ja looduslikud hüdraadid süsivesinikgaasid

Metaanhüdraat saadi esmakordselt 1888. aastal maksimaalsel temperatuuril 21,5 °C. Katz ja teised, uurides metaanhüdraadi moodustumise tasakaaluparameetreid (rõhk ja temperatuur) rõhul 33,0–76,0 MPa, said metaanhüdraadid temperatuuril 28,8 °C. Ühes töös märgiti, et selle komponendi hüdraatide moodustumise temperatuur rõhul 390 MPa tõuseb 47 °C-ni.

3. HÜDRAATIDE TEKKIMINE KAEVUTES JA NENDE EELISTAMISE MEETODID

Hüdraatide moodustumine kaevudes ja gaasijuhtmetes ning nende vastu võitlemise meetodi valik sõltub suuresti reservuaari temperatuurist, kliimatingimused ja hästi töörežiim.

Sageli on puuraugus tingimused hüdraatide tekkeks, kui gaasi temperatuur selle põhjast ülespoole liikudes langeb allapoole hüdraadi moodustumise temperatuuri. Selle tulemusena ummistub kaev hüdraatidega.

Gaasi temperatuuri muutust piki puuraugu saab määrata sügavustermomeetrite või arvutuste abil.

Hüdraatide teket puurkaevus saab vältida purskkaevu või mantelsammaste soojusisolatsiooniga ning puuraugus oleva gaasi temperatuuri tõstmisega küttekehade abil. Kõige tavalisem viis hüdraatide moodustumise vältimiseks on inhibiitorite (metanool, glükoolid) tarnimine gaasivoogu. Mõnikord manustatakse inhibiitorit läbi rõnga. Reaktiivi valik sõltub paljudest teguritest.

Koht, kust kaevudes algab hüdraadi moodustumine, määrab hüdraadi moodustumise tasakaalukõvera ja piki puuraugu gaasi temperatuurimuutuste kõvera lõikepunkt (joonis 8). Praktikas on hüdraatide moodustumist puurkaevus näha töörõhu languse kaudu puuraugupeas ja gaasi voolukiiruse vähenemisega. Kui hüdraadid ei kata täielikult kaevu sektsiooni, on nende lagunemine kõige lihtsam saavutada inhibiitorite abil. Palju keerulisem on toime tulla hüdraadi ladestustega, mis blokeerivad täielikult purskkaevu torude ristlõike ja moodustavad pideva hüdraadikorgi. Kui pistik on lühike, kõrvaldatakse see tavaliselt kaevu välja puhumisega. Märkimisväärse pikkusega pistiku atmosfääri vabanemisele eelneb teatud periood, mille jooksul see rõhu languse tagajärjel osaliselt laguneb. Hüdraadi lagunemisperioodi kestus sõltub pistiku pikkusest, gaasi temperatuurist ja ümbritsevast kivid. Tahked osakesed (liiv, muda, katlakivi, mudaosakesed jne) aeglustavad korgi lagunemist. Selle protsessi kiirendamiseks kasutatakse inhibiitoreid.

Arvestada tuleks ka sellega, et kui hüdraatkork tekib negatiivsete temperatuuride tsoonis, saavutatakse efekt alles siis, kui rõhk langeb. Fakt on see, et hüdraatide lagunemisel eralduv vesi madala inhibiitori kontsentratsiooniga võib külmuda ja hüdraadi asemel moodustub jääkork, mida on raske kõrvaldada.

Kui puurauku on tekkinud pikk kork, saab selle kõrvaldada, kasutades korgi kohal suletud inhibiitori tsirkulatsiooni. Selle tulemusena pestakse ära mehaanilised lisandid ja hüdraatkorgi pinnal on pidevalt kõrge kontsentratsioon inhibiitorit.

4. HÜDRAATIDE TEKKIMINE GAASITRASSIDES

Hüdraatide ladestumise vastu võitlemiseks väli- ja magistraalgaasitorustikes kasutatakse samu meetodeid, mis kaevudes. Lisaks saab hüdraatide moodustumist takistada inhibiitorite sisseviimise ja ploomi soojusisolatsiooniga.

Arvutuste kohaselt tagab vooliku soojusisolatsioon 0,5 cm paksuse polüuretaanvahuga keskmise kaevu vooluhulgaga 3 miljonit m 3 /ööpäevas hüdraadivaba töörežiimi kuni 3 km ulatuses ja vooluhulgaga. kiirus 1 miljon m 3 / päevas - kuni 2 km. Praktikas võib aasa soojusisolatsiooni paksuseks, arvestades varu, võtta 1–1,5 cm vahemikku.

Hüdraatide moodustumise vastu võitlemiseks kaevu testimise ajal kasutatakse meetodit, mis takistab nende kleepumist toru seinte külge. Sel eesmärgil juhitakse gaasivoolu pindaktiivsed ained, kondensaat või naftasaadused. Sel juhul moodustub torude seintele hüdrofoobne kile ja lahtised hüdraadid transporditakse kergesti gaasivooluga. Pindaktiivsed ained, mis katavad vedelike ja tahkete ainete pinda kõige õhemate kihtidega, aitavad järsult muuta hüdraatide ja toru seina interaktsiooni tingimusi.

Pindaktiivsete ainete vesilahuste hüdraadid ei kleepu seintele. parimaid vees lahustuvaid pindaktiivseid aineid – OP-7, OP-10, OP-20 ja INHP-9 – saab kasutada ainult positiivse temperatuurivahemiku korral. Õlis lahustuvatest pindaktiivsetest ainetest on parim OP-4, hea emulgaator.

10 liitri naftasaaduste (bensiin, petrooleum, diislikütus, stabiilne kondensaat) lisamine 1 liitrile; 12,7 ja 6 g OP-4 takistavad hüdraatide kleepumist torude seintele. 15–20% (mahu järgi) päikeseõlist ja 80–85% stabiilsest kondensaadist koosnev segu takistab hüdraadi ladestumist torude pinnale. Sellise segu kulu on 5–6 liitrit 1000 m 3 gaasi kohta.

Gaasitorustike temperatuuritingimused

Pärast temperatuuri ja rõhu arvutamist gaasijuhtme pikkuses ning nende tasakaaluväärtuste tundmist on võimalik määrata hüdraatide moodustumise tingimused. Gaasi temperatuur arvutatakse Shukhovi valemi abil, mis võtab arvesse gaasi soojusvahetust pinnasega. Rohkem üldine valem, võttes arvesse soojusvahetust keskkonnaga, on Joule-Thomsoni efektil, aga ka trassi topograafia mõjul selline vorm

Riis. 9. Gaasi temperatuuri muutus piki maa-alust gaasitoru. 1 – mõõdetud temperatuur; 2 – temperatuurimuutus valemi (2) järgi; 3 – mulla temperatuur.

Kus , – gaasi temperatuur gaasitorustikus ja keskkond; – gaasi algtemperatuur; – kaugus gaasijuhtme algusest kõnealuse punktini; – Joule-Thomsoni koefitsient; , – rõhk vastavalt gaasijuhtme alguses ja lõpus; – gaasitoru pikkus; – gravitatsiooni kiirendus; – gaasijuhtme lõpp- ja alguspunkti kõrguste erinevus; – gaasi soojusmahtuvus konstantsel rõhul; – soojusülekandetegur keskkonnale; – gaasijuhtme läbimõõt; - gaasi tihedus; – mahuline gaasivool.

Horisontaalsete gaasijuhtmete puhul on valem (1) lihtsustatud ja sellel on vorm

(2)

Arvutused ja vaatlused näitavad, et gaasi temperatuur gaasijuhtme pikkuses läheneb järk-järgult maapinna temperatuurile (joonis 9).

Gaasitoru ja pinnase temperatuuride ühtlustamine sõltub paljudest teguritest. Vahemaa, kus gaasi temperatuuride erinevus torustikus ja maapinnas muutub märkamatuks, saab määrata, kui valemis (2) aktsepteerime ja .

(3)

Näiteks 200 mm läbimõõduga veealusel gaasijuhtmel läbilaskevõimega 800 tuhat m 3 /ööpäevas võrdsustab gaasi temperatuur arvestusandmetel vee temperatuuri 0,5 km kaugusel ja maa-alusel gaasil. samade parameetritega torujuhe - 17 km kaugusel.

5. MAAGAASI HÜDRAATIDE ENNETAMINE JA VÕITLUS

Tõhus ja usaldusväärne meetod hüdraatide moodustumise vältimiseks on gaasi kuivatamine enne torujuhtmesse sisenemist. Kuivatamine peab toimuma kastepunktini, mis tagaks gaasi normaalse transpordi. Kuivatamine toimub reeglina kastepunktini, mis on 5–6°C madalam kui gaasitorus olev minimaalne võimalik gaasitemperatuur. Kastepunkt tuleks valida, võttes arvesse tingimusi usaldusväärse gaasivarustuse tagamiseks kogu gaasi liikumisel põllult tarbijani.

Hüdraadikorkide eemaldamiseks kasutatavate inhibiitorite süstimine

Hüdraatkorgi moodustumise asukohta saab tavaliselt määrata rõhulanguse suurenemise järgi gaasijuhtme antud lõigul. Kui pistik ei ole kindel, sisestatakse torujuhtmesse spetsiaalsete torude, manomeetrite liitmike või puhastuskorgi kaudu inhibiitor. Kui torujuhtmesse on tekkinud pidevad lühikese pikkusega hüdraatkorgid, saab neid mõnikord samal viisil kõrvaldada. Kui pistik on sadade meetrite pikkune, lõigatakse hüdraatkorgi kohal olevasse torusse mitu akent ja nende kaudu valatakse metanool. Seejärel keevitatakse toru uuesti.

Riis. 10. Vee külmumistemperatuuri sõltuvus lahuse kontsentratsioonist. Inhibiitorid: 1-glütserool; 2–TEG; 3°; 4–EG; 5-C2H5OH; 7-NaCl; 8– CaCI2; 9-MgCl 2.

Hüdraatkorgi kiireks lagundamiseks kasutatakse kombineeritud meetodit; samaaegselt inhibiitori sisestamisega hüdraadi moodustumise tsooni, rõhk väheneb.

Hüdraatkorkide eemaldamine rõhu vähendamise meetodil. Selle meetodi olemus seisneb hüdraatide tasakaaluseisundi häirimises, mille tulemuseks on nende lagunemine. Survet vähendatakse kolmel viisil:

– lülitage välja gaasitoru lõik, kus pistik on tekkinud, ja laske gaas läbi mõlemal küljel asuvate süüteküünalde;

– sulgege lineaarklapp ühelt poolt ja vabastage korgi ja ühe suletud klapi vahel olev gaas atmosfääri;

– lülitage gaasitoru osa mõlemal pool pistikut välja ja vabastage pistiku ja ühe sulgeventiili vahel olev gaas atmosfääri.

Pärast hüdraatide lagunemist võetakse arvesse järgmist: vedelate süsivesinike kogunemise võimalus puhumisalal ja korduvate hüdraat-jääkorkide moodustumine temperatuuri järsu languse tõttu.

Negatiivsel temperatuuril ei saavuta rõhu vähendamise meetod mõnel juhul soovitud efekti, kuna hüdraatide lagunemise tulemusena moodustunud vesi muutub jääks ja moodustab jääkorgi. Sel juhul kasutatakse rõhu vähendamise meetodit koos inhibiitorite vabastamisega torujuhtmesse. Inhibiitori kogus peab olema selline, et antud temperatuuril hüdraatide lagunemisel tekkiv sisseviidud inhibiitori ja vee lahus ei külmuks (joonis 10).

Hüdraatide lagunemine rõhu vähendamisel koos inhibiitorite sisseviimisega toimub palju kiiremini kui kumbagi meetodit eraldi kasutades.

Looduslike ja veeldatud gaaside torustike hüdraatkorkide kõrvaldamine küttemeetodil. Selle meetodi puhul põhjustab temperatuuri tõstmine hüdraatide moodustumise tasakaalutemperatuurist kõrgemale nende lagunemiseni. Praktikas soojendatakse torujuhet kuuma vee või auruga. Uuringud on näidanud, et hüdraatide kiireks lagunemiseks piisab temperatuuri tõstmisest hüdraadi ja metalli kokkupuutepunktis 30–40°C-ni.

Inhibiitorid hüdraadi moodustumise vastu

Praktikas kasutatakse hüdraatide moodustumise vastu võitlemiseks laialdaselt metanooli ja glükoole. Mõnikord kasutatakse vedelaid süsivesinikke, pindaktiivseid aineid, moodustamisvett, erinevate inhibiitorite segu, näiteks metanooli kaltsiumkloriidi lahustega jne.

Metanoolil on kõrge hüdraadi moodustumise temperatuuri alandamise aste, võime kiiresti lagundada juba moodustunud hüdraati ja segada veega mis tahes vahekorras, madala viskoossusega ja madala külmumistemperatuuriga.

Metanool on tugev mürk, kui isegi väike annus satub kehasse, võib see põhjustada surmav tulemus, seega on sellega töötamisel vaja erilist ettevaatust.

Glükoole (etüleenglükool, dietüleenglükool, trietüleenglükool) kasutatakse sageli gaasi kuivatamiseks ja inhibiitorina hüdraadi ladestumise kontrollimiseks. Kõige tavalisem inhibiitor on dietüleenglükool, kuigi etüleenglükooli kasutamine on tõhusam: see vesilahused neil on madalam külmumispunkt, madalam viskoossus ja madal lahustuvus süsivesinikgaasides, mis vähendab oluliselt selle kadusid.

Metanooli kogus, mis on vajalik hüdraatide moodustumise vältimiseks veeldatud gaasid, saab määrata Kõrval joonisel näidatud ajakava. 12. Looduslikes ja veeldatud gaasides hüdraadi moodustumise vältimiseks vajaliku metanoolikulu määramiseks toimige järgmiselt. Selle tarbimise kohta, mis on leitud jooniselt fig. 11 ja 12, tuleks lisada metanooli kogus, mis läheb gaasifaasi. Metanooli kogus gaasifaasis ületab oluliselt selle sisaldust vedelas faasis.

VÕITLUS HÜDRAADI FORMISTUSTEGA PÕHIGAASITORISTEES

(Gromov V.V., Kozlovski V.I. Peamiste gaasijuhtmete operaator. - M.; Nedra, 1981. - 246 lk.)

Kristalliliste hüdraatide moodustumine gaasitorustikus toimub siis, kui gaas on teatud rõhul ja temperatuuril täielikult veeauruga küllastunud. Kristallilised hüdraadid on ebastabiilsed süsivesinike ühendid veega. Välimuselt näevad nad välja nagu kokkusurutud lumi. Gaasitorust eraldatud hüdraadid lagunevad õhus kiiresti gaasiks ja veeks.

Hüdraatide moodustumist soodustab vee olemasolu gaasitorustikus, mis niisutab gaasi, võõrkehad, mis kitsendavad gaasitoru ristlõiget, samuti muld ja liiv, mille osakesed toimivad kristallisatsioonikeskustena. Vähetähtis pole ka teiste süsivesinikgaaside sisaldus maagaasis peale metaani (C 3 H 8, C 4 H 10, H 2 S).

Teades, millistel tingimustel gaasitorustikus tekivad hüdraadid (gaasi koostis, kastepunkt - temperatuur, mille juures gaasis sisalduv niiskus kondenseerub, gaasi rõhk ja temperatuur marsruudil), on võimalik võtta meetmeid nende tekke vältimiseks. . Hüdraatide vastases võitluses on kõige radikaalsem meetod gaasitorustiku peamistes gaasi kuivatamine kastepunktini, mis oleks talvel 5–7°C madalam gaasitorus olevast madalaimast võimalikust gaasitemperatuurist.

Ebapiisava kuivatamise korral või selle puudumisel kasutatakse moodustunud hüdraatide moodustumise ja hävimise vältimiseks inhibiitoreid, mis absorbeerivad gaasist veeauru ja muudavad selle antud rõhul hüdraadi moodustumise võimetuks. Inhibiitorid nagu metüülalkohol (. metanool–CH 3 OH ), etüleenglükooli, dietüleenglükooli, trietüleenglükooli, kaltsiumkloriidi lahused. Loetletud inhibiitoritest kasutatakse magistraalgaasitorustikel sageli metanooli.

Moodustunud hüdraatide hävitamiseks kasutatakse meetodit rõhu vähendamiseks gaasitoru sektsioonis atmosfäärilähedase rõhuni (mitte alla 200–500 Pa). Hüdraatkork hävib olenevalt korgi iseloomust ja suurusest ning pinnase temperatuurist 20–30 minuti kuni mitme tunni jooksul. Negatiivse maapinna temperatuuriga piirkonnas võib hüdraatide lagunemisel tekkiv vesi jäätuda, moodustades jääkorgi, mida on palju keerulisem kõrvaldada kui hüdraadikorki. Pistiku hävimise kiirendamiseks ja jää moodustumise vältimiseks kasutatakse kirjeldatud meetodit samaaegselt suure koguse metanooli ühekordse valamisega.

Suurenenud rõhulangused gaasijuhtmes tuvastatakse gaasitoru trassi äärde kraanidele paigaldatud manomeetrite näitude järgi. Rõhulanguse graafikud koostatakse manomeetri näitude põhjal. Kui mõõdate rõhku ühe pikkusega lõigu ulatuses / samal ajal ja joonistate absoluutrõhu ruutude väärtused koordinaatidega graafikule lk 2(MPa)- l(km), siis peaksid kõik punktid asuma samal sirgel (joonis 13). Diagrammi sirgjoonest kõrvalekaldumine näitab ebanormaalse rõhulangusega piirkonda, kus toimub hüdraadi moodustumise protsess.

Ebatavalise rõhulanguse tuvastamisel gaasitorustikus lülitatakse tavaliselt metanooliseade sisse või viimase puudumisel tehakse ühekordne metanooli täitmine läbi küünla, mille jaoks keevitatakse kraan küünla ülemine ots. Kui alumine kraan on suletud, valatakse ülemise kraani kaudu süüteküünlasse metanool. Seejärel ülemine kraan sulgub ja alumine kraan avaneb. Pärast metanooli voolamist gaasitorusse sulgub alumine klapp. Täitmiseks vajalik kogus metanooliga, korratakse seda toimingut mitu korda.

Metanooli andmine läbi metanoolipaagi ja metanooli korraga valamine ei pruugi anda soovitud efekti või rõhulanguse suuruse ja kiire suurenemise järgi võib tekkida ummistumise oht. Seda meetodit kasutades valatakse samaaegselt sisse suur kogus metanooli ja gaas juhitakse mööda gaasivoolu. 20–25 km pikkuse ja 820 mm läbimõõduga gaasitrassi lõiku valatud metanooli kogus on 2–3 tonni läbi küünla lõigu alguses, misjärel kraanid kl sektsiooni algus ja lõpp on suletud, gaas lastakse atmosfääri läbi koha lõpus asuva kraani ees oleva küünla.

Raskemates olukordades lülitatakse pärast metanooli valamist gaasitoru lõik kinni, sulgedes mõlemas otsas kraanid, gaas juhitakse mõlemast otsast küünalde kaudu, vähendades rõhku peaaegu atmosfäärirõhuni (mitte alla 200–500 Pa ülejäägi). ). Mõne aja pärast, mille jooksul peaks hüdratatsioonikork rõhu puudumisel ja metanooli mõjul kokku kukkuma, avage sektsiooni alguses olev kraan ja puhuge läbi sektsiooni lõpus oleva korgi, et kork oma kohalt liiguks . Hüdraatkorgi eemaldamine läbipuhumisega ei ole ohutu, sest kui see ootamatult puruneb, võib gaasitorustikus tekkida suur gaasivoolukiirus, mis võib hävitatud pistiku jäänused kaasa haarata. Väga suure erinevuse vältimiseks on vaja hoolikalt jälgida rõhku pistikueelses ja -järgses piirkonnas. Kui on suur erinevus, mis viitab sellele, et oluline osa toru ristlõikest on ummistunud, saab pistiku moodustumise asukohta kergesti määrata gaasi drosseldamisel tekkiva iseloomuliku müra järgi, mida on kuulda toru pinnalt. maa. Kui gaasijuhe on täielikult ummistunud, ei ole müra.

Teatud termobaarsetes tingimustes moodustuvad ühendid veest ja. Nime clathrates, mis tuleneb ladinakeelsest sõnast "clathratus", mis tähendab "puuri", andis Powell aastal. Gaashüdraadid on mittestöhhiomeetrilised, st muutuva koostisega ühendid. Gaashüdraate (vääveldioksiid ja kloor) täheldati esmakordselt J. Priestley, B. Peletieri ja V. Karsteni lõpus.

Gaashüdraate kirjeldas esmakordselt Humphry Davy 1810. aastal. 1888. aastaks sai Willard hüdraate, C 2 H 2 ja N 2 O.

40ndatel püstitasid nõukogude teadlased hüpoteesi selles tsoonis gaasihüdraadi ladestuste olemasolule. 60ndatel avastasid nad ka esimesed gaasihüdraatide maardlad NSV Liidu põhjaosas. Sellest hetkest alates hakatakse gaasihüdraate käsitlema potentsiaalse kütuseallikana. Nende laialdane levik ookeanides ja ebastabiilsus temperatuuri tõusuga on järk-järgult selgeks saamas. Seetõttu tõmbavad maagaashüdraadid nüüd erilist tähelepanu fossiilkütuste võimaliku allikana ja ka kliimamuutustes osalejana.

Hüdraatide omadused

Gaasihüdraadid meenutavad väliselt kokkusurutud lund. Neil on sageli maagaasile iseloomulik lõhn ja need võivad põleda. Tänu klatraatstruktuurile võib gaasihüdraadi ruumalaühikus olla kuni 160–180 cm³ puhast gaasi. Need lagunevad temperatuuri tõustes kergesti veeks ja gaasiks.

Hüdraatide struktuur

Gaasihüdraatide struktuuris moodustavad molekulid ažuurse raami (see tähendab peremeesvõre), milles on õõnsused. Need õõnsused võivad olla hõivatud gaasiga ("külalismolekulid"). Gaasi molekulid on veekarkassiga ühendatud van der Waalsi sidemetega. Üldiselt kirjeldatakse gaasihüdraatide koostist valemiga M n H 2 O, kus M on hüdraati moodustav gaasimolekul, n on veemolekulide arv kaasatud gaasimolekuli kohta ja n on muutuv arv, mis sõltub hüdraati moodustava aine tüüp, rõhk ja temperatuur. Praegu on teada vähemalt kolm gaasihüdraatide kristalset modifikatsiooni:

Struktuur I.

Struktuur II.

H struktuur.

Gaashüdraadid looduses

Enamik (jne) moodustab hüdraate, mis eksisteerivad teatud termobaarsetes tingimustes. Nende olemasolu piirdub merepõhjasetete ja kivimialadega. Domineerivad maagaasi hüdraadid on süsinikdioksiid.

Gaasi tootmisel võivad puurkaevude puuraukudes, välikommunikatsioonides ja magistraalgaasitorustikes tekkida hüdraate. Ladestades torude seintele, vähendavad hüdraadid järsult nende läbilaskevõimet. Gaasiväljadel hüdraatide moodustumise vastu võitlemiseks viiakse kaevudesse ja torustikesse erinevaid (glükoolid, 30% CaCl 2 lahus) ning gaasivoolu temperatuuri hoitakse küttekehade, torustike soojusisolatsiooni ja hüdraadi moodustumise temperatuurist kõrgemal. töörežiimi valik, mis tagab maksimaalne temperatuur gaasivool. Hüdraatide moodustumise vältimiseks magistraalgaasitorustikes on kõige tõhusam gaasi kuivatamine – gaasi puhastamine veeaurust.

Maagaasi hüdraadid

Uuringud on tõestanud, et teatud termodünaamilistes tingimustes ühineb maagaas maakoores tekkiva pooriveega, moodustades tahkeid ühendeid – gaasihüdraate, mille suurtes kogustes moodustuvad gaashüdraadi ladestused.

Seotud hüdraatunud olekus maagaasi iseloomustavad erinevad omadused kui vabas olekus.

Gaashüdraadid on tahked ühendid (klatraadid), milles gaasimolekulid täidavad teatud rõhul ja temperatuuril struktuuri tühimikud kristallvõre, moodustatud molekulide poolt vesi tugeva vesiniksideme kaudu. Hüdraadi moodustumisel ja ažuursete õõnsuste ehitamisel liiguvad veemolekulid nendesse õõnsustesse suletud gaasimolekulide toimel justkui lahku - hüdraadi olekus vee erimaht tõuseb 1,26-1,32 cm3/g-ni (spetsiifiline vee maht jääs on 1,09 cm3/g).

Praeguseks on saadud ja uuritud peaaegu kõigi teadaolevate looduslike ja sünteetiliste gaaside hüdraatide moodustumise tasakaaluparameetrid. Erandiks on vesinik, heelium ja neoon.

Minu töö eesmärk on välja selgitada, mis on maagaasi hüdraadid ja vaadelda näidete abil gaasihüdraadi ladestusi.

Eesmärgid on:

1. õppida tundma maagaaside uurimise ajalugu

2. uurida hüdraatide omadusi

3. arvestama hoiuseid

Gaashüdraadid (ka maagaasi hüdraadid või klatraadid) on kristalsed ühendid, mis moodustuvad teatud termobaarilistes tingimustes veest ja gaasist. Nime “klatraatid” (ladina keelest clathratus – “puuri panema”) andis Powell 1948. aastal. Gaashüdraadid on mittestöhhiomeetrilised ühendid, see tähendab muutuva koostisega ühendid.

Gaashüdraate (vääveldioksiid ja kloor) vaatlesid esmakordselt 18. sajandi lõpus J. Priestley, B. Peletier ja V. Carsten. Esimesed gaasihüdraatide kirjeldused andis G. Davy 1810. aastal (kloorhüdraat). 1823. aastal tegi Faraday ligikaudu kindlaks kloorhüdraadi koostise, 1829. aastal avastas Levit broomhüdraadi ja 1840. aastal sai Wöhler H2S-hüdraadi. 1888. aastaks sai P. Villar hüdraadid CH4, C2H6, C2H4, C2H2 ja N2O.

Gaashüdraatide klatraatne olemus leidis kinnitust 1950. aastatel. pärast Stackelbergi ja Mülleri röntgendifraktsiooniuuringuid, Paulingi ja Clausseni tööd.

1940. aastatel püstitasid nõukogude teadlased hüpoteesi, et tsoonis on gaasihüdraadi ladestusi. igikeltsa(Strižov, Mokhnatkin, Tšerski). 1960. aastatel avastasid nad ka esimesed gaasihüdraatide leiukohad NSV Liidu põhjaosas. Samal ajal hüdraatide tekkimise ja olemasolu võimalus looduslikud tingimused leiab laboratoorse kinnituse (Makogon).

Sellest hetkest alates hakatakse gaasihüdraate käsitlema potentsiaalse kütuseallikana. Erinevatel hinnangutel on süsivesinike varud hüdraatides vahemikus 1,8 × 1014 kuni 7,6 × 1018 m³ (joonis 1)

Joonis 1. Süsivesinike varud.

Selgub nende lai levik ookeanides ja mandrite igikeltsa vööndis, ebastabiilsus temperatuuri tõustes ja rõhu langus.

1969. aastal algas Siberis Messoyakha välja arendamine, kus arvatakse, et esimest korda oli võimalik (puhtjuhuslikult) ammutada maagaasi otse hüdraatidest (1990. aasta seisuga kuni 36% kogutoodangust).

Maagaasi hüdraadid pälvivad nüüd erilist tähelepanu kui võimalik fossiilkütuste allikas, aga ka kliimamuutustele kaasaaitaja (vt metaanihüdraadipüstoli hüpotees).

Üldine informatsioon hüdraatide kohta

Veeauruga küllastunud maagaas on kõrgel rõhul ja teatud positiivsel temperatuuril võimeline moodustama veega tahkeid ühendeid - hüdraate.

Hüdraadid on süsivesinike ja mittesüsivesinikgaaside füüsikalised ja keemilised ühendid veega. Maagaasi hüdraadid segatakse.

Joonis 2. Metaangaashüdraat

Välimuselt näevad nad välja nagu lahtine lumi (joon. 2.). Hüdraatide moodustumise peamised tingimused on temperatuuri langus ja rõhu tõus ning niiskuse olemasolu. Nende teket mõjutab gaasi koostis. Vesiniksulfiid ja süsinikdioksiid soodustavad hüdraatide, eriti vesiniksulfiidi moodustumist, isegi madala vesiniksulfiidisisalduse korral tõuseb hüdraadi moodustumise temperatuur. Lämmastik, butaanist raskemad süsivesinikud, samuti mineraliseerunud moodustumisvesi halvendavad hüdraatide moodustumise tingimusi.

Riis. 3. Tasakaalu hüdraadi moodustised.

Hüdraadi moodustumise tõenäosus suureneb rõhu tõustes ja temperatuuri langedes, kuna gaasi niiskusmahtuvus suureneb (joonis 3). Transporditavas gaasis on alati teatud kogus vett ja kui see on selline, et gaas on niiskusega küllastunud, siis kui temperatuur langeb alla “vee kastepunkti”, tekivad gaasitorustikus hüdraadid.

Hüdraadid viitavad ainetele, milles mõne komponendi molekulid paiknevad võreõõnsustes teise komponendi seotud molekulide kohtade vahel. Selliseid ühendeid nimetatakse tavaliselt interstitsiaalseteks tahketeks lahusteks ja mõnikord inklusioonühenditeks.

Riis. 4. Hüdraadi moodustumise struktuur.

Hüdraati moodustavaid molekule hüdratatsioonivõre seotud veemolekulide sõlmede vahelistes õõnsustes hoiavad koos van der Waalsi atraktiivsed jõud. Hüdraadid moodustuvad kahe struktuuri kujul, mille õõnsused on osaliselt või täielikult täidetud hüdraate moodustavate molekulidega (joonis 4). Struktuuris 1 (a) moodustavad 46 veemolekuli kaks õõnsust siseläbimõõduga 5,2 * 10 - 10 m ja kuus õõnsust siseläbimõõduga 5,9 * 10 - 10 m; struktuuris II (b) moodustavad 136 veemolekuli kaheksa suurt õõnsust siseläbimõõduga 6,9 * 10 - 10 m ja kuusteist väikest õõnsust siseläbimõõduga 4,8 * 10 - 10 m.

Hüdraadivõre kaheksa õõnsuse täitmisel väljendatakse struktuuriga 1 hüdraatide koostist valemiga 8M - 46H2O või M - 5,75H2O, kus M on hüdraadi moodustaja.

Hüdraatide omadused

Maagaasi hüdraadid on metastabiilsed mineraalid, mille teke ja lagunemine sõltub temperatuurist, rõhust, keemiline koostis gaas ja vesi, poorse keskkonna omadused jne.

Gaashüdraatide morfoloogia on väga mitmekesine. Praegu on kolm peamist tüüpi kristalle:

Massiivsed kristallid. Need tekivad gaasi ja vee sorptsiooni tõttu pidevalt kasvava kristalli kogu pinnal.

Vurru kristallid. Need tekivad molekulide tunnelissorptsioonil kasvava kristalli alusele.

Geeli kristallid. Need tekivad veekogus selles lahustunud gaasist, kui on saavutatud tingimused hüdraadi moodustumiseks.

Kivikihtides võivad hüdraadid kas jaotuda mikroskoopiliste inklusioonidena või moodustada suuri osakesi, kuni mitme meetri paksuste kihtideni.

Tänu klatraatstruktuurile võib gaasihüdraadi ruumalaühikus olla kuni 160-180 mahuosa puhast gaasi. Hüdraadi tihedus on väiksem kui vee ja jää tihedus (metaanhüdraadil umbes 900 kg/m³).

Temperatuuri tõustes ja rõhu langedes laguneb hüdraat gaasiks ja veeks, neelates suurel hulgal soojust. Hüdraadi lagunemine suletud mahus või poorses keskkonnas (looduslikud tingimused) toob kaasa rõhu märkimisväärse tõusu.

Kristallilised hüdraadid on suure elektritakistusega, juhivad hästi heli ning on praktiliselt läbimatud vabadele vee- ja gaasimolekulidele. Neid iseloomustab ebatavaliselt madal soojusjuhtivus (metaanhüdraadi puhul on see temperatuuril 273 K viis korda madalam kui jääl).

Hüdraatide termodünaamiliste omaduste kirjeldamiseks kasutatakse praegu laialdaselt van der Waalsi (lapselapse)-Platteu teooriat. Selle teooria peamised sätted:

Peremeesvõre ei deformeeru olenevalt külalismolekulidega täitumise astmest või nende tüübist.

Iga molekulaarne õõnsus ei tohi sisaldada rohkem kui ühte külalismolekuli.

Külalismolekulide interaktsioon on tühine.

Kirjeldamisel on rakendatav statistiline füüsika.

Vaatamata edukale termodünaamiliste karakteristikute kirjeldamisele on van der Waalsi – Platteu teooria vastuolus mõne katse andmetega. Eelkõige näidati, et külalismolekulid on võimelised määrama nii hüdraadi kristallvõre sümmeetriat kui ka järjestust faasisiirded hüdraat. Lisaks avastati külaliste tugev mõju peremeesmolekulidele, mis põhjustas kõige tõenäolisemate loomulike vibratsioonide sageduste tõusu.

Hüdraatide struktuur

Gaasihüdraatide struktuuris moodustavad veemolekulid ažuurse raami (see tähendab peremeesvõre), milles on õõnsused. On kindlaks tehtud, et raami õõnsused on tavaliselt 12- ("väikesed" õõnsused), 14-, 16- ja 20-tahulised ("suured" õõnsused), ideaalse kuju suhtes veidi deformeerunud. Need õõnsused võivad olla hõivatud gaasimolekulidega ("külalismolekulid"). Gaasi molekulid on veekarkassiga ühendatud van der Waalsi sidemetega. Üldiselt kirjeldatakse gaasihüdraatide koostist valemiga M·n·H2O, kus M on hüdraati moodustav gaasimolekul, n on veemolekulide arv kaasatud gaasimolekuli kohta ja n on muutuv arv, mis sõltub hüdraati moodustava aine tüüp, rõhk ja temperatuur.

Õõnsused moodustavad üksteisega kombineerides erinevat tüüpi pideva struktuuri. Vastavalt aktsepteeritud klassifikatsioonile nimetatakse neid KS, TS, GS - vastavalt kuup-, tetragonaalne ja kuusnurkne struktuur. Looduses on levinumad hüdraadid KS-I, KS-II tüübid, ülejäänud on metastabiilsed.

Gaashüdraadid looduses

Enamik maagaase (CH4, C2H6, C3H8, CO2, N2, H2S, isobutaan jne) moodustavad hüdraate, mis eksisteerivad teatud termobaarilistes tingimustes. Nende olemasolu piirdub merepõhjasetete ja igikeltsa piirkondadega. Domineerivad maagaasi hüdraadid on metaan ja süsinikdioksiidhüdraadid.

Gaasi tootmisel võivad hüdraadid tekkida puurkaevudes, tööstuslikes kommunikatsioonides ja magistraalgaasitorustikes. Ladestades torude seintele, vähendavad hüdraadid järsult nende läbilaskevõimet. Gaasiväljadel hüdraatide moodustumise vastu võitlemiseks viiakse kaevudesse ja torustikesse erinevaid inhibiitoreid (metüülalkohol, glükoolid, 30% CaCl2 lahus) ning gaasivoolu temperatuuri hoitakse küttekehade, soojusisolatsiooni abil hüdraadi moodustumise temperatuurist kõrgemal. torustike ja töörežiimi valimine, mis tagab gaasi maksimaalse pealevoolu temperatuuri. Hüdraatide moodustumise vältimiseks magistraalgaasitorustikes on kõige tõhusam gaasi kuivatamine – gaasi puhastamine veeaurust.

Gaashüdraatide esinemise tingimused

Gaashüdraadid on tahked ühendid (klatraadid), milles gaasimolekulid täidavad teatud rõhul ja temperatuuril vesiniksidemete abil veemolekulide moodustatud kristallvõre struktuursed tühimikud. Veemolekulid näivad olevat gaasimolekulide poolt üksteisest eemale tõugatud – hüdraatunud olekus vee tihedus tõuseb 1,26 – 1,32 cm3/g-ni (jää tihedus 1,09 cm3/g). Üks ruumala hüdraatunud olekus vett seob sõltuvalt lähtegaasi omadustest 70 kuni 300 mahuosa gaasi.

Allolev joonis on gaaside heterogeense oleku diagramm (vastavalt Yu.F. Makogonile):

1 - N2; 2 - CH4; 3 - CO2;

maagaasi segu suhtelise tihedusega õhus: 4 - 0,6, 5 - 0,8: 6 - C2H6.; 7 - C3H8: 8 -H2S

Hüdraatide moodustumise tingimused on määratud gaasi koostise, vee oleku, välisrõhu ja temperatuuriga ning neid väljendatakse heterogeense olekudiagrammiga p - T koordinaatides (joon. 5). Antud temperatuuri korral kaasneb rõhu tõusuga üle tasakaalukõverale vastava rõhu gaasimolekulide ühinemine veemolekulidega ja hüdraatide moodustumine. Rõhu vastupidise langusega (või temperatuuri tõusuga konstantsel rõhul) kaasneb hüdraadi lagunemine gaasiks ja veeks.

Maagaasi hüdraatide tihedus jääb vahemikku 0,9–1,1 g/cm3.

Gaashüdraadi ladestused on ladestused, mis sisaldavad gaasi, mis on osaliselt või täielikult hüdraadis (olenevalt termodünaamilistest tingimustest ja tekkefaasist). Gaashüdraadi hoiuste moodustamiseks ja säilitamiseks pole litoloogilisi tihendeid vaja: need ise on läbitungimatud ekraanid, mille alla võivad koguneda nafta ja vaba gaasi ladestused. Allolev gaashüdraadi reservuaar võib olla kontaktis kihistu põhjavee, gaasimahuti või mitteläbilaskvate kihtidega.

Hüdraadi moodustumise protsess toimub soojuse eraldumisel 14 kuni 134 kJ/mol temperatuuril t > 00 C. Kell t< 00 C теплота гидратообразования составляет 16-30 кДж/моль.

Altpoolt olev gaashüdraadi ladestus võib puutuda kokku kihistu, põhja- või tiivaveega, vaba gaasi, gaasikondensaadi või õliladestusega või gaasikindlate kihtidega. GGE-d on piiratud maakoore settekatte jahutatud osadega mandritel ja Maailma ookeani vetes.

Mandrite piires on GGZ-d reeglina piiratud igikeltsa levikualadega. Mandritel ulatub nende maardlate sügavus 700–1500 meetrini.

Teatavasti koosneb suurem osa maailma ookeani põhjast settekivimitest, mille paksus on kümneid kuni tuhandeid ja rohkemgi meetrit. Ookeani põhjaosa kaasaegne termodünaamiline režiim, mis algab 150-500 m sügavusest, vastab maagaasi hüdraatide olemasolu tingimustele.

Hüdraatide olemasolu sektsioonis saab tuvastada standardsete logimismeetodite abil. Hüdraati sisaldavaid moodustisi iseloomustavad:

ebaoluline PS amplituud;

Mikrogradiendi sondi näitude puudumine või väike juurdekasv;

Sekundaarse tegevuse intensiivsus on lähedane veega küllastunud moodustiste intensiivsusele;

Savikooriku puudumine ja koobaste olemasolu;

rc oluline (enamikul juhtudel) väärtus; suurenenud läbimise kiirus akustilised lained ja jne.

Gaashüdraadi hoiuste väljatöötamine põhineb põhimõttel, et gaas viiakse maardlatesse hüdraatunud olekust vabasse ja valitakse see traditsiooniliste meetoditega, kasutades kaevu. Gaasi saab hüdraadi olekust üle viia vabasse olekusse, süstides kihistusse katalüsaatoreid hüdraadi lagundamiseks; sademe temperatuuri tõstmine üle hüdraadi lagunemise temperatuuri; rõhu vähendamine alla hüdraadi lagunemisrõhu; termokeemilised, elektroakustilised ja muud mõjud gaasihüdraadi ladestustele.

Gaashüdraadi hoiuste avamisel ja arendamisel tuleb silmas pidada nende eripärasid, nimelt: gaasi mahu järsk suurenemine, kui see läheb vabasse olekusse; reservuaari rõhu püsivus, mis vastab gaasihüdraadi reservuaari arengu teatud isotermile; suurte veekoguste eraldumine hüdraadi lagunemisel jne.

Teaduslikud uuringud

IN viimased aastad Huvi gaasihüdraatide probleemi vastu on kogu maailmas märkimisväärselt kasvanud. Teadustegevuse suurenemine on seletatav järgmiste peamiste teguritega:

süsivesinike tooraine alternatiivsete allikate otsimise intensiivistamine riikides, kus energiaressursse pole, kuna gaasihüdraadid on ebatavaline süsivesinike tooraine allikas, mille tööstuslik katsearendamine võib alata lähiaastatel;

vajadus hinnata gaasihüdraatide rolli geosfääri maapinnalähedastes kihtides, eriti seoses nende võimaliku mõjuga globaalsetele kliimamuutustele;

maapõues gaasihüdraatide tekke- ja lagunemismustrite uurimine üldteoreetilises mõttes, et põhjendada traditsiooniliste süsivesiniku leiukohtade otsimist ja uurimist (looduslikud hüdraatide esinemised võivad toimida sügavamate tavaliste nafta- ja gaasimaardlate markeritena);

rasketes looduslikes tingimustes (süvamere šelf, polaaralad) asuvate süsivesinike maardlate aktiivne arendamine, kus inimtekkeliste gaasihüdraatide probleem muutub teravamaks;

tegevuskulude vähendamise otstarbekus, et vältida hüdraadi moodustumist väligaasi tootmissüsteemides üleminekuga energiaressursse säästvatele ja keskkonnasõbralikele tehnoloogiatele;

gaasihüdraadi tehnoloogiate kasutamise võimalus maagaasi arendamisel, ladustamisel ja transportimisel.

Viimastel aastatel (pärast kohtumist OAO Gazpromis 2003. aastal) on hüdraatide uurimine Venemaal jätkunud erinevates organisatsioonides nii riigieelarvelise rahastamise kaudu (kaks Vene Teaduste Akadeemia Siberi filiaali integratsiooniprojekti, Venemaa Fondi väiketoetused alusuuringute jaoks Tjumeni kuberneri stipendium, Venemaa Föderatsiooni kõrgharidusministeeriumi toetus) ja rahvusvaheliste fondide - INTAS, SRDF, UNESCO - toetuste kaudu (programmi "ujuv ülikool" raames - mereekspeditsioonid UNESCO egiidi all loosungi Training Through Research all, COMEX (Kurele-Okhosk-Marine Experiment), ChAO (süsiniku-hüdraadi kogunemine Okhotski meres) jne.

Aastatel 2002-2004 Teadusuuringud ebatavaliste süsivesinike allikate, sealhulgas gaasihüdraatide kohta (võttes arvesse Gazprom OJSC ärihuve), jätkasid Gazprom VNIIGAZ LLC ja Promgaz OJSC väikese rahastamisega. Praegu tehakse gaasihüdraatide uuringuid OAO Gazpromis (peamiselt OOO Gazprom VNIIGAZis), Venemaa Teaduste Akadeemia instituutides ja ülikoolides.

VNIIGAZi spetsialistid alustasid gaasihüdraatide geoloogiliste ja tehnoloogiliste probleemide uurimist 60ndate keskel. Algul tõstatati ja lahendati hüdraatide tekke vältimise tehnoloogilisi küsimusi, seejärel teema järk-järgult laienes: huvisfääri võeti hüdraatide moodustumise kineetilised aspektid, seejärel pöörati olulist tähelepanu geoloogilistele aspektidele, eelkõige olemasolu võimalikkusele. gaasihüdraadi ladestused, teoreetilised probleemid nende arengut.

Gaasihüdraatide geoloogilised uuringud

1970. aastal ilmus teaduslik avastus “Maagaaside omadus olla sisse tahkes olekus maapõues" nr 75 all prioriteediga 1961. aastast, mille on koostanud Vene teadlased V. G. Vasiliev, Yu. F. Makogon, F. G. Trebin, A. A. Trofimuk ja N. V. Chersky. Pärast seda said gaasihüdraatide geoloogilised uuringud tõsise tõuke. Esiteks töötati välja graafilised-analüütilised meetodid gaasihüdraatide stabiilsustsoonide tuvastamiseks maakoores (ZSH). Selgus, et maakoores levinuima süsivesinikgaasi metaani hüdraadi stabiilsustsoon (HSZ) katab kuni 20% maismaast (aladel, kus esineb igikeltsa tsoon) ja kuni 90% maapõue põhjast. ookeanid ja mered.

Need puhtalt teoreetilised tulemused hoogustasid hüdraate sisaldavate kivimite otsimist looduses: esimesed edukad tulemused said VNIIGAZi töötajad A. G. Efremova ja B. P. Žižtšenko 1972. aastal Musta mere süvamereosas põhjaproovide võtmisel. Nad jälgisid visuaalselt härmatisega sarnaseid hüdraatide lisamisi põhjast väljatõmmatud pinnase õõnsustes. Tegelikult on see esimene ametlikult tunnustatud vaatlus maagaasi hüdraatide kohta kivimites. A. G. Efremova ja B. P. Žižtšenko andmeid tsiteerisid hiljem korduvalt välis- ja kodumaised autorid. Nende uuringute põhjal töötati Ameerika Ühendriikides välja esimesed meetodid veealuste gaasihüdraatide proovide võtmiseks. Hiljem tegi A.G. Efremova, kes töötas Kaspia mere põhjaproovide võtmise ekspeditsioonil (1980), ka esimene maailmas, kes tegi kindlaks selle mere põhjasetete hüdraadisisalduse, mis võimaldas teistel teadlastel hiljem üksikasjalikke uuringuid läbi viia. uuringud (G.D. Ginsburg, V. A. Solovjov jt) hüdraate kandva (seotud mudavulkanismiga) provintsi tuvastamiseks Kaspia mere lõunaosas.

Suure panuse hüdraati sisaldavate kivimite geoloogilistesse ja geofüüsikalistesse uuringutesse andsid VNIIGAZ M. Kh. Norilski komplekslabori töötajad, A. E. Benyaminovich jt, kes uurisid Messoyakhat gaasiväli, mille algsed reservuaari P, T tingimused langesid praktiliselt kokku metaanhüdraadi moodustumise tingimustega. 70ndate alguses panid need teadlased paika hüdraate sisaldavate kivimite äratundmise põhimõtted, kasutades põhjalikke kaevude logimise andmeid. 70. aastate lõpus NSV Liidus selle valdkonna uurimine praktiliselt katkes. Samal ajal on USA-s, Kanadas, Jaapanis ja teistes riikides neid välja töötatud ning nüüdseks on välja töötatud meetodid hüdraadiga küllastunud kivimite geofüüsikaliseks tuvastamiseks geoloogilistes läbilõigetes, mis põhinevad keerukatel raieandmetel. Venemaal viidi VNIIGAZi baasil läbi maailmas üks esimesi eksperimentaalseid uuringuid hüdraatide moodustumise modelleerimiseks hajutatud kivimites. Nii kehtestasid A. S. Shalyakho (1974) ja V. A. Nenakhov (1982) muutuste mustri, küllastades liivaproove hüdraatidega suhteline läbilaskvus kivimid gaasiga sõltuvalt hüdraadi küllastumisest (A. S. Skhalakho) ja pooride vee nihke maksimaalne gradient hüdraati sisaldavates kivimites (V. A. Nenakhov) on kaks olulist omadust gaasihüdraatgaasi tekke ennustamiseks.

Olulist tööd tegid ka E. V. Zakharov ja S. G. Yudin (1984) Okhotski meres hüdraati sisaldavate setete otsimise väljavaadete kohta. See väljaanne osutus ennustavaks: kaks aastat pärast ilmumist ilmus terve rida artikleid hüdraate sisaldavate setete tuvastamise kohta seismilise profileerimise, põhjaproovide võtmise ja isegi visuaalse vaatluse käigus veealustelt mehitatud sõidukitelt mere erinevates osades. Okhotskist. Praeguseks on Venemaa hüdraatgaasivarud ainuüksi avastatud allveelaevade kogumites hinnanguliselt mitu triljonit m³. Vaatamata maagaashüdraatide uuringute rahastamise lõppemisele 1988. aastal jätkasid VNIIGAZis tööd V. S. Jakušev, V. A. Istomin, V. I. Ermakov ja V. A. Skorobogatov eelarvevabalt (maagaashüdraatide uuringud ei kuulunud 2010. aasta ametlike teemade hulka). instituut kuni 1998. aastani). Erilist rolli uuringute korraldamisel ja läbiviimisel mängis professor V. I., kes pööras pidevalt tähelepanu viimased saavutused maagaasi hüdraatide valdkonnas ja toetas seda uurimistööd VNIIGAZis kogu oma töö ajal instituudis.

Aastatel 1986-1988 gaashüdraatide ja hüdraate sisaldavate kivimite uurimiseks töötati välja ja konstrueeriti kaks originaalset katsekambrit, millest üks võimaldas jälgida süsivesinikgaashüdraatide tekke- ja lagunemisprotsessi optilise mikroskoobi all ning teine ​​- uurida süsivesinikgaashüdraatide moodustumist ja lagunemist. hüdraatide teke ja lagunemine erineva koostise ja struktuuriga kivimites tänu vahetatavale sisemisele hülsile.

Praeguseks on sarnaseid muudetud kujul kambreid hüdraatide uurimiseks pooriruumis kasutusel Kanadas, Jaapanis, Venemaal ja teistes riikides. Läbiviidud eksperimentaalsed uuringud võimaldasid tuvastada gaasihüdraatide isesäilitamise mõju miinustemperatuuridel.

See seisneb selles, et kui normaalsetes tasakaalutingimustes saadud monoliitne gaasihüdraat jahutatakse temperatuurini alla 0°C ja rõhk sellest üle alandatakse atmosfäärirõhuni, siis pärast esialgset pinnalagunemist gaasihüdraat isoleeritakse. õhukese jääkilega, mis takistab edasist lagunemist. Pärast seda võib hüdraati säilitada pikka aega atmosfäärirõhul (sõltuvalt temperatuurist, niiskusest ja muudest parameetritest väliskeskkond). Selle efekti avastamine andis olulise panuse maagaasi hüdraatide uurimisse.

Erinevate hajutatud kivimite hüdraati sisaldavate proovide saamise ja uurimise metoodika väljatöötamine, looduslike hüdraati sisaldavate proovide uurimise metoodika täiustamine, Yamburgi gaasikondensaadivälja külmunud kihtidest tõstatatud looduslike hüdraati sisaldavate proovide esimeste uuringute läbiviimine (1987) kinnitasid metaanhüdraatide olemasolu "säilitatud" kujul külmunud kihtides ning võimaldasid ka tuvastada uut tüüpi gaasihüdraadi ladestused - reliktsed gaasihüdraadi ladestused, mis on levinud väljaspool kaasaegset GIS-i.

Lisaks on enesesäilitusefekt avanud uusi võimalusi gaasi hoidmiseks ja transportimiseks kontsentreeritud kujul, kuid ilma suurenenud rõhuta. Seejärel kinnitasid enesesäilitamise mõju eksperimentaalselt Austria (1990) ja Norra (1994) teadlased ning praegu uurivad seda erinevate riikide (Jaapan, Kanada, USA, Saksamaa, Venemaa) spetsialistid.

90ndate keskel VNIIGAZ koostöös Moskvaga Riiklik Ülikool(Geokrüoloogia osakond – dotsent E.M. Chuvilin ja kaastöötajad) uuriti Bovanenkovo ​​gaasikondensaadivälja lõunaosa igikeltsa kihtide gaasinäidiste intervallidest võetud südamikuproove, kasutades varem igikeltsa uurimisel välja töötatud tehnikat. proovid Yamburgi gaasikondensaadiväljast.

Uurimistulemused näitasid hajutatud reliktsete gaasihüdraatide esinemist külmunud kivimite pooriruumis. Sarnased tulemused saadi hiljem igikeltsa uuringus Mackenzie jõe deltas (Kanada), kus hüdraate ei tuvastatud mitte ainult väljapakutud Vene meetodi abil, vaid neid vaadeldi ka südamikus visuaalselt.

Eksperimentaalne ja teoreetiline uurimus gaasihüdraatide omadused

60-70ndatel pöörati põhitähelepanu kahe- ja mitmekomponentsetest segudest gaasihüdraatide moodustumise tingimustele, sealhulgas hüdraadi moodustumise inhibiitorite juuresolekul.

Eksperimentaalsed uuringud viisid läbi VNIIGAZi spetsialistid B. V. Bukhgalter, V. A. Semin ja teised empiirilised meetodid on välja töötatud gaasihüdraatide faasitasakaalu arvutamine ja juhised hüdraatide tekke vältimiseks gaasitootmissüsteemides.

Ebatavaliselt madalate reservuaaritemperatuuridega Orenburgi välja areng tõi kaasa vajaduse uurida probleeme, mis on seotud vesiniksulfiidi sisaldavate gaaside hüdraadi moodustumisega. Selle suuna töötas välja A.G. Burmistrov. Ta sai praktiliselt olulisi andmeid hüdraatide moodustumise kohta kolmekomponentsetes gaasisegudes “metaan-vesiniksulfiid-süsinikdioksiid” ja töötas välja rafineeritud arvutusmeetodid Kaspia mere vesikonna põldudelt pärit vesiniksulfiidi sisaldavate maagaaside kohta.

Hüdraatide moodustumise termodünaamika uurimise järgmine etapp on seotud hiiglase arenguga põhjamaardlad- Urengoy ja Yamburg. Hüdraatide moodustumise vältimise meetodite täiustamiseks seoses kondensaati sisaldavate gaaside kogumise ja välitöötlemise süsteemidega oli vaja eksperimentaalseid andmeid hüdraadi moodustumise tingimuste kohta kõrge kontsentratsiooniga metanoolilahustes laias temperatuuri- ja rõhuvahemikus. Eksperimentaalsete uuringute käigus (V.A. Istomin, D.Yu. Stupin jt) ilmnesid tõsised metodoloogilised raskused representatiivsete andmete saamisel temperatuuril alla miinus 20 °C. Sellega seoses töötati välja uus meetod mitmekomponendiliste gaasihüdraatide faasitasakaalu uurimiseks gaasisegud koos soojusvoogude registreerimisega hüdraadikambris ja samal ajal avastati võimalus gaasihüdraatide metastabiilsete vormide olemasoluks (nende moodustumise staadiumis), mida kinnitasid välisautorite hilisemad uuringud. Uute katse- ja väliandmete (nii kodumaiste kui ka välismaiste) analüüs ja üldistamine võimaldas välja töötada (V. A. Istomin, V. G. Kvon, A. G. Burmistrov, V. P. Lakeev) juhised hüdraadi moodustumise inhibiitorite optimaalseks tarbimiseks (1987).

Praegu on VNIIGAZ alustanud uut uurimistsüklit tehnogeensete hüdraatide moodustumise vältimiseks. Teadlaste A. I. Gritsenko, V. I. Murini, E. N. Ivakini ja V. M. Buleiko märkimisväärsed jõupingutused olid pühendatud gaasihüdraatide termofüüsikaliste omaduste (faasisiirete soojused, soojusmahtuvused ja soojusjuhtivus) uurimisele.

Eelkõige avastas V. M. Buleiko propaangaashüdraadi kalorimeetrilisi uuringuid läbi viides gaasihüdraatide metastabiilsed seisundid nende lagunemise ajal. Mis puudutab hüdraatide moodustumise kineetikat, siis V. A. Khoroshilov, A. G. Burmistrov, T. A. Sayfeev ja V. I. Semin said mitmeid huvitavaid tulemusi, eriti hüdraadi moodustumise kohta pindaktiivse aine juuresolekul.

Viimastel aastatel on need Venemaa teadlaste varajased uuringud "korjanud" mitmete välisettevõtete spetsialistid eesmärgiga välja töötada uusi nn madala annusega hüdraadi moodustumise inhibiitorite klasse.

Maagaasi hüdraatidega seotud probleemid ja väljavaated

Lääne-Siberi põhjaosa põldude arendamine seisis algusest peale silmitsi gaasiheitmete probleemiga igikeltsa tsooni madalatest intervallidest. Need heited tekkisid ootamatult ja põhjustasid tööseisakuid kaevude juures ja isegi tulekahjusid. Kuna emissioonid tekkisid sügavusvahemikust gaashüdraadi stabiilsustsoonist kõrgemal, siis pikka aega seletati neid gaasivoogudega sügavamatest produktiivsetest horisontidest läbi läbilaskvate tsoonide ja naaberkaevu, mille korpus oli halva kvaliteediga. 80. aastate lõpus suudeti Yamburgi gaasikondensaadivälja igikeltsa tsoonist pärit jäätunud südamiku eksperimentaalse modelleerimise ja laboratoorsete uuringute põhjal tuvastada hajutatud reliktsete (säilitatud) hüdraatide levik kvaternaarisetetes. Need hüdraadid koos lokaalse mikroobse gaasi kogunemisega võivad moodustada gaasi kandvaid kihte, millest puurimisel tekivad heitmed. Reliktsete hüdraatide esinemist igikeltsa tsooni madalates kihtides kinnitasid sarnased uuringud Põhja-Kanadas ja Bovanenkovo ​​gaasikondensaadivälja piirkonnas. Seega on tekkinud ideed uut tüüpi gaasimaardlate kohta - igikeltsa metastabiilsete gaasi-gaas-hüdraadi lademete kohta, mis, nagu näitasid Bovanenkovskoje gaasikondensaadivälja igikeltsa puuraukude testid, ei kujuta endast mitte ainult komplitseerivat tegurit, vaid ka teatavat kohaliku gaasivarustuse ressursibaas.

Igikeltsasisesed ladestused sisaldavad vaid väikest osa gaasiressurssidest, mis on seotud maagaasihüdraatidega. Põhiosa ressurssidest piirdub gaasihüdraadi stabiilsustsooniga – selle sügavusvahemikuga (tavaliselt esimesed sajad meetrid), kus tekivad hüdraadi moodustumise termodünaamilised tingimused. Lääne-Siberi põhjaosas on see sügavusvahemik 250-800 m, meredes - põhjapinnast kuni 300-400 m, eriti süvaveelistel šelfi ja mandri nõlva aladel kuni 500-600 m allpool. põhi. Just nendel ajavahemikel avastati suurem osa maagaasihüdraate.

Maagaasihüdraatide uurimisel selgus, et hüdraate sisaldavaid maardlaid ei ole võimalik eristada külmunud maardlatest, kasutades kaasaegseid väli- ja puuraukude geofüüsika vahendeid. Külmunud kivimite omadused on peaaegu täielikult sarnased hüdraati sisaldavate kivimite omadustega. Tuumamagnetresonantsi logimisseade võib anda teatud teavet gaasihüdraatide olemasolu kohta, kuid see on väga kallis ja seda kasutatakse geoloogiliste uuringute praktikas äärmiselt harva. Peamiseks hüdraatide esinemise indikaatoriks setetes on põhiuuringud, kus hüdraadid on kas visuaalsel vaatlusel nähtavad või määratakse gaasi erisisalduse mõõtmise teel sulatamise ajal.

Gaashüdraadi tehnoloogiate kasutamise väljavaated tööstuses

Tehnoloogilised ettepanekud maagaasi hoidmiseks ja transportimiseks hüdraatunud olekus ilmusid 20. sajandi 40ndatel. Gaasihüdraatide omadus kontsentreerida märkimisväärses koguses gaasi suhteliselt madalal rõhul on pikka aega pälvinud spetsialistide tähelepanu. Esialgsed majandusarvutused on näidanud, et gaasi merevedu hüdraatunud olekus on kõige efektiivsem ning täiendavat majanduslikku kasu on võimalik saavutada, kui samaaegselt müüa tarbijatele transporditud gaasi ja hüdraadi lagunemisel (gaashüdraatide moodustumisel) järelejäänud puhast vett. , vesi on lisanditest puhastatud). Praegu kaalutakse hüdraatunud maagaasi meretranspordi kontseptsioone tasakaalutingimustes, eriti tarbijast kaugemal asuvate süvamere gaasi (sh hüdraadi) väljade arendamise kavandamisel.

Viimastel aastatel on aga järjest rohkem tähelepanu pööratud hüdraatide transpordile mittetasakaalustes tingimustes (atmosfäärirõhul). Gaashüdraadi tehnoloogiate kasutamise teine ​​aspekt on võimalus korraldada gaashüdraadi gaasihoidlad tasakaalutingimustes (rõhu all) suurte gaasitarbijate läheduses. See on tingitud hüdraatide võimest kontsentreerida gaasi suhteliselt madalal rõhul. Näiteks temperatuuril +4 °C ja rõhul 40 atm vastab metaani kontsentratsioon hüdraadis rõhule 15–16 MPa (150–160 atm).

Sellise hoidla ehitamine pole keeruline: hoidla on süvendis või angaaris paiknev ja gaasitoruga ühendatud gaasimahutite aku. Kevad-suvisel perioodil täidetakse hoidla gaasiga, mis moodustab sügistalvisel perioodil, hüdraatide lagunemisel eraldub madala potentsiaaliga soojusallikat kasutades. Selliste hoidlate rajamine soojuselektrijaamade lähedusse võib oluliselt tasandada gaasitootmise hooajalisi ebatasasusi ning olla mitmel juhul reaalne alternatiiv maa-aluste gaasihoidlate rajamisele.

Praegu arendatakse aktiivselt gaasihüdraadi tehnoloogiaid, eriti hüdraatide tootmiseks kaasaegsete intensiivistamismeetodite abil tehnoloogilised protsessid(pindaktiivsed lisandid, mis kiirendavad soojus- ja massiülekannet; hüdrofoobsete nanopulbrite kasutamine; erineva ulatusega akustilised efektid kuni hüdraatide tootmiseni lööklained ja jne).

Maagaasi hüdraatide ekstraheerimine

Tänapäeval töötatakse välja 3 peamist maagaasihüdraatide eraldamise meetodit. Kõik need põhinevad dissotsiatsiooni kasutamisel – protsessil, mille käigus aine laguneb lihtsamateks komponentideks. Maagaasi hüdraatide puhul toimub dissotsiatsioon, kui temperatuur tõuseb ja rõhk langeb, kui jääkristallid sulavad või muul viisil oma kuju muudavad, vabastades seeläbi kristalli sisse kinni jäänud maagaasi molekulid.

Kolm peamist paljulubavat meetodit maagaasi hüdraatide ekstraheerimiseks: termiline stimulatsioon, rõhu vähendamine ja kokkupuude inhibiitoriga (aine, mis aeglustab keemilised protsessid, reaktsioonid).

Riis. 5. Maagaasi hüdraatide ekstraheerimise meetodid.

Termiline efekt.

See meetod põhineb soojuse sisestamisel hüdraadi kristallistruktuuri, et tõsta temperatuuri ja kiirendada dissotsiatsiooniprotsessi. Selle meetodi praktiline näide oleks sooja merevee pumpamine merepõhjas lebavasse gaasihüdraatide kihti. Kui gaas hakkab meresettekihist eralduma, saab selle koguda.

Inhibiitori kokkupuude

Teatud tüüpi alkoholid, näiteks metanool, toimivad hüdraadikihti gaasi suunamisel inhibiitoritena ja põhjustavad muutusi hüdraadi koostises. Inhibiitorid muudavad temperatuuri ja rõhu tingimusi, soodustades hüdraatide dissotsiatsiooni ja neis sisalduva metaani vabanemist.

Vähendatud rõhk.

Mõnes hüdraadimaardlas on piirkondi, kus maagaasi juba on

Veel paar aastat tagasi oli „süsivesinike kahanemise“ teooria populaarne majandusteadlaste, see tähendab tehnoloogiakaugete inimeste seas. Paljud väljaanded, mis moodustavad globaalse finantseliidi värvi, arutlesid selle üle, milline on maailm, kui näiteks planeedil saab peagi nafta otsa? Ja millised on selle hinnad, kui “kurnamise” protsess läheb nii-öelda aktiivsesse faasi?

Praegu sõna otseses mõttes silme all toimuv “kivirevolutsioon” on aga selle teema vähemalt tagaplaanile jätnud. Kõigile sai selgeks see, mida vaid üksikud eksperdid olid varem öelnud: süsivesinikke on planeedil veel piisavalt. Nende füüsilisest kurnatusest on selgelt vara rääkida.

Tegelik probleem on uute tootmistehnoloogiate väljatöötamine, mis võimaldavad süsivesinikke ammutada varem kättesaamatuks peetud allikatest, samuti nende abil saadud ressursside maksumus. Saate peaaegu kõike, see on lihtsalt kallim.

Kõik see sunnib inimkonda otsima uusi "traditsioonilise kütuse ebatavalisi allikaid". Üks neist on ülalmainitud põlevkivigaas. GAZTechnology on rohkem kui korra kirjutanud oma tootmisega seotud erinevatest aspektidest.

Selliseid allikaid on aga teisigi. Nende hulgas on meie tänase materjali – gaasihüdraatide – “kangelased”.

Mis see on? Kõige üldisemas tähenduses on gaasihüdraadid kristalsed ühendid, mis tekivad gaasist ja veest teatud temperatuuril (üsna madalal) ja rõhul (üsna kõrgel).

Märkus: nende koolitusest võivad osa võtta mitmesugused inimesed. keemilised ained. Me ei pruugi rääkida konkreetselt süsivesinikest. Esimesed gaashüdraadid, mida teadlased kunagi täheldasid, koosnesid kloorist ja vääveldioksiidist. See juhtus muide 18. sajandi lõpus.

Kuna meid aga huvitavad maagaasi tootmisega seotud praktilised aspektid, siis räägime siin eelkõige süsivesinikest. Pealegi on reaalsetes tingimustes kõigi hüdraatide hulgas ülekaalus metaanhüdraadid.

Teoreetiliste hinnangute kohaselt on selliste kristallide varud sõna otseses mõttes hämmastavad. Kõige konservatiivsemate hinnangute kohaselt räägime 180 triljonist kuupmeetrit. Optimistlikumad hinnangud annavad 40 tuhat korda suurema arvu. Arvestades selliseid näitajaid, nõustute, et süsivesinike ammendumisest Maal on kuidagi ebamugav rääkida.

Peab ütlema, et hüpoteesi tohutute gaasihüdraatide lademete olemasolu kohta Siberi igikeltsas esitasid Nõukogude teadlased juba eelmise sajandi kohutavatel 40ndatel. Paar aastakümmet hiljem leidis see kinnitust. Ja 60ndate lõpus algas isegi ühe maardla arendamine.

Seejärel arvutasid teadlased välja: tsoon, kus metaanhüdraadid suudavad püsida stabiilses olekus, katab 90 protsenti kogu Maa mere- ja ookeanipõhjast ning pluss 20 protsenti maismaast. Selgub, et jutt on potentsiaalselt laialt levinud maavarast.

"Tahke gaasi" eraldamise idee tundub tõesti atraktiivne. Veelgi enam, hüdraadi ruumalaühikus on umbes 170 mahuosa gaasi ennast. See tähendab, et näib, et suure süsivesinike saagise saamiseks piisab vaid mõne kristalli hankimisest. Füüsilisest vaatepunktist on need tahkes olekus ja kujutavad endast midagi lahtise lume või jää taolist.

Probleem on aga selles, et gaasihüdraadid asuvad tavaliselt väga raskesti ligipääsetavates kohtades. "Igikeltsasisesed ladestused sisaldavad vaid väikest osa gaasiressurssidest, mis on seotud maagaasi hüdraatidega. Põhiosa ressurssidest piirdub gaasihüdraadi stabiilsustsooniga – selle sügavusvahemikuga (tavaliselt esimesed sajad meetrid), kus tekivad hüdraadi moodustumise termodünaamilised tingimused. Lääne-Siberi põhjaosas on see sügavusvahemik 250-800 m, meredes - põhjapinnast kuni 300-400 m, eriti süvaveepiirkondades šelfi ja mandri nõlva all kuni 500-600 m. põhi. Just nendel ajavahemikel avastati suurem osa maagaasihüdraate,“ vahendab Wikipedia. Seega räägime reeglina tööst äärmuslikes süvameretingimustes, kõrge rõhu all.

Gaashüdraatide ekstraheerimine võib tekitada muid raskusi. Sellised ühendid on näiteks võimelised plahvatama isegi väiksemate löökide korral. Need muutuvad väga kiiresti gaasi olekusse, mis piiratud mahus võib põhjustada järske rõhu tõuse. Spetsialiseerunud allikate sõnul on just need gaasihüdraatide omadused muutunud Kaspia mere tootmisplatvormide jaoks tõsiste probleemide allikaks.

Lisaks on metaan üks gaasidest, mis võib tekitada kasvuhooneefekti. Kui tööstuslik tootmine põhjustab selle massilisi heitkoguseid atmosfääri, võib see probleemi süvendada. Globaalne soojenemine. Kuid isegi kui seda praktikas ei juhtu, on "roheliste" lähedane ja ebasõbralik tähelepanu sellistele projektidele praktiliselt garanteeritud. Ja nende positsioonid paljude riikide poliitilises spektris on tänapäeval väga-väga tugevad.

Kõik see muudab metaanhüdraatide ekstraheerimise tehnoloogiate väljatöötamise projektide jaoks äärmiselt keeruliseks. Tegelikult pole planeedil veel tõeliselt tööstuslikke meetodeid selliste ressursside arendamiseks. Vastavad arendused on aga käimas. Selliste meetodite leiutajatele on välja antud isegi patendid. Nende kirjeldus on kohati nii futuristlik, et tundub kopeeritud ulmeraamatust.

Näiteks veebisaidil http://www.freepatent.ru/ esitatud „Meetod gaasihüdraadi süsivesinike ekstraheerimiseks veekogude põhjast ja seade selle rakendamiseks (RF patent nr 2431042)” leiutis käsitleb merepõhjas asuvate mineraalide kaevandamise valdkonda. Tehniliseks tulemuseks on gaasihüdraadi süsivesinike tootmise suurendamine. Meetod seisneb piki basseini põhja liikuvale vertikaalsele konveierilindile paigaldatud koppade põhjakihi hävitamises, kasutades röövikut, mille suhtes konveierilint liigub vertikaalselt, võimalusega matta põhja. . Sel juhul tõstetakse gaasihüdraat ümberpööratud lehtri pinnaga veest eraldatud alale, kus see kuumutatakse ja eralduv gaas transporditakse lehtri ülaossa kinnitatud vooliku abil pinnale, mõjutades seda. lisaküttele. Samuti pakutakse välja seade meetodi rakendamiseks. Märkus: see kõik peab toimuma merevees, mitmesaja meetri sügavusel. Raske on isegi ette kujutada, kui keeruline see inseneriülesanne on ja kui palju sel viisil toodetud metaani võib maksta.

Siiski on ka teisi viise. Siin on veel ühe meetodi kirjeldus: „Merede ja ookeanide põhjasetetes olevatest tahketest gaasihüdraatidest gaaside (metaan, selle homoloogid jne) eraldamiseks on teada üks meetod, mille puhul on süvendisse sukeldatud kaks torusammast. puuritakse tuvastatud gaasihüdraadi kihi põhja - sissepritse ja väljapumpamine. Looduslik vesi looduslikul temperatuuril või kuumutamisel siseneb see sissepritsetoru kaudu ja lagundab gaasihüdraadid "gaas-vesi" süsteemiks, mis koguneb gaasihüdraadi moodustumise põhja moodustatud sfäärilisse lõksu. Teise torukolonni kaudu pumbatakse sellest lõksust välja eralduvad gaasid... Tuntud meetodi miinuseks on veealuse puurimise vajadus, mis on tehniliselt koormav, kulukas ja tekitab kohati korvamatuid häireid reservuaari olemasolevas veealuses keskkonnas” (http://www.findpatent.ru).

Seda tüüpi kirjeldusi võib anda ka teisiti. Kuid juba loetletu põhjal on selge: metaani tööstuslik tootmine gaasihüdraatidest on veel tuleviku küsimus. See nõuab kõige keerukamaid tehnoloogilisi lahendusi. Ja selliste projektide majanduslikkus pole veel ilmne.

Töö selles suunas aga käib ja üsna aktiivselt. Neid huvitavad eelkõige riigid, mis asuvad maailma kõige kiiremini kasvavas piirkonnas, mis tähendab, et seal on üha uus nõudlus gaasikütuse järele. Loomulikult räägime Kagu-Aasiast. Üks riike, kes selles suunas töötab, on Hiina. Nii viisid meregeoloogid ajalehe People's Daily andmetel 2014. aastal läbi ühe selle ranniku lähedal asuva leiukoha ulatuslikud uuringud. Puurimine on näidanud, et see sisaldab kõrge puhtusastmega gaasihüdraate. Kokku tehti 23 kaevu. See võimaldas kindlaks teha, et gaasihüdraatide jaotuspiirkond selles piirkonnas on 55 ruutkilomeetrit. Ja selle varud ulatuvad Hiina ekspertide sõnul 100-150 triljoni kuupmeetrini. Antud arv on ausalt öeldes nii suur, et paneb mõtlema, kas see pole liiga optimistlik ja kas selliseid ressursse on tõesti võimalik ammutada (Hiina statistika üldiselt tekitab ekspertide seas sageli küsimusi). Sellegipoolest on ilmne: Hiina teadlased töötavad aktiivselt selles suunas, otsides võimalusi oma kiiresti kasvava majanduse varustamiseks väga vajalike süsivesinikega.

Jaapani olukord on muidugi hoopis teistsugune kui Hiinas. Küll aga riigi kütusevaru Tõusev päike ja veel vaiksed ajad polnud sugugi tühine ülesanne. Lõppude lõpuks on Jaapan traditsioonilistest ressurssidest ilma jäetud. Ja pärast 2011. aasta märtsis Fukushima tuumajaamas toimunud tragöödiat, mis sundis riigi võime avaliku arvamuse survel programme vähendama. tuumaenergia, see probleem eskaleerusid peaaegu piirini.

Seetõttu alustas üks Jaapani korporatsioon 2012. aastal saartest vaid mõnekümne kilomeetri kaugusel ookeanipõhja all katsepuurimist. Kaevude endi sügavus on mitusada meetrit. Pluss ookeani sügavus, mis selles kohas on umbes kilomeeter.

Tuleb tunnistada, et aasta hiljem õnnestus Jaapani spetsialistidel selles kohas esimene gaas hankida. Täielikust edust ei saa aga veel rääkida. Tööstuslik tootmine selles piirkonnas võib jaapanlaste endi sõnul alata mitte varem kui 2018. aastal. Ja mis kõige tähtsam, on raske hinnata, milline on kütuse lõplik maksumus.

Sellegipoolest võib nentida: inimkond läheneb endiselt aeglaselt gaasihüdraadi ladestutele. Ja on võimalik, et saabub päev, mil ta ammutab neist tõeliselt tööstuslikus mastaabis metaani.