Perlombongan Universiti Sumber Mineral Negara

Penasihat saintifik: Gulkov Yury Vladimirovich, Calon Sains Teknikal, Universiti Perlombongan Mineral dan Bahan Mentah Kebangsaan

Anotasi:

Artikel ini membincangkan sifat kimia dan fizikal gas hidrat, sejarah kajian dan penyelidikan mereka. Di samping itu, masalah utama yang menghalang organisasi pengeluaran komersil gas hidrat dipertimbangkan.

Dalam artikel ini kami menerangkan ciri kimia dan fizikal hidrat gas, sejarah daripada kajian dan penyelidikan mereka. Di samping itu, masalah asas yang menghalang organisasi pengeluaran komersil gas hidrat dipertimbangkan.

Kata kunci:

gas hidrat; tenaga; perlombongan komersial; Masalah.

gas hidrat; kejuruteraan kuasa; pengekstrakan komersial; Masalah.

UDC 622.324

pengenalan

Pada mulanya, manusia menggunakan kuasa sendiri sebagai sumber tenaga. Selepas beberapa lama, tenaga kayu dan organik datang untuk menyelamatkan. Kira-kira seabad yang lalu, arang batu menjadi sumber tenaga utama; 30 tahun kemudian, minyak berkongsi keutamaannya. Hari ini, tenaga dunia adalah berdasarkan triad gas-minyak-arang batu. Walau bagaimanapun, pada tahun 2013 baki ini telah dialihkan kepada gas oleh syarikat tenaga Jepun. Jepun- dunia peneraju dalam import gas. Perbadanan Negeri Oil, Gas & Metals (JOGMEC) (Japan Oil, Gas & Metals National Corp.) ialah yang pertama di dunia mendapatkan gas daripada metana hidrat di dasar Lautan Pasifik dari kedalaman 1.3 kilometer. Pengeluaran percubaan berlangsung hanya 6 minggu, walaupun pada hakikatnya rancangan itu dianggap sebagai pengeluaran dua minggu, 120 ribu meter padu telah dihasilkan gas asli Penemuan ini akan membolehkan negara menjadi bebas daripada import dan mengubah ekonominya secara radikal. Apakah gas hidrat dan bagaimana ia boleh menjejaskan tenaga dunia?

Tujuan artikel ini adalah untuk mempertimbangkan masalah dalam pembangunan hidrat gas.

Untuk ini, tugas-tugas berikut telah ditetapkan:

• Terokai sejarah penyelidikan gas hidrat
• Kaji sifat kimia dan fizikal
• Pertimbangkan masalah utama pembangunan

Perkaitan

Sumber tradisional tidak diagihkan sama rata di Bumi, lebih-lebih lagi, ia adalah terhad. Menurut anggaran moden, rizab minyak mengikut piawaian penggunaan hari ini akan bertahan selama 40 tahun, sumber tenaga gas asli - untuk 60-100. Rizab gas syal dunia dianggarkan kira-kira 2,500-20,000 trilion. kiub m. Ini adalah rizab tenaga manusia selama lebih daripada seribu tahun. Pengekstrakan hidrat secara komersial akan meningkatkan tenaga dunia tahap baru. Dengan kata lain, kajian tentang gas hidrat telah membuka sumber tenaga alternatif untuk manusia. Tetapi terdapat juga beberapa halangan serius untuk kajian dan pengeluaran komersial mereka.

Rujukan sejarah

Kemungkinan kewujudan hidrat gas telah diramalkan oleh IN Strizhov, tetapi dia bercakap tentang ketidakupayaan pengekstrakan mereka. Metana hidrat pertama kali diperoleh di makmal oleh Villars pada tahun 1888, bersama-sama dengan hidrat hidrokarbon ringan yang lain. Perlanggaran awal dengan gas hidrat dilihat sebagai masalah dan halangan kepada pengeluaran tenaga. Pada separuh pertama abad ke-20, didapati bahawa hidrat gas adalah punca penyumbatan saluran paip gas yang terletak di kawasan Artik (pada suhu melebihi 0 °C). Pada tahun 1961 penemuan Vasiliev V.G., Makagon Yu.F., Trebin F.A., Trofimuk A.A., Chersky N.V. telah didaftarkan. "Harta gas asli berada dalam keadaan pepejal kerak bumi", mengumumkan yang baru sumber semula jadi hidrokarbon - gas hidrat. Selepas itu, mereka mula bercakap lebih kuat tentang kehabisan sumber tradisional, dan sudah 10 tahun kemudian, deposit gas hidrat pertama ditemui pada Januari 1970 di Artik, di sempadan Siberia Barat, ia dipanggil Messoyakha. Selanjutnya, ekspedisi besar saintis dari kedua-dua USSR dan banyak negara lain telah dijalankan.

Perkataan kimia dan fizik

Gas hidrat ialah molekul gas yang dikelilingi oleh molekul air, seperti "gas dalam sangkar". Ini dipanggil rangka kerja clathrate air. Bayangkan bahawa pada musim panas anda menangkap rama-rama di tapak tangan anda, rama-rama adalah gas, tapak tangan anda adalah molekul air. Kerana anda melindungi rama-rama daripada pengaruh luar, tetapi ia akan mengekalkan keindahan dan keperibadiannya. Ini adalah bagaimana gas berkelakuan dalam rangka kerja clathrate.

Bergantung pada keadaan pembentukan dan keadaan bekas hidrat, hidrat secara luaran kelihatan seperti kristal lutsinar yang jelas dalam pelbagai bentuk atau mewakili jisim amorfus "salji" yang dimampatkan padat.

Hidrat berlaku dalam keadaan termobarik tertentu - keseimbangan fasa. Pada tekanan atmosfera gas hidrat gas asli wujud sehingga 20-25 °C. Oleh kerana strukturnya, satu isipadu gas hidrat boleh mengandungi sehingga 160-180 isipadu gas tulen. Ketumpatan hidrat metana adalah kira-kira 900 kg/m³, iaitu lebih rendah daripada ketumpatan air dan ais. Jika keseimbangan fasa terganggu: peningkatan suhu dan / atau penurunan tekanan, hidrat terurai menjadi gas dan air dengan penyerapan sebilangan besar kemesraan. Hidrat kristal mempunyai kadar yang tinggi rintangan elektrik, mengalirkan bunyi dengan baik, dan boleh dikatakan tidak telap untuk membebaskan molekul air dan gas, mempunyai kekonduksian terma yang rendah.

Pembangunan

Gas hidrat sukar diakses, kerana Sehingga kini, telah ditetapkan bahawa kira-kira 98% daripada deposit gas hidrat tertumpu pada paras dan cerun benua lautan, pada kedalaman air lebih daripada 200-700 m, dan hanya 2% - di bahagian subpolar benua. Oleh itu, masalah dalam pembangunan pengeluaran komersil gas hidrat dihadapi sudah pada peringkat pembangunan deposit mereka.

Sehingga kini, terdapat beberapa kaedah untuk mengesan mendapan gas hidrat: bunyi seismik, kaedah gravimetrik, pengukuran haba dan aliran meresap ke atas deposit, kajian dinamik medan elektromagnet di rantau yang dikaji, dsb.

Dalam bunyi seismik, data seismik dua dimensi (2-D) digunakan dengan kehadiran gas bebas di bawah takungan tepu hidrat, kedudukan bawah batu tepu hidrat ditentukan. Tetapi semasa penerokaan seismik, adalah mustahil untuk mengesan kualiti deposit, tahap tepu hidrat batuan. Di samping itu, penerokaan seismik tidak boleh digunakan untuk rupa bumi yang kompleks. Tetapi ia paling berfaedah dengan sisi ekonomi bagaimanapun, ia lebih baik digunakan sebagai tambahan kepada kaedah lain.

Sebagai contoh, jurang boleh diisi dengan menggunakan penerokaan elektromagnet sebagai tambahan kepada penerokaan seismik. Ia akan membolehkan untuk mencirikan batu dengan lebih tepat, disebabkan oleh rintangan individu pada titik kejadian hidrat gas. Jabatan Tenaga AS merancang untuk menjalankannya mulai 2015. Kaedah seismoelectromagnetic digunakan untuk membangunkan mendapan Laut Hitam.

Ia juga menguntungkan untuk membangunkan bidang deposit tepu kaedah gabungan pembangunan, apabila proses penguraian hidrat disertai dengan penurunan tekanan dengan pendedahan haba serentak. Menurunkan tekanan akan menjimatkan tenaga haba yang dibelanjakan untuk pemisahan hidrat, dan pemanasan medium liang akan menghalang pembentukan semula hidrat gas di zon pembentukan lubang bawah.

perlombongan

Batu penghalang seterusnya adalah secara langsung pengekstrakan hidrat. Hidrat terletak dalam bentuk pepejal, yang menyebabkan kesukaran. Oleh kerana hidrat gas berlaku di bawah keadaan termobarik tertentu, jika salah satu daripadanya dilanggar, ia akan terurai menjadi gas dan air, selaras dengan ini, teknologi pengekstrakan hidrat berikut telah dibangunkan.

1. Penurunan tekanan:

Apabila hidrat berada di luar keseimbangan fasa, ia terurai menjadi gas dan air. Teknologi ini terkenal dengan perkara remeh dan kebolehlaksanaan ekonomi, di samping itu, kejayaan perlombongan Jepun pertama pada 2013 jatuh ke bahunya. Tetapi tidak semuanya begitu cerah: air yang terhasil pada suhu rendah boleh menyumbat peralatan. Di samping itu, teknologi itu benar-benar berkesan, kerana. 13,000 cu. m gas, yang banyak kali lebih tinggi daripada kadar pengeluaran di bidang yang sama menggunakan teknologi pemanasan - 470 meter padu. m gas dalam 5 hari. (lihat jadual)

2. Pemanasan:

Sekali lagi, anda perlu menguraikan hidrat kepada gas dan air, tetapi melalui bekalan haba. Haba boleh dibekalkan dengan cara yang berbeza: suntikan penyejuk, peredaran air panas, pemanasan wap, pemanasan elektrik. Saya ingin berhenti di teknologi yang menarik ciptaan penyelidik dari Universiti Dortmund. Projek itu melibatkan pemasangan saluran paip untuk mendapan gas hidrat di dasar laut. Keanehannya ialah paip itu mempunyai dinding berganda. Air laut yang dipanaskan hingga 30-40˚С, suhu peralihan fasa, dibekalkan ke medan melalui paip dalam, dan gelembung gas metana, bersama-sama dengan air, naik melalui paip luar. Di sana, metana diasingkan daripada air, dihantar ke tangki atau ke saluran paip utama, dan air suam kembali ke mendapan gas hidrat. Walau bagaimanapun, kaedah pengekstrakan ini memerlukan kos yang tinggi, peningkatan berterusan dalam jumlah haba yang dibekalkan. Dalam kes ini, hidrat gas terurai dengan lebih perlahan.

3. Pengenalan perencat:

Juga, untuk penguraian hidrat, saya menggunakan pengenalan perencat. Institut Fizik dan Teknologi Universiti Bergen dianggap sebagai perencat karbon dioksida. Menggunakan teknologi ini, adalah mungkin untuk mendapatkan metana tanpa pengekstrakan langsung hidrat itu sendiri. Kaedah ini telah pun diuji oleh Japan National Oil, Gas and Metals Corporation (JOGMEC) dengan sokongan Jabatan Tenaga AS. Tetapi teknologi ini penuh dengan bahaya alam sekitar dan memerlukan kos yang tinggi. Reaksi berjalan dengan lebih perlahan.

Nama Projek	Tarikh	Negara yang mengambil bahagian	Syarikat	Teknologi
Mallik, Kanada		Jepun, Saluran Amerika Syarikat, Jerman, India	JOGMEC, BP, Chevron Texaco	Pemanas (air penyejuk)
Lereng Utara Alaska, Amerika Syarikat		Amerika Syarikat, Jepun	Conoco Phillips, JOGMEC	Suntikan karbon dioksida, suntikan perencat
Alaska, Amerika Syarikat			BP, Schlumberger	Penggerudian untuk mengkaji sifat-sifat gas hidrat
Mallik, Kanada		Jepun, Kanada	JOGMEC sebagai sebahagian daripada konsortium awam swasta	Penurunan tekanan
api dalam aisIgnikSikumi), Alaska, Amerika Syarikat		Amerika Syarikat, Jepun, Norway	Conoco Phillips, JOGMEC, Universiti Bergen (Norway)	suntikan karbon dioksida
Projek bersama (sendiindustriprojek) Teluk Mexico, Amerika Syarikat			Chevron sebagai ketua konsortium	Penggerudian untuk mengkaji geologi gas hidrat
Berhampiran Semenanjung Atsumi, Jepun			JOGMEC, JAPEX, Jepun Penggerudian	Penurunan tekanan

Sumber - pusat analisis berdasarkan bahan sumber terbuka

Teknologi

Satu lagi sebab kekurangan pembangunan pengeluaran komersial hidrat adalah kekurangan teknologi untuk pengeluaran menguntungkan mereka, yang menimbulkan pelaburan besar. Bergantung pada teknologi, halangan yang berbeza dihadapi: pengendalian peralatan khas untuk pengenalan unsur kimia dan / atau pemanasan tempatan untuk mengelakkan pembentukan semula hidrat gas dan tersumbat telaga; penggunaan teknologi yang menghalang pengekstrakan pasir.

Sebagai contoh, pada tahun 2008, menurut anggaran awal untuk medan Mallik di Artik Kanada, telah ditunjukkan bahawa kos pembangunan berkisar antara 195-230 dolar setiap seribu tan. kiub m untuk hidrat gas terletak di atas gas percuma, dan dalam lingkungan 250-365 dolar / ribu. kiub m untuk gas hidrat yang terletak di atas air bebas.

Untuk menyelesaikan masalah ini, adalah perlu untuk mempopularkan pengekstrakan komersil hidrat di kalangan kakitangan saintifik. Anjurkan lebih banyak persidangan saintifik, pertandingan untuk menambah baik peralatan lama atau mencipta peralatan baharu, yang boleh memberikan kos yang lebih rendah.

bahaya alam sekitar

Selain itu, pembangunan mendapan gas hidrat pasti akan membawa kepada peningkatan dalam jumlah pelepasan gas asli ke atmosfera dan, akibatnya, kepada peningkatan dalam kesan rumah hijau. Metana ialah gas rumah hijau yang kuat dan, walaupun pada hakikatnya hayatnya di atmosfera lebih pendek daripada CO₂, pemanasan yang disebabkan oleh pembebasan sejumlah besar metana ke atmosfera akan berpuluh kali lebih cepat daripada pemanasan yang disebabkan oleh karbon dioksida. Selain itu, jika pemanasan global Kesan rumah hijau atau atas sebab-sebab lain, keruntuhan sekurang-kurangnya satu deposit gas hidrat akan disebabkan, ini akan menyebabkan pembebasan besar metana ke atmosfera. Dan, seperti runtuhan salji, dari satu kejadian ke kejadian yang lain, ini akan membawa kepada perubahan iklim global di Bumi, dan akibat daripada perubahan ini tidak dapat diramalkan.

Untuk mengelakkan ini, penyepaduan data diperlukan analisis yang kompleks penerokaan, meramalkan kemungkinan tingkah laku deposit.

Letupan

Satu lagi masalah yang tidak dapat diselesaikan untuk pelombong adalah sifat hidrat gas yang agak tidak menyenangkan untuk "meletup" pada gegaran yang sedikit. Dalam kes ini, kristal dengan cepat melalui fasa transformasi menjadi keadaan gas, dan memperoleh isipadu beberapa puluh kali lebih besar daripada yang asal. Oleh itu, laporan ahli geologi Jepun sangat berhati-hati tentang prospek pembangunan hidrat metana - selepas semua, bencana platform penggerudian Deepwater Horizon, menurut beberapa saintis, termasuk Profesor Robert Bee dari University of California di Berkeley , adalah hasil daripada letupan gelembung metana gergasi, yang terbentuk daripada mendapan hidrat bawah yang diganggu oleh penggerudi.

Perlombongan minyak dan gas

Gas hidrat dianggap bukan sahaja dari sisi sumber tenaga, ia lebih kerap ditemui semasa pengeluaran minyak. Dan sekali lagi, kita beralih kepada tenggelamnya platform Deepwater Horizon di Teluk Mexico. Kemudian, untuk mengawal minyak yang keluar, kotak khas dibina, yang dirancang untuk diletakkan di atas kepala telaga kecemasan. Tetapi minyak itu ternyata sangat berkarbonat, dan metana mula membentuk keseluruhan gumpalan ais hidrat gas di dinding kotak. Mereka adalah kira-kira 10% lebih ringan daripada air, dan apabila jumlah hidrat gas menjadi cukup besar, mereka hanya mula menaikkan kotak, yang, secara umum, telah diramalkan oleh pakar terlebih dahulu.

Masalah yang sama dihadapi dalam pengeluaran gas konvensional. Sebagai tambahan kepada hidrat gas "semula jadi", pembentukan hidrat gas merupakan masalah besar dalam saluran paip gas utama yang terletak di iklim sederhana dan sejuk, kerana hidrat gas boleh menyumbat saluran paip gas dan mengurangkan pengeluarannya. Untuk mengelakkan ini daripada berlaku, sejumlah kecil perencat ditambah kepada gas asli, atau pemanasan hanya digunakan.

Masalah ini diselesaikan dengan cara yang sama seperti dalam pengeluaran: dengan menurunkan tekanan, dengan pemanasan, dengan memperkenalkan perencat.

Kesimpulan

Dalam artikel ini, halangan yang menghalang pengeluaran komersil gas hidrat telah dipertimbangkan. Mereka ditemui sudah pada peringkat pembangunan medan gas, secara langsung semasa pengeluaran itu sendiri. Di samping itu, hidrat gas kini menjadi masalah dalam pengeluaran minyak dan gas. Hari ini, rizab gas hidrat yang mengagumkan, keuntungan ekonomi memerlukan pengumpulan maklumat dan penjelasan. Pakar masih mencari penyelesaian optimum untuk pembangunan deposit hidrat gas. Tetapi dengan perkembangan teknologi, kos membangunkan deposit sepatutnya berkurangan.

Senarai bibliografi:

1. Vasiliev A., Dimitrov L. Penilaian taburan spatial dan rizab hidrat gas di Laut Hitam // Geologi dan Geofizik. 2002. No. 7. v. 43.
2. Dyadin Yu.A., Gushchin A.L. gas hidrat. // Jurnal Pendidikan Soros, No. 3, 1998, hlm. 55–64
3. Makogon Yu.F. Hidrat gas asli: pengedaran, model pembentukan, sumber. – 70 s.
4. A. A. Trofimuk, Yu. 6-komanda-vymlnefti/detail/32-komanda-vympelnefti
5. Kimia dan Kehidupan, 2006, No. 6, ms 8.
6. Hari Bumi Hampir Meninggal Dunia - 5. 12. 2002 [sumber elektronik] http://www.bbc.co.uk/science/horizon/2002/dayearthdied.shtml

Ulasan:

12/1/2015, 12:12 Mordashev Vladimir Mikhailovich
Semakan: Artikel ini ditumpukan kepada pelbagai masalah yang berkaitan dengan tugas mendesak untuk membangunkan hidrat gas - sumber tenaga yang menjanjikan. Penyelesaian masalah ini memerlukan, antara lain, analisis dan generalisasi data heterogen penyelidikan saintifik dan teknologi, yang sering tidak teratur, huru-hara. Oleh itu, penyemak mengesyorkan agar pengarang dalam kerja masa depan mereka memberi perhatian kepada artikel "Empirism for Chaos", tapak, No. 24, 2015, hlm. 124-128. Artikel "Masalah pembangunan hidrat gas" adalah kepentingan yang tidak diragukan untuk pelbagai pakar, ia harus diterbitkan.

18/12/2015 2:02 PG Balas ulasan pengarang Polina Robertovna Kurikova:
Saya berkenalan dengan artikel itu, dengan perkembangan topik selanjutnya, penyelesaian masalah yang diliputi, saya akan menggunakan cadangan ini. Terima kasih.

14. Gas asli hidrat

1. KANDUNGAN KELEMBAPAN GAS ASLI

Gas di bawah keadaan tekanan dan suhu pembentukan tepu dengan wap air, kerana batuan yang mengandungi gas sentiasa mengandungi air yang berkaitan, bawah atau marginal. Apabila gas mengalir melalui telaga, tekanan dan suhu berkurangan. Dengan penurunan suhu, jumlah wap air dalam fasa gas juga berkurangan, dan dengan penurunan tekanan, sebaliknya, kandungan lembapan dalam gas meningkat. Kandungan lembapan gas asli dalam takungan juga meningkat dengan penurunan tekanan takungan apabila medan dibangunkan.

Biasanya kandungan lembapan gas dinyatakan sebagai nisbah jisim wap air yang terkandung dalam satu unit jisim gas kepada satu unit jisim gas kering (kandungan lembapan jisim) atau dalam bilangan mol wap air per mol gas kering. (kandungan lembapan molar).

Dalam amalan, kelembapan mutlak lebih kerap digunakan, i.e. nyatakan jisim wap air per unit isipadu gas, dikurangkan kepada keadaan biasa(0°C dan 0.1 MPa). Kelembapan mutlak W diukur dalam g / m 3 atau kg setiap 1000 m 3.

Kelembapan Relatif- ini dinyatakan dalam peratusan (atau pecahan unit) nisbah jumlah wap air yang terkandung dalam isipadu unit campuran gas kepada jumlah wap air dalam isipadu yang sama dan pada suhu dan tekanan yang sama pada ketepuan penuh . Ketepuan penuh dianggarkan sebagai 100%.

Faktor-faktor yang menentukan kandungan lembapan gas asli termasuk tekanan, suhu, komposisi gas, serta jumlah garam yang terlarut dalam air yang bersentuhan dengan gas. Kandungan lembapan gas asli ditentukan secara eksperimen, menurut persamaan analitikal atau mengikut nomogram yang disusun daripada data eksperimen atau dengan pengiraan.

Pada rajah. 1 menunjukkan salah satu daripada nomogram ini, dibina sebagai hasil generalisasi data eksperimen tentang penentuan kandungan lembapan gas pada julat luas perubahan tekanan dan suhu, kandungan keseimbangan wap air dalam kg setiap 1000 m 3 gas asli dengan ketumpatan relatif 0.6, tidak mengandungi nitrogen dan bersentuhan dengan air tawar. Garis pembentukan hidrat mengehadkan kawasan keseimbangan wap air ke atas hidrat. Di bawah garisan pembentukan hidrat, nilai kelembapan diberikan untuk keadaan keseimbangan metastabil wap air ke atas air supersejuk.

nasi. 1 Nomogram wap air keseimbangan untuk gas yang bersentuhan dengan air tawar.

Menurut data eksperimen tentang kesan komposisi gas pada kandungan lembapannya, kita melihat bahawa kehadiran karbon dioksida dan hidrogen sulfida dalam gas meningkatkan kandungan lembapannya. Kehadiran nitrogen dalam gas membawa kepada penurunan kandungan lembapan, kerana komponen ini membantu mengurangkan sisihan campuran gas daripada undang-undang gas ideal dan kurang larut dalam air.

Apabila ketumpatan (atau berat molekul gas) meningkat, kandungan lembapan gas berkurangan. Perlu diingat bahawa gas daripada komposisi yang berbeza boleh mempunyai ketumpatan yang sama. Sekiranya peningkatan ketumpatan mereka berlaku disebabkan oleh peningkatan jumlah hidrokarbon berat, maka penurunan kandungan lembapan dijelaskan oleh interaksi molekul hidrokarbon ini dengan molekul air, yang terutama diucapkan pada tekanan tinggi.

Kehadiran garam terlarut dalam air pembentukan mengurangkan kandungan lembapan gas, kerana apabila garam dibubarkan dalam air, tekanan separa wap air berkurangan. Apabila kemasinan air pembentukan kurang daripada 2.5% (25 g/l), kandungan lembapan gas berkurangan dalam 5%, yang memungkinkan untuk tidak menggunakan faktor pembetulan dalam pengiraan praktikal, kerana ralat berada dalam had penentuan kelembapan kandungan mengikut nomogram (lihat Rajah 1).

2. KOMPOSISI DAN STRUKTUR HIDRAT

Gas asli tepu dengan wap air tekanan tinggi dan pada suhu positif tertentu ia mampu membentuk sebatian pepejal dengan air - hidrat.

Semasa pembangunan kebanyakan medan gas dan gas kondensat, masalah memerangi pembentukan hidrat timbul. Isu ini amat penting dalam pembangunan ladang di Siberia Barat dan Jauh ke utara. Suhu takungan yang rendah dan keadaan iklim yang keras di kawasan ini mewujudkan keadaan yang menggalakkan untuk pembentukan hidrat bukan sahaja di telaga dan saluran paip gas, tetapi juga di dalam takungan, mengakibatkan pembentukan deposit hidrat gas.

Hidrat gas asli ialah sebatian fizikokimia air yang tidak stabil dengan hidrokarbon, yang terurai menjadi gas dan air dengan peningkatan suhu atau penurunan tekanan. Dalam penampilan, ia adalah jisim kristal putih, serupa dengan ais atau salji.

Hidrat merujuk kepada bahan di mana molekul satu komponen terletak dalam rongga kekisi antara tapak molekul berkaitan komponen lain. Sebatian sedemikian biasanya dipanggil larutan pepejal interstisial, dan kadangkala sebatian kemasukan.

Molekul pembentuk hidrat dalam rongga antara nod molekul air yang berkaitan bagi kekisi hidrat dipegang oleh daya tarikan van der Waals. Hidrat terbentuk dalam bentuk dua struktur, rongga yang sebahagiannya atau sepenuhnya diisi dengan molekul pembentuk hidrat (Rajah 2). Dalam struktur I, 46 molekul air membentuk dua rongga dengan diameter dalam 5.2 10 -10 m dan enam rongga dengan diameter dalam 5.9 10 -10 m Dalam struktur II, 136 molekul air membentuk lapan rongga besar dengan diameter dalam 6.9 10 -10 m dan enam belas rongga kecil Dengan diameter dalam 4.8 10 -10 m.

nasi. Rajah 2. Struktur pembentukan hidrat: a – jenis I; b-jenis II

Apabila lapan rongga kekisi hidrat diisi, komposisi hidrat struktur I dinyatakan dengan formula 8M-46N 2 O atau M-5.75N 2 O, di mana M ialah bekas hidrat. Jika hanya rongga besar diisi, formula akan kelihatan seperti 6M-46H 2 O atau M-7.67 H 2 O. Apabila lapan rongga kekisi hidrat diisi, komposisi struktur II hidrat dinyatakan dengan formula 8M136 H 2 O atau M17H 2 O.

Formula hidrat komponen gas asli: CH 4 6H 2 O; C 2 H 6 8H 2 O; C 3 H 8 17 H 2 O; i-C 4 H 10 17H 2 O; H 2 S 6H 2 O; N 2 6H 2 O; CO 2 6H 2 O. Formula hidrat gas ini sepadan dengan keadaan ideal, iaitu, keadaan sedemikian di mana semua rongga besar dan kecil kekisi hidrat diisi sebanyak 100%. Dalam amalan, terdapat hidrat bercampur yang terdiri daripada struktur I dan II.

Syarat untuk pembentukan hidrat

Idea tentang syarat pembentukan hidrat diberikan oleh rajah fasa keseimbangan heterogen yang dibina untuk sistem M-H 2 O (Rajah 3).

nasi. 3. Gambar rajah keadaan fasa hidrat pelbagai ketumpatan relatif

Pada titik itu DENGAN terdapat empat fasa serentak (/, //, ///, IV): bekas hidrat gas, larutan cecair bekas hidrat dalam air, larutan air dalam bekas hidrat dan hidrat. Pada titik persilangan lengkung 1 dan 2 sistem invarian yang sepadan, adalah mustahil untuk menukar suhu, tekanan, atau komposisi sistem tanpa kehilangan salah satu fasa. Pada semua suhu di atas nilai yang sepadan pada titik DENGAN hidrat tidak boleh wujud, tidak kira betapa besar tekanannya. Oleh itu, titik C dianggap sebagai titik kritikal pembentukan hidrat. Pada titik persilangan lengkung 2 Dan 3 (titik DALAM) titik invarian kedua muncul, di mana wujud bekas hidrat gas, larutan cecair bekas hidrat dalam air, hidrat dan ais.

Ia mengikuti daripada rajah ini bahawa dalam sistem M-H 2 O, pembentukan hidrat adalah mungkin melalui proses berikut:

M g + m(H 2 O) w ↔M m(H 2 O) tv;

M g + m(H 2 O) TV ↔M m(H 2 O) tv;

M f + m(H 2 O) w ↔M m(H 2 O) tv;

M tv + m(H 2 O) TV ↔M m(H 2 O) tv;

Di sini M g, M f, M tv ialah simbol bekas hidrat, masing-masing, gas, cecair dan pepejal; (H 2 O) w, (H 2 O) TV - masing-masing molekul cecair dan pepejal (ais); T - bilangan molekul air dalam hidrat.

Untuk pendidikan hidrat, adalah perlu bahawa tekanan separa wap air ke atas hidrat lebih tinggi daripada keanjalan wap ini dalam komposisi hidrat. Perubahan suhu pembentukan hidrat dipengaruhi oleh: komposisi bekas hidrat, ketulenan air, pergolakan, kehadiran pusat penghabluran, dsb.

Dalam amalan, syarat untuk pembentukan hidrat ditentukan menggunakan graf keseimbangan (Rajah 4) atau dengan pengiraan - dengan pemalar keseimbangan dan dengan kaedah grafik-analisis mengikut persamaan Barrer-Stewart.

nasi. 4. Keluk keseimbangan untuk pembentukan hidrat gas asli bergantung kepada suhu dan tekanan

Daripada rajah. 4 ia berikutan bahawa semakin tinggi ketumpatan gas, semakin tinggi suhu pembentukan hidrat. Walau bagaimanapun, kami perhatikan bahawa dengan peningkatan ketumpatan gas, suhu pembentukan hidrat tidak selalu meningkat. Gas asli dengan ketumpatan rendah boleh membentuk hidrat pada lebih tinggi suhu tinggi daripada gas asli dengan ketumpatan yang lebih tinggi. Jika komponen bukan pembentuk hidrat mempengaruhi peningkatan ketumpatan gas asli, maka suhu pembentukan hidratnya berkurangan. Jika komponen pembentuk hidrat yang berbeza terlibat, maka suhu pembentukan hidrat akan lebih tinggi untuk komposisi gas di mana komponen dengan kestabilan yang lebih besar mendominasi.

Keadaan untuk pembentukan hidrat gas asli mengikut pemalar keseimbangan ditentukan oleh formula: z= y/K, di mana z, y– pecahan molar komponen, masing-masing, dalam komposisi hidrat dan fasa gas; KEPADA - pemalar keseimbangan.

Parameter keseimbangan pembentukan hidrat mengikut pemalar keseimbangan pada suhu dan tekanan yang diberikan dikira seperti berikut. Mula-mula cari pemalar untuk setiap komponen, dan kemudian pecahan mol komponen dibahagikan dengan pemalar didapati keseimbangannya dan nilai yang terhasil ditambah. Jika jumlahnya sama dengan satu, sistem adalah keseimbangan termodinamik, jika ia lebih besar daripada satu, terdapat syarat untuk pembentukan hidrat, jika jumlahnya kurang daripada satu, hidrat tidak boleh terbentuk.

Hidrat individu dan semula jadi gas hidrokarbon

Metana hidrat pertama kali diperoleh pada tahun 1888 pada suhu maksimum 21.5°C. Katz dan lain-lain, mengkaji parameter keseimbangan (tekanan dan suhu) pembentukan hidrat metana pada tekanan 33.0–76.0 MPa, memperoleh hidrat metana pada suhu 28.8 °C. Dalam salah satu kerja, telah diperhatikan bahawa suhu pembentukan hidrat komponen ini pada tekanan 390 MPa meningkat kepada 47 °C.

3. PEMBENTUKAN HIDRAT DALAM PERGI DAN KAEDAH UNTUK PEMBUANGANNYA

Pembentukan hidrat dalam telaga dan saluran paip gas medan dan pilihan kaedah untuk menanganinya sebahagian besarnya bergantung pada suhu takungan, keadaan iklim dan mod operasi dengan baik.

Selalunya dalam lubang telaga terdapat syarat untuk pembentukan hidrat, apabila suhu gas semasa ia bergerak ke atas dari bawah ke kepala telaga menjadi di bawah suhu pembentukan hidrat. Akibatnya, telaga tersumbat dengan hidrat.

Perubahan suhu gas di sepanjang lubang telaga boleh ditentukan menggunakan termometer lubang bawah atau dengan pengiraan.

Pembentukan hidrat dalam lubang telaga boleh dicegah dengan penebat haba rentetan mengalir atau selongsong, dengan menaikkan suhu gas dalam lubang telaga menggunakan pemanas. Cara yang paling biasa untuk mencegah pembentukan hidrat adalah dengan membekalkan perencat (metanol, glikol) kepada aliran gas. Kadangkala perencat dibekalkan melalui anulus. Pilihan reagen bergantung kepada banyak faktor.

Tempat di mana hidrat mula terbentuk dalam telaga ditentukan oleh titik persilangan lengkung keseimbangan pembentukan hidrat dengan lengkung perubahan suhu gas di sepanjang lubang telaga (Rajah 8). Dalam amalan, pembentukan hidrat dalam lubang telaga dapat dilihat dengan penurunan tekanan kerja di kepala telaga dan penurunan dalam kadar aliran gas. Jika hidrat tidak menutup sepenuhnya bahagian telaga, penguraian mereka paling mudah dicapai dengan bantuan perencat. Adalah lebih sukar untuk menangani deposit hidrat yang bertindih sepenuhnya pada keratan rentas paip air pancut dan membentuk palam hidrat berterusan. Dengan panjang palam yang kecil, ia biasanya disingkirkan dengan meniup telaga. Dengan panjang yang ketara, pelepasan gabus ke atmosfera didahului oleh tempoh tertentu di mana ia sebahagiannya terurai akibat penurunan tekanan. Tempoh tempoh penguraian hidrat bergantung kepada panjang palam, suhu gas dan persekitaran. batu. Zarah pepejal (pasir, enap cemar, skala, zarah larutan tanah liat, dll.) memperlahankan penguraian gabus. Inhibitor digunakan untuk mempercepatkan proses ini.

Ia juga harus diambil kira bahawa apabila palam hidrat terbentuk di zon suhu negatif, kesannya diperoleh hanya apabila tekanan diturunkan. Hakikatnya ialah air yang dibebaskan semasa penguraian hidrat pada kepekatan perencat yang rendah boleh membeku dan palam ais terbentuk dan bukannya hidrat, yang sukar untuk dihapuskan.

Jika palam panjang telah terbentuk dalam lubang telaga, ia boleh dihapuskan dengan menggunakan perencat litar tertutup pada palam. Akibatnya, kekotoran mekanikal dihanyutkan, dan perencat kepekatan tinggi sentiasa ada pada permukaan palam hidrat.

4. PEMBENTUKAN HIDRAT DALAM TALIAN PAIP GAS

Untuk memerangi mendapan hidrat di lapangan dan saluran paip gas utama, kaedah yang sama digunakan seperti dalam telaga. Di samping itu, pembentukan hidrat boleh dicegah dengan memperkenalkan perencat dan penebat haba bulu.

Menurut data pengiraan, penebat haba saluran paip dengan busa poliuretana setebal 0.5 cm dengan kadar aliran telaga purata 3 juta m 3 / hari menyediakan mod operasi tanpa hidrat dengan panjang sehingga 3 km, dan dengan kadar aliran 1 juta m 3 / hari - sehingga 2 km. Dalam amalan, ketebalan penebat haba gelung, dengan mengambil kira margin, boleh diambil sama dengan dalam 1-1.5 cm.

Untuk memerangi pembentukan hidrat dalam kajian telaga, kaedah digunakan yang menghalangnya daripada melekat pada dinding paip. Untuk tujuan ini, bahan aktif permukaan (surfaktan), kondensat atau produk minyak dimasukkan ke dalam aliran gas. Dalam kes ini, filem hidrofobik terbentuk di dinding paip, dan hidrat longgar mudah diangkut oleh aliran gas. Surfaktan, meliputi permukaan cecair dan pepejal dengan lapisan paling nipis, menyumbang kepada perubahan mendadak dalam keadaan interaksi hidrat dengan dinding paip.

Hidrat larutan akueus surfaktan tidak melekat pada dinding. Surfaktan larut air terbaik - OP-7, OP-10, OP-20 dan INCP-9 - hanya boleh digunakan di kawasan suhu positif. Daripada surfaktan larut minyak, OP-4 adalah yang terbaik, pengemulsi yang baik.

Tambahan kepada 1 liter produk petroleum (nafta, minyak tanah, bahan api diesel, kondensat stabil), masing-masing 10; 12.7 dan 6 g OP-4 menghalang hidrat daripada melekat pada dinding paip. Campuran 15–20% (mengikut isipadu) minyak suria dan 80–85% kondensat stabil menghalang mendapan hidrat pada permukaan paip. Penggunaan campuran sedemikian ialah 5-6 liter setiap 1000 m 3 gas.

Rejim suhu saluran paip gas

Selepas mengira suhu dan tekanan sepanjang saluran paip gas dan mengetahui nilai keseimbangannya, adalah mungkin untuk menentukan keadaan untuk pembentukan hidrat. Suhu gas dikira menggunakan formula Shukhov, yang mengambil kira pertukaran haba antara gas dan tanah. Lagi formula am, yang mengambil kira pertukaran haba dengan persekitaran, kesan Joule-Thomson, serta pengaruh pelepasan laluan, mempunyai bentuk

nasi. 9. Perubahan suhu gas di sepanjang saluran paip gas bawah tanah. 1 - suhu diukur; 2 - perubahan suhu mengikut formula (2); 3 – suhu tanah.

di mana , – suhu, masing-masing, gas dalam saluran paip gas dan persekitaran; – suhu gas awal; – jarak dari permulaan saluran paip gas ke titik yang dipertimbangkan; – Pekali Joule-Thomson; , – tekanan, masing-masing, pada permulaan dan akhir saluran paip gas; – panjang saluran paip gas; – pecutan graviti; – perbezaan ketinggian hujung dan titik permulaan saluran paip gas; – kapasiti haba gas pada tekanan malar; – pekali pemindahan haba kepada alam sekitar; – diameter saluran paip; ialah ketumpatan gas; ialah isipadu aliran gas.

Untuk saluran paip gas mendatar, formula (1) dipermudahkan dan berbentuk

(2)

Pengiraan dan pemerhatian menunjukkan bahawa suhu gas di sepanjang saluran paip gas secara beransur-ansur menghampiri suhu tanah (Rajah 9).

Penyamaan suhu saluran paip gas dan tanah bergantung kepada banyak faktor. Jarak di mana perbezaan suhu antara gas dalam saluran paip dan tanah menjadi tidak dapat dilihat boleh ditentukan jika dalam persamaan (2) kita ambil dan .

(3)

Sebagai contoh, mengikut data yang dikira, pada saluran paip gas bawah air dengan diameter 200 mm dengan kapasiti 800 ribu m 3 / hari, suhu gas menyamai dengan suhu air pada jarak 0.5 km, dan di bawah tanah. saluran paip gas dengan parameter yang sama - pada jarak 17 km.

5. PENCEGAHAN DAN KAWALAN PEMBENTUKAN GAS ASLI HIDRAT

Kaedah yang berkesan dan boleh dipercayai untuk mencegah pembentukan hidrat adalah dengan mengeringkan gas sebelum ia memasuki saluran paip. Penyahhidratan perlu dilakukan ke takat embun yang akan memastikan cara pengangkutan gas biasa. Sebagai peraturan, pengeringan dilakukan ke takat embun 5-6°C di bawah suhu gas minimum yang mungkin dalam saluran paip gas. Titik embun harus dipilih dengan mengambil kira syarat untuk memastikan bekalan gas yang boleh dipercayai di sepanjang laluan pergerakan gas dari lapangan ke pengguna.

Pengenalan perencat yang digunakan dalam penghapusan palam hidrat

Lokasi pembentukan palam hidrat biasanya boleh ditentukan oleh peningkatan penurunan tekanan dalam bahagian tertentu saluran paip gas. Jika palam tidak kukuh, maka perencat dimasukkan ke dalam saluran paip melalui muncung khas, kelengkapan untuk tolok tekanan atau melalui lilin pembersihan. Jika palam hidrat berterusan dengan panjang kecil telah terbentuk dalam saluran paip, ia kadangkala boleh disingkirkan dengan cara yang sama. Dengan panjang palam ratusan meter, beberapa tingkap dipotong di dalam paip di atas palam hidrat dan metanol dituangkan melaluinya. Kemudian paip dikimpal semula.

nasi. 10. Kebergantungan takat beku air pada kepekatan larutan. Perencat: 1-gliserin; 2-TEG; 3-DEG; 4-EG; 5–C 2 H 5 OH; 7–NaCl; 8–CaCI2; 9-MgCl 2.

Untuk penguraian cepat palam hidrat, kaedah gabungan digunakan; Pada masa yang sama dengan pengenalan perencat dalam zon pembentukan hidrat, tekanan dikurangkan.

Penyingkiran palam hidrat dengan pengurangan tekanan. Intipati kaedah ini terletak pada pelanggaran keadaan keseimbangan hidrat, mengakibatkan penguraian mereka. Tekanan dikurangkan dalam tiga cara:

- matikan bahagian saluran paip gas di mana palam telah terbentuk, dan gas disalurkan melalui lilin dari kedua-dua belah pihak;

- sekat injap talian pada satu sisi dan lepaskan ke atmosfera gas yang tertutup di antara palam dan salah satu injap tertutup;

- matikan bahagian saluran paip gas pada kedua-dua belah palam dan lepaskan ke atmosfera gas yang tertutup di antara palam dan salah satu injap tutup.

Selepas penguraian hidrat, perkara berikut diambil kira: kemungkinan pengumpulan hidrokarbon cecair di kawasan yang ditiup dan pembentukan palam hidrat-ais berulang akibat penurunan suhu yang mendadak.

Pada suhu negatif, kaedah pengurangan tekanan dalam beberapa kes tidak mendapat kesan yang diingini, kerana air yang terbentuk akibat penguraian hidrat bertukar menjadi ais dan membentuk palam ais. Dalam kes ini, kaedah pengurangan tekanan digunakan dalam kombinasi dengan pengenalan perencat ke dalam saluran paip. Jumlah perencat hendaklah sedemikian rupa sehingga pada suhu tertentu, larutan perencat yang diperkenalkan dan air, hasil daripada penguraian hidrat, tidak membeku (Rajah 10).

Penguraian hidrat melalui pengurangan tekanan dalam kombinasi dengan pengenalan perencat adalah lebih cepat daripada menggunakan setiap kaedah secara berasingan.

Penyingkiran palam hidrat dalam saluran paip gas asli dan cecair melalui pemanasan. Dengan kaedah ini, peningkatan suhu di atas suhu keseimbangan untuk pembentukan hidrat membawa kepada penguraian mereka. Dalam amalan, saluran paip dipanaskan dengan air panas atau wap. Kajian telah menunjukkan bahawa peningkatan suhu pada titik sentuhan hidrat dan logam kepada 30–40°C adalah mencukupi untuk penguraian hidrat yang cepat.

Perencat Hidrat

Dalam amalan, metanol dan glikol digunakan secara meluas untuk memerangi pembentukan hidrat. Kadangkala hidrokarbon cecair, surfaktan, air pembentukan, campuran pelbagai perencat, seperti metanol dengan larutan kalsium klorida, dsb., digunakan.

Metanol mempunyai tahap yang tinggi untuk menurunkan suhu pembentukan hidrat, keupayaan untuk mengurai dengan cepat palam hidrat yang telah terbentuk dan bercampur dengan air dalam sebarang nisbah, kelikatan rendah dan takat beku yang rendah.

Metanol adalah racun yang kuat, pengambilan walaupun sedikit dos boleh menyebabkan hasil maut oleh itu, penjagaan khas diperlukan apabila bekerja dengannya.

Glikol (etilena glikol, dietilena glikol, trietilena glikol) sering digunakan untuk pengeringan gas dan sebagai perencat untuk mengawal mendapan hidrat. Inhibitor yang paling biasa ialah dietilena glikol, walaupun etilena glikol lebih berkesan: ia larutan akueus mempunyai takat beku yang lebih rendah, kelikatan yang lebih rendah, dan keterlarutan yang rendah dalam gas hidrokarbon, yang mengurangkan kehilangannya dengan ketara.

Jumlah metanol yang diperlukan untuk menghalang pembentukan hidrat dalam gas cecair, adalah mungkin untuk menentukan Oleh graf yang ditunjukkan dalam rajah. 12. Untuk menentukan penggunaan metanol yang diperlukan untuk mengelakkan pembentukan hidrat dalam gas asli dan cecair, teruskan seperti berikut. Untuk penggunaannya, didapati dari Rajah. 11 dan 12, jumlah metanol yang melalui fasa gas perlu ditambah. Jumlah metanol dalam fasa gas dengan ketara melebihi kandungannya dalam fasa cecair.

MELAWAN PEMBENTUKAN HIDRAT DALAM TALIAN PAIP GAS UTAMA

(Gromov V.V., Kozlovsky V.I. Operator saluran paip gas utama. - M.; Nedra, 1981. - 246 p.)

Pembentukan hidrat kristal dalam saluran paip gas berlaku apabila gas tepu sepenuhnya dengan wap air pada tekanan dan suhu tertentu. Hidrat kristal ialah sebatian hidrokarbon yang tidak stabil dengan air. Dari segi rupa, ia kelihatan seperti salji yang dimampatkan. Hidrat yang diekstrak daripada saluran paip gas cepat terurai menjadi gas dan air di udara.

Pembentukan hidrat digalakkan oleh kehadiran dalam saluran paip gas air yang melembapkan gas, objek asing yang menyempitkan keratan rentas saluran paip gas, serta bumi dan pasir, zarah yang berfungsi sebagai pusat penghabluran. Tidak penting ialah kandungan dalam gas asli gas hidrokarbon lain sebagai tambahan kepada metana (C 3 H 8 , C 4 H 10 , H 2 S).

Mengetahui di bawah keadaan apa hidrat terbentuk dalam saluran paip gas (komposisi gas, takat embun - suhu di mana kelembapan yang terkandung dalam gas terkondensasi, tekanan dan suhu gas di sepanjang laluan), adalah mungkin untuk mengambil langkah-langkah untuk mengelakkannya. pembentukan. Dalam memerangi hidrat, cara yang paling radikal ialah mengeringkan gas di kemudahan kepala saluran paip gas ke takat embun yang akan menjadi 5-7 ° C lebih rendah daripada suhu gas paling rendah yang mungkin dalam saluran paip gas pada musim sejuk.

Dalam kes pengeringan yang tidak mencukupi atau ketiadaannya, perencat digunakan untuk menghalang pembentukan dan pemusnahan hidrat yang terbentuk, menyerap sebahagian daripada wap air daripada gas dan menjadikannya tidak berupaya untuk membentuk hidrat pada tekanan tertentu. Perencat seperti metil alkohol (metanol–CH 3 OH ), larutan etilena glikol, dietilena glikol, trietilena glikol, kalsium klorida. Daripada perencat ini, metanol sering digunakan pada saluran paip gas utama.

Untuk memusnahkan hidrat yang terbentuk, kaedah digunakan untuk mengurangkan tekanan dalam bahagian saluran paip gas kepada tekanan yang hampir dengan atmosfera (tidak lebih rendah daripada lebihan 200-500 Pa). Palam penghidratan dimusnahkan dalam 20–30 minit hingga beberapa jam, bergantung pada sifat dan saiz palam, dan suhu tanah. Di kawasan yang mempunyai suhu tanah negatif, air yang terbentuk hasil daripada penguraian hidrat boleh membeku, membentuk palam ais, yang jauh lebih sukar untuk dihapuskan daripada palam hidrat. Untuk mempercepatkan pemusnahan gabus dan mencegah pembentukan ais, kaedah yang diterangkan digunakan bersama-sama dengan satu pengisian sejumlah besar metanol.

Penurunan tekanan yang meningkat dalam saluran paip gas dikesan oleh bacaan tolok tekanan yang dipasang pada injap di sepanjang laluan saluran paip gas. Mengikut bacaan tolok tekanan, graf penurunan tekanan dibina. Jika anda mengukur tekanan dalam bahagian panjang / pada masa yang sama dan plot nilai kuasa dua tekanan mutlak pada graf dengan koordinat p 2(MPa)- l(km), maka semua titik mesti terletak pada garis lurus yang sama (Rajah 13). Sisihan daripada garis lurus pada graf menunjukkan kawasan dengan penurunan tekanan yang tidak normal, di mana proses pembentukan hidrat berlaku.

Apabila penurunan tekanan yang tidak normal dikesan dalam saluran paip gas, loji metanol biasanya beroperasi atau, jika tiada yang terakhir, penuangan metanol satu kali melalui lilin dilakukan, yang mana paip dikimpal pada hujung atas lilin. Dengan paip bawah ditutup, metanol dituangkan ke dalam lilin melalui paip atas. Kemudian paip atas ditutup dan paip bawah dibuka. Selepas metanol mengalir ke saluran paip gas, injap bawah ditutup. Untuk menuang jumlah yang diperlukan metanol operasi ini diulang beberapa kali.

Bekalan metanol melalui tangki metanol dan pengisian serentak metanol mungkin tidak memberikan kesan yang diingini, atau, berdasarkan magnitud dan peningkatan pesat dalam penurunan tekanan, terdapat ancaman penyumbatan. Dengan cara ini, sejumlah besar metanol dituangkan serentak dan pembersihan gas dijalankan di sepanjang aliran gas. Jumlah metanol yang dituangkan ke dalam bahagian saluran paip gas dengan panjang 20–25 km dan diameter 820 mm ialah 2–3 tan. Metanol dituangkan melalui lilin pada permulaan bahagian, selepas itu paip pada permulaan dan hujung bahagian ditutup, gas dilepaskan ke atmosfera melalui lilin di hadapan pili di hujung bahagian.

Dalam keadaan yang lebih sukar, selepas menuang metanol, bahagian saluran paip gas dimatikan dengan mematikan paip di kedua-dua hujung, gas dilepaskan melalui lilin di kedua-dua hujung, mengurangkan tekanan kepada hampir atmosfera (tidak lebih rendah daripada lebihan 200–500 Pa). Selepas beberapa lama, semasa palam hidrat akan runtuh tanpa tekanan dan di bawah tindakan metanol, buka paip pada permulaan bahagian dan tiup lilin di hujung bahagian untuk mengalihkan palam dari tempatnya . Penyingkiran palam hidrat menggunakan tiupan adalah tidak selamat, kerana jika ia tiba-tiba dimusnahkan dalam saluran paip gas, kadar aliran gas yang tinggi mungkin berlaku, menjerat sisa palam yang musnah. Ia adalah perlu untuk memantau dengan teliti tekanan di kawasan sebelum dan selepas palam untuk mengelakkan kejatuhan yang sangat besar. Dengan perbezaan yang besar, menunjukkan pertindihan bahagian penting bahagian paip, tempat pembentukan palam boleh ditentukan dengan mudah oleh bunyi ciri yang berlaku semasa pendikitan gas, yang didengar dari permukaan tanah. Dengan penyumbatan lengkap saluran paip gas, tiada bunyi bising.

Sebatian yang terbentuk di bawah keadaan termobarik tertentu daripada air dan. Nama clathrate, dari bahasa Latin "clathratus", yang bermaksud "memasukkan ke dalam sangkar", diberikan oleh Powell dalam . Gas hidrat adalah bukan stoikiometrik, iaitu sebatian komposisi berubah-ubah. Buat pertama kalinya hidrat gas (gas sulfur dan klorin) diperhatikan pada penghujung J. Priestley, B. Peletier dan W. Karsten.

Hidrat gas pertama kali diterangkan oleh Humphrey Davy pada tahun 1810. Menjelang tahun 1888, Willard mendapat hidrat, C 2 H 2 , dan N 2 O.

Pada tahun 1940-an, saintis Soviet mengemukakan hipotesis tentang kehadiran deposit hidrat gas di zon itu. Pada tahun 1960-an, mereka juga menemui deposit pertama gas hidrat di utara USSR. Sejak itu, gas hidrat telah dianggap sebagai sumber bahan api yang berpotensi. Secara beransur-ansur, pengedarannya yang luas di lautan dan ketidakstabilan dengan peningkatan suhu menjadi jelas. Oleh itu, kini hidrat gas asli menarik perhatian khusus sebagai kemungkinan sumber bahan api fosil, serta peserta dalam perubahan iklim.

Sifat hidrat

Gas hidrat secara luaran menyerupai salji termampat. Mereka selalunya mempunyai bau ciri gas asli, dan mungkin terbakar. Oleh kerana struktur klatratnya, satu isipadu gas hidrat boleh mengandungi sehingga 160-180 cm³ gas tulen. Mereka mudah terurai menjadi air dan gas apabila suhu meningkat.

Struktur hidrat

Dalam struktur hidrat gas, molekul membentuk kerangka terbuka (iaitu, kekisi perumah), di mana terdapat rongga. Rongga ini boleh diduduki oleh gas ("molekul tetamu"). Molekul gas disambungkan ke kerangka air oleh ikatan van der Waals. Secara umum, komposisi gas hidrat diterangkan oleh formula M n H 2 O, di mana M ialah molekul gas pembentuk hidrat, n ialah bilangan molekul air bagi setiap satu molekul gas yang disertakan, dan n ialah nombor berubah bergantung kepada jenis agen pembentuk hidrat, tekanan dan suhu. Pada masa ini, sekurang-kurangnya tiga pengubahsuaian kristal hidrat gas diketahui:

Struktur I

Struktur II.

struktur H.

Gas hidrat dalam alam semula jadi

Kebanyakan (, dsb.) membentuk hidrat yang wujud dalam keadaan termobarik tertentu. Kawasan kewujudan mereka terhad kepada sedimen dasar laut dan kawasan batu. Hidrat gas asli yang utama ialah karbon dioksida.

Semasa pengeluaran gas, hidrat boleh terbentuk dalam lubang telaga, komunikasi lapangan dan saluran paip gas utama. Didepositkan pada dinding paip, hidrat mengurangkan pengeluarannya dengan mendadak. Untuk memerangi pembentukan hidrat dalam medan gas, pelbagai (glikol, 30% larutan CaCl 2) disuntik ke dalam telaga dan saluran paip, dan suhu aliran gas dikekalkan di atas suhu pembentukan hidrat menggunakan pemanas, penebat haba saluran paip dan pemilihan mod pengendalian yang menyediakan suhu maksimum aliran gas. Untuk mengelakkan pembentukan hidrat dalam saluran paip gas utama, pengeringan gas adalah yang paling berkesan - penulenan gas daripada wap air.

Gas asli hidrat

Kajian telah menunjukkan bahawa dalam keadaan termodinamik tertentu, gas asli dalam kerak bumi bersentuhan dengan air liang pembentukan, membentuk sebatian pepejal - hidrat gas, pengumpulan besar yang membentuk deposit hidrat gas.

Gas asli dalam keadaan terhidrat terikat dicirikan oleh sifat yang berbeza daripada dalam keadaan bebas.

Gas hidrat ialah sebatian pepejal (klatrat) di mana molekul gas pada tekanan dan suhu tertentu mengisi lompang struktur kekisi kristal, dibentuk oleh molekul air melalui ikatan hidrogen yang kuat. Semasa pembentukan hidrat dan pembinaan rongga kerawang, molekul air, seolah-olah, dialihkan oleh molekul gas yang tertutup dalam rongga ini - isipadu air tertentu dalam keadaan terhidrat meningkat kepada 1.26-1.32 cm3 / g (the isipadu tentu air dalam keadaan ais ialah 1.09 cm3/g).

Pada masa ini, parameter keseimbangan pembentukan hidrat hampir semua gas asli dan sintetik yang diketahui telah diperoleh dan dikaji. Pengecualian ialah hidrogen, helium dan neon.

Tujuan kerja saya adalah untuk mengetahui apakah hidrat gas asli dan untuk mempertimbangkan mendapan gas hidrat dengan contoh.

Tugas-tugasnya ialah:

1. mempelajari sejarah kajian gas asli

2. mengkaji sifat hidrat

3. pertimbangkan deposit

Gas hidrat (juga gas asli hidrat atau klatrat) ialah sebatian kristal yang terbentuk di bawah keadaan termobarik tertentu daripada air dan gas. Nama "clathrates" (dari bahasa Latin clathratus - "untuk dimasukkan ke dalam sangkar") diberikan oleh Powell pada tahun 1948. Gas hidrat ialah sebatian bukan stoikiometrik, iaitu sebatian komposisi berubah-ubah.

Buat pertama kalinya, gas hidrat (sulfur dioksida dan klorin) diperhatikan pada akhir abad ke-18 oleh J. Priestley, B. Peletier dan W. Karsten. Penerangan pertama gas hidrat telah diberikan oleh G. Davy pada tahun 1810 (klorin hidrat). Pada tahun 1823, Faraday lebih kurang menentukan komposisi hidrat klorin, pada tahun 1829 Levitt menemui hidrat bromin, dan pada tahun 1840 Wöhler memperoleh hidrat H2S. Menjelang tahun 1888, P. Villard telah menerima hidrat CH4, C2H6, C2H4, C2H2 dan N2O.

Sifat klatrat gas hidrat telah disahkan pada tahun 1950-an. selepas kajian X-ray oleh Stackelberg dan Müller, hasil kerja Pauling, Claussen.

Pada tahun 1940-an, saintis Soviet mengemukakan hipotesis tentang kehadiran mendapan gas hidrat di zon itu. permafrost(Strizhov, Mokhnatkin, Chersky). Pada tahun 1960-an, mereka juga menemui deposit pertama gas hidrat di utara USSR. Pada masa yang sama, kemungkinan pembentukan dan kewujudan hidrat dalam keadaan semula jadi mendapati pengesahan makmal (Makogon).

Sejak itu, gas hidrat telah dianggap sebagai sumber bahan api yang berpotensi. Menurut pelbagai anggaran, rizab hidrokarbon dalam hidrat berjulat dari 1.8×1014 hingga 7.6×1018 m³ (Rajah 1)

Rajah 1. Rizab sumber hidrokarbon.

Ternyata pengedaran mereka yang luas di lautan dan permafrost di benua, ketidakstabilan dengan peningkatan suhu dan penurunan tekanan.

Pada tahun 1969, pembangunan ladang Messoyakha di Siberia bermula, di mana dipercayai bahawa buat pertama kalinya adalah mungkin (secara kebetulan) untuk mengekstrak gas asli secara langsung daripada hidrat (sehingga 36% daripada jumlah pengeluaran pada tahun 1990). .

Kini hidrat gas asli menarik perhatian khusus sebagai sumber bahan api fosil yang mungkin, serta peserta dalam perubahan iklim (lihat hipotesis metana hidrat pistol).

Maklumat am tentang hidrat

Gas asli tepu dengan wap air, pada tekanan tinggi dan pada suhu positif tertentu, mampu membentuk sebatian pepejal dengan air - hidrat.

Hidrat ialah sebatian fizikokimia bagi gas hidrokarbon dan bukan hidrokarbon dengan air. Hidrat gas asli bercampur.

Rajah.2. Gas metana hidrat

Dalam penampilan, mereka kelihatan seperti salji yang longgar (Rajah 2.). Keadaan utama untuk pembentukan hidrat ialah penurunan suhu dan peningkatan tekanan dan kehadiran kelembapan. Pembentukan mereka dipengaruhi oleh komposisi gas. Hidrogen sulfida dan karbon dioksida menggalakkan pembentukan hidrat, terutamanya hidrogen sulfida, walaupun dengan kandungan hidrogen sulfida yang rendah, suhu pembentukan hidrat meningkat. Nitrogen, hidrokarbon lebih berat daripada butana, serta air pembentukan mineral memburukkan keadaan untuk pembentukan hidrat.

nasi. 3. Pembentukan hidrat keseimbangan.

Kebarangkalian pembentukan hidrat meningkat dengan peningkatan tekanan dan penurunan suhu, apabila kandungan lembapan gas meningkat (Rajah 3). Sejumlah air sentiasa ada dalam gas yang diangkut, dan jika gas itu tepu dengan kelembapan, maka apabila suhu jatuh di bawah "titik embun air", hidrat akan terbentuk dalam saluran paip gas.

Hidrat merujuk kepada bahan di mana molekul satu komponen terletak dalam rongga kekisi antara tapak molekul berkaitan komponen lain. Sebatian sedemikian biasanya dipanggil larutan pepejal interstisial, dan kadangkala sebatian kemasukan.

nasi. 4. Struktur pembentukan hidrat.

Molekul pembentuk hidrat dalam rongga antara nod molekul air yang berkaitan bagi kekisi hidrat dipegang oleh daya tarikan van der Waals. Hidrat terbentuk dalam bentuk dua struktur, rongga yang sebahagiannya atau sepenuhnya diisi dengan molekul pembentuk hidrat (Rajah 4). Dalam struktur 1 (a), 46 molekul air membentuk dua rongga dengan diameter dalam 5.2 * 10 - 10 m dan enam rongga dengan diameter dalam 5.9 * 10 - 10 m; dalam struktur II (b), 136 molekul air membentuk lapan rongga besar dengan diameter dalaman 6.9 * 10 - 10 m dan enam belas rongga kecil dengan diameter dalaman 4.8 * 10 - 10 m.

Apabila mengisi lapan rongga kekisi hidrat, komposisi hidrat struktur 1 dinyatakan dengan formula 8M - 46H2O atau M - 5.75H2O, di mana M ialah bekas hidrat.

Sifat hidrat

Hidrat gas asli adalah mineral metastabil, pembentukan dan penguraian bergantung kepada suhu, tekanan, komposisi kimia gas dan air, sifat medium berliang, dsb.

Morfologi gas hidrat sangat pelbagai. Pada masa ini, terdapat tiga jenis kristal utama:

Kristal besar-besaran. Mereka terbentuk kerana penyerapan gas dan air pada seluruh permukaan kristal yang terus berkembang.

Kristal Kumis. Ia timbul semasa penyerapan terowong molekul ke dasar kristal yang semakin meningkat.

Kristal gel. Ia terbentuk dalam isipadu air daripada gas yang terlarut di dalamnya apabila keadaan pembentukan hidrat dicapai.

Dalam lapisan batuan, hidrat boleh sama ada diedarkan dalam bentuk kemasukan mikroskopik atau membentuk zarah besar, sehingga lapisan lanjutan dengan ketebalan beberapa meter.

Oleh kerana struktur klatratnya, satu isipadu gas hidrat boleh mengandungi sehingga 160-180 isipadu gas tulen. Ketumpatan hidrat adalah lebih rendah daripada ketumpatan air dan ais (untuk hidrat metana kira-kira 900 kg/m³).

Dengan peningkatan suhu dan penurunan tekanan, hidrat terurai menjadi gas dan air dengan penyerapan sejumlah besar haba. Penguraian hidrat dalam isipadu tertutup atau dalam medium berliang (keadaan semula jadi) membawa kepada peningkatan tekanan yang ketara.

Hidrat kristal mempunyai rintangan elektrik yang tinggi, mengalirkan bunyi dengan baik, dan boleh dikatakan tidak telap kepada molekul air dan gas yang bebas. Mereka dicirikan oleh kekonduksian haba yang rendah secara anomali (untuk hidrat metana pada 273 K ia adalah lima kali lebih rendah daripada ais).

Untuk menerangkan sifat termodinamik hidrat, teori van der Waals (cucu)-Platteu kini digunakan secara meluas. Peruntukan utama teori ini:

Kekisi perumah tidak cacat bergantung pada tahap pengisian dengan molekul tetamu atau pada jenisnya.

Setiap rongga molekul boleh mengandungi tidak lebih daripada satu molekul tetamu.

Interaksi molekul tetamu boleh diabaikan.

Fizik statistik digunakan pada huraian.

Walaupun huraian ciri termodinamik berjaya, teori van der Waals-Platteu bercanggah dengan data beberapa eksperimen. Khususnya, telah ditunjukkan bahawa molekul tetamu dapat menentukan kedua-dua simetri kekisi kristal hidrat dan jujukan. peralihan fasa hidrat. Di samping itu, pengaruh kuat tetamu pada molekul hos didapati, menyebabkan peningkatan dalam frekuensi ayunan semula jadi yang paling berkemungkinan.

Struktur hidrat

Dalam struktur hidrat gas, molekul air membentuk kerangka terbuka (iaitu, kekisi perumah), di mana terdapat rongga. Telah dipastikan bahawa rongga rangka kerja biasanya 12 sisi (“rongga kecil”), 14-, 16- dan 20-belah (“besar” rongga), sedikit cacat berbanding bentuk yang ideal. Rongga ini boleh diduduki oleh molekul gas ("molekul tetamu"). Molekul gas disambungkan ke kerangka air oleh ikatan van der Waals. Secara umum, komposisi gas hidrat diterangkan oleh formula M n H2O, di mana M ialah molekul gas pembentuk hidrat, n ialah bilangan molekul air bagi setiap satu molekul gas yang disertakan, dan n ialah nombor berubah-ubah bergantung pada jenis agen pembentuk hidrat, tekanan dan suhu.

Rongga, digabungkan antara satu sama lain, membentuk struktur berterusan pelbagai jenis. Menurut klasifikasi yang diterima, mereka dipanggil CS, TS, GS - masing-masing, struktur padu, tetragonal dan heksagon. Hidrat jenis KS-I dan KS-II adalah yang paling biasa dalam alam semula jadi, manakala selebihnya adalah metastabil.

Gas hidrat dalam alam semula jadi

Kebanyakan gas asli (CH4, C2H6, C3H8, CO2, N2, H2S, isobutane, dll.) membentuk hidrat yang wujud dalam keadaan termobarik tertentu. Kawasan kewujudan mereka terhad kepada sedimen dasar laut dan kawasan permafrost. Hidrat gas asli yang utama ialah hidrat metana dan karbon dioksida.

Semasa pengeluaran gas, hidrat boleh terbentuk dalam lubang telaga, komunikasi industri dan saluran paip gas utama. Didepositkan pada dinding paip, hidrat mengurangkan pengeluarannya dengan mendadak. Untuk memerangi pembentukan hidrat dalam medan gas, pelbagai perencat (metil alkohol, glikol, larutan CaCl2 30%) dimasukkan ke dalam telaga dan saluran paip, dan suhu aliran gas dikekalkan di atas suhu pembentukan hidrat menggunakan pemanas, penebat haba saluran paip dan pemilihan mod operasi yang memastikan suhu maksimum aliran gas. Untuk mengelakkan pembentukan hidrat dalam saluran paip gas utama, pengeringan gas adalah yang paling berkesan - penulenan gas daripada wap air.

Keadaan untuk berlakunya hidrat gas

Gas hidrat ialah sebatian pepejal (klatrat) di mana molekul gas pada tekanan dan suhu tertentu mengisi lompang struktur kekisi kristal yang dibentuk oleh molekul air melalui ikatan hidrogen. Molekul air, seolah-olah, dialihkan oleh molekul gas - ketumpatan air dalam keadaan terhidrat meningkat kepada 1.26 - 1.32 cm3 / g (ketumpatan ais ialah 1.09 cm3 / g). Satu isipadu air dalam keadaan terhidrat mengikat, bergantung kepada ciri-ciri gas sumber, dari 70 hingga 300 isipadu gas.

Rajah di bawah ialah gambar rajah keadaan gas heterogen (mengikut Yu.F. Makogon):

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

campuran gas asli dengan ketumpatan relatif di udara: 4 - 0.6, 5 - 0.8: 6 - C2H6 .; 7 - С3Н8: 8 -H2S

Keadaan untuk pembentukan hidrat ditentukan oleh komposisi gas, keadaan air, tekanan luaran dan suhu dan dinyatakan dengan gambar rajah keadaan heterogen dalam koordinat p - T (Rajah 5). Untuk suhu tertentu, peningkatan tekanan di atas tekanan yang sepadan dengan lengkung keseimbangan disertai dengan gabungan molekul gas dengan molekul air dan pembentukan hidrat. Pengurangan terbalik dalam tekanan (atau peningkatan suhu pada tekanan malar) disertai dengan penguraian hidrat kepada gas dan air.

Ketumpatan hidrat gas asli berjulat dari 0.9 hingga 1.1 g/cm3.

Endapan gas hidrat ialah mendapan yang mengandungi gas yang sebahagian atau sepenuhnya dalam keadaan terhidrat (bergantung kepada keadaan termodinamik dan peringkat pembentukan). Pengedap litologi tidak diperlukan untuk pembentukan dan pemeliharaan deposit hidrat gas: ia sendiri adalah skrin tidak telap di mana deposit minyak dan gas bebas boleh terkumpul. Takungan gas hidrat di bawah mungkin bersentuhan dengan air dasar takungan, takungan gas, atau formasi tak telap.

Proses pembentukan hidrat berlaku dengan pembebasan haba dari 14 hingga 134 kJ/mol pada t > 00 C. Pada t< 00 C теплота гидратообразования составляет 16-30 кДж/моль.

Takungan gas hidrat dari bawah boleh menyentuh pembentukan, air bawah atau sayap, gas bebas, kondensat gas atau takungan minyak atau pembentukan kedap gas. GGZ terhad kepada bahagian yang disejukkan dari penutup sedimen kerak bumi di benua dan di perairan Lautan Dunia.

Sebagai peraturan, dalam sempadan benua, GGZ terhad kepada kawasan taburan permafrost. Di benua, kedalaman deposit ini mencapai 700-1500 m.

Seperti yang diketahui, kebanyakan dasar lautan terdiri daripada batuan sedimen dengan ketebalan berpuluh-puluh hingga seribu atau lebih meter. Rejim termodinamik moden bahagian hampir bawah lautan, bermula dari kedalaman 150-500 m, sepadan dengan syarat kewujudan hidrat gas asli.

Kehadiran hidrat dalam bahagian boleh dikesan dengan kaedah pembalakan standard. Pembentukan galas hidrat dicirikan oleh:

Amplitud PS tidak ketara;

Ketiadaan atau nilai kecil kenaikan dalam bacaan probe kecerunan mikro;

Keamatan aktiviti sekunder a, hampir dengan keamatan takungan tepu air;

Ketiadaan kek tanah liat dan kehadiran gua;

Nilai ketara (dalam kebanyakan kes) rk; peningkatan kelajuan hantaran gelombang akustik dan lain-lain.

Pembangunan deposit gas hidrat adalah berdasarkan prinsip memindahkan gas dari keadaan terhidrat kepada keadaan bebas dalam deposit dan mengekstraknya menggunakan kaedah tradisional menggunakan telaga. Adalah mungkin untuk memindahkan gas dari keadaan terhidrat kepada keadaan bebas dengan mengepam mangkin ke dalam takungan untuk menguraikan hidrat; meningkatkan suhu takungan melebihi suhu penguraian hidrat; menurunkan tekanan di bawah tekanan penguraian hidrat; kesan termokimia, elektroakustik dan lain-lain ke atas deposit hidrat gas.

Apabila membuka dan membangunkan deposit hidrat gas, adalah perlu untuk mengingati ciri khusus mereka, iaitu: peningkatan mendadak dalam jumlah gas semasa peralihannya kepada keadaan bebas; ketekalan tekanan takungan sepadan dengan isoterma tertentu pembangunan deposit hidrat gas; pembebasan sejumlah besar air semasa penguraian hidrat, dsb.

Kajian saintifik

DALAM tahun lepas minat terhadap masalah hidrat gas di seluruh dunia telah meningkat dengan ketara. Pertumbuhan aktiviti penyelidikan dijelaskan oleh faktor utama berikut:

pengaktifan pencarian sumber bahan mentah hidrokarbon alternatif di negara yang tidak mempunyai sumber tenaga, kerana hidrat gas adalah sumber bahan mentah hidrokarbon yang tidak konvensional, pembangunan perintis yang mungkin bermula pada tahun-tahun akan datang;

keperluan untuk menilai peranan hidrat gas dalam lapisan berhampiran permukaan geosfera, terutamanya berkaitan dengan kemungkinan kesannya terhadap perubahan iklim global;

mengkaji corak pembentukan dan penguraian hidrat gas dalam kerak bumi dari segi teori umum untuk menyokong pencarian dan penerokaan mendapan hidrokarbon tradisional (kejadian hidrat semula jadi boleh berfungsi sebagai penanda bagi mendapan minyak dan gas biasa yang lebih dalam);

pembangunan aktif deposit hidrokarbon terletak dalam keadaan semula jadi yang sukar (para air dalam, kawasan kutub), di mana masalah hidrat gas teknogenik bertambah teruk;

kebolehlaksanaan mengurangkan kos operasi untuk mencegah pembentukan hidrat dalam sistem pengeluaran gas lapangan melalui peralihan kepada teknologi penjimatan sumber tenaga dan mesra alam;

kemungkinan menggunakan teknologi gas hidrat dalam pembangunan, penyimpanan dan pengangkutan gas asli.

Dalam beberapa tahun kebelakangan ini (selepas mesyuarat di JSC Gazprom pada tahun 2003), penyelidikan mengenai hidrat di Rusia diteruskan dalam pelbagai organisasi baik melalui pembiayaan belanjawan negara (dua projek integrasi Akademi Sains Rusia Cawangan Siberia, geran kecil dari Yayasan Rusia untuk Penyelidikan Asas, geran daripada Gabenor Tyumen, geran daripada Kementerian Pengajian Tinggi Persekutuan Rusia) , dan dengan mengorbankan geran daripada dana antarabangsa - INTAS, SRDF, UNESCO (di bawah program "universiti terapung" - laut ekspedisi di bawah naungan UNESCO di bawah slogan Latihan Melalui Penyelidikan - latihan melalui penyelidikan), KOMEKS (Kurele-Okhosk-Marine Experiment), CHAPOS ( Carbon-Hydrate Accumulations in the Okhotsk Sea), dll.

Pada tahun 2002-2004 penyelidikan mengenai sumber hidrokarbon yang tidak konvensional, termasuk gas hidrat (dengan mengambil kira kepentingan komersial OAO Gazprom), diteruskan di OOO Gazprom VNIIGAZ dan OAO Promgaz dengan skala pembiayaan yang kecil. Pada masa ini, kajian mengenai hidrat gas sedang dijalankan di OAO Gazprom (terutamanya di OOO Gazprom VNIIGAZ), di institut Akademi Sains Rusia, dan di universiti.

Kajian tentang masalah geologi dan teknologi gas hidrat telah dimulakan pada pertengahan 60-an oleh pakar VNIIGAZ. Pada mulanya, isu-isu teknologi untuk mencegah pembentukan hidrat telah dibangkitkan dan diselesaikan, kemudian subjek secara beransur-ansur berkembang: aspek kinetik pembentukan hidrat dimasukkan ke dalam bidang kepentingan, kemudian perhatian yang besar diberikan kepada aspek geologi, khususnya, kemungkinan kewujudan mendapan gas hidrat, masalah teori perkembangan mereka.

Kajian geologi gas hidrat

Pada tahun 1970, penemuan saintifik "The property of natural gas to be in keadaan pepejal dalam Kerak Bumi" di bawah No. 75 dengan keutamaan 1961, dibuat oleh saintis Rusia V. G. Vasiliev, Yu. F. Makogon, F. G. Trebin, A. A. Trofimuk dan N. V. Chersky. Selepas itu, kajian geologi gas hidrat menerima dorongan yang serius. Pertama sekali, kaedah analisis grafik telah dibangunkan untuk mengenal pasti zon kestabilan termodinamik gas hidrat dalam kerak bumi (ZSG). Pada masa yang sama, ternyata zon kestabilan hidrat (ZSH) metana, gas hidrokarbon yang paling biasa di kerak bumi, meliputi sehingga 20% daripada tanah (di kawasan zon permafrost) dan sehingga 90 % dasar lautan dan lautan.

Keputusan teori semata-mata ini mempergiatkan pencarian batuan yang mengandungi hidrat dalam alam semula jadi: hasil pertama yang berjaya diperolehi oleh pekerja VNIIGAZ A. G. Efremova dan B. P. Zhizhchenko semasa pensampelan dasar di bahagian dalam Laut Hitam pada tahun 1972. Mereka secara visual memerhatikan kemasukan hidrat, serupa dengan fros dalam gua-gua tanah yang diekstrak dari bahagian bawah. Malah, ini adalah pemerhatian pertama yang diiktiraf secara rasmi bagi hidrat gas asli dalam batuan di dunia. Data A. G. Efremova dan B. P. Zhizhchenko kemudiannya berulang kali dipetik oleh pengarang asing dan domestik. Berdasarkan penyelidikan mereka di Amerika Syarikat, kaedah pertama untuk pensampelan hidrat gas dasar laut telah dibangunkan. Kemudian, A. G. Efremova, bekerja pada ekspedisi persampelan dasar di Laut Caspian (1980), juga buat pertama kalinya di dunia mewujudkan kandungan penghidratan sedimen dasar laut ini, yang membolehkan saintis lain (G. D. Ginsburg, V A. Solovyov dan lain-lain) untuk mengenal pasti wilayah yang mengandungi hidrat (dikaitkan dengan gunung berapi lumpur) di Caspian Selatan.

M.Kh. Sapir, A.E. medan gas, takungan awal P, keadaan T yang praktikalnya bertepatan dengan keadaan pembentukan hidrat metana. Pada awal 1970-an, penyelidik ini meletakkan prinsip untuk mengenali batuan galas hidrat berdasarkan data pembalakan telaga bersepadu. Pada akhir 1970-an, penyelidikan dalam bidang ini di USSR hampir terhenti. Pada masa yang sama, di Amerika Syarikat, Kanada, Jepun dan negara-negara lain, ia telah dibangunkan dan kini kaedah pengenalpastian geofizik batuan tepu hidrat di bahagian geologi mengikut data pembalakan telaga telah dibangunkan. Di Rusia, berdasarkan VNIIGAZ, salah satu kajian eksperimen pertama di dunia mengenai pembentukan hidrat pemodelan dalam batuan tersebar telah dihantar. Jadi, A. S. Skhalyakho (1974) dan V. A. Nenakhov (1982) dengan menepu sampel pasir dengan hidrat mewujudkan corak perubahan kebolehtelapan relatif batuan oleh gas bergantung kepada ketepuan hidrat (A. S. Skhalyakho) dan kecerunan menghadkan ricih air liang dalam batuan hidrat-bearing (V. A. Nenakhov) adalah dua ciri yang penting untuk meramalkan pengeluaran gas hidrat gas.

Juga, kerja penting telah dijalankan oleh E. V. Zakharov dan S. G. Yudin (1984) mengenai prospek untuk mencari deposit yang mengandungi hidrat di Laut Okhotsk. Penerbitan ini ternyata bersifat ramalan: dua tahun selepas penerbitannya, satu siri artikel telah muncul mengenai pengesanan mendapan galas hidrat semasa pemprofilan seismik, pensampelan bawah, dan juga semasa pemerhatian visual dari kenderaan dikendalikan bawah air di pelbagai bahagian Laut dari Okhotsk. Sehingga kini, sumber gas terhidrat di Rusia hanya dalam pengumpulan kapal selam yang ditemui dianggarkan beberapa trilion m³. Walaupun penamatan pembiayaan untuk penyelidikan mengenai hidrat gas asli pada tahun 1988, kerja di VNIIGAZ diteruskan oleh V. S. Yakushev, V. A. Istomin, V. I. Ermakov dan V. A. Skorobogatov atas dasar bukan belanjawan (kajian hidrat gas asli bukan tema rasmi Institut sehingga 1998). Profesor V. I. Ermakov memainkan peranan khas dalam penganjuran dan pementasan penyelidikan, pencapaian terkini dalam bidang hidrat gas asli dan menyokong kajian ini di VNIIGAZ sepanjang bertugas di institut.

Pada tahun 1986-1988 dua ruang eksperimen asal untuk kajian hidrat gas dan batu yang mengandungi hidrat telah dibangunkan dan dibina, satu daripadanya memungkinkan untuk memerhatikan proses pembentukan dan penguraian hidrat gas hidrokarbon di bawah mikroskop optik, dan satu lagi untuk mengkaji pembentukan dan penguraian hidrat dalam batuan pelbagai komposisi dan struktur terima kasih kepada lengan dalaman yang boleh diganti.

Sehingga kini, ruang sedemikian dalam bentuk yang diubah suai untuk mengkaji hidrat dalam ruang liang digunakan di Kanada, Jepun, Rusia dan negara lain. Kajian eksperimen yang dijalankan memungkinkan untuk mengesan kesan pemeliharaan diri hidrat gas pada suhu negatif.

Ia terletak pada hakikat bahawa jika hidrat gas monolitik yang diperoleh di bawah keadaan keseimbangan normal disejukkan kepada suhu di bawah 0 ° C dan tekanan di atasnya dikurangkan kepada tekanan atmosfera, maka selepas penguraian permukaan awal, hidrat gas diasingkan sendiri. dari alam sekitar oleh lapisan nipis ais, menghalang penguraian selanjutnya. Selepas itu, hidrat boleh disimpan untuk masa yang lama pada tekanan atmosfera (bergantung kepada suhu, kelembapan dan parameter lain). persekitaran luaran). Penemuan kesan ini telah memberi sumbangan besar kepada kajian hidrat gas asli.

Pembangunan metodologi untuk mendapatkan dan mengkaji sampel mengandungi hidrat pelbagai batuan yang tersebar, penghalusan metodologi untuk mengkaji sampel yang mengandungi hidrat semula jadi, menjalankan kajian pertama sampel yang mengandungi hidrat semula jadi yang diperolehi daripada strata beku Yamburgsky GCF ( 1987) mengesahkan kewujudan hidrat metana dalam bentuk "terpelihara" dalam strata beku, dan juga memungkinkan untuk menetapkan jenis baru mendapan gas hidrat - mendapan gas hidrat relik, biasa di luar SGI moden.

Di samping itu, kesan pemeliharaan diri telah membuka kemungkinan baru untuk menyimpan dan mengangkut gas dalam bentuk pekat, tetapi tanpa peningkatan tekanan. Selepas itu, kesan pemeliharaan diri telah disahkan secara eksperimen oleh penyelidik di Austria (1990) dan Norway (1994) dan kini sedang disiasat oleh pakar dari negara yang berbeza (Jepun, Kanada, Amerika Syarikat, Jerman, Rusia).

Pada pertengahan 90-an, VNIIGAZ, dengan kerjasama Moscow Universiti Negeri(Jabatan Geokriologi - Profesor Madya E.M. Chuvilin bersama rakan sekerja) mengkaji sampel teras dari selang masa menunjukkan gas dari permafrost di bahagian selatan medan kondensat gas Bovanenkovskoye mengikut metodologi yang dibangunkan sebelum ini dalam kajian sampel permafrost Gas Yamburgskoye dan medan kondensat.

Hasil penyelidikan menunjukkan kehadiran hidrat gas relik terdispersi dalam ruang liang batu beku. Keputusan yang sama kemudiannya diperolehi dalam kajian permafrost di Delta Sungai Mackenzie (Kanada), di mana hidrat dikenal pasti bukan sahaja oleh kaedah Rusia yang dicadangkan, tetapi juga diperhatikan secara visual dalam teras.

Eksperimen dan kajian teori sifat hidrat gas

Pada tahun 1960-an dan 1970-an, perhatian utama diberikan kepada syarat-syarat pembentukan hidrat gas daripada campuran binari dan multikomponen, termasuk dengan kehadiran perencat pembentukan hidrat.

Kajian eksperimen dijalankan oleh pakar VNIIGAZ B. V. Degtyarev, E. B. Bukhgalter, V. A. Khoroshilov, V. I. Semin dan lain-lain. Berdasarkan kajian ini, yang pertama kaedah empirikal pengiraan keseimbangan fasa hidrat gas dan membangunkan arahan untuk pencegahan pembentukan hidrat dalam sistem pengeluaran gas.

Perkembangan medan Orenburg dengan suhu takungan yang luar biasa rendah telah membawa kepada keperluan untuk mengkaji masalah yang berkaitan dengan pembentukan hidrat gas yang mengandungi hidrogen sulfida. Arah ini dibangunkan oleh A. G. Burmistrov. Beliau memperoleh data penting secara praktikal mengenai pembentukan hidrat dalam campuran gas tiga komponen "metana - hidrogen sulfida - karbon dioksida" dan membangunkan kaedah pengiraan yang ditapis untuk gas asli yang mengandungi hidrogen sulfida daripada mendapan lembangan Caspian.

Peringkat seterusnya penyelidikan ke dalam termodinamik pembentukan hidrat dikaitkan dengan pembangunan gergasi deposit utara- Urengoy dan Yamburg. Untuk menambah baik kaedah mencegah pembentukan hidrat berhubung dengan sistem pengumpulan dan pemprosesan medan gas yang mengandungi kondensat, data eksperimen diperlukan tentang keadaan pembentukan hidrat dalam larutan metanol pekat tinggi dalam julat suhu dan tekanan yang luas. Dalam perjalanan kajian eksperimen (V. A. Istomin, D. Yu. Stupin, dan lain-lain), kesukaran metodologi yang serius telah didedahkan dalam mendapatkan data perwakilan pada suhu di bawah tolak 20 °C. Dalam hal ini, teknik baru telah dibangunkan untuk mengkaji keseimbangan fasa hidrat gas daripada pelbagai komponen. campuran gas dengan pendaftaran aliran haba dalam ruang hidrat, dan pada masa yang sama, kemungkinan kewujudan bentuk hidrat gas metastabil (pada peringkat pembentukannya) ditemui, yang disahkan oleh kajian seterusnya oleh pengarang asing. Analisis dan generalisasi data eksperimen dan medan baru (kedua-dua domestik dan asing) memungkinkan untuk membangunkan (V. A. Istomin, V. G. Kvon, A. G. Burmistrov, V. P. Lakeev) arahan untuk penggunaan optimum perencat pembentukan hidrat (1987).

Pada masa ini, VNIIGAZ telah memulakan kitaran baharu penyelidikan mengenai pencegahan pembentukan hidrat teknogenik. Usaha penting para saintis A. I. Gritsenko, V. I. Murin, E. N. Ivakin, dan V. M. Buleiko ditumpukan kepada kajian sifat termofizik gas hidrat (haba peralihan fasa, kapasiti haba, dan kekonduksian terma).

Khususnya, V. M. Buleiko, yang menjalankan kajian kalorimetrik gas propana hidrat, menemui keadaan metastabil gas hidrat semasa penguraiannya. Berkenaan dengan kinetik pembentukan hidrat, beberapa keputusan menarik telah diperolehi oleh V. A. Khoroshilov, A. G. Burmistrov, T. A. Saifeev, dan V. I. Semin, terutamanya pada pembentukan hidrat dengan kehadiran surfaktan.

Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, kajian awal oleh saintis Rusia ini telah "diambil" oleh pakar dari beberapa firma asing untuk membangunkan kelas baru yang dipanggil perencat hidrat dos rendah.

Masalah dan prospek yang berkaitan dengan hidrat gas asli

Pembangunan ladang di utara Siberia Barat sejak awal lagi menghadapi masalah pelepasan gas dari selang cetek permafrost. Pembebasan ini berlaku secara tiba-tiba dan membawa kepada penutupan telaga dan juga kebakaran. Oleh kerana letupan berlaku dari selang kedalaman di atas zon kestabilan hidrat gas, untuk masa yang lama ia dijelaskan oleh aliran gas dari ufuk produktif yang lebih dalam melalui zon telap dan telaga jiran dengan sokongan kualiti yang lemah. Pada penghujung tahun 1980-an, berdasarkan pemodelan eksperimen dan kajian makmal teras beku dari zon permafrost Yamburgsky GCF, adalah mungkin untuk mendedahkan taburan hidrat relik (mothballed) yang tersebar dalam deposit Quaternary. Hidrat ini, bersama-sama dengan pengumpulan tempatan gas mikrob, boleh membentuk interlayer galas gas, dari mana letupan berlaku semasa penggerudian. Kehadiran hidrat relik di lapisan cetek zon permafrost telah disahkan lagi oleh kajian serupa di utara Kanada dan di kawasan medan kondensat gas Bovanenkovo. Oleh itu, idea telah dibentuk tentang jenis deposit gas baru - deposit hidrat gas-gas metastabil intrapermafrost, yang, seperti yang ditunjukkan oleh ujian telaga permafrost di medan kondensat gas Bovanenkovo, bukan sahaja faktor yang merumitkan, tetapi juga pangkalan sumber tertentu untuk bekalan gas tempatan.

Mendapan intrapermafrost hanya mengandungi sebahagian kecil sumber gas, yang dikaitkan dengan hidrat gas asli. Bahagian utama sumber terhad kepada zon kestabilan hidrat gas - selang kedalaman (biasanya beberapa ratus meter), di mana keadaan termodinamik untuk pembentukan hidrat berlaku. Di utara Siberia Barat, ini adalah selang kedalaman 250-800 m, di laut - dari permukaan bawah hingga 300-400 m, terutamanya di kawasan dalam paras dan cerun benua sehingga 500-600 m di bawah bawah. Dalam selang waktu inilah sebahagian besar hidrat gas asli ditemui.

Semasa kajian hidrat gas asli, ternyata tidak mungkin untuk membezakan deposit yang mengandungi hidrat daripada yang beku menggunakan kaedah medan dan geofizik lubang gerudi moden. Sifat-sifat batu beku hampir sama sepenuhnya dengan batuan yang mengandungi hidrat. Maklumat tertentu tentang kehadiran gas hidrat boleh disediakan oleh peranti pembalakan resonans magnetik nuklear, tetapi ia sangat mahal dan jarang digunakan dalam amalan penerokaan geologi. Penunjuk utama kehadiran hidrat dalam sedimen ialah kajian teras, di mana hidrat sama ada boleh dilihat semasa pemeriksaan visual atau ditentukan dengan mengukur kandungan gas tertentu semasa pencairan.

Prospek untuk aplikasi teknologi gas hidrat dalam industri

Cadangan teknologi untuk penyimpanan dan pengangkutan gas asli dalam keadaan terhidrat muncul pada 40-an abad ke-20. Sifat gas hidrat pada tekanan yang agak rendah untuk menumpukan isipadu gas yang ketara telah menarik perhatian pakar untuk masa yang lama. Pengiraan ekonomi awal telah menunjukkan bahawa pengangkutan laut gas dalam keadaan terhidrat adalah yang paling cekap, dan kesan ekonomi tambahan boleh dicapai dengan penjualan serentak kepada pengguna gas yang diangkut dan air tulen yang tinggal selepas penguraian hidrat (semasa pembentukan gas hidrat, air disucikan daripada kekotoran). Pada masa ini, konsep pengangkutan maritim gas asli dalam keadaan terhidrat di bawah keadaan keseimbangan sedang dipertimbangkan, terutamanya apabila merancang pembangunan medan gas air dalam (termasuk hidrat) yang jauh dari pengguna.

Walau bagaimanapun, dalam beberapa tahun kebelakangan ini, semakin banyak perhatian telah diberikan kepada pengangkutan hidrat di bawah keadaan tidak seimbang (pada tekanan atmosfera). Satu lagi aspek penerapan teknologi gas hidrat ialah kemungkinan mengatur penyimpanan gas hidrat gas dalam keadaan keseimbangan (di bawah tekanan) berhampiran pengguna gas yang besar. Ini disebabkan oleh keupayaan hidrat untuk menumpukan gas pada tekanan yang agak rendah. Jadi, sebagai contoh, pada suhu +4°C dan tekanan 40 atm., Kepekatan metana dalam hidrat sepadan dengan tekanan 15-16 MPa (150-160 atm.).

Pembinaan kemudahan penyimpanan sedemikian tidak rumit: kemudahan penyimpanan adalah bateri tangki gas yang diletakkan di dalam lubang atau hangar dan disambungkan ke paip gas. Dalam tempoh musim bunga-musim panas, simpanan dipenuhi dengan gas yang membentuk hidrat, dalam tempoh musim luruh-musim sejuk ia membebaskan gas semasa penguraian hidrat menggunakan sumber haba berpotensi rendah. Pembinaan kemudahan penyimpanan sedemikian berhampiran loji haba dan janakuasa boleh melancarkan turun naik bermusim dengan ketara dalam pengeluaran gas dan mewakili alternatif sebenar kepada pembinaan kemudahan UGS dalam beberapa kes.

Pada masa ini, teknologi gas hidrat sedang giat dibangunkan, khususnya, untuk pengeluaran hidrat menggunakan kaedah intensifikasi moden. proses teknologi(tambahan surfaktan yang mempercepatkan pemindahan haba dan jisim; penggunaan serbuk nano hidrofobik; kesan akustik pelbagai julat, sehingga pembentukan hidrat dalam gelombang kejutan dan lain-lain).

Pengekstrakan hidrat gas asli

Sehingga kini, 3 kaedah utama untuk pengekstrakan hidrat gas asli sedang dibangunkan. Kesemuanya adalah berdasarkan aplikasi pemisahan - satu proses di mana bahan terurai kepada komponen yang lebih mudah. Dalam kes hidrat gas asli, pemisahan berlaku dengan meningkatkan suhu dan menurunkan tekanan, apabila hablur ais cair atau entah bagaimana mengubah bentuknya, dengan itu membebaskan molekul gas asli yang terperangkap di dalam kristal.

Tiga kaedah utama yang menjanjikan untuk pengekstrakan hidrat gas asli: rawatan haba, pengurangan tekanan dan kesan perencat (bahan yang melambatkan proses kimia, tindak balas).

nasi. 5. Kaedah untuk pengekstrakan hidrat gas asli.

Pendedahan haba.

Kaedah ini berdasarkan bekalan haba ke dalam struktur kristal hidrat untuk meningkatkan suhu dan mempercepatkan proses penceraian. Contoh praktikal kaedah sedemikian ialah mengepam air laut yang hangat ke dalam lapisan gas hidrat di dasar laut. Apabila gas mula dibebaskan dari lapisan sedimen marin, ia boleh dikumpulkan.

Pendedahan perencat

Sesetengah jenis alkohol, seperti metanol, bertindak sebagai perencat apabila hidrat gas dimasukkan ke dalam lapisan kejadian hidrat gas, dan menyebabkan perubahan dalam komposisi hidrat. Inhibitor mengubah keadaan suhu dan tekanan, menggalakkan pemisahan hidrat dan pembebasan metana yang terkandung di dalamnya.

Kejatuhan tekanan.

Beberapa mendapan hidrat mempunyai kawasan yang sudah ada gas asli

Beberapa tahun yang lalu, di kalangan ahli ekonomi, iaitu, orang yang jauh dari teknologi, teori "penipisan hidrokarbon" adalah popular. Dalam banyak penerbitan yang membentuk warna elit kewangan global, ia telah dibincangkan: bagaimana keadaan dunia jika tidak lama lagi planet ini kehabisan, contohnya, minyak? Dan berapakah harganya apabila proses "keletihan" masuk, boleh dikatakan, ke dalam fasa aktif?

Walau bagaimanapun, "revolusi syal", yang kini berlaku secara literal di hadapan mata kita, telah mengeluarkan topik ini sekurang-kurangnya ke latar belakang. Ia menjadi jelas kepada semua orang apa yang hanya beberapa pakar telah katakan sebelum ini: masih terdapat cukup hidrokarbon di planet ini. Jelas terlalu awal untuk bercakap tentang keletihan fizikal mereka.

Isu sebenar ialah pembangunan teknologi pengeluaran baharu yang membolehkan hidrokarbon diekstrak daripada sumber yang sebelum ini dianggap tidak boleh diakses, serta kos sumber yang diperoleh dengan bantuan mereka. Anda boleh mendapatkan hampir apa sahaja, ia akan menjadi lebih mahal.

Semua ini membuatkan manusia mencari "sumber bahan api tradisional bukan tradisional" baharu. Salah satunya ialah gas syal yang disebutkan di atas. Teknologi GAZ telah pun menulis tentang pelbagai aspek berkaitan pengeluarannya lebih daripada sekali.

Walau bagaimanapun, terdapat sumber lain seperti itu. Antaranya ialah "wira" bahan kita hari ini - hidrat gas.

Apa ini? Dalam pengertian yang paling umum, hidrat gas ialah sebatian kristal yang terbentuk daripada gas dan air pada suhu tertentu (agak rendah) dan tekanan (agak tinggi).

Nota: pelbagai bahan kimia. Ia tidak semestinya mengenai hidrokarbon. Gas hidrat pertama yang pernah diperhatikan oleh saintis terdiri daripada klorin dan sulfur dioksida. By the way, ini berlaku pada akhir abad ke-18.

Walau bagaimanapun, kerana kami berminat dalam aspek praktikal yang berkaitan dengan pengeluaran gas asli, kami akan bercakap di sini terutamanya mengenai hidrokarbon. Selain itu, dalam keadaan sebenar, hidrat metana yang mendominasi semua hidrat.

Menurut anggaran teori, rizab kristal sedemikian benar-benar menakjubkan. Menurut anggaran yang paling konservatif, kita bercakap tentang 180 trilion meter padu. Anggaran yang lebih optimistik memberikan angka yang 40,000 kali lebih tinggi. Dengan penunjuk sedemikian, anda akan bersetuju, malah entah bagaimana menyusahkan untuk bercakap tentang kehabisan hidrokarbon di Bumi.

Harus dikatakan bahawa hipotesis kehadiran deposit besar hidrat gas dalam keadaan permafrost Siberia telah dikemukakan oleh saintis Soviet pada tahun 40-an yang menggerunkan abad yang lalu. Selepas beberapa dekad, dia menemui pengesahannya. Dan pada akhir 60-an, pembangunan salah satu deposit pun bermula.

Selepas itu, saintis mengira: zon di mana hidrat metana boleh berada dalam keadaan stabil meliputi 90 peratus daripada keseluruhan dasar laut dan lautan Bumi dan ditambah 20 peratus daripada tanah. Ternyata kita bercakap tentang mineral yang berpotensi biasa.

Idea mengekstrak "gas pepejal" benar-benar kelihatan menarik. Selain itu, satu unit isipadu hidrat mengandungi kira-kira 170 isipadu gas itu sendiri. Iaitu, nampaknya cukup untuk mendapatkan beberapa kristal untuk mendapatkan hasil hidrokarbon yang besar. Dari sudut fizikal, mereka berada dalam keadaan pepejal dan mewakili sesuatu seperti salji atau ais yang longgar.

Masalahnya, bagaimanapun, ialah gas hidrat terletak, sebagai peraturan, di tempat yang sangat sukar dicapai. “Mendapan intrapermafrost hanya mengandungi sebahagian kecil sumber gas yang dikaitkan dengan hidrat gas asli. Bahagian utama sumber terhad kepada zon kestabilan hidrat gas - selang kedalaman (biasanya beberapa ratus meter), di mana keadaan termodinamik untuk pembentukan hidrat berlaku. Di utara Siberia Barat, ini adalah selang kedalaman 250-800 m, di laut - dari permukaan bawah hingga 300-400 m, terutamanya di kawasan dalam paras dan cerun benua sehingga 500-600 m di bawah bawah. Dalam selang waktu inilah sebahagian besar hidrat gas asli ditemui, "laporan Wikipedia. Oleh itu, kita bercakap, sebagai peraturan, tentang bekerja dalam keadaan laut dalam yang melampau, pada tekanan tinggi.

Pengekstrakan hidrat gas mungkin dikaitkan dengan kesukaran lain. Sebatian sedemikian mampu, sebagai contoh, meletup walaupun dengan sedikit kejutan. Mereka sangat cepat masuk ke dalam keadaan gas, yang dalam jumlah terhad boleh menyebabkan lonjakan tekanan secara tiba-tiba. Menurut sumber khusus, sifat hidrat gas inilah yang menjadi sumber masalah serius untuk platform pengeluaran di Laut Caspian.

Selain itu, metana merupakan salah satu gas yang boleh menimbulkan kesan rumah hijau. Jika pengeluaran perindustrian menyebabkan pelepasan besar-besaran ke atmosfera, ini penuh dengan masalah yang lebih teruk. pemanasan global. Tetapi walaupun ini tidak berlaku dalam amalan, perhatian yang rapat dan tidak mesra "hijau" kepada projek-projek tersebut secara praktikal dijamin. Dan kedudukan mereka dalam spektrum politik banyak negeri hari ini sangat, sangat kuat.

Semua projek yang sangat "berat" ini untuk pembangunan teknologi untuk pengekstrakan hidrat metana. Malah, belum ada cara yang benar-benar perindustrian untuk membangunkan sumber sedemikian di planet ini. Bagaimanapun, perkembangan berkaitan sedang dijalankan. Malah terdapat paten yang dikeluarkan kepada pencipta kaedah tersebut. Penerangan mereka kadangkala terlalu futuristik sehinggakan ia seolah-olah dihapuskan daripada buku oleh beberapa penulis fiksyen sains.

Sebagai contoh, "Kaedah mengekstrak hidrokarbon terhidrat gas dari bahagian bawah lembangan air dan peranti untuk pelaksanaannya (paten RF No. 2431042)", yang dinyatakan di laman web http://www.freepatent.ru/: sea ​​bawah. Keputusan teknikal adalah untuk meningkatkan pengeluaran hidrokarbon terhidrat gas. Kaedah ini terdiri daripada memusnahkan lapisan bawah dengan tepi tajam baldi yang dipasang pada tali pinggang penghantar menegak yang bergerak di sepanjang bahagian bawah kolam dengan bantuan penggerak ulat, berbanding dengan tali pinggang penghantar bergerak secara menegak, dengan kemungkinan mendalam ke dalam bawah. Dalam kes ini, hidrat gas diangkat ke zon yang diasingkan daripada air oleh permukaan corong yang terbalik, di mana ia dipanaskan, dan gas yang dilepaskan diangkut ke permukaan menggunakan hos yang dipasang di bahagian atas corong, menundukkannya. kepada pemanasan tambahan. Peranti untuk melaksanakan kaedah juga dicadangkan. Nota: semua ini harus berlaku di dalam air laut, pada kedalaman beberapa ratus meter. Malah sukar untuk membayangkan betapa sukarnya tugas kejuruteraan ini, dan berapa banyak metana yang dihasilkan dengan cara ini boleh menelan kos.

Walau bagaimanapun, terdapat cara lain. Berikut ialah huraian kaedah lain: “Terdapat kaedah yang diketahui untuk mengekstrak gas (metana, homolognya, dll.) daripada hidrat gas pepejal dalam sedimen dasar laut dan lautan, di mana dua tali paip direndam ke dalam digerudi dengan baik ke bahagian bawah lapisan hidrat gas yang dikenal pasti - mengepam dan mengepam. air semula jadi dengan suhu semula jadi atau dipanaskan masuk melalui paip suntikan dan menguraikan hidrat gas ke dalam sistem "gas-air", yang terkumpul dalam perangkap sfera yang terbentuk di bahagian bawah pembentukan hidrat gas. Gas yang muncul dipam keluar dari perangkap ini melalui tali paip lain ... Kelemahan kaedah yang diketahui ialah keperluan untuk penggerudian di bawah air, yang secara teknikalnya membebankan, mahal dan kadang-kadang tidak dapat diperbaiki lagi mengganggu persekitaran bawah air takungan yang sedia ada ”(http:/ /www.findpatent.ru).

Penerangan lain seperti ini boleh diberikan. Tetapi jelas daripada apa yang telah disenaraikan: pengeluaran perindustrian metana daripada gas hidrat masih menjadi masalah masa depan. Ia akan memerlukan penyelesaian teknologi yang paling kompleks. Dan ekonomi projek sedemikian masih belum jelas.

Walau bagaimanapun, kerja ke arah ini sedang dijalankan, dan agak aktif. Mereka amat berminat dengan negara yang terletak di rantau yang paling pesat berkembang di dunia, yang bermaksud terdapat permintaan yang sentiasa baharu untuk bahan api gas. Kami bercakap, sudah tentu, tentang Asia Tenggara. Salah satu negeri yang bekerja ke arah ini ialah China. Justeru, menurut akhbar People's Daily, pada 2014, pakar geologi marin menjalankan kajian besar-besaran ke atas salah satu tapak yang terletak berhampiran pantainya. Penggerudian telah menunjukkan bahawa ia mengandungi gas hidrat dengan ketulenan tinggi. Sebanyak 23 telaga telah digerudi. Ini memungkinkan untuk menentukan bahawa kawasan pengagihan hidrat gas di kawasan itu ialah 55 kilometer persegi. Dan rizabnya, menurut pakar China, berjumlah 100-150 trilion meter padu. Angka yang diberikan, secara terus terang, adalah sangat tinggi sehingga membuatkan seseorang tertanya-tanya sama ada ia tidak terlalu optimistik, dan sama ada sumber tersebut benar-benar boleh diekstrak (statistik Cina secara amnya sering menimbulkan persoalan di kalangan pakar). Namun begitu, jelas sekali bahawa saintis China sedang giat bekerja ke arah ini, mencari jalan untuk menyediakan ekonomi mereka yang berkembang pesat dengan hidrokarbon yang sangat diperlukan.

Keadaan di Jepun, sudah tentu, sangat berbeza daripada apa yang diperhatikan di China. Bagaimanapun, bekalan bahan api negara matahari terbit dan banyak lagi masa sunyi bukanlah satu tugas yang remeh. Lagipun, Jepun telah kehilangan sumber tradisional. Dan selepas tragedi di loji tenaga nuklear Fukushima pada Mac 2011, yang memaksa pihak berkuasa negara itu, di bawah tekanan pendapat umum, untuk memotong program kuasa nuklear, masalah ini meningkat hampir ke had.

Itulah sebabnya pada tahun 2012 salah satu syarikat Jepun mula menguji penggerudian di bawah dasar laut pada jarak hanya beberapa puluh kilometer dari pulau-pulau itu. Kedalaman telaga itu sendiri adalah beberapa ratus meter. Ditambah pula dengan kedalaman lautan yang di tempat itu lebih kurang satu kilometer.

Harus diakui bahawa setahun kemudian, pakar Jepun berjaya mendapatkan gas pertama di tempat ini. Walau bagaimanapun, masih belum boleh bercakap tentang kejayaan sepenuhnya. Pengeluaran perindustrian di kawasan ini, menurut ramalan Jepun sendiri, mungkin bermula tidak lebih awal daripada 2018. Dan yang paling penting, adalah sukar untuk menganggarkan berapa kos akhir bahan api.

Namun begitu, boleh dinyatakan bahawa manusia masih perlahan-lahan "mendekati" deposit hidrat gas. Dan ada kemungkinan bahawa hari akan tiba apabila ia akan mengekstrak metana daripada mereka pada skala yang benar-benar perindustrian.