Сейчас природные газовые гидраты привлекают к себе особое внимание как перспективный источник энергии. Они внешне напоминают спрессованный снег, могут гореть, легко распадаются на воду и газ при повышении температуры. Для их образования требуются низкие температуры и относительно высокое давление и чем больше давление, тем выше температура, при которой гидрат метана устойчив. По подсчетам специалистов, из 1 м³ льда можно получить 160 – 180 м³ метана. Гидрат метана может стать источником водорода.
В 40-е годы советские учёные (Стрижов, Мохнаткин, Черский) высказывали гипотезу о наличии залежей газовых гидратов в зоне многолетней мерзлоты. В 60-е годы были обнаружены первые месторождения на севере России. С этого момента газовые гидраты начинают рассматриваться как потенциальный источник энергии. Постепенно выяснилось их широкое распространение в океанах и нестабильность при повышении температуры.
Месторождения гидратов метана находится во всем мире: в полярных регионах - в пределах и ниже районов многолетней мерзлоты, в отложениях на континентальном шельфе и в глубоком море. Хотя точная протяженность залежей неизвестна, гидрат метана, обладающий самой высокой плотностью энергии из всех природных форм метана, считается одним из крупнейших неиспользованных источников энергии на Земле. Оценки размеров отложений значительно различаются по количеству связанного углерода. Возможно, их запасы превышают запасы всех других ископаемых видов топлива ( https://deru.qaz.wiki/wiki/Methanhydrat).
Американское исследовательское судно Glomar Challenger с буровой платформой для изучения гидрата метана извлекло содержащие гидрат метана отложения из морских глубин в ходе нескольких экспедиций в рамках проекта Deep Sea Drilling Project . Программа бурения предоставила ученым доказательства существования гидрата метана в различных геологических условиях.
Deep Sea Drilling Project (DSDP) - американский проект по изучению тектоники плит и палеоокеанографии, проводился с 1968 по 1983 год. Исследовательское судно Glomar Challenger, которое использовалось, давало возможность пробурить скважины на морском дне в глубоком море и таким образом получить образцы горных пород. Для этого, например, на глубине нескольких тысяч метров в морском дне была пробурена скважина глубиной тысячу метров. ( https://deru.qaz.wiki/wiki/Deep_Sea_Drilling_Project).
Крупные месторождения гидрата метана можно найти в океанах, под ледяным покровом Гренландии и в Антарктиде, а также в многолетней мерзлоте и под ней на суше и в затопленной водой. В целом 71% поверхности Земли покрыто океанами и внутренними водами, около 90% этой площади имеют глубину воды, необходимую для образования гидрата метана.
Оценка 1990-х годов, основанная на сейсмических исследованиях, пришла к выводу, что около 11 000 гигатонн углерода были связаны в гидрате метана. Оценки, основанные на недавних исследованиях, предполагают количество от 500 до 2500 гигатонн углерода, связанного в гидрате метана, в то время как количество общего органически связанного углерода без гидрата метана составляет около 9000 гигатонн.
Геологическая служба США (USGS) - научное учреждение Соединенных Штатов Америки в области геологии , оценивает его запасы в 1800 Гт, что на порядок ниже, и другие ученые считают это более реалистичным (https://deru.qaz.wiki/wiki/Methanhydrat).
Морские гидраты метана встречаются на континентальных склонах, склонах островов, на океанских подъемах и в глубоководных зонах внутри суши и в окраинных морях . Именно здесь происходит наибольшее производство метана, так как большое количество материала биологического происхождения достигает морского дна. На больших глубоководных равнинах это не так, поэтому гидрат метана там встречаются реже. - https://deru.qaz.wiki/wiki/Methanhydrat
Месторождения гидрата метана на суше в основном находятся в районах многолетней мерзлоты, которые в северном полушарии включают большую часть Аляски , северные районы России и других стран.
Метан, присутствующий в вечной мерзлоте, связанный в виде гидрата метана в Норт-Слоуп (регион в американском штате Аляска) оценивается в 16,7 трлн. м³ метана. Это означает, что количество связанного метана в гидрате метана намного превышает ресурсы газа, добываемого традиционным способом.
Мало что известно о размерах антарктических отложений, по оценкам, от 80 до 400 гигатонн углерода. Запасы гидрата метана на верхних континентальных склонах шельфа оцениваются в 63 гигатонны и составляют около 3,5% от всех его запасов. Отложения в вечной мерзлоте на суше и в затопленных районах вечной мерзлоты составляют около 20 гигатонн и составляют около 1,1% запасов гидрата метана. https://deru.qaz.wiki/wiki/Methanhydrat
Перспективы промышленной добычи гидрата метана
Поскольку гидрат метана является твердым телом, ранние концепции основывались на технологиях добычи, в которых твердый гидрат метана или отложения, содержащие гидрат метана, извлекались механически.
Отложения гидрата метана в крупных смежных коллекторах , в которых гидрат находится в проницаемых поровых пространствах песка или ила, можно извлекать с использованием методов добычи углеводородов. Для его разрушения изменяют давление и температуру в залежи таким образом, что гидрат метана распадается на составляющие. Свободный метан может быть получен с использованием обычных промышленных методов добычи природного газа.
Первые производственные испытания прошли в канадской многолетней мерзлоте недалеко от Маллика. Исследовательский центр расположен на северо-западной стороне островов Ричардс в дельте реки Маккензи, которая впадает в море Бофорта. Гидрат метана был обнаружен здесь в 1998 году в рамках исследовательского проекта.
Оценка керна показала десять слоев гидрата метана, которые лежат на глубине от 890 до 1106 метров под землей, с общей толщиной более 110 метров. При значениях насыщенности гидратом метана, иногда превышающих 80% порового объема, месторождение Маллик является одним из самых концентрированных месторождений гидрата метана в мире.
Проведенные здесь научные исследования позволили разработать меры безопасности при разработке месторождений гидрата метана и позволили изучить методы бурения и промышленной добычи. Для рентабельной добычи требуется производительность около 100 тыс. м³ метана в сутки на скважину.
Добыча метана из залежей гидрата метана представляет собой техническую и экологическую задачу: во время бурения первых скважин, которые были основаны на традиционных методах, на пласты гидрата метана были термические и механические воздействия.
Проблемы возникли из-за выброса природного газа, когда резервуар свободного природного газа под высоким давлением был неожиданно пробурен под слоем гидрата метана.
Метан от распадающегося гидрата может улетучиваться за пределы ствола скважины. Все процессы разложения производят большое количество воды, так как на одну молекулу метана выделяется от шести до семи молекул воды.
Тепло, необходимое для вскрытия клетки гидрата метана, соответствует примерно 10% теплотворной способности метана. При разложении гидрата метана ожидается понижение земной поверхности, что также наблюдается при разработке традиционных месторождений нефти и природного газа. https://deru.qaz.wiki/wiki/Methanhydrat
В августе 2006 года было объявлено, что китайские бизнесмены инвестируют 800 млн юаней (100 млн долларов) в течение следующих 10 лет для изучения возможности добычи газа из гидратных залежей.
Бергенский университет (Норвегия) разработал методику внедрения углекислого газа (CO₂) в отложения гидратов с последующим извлечением метана (CH₄ ). 12 марта 2013 года ConocoPhillips совместно с Japan Oil, Gas and Metals National Corporation (JOGMEC) объявили об удачном применении данного метода недалеко от побережья Японии (Википедия).
В технико-экономическом обосновании 2012 года на скважине № 1 Игник-Сикуми на месторождении Прадхо-Бей (Prudhoe Bay) было проведено испытание обмена диоксида углерода на метан, связанный в гидрате метана. В 2018 году в Прадхо-Бей была пробурена стратиграфическая испытательная скважина, которая подтвердила наличие коллектора гидрата метана. Хорошо известный как Hydrate-01 предназначен в качестве контрольной скважины для длительных производственных испытаний. Среди прочего, предстоит изучить реакцию отложений гидрата метана на сброс давления (https://deru.qaz.wiki/wiki/Methanhydrat).
В конце 1999 года на основании сейсмических исследований, которые указывают на месторождения гидрата метана, начали пробное бурение в северо-западной части Тихого океана у берегов Японии . Бурение на глубине 945 метров подтвердило наличие залежей гидрата метана.
По результатам разведки японское правительство запустило исследовательскую программу по изучению разложения гидрата метана. В ходе производственных испытаний в апреле 2017 года метан был впервые извлечен из гидрата метана в открытом море методом сброса давления у острова Хонсю . В самой успешной скважине за 24 дня было добыто 222,5 тыс. м³ метана (https://deru.qaz.wiki/wiki/Methanhydrat).
В мае 2017 года Япония и Китай объявили о прорыве в вопросе добычи газа из залежей гидрата (Википедия).
Японский производитель нефтяных платформ — компания Modec — сообщила о намерении начать в апреле 2022 года пилотный проект по глубоководной добыче гидрата метана. Эта компания специализируется на выпуске морских платформ для добычи со дна нефти и природного газа и считает, что сможет создать коммерческое оборудование для извлечения со дна нового вида топливных ископаемых.
Гидрат метана сохраняет твёрдую форму при сочетании низких температур и высокого давления. Его залежи в океане находятся на глубинах от 1000 метров и ещё на сотни метров в толще дна. Добывать такое вещество будет непросто, ведь оно будет в твёрдом состоянии. Но по мере подъёма к поверхности гидрат метана будет переходить в газовое состояние и его можно будет по трубопроводу перегонять на сушу или в хранилища.
По мнению разработчика, стоимость одной плавучей установки по подводной добыче гидрата метана составит несколько сотен миллионов долларов США. Но она быстро окупится и станет важным шагом на пути Японии к полной декарбонизации к 2050 году, как запланировали власти этой страны. Япония сможет отказаться от импортных поставок природного газа и водорода, а стоимость водорода снизится в пять раз по сравнению с сегодняшней ценой за 1 м³ в районе $1 (3dnews.ru).
В заключении следует отметить:
1. Гидрат метана является перспективным источником энергии.
2. Сейчас в США, Канаде, Японии и Китае проводятся исследования по промышленной добыче и использованию этого полезного ископаемого.
3. Прямое сжигание метана даёт заметно меньше выбросов углерода, чем сжигание угля или природного газа.
4. Добыча гидрата метана может обеспечить северные регионы России топливом.
Если вам понравилась моя статья, тогда не забывайте ставить лайк.
Пишите свои комментарии к моей статье. Как вы считаете насколько перспективно использование гидрата метана? Почему в России не заинтересованы разработкой месторождений этого вида топлива?