научная статья по теме ВЛИЯНИЕ СОСТАВА ГИДРАТООБРАЗУЮЩЕЙ СМЕСИ НА УСЛОВИЯ ОБРАЗОВАНИЯ ГАЗОВЫХ ГИДРАТОВ Энергетика

Текст научной статьи на тему «ВЛИЯНИЕ СОСТАВА ГИДРАТООБРАЗУЮЩЕЙ СМЕСИ НА УСЛОВИЯ ОБРАЗОВАНИЯ ГАЗОВЫХ ГИДРАТОВ»

ВЛИЯНИЕ СОСТАВА ГИАРООБРвЗУЮШЕЙ СМЕСИ НА УСЛОВИЯ ОБРАЗОВАНИЯ ГАЗОВЫХ ГИДРАТОВ

Кандидат геолого-минералогических наук А.Ш. БАБАЕВ (Государственная нефтяная компания Азербайджанской Республики)

Îбазовые гидраты, известные человечеству с XVIII века, с открытия Дж. Пристли, Б. Пелетье, Г. Дэви и Карстеном гидратов сернистого газа и хлора, по мнению специалистов, на сегодняшний день являются наиболее перспективным источником энергии, призванным заменить традиционные энергоносители. Однако настоящий интерес к их изучению появился после того, как в 30-е гг. XX в. выяснилось, что влажный природный газ, поступающий по трубопроводам с места добычи к потребителю, образует гидраты, закупоривающие трубы. Следующий всплеск интереса к газовым гидратам возник в 60-х гг. после ввода в промышленную разработку Мессояхского газогидратного месторождения. На се-

годняшний день в мире известно более 200 залежей газовых гидратов, 98% из которых сосредоточено в глубоководных частях морей и океанов.

Одной из важнейших характеристик, влияющих на условия, в которых образуются залежи газовых гидратов, является состав газовой смеси, участвующей в гидратообразовании. Её молярная масса определяет границы зоны стабильности газовых гидратов, а при наличии в смеси компонентов тяжелее метана и возможность самоконсервации накопившихся в залежи гидратов. При этом газовые смеси образуют такие типы гидратов, которые при данных внешних условиях обладают наименьшей свободной энергией, то есть термодинамически наиболее

Таблица 1

Химические составы газов грязевых вулканов Азербайджана

Наименование района Количество анализов Химический состав газа, мол %

СО2 М2 сн4 ТУ

Прикаспийско- 20 0.5-5.9 1.2-9.3 87.0-97.0 сл.- 5.0

Губинский 2.16 2.82 93.7 1.00

Апшеронский 30 0.2-4.4 0.3-10.3 80.0-99.5 0.005-3.45

2.19 2.0 95.25 0.57

Шамахы- 350 0.02-12.5 0.7-8.2 85.0-99.4 0.01-4.78

Гобустанский 1.9 2.2 95.42 0.46

Нижнекуринский 44 0.1-6.64 0.2-9.1 82.7-99.0 0.1-1.91

2.02 1.8 95.40 0.84

Бакинский 87 0.1-8.5 0.3-13.2 85.4-99.0 0.0-6.35

архипелаг 1.43 2.75 94.57 1.10

Междуречье Куры \иГабырры 35 0.8-12.0 4.49 0.2-8.2 1.17 77.0-96.0 91.79 сл.- 4.6 2.51 )

© А.Ш. Бабаев

21

г л

Таблица 2

Химический состав газовых выбросов грязевых вулканов, подобранный по максимальным содержаниям CH4, 2ТУ

Название вулкана Состав газа, мол. %

CO2 N2 H2S CH4 2ТУ Ar He

Чухуроглыбозы Ильхичи Абиха(морской) Элм 0.42 10.29 1.3 0.86 0.0 0.10 10.7 - 99.54 89.12 86.4 88.3 0.04 0.59 I.358 II.155 0.24 0.0082 0.0011 0.002

стабильны1. Кроме того, если источник гидратообразующих газов действует периодически, или термодинамические условия в районе залежи меняются, то возможно обогащение гидратов в залежи тяжёлыми компонентами.

Описанные процессы приобретают особое значение, если содержание примесей к метану в гидратообразующей газовой смеси достигает величин в несколько процентов и более. Такие газовые смеси формируются, в частности, в газовых очагах грязевых вулканов. В табл. 12 приведены составы газовых выбросов некоторых грязевых вулканов Азербайджана. В числителе дробей указаны пределы, в которых изменяются содержания указанных газов, а в знаменателе - их средние значения.

Характеризуя химический состав газовых выбросов грязевых вулканов, необходимо обратить внимание на его зависимость от размера самих вулканов. Так, анализы газов грязевых вулканов показывают, что в газах крупных вулканов содержание метана достигает наи* большего значения при незначительном 8 содержании азота и углекислого газа, г которое, наоборот, повышено в газах § небольших вулканов3. Это позволяет

с

0 -

| 1 Чухарева Н.В. Определение условий гидрато-

1 образования при транспорте природного газа ® в заданных технологических условиях эксплуа-g тации промысловых трубопроводов. Расчёт не! обходимого количества ингибиторов для предке отвращения загидрачивания. Методические § указания к выполнению практических работ по I курсу "Подготовка, транспорт и хранение сква-I. жинной продукции". Томск, 2010.

® 2Дадашев Ф.Г., Алиев Ад.А., Кабулова А.Я., Та" гиев М.Ф., Байрамова С.М. Природные газы грязевых вулканов Южно-Каспийской впадины. Отчёт за 1994-1995 гг. Фонд ИГАНА, 1996. 3 Рахманов Р.Р. Грязевые вулканы и их значение

сделать вывод о том, что при одинаковой скорости поступления воздуха в недра грязевых вулканов в силу того, что в недрах мелких грязевых вулканов содержится меньшее количество природного газа, при их смешении и последующем окислении углеводородов воздухом процентное содержание продуктов этого процесса бывает выше.

Газовые выбросы грязевых вулканов Азербайджана состоят в основном из предельных углеводородов, углекислого газа, азота, сероводорода и инертных компонентов. Содержание метана в них меняется в пределах 80100%, в среднем составляя 93.04%, сумма тяжёлых углеводородов - до 5.28% (в среднем 0.48%) и углекислого газа - до 11.4% (2.51%). Сумма средних значений содержания отмеченных компонентов составляет 96.03%. Остаток, равный 3.97%, можно отнести за счёт содержания в газах вулканов азота, гелия, аргона и др. составляющих4. Для сравнения рассмотрим данные состава газов грязевых вулканов междуречья Куры и Алазани. Содержание метана здесь изменяется от 89% в Центральной Кила-Купре до 96% в Ахтале, а суммы тяжёлых углеводородов - от 0.2% в Восточной и Центральной Кила-Купре до 3.6% в Южной Тюлькт-Тепе5.

Иллюстрацией сказанному может служить табл. 2, составленная по дан-

в прогнозировании нефтегазоносности недр.

М, 1987.

4Дадашев Ф.Г. Углеводородные газы грязевых вулканов Азербайджана. Баку, 1963.

5 Алиев Ад.А., Гаджи-Касумов А.С, Кабулова А.Я., Симхаев В.З. Геохимическая характеристика газов грязевых вулканов междуречья Куры и

Алазани // Известия высших учебных заведений, Нефть и газ. Баку. 1981. № 5.

ным, любезно предоставленным автору А.Я. Кабу-ловой, и отображающая составы газовых выбросов некоторых грязевых вулканов, подобранных по максимальным содержаниям углекислого газа, азота, метана и суммы тяжёлых углеводородов.

Для сравнения приведём состав газа, полученный при разложении газовых гидратов, поднятых украинскими геологами при обследовании северо-западного склона Чёрного моря. Газовые гидраты были подняты прямоточной трубкой в 20 милях к западу от района обнаружения грязевых вулканов. Анализ их состава дал следующие результаты: метан и другие углеводородные газы - 68.1%, СО2 - 24.1%, N2 - 7.7%, прочие компоненты - 0.3%6. Остаётся неясным, как повлиял процесс гид-ратообразования на исходный состав гидратообразующей газовой смеси.

Примечательно, что анализы газов, проведённые для одних и тех же вулканов разными специалистами, часто дают ощутимо различающиеся результаты. Эти различия особенно заметны в содержаниях негорючих компонентов, в частности азота. Так, анализы газов 21 грязевого вулкана Нижнеку-ринского района, проведённые В.А. Гориным и Р.А. Гусейновым, показывают полное отсутствие в них N27. Эти различия, по-видимому, объясняются тем, что при отборе проб в ряде случаев в них попадал атмосферный воздух.

Вместе с тем примеси негидратооб-разующих компонентов в газах грязевых вулканов всё же встречаются и, как покажут проведённые ниже расчёты, вносят свой вклад в условия гидра-тообразования.

В ходе расчётов была определена верхняя граница зоны гидратообразо-

6 Шнюков Е.Ф., Митин Л.П., Клещенко С.А., Григорьев А.В. Зона акустических аномалий в Черном море близ Севастополя // Геологический журнал. 1993. № 4.

7Горин В.А., Буниатзаде З.А. Глубинные разломы, газонефтяной вулканизм и залежи нефти и газа западного борта Южно-Каспийской впадины. Баку, 1971.

вания для газов грязевых вулканов Апшерон-ского района, Бакинского архипелага, а также для вулкана Элм и морского вулкана Абиха. Вычисления проводились по методике Макогона-Схаляхо, уточнённой О.В. Калашниковым8. Суть методики заключается в следующем.

Определяется относительная плотность газовой смеси ротн. Зависимость этого параметра от плотности газовой смеси выражается формулой:

_ ргс. ротн. ,

рвозд.

где: ргс. - плотность газовой смеси; РвОЗД. - плотность воздуха.

Необходимо отметить, что при расчёте относительной плотности газовой смеси важно пользоваться "эквивалентными" значениями для индивидуальных компонентов. Значения некоторых часто встречающихся компонентов газовых смесей приведены в табл. 39. Как видно из таблицы, на примере азота эквивалентные плотности не-гидратообразующих компонентов приравниваются к нулю. Но так как объём газовой смеси остаётся постоянным, её плотность уменьшается. Соответственно уменьшается и рОтн.

Задавая давление в зоне гидрато-образования, по уравнению Макогона-Схаляхо с использованием уточнённых О.В. Калашниковым коэффициентов б вычисляется температура образования газовых гидратов. ц Таким образом: н ^Р = Ь + а(гг+кг1) (формула Макого- « на-Схаляхо), где: | Р и гг - соответственно давление £ (бар) и температура (°С) в зоне гидра- | тообразования; Л а - коэффициент, равный 0.0497. §

а.

8 Калашников О.В. К определению температуры ? гидратообразования во влажном природном Г5 газе // Экотехнологии и ресурсосбережение. 2001. № 3.

9 Там же.

с \

Таблица 3

Относительные плотности некоторых газов

Компонент Рэкв.

Азот 0

Метан 0.55

Диоксид

углерода 0.61

Этан 0.8

Пропан 2.8

Изобутан 4.8

Н-бутан 1.4

V_у

Коэффициенты Ь и к, уточнённые О.В. Калашниковым, сведены в табл. 4, а результаты вычислений г„ для указанных выше объектов -в табл.5.

Как видно из полученных данных, наличие не-гидратообразующих компонентов в газовых смесях снижает температуры образования из них гидратов.

По данным табл. 5 для газов указанных выше объектов построены графики зависимости температуры гидрато-образования от давления (рис. 1).

Для определения рай- ^-

онов Каспийского моря, в которых возможно образование гидратов из газов с указанными выше составами, рассмотрим сезонную динамику изменения температур в различных частях и на разных глубинах этого водоёма. Ввиду мелководности Северного Каспия (наибольшая глубина 25 м) образование скоплений газовых гидратов в нём невозможн

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком