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.