Хавкин А.Я., доктор технических наук, доцент, главный научный сотрудник Сорокин А.В., старший научный сотрудник
Табакаева Л. С., кандидат технических наук, старший научный сотрудник (Институт проблем нефти и газа Российской академии наук)
ВЛИЯНИЕ ГЛУБИНЫ ПРИРОДНЫХ ВОДОЕМОВ НА ОБРАЗОВАНИЕ В НИХ СЛОЕВ ГАЗОГИДРАТОВ
Рассмотрен ряд природных водных бассейнов на предмет возможности наличия в них слоев газогидратов. Дано краткое описание возможной технологии извлечения метана из слоев газогидратов в водных средах.
Ключевые слова: газогидрат, водоем, глубина, минерализация.
INFLUENCE OF DEPTH OF NATURAL WATER BASINS ON FORMATION IN THEM OF GASHYDRATES LAYERS
A number of natural water basins is considered for an opportunity of presence in them of gashydrates layers. The brief description ofprobable technology of extraction of methane from gashydrates layers in water basins is given.
Keywords: gashydrate, water basin, depth, mineralization.
Как было показано в нашей предыдущей статье [1], при определенных условиях в водных средах возможно образование плавающих слоев газогидратов (СГГ). Этими условиями являются, прежде всего, выход метана из недр (отсутствие в недрах покрышек, удерживающих природные газы) [2], температура и глубина водоема. Но основа предположений о наличии плавающих слоев газогидратов - механизм образования газогидратов без предварительного замерзания воды [1, 3]. Влияет на глубину образования СГГ также минерализация воды [4], увеличивающая необходимое для образования СГГ давление на 2,5 МПа, или примерно, с учетом солености воды, на 250 м глубины.
Метан, как химическое соединение, имеет настолько малые размеры по отношению к по-ровому пространству пласта, что позволяет метану свободно мигрировать к поверхности Земли и, не накапливаясь в атмосфере, переноситься в стратосферу, где он реагирует с атомарным кислородом с образованием углекислого газа и воды. Естественным препятствием ювенильных токов газов, и, прежде всего, метана служат антиклинальные отложения глинистых материалов, солевых куполов и зоны вечномерзлых пород, которые служат ловушками при миграции метана [5].
Нами было показано, что в пресноводном оз. Байкал верхняя граница образования СГГ находится на глубине 380-400 м [1]. На рис. 1 (разрез оз. Байкал) показан выход ювенильных потоков метана на дневную поверхность Земли, как под зеркалом водной поверхности, так и над сушей.
Рассмотрим возможности образования СГГ в других природных водоемах.
На рис. 2 показаны возможные зоны образования СГГ в Каспийском море, на основе данных [6]. Видно, что в Северном Каспии возможная зона образования (с учетом небольшой солености воды) СГГ находится на глубине 500 м, а в Южном Каспии возможная зона образования (с учетом солености воды) СГГ находится на глубине 700 м.
IК 1:'
р. Селенга
Рис. 1. Схематический разрез оз. Байкал по 53,20 С. Ш. []]-миграция СН4 из мантии, ] - зона водной акватории, - зона водной акватории, соответствующая термодинамическим условиям существования СГГ
0 4 8 12 16
Ц м
0 100 200 300 400 500 600 700 800
20 24 28 ( оС
1
\ 2
\
г
\ , 3
4 \
у
мО
100
ЭОС
500
т
900
а б
Рис. 2. К механизму образования зоны плавающих СГГ в Каспийском море. а - распределение температуры (1 - в Северном Каспии, 2 - в Южном Каспии) и верхняя температурная граница зоны СГГ в пресной воде (3) и в соленой воде (4), б - характеристика глубин по меридиану 51° в. д.: 1 - в Северном Каспии, 2 - в Южном Каспии
Очень вероятно отсутствие зоны СГГ в Каспии из-за близости верхних границ возможных зон СГГ к глубине водоема в этих частях Каспия. Однако много зависит от минерализации воды, распределения температуры, что означает необходимость дальнейших исследований этих параметров.
В Баренцевом море, из-за небольших глубин [6], образование в нем СГГ невозможно.
На рис. 3-5 проанализированы возможности образования СГГ в Беринговом, Охотском и Японском морях, на основе данных [6], исходя из равновесных кривых гидратообразования.
Как видно из рис. 3 и 4, в Беринговом и Охотском морях возможно образование СГГ на глубинах более 600 м, а в Японском море (рис. 5) возможно образование СГГ на глубинах более 500 м.
Проведенные оценки глубин образования СГГ условны и зависят от активности дегазации пород под зеркалом указанных водоемов и минерализации воды в указанных зонах.
12
Ц, м
0
500 1000 1500 2000 2500 3000 3500
оС
Рис. 3. Распределение температуры в Беринговом море (1) и верхняя температурная граница зоны СГГ в соленой воде (2) и пресной воде (3)
12
Ц, м
0
500 1000 1500 2000 2500 3000 3500
оС
Рис. 4. Распределение температуры в Охотском море (1) и верхняя температурная граница зоны СГГ в соленой воде (2) и пресной воде (3)
12
0
500 1000 1500 2000 2500
3000 -О
Ц, м
3500
^ оС
Рис. 5. Распределение температуры в Японском море (1) и верхняя температурная граница зоны СГГ в соленой воде (2) и пресной воде (3)
Что касается Черного моря, то в нем идет активное выделение метана, и оценка количе -ства потока метана в водную толщу с площади 1573 мили в северо-западной части Черного моря составляет 5,2-108 м3/год [7]. Исследования показали, что подавляющее число сипов метана в Черном море расположено на глубинах, не превышающих 750 м. В то же время площадки газовыделений были обнаружены и на глубинах 900-1000 м, а также свыше 1800 м [7]. Температура вод на глубине более 1000 м составляет около 9оС [6]. Это означает (по аналогии с рис. 3-5) возможность наличия СГГ в водах Черного моря на глубинах более 1000 м, а в холодное время года - на глубинах 500-750 м.
Рассмотрим предполагаемую технологическая схема отбора газа из СГГ. Один кубометр суспензии ГГ с концентрацией 50%, содержит примерно 0,09 м метана. Энергия для подъема кубометра суспензии превышает 15,66-10 кДж, а энергоемкость количества метана составляет приблизительно 2700 кДж. Поэтому разработка донных газогидратных соединений при подъеме газа из СГГ на дневную поверхность экономически не рентабельна, и одним из вариантов организации технологического процесса добычи является их разрушение в придонной зоне.
Как показано в работе [3], процесс образования и разрушения газогидратов зависит от рН (кислотности) воды и, регулируя рН среды, можно разрушать СГГ и осуществлять подъем метана на дневную поверхность доступными технологическими приемами.
Особые требования должны быть предъявлены к глубинному водопогружному оборудованию, которое представляет собой подвеску труб (НКТ) диаметром до 3"(71 мм) с кониче -ским расширением на хвостовике (воронка). Внутри НКТ до нижней образующей воронки спускается бесшовная длинномерная труба диаметром У " или %", по которой подается химический состав для разрушения ГГ.
В качестве примера рассмотрим извлечение газа из СГГ из придонной зоны пресноводного озера Байкал. Исходные данные: 1) Глубина 1600 м. 2) Температура грунта на дне 40±5оС. 3) Глубина нижней границы формирования газогидратов 1300-1500 м. 4) Устьевое давление примем 10 МПа. 5) Состав газогидрата СН4-6Н2О.
В таких условиях для извлечения 100 тыс. м3 метана из газогидратов необходимо разрушить 100000/0,160-0,913 = 570 т ГГ. Если концентрация ГГ в суспензии составляет 10-50%, то для извлечения 100 тыс. м3 метана в сутки нужно обрабатывать примерно 1,1-5,5 тыс. т водной среды с суспензией ГГ.
ЛИТЕРАТУРА
5. Хавкин А.Я., Сорокин А.В., Табакаева Л.С. О газогидратных слоях в водных средах // Естественные и технические науки, 2010, № 2, с. 268-274.
6. Дмитриевский А.Н., Валяев Б.М. Углеводородная дегезация через дно океана: локализованные проявления, масштабы, значимость // Дегазация Земли и генезис углеводородных флюидов и месторождений, М., ГЕОС, 2002, с. 7-36.
7. Сорокин А.В., Хавкин А.Я. О механизме гидратообразования / РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, Научный Совет РАН по проблемам геологии и разработки месторождений нефти и газа, Международная научно-техническая конференция «Нефть, газ Арктики», М., 2006 // М., РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, 2007, с. 227-236.
8. Воробьев А.Е., Малюков В.П. Газовые гидраты // М., РУДН, 2007, 273 с.
9. Корчагин В.И., Трофимов В.А. Искусственные ловушки газа и роль покрышек в формировании газовых месторождений // Дегазация Земли и генезис углеводородных флюидов и месторождений, М., ГЕОС, 2002, с. 368.
10. Добровольский А.Д., Залогин Б.С. Моря СССР // М., МГУ, 1982, 192 с.
11. Современные представления о средообразующей и экологической роли струйных метановых газовыделений со дна Черного моря / В.Н. Егоров, Г.Г. Поликарпов, С.Б. Гулин, и др. // Морський еколопчний журнал, 2003, Т. II, № 3, с. 5-26.
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.