Диссертация (1173025), страница 2
Текст из файла (страница 2)
).Структура и объём работыДиссертация состоит из введения, четыре глав и заключения; изложена на155 страницах, содержит 100 рисунка, 18 таблиц, список литературы из 99наименований.8Работа проводилась в соответствии с тематическими планами научно-исследовательских работ Научно-исследовательского института Китайскойнациональной нефтегазовой морской корпорации (КННМК) и кафедры освоения морских нефтегазовых месторождений РГУ нефти и газа (НИУ) имениИ.М.
Губкина.БлагодарностиАвтор выражает признательность заведующему кафедрой освоения морских нефтегазовых месторождений – д.т.н., профессору Никитину Б.А. и и.о.заведующего кафедрой к.т.н., профессору Бондаренко В.В. за содействие навсех этапах выполнения работы. Автор глубоко благодарен своему научномуруководителю, д.т.н., профессору Кадету В.В. за выбор направления исследований, постоянное внимание, поддержку и руководство работой. Автор выражает искреннюю благодарность д.т.н., профессору Оганову А.С., д.т.н., профессору Симонянцу С.Л., д.т.н., профессору Мансурову М.Н., д.г-м.н., профессору Дзюбло А.Д., д.т.н., профессору Харченко Ю.А., д.г-м.н., ЯкушевуВ.С., к.т.н., доценту Бойко В.И., д.т.н., профессору Мирзоеву Д.А.-О., д.т.н.,профессору Безкоровайному В.П., к.т.н., профессору Гельфгату М.Я., д.т.н.,профессору Потапову А.Г., д.т.н., профессору Золотухину А.Б., д.т.н., профессору Оганову Г.
С., д.т.н., доценту Пятибратову П.В., к.т.н., Богатыревой Е.В.,профессору Сунь Баоцзян, профессору Ян Цзинь, доценту Вэй На и другим, заценные советы, консультации и предложения в ходе выполнения работы иподготовки ее к защите.9ГЛАВА 1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР РАБОТ ПО ИССЛЕДОВАНИЮГАЗОГИДРАТОВ1.1.Основные сведения о газовых гидратахГидраты природного газа (далее газогидраты) привлекают внимание какновый источник энергии [1].По оценкам, на 20,7% площади суши и 90% площади мирового океана имеются благоприятные условия для образования газогидратов [2]. Запасы природного газа в газогидратах морских отложенийогромны, по консервативной оценке, они составляют 2,83 × 1015 м3, что в 100раз превышает запасы природного газа в газогидратах на суше[3].Газогидратысчитаются самым перспективным источником углеводородной энергии в XXIвеке(рис.1).
Поэтому, безопасные и эффективные способы разработки и использования газогидратов стали объектом пристального интереса в мире. Вусловиях низкой температуры и высокого давления молекулы природного газа(обычно метана) и молекулы воды образуют гидрат, где молекулы газа обернуты в клетку, образованную молекулами воды, формируя стабильную кристаллическую структуру.
Для освобождения молекул газа из кристаллическойструктуры, требуется преодолеть вандерваальсовскую силу [1], возникшуюмежду молекулами газа и молекулами воды. Это является определяющим отличием методов разработки газовых гидратов и разработки традиционных месторождений нефти и газа.Рис. 1. Расположение органического углерода на земле10К настоящему времени в мире открыто уже более 220 месторождений газогидратов (рис.2). Они обнаружены вблизи берегов США, Канады, КостаРики, Гватемалы, Мексики, Японии, Южной Кореи, Индии и Китая, а также вСредиземном, Черном, Каспийском, Южно-Китайском морях. Ожидается, чтозначительные запасы газогидратов могут находиться в Аравийском море,вблизи западного побережья Африки, а также у берегов Перу и Бангладеш.Рис.2.Установленные и предполагаемые газогидратные месторождения [4]Оценки мировых ресурсов газа в газогидратном состоянии с 1970-х годов,носили противоречивый и отчасти спекулятивный характер.
В 1970-1980-х годах они находились на уровне 100-1000 квадрлн. куб. м, в 1990-х годах — снизились до 10 квадрлн. куб. м, а в 2000-е годы — до 100-1000 трлн. куб. м[5].Международное энергетическое агентство (МЭА) в 2009 году привело оценкув 1 000-5 000 трлн. куб. м, хотя разброс остается значительным. Например, рядоценок указывает на наличие газа в газогидратах в объеме 2500-20000 трлн.куб. м [1]. Тем не менее, даже с учетом значительного снижения оценок ресурсы газа в газогидратном состоянии остается на два порядока выше ресурсовтрадиционного природного газа, оцененных на уровне 250 трлн. куб.
м [5](МЭА оценивает запасы традиционного природного газа в 468 трлн. куб. м [6]).К примеру, возможные запасы газа в газогидратных месторождениях различного типа в США показаны на рис 3. «Газогидратная пирамида» также отражает потенциал добычи газа из газогидратных месторождений различного11типа. На вершине пирамиды находятся хорошо разведанные месторождения вАрктике вблизи существующей инфраструктуры, подобные месторождениюМаллик в Канаде.
Далее следуют менее изученные газогидратные образованиясо сходными геологическими характеристиками (на Северном склоне Аляски),но требующие развития инфраструктуры. По последним оценкам, техническиизвлекаемые ресурсы газогидратов Северного побережья Аляски составляют2,4 трлн. куб. м газа. Вслед за арктическими запасами расположены глубоководные месторождения средней и высокой насыщенности. Так как стоимостьих разработки потенциально крайне высока, наиболее перспективным регионом для этого считается Мексиканский залив, где уже создана инфраструктуранефтегазодобычи.
Масштаб этих ресурсов пока не очень хорошо известен, ноСлужба управления минеральными ресурсами США ведет их изучение.У «подножия пирамиды» (рис.3) обозначены скопления газогидратов, которые характеризуются крайне неравномерным распределением в большихобъемах мелкозернистых и недеформированных осадочных пород. Типичныйпример такого скопления — глубоководное месторождение у хребта Блейк(побережье американского штата Каролина).Рис.3.
Оценки ресурсов газогидратов в США по типу месторождений —«газогидратная пирамида»Природные газовые гидраты представляют собой нестабильный минерал,образование и разложение которого зависят от температуры, давления, химического состава газа и свойств пористой среды. Различают техногенные и природные газовые гидраты. Техногенные гидраты могут образовываться в системах добычи и переработки традиционного природного газа (в призабойнойзоне, в стволе скважины и т.д.) и при его транспортировке. В технологическихпроцессах добычи и транспортировки традиционного природного газа12образование газогидратов рассматривается как нежелательное явление, чтопредполагает дальнейшее совершенствование методов предупреждения их образования и ликвидации [2]. В то же время техногенные газогидраты могутбыть использованы для хранения больших объемов газа, в технологияхочистки и разделения газов, для опреснения морской воды и в аккумулировании энергии для целей охлаждения и кондиционирования [3].
Природные гидраты могут формировать скопления или находиться в рассеянном состоянии.Они встречаются в местах, сочетающих низкие температуры и высокое давление, таких как глубоководные участки (придонные области глубоких озер, морей и океанов) и зона вечной мерзлоты (арктический регион). Глубина залегания газогидратов на морском дне составляет 500-1500 м, а в арктической зоне— 200-1000 м (рис.4).Рис.4. Условия стабильности газогидратовПримечания:* Геотермальный градиент — повышение температуры по мере увеличениярасстояния от земной поверхности.** Фазовое равновесие предполагает условия равенства температуры всех частей вещества (термическое равновесие), равенства давления во всем объемевещества (механическое равновесие) и равенства химических потенциаловкаждого компонента во всех частях вещества(термодинамическое равновесие),что обеспечивает локальную устойчивость вещества к малым изменениям параметров.13Особое значение с точки зрения перспектив разработки месторожденийгазогидратов имеет наличие нижнего пласта свободного природного газа илисвободной воды:• Свободный газ.
В этом случае разработка газогидратных месторожденийпроисходит способом, схожим с добычей традиционного газа. Добыча свободного газа из нижнего пласта вызывает снижение давления в гидратонасыщенном пласте и разрушает границу между ними. Газ, полученный из газогидратов, дополняет газ, полученный из нижнего пласта. Это наиболее перспективное направление разработки месторождений газогидратов.• Свободная вода. Когда под газогидратным месторождением находитсявода, снижение давления в зоне гидратов может быть достигнуто за счет ееизвлечения.Этот способ технически реализуем, но менее экономически привлекателен по сравнению с первым.• Отсутствие нижнего слоя.
Перспективы разработки газогидратных месторождений, снизу и сверху окруженных непроницаемыми осадочными породами, остаются туманными [4].1.2.Обзор существующих технологий добычи газа из газогидратных залежейПосле десятилетий экспериментов и исследований цифровых моделей,было накоплено большое количество экспериментальных данных, которыепредоставили ценную информацию для пробной разработки залежей гидратовприродного газа (Таблица1).Таблица1.Методыний[7,8,9,10,11,12,13]ПроектМессояхское месторождение СССР（1967）разработкигазогидратныхместорожде-Особенность залежиТип залежиСпособ разработкиглубина700 ~ 800 м;толщина84 м;песчаникОбластьвечноймерзлотыметод снижения давления, метод закачки химического ингибитора2002 г，метод нагреваМаккензи, Канада（2002,2007-2008）глубина 800 ~ 1100 м;Толщина110 м;Песчаник2007 г，метод сниженияОбластьвечноймерзлотыдавления, метод нагрева2008 г，метод снижениядавления14Норт Слоуп (районна Аляске)（2008,2012）Японское море（2013）Впадины южногопобережья Япон-толщина 40 ~ 130 м;насыщаемость 75%;песчаникОбластьвечноймерзлотыметод снижения давления, метод замещенияCO2глубина воды1000 м;глубина захоронения 300м;песчаникморская залежьсредно-крупнозернистого пескаметод снижения давлениятолщина50 мморская залежьсредно-крупнозернистого пескаметод снижения давленияглубина воды 1266 м; захоронения 203 ~277 м;морскаязалежь глинистого песчаникаметод снижения давленияглубина воды 1310 м;захоронения 117 ~196 м;морская непородообразующая залежь газагидратовметод псевдоожижениятвёрдого состоянияского моря（2017）Южно-Китайскоеморе shenhu（2017）Южное-Китайскоеморе shenhu（2017）Сначала, рассматриваются примеры извлечения природного газа из газовых гидратов методами снижения пластового давления, нагрева, введениеингибитора и метод замещения CO2 (рис.5).Рис.5.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
