Диссертация (1173025), страница 3

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 3)

Основные методы добычи газа из газогидрата: метод нагрева (слева),метод снижения давления (средняя) и метод замещения CO2 (справа)Метод нагреваПринцип метода нагрева заключается в увеличении температуры гидратной залежи выше равновесной температуры существования гидрата, соответствующей поровому давлению в этой области, с целью разложения кристаллической структуры гидрата[14,15].

К основным методам нагрева гидратнойзалежи относятся: закачивание в пласт , содержащего гидрат, горячей жидкости, пара или другой термальной жидкости, или использование технологииподземного нагрева, такого как электромагнитного или прямой микроволновой нагрев.15При нагнетании в пласт горячей воды происходит большая потеря теплаи метод дает плохую экономическая отдачу. При прямом нагревании источниктепла непосредственно вводится в гидратную залежь, что помогает избежатьпотерь тепла, Данный метод применим к различным типам гидратных ресурсов в разных геологических условиях [15]. Преимущество методов, основанных на тепловом воздействии на пласт, заключается в том, что, имеется возможность эффективного контроля скорости производства гидратов.

Данныйметод приводит к большому количеству потерь тепла, а способность и технология подвода тепла также ограничивают использование данного метода.Испытание закачки горячей воды в пласт показало[16], что при тех жеусловиях насыщения породы гидратом, чем выше температура нагнетаемойводы, тем выше скорость распространения теплового потока, и тем быстреепроисходит разложение гидратов. Тем самым скорость закачки воды и ее температура, играют ведущую роль в ускорении процесса разложения гидратов.Энергетический анализ данного исследования показывает, что чем выше скорость, тем выше энергетическая и тепловая эффективность. В пористой средес высокой относительной проницаемостью, в слои гидратов с различныминасыщениями (16%, 32%, 48%, 64%) вводили горячую соленую воду, былоустановлено, что когда насыщение гидрата составляет менее 48%, скоростьразложения больше, и газ может быть своевременно выведен от места разложения[17].

Эксперименты с использованием метода точечного электрическогонагрева показали, что интенсивность прогрева гидратной залежи была незначительной, время разложения гидратов было долгим, эффективность использования энергии была низкой, а стоимость высокой [18].Метод снижения давленияПринцип метода снижения давления заключается в снижении поровогодавления в газогидратной залежи и понижении температуры до соответствующего равновесного давления гидратной фазы, соответствующей температурев этой области, что приводит к нарушению состояния стабильности гидрата иего разложению[19]. Снижение давления в большинстве случаев происходитза счет уменьшения давления свободного газа, находящегося под слоем гидрата, или же за счет извлечения воды. Метод снижения давления в процессеразработки газогидратов не требует подведения тепла к залежи и не требуетдругих затрат.

Как следствие, он имеет низкую стоимость реализации, он16является лучшим методом среди всех методов разработки газогидратных залежей.По сравнению с другими методами, метод снижения давления был изученнаиболее широко и углубленно. Первоначально метод описывал только правила изменения параметров давления и скорость образования газа и воды,позднее метод развился до всестороннего рассмотрения всех слоев залежи,условий снижения давления, а также получил теоретическое обоснование[20] .Эксперименты показывают, что процесс снижения давления в газогидратной залежи обычно можно разделить на три этапа: быстрое разложение,медленное разложение и обычное разложение, если гидраты в залежи распределены равномерно, может возникнуть разложение переднего края [21].

Разложение гидрата представляет собой эндотермический процесс, посколькуоно вызывает локальное снижение температуры, а это может привести к замедлению или остановке процесса разложения гидрата. Поэтому для поддержания устойчивого и эффективного выделения газа метод снижения давлениятребует определенного постоянного поддержания теплового градиента илидополнительного тепла [22,23].

Факторы, влияющие на эффективность процесса, в основном включают величину снижения давления, начальную температуру в залежи, начальную степень насыщения породы гидратом и характеристики осадочного слоя. Доминирующую роль в процессе разложения гидрата играет амплитуда декомпрессии. Чем больше величина декомпрессии,тем быстрее происходит разложение гидрата [24].Влияние температуры окружающей среды на скорость разложения в основном отражается на давлениигазогидратной залежи, впоследствии, чем выше температура окружающейсреды, тем быстрее гидрат разлагается, насыщенность породы гидратом оказывает большее влияние на скорость разложения[25].

Для исследования влияния осадочных характеристик на закон разложения газогидратов путем проведения имитационного испытания в лаборатории, использовали отложениясмеси песка и ила [26]. Путем загрузки слоев толщиной 25 см на каждой стороне реактора, песочный слой толщиной 50 см был зажат между смоделированным слоем ила и песка, декомпрессия выполнялась, когда насыщение гидрата метана составляло 50%.

Результаты эксперимента показали, что во времяпроцесса повторного разложения диффузия газа ускоряла течение воды. Влияние слоя ила на стабильность газогидратов, воды и газа требует дальнейшихисследований.17Метод инъекции химического ингибитораПринцип введения химических ингибиторов основан на закачке определенных химических реагентов, таких как метанол, этанол, этиленгликоль, глицерин, солевой раствор, хлорид кальция и других реагентов, что приводит кснижению стабильности гидратов, и их частичному разложению[18].

Скорость разложения гидрата зависит от скорости введения ингибитора [19]. Метод введения химического ингибитора в залежь может эффективно изменятьусловия равновесия в гидратной фазе и искусственно контролировать скоростьразложения гидратов, но основным недостатком этого метода является высокая стоимость химических реагентов, медленная скорость добычи, а такжепроблемы, вызванные загрязнением окружающей среды. Данный метод неподходит для разработки морских газовых гидратов.Химические ингибиторы можно разделить на термодинамические и кинетические ингибиторы. Термодинамические ингибиторы являются более распространёнными, это такие вещества, как метанол и этанол.

По сравнению сметанолом, этанол менее токсичен и имеет более высокую плотность, чем метанол, это облегчает разложение гидратов [27]. Эксперименты по введениюраствора этанола показывают, что скорость разложения гидрата зависит от таких параметров, как температура, давление, скорость закачки, концентрацииэтанола, площадь контакта и других факторов.

Скорость выделения газа такжезависит от проницаемости слоя газового гидрата [28].Так же в качестве химического ингибитора может применяться растворNaCl, обладающий данными особенности торможении. В песчанике Береа, содержащем гидраты, закачивался раствор NaCl. Когда концентрация растворасоставляла 3,45 % по массе, гидрат разлагался, и скорость выделения газа становилась быстрее. Когда концентрация раствора увеличивается до 20 % помассе, в результате непроницаемого слоя NaCl, проницаемость пласта снижалась, это приводило к медленной скорости разложения гидратов [29].

Из-завысокой стоимости химических ингибиторов и загрязнения природных коллекторов, вызываемых ими, появился новый тип ингибитора - кинетический.Данный ингибитор изменяет динамику разложения гидрата и может значительно ускорить процесс разложения с использованием очень малых доз (максимум 1 % по массе).18Метод замещения CO2Принцип метода замещения CO2 (рис.7) заключается в том, чтобы молекулы CO2 замещали молекулы метана в газогидрате. Так как газогидрат CO2существует при тех же условиях что и гидрат метана, но остается стабильнымпри более низком давлении[30,31]. Путем введения различных форм смесейCO2 или CO2/N2 в залежь гидрата метана, при образовании гидрата CO2 выделяется тепло, которое также способствует разложению гидрата метана. Данный метод позволяет наряду с получением метана обеспечивать утилизациюCO2, что приводит к снижению вредных выбросов.

Данный метод добычи газаимеет как экономические, так и экологические преимущества. Однако онимеет низкую эффективность замещения и не может быть применен при коммерческой разработке газогидратных залежей.Рис.6. Принципиальная схема метода замещения CO2В настоящее время исследовательская область метода замещения CO2включает масштабные микроисследования. Исследования проводятся в основном с использованием технологии лазерной Рамановской спектроскопии,рентгеновской дифракции и метода нейтронной дифракции.

С микроскопической точки зрения, реакции замещения CO2 представляют собой процесс, прикотором десятки тысяч молекул углеводородов выходят из кристаллов гидрата,когда молекулы CO2 входят в кристаллическую структуру. Движущей силойданного процесса является градиент химического потенциала между фазой метана и введенной фазой CO2 [32]. Как сделать так, что бы молекулы кроме CH4содержали макромолекулярные C2H6, C3H8 и другие смешанные газовые гидраты, а процесс замещения CO2 сопровождался структурным изменением19гидратов [33,34]. В исследовании масштабов пор в основном используется технология ядерной магнитной визуализации, где изучается динамика смещенияCO2. По результатам анализа интенсивности сигнала MRI обнаружено, чтоCH4 высвобождается, когда жидкий CO2 вводится в пористую среду, содержащую гидрат метана.

Макроскопические экспериментальные исследования показали, что эффективность замещения CO2 зависит от насыщения породы гидратов, проницаемости осадочных пород, термодинамических условий залежи,давления и температуры вводимогоCO2[35,36,37].В нормальных условиях реакция замещения проходит в два этапа: быстрая реакция и медленная реакция.Первый этап контролируется скоростью разложения гидрата метана в поверхностном слое, а последний контролируется скоростью диффузии газа [38].Следует отметить, что газ, полученный методом замещения CO2, представляетсобой смешанный газ, а не чистый метановый газ, очистка газа от CO2 являетсядорогостоящей.Новые технологии и методы для разработки гидратов природного газаВ дополнение к вышеупомянутым четырем методам разработки газогидратов, отечественные и зарубежные ученые также предложили ряд других новых технологий и новых методов разработки.

Характеристики

Список файлов диссертации