Газовые гидраты

Важное значение для оценки ресурсов природного газа имеет свойство метана и других газообразных углеводородов при высоком давлении и пониженной Т образовывать с водой газовые гидраты - твердые кристаллические соединения с общей формулой C_nH_2n+2^.mH₂O, которые при высоких давлениях существуют и при положительных Т-х. По структуре газовые гидраты это соединения включения (клатраты), образующиеся при внедрении молекул газа в пустоты кристаллических структур, составленных из молекул воды. Существуют два типа решетки гидратов: структура I, построенная из 46 молекул воды и имеющая 8 полостей, и структура II - 136 молекул воды, 16 малых полостей и 8 больших. Молекулы газа - гидратообразователя находятся в полостях решетки, которая может существовать только при наличии этих молекул [21].

Метан, этан, углекислый газ, сероводород и азот образуют гидраты структуры I, при которой формула полностью насыщенного газом гидрата 8M^.46H₂O, где М - молекула гидратообразователя. Пропан и изобутан образуют гидраты структуры II с идеальной формулой 8M^.136H₂O. Углеводороды с размерами молекул, большими, чем у изобутана, гидратов не образуют. Один объем воды при образовании гидрата связывает от 70 до 210 объемов газа, при этом удельный объем воды возрастает на 26-32%. При образовании гидрата метана один объем воды связывает 207 объемов метана, а 1 м³ гидрата метана содержит 164,6 м³ газа при нормальных условиях. При этом объем, занимаемый газом в гидрате, не превышает 20%. Таким образом,

в гидратном состоянии 164,6 м³ газа занимают объем всего 0,2 м³ [22].

В природных условиях гидраты метана широко распространены и образуют крупные залежи метанового газа. Например, на океанском дне даже при температуре +10^оС уже на глубине 700 м давление достаточно для образования газовых гидратов. Мировые ресурсы газа в газогидратных залежах, сосредоточенных на материках, определяются величиной около 10¹⁴ м³, а ресурсы газа, сосредоточенные в гидратном состоянии в акватории Мирового океана, в пределах шельфа и материкового склона - в 1,5 10¹⁶ м³ [23], хотя имеются и более высокие оценки. Энергия, высвобождающаяся при разложении газогидратных залежей, столь велика, что этот процесс может инициировать тектономагматические процессы в литосфере Земли.

Целый ряд закономерностей в распространении скоплений газогидратов, а также изотопно-геохимический облик газогидратных газов и вод свидетельствует о глубинном генезисе углеводородных газов, вошедших состав газогидратов. Только в случае признания ведущей роли глубинных углеводородных и углеводородно-водных флюидов в формировании скоплений газогидратов, главные геологические закономерности их распространения получают непротиворечивое объяснение [24]. Водород и углерод являются основными химическими элементами, поднимающимися из земных глубин к поверхности в процессе постоянно идущей дегазации планеты. Водород диффундирует сквозь толщу земных пород в атомарном и молекулярном виде, а углерод – в химически связанном виде, в оставе оксидов углерода СО и СО₂. При температуре ниже 600^оС эти газы вступают реакцию, образуя воду и метан (СО + 3Н₂ → Н₂О + СН₄). Вода входит в кристаллическую решетку гидросиликатов, а метан накапливается в виде газовых включений [25], в т.ч. газогидратов.

Мощнейшие скопления газовых гидратов приурочены в основном к краевым частям океанического дна, где океанообразование продолжается, и где в современную нам эпоху происходит массовое поступление глубинного метана. Большая часть газогидратов обнаружена на дне океанов в молодых отложениях – метан продолжает поступать в гигантских объемах. Той же причиной обусловлено образование нефти и газа на континентах. В мезозое-кайнозое сформировались осадочные бассейны, ставшие резервуарами углеводородов, где расположено большинство известных месторождений нефти и газа. Разница лишь в том, что на континентах возникшая по той же причине (в результате десерпентизации низов коры) и в тот же отрезок времени, что и океаны, впадина заполнялась осадками, в которых и накапливался метан, в последствии химическим и биогенным путями преобразованный в нефть и углеводородные газы [25].

Другие источники не разделяют столь высоких значений гидратоносности, оценивая их ресурсы в 2 10¹⁶ м³ [27]. Тем не менее, более половины органического углерода в земной коре, видимо, содержится в составе газовых гидратов, что вдвое превышает все разведанные и неразведанные ресурсы нефти, угля и газа вместе взятые (рис. 9). Однако самое важное, что эти гигантские скопления метана содержатся в плейстоцен-современных отложениях, образовавшихся в последние пять миллионов лет. Это значит, что образовавший их метан выделился за время, составляющее одну тысячную всей истории планеты.

Рис. 9. Распределение органического углерода на Земле (10¹⁵ г) [27].

В настоящее время имеются сведения о более чем 100 выявленных газогидратных залежах, а потенциальные мировые запасы газа в гидратном состоянии, по оценкам специалистов, превышают 16 10¹² toe (tons oil equivalent). Около 98% ресурсов газогидрата сосредоточено в акваториях Мирового океана на глубинах более 200-700 м, в придонных осадках толщиной до 400-800 м и более, и только 2% - в приполярных частях материков. Однако последний факт заслуживает серьезного внимания, поскольку это соответствуют 300 трлн м³ газа, что вдвое превышает мировые разведанные запасы природного газа. Например, при современном уровне потребления выявленные запасы газа в гидратном состоянии в США могут обеспечить потребности страны в природном газе в течение 104 лет.

Разработка природных газогидратов - единственная промышленно значимая альтернатива разработке традиционных месторождений природного газа. Все большее число стран (США, Канаду, Индию, Китай, Японию) принимает национальные финансируемые программы по исследованиям газогидратов поискам их скоплений. Их оптимизм базируется на том, что уже при небольших масштабах выполненных геофизических и буровых работ, открыты гигантские скопления газогидратов и газогитратные провинции. Удельная плотность метана в гидратоносных акваториях не уступает средней плотности в обычных месторождениях газа. Однако остаются сложности с созданием в обозримом будущем технологий, по которым извлечение метана из газогидратов станет не просто возможным, но и рентабельным .

Дата добавления: 2014-12-09; просмотров: 449; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!