Навігація
Головна
 
Головна arrow Географія arrow Грунтознавство
< Попередня   ЗМІСТ   Наступна >

ПОШИРЕННЯ, СКЛАД І ВЛАСТИВОСТІ ГАЗОГІДРАТІВ

У 1964 р при геологорозвідувальних роботах в Сибіру з розкритого свердловиною інтервалу вічної мерзлоти було вилучено екзотичне речовина, схожа на сніг або лід. В умовах підвищеної температури і більш низкою, ніж в пласті, тиску з цієї речовини у великій кількості виділявся метан. Дослідження показали, що метан розташований в порожнинах, утворених в кристалічній решітці льоду. У певному діапазоні температури і тиску разом з вміщає його замерзлою водою метан утворює стабільну структуру, не схожу на будь-які раніше відомі геологічні утворення. Виявлення речовини, названого газогідратів (метаногідратом), було в 1969 р зареєстровано в реєстрі СРСР в якості відкриття геологами Н.В. Черським, Ф.А. Гребінь, В.Г. Васильєвим, Ю.Ф. Макогоном і А.А. Трофимуком [2].

Газогідрати є колосальним по ємності джерелом вуглеводневої палива. За приблизними оцінками запаси метану, зосередженого в газогідратах, в кілька разів перевершують існуючі запаси всіх разом узятих вуглеводневих горючих копалин, включаючи нафту, газ, кам'яне вугілля і торф. Проведені в різних країнах пошукові та розвідувальні роботи показали, що в шельфових зонах і прибережних схилах на невеликих глибинах під дном океанів і морів вони зустрічаються на будь-яких широтах. Основна частина відомих родовищ газогідратів зустрічається в шельфовій зоні і під більш культурними та пасивними прибережними схилами (рис. 2.29).

Потужності відкладень, що містять гідрати, зазвичай невеликі, але займані скупченнями газогідратів площі великі. Газогідрати, за даними геофізичних досліджень, виявлені в 100 районах, розташованих уздовж східного і західного узбереж Північної і Південної Америки і Євроазіатського континенту, в Австралії, Індії, Японії, в Чорному, Каспійському і Середземному морях, озері Байкал та ін.

Газові гідрати (або клаграти) - кристалічні сполуки, що утворюються при певних термобаричних умовах з води і газу. Ім'я клаграти (від лат. Clathratus - "садити в клітку '") було дано Пауеллом в 1948 р Гідрати газу відносяться до з'єднань змінного складу. Вперше гідрати газів (сірчистого газу і хлору) спостерігали ще в кінці XVIII ст. Дж. Прістлі, Б. Пелетье і В. Карстен. Перший газогідрат (хлоргидрат) був отриманий в лабораторних умовах в 1810р. сером Хамфрі Деві. Протягом 150 років газогідрати вважалися просто курйозними сполуками - до тих пір, поки не відкрили гідрати в Сибіру.

Райони поширення газогідратів

Мал. 2.29. Райони поширення газогідратів

Газогідрати є речовина, подібне льоду, в якому метан або більш важкі вуглеводневі гази містяться в порожнинах, утворених всередині решітки, побудованої молекулами замерзлої воли. У загальному вигляді склад газових гідратів описується формулою М • nН2О, де М - молекула газу-гідратообразователя; п - число, що показує кількість молекул води, що припадають на одну молекулу газу (п може змінюватися від 5,75 до 17,0). Молекули газу утримуються в порожнинах вандерваальсовимі силами.

Порожнини газогідратів мають правильну геометричну форму, яка зустрічається в трьох видах (рис. 2.30):

  • • перший вид (5 12 ) являє собою багатогранник, що містить 12 граней по 5 ребер;
  • • другий вид (5 12 6 2 ) є многогранником, який містить 12 граней по 5 ребер і 2 грані по 6 ребер;
  • • третій вид (5 12 6 4 ) побудований з 12 граней по 5 ребер і 4 граней по 6 ребер.

Радіуси порожнин складають 3,91 А для (5 12 ), 4,33 А для (5 | 2 6 2 ) і 4,68 А для (5 | 2 6 4 ).

У природі спостерігаються дві структури газогідратів I і II. У структурі I містяться порожнини першого і другого видів, відповідно 2 і 6 на кожен блок молекул льоду, а в структурі II - порожнини першого і третього видів, відповідно по 16 і 8 на блок.

Найбільш широко поширені газогідрати містять метан - метаногідрати. Саме вони, як потенційне джерело енергії, є об'єктом розвідки і інтенсивного вивчення. П'ять вуглеводнів, що входять до складу природних газів, утворюють гідрати, цими компонентами є: метан, етан, пропан, і-бутан і н-бутан, а також сірководень, азот і вуглекислий газ. Формули гідратів зазначених газів наступні: СН 4 -6Н 2 0; З 2 Н б -8Н 2 0; З 3 Н 8 17Н 2 0; і-С 4 Н, 0 17Н 2 О; H 2 S-6H 2 0; N 2 -6H 2 0; С0 2 -6Н 2 0, з ненасичених вуглеводнів гідрати утворюють етилен (С 2 Н 4 ) і пропілен (С 3 НS).

Порожнини-багатогранники клатратних каркасів і типи структур газогідратів

Мал. 2.30. Порожнини-багатогранники клатратних каркасів і типи структур газогідратів

Гідрати можуть містити дуже велику кількість метану. Ставлення числа молекул води в кожному блоці до числа містяться в ньому молекул метану становить 1: 5,75, що при нормальних тиску і температурі дасть 164 обсягу метану на один обсяг метаногідрата, за іншими розрахунками на один об'єм мега ноги драга доводиться до 194 обсягів метану [2].

Схематичні фазові діаграми газогідратів

Мал. 2.31. Схематичні фазові діаграми газогідратів: а континентальні газогідрати; б - океанічні газогідрати

На рис. 2.31 схематично показані фазові діаграми метаногідратов при температурних градієнтах, характерних для двох основних умов їх залягання. Як видно з діаграм, для кожного значення тиску, обумовленого глибиною залягання, лише при невеликому збільшенні температури (або для заданої температури лише при невеликому зменшенні тиску) зберігається фазовий стан води і газу в формі газогідратів. Правіше лінії фазового стану існування газогідратів неможливо - вони дисоціюють з виділенням метану. Область, розташована лівіше температурної кривої, відповідає умовам, які можна створити тільки в лабораторії, де температура і тиск можуть встановлюватися незалежно один від одного. У природних умовах, де температура об'єкта строго пов'язана з глибиною його залягання, існування газогідратів в області, що лежить лівіше температурної кривої, не реально. Діаграми фазового стану континентальних і океанічних газогідратів аналогічні, але газогідрати не утворюються вище морського дна, тому область фазового стану океанічних газогідратів обмежується зверху глибиною моря. Газогідрати стабільні в умовах певного вузького діапазону температури і тиску, характерного для арктичних широт в умовах вічної мерзлоти і для відкладень під дном океанів і морів в межах глибин в сотні метрів. У верхніх шарах, де тиск мало, також порушуються умови стабільності гідратів і вони розкладаються.

Для утворення гідратів в рідких індивідуальних вуглеводнях, в порівнянні з газоподібними, потрібні більш високий тиск і більш низькі температури. Освіта гідратів в рідких вуглеводнях йде незрівнянно повільніше, ніж в газоподібних. Крім того, сприяють гідратоутворення такі фактори, як чистота води, турбулентність потоку, наявність центрів кристалізації та інші. Кожен індивідуальний вуглеводень характеризується максимальною температурою, вище якої ніяким підвищенням тиску не можна викликати утворення гідратів. Ця температура називається критичною температурою гидратообразования. яка дорівнює: для метану 21,5 ° С; етану 14,5 ° С; пропану 5,5 ° С; і-бутану 2,5 ° С і н-бутану 1 ° С. У присутності вуглекислого газу чи сірководню температура гидратообразования вуглеводневих газів значно підвищується, вміст азоту знижує температуру гідратоутворення.

Для освіти покладів газогідратів необхідні не тільки термобарические умови, що забезпечують їх стабільність, а й наявність джерела метану. Таким джерелом можуть служити або розкладаються органічні речовини, у великій кількості присутні в донних відкладеннях морів і океанів, або більш глибоко розташовані поклади нафти або газу [2], звідки відбувається міграція газу в верхні шари. У підошві інтервалів, що містять газогідрати, присутній в тій або іншій кількості вільний газ. Результати багатьох дослідів показують, що для утворення гідратів необхідно. щоб парціальний тиск парів води над гидратом було вище пружності парів в складі гідрату.

Однією з найскладніших проблем в розробці родовищ газогідратів є технологія добування з них метану. Унікальний досвід видобутку газу з газогідратів відноситься до експлуатації сибірського родовища Мессояха, на якому експлуатувалася газова поклад, що залягає набагато нижче скупчення газогідратів. Коли пластовий тиск в цій поклади внаслідок відбору газу впало, стабільність верхніх газогідратів була порушена і вони почали виділяти газ. В даний час існують три способи впливу на газогідрати, що призводять до порушення умов їх стабільності і, отже, до декомпозиції: зниження тиску, підвищення температури і введення спеціальних рідких агентів, що порушують стабільність газогідратів. Зниження тиску більш інтенсивно руйнує стабільність газогідрату, ніж температура, але найбільш ефективно спільна дія зниження тиску і підвищення температури. Жоден з відомих способів поки не доведений до безпечних технологій.

Газогідрати (родовище Малик, Канада) і схема їх розташування в породі

Мал. 2.32. Газогідрати (родовище Малик, Канада) і схема їх розташування в породі

Складність розробки покладів газогідрату пов'язана ще з тим, що щільність запасів метану в цих покладах набагато менше, ніж на звичайних родовищах газу. Его не тільки створює додаткові технічні труднощі, але і піднімає питання рентабельності експлуатації родовищ.

Однією з серйозних проблем, що викликають інтерес інженера-геолога, пов'язаних з розробкою газогідратів, є питання механічної стійкості порід, що вміщають. Більшість таких порід, що залягають під дном океанів, характеризуються високою пористістю, яка доходить до 60% і вище (рис. 2.32). Найчастіше в грушах газогідрати знаходяться в вигляді гідрату-цементу, окремих порфірових і лінзоподібних включень. Декомпозиція гідратів, коли вони грають роль цементу, може викликати катастрофічне зниження їх міцності, що може привести до локальних переміщень відкладень, особливо небезпечним на схилах берегових занурень, де процеси можуть нагадувати сходження лавин. З процесами дисоціації гідратів пов'язують спостерігаються в багатьох районах Землі підводні зсуви, осадові блоки і обвали, дія підводних грязьових вулканів в Каспійському морі і біля берегів Панами, викиди газу в околицях острова Беннетта (Повосібірскіе острова) і в Охотському морі. В останньому випадку викиди обумовлені газовим фонтаном, що б'є на глибині 770 м. Дослідження з підводних апаратів "Пайсіс" виявили в районі фонтану характерні форми аномального поля: провальні воронки і ями, піддонні ніші і печери, цілу систему сполучених гуртів. Прикладом наслідків втручання людини в світ гідратів служать найбільші аварії в ході науково-дослідницьких експедицій, які послужили причиною заборон на буріння в водах океану. Наприклад, в 1989 році компанія "Сап" петролеум АС "зазнала збитків у розмірі 90 млн доларів при бурінні свердловини на півночі Норвезького моря [55].

Інша проблема пов'язана з впливом газогідратів на навколишнє середовище. На думку багатьох дослідників, газогідрати, особливо залягають під дном океанів і морів, є основним джерелом метану в атмосфері. Декомпозиція гідратів на великій площі, викликана інтенсивною експлуатацією, може спровокувати неконтрольований виділення метану в атмосферу. З огляду на, що метан сприяє виникненню парникового ефекту майже в 25 разів сильніше вуглекислого газу, така можливість серйозно турбує екологів [55].

Процеси гидратообразования можуть бути широко використані в різних галузях людської діяльності, зокрема для зберігання великих обсягів газу (в тому числі нестійких і вибухонебезпечних), в технологіях очищення і розділення газів, без- компресорному створенні високих тисків. Є пропозиції застосування газогідратів для опріснення морської води, а в 1961 році Л. Полінг запропонував теорію анестезії, засновану на освіту мікрокристалів газових гідратів в нервових волокнах. Висунуто також ідеї про поховання парникових та токсичних газів в формі газогідратів на дні Світового океану з метою оздоровлення екологічної ситуації на Землі.

 
Якщо Ви помітили помилку в тексті позначте слово та натисніть Shift + Enter
< Попередня   ЗМІСТ   Наступна >
 
Дисципліни
Агропромисловість
Аудит та Бухоблік
Банківська справа
БЖД
Географія
Документознавство
Екологія
Економіка
Етика та Естетика
Журналістика
Інвестування
Інформатика
Історія
Культурологія
Література
Логіка
Логістика
Маркетинг
Медицина
Нерухомість
Менеджмент
Педагогіка
Політологія
Політекономія
Право
Природознавство
Психологія
Релігієзнавство
Риторика
Соціологія
Статистика
Техніка
Страхова справа
Товарознавство
Туризм
Філософія
Фінанси
Пошук