Иллюстрация: pronedra.ru
Кристаллическое соединение воды и метана, известное как «огненный лед», является потенциально перспективным источником газа. Однако, осваивать ресурс достаточно сложно. В Пермском политехе (ПНИПУ), совместно с учеными из Китая и Саудовской Аравии, представили безопасную методику добычи. Она позволяет снизить риски при будущей промышленной добыче этого ресурса в Арктике и на шельфе, сообщает tass.ru.
- «Огненный лед» как источник газа
- Сложности добычи «огненного газа» — решение ПНИПУ
- Перспективы метода безопасной добычи гидратов
Газовые гидраты представляют собой ледоподобные структуры, где молекулы метана заключены в водные кристаллические «клетки». По данным Геологической службы США, такие соединения формируются при высоком давлении и низкой температуре в донных осадках океанов и в районах вечной мерзлоты. Их потенциальные запасы могут значительно превышать объемы всех известных традиционных месторождений газа.
«Огненный лед» как источник газа
В энергетических оценках Министерства энергетики США указывается, что один кубометр газогидрата способен высвобождать около 164 кубометров метана. Это делает ресурс одним из самых энергоемких среди нетрадиционных источников газа.
Читайте по теме: получат литий из пластовых вод – Россия первой в мире начала добычу
Крупнейшие концентрации газогидратов сосредоточены в арктических морях России, Канаде, США и Норвегии, а также в глубоководных зонах Тихого океана. Экспериментальные проекты по их изучению и добыче проводились в Японии в районе Нанкайского желоба, где в ходе тестов фиксировались краткосрочные притоки газа при депрессионном воздействии на пласт. В Канаде на исследовательском полигоне Маллик также отрабатывались методы термического и понижающего давления воздействия на гидратные залежи, подтвердившие принципиальную возможность извлечения метана, однако выявившие высокую сложность контроля процесса.
Сложности добычи «огненного газа» — решение ПНИПУ
Экологическая и инженерная проблема добычи «огненного льда» заключается в его крайней нестабильности. Газогидраты одновременно являются частью структуры осадочных пород, фактически выполняя роль природного «цемента». При нарушении равновесия — снижении давления или нагреве — начинается быстрое разложение с высвобождением метана, который обладает высоким парниковым потенциалом. Современные климатические оценки, включая данные Международного энергетического агентства, указывают, что метан ответственен за значительную долю современного потепления и остается одним из ключевых факторов климатического риска в энергетике.
На этом фоне особую сложность представляет бурение скважин в зонах залегания гидратов. При традиционных технологиях используются цементные растворы с полимерными добавками для укрепления стенок скважины, однако жидкая фаза таких растворов может проникать в пористую структуру породы и провоцировать преждевременное разрушение гидратов еще до завершения твердения цемента. Это повышает риск обрушения грунта и неконтролируемого газовыделения.
Именно эту проблему попытались решить исследователи ПНИПУ совместно с партнерами из Китая и Саудовской Аравии. В рамках работы была создана вычислительная модель, имитирующая взаимодействие цементных растворов и газогидратных структур в условиях арктических глубин. Виртуальная система воспроизводит поведение гидратов при различных температурах и давлениях, а также при контакте с химическими добавками, используемыми в цементных составах.
Перспективы метода безопасной добычи гидратов
По данным ученых, модель учитывает диапазон давлений от 5 до 10,5 МПа — типичный для морского дна в районах потенциальной добычи. В цифровых экспериментах анализировались растворы с различной концентрацией полимеров, после чего фиксировалась температура начала разрушения гидратной структуры. Такой подход позволил перейти от эмпирических испытаний к прогнозированию поведения материалов в конкретных геологических условиях.
Результаты моделирования показали, что химический состав цементных добавок играет критическую роль. Наибольшее влияние на дестабилизацию гидратов оказывают соединения с амидными группами: при концентрации около 1,5% температура разложения снижалась почти на три градуса. В отдельных комбинированных системах падение достигало более трех с половиной градусов. В то же время серосодержащие соединения продемонстрировали значительно более мягкое воздействие на структуру «огненного льда», что делает их потенциально предпочтительными для использования в арктическом бурении.
С точки зрения прикладной инженерии разработка представляет собой шаг к созданию программного комплекса, способного заранее просчитывать безопасность цементных растворов для конкретных геологических условий. Такой инструмент фактически выполняет роль «цифрового фильтра», позволяющего исключать потенциально опасные химические составы еще на этапе проектирования скважины.
Ранее на сайте pronedra.ru писали, как безопасно добывать в Арктике «кислый» газ – предложение от ПНИПУ