Газовые гидраты – это твердые кристаллические соединения, которые образуются в породе при определенном давлении и температуре из воды и газа. В ближайшие десятилетия газогидраты могут стать одним из основных источников ископаемого топлива. По оценкам специалистов, их мировые запасы не менее, чем в два раза, превышают известные объемы природного газа в традиционных источниках и в пять раз – запасы сланцевого газа.
О результатах исследований рассказывает Гэсэр Александрович Дугаров – научный сотрудник лаборатории динамических проблем сейсмики ИНГГ СО РАН, кандидат физико-математических наук.
Почему важно изучать газогидраты?
Пока что добыча газогидратов нерентабельна, но при наличии технологий она может стать необычайно выгодной и эффективной. В частности, из одного кубометра гидрата можно получить около 160 кубометров метана. Возможности такой эффективной «упаковки» интересны и с точки зрения транспортировки природного газа.
Для того чтобы разработать эффективный метод добычи газогидратов, нужно получить максимальные знания об их свойствах. Для этого сотрудники ИНГГ СО РАН совместно с коллегами из Института неорганической химии им. А.В. Николаева СО РАН (ИНХ СО РАН) проводят эксперименты на установке, созданной в рамках гранта РНФ в 2014-2016 годах. Уникальное оборудование позволяет специалистам изучать акустические свойства образцов. По словам Гэсэра Дугарова, в России существуют иные установки, позволяющие изучать тепловые, электрические, фильтрационные свойства гидратосодержащих пород, но второй такой установки для изучения акустических свойств на данный момент нет.
Кроме того, изучение газогидратов важно с точки зрения безопасности. В природе эти вещества образуются в морских донных осадках и в криолитозоне. При освоении месторождений давление и температура в пластах Земли меняются, и газогидраты начинают разлагаться. Этот процесс сопровождается выбросами газа, что приводит к остановке работ на скважинах, авариям и пожарам.
Также эти соединения могут формироваться в стволах скважин, промышленных коммуникациях и магистральных путепроводах. Отлагаясь на стенках труб, гидраты резко уменьшают их пропускную способность. Поэтому изучение газогидратов важно не только в интересах науки, но и добывающих компаний.
Как именно работают ученые?
Новосибирские специалисты провели уже более 100 экспериментов на песчаных, песчано-глинистых и угольных образцах, а также на пробах, взятых из неоднородного песчаника. Для проведения опытов ученые используют небольшие образцы керна диаметром 3 см и высотой 4-5 см. Формируя различные образцы и наблюдая за образованием в них газогидратов, ученые создают настоящую базу данных. Впоследствии, она позволит оценивать содержание гидратов в той или иной породе.
Перед проведением эксперимента ученые помещают образцы в камеру высокого давления установки
Гидратосодержащие образцы ученые ИНГГ СО РАН вынуждены изготавливать сами, поскольку добыть реальный керн слишком дорого и трудоемко. Газогидраты требуют наличия низких температур и высокого давления, и до того, как содержащие их образцы будут подняты на поверхность Земли, могут разложиться на газ и воду. Пока что специалистам удалось взять пробы в илистых донных отложениях на Байкале. Гэсэр Дугаров не исключает, что в будущем в России будет разработан специальный зонд для получения образцов и из недр Земли, за рубежом подобный зонд уже разработан.
Результаты и планы
В ходе экспериментов ученые обнаружили несколько интересных эффектов, которые теперь намерены подробно изучить. В частности, специалистов интересует, как изменяются газогидраты при длительном воздействии постоянных температур и давления, формируется он в поровом пространстве или на поверхности частиц породы, цементирует их или нет.
– Наша первая задача – создать базу свойств, для которой уже есть некоторый задел, – говорит Гэсэр Дугаров. – В ней будут указаны акустические свойства газогидратов в различных породах. На ее основе мы создадим акустические модели – как отдельных образцов, так и целых месторождений. А затем уже можем пробовать моделировать различные сценарии разработки реальных месторождений и оценить, возможно ли создать систему сейсмического мониторинга, которая могла бы вовремя предупреждать о разложении газогидратов. В результате, работа на месторождениях станет безопаснее.
Газогидраты могут существовать только при низких температурах и высоком давлении
Сейчас ученые ИНГГ СО РАН работают над новой стадией своего проекта, для чего привлекают к работе не только сотрудников ИНХ СО РАН, но и Института ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН (ИЯФ СО РАН). Специалисты создают камеру, которая позволит просвечивать образцы методом компьютерной томографии – для этого планируется использовать синхротрон ИЯФ СО РАН.
– Данный прибор позволит нам следить за тем, что происходит в поровом пространстве породы, – говорит Гэсэр Дугаров. – Мы сможем заглянуть внутрь образца: выбрать какой-нибудь объем диаметром в полтора миллиметра, содержащий частицы породы и поровое пространство, и посмотреть, что в нем происходит при формировании или разложении газогидрата, изменении температуры и других условий. Такие эксперименты откроют нам дополнительные знания о газогидратах и дадут новый материал для изучения.
Пресс-секретарь ИНГГ СО РАН
Павел Красин
На фото в заставке изображена установка, на которой ведутся исследования.
[Фото и иллюстрации предоставлены Г.А. Дугаровым, А.Н. Дробчиком]
