Современное состояние исследований, связанных с извлечением метана из гидратосодержащей пористой среды

Об авторах:

Бородин Станислав Леонидович, кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник, Тюменский филиал Института теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича СО РАН; eLibrary AuthorID, ORCID, Web of Science ResearcherID, Scopus Author ID, s.l.borodin@yandex.ru; ORCID: 0000-0002-2850-5989

Бельских Денис Сергеевич, младший научный сотрудник, Тюменский филиал Института теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича СО РАН; denisbelskikh@gmail.com; ORCID: 0000-0002-0813-5765

Аннотация:

В ближайшие несколько десятков лет вследствие истощения традиционных газовых месторождений может встать вопрос об использовании альтернативных источников природного газа, таких как газогидратные месторождения. Параллельно с этим имеется проблема наличия парникового эффекта, которая постоянно усугубляется в связи с увеличением выбросов углекислого газа в атмосферу. При этом углекислый газ может замещать собой метан в газовых гидратах и оставаться в пласте в стабильном гидратном состоянии. Поэтому имеющиеся захоронения гидратов являются не только потенциальными источниками энергоносителя, но и могут позволить произвести секвестрацию (захоронение) углекислого газа с одновременной добычей метана.

В статье рассматриваются несколько классических подходов к добыче газа из его гидрата: депрессионный подход (снижение давления), термический (повышение температуры), а также использование ингибиторов. Проведен обзор лабораторного и практического опыта их применения, кратко описаны их преимущества и недостатки. Далее изучен наиболее перспективный на данный момент метод замещения для одновременного захоронения парникового газа и получения энергоносителя. В работе были рассмотрены результаты его использования в лабораторных условиях и единственное на данный момент применение на практике. Для метода замещения показано преимущество использования смеси азота и углекислого газа, которая существенно повышает степень извлечения метана из его гидратов, что и было опробовано на первой скважине, использующей данный метод. По сравнению с прошлыми работами, в которых проводился обзор в данной области, были изучены дополнительные исследования, связанные с методом замещения метана углекислым газом в гидратах, проведенные за последние два года.

Список литературы:

1. Балабуха А. В. Добыча газогидратов методом понижения давления / А. В. Балабуха, Р. С. Иншаков // International Innovation Research: в 2 ч. 2017. Ч. 1. C. 96-98.
2. Запорожец Е. П. Расчет параметров образования и диссоциации гидратов газообразных углеводородов / Е. П. Запорожец, Н. А. Шостак // Журнал физической химии. 2015. Том 89. № 4. С. 638-643. DOI: 10.7868/S0044453715040317
3. Канаяма Р. Опыт Японии в разработке газогидратов и его потенциальное применение в целях коммерческой добычи в РФ / Р. Канаяма, Д. О. Тыртышова // Трансформация мировой энергетики: рыночные механизмы и государственная политика. М.: ИМЭМО РАН, 2016. C. 100-105.
4. Мусакаев Н. Г. Математическая модель и алгоритм решения задачи неизотермической фильтрации газа в пласте с учетом разложения гидрата / Н. Г. Мусакаев, С. Л. Бородин, Д. С. Бельских // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Математика. Механика. Физика. 2017. Том 9. № 2. С. 22-29. DOI: 10.14529/mmph170203
5. Презентация с пресс-конференции «Финансово-экономическая политика ПАО „Газпром“» (Санкт-Петербург, 28 июня 2018 г.). URL: http://www.gazprom.ru/f/posts/77/684826/presentation-press-conf-2018-06-28-ru.pdf (дата обращения: 30.10.2018).
6. Birchwood R. Developments in Gas Hydrates / R. Birchwood, J. Dai, D. Shelander, R. Boswell, T. Collet, A. Cook, S. Dallimore, K. Fujii, Y. Imasato, M. Fukuhara, K. Kusaka, D. Murray, T. Saeki // Oilfield Review Spring. 2010. Vol. 22. No 1. Pp. 18-33.
7. BP Statistical Review of World Energy. June 2018. URL: https://www.bp.com/content/dam/bp/en/corporate/pdf/energy-economics/statistical-review/bp-stats-revi... (дата обращения: 30.10.2018).
8. Dallimore S. R. Scientific Results from the Mallik 2002 Gas Hydrate Production Research Well Program, Mackenzie Delta, Northwest Territories, Canada / S. R. Dallimore, T. S. Collett // Natural Resources Canada: Geological Survey of Canada. Bulletin 585. 2005. 140 p. DOI: 10.4095/220702
9. Demirbas A. Methane Gas Hydrate / A. Demirbas // Springer. 2010. 185 p. DOI: 10.1007/978-1-84882-872-8
10. Englezos P. Clathrate Hydrates / P. Englezos // Industrial & Engineering Chemistry Research. 1993. Vol. 32. No 7. Pp. 1251-1274. DOI: 10.1021/ie00019a001
11. Fan Shuanshi. Energy Efficiency Simulation of the Process of Gas Hydrate Exploitation from Flue Gas in an Electric Power Plant / Shuanshi Fan, Xi Wang, Xuemei Lang, Yanhong Wang // Natural Gas Industry. 2017. Vol. 37. No 5. Pp. 119-125. (In Chinese). DOI: 10.3787/j.issn.1000-0976.2017.05.016
12. Fan Shuanshi. Recovering Methane from Quartz Sand-Bearing Hydrate with Gaseous CO2 / Shuanshi Fan, Xi Wang, Yanhong Wang, Xuemei Lang // Journal of Energy Chemistry. 2017. Vol. 26. No 4. Pp. 655-659. DOI: 10.1016/j.jechem.2017.04.014
13. Istomin V. A. Self-Preservation Phenomenon of Gas Hydrates / V. A. Istomin, V. S. Yakushev, N. A. Makhonina, V. G. Kwon, E. M. Chuvilin // Gas Industry of Russia. 2006. No 4. Pp. 16-27.
14. Liu Weiguo. Experimental Study on the Mechanical Properties of Sediments Containing CH4 and CO2 Hydrate Mixtures / Weiguo Liu, Tingting Luo, Yanghui Li, Yongchen Song, Yiming Zhu, Yu Liu, Jiafei Zhao, Zhaoran Wu, Xiaohu Xu // Journal of Natural Gas Science and Engineering. 2016. Vol. 32. Pp. 20-27. DOI: 10.1016/j.jngse.2016.03.012
15. Murphy D. J. Year in Review — EROI or Energy Return on (Energy) Invested / D. J. Murphy, Charles A. S. Hall // Annals of the New York Academy of Sciences. 2010. Vol. 1185. No 1. Pp. 102-118. DOI: 10.1111/j.1749-6632.2009.05282.x
16. Park Youngjune. Sequestering Carbon Dioxide into Complex Structures of Naturally Occurring Gas Hydrates / Youngjune Park, Do-Youn Kim, Jong-Won Lee, Dae-Gee Huh, Keun-Pil Park, Jaehyoung Lee, Huen Lee // Proceedings of the National Academy of Sciences of USA. 2006. Vol. 103. No 34. Pp. 12690-12694. DOI: 10.1073/pnas.0602251103
17. Resources to Reserves 2013 — Oil, Gas and Coal Technologies for the Energy Markets of the Future / International Energy Agency, 2013.
18. Schoderbek D. ConocoPhillips Gas Hydrate Production Test Final Technical Report / D. Schoderbek, H. Farrell, K. Hester, J. Howard, K. Raterman, S. Silpngarmlert, K. L. Martin, B. Smith, P. Klein // NETL and US DOE. 2013. 204 p. DOI: 10.2172/1123878
19. Schoderbek D. Ignik Sikumi #1, Gas Hydrate Test Well, Successfully Installed on the Alaska North Slope / D. Schoderbek, R. Boswell // Fire in the Ice, NETL Methane Hydrate Newsletter. 2011. Vol. 11. No 1. Pp. 1-5.
20. Xu Chun-Gang. Effect of Pressure on Methane Recovery from Natural Gas Hydrates by Methane-Carbon Dioxide Replacement / Chun-Gang Xu, Jing Cai, Yi-Song Yu, Ke-Feng Yan, Xiao-Sen Li // Applied Energy. 2018. Vol. 217. Pp. 527-536. DOI: 10.1016/j.apenergy.2018.02.109
21. Yamamoto K. Production Techniques for Methane Hydrate Resources and Field Test Programs / K.Yamamoto // Journal of Geography. 2009. Vol. 118. No 5. Pp. 913-934. DOI: 10.5026/jgeography.118.913
22. Zhang Lunxiang. Enhanced CH4 Recovery and CO2 Storage via Thermal Stimulation in the CH4/CO2 Replacement of Methane Hydrate / Lunxiang Zhang, Lei Yang, Jiaqi Wang, Jiafei Zhao, Hongsheng Dong, Mingjun Yang, Yu Liu, Yongchen Song // Chemical Engineering Journal. 2017. Vol. 308. Pp. 40-49. DOI: 10.1016/j.cej.2016.09.047
23. Zhang Xuemin. Experimental Study on the Effect of Pressure on the Replacement Process of CO2-CH4 Hydrate below the Freezing Point / Xuemin Zhang, Yang Li, Ze Yao, Jinping Li, Qingbai Wu, Yingmei Wang // Energy & Fuels. 2018. Vol. 32. No 1. Pp. 646-650. DOI: 10.1021/acs.energyfuels.7b02655
24. Zhao Jiafei. Combined Replacement and Depressurization Methane Hydrate Recovery Method / Jiafei Zhao, Lunxiang Zhang, Xiaoqin Chen, Yi Zhang, Yu Liu, Yongchen Song // Energy Exploration & Exploitation. 2016. Vol. 34. No 1. Pp. 129-139. DOI: 10.1177/0144598715623676