Ученые из России и Китая впервые нашли безопасный способ добычи газа из метановых гидратов

Пермь, 12 ноя - ИА Нефтегаз.РУ. Специалисты Китайского нефтяного университета и Пермского Политеха (ПНИПУ) впервые в мире установили, каким образом контролировать подземные разломы, чтобы получать газ из гидратов быстро и без аварий.
Об этом сообщила пресс-служба ПНИПУ со ссылкой на статью, опубликованную в международном журнале Energy.

Поиск замены уменьшающимся запасам нефти и газа ведет человечество к гидратам, которые считаются одним из наиболее перспективных направлений. Такие образования представляют собой лед с молекулами метана внутри. Для извлечения газа в породе нужно сформировать множество трещин, однако до сих пор инженеры не располагали знаниями, позволяющими делать это без техногенных аварий и взрывов.

Полученные данные открывают дорогу к промышленному освоению альтернативного топлива, способного заменить традиционные углеводороды.

Газовые гидраты называют ключевым энергетическим резервом планеты. По внешнему виду они напоминают обычный лед, но внутри под огромным давлением в них сжат метан. Согласно оценкам исследователей, энергетический потенциал таких залежей вдвое превышает суммарный показатель всей мировой нефти и угля.

До настоящего времени действенных технологий их разработки не было: ледяная порода не пропускает газ, мешая ему свободно и быстро подниматься на поверхность.

Единственным способом эффективного извлечения топлива из гидратов является искусственное раскалывание пласта водой под высоким давлением, то есть гидроразрыв. Однако при этом инженеры сталкиваются с опасным препятствием. При небольшом изменении температуры или давления под землей «горючий лед» начинает быстро таять. Порода моментально утрачивает прочность, что ведет к обрушению подземных пластов, разрушению стволов скважин и неконтролируемым выбросам метана. Для человека и экологии такие утечки создают двойную угрозу. Метан крайне взрывоопасен: любая искра в закрытом пространстве шахты или скважины способна вызвать аварию. Кроме того, этот газ считается одним из виновников глобального потепления. Попадая в атмосферу в чистом виде, метан удерживает тепло и провоцирует резкие климатические изменения. До сих пор инженеры не могли предсказать поведение такого пласта при гидроразрыве, из-за чего добыча оставалась невозможной.

Решение технологической задачи нашли ученые Китайского нефтяного университета и Пермского Политеха. В ходе работы они определили, как правильно формировать трещины в гидратном пласте для быстрого и безопасного извлечения газа.

Для детального изучения процесса исследователи изготовили образцы, представляющие собой смесь кварцевого песка и газового гидрата и максимально близкие по составу к реальным отложениям. Всего было подготовлено восемь вариантов: четыре с высоким содержанием «горючего льда» (около 80% в составе) и четыре с низким (около 40%), чтобы сравнить влияние количества газа в породе на добычу.

Каждый образец помещали в специальную установку и сжимали, воспроизводя естественное давление горных пород под землей. Затем ученые проводили гидравлический разрыв - закачивали воду под высоким давлением, которая раскалывала массив.

Динамику и направление трещин отслеживали при помощи сверхчувствительных звуковых датчиков. В момент раскола порода издает микроскопический щелчок, по которому исследователи в реальном времени определяли, где именно появился разлом и куда он распространился.

Эксперименты дали несколько важных результатов для нефтегазовой отрасли. Выяснилось, что участки с высоким содержанием гидрата разрушаются легче и быстрее, что делает их наиболее перспективными для разработки. Также ученые установили, от чего зависит форма будущих разломов.

По словам профессора кафедры нефтегазовых технологий Пермского Политеха, кандидата технических наук В. Поплыгина, геометрия трещин напрямую связана с естественным давлением, действующим на породу под землей. В одних условиях разломы получались простыми и прямыми, в других - извилистыми, с множеством ответвлений. Для эффективного извлечения газа нужен именно второй вариант, поскольку он охватывает большую площадь пласта. При этом прогнозировать и моделировать такие трещины на практике значительно труднее, отметил он.

Самым неожиданным результатом стало экспериментальное подтверждение того, что тающий гидрат сам активно влияет на весь процесс разрушения породы. При изменении внешних условий он резко меняет механические свойства и создает дополнительное внутреннее давление, которое раскалывает пласт. Ранее этот фактор оставался только предположением.

По словам профессора Китайского нефтяного университета К. Ши, благодаря звуковым датчикам впервые удалось в режиме реального времени «прослушать» образование трещин и подтвердить экспериментом, что таяние гидрата является не пассивным следствием, а активным элементом процесса.

Полученные данные объясняют инженерам, какое именно давление воды применять при бурении и как полностью предотвратить аварийные выбросы метана. Это важный шаг к тому, чтобы освоение колоссальных запасов «горючего льда» стало не только технически возможным, но также безопасным и экономически выгодным.