И здесь мы хотим остановиться на таком неисчерпаемом источнике экологически чистого энергоносителя, как гидратный газ и полученные из него в процессах «газ в жидкость» высококачественные нефть и нефтепродукты.
На Земле около половины углерода, связанного в органических и неорганических соединениях, содержится в виде гидратов метана [1]. Поэтому сначала немного о гидратах метана (далее будем называть их газовыми гидратами, или ГГ), их структуре, свойствах, местах залегания и т.д.
В структурном плане ГГ представляют собой кристаллические соединения нестехиометрического состава типа CH4nH2O, где n?6?8, образующиеся при определенных термобарических условиях, например, 2,17 МПа и 268 К в системе «метан – лед», 2,57 МПа и 273 К в той же системе «метан – лед». То есть чем выше температура, тем больше должно быть давление, и наоборот, чтобы гидрат существовал стабильно [1]. При этом каждой температуре соответствует определенное давление.
Только при определенных сочетаниях температуры и давления гидраты могут стабильно существовать [2]. Чтобы гидрат был устойчив при атмосферном давлении, нужна температура около минус 80 °С. Но гидраты могут довольно долго существовать в условиях низких давлений и при более высоких, но обязательно отрицательных температурах. Их существование обеспечивает эффект самоконсервации: при разложении («таянии») гидрата, он отдает много тепла, температура его поверхности охлаждается и покрывается ледяной коркой, именно коркой водяного льда. То же самое происходит в частице гидрата при минусовой температуре. Это мешает его дальнейшему разложению [3, 4].
По нашему мнению, именно это произошло на Мессояхском месторождении, т.к. добыча газа из гидратов производилась методом периодического понижения давления, при этом тепло в пласт не подводилось. Можно высказать предположение, что произошла самоконсервация гидратов в пласте. Поэтому пласт перестал давать газ.
ГГ являются источником газа, который может составить реальную конкуренцию традиционным месторождениям в силу неисчерпаемости ресурсов, широкого распространения, неглубокого залегания и концентрированного состояния газа [2]. Один кубометр метаногидрата содержит до 300 м3 газа и 0,78 м3 воды [5].
Основные залежи гидратов распространены на шельфах морей и океанов, на морском дне и под ним (98%) и только 2% гидратов залегают на суше. По разным данным, от 30 до 60% территории России благоприятны для накопления гидратов. ГГ могут быть распространены в придонных отложениях Мирового океана с глубин около 300 м в северных широтах и около 600 м – в южных [6].
На суше в России ГГ выявлены на Ямбургском газоконденсатном месторождении (ГКМ), Бованенском ГКМ, Улан-Урехской антиклинали, в районе алмазной трубки Удачная, на золотоносных россыпях Колымского района, Чукотке, Буйском прогибе и Мессояхском месторождении [7]. Гидратные залежи в России выявлены также в отложениях сеномана Гыданского месторождения, а также в газоносной пачке кузнецовской свиты Заполярного месторождения, Южно-Русской, Харампуровской, Тэрельской, Фестивальной, Ново-Часфельской площадях. Имеются данные по месторождениям ГГ в Восточной Сибири [5, 8].
Что касается морских залежей, то в настоящее время ГГ обнаружены более чем в 200 районах, расположенных вдоль восточного и западного побережья Северной и Южной Америки, Евразийского континента, на шельфах Австралии, Индии, Японии, под Черным, Каспийским, Средиземным, Охотским и Баренцевым морями, в Мексиканском заливе.
Наиболее известные на сегодняшний день месторождения метаногидратов – Мессояхское, Маллик (Канада) и Нанкийское (Япония). Запасы газов в гидратах месторождения Маллик оцениваются в 100 млрд м3, а на месторождении Нанкай – от 4 до 20 трлн м3.
Именно поэтому гидраты рассматриваются как неистощимый источник экологического топлива в ближайшем и отдаленном будущем. Такие страны, как США, Япония, Индия, Южная Корея, Канада, Норвегия, Китай, Тайвань и некоторые другие, тратят миллиарды долларов на поиск месторождений ГГ, разработали соответствующие национальные программы и на самом высоком уровне следят за их выполнением. При этом США вообще засекретили свои работы по поиску и разработке гидратов в Мексиканском заливе и на Аляске.
Судя по темпам развития исследований, Япония и Канада от опытно-промышленной добычи скоро перейдут к промышленной разработке гидратных залежей. Япония в 2013 г. сообщила о том, что переходит к опытно-промышленной добыче газа из гидратов на месторождении Нанкай и что подтвержденные запасы ГГ составляют не менее 7 трлн м3. Канада уже много лет пытается перейти на промышленную добычу газа из гидратов, но пока нет сведений о таком переходе.
Добыча газа из гидратов и на суше, и на море – процесс сложный и может быть опасным, если его не изучить досконально. Особенно опасно вскрытие газогидратного пласта. В Канаде при вскрытии пласта произошел взрыв, погибли два человека.
Как было сказано, запасы ГГ огромны. По одним данным, мировые запасы гидратного метана превышают 16·1012 т нефтяного эквивалента (н. э.) [9], по другим – еще больше: от 2800 до 25 000 трлн м3 [10] и от 1,8·1014 до 7,6·1018 м3 [11]. При этом они являются возобновляющимся видом топлива. Уж этих запасов хватит человечеству на тысячелетия.
Поэтому главное сейчас не только экономить нефть, главное, если не главнейшее, – это:
- Совершенствовать методы поиска и разведки наиболее крупных гидратных скоплений, где концентрация гидратов была бы наивысшей.
- Исследовать методы безопасной технологии вскрытия газогидратного пласта и его безопасной эксплуатации.
- Необходимо изучать динамику разложения гидратов: например, закачка теплоносителя в гидратный пласт со скоростью больше определенной может привести к взрыву пласта.
Сейчас ближе всех к созданию промышленной технологии добычи газа из гидратов находится Япония. Поделится ли она своим опытом?
В любом случае гидраты будут разрабатываться в необходимом количестве многие века, и человечество за эру гидратного газа научится использовать солнечную энергию, научится получать и использовать водород в качестве топлива, а также широко использовать энергию приливов и отливов и многое другое, если не уничтожит себя в ядерной войне.
При этом надо помнить, что из метана можно получать и нефть, и бензин, и дизельное топливо, и ценные пластмассы.
Рассмотрим, что дает переработка его в процессе «газ в жидкость» с получением синтетической нефти и моторных топлив [12]. В настоящее время эта технология стремительно развивается за рубежом. Фирма Shell, например, прогнозирует увеличение доли синтетического топлива до 15% от его мирового производства к 2015 г. При этом синтетическая нефть и синтетические жидкие моторные топлива не только не уступают, но и превосходят по своим качествам природные. По всем важнейшим свойствам, особенно по содержанию серы и ароматики, по цетановому числу, синтетическое дизтопливо лучше полученного из природной нефти. Более того, выход продуктов из синтетической нефти в разы больше, чем из природной. Так, дизтоплива из синтетической нефти получается почти в три раза больше, чем из природной нефти, бензина – почти в 1,5 раза, керосина – в два с лишним раза больше. Вот почему GNL так стремительно развивается за рубежом. В России этой важнейшей проблемой занимаются ОАО «Газпром промгаз», НАМИ, ВНИИ НП и ЗАО «Ренфор-Новые технологии» (Самара).
Мы считаем, что для решения такой важной проблемы, как добыча и переработка гидратного газа, следует разработать российскую государственную программу.