Национальный горный университет — соответствие Времени
Новости



  
16.04.2013

Рукой подать до газогидратов?

А вот и они сами, правда, не на блюдечке с голубой каемочкой, а в специальном лабораторном контейнере. Их можно положить на ладонь и рассмотреть поближе. И автору этих строк удалось, может быть, первому среди журналистов увидеть и даже ощутить прохладу комочка настоящего газового гидрата.


— В нашей лаборатории в 2009 году была создана установка НПО-1, обеспечивающая термобарические условия, при которых образовываются газогидраты, — поясняет завкафедрой подземной разработки месторождений (ПРМ) профессор Владимир Бондаренко из Национального горного университета (НГУ, Днепропетровск). — Теперь мы постоянно их получаем и исследуем, хранятся они в обычной морозильной камере. Визуально они похожи на лед или грязный снег, и структура их подобна структуре льда, но разница в том, что в газогидрате молекулы газа находятся внутри молекул воды. Еще одно отличие ото льда в том, что если поднести горячую спичку к куску газогидрата, он загорится.

— При таянии такой «льдинки» начинает выделяться газ, мы изучаем его состав, количество, другие парамет­ры, — продолжает профессор

Владимир Бондаренко. — Кстати, первые обнаруженные газовые гидраты были созданы при помощи человека, хотя и не специально. Работникам газовой промышленности они известны из-за своего свойства образовывать пробки в трубопроводах, тем самым уменьшая просвет для движения газа.

Образец метаногидрата размером с компьютерную мышку. Очень полезный «лед»

Это выдающееся геологическое открытие было зарегистрировано в мире не так давно – в 1961 году. По многим оценкам, мировые запасы газогидратов многократно превосходят залежи прочих углеводородов. Землянам их хватит надолго, во всяком случае, в материалах по этой проблематике встречаются разные данные. К примеру, главный научный сотрудник Института биологии южных морей НАН Украины Виктор Егоров называет цифру 6 тысяч лет.  

«За счет ресурсов Черного моря мы сможем полностью покрывать потребность страны в природном газе на протяжении тринадцати столетий либо восполнять его дефицит (около сорока миллиардов кубометров) в течение двадцати пяти веков», — заверяет директор научно-исследовательской и внедренческой фирмы «Лед-газогидрат» профессор Одесской государственной академии холода Леонард Смирнов.  

А вот еще интересные цифры: на Земле более 220 месторождений газовых гидратов. Они распределены по поверхности планеты вполне равномерно и доступны большинству стран. Подсчитано, что если человечество использует только 10% разведанных запасов газогидратов, то мир будет обеспечен сырьем на 200 лет. Однако наибольшая сложность сегодня — их добыча. Поэтому сенсацией стала информация компании Japan Oil, Gas and Metals National Corporation о том, что японским газовым предприятиям впервые в истории удалось добыть газ из газовых гидратов на дне океане.

— Информации о разработках газогидратных залежей в Японии очень мало, все засекречено. Осваивать запасы метаногидратов до сих пор считалось делом невыгодным. Однако японские специалисты уверяют, что нашли относительно рентабельные технологии, — говорит профессор Бондаренко. — По сообщениям СМИ, в течение минувшего года японские специалисты провели ряд экспериментов по бурению тихоокеанского дна в поисках метаногидратов. В этом году они намерены опробовать полномасштабную добычу энергоресурса и выделение из него метана. В случае успеха промышленную разработку месторождения у полуострова Ацуми начнут в 2018 году. Кстати, японцы уже научились превращать метан в газогидраты в специальных термобарических условиях для дальнейшего транспортирования. В кубометре газогидрата содержится 175 кубометров газа!
Близость к Черному морю обязывает

Наше Черное море — уникальное хранилище газовых гидратов. По результатам экспедиций МинГео АН СССР еще в далекие 1988—1989 гг. в его глубинах (начиная от 200 м) под поверхностью морского дна обнаружены залежи газогидратов толщиной от 250 до 1200 м. Ресурсы метана в месторождениях напротив Крыма оцениваются в 20—25 трлн м3. Количество же метана во всей шельфовой зоне Черного моря, по оценкам той же экспедиции и результатам разбуривания и подъема образцов грунта морского дна более чем в 400 кернах, – не менее 100 трлн м3.


Профессор В. Бондаренко и ассистент К. Ганушевич следят за образованием метаногидратов в климатермокамере

В 1993 году правительство Украины приняло постановление о выполнении программы «Газогидраты Черного моря», в котором предусматривался большой объем геологоразведочных работ и создание технологии и конструкции газодобывающего комплекса для газогидратов Черного моря. Правда, рядом была приписка: «Принять во внимание, что выполнение программы будет осуществляться без включения бюджетных средств». Разумеется, у частных инвесторов «длинных» денег не нашлось.

Украинско-германские экспедиции последних лет (к сожалению, сегодня не Украина, а Германия вносит основной вклад в наши черноморские исследования) подтвердили: по самым скромным подсчетам, количества газа, заключенного в газогидратах на дне Черного моря, хватит Украине на 1500 лет. А что же украинские ученые?

— Сейчас мы выполняем межвузовский научно-исследовательский комплексный проект «Разработка методов и технологий добычи газа из природных гидратов и получение искусственных газогидратов для оптимизации производственных процессов», — рассказывает руководитель проекта профессор Бондаренко. – Нужно отдать должное Министерству образования, которое понимает важность этой проблемы, финансирует проект и вместе с тем играет консолидирующую роль, собрав для выполнения поставленной задачи ученых трех ведущих технических вузов Украины. Головная организация – НГУ, наши соисполнители — коллеги из Полтавского национального технического университета им. Ю.Кондратюка и Ивано-Франковского национального технического университета нефти и газа. Все мы выполняем одну общую тему, что дает синергетический эффект, то есть результаты не просто суммируются, а по сути мы идем наперегонки. Нам нужно совместно разработать методы и технологии добычи газовых гидратов, установить способы активизации процессов фазовых переходов при получении искусственных газогидратов и их транспортирования, исследовать возможности добычи донных газогидратов на шельфе и в глубоководной части Черного моря.
«Газогидратная» информация из первых уст

За последние два года ученые кафедры ПРМ НГУ выполнили глубокий анализ информации по запасам и основным научным направлениям изучения газовых гидратов, а главное – научились «выращивать» метаногидраты. Нужно отдать должное Владимиру Бондаренко, собравшему на кафедре группу грамотных специалистов в данной отрасли.

В лабораторию газовых гидратов автора этих строк сопровождали самые молодые и перспективные из них — аспирант Екатерина Сай и ассистент Константин Ганушевич. Они всесторонне «просветили» корреспондента.

— На оригинальной лабораторной установке НПО-1 в специальных термобарических условиях (температура 19,5°С, давление 150—170 атм) были получены первые опытные образцы газового гидрата СН4, — рассказывает Константин Ганушевич. — Сначала камера установки объемом примерно 120—150 см3 заполняется метаном, давление которого доводится до равного давлению газа в баллоне (от 10,0 до 18,0 МПа). Затем включается пресс, и при перемещении его поршня газ в установке сжимается. При достижении давления 35—37 МПа пресс выключается, давление в установке падает и опускается ниже максимального на 20—25% за счет растворения газа в воде. Таких циклов нагружения и остановки пресса мы проводим от 5 до 10 до тех пор, пока давление перестанет падать. Затем пресс выключаем и при давлении, равном давлению газа в баллоне, оставляем установку на несколько суток. После окончания эксперимента разбираем ее и из емкости извлекаем образовавшийся газогидрат. К слову, для формирования природных газовых гидратов требуются следующие условия: давление – от 1 до 200 атм и температура – от -30°С до +40°С. Чтобы получить первые газогидраты при комнатной температуре 19,5°, ученым пришлось создавать давление в 175 атм, а при 10° нужно всего лишь 2 атм избыточного давления.


Установка НПО-1, на которой получены газогидраты в лаборатории НГУ

Кстати, НПО-1 — это полнейший эксклюзив, изобретение коллектива кафедры и его «главного конструктора» доцента Николая Павловича Овчинникова (аббревиатура НПО образована из первых букв его имени, отчества и фамилии). Николай Павлович продемонстрировал усовершенствованную — уже третью — модификацию этого аппарата. В нем есть окошки, к которым подсоединяются цифровые видеокамеры, и теперь ученые на компьютере могут наблюдать весь процесс образования газовых гидратов — от зарождения центров кристаллизации, их роста до полного формирования готового продукта.

Для хранения полученных образцов приобретена специальная климатермокамера емкостью три кубометра, в которой можно получать газогидраты при более широком диапазоне термобарических параметров, к примеру — при меньшем давлении.
Три направления открытий

Во время моего визита на кафедру ПРМ аспирант Екатерина Сай готовилась к отъезду в Краковскую горно-металлургическую академию на международную конференцию по разработке подземных месторождений. Она показала видеопрезентацию, которую представит участникам конференции:

— На кафедре ведутся исследования в трех направлениях: во-первых, получение газогидратов из дегазационных скважин (метано-воздушных смесей, выходящих из дегазационных скважин различных угольных шахт); во-вторых, разработка газогидратных залежей, заключенных в пористой среде (это природные газогидраты, находящиеся в поровом пространстве донных пород Черного моря); в-третьих, разработка природных массивных слоев газогидратов со дна моря. Уже доказано, что газовые гидраты под морским дном могут существовать в виде межзернового цемента, узлов, тонких прослоек, жил и массивных слоев. Я занимаюсь изучением гидратов, находящихся в виде узлов или включений в горной породе, в этом случае их можно добывать при помощи закачки теплоносителя через скважину. Чтобы исследовать это в природных условиях, необходимы громадные капиталовложения. Немецкая экспедиция со своим оборудованием в Черном море проводила исследования, извлекала образцы газогидратов. Мы пока что делаем это в лаборатории, возможности работы в «полевых» условиях у нас нет.

Екатерина ответила и на интересующий, наверное, не только меня вопрос: будут ли влиять разработки на курортную зону? «Конечно, охрану окружающей среды нужно учитывать при разработке данного типа залежей и выбирать оптимально приемлемую технологию как с промышленной точки зрения, так и с экологической», — сказала она.

Константин Ганушевич считает, что среди нескольких способов освоения газогидратных залежей наиболее безопасным и экологически правильным является закачка других газов в гидратные кристаллы с вытеснением метана.

— Я изучаю газогидраты, представляющие собой сплошные слои, примерно как угольные пласты в шахте. Предполагается и предлагается закачивать в эти слои углекислый газ через скважину. СО2 спускается по трубе вниз (под поверхность морского дна) и за счет своих физических и химических свойств, в частности плотности (она в два раза больше, чем у метана), вытесняет метан, а сам остается там и сразу образовывает гидрат углекислого газа. А метан поднимается наверх по стенкам скважины. Плюс гидрата углекислого газа в том, что он менее подвержен вариациям температуры, более стабилен. Даже глобальное потепление не затронет его под дном моря много тысячелетий. При этом мы цементируем морское дно и делаем его более стабильной структурой, которая может существовать в таком виде вечно. Этот способ даже помогает природе! Ведь мы, по сути, можем бороться с глобальным потеплением, улавливая сильный парниковый газ СО2 от производственных предприятий и используя его в нашей технологии. Условно говоря, мы вредный газ закачиваем, а полезный получаем. Все перечисленное мы тоже моделируем на нашей установке в лаборатории, а потом при первой необходимости можем воспроизвести в природных условиях. Наши опыты усложняются, модернизируется и лабораторная установка – сейчас мы заняты монтажом НПО-5.
Что ж, наверное, не зря в октябре 2012 года российское министерство энергетики заявило, что основным потенциальным конкурентом для российского «Газпрома» на рынке топлива являются именно газовые гидраты, и будущее за ними, а не за, как утверждалось ранее, сланцевым газом. Ведь с началом разработки газогидратных месторождений энергетические полюса мира могут резко поменяться.

Валентина Шабетя, ИАЦ НГУ


До списку

 




© 2006-2017 НГУ Інформація про сайт