Дорогая, приглуши реактор — гидратам жарко (OIL6)

На фоне весеннего обострения у газпромоненавистников недавних успехов Японии в деле освоения метангидратных залежей возле побережья острова Хонсю, в моём журнале несколько раз прозвучала просьба описать "чего же там самураи накопали на дне Нанкайского прогиба" и как быстро нам в связи с этим ползти на кладбище готовить запасные аэродромы для бомбардировочной авиации.

Рассказываю.

На картинках всё выглядит эффектно и весело:


Горит демократический метан, впервые в мире добытый доблестными японскими газовиками с подводного месторождения.
"Ухо Мацы" в радости!

Но дьявол, как мы помним, всегда прячется в деталях. Поэтому — я быстро покормлю медведей, залпом выпью водки, поиграю вам на балалайке и спокойно расскажу о метангидратах поподробнее, чем получилось в прошлый раз.
Ведь, на самом деле метангидраты впервые в мире были добыты в тоталитарном СССР ещё в 1969 году. А не в демократической Японии в году 2013-м.
Случилось это, как и многое другое в нашей стране, совершенно случайно.
А произошёл данный малопрогнозируемый факт на Мессояхском месторождении газа. Для "Газпрома" это месторождение на фоне Уренгоя или Ямбурга с их триллионными запасами газа — просто малышка. С начала эксплуатации и по сегодняшний день на месторождении было добыто всего 12,196 млрд.м³ природного газа, что составляет около 62% начальных запасов месторождения.


Мессояха. Somewhere in frozen Russia.

Любое газовое месторождение, несмотря на то, что это просто пористый камень — с точки зрения математики представляет из себя тривиальный подземный "воздушный шарик", всецело подчиняющийся очень простому закону Бойля-Мариотта, который говорит нам, что pV=const.
Посмотрев на данную формулу люди, изучившие пропорцию в школе, сразу скажут вам, что добыв 62% газа из "воздушного шарика", вы опустите давление на те же 62%. Процесс-то изотермический, масса убывает, объём постоянен, значит — давление в пласте будет убывать пропорционально изымаемой из пласта массе природного газа.

Но на деле Мессояха повела себя парадоксальным образом. Начальное пластовое давление в месторождении было 7,4 МПа (74 атмосферы, если что). Начиная с 1969 года месторождение дважды надолго останавливали: в 1978-1981 и в 1987-1995 годах, кроме того, в истории его освоения были постоянные вопиющие периоды отказа от продажи Родины за рубеж периоды сезонной эксплуатации.
В периоды консервации месторождения происходило восстановление пластового давления до уровня 6 МПа.
Текущее же пластовое давление составляет 5,2 МПа, что меньше начального пластового давления (7,4 МПа) всего лишь на 2.2 МПа или всего лишь на 30%. Товарищи Бойль и Мариотт негодуэ и просэ не опровергать устои.

Такое парадоксальное поведение Мессояхи и позволило предположить, что в отсутствии расхитителей Родины рабочих "Газпрома" на месторождении кто-то или что-то невольным образом "надувает" наш "воздушный шарик" Мессояхи чистым, свежим метаном.

Поскольку к теориям господина Ларина насчёт поднимающихся из глубин мантии водородных флюидов у современной науки отношение весьма спорное, в таком чудесном поведении Мессояхи начали искать более традиционные причины. И — нашли.

Всё дело оказалось в уникальном геологическом строении Мессояхского месторождения — ловушка природного газа, тот самый пресловутый воздушный шарик, оказалась "придавленной" сверху газогидратной крышкой:



К сожалению, при разведке месторождения полимеры таки просрали исследования на гидратонасыщенность пород не проводили, сами по себе гидраты при нормальном давлении распадаются на воду и газ, поэтому, как видите, гипотез о строении Мессояхи, как минимум, четыре.
Первую, чисто газовую, откинули ещё вначале, когда "оно таки попёрло" супротив Бойля-Мариотта, а вот происхождение дополнительного газа пока ещё спорное — либо его пузырит сверху, из гидратов, либо снизу, из тяжёлой нефти.
В общем, если кому интересно прочитать в деталях о научных мыслях касательно такого нетипичного поведения месторождения — можете ознакомится с полным текстом вот этой работы.

На Мессояхе же всё идёт своим чередом — "Газпром" качает метан, гидраты потихоньку из-за падения давления распадаются на газ и воду, надувая воздушный шарик залежи, учёные пишут спокойные научные работы. И так происходит уже 50 лет. Пока на сцене не появляются японцы, про которых журналистам, безусловно, написать гораздо интереснее.
Суши, катаны, самураи, гидраты! Банзай!

Так что же предложили миру японцы в 2013 году?

Во-первых. Не японцы. Во-вторых. Не в 2013 году. В-третьих. Не в преферанс, а в очко. В-четвёртых. Не выиграл, а проиграл.

Программа добычи метана из гидратов с помощью впрыскивания в пласт газообразного CO₂ начата ещё в 2007 году американским агентством NETL (подразделением Министерства энергетики США).
При этом широко прогремевшая сейчас Japan Oil, Gas and Metals National Corporation (JOGMEC), числится в данной программе одной из многих, а факел на метангидратном месторождении на Аляске, который JOGMEC зажгла вместе с американской ConocoPhillips ещё в 2011 году, может быть и не выглядит столь эпично, как недавние эксперименты на морской платформе, но тоже горит красиво:



А вот дальше красивых картинок — начинается тёмный лес. Что на Аляске, что на дне Нанкайского прогиба.

Нет, конечно процесс получения гидратов, как говорил поручик Ржевский, описан во всех деталях, а вот результат, который мы, в общем-то, в отличии от поручика, любим гораздо больше, выражен в виде вот такой интересной формы.

То есть, понять, что в снегах Аляски закачали в пласт 210 000 кубофутов газообразного CO₂ (это около 7000 м³ углекислого газа) — мы можем, а вот прочитать где-либо открытым текстом, весомой цифрой о "пэрэмоге" японцев и американцев на аляскинщине в виде точного количества выкачанного обратно метана — у нас не получится. Объясните нам, "зачем ви спгашиваете", а мы, возможно, вам эту цифры дадим. Но — обязательно расскажите нам, где и кому вы об этой цифре расскажите дальше. Мы волнуемся.

С японцами из JOGMEC и их недавними опытами на Нанкайском прогибе та же самая история — в официальном релизе компании о произошедшем действе пока нет никаких обязывающих цифр. Даже по объёмам закачанного в пласт CO₂. Поэтому говорить пока можно только о красивой картинке и о теории процесса извлечения метана из метановых гидратов.

А вот тут у нас есть три принципиальных возможности, которые определяются свойствами метангидратов, как соединений. Вот их фазовая диаграмма в координатах температура-давление:



Ниже синей линии фазового перехода у нас может существовать только растворённый в воде метан, ниже нуля градусов Цельсия — вода ожидаемо превращается в водяной лёд.
А вот выше синей линии фазового перехода "гидрат-газ" у нас существует вообще парадоксальное состояние — вокруг молекул метана при высоких давлениях начинается образование "метанового льда" даже при положительных температурах.

Именно такой процесс (правда с обратным знаком), судя по всему, как раз и идёт на упомянутой в начале статьи Мессояхе — при падении давления ниже точки фазового перехода в залежи (за счёт откачки "Газпромом" тоталитарного метана) — часть гидратов переходит в газ и потихоньку, за счёт разности давлений, мигрирует к скважине.
Поэтому первый вариант добычи гидратов из пласта — это снижение давления в нём.
Процесс этот небыстрый, но, в случае, если мы обеспечиваем достаточную пористость пород (либо естественным способом, либо какими-то вариантами разрушения пласта гусары молчать о ГРП!) — самоподдерживающийся. Собственно говоря, "Газпром" то и выяснил, что "качает гидраты" уже постфактум, когда газа из месторождения выперло больше, чем положено по формулам.

Второй процесс, которым можно легко освободить газ из гидратов — это повышение температуры пласта. Хорошо если есть реактор. Хорошо, если ядерный. Тогда гидратам можно сделать очень жарко и они вспотеют выделят природный газ в воду. Все идеи, связанные с горячими солёными растворами, электромагнитным нагревом и прочая-прочая-прочая — это вариации температурного процесса. Нагрели пласт — получили газ. Сердито, но нифига не дёшево и не просто, поскольку температурный градиент в пласте имеет такую же неприятную картинку, как и градиент давлений — возле скважины уже может быть "адъ и израиль", а в сотне метров от неё по-прежнему будет величие вечной мерзлоты.

Третий процесс, который запустили сначали американцы на Аляске, а теперь и японцы в Тихом океане — более сложный, нежели игры внутри фазовой диаграммы "давление-температура".
Всё дело в том, что гидраты с водой образует отнюдь не один метан. Это целый класс комплексных соединений, который образуется почти всеми газами — каждый при своих уникальных значениях температуры и давления.


Главное — суметь пукнуть в лужу запустить CO₂ в пласт !

Вариант добычи метана за счёт инъекции в пласт углекислого газа основан как раз на свойствах гидрата метана и гидрата углекислого газа. Дело в том, что гидрат углекислого газа, с термодинамической точки зрения, "выгоднее" гидрата метана (ну вот случился такой выверт природы — бесполезный для нас углекислый газ энергетически "приятнее" для воды, нежели метан).

При этом связывание углекислого газа вместо метана в гидрат — это практически "магический шампунь 3 в 1".
Во-первых, происходит прямое вытеснение метана из гидрата (пшёл вон, щенок!) — его место занимает молекула углекислого газа.
Во-вторых — происходит разогрев пласта, поскольку реакция замещения метана на углекислый газ в гидрате — экзотермическая, то есть идёт с выделение энергии. Пласт, таким образом, ещё и бесплатно греется, что тоже, как мы помним, весело.
В-третьих — выделяющийся метан и закачиваемый под давлением в пласт углекислый газ образуют внутри пласта дополнительные трещины и поры, что тоже позитивно влияет на карму и ауру на дебит скважиты.

Есть ли ограничения у данного процесса?
Есть, и неслабые. Во-первых — для того, чтобы продать что-то ненужное, надо купить что-то ненужное выдавить метан из пласта, нам надо откуда-то брать углекислый газ.
Поскольку "на деревьях" CO₂ не растёт, его надо либо доставлять на месторождения по углекислогазопроводам каким-то способом, либо получать на месте. На месте получить углекислый газ можно либо из воды, либо из воздуха, либо сжиганием того же самого метана, получаемого из скважин. Первые два способа, понятным образом, требуют затрат энергии, а третий способ подразумевает, что нам зачем-то надо этот метан прямо на месторождении сжечь. В общем, возникает извечная проблема — или газ надо иметь поближе к японцам — или японцев переселить поближе к газу. Это — если не строить углекислогазопровод.

Во-вторых, углекислый газ, даже в теории, не "выдавливает" из пласта больше 64% метана. Почему — в деталях написано, например, вот тут, но факт остаётся фактом — если Бойль-Мариотт, в идеале, позволяет выкачать "по убывающей" хоть весь метан из пласта, то тут уж "умерла так умерла" — весь природный газ с помощью углекислого достать из пласта никак не получится.
В реальности же количество "выдавленного" метана в идеальных лаборатрных условиях оказалось и того меньше — от 5 до 30% от его начального содержания. Кроме того, понятное дело, не весь углекислый газ "задавливается" в гидрат, в результате чего "на гора" выдаётся нечто вот такого плана: 70.6% N₂, 21.6% CO₂, 7.8% CH₄. Качали в образец, если что, смесь азота и углекислого газа.

В общем, резюмируя детали и подробности: революция будет. Может завтра, может послезавтра, может быть — через 10 лет.
Ибо, как написали на "Ухе Мацы", воистину:

"Эксперимент будет продолжаться еще две недели, а потом японцы на основе полученных данных станут думать дальше.
Главная задача – снижение себестоимости, поскольку получение газа из метангидрата крайне дорого. При нынешней технологии он стоит более чем втрое больше, чем сжиженный природный газ, который сейчас импортирует Япония."

Втрое дороже японского СПГ, если кто не понял — это где-то 1500 долларов за тысячу кубов газа. "Газпром" заворачивается в похоронный саван и медленно ползёт к ближайшему кладбищу. Всё пропало.

- Дорогая, прикрути реактор — гидраты сильно потеют!
- Да, конечно, дорогой. А ты выпей пока водки и сыграй мне на балалайке.
- А что там с уровнем углекислого газа? Что говорит Миша?
- Миша ревёт, что с CO₂ — полный порядок. Давление стабильное, но он снова просит мёда и свежей клубники из теплицы.
- Хорошо, скажи, что я выдам ему в конце смены двойную пайку.



Новый мир — всегда богаче, чем наши представления о нём.
Надо только не вестись на совсем уж откровенную клюкву, даже если она о суши, самурях, катанах и гидратах.

Иначе получится "Япония — родина слонов".
Банзай!

UPD. Появились и цифры "японского чуда".

ТОКИО (Nikkei) - По предварительным данным за 6 дней опытной добычи из гидратов метана у берегов Японии было получено  120 000 куб.метров газа.

Выход "намного превышает то, что мы ожидали", заявил министр экономики, торговли и промышленности Toshimitsu Motegi на пресс-конференции после заседания правительства.

Добыча газа началась 12 марта и давала в среднем 20 000 куб. метров в сутки.
Пять лет назад канадский тест на суше дал 13 000 куб. метров газа в сутки. Опытная добыча должна была продлиться две недели, но была остановлена в понедельник 18 марта из-за плохой погоды и технических проблем.

http://e.nikkei.com/e/fr/tnks/Nni20130319D1903A15.htm

Ну что, "Газпром"?

«На скважине Р-1 Тазовской внезапно возник газоводяной фонтан большой силы, непрерывно вылетают куски породы, разрушают вышку. Жертв нет. Начальник Ямало-Ненецкой экспедиции, Вадим Бованенко»
«Мыс Каменный. На Р-51 Бованенковском участке получен фонтан газа ориентировочно абсолютно свободным дебитом около одного миллиона кубометров в сутки. Скважина в отработке. Ямальская нефтегазоразведочная экспедиция — Главтюменьгеологии»