Продолжаем «сметан-гидратную» серию.
В четвёртой статье http://aftershock.news/?q=node/319270, мы попробовали собирать метан-гидраты вилкой от Дарси, и кое-что получилось. Конечно, вторая экспериментальная скважина на Аляске и 5 дней испытаний – это ещё не промышленная добыча. Теперь берём ножик.
К лету 2008 Jogmec попробовала двигаться дальше, но чуть раньше, в декабре 2007, случилась заварушка в Нью-Йорке, "Лехманы" и всё прочее, а оттуда в темпе разлилось по всей планетке. Короче, многим участникам консорциума стало не до экспериментов. Тут же Jogmec “с удивлением” обнаружила, что схема разработки из предыдущей статьи уже используется примерно в пяти тысячах скважин в США, только не в метан-гидратных, а в скважинах рудничного газа, Coal Bed Methane (CBM). Более того, в Америке метод был запатентован, причём в патенте умные юристы прописали: «для добычи CВM и других химически-связанных углеводородов»! Клатраты – химические соединения? Химические! Пожалуйте на баблос. К счастью для Jogmec, прибыли никакой она сделать не успела, так что судиться было не о чем, а патент благополучно истёк в 2011. О чём конкретно договорились юристы Jogmec и Weatherford, мы никогда не узнаем, но с Аляски Jogmec таки ушла.
Чему научились японцы?
1. Надо искать месторождения с жидкой фазой, потому что её качать легче, и не надо тратить газ на разморозку из твёрдой фазы в жидкую.
2. Для успешной добычи нужен сильный «аквифер» (водоносный горизонт). Об этом чуть ниже.
3. Надо куда-то девать килотонны откачанной слегка солоноватой воды. На самом деле, технология бурения скважин на Малике мало чем отличалась от бурения артезианской скважины на воду, и никакого ГРП с ядовитой химией не делали, но вода-то в пласте была солёной просто в силу зловредности природы.
4. Технические детали, вроде выноса песка, но это уже по мелочи.
Начнём с первого пункта. Почти автоматически, это означает, что лучше ковыряться на шельфе. Помните фазовую диаграмму из статьи номер три (ниже, слева - а)? Так вот: на море, диаграмма выглядит иначе (справа - b):
У графика выше существует куча профанаций от енералов. Будем бдительны!
Видите, что в морских условиях жёлто-оранжевая линия температуры только чуть-чуть касается справа линии «вода-лёд»? Это как раз потому, что лёд (и метан-гидарт) имеют отличное свойство всплывать в воде, поэтому достижение температур ниже линии замерзания возможно только в промерзающих до дна болотах, но не в океане. В условиях морской гидратной залежи будет присутствовать свободная вода.
А вот с пермафростом на суше ситуация хуже: там могут существовать залежи гидратов с жидкой водой, как на Малике, а могут быть залежи в которых вода находится в твёрдой фазе - лёд. Если лёд, то поделите проницаемость в предыдущей статье (http://aftershock.news/?q=node/319270) на миллион, а вязкость на тысячу умножьте. Из 1.85 млн м3 в день получите: 1.85 10-3 м3 , то есть чуть менее чем два литра газа! Закон Дарси, однако.
Что такое «сильный аквифер»? Это значит, что на нижней границе гидратов пористая проницаемая порода не заканчивается, а пласт ниже не просто насыщен водой, но и может эту воду легко отдавать. Мы откачиваем из скважины ледяную воду, а «сильный аквифер» подаёт снизу чуть тёплую, и всё хорошо, кроме всё тех же килотонн воды на поверхности, которых некуда девать.
На классических нефтяных месторождениях, нефтяники «сильный аквифер» любят, потому что он подпирает снизу нефть и увеличивает пластовое давление. Классические газовики «сильный аквифер» ненавидят, потому что газовые скважины подсасывают снизу воду (называется «конусообразование»). В случае с метан-гидратами, газовики должны научиться сильный аквифер любить!
Что будет, если аквифер «слабый»? Например, если метан-гидратный пласт снизу упирается в непроницаемую глину? Тогда может быть плохо.
Первое. На смену ушедшей в насос и на поверхность воде, приходит недостаточно тепловатой водички снизу, и процесс развала гидратов замедляется на несколько порядков (откуда энергия? -- от воды). Лёд в хорошо закупоренном погребе может лежать годами. Вспоминаем Закон дедушки Фурье из статьи 3: http://aftershock.news/?q=node/319148
Второе. Если продолжать выкачивать воду быстрее, чем она прибывает из аквифера, то наверху гидратного пласта образуется «газовая шапка» из метана. Лишённая водяной подпорки матрица породы может «схлопнуться». Некоторые породы (геологи их называют «компетентной матрицей») – хорошо держат дополнительный стресс. Если породы пластичные – будет медленное проседание, как например на месторождении Грёнинген в Нидерландах. Наконец, если порода хрупкая, она выдержит какое-то время, а потом – мгновенная просадка, которую обзовут землетрясением.
В конце-концов, была предложена такая схемка:
Во-первых, тут нет сепаратора. Его роль выполняет добычная колонна диаметром 30 дюймов (762 мм). Внутри спущены сотовые решётки для отделения капелек воды от метана (такие же есть и в обычном газовом сепараторе).
Во вторых, присутствует насос с фильтром, висящий на конце НКТ. Вместо электрического насоса, используется «насос-вытеснитель» Positive Displacement Pump. Нет, не «Архимедов Винт», товарищи с бронепоезда! Если кто представляет, как работает турбобур, так это турбобур и есть, только повёрнут на 180 градусов и с поверхности его вращает - передаёт торсионное усилие - специальная штанга (вот вам и торсионное поле, хе-хе). Крупнейшим поставщиком насосов PDP для нефтянки является та же Weatherford. Насос PDP для метан-гидратов работает лучше, чем электрический, потому что почти не боится песка, а скорость откачки можно плавно регулировать от полного стоп до максимума. Электронасосы на остановки и запуски реагируют быстрым износом! На НКТ прикреплены также датчики уровня жидкости, давления, температуры. Раз наш сепаратор под землёй, надо как-то следить.
В третьих, вода из НКТ подаётся в бустер давления, далее в нагреватель. По сигналам уровня в «скважине-сепараторе» автоматика отбирает из контура часть воды. Ровно столько, сколько отдал аквифер. В качестве дополнительного бонуса, в воду можно добавить ингибитор образования гидратов. Нет, товарищ енерал, не солёную воду. Расворяет лёд не солёная вода, а кристаллы NaCl. А солёная вода с гидартом не делает ничего -- в море и под землёй вода и так солёная, ну и что? Читайте Перельмана. Правда, если вода под землёй очень пресная, можно подать немного морской -- она задерживает захват метана обратно в гидраты. Метанол, изопропиловый спирт и другие подобные ингибиторы, которые используют в трубопроводах, тоже закачивать не будем. Трубопровод -- система по определению герметичная (правда только у енералов; практики-то знают что такое розлив...), а тут придётся травить природу с первого дня. Но можно закачать CO2, получившийся и нас от сжигания газа на собственные нужды добычной платформы. К слову сказать, ничего пока японцы не добавляют, но оставили фланец на будущее.
Наконец, в-четвёртых. Из нагревателя, перегретая вода (около 120Ц, под давлением) поступает в скважину номер два и оттуда снова в пласт. Скважина 2 – интересная. Во-первых, она пробурена с углом наклона более 90 градусов, то есть идёт слегка вверх. Товарищ енерал, закроем люк. Как бурить такие скважины, человечество не только знает, но уже и весело бурит. Во вторых, скважина пронзает наш 30-дюймовый сепаратор. Есть у специалистов в запасе и такой прибор: немагнитный буровой инструмент с колонноискателем. Применяется при глушении аварийных скважин, например той же «Дипуотер Хорайзон», неудачницы «Бритиш Петролеум». Герметичность между первой и второй скважиной не требуется, так как вторая всё равно обсажена дырчатой колонной с фильтром. В нашем случае, в скважину ещё спустили распределённый датчик температур (специальное оптоволокно в трубке), но это только для экспериментирования с режимами.
В чём трюк? Да не в чём. Каждый компонент системы – проверенная годами и тысячами работающих образцов технология. Единственное условие: провести вторую скважину вблизи кровли гидратной залежи, но как делать «геостиринг» – мы тоже знаем!
Короче, нажали на кнопочку... И далее у автора начинается пробел. Выше были факты, а про результат Jogmec пока молчит. Но будем ждать. Остаётся только следить за факелом!
А вот сколько может теоретически дать такая скважина в Нанкайском Прогибе на шельфе Японии – мы посчитаем в следующей статье.
Удачи.
Комментарии
> Помните фазовую диаграмму из статьи номер три?
Рекомендую всегда ставить ссылку в таких случаях.
никто из новых читателей вообще не поймет о чем речь, да и многие читавшие по памяти не вспомнят, какая именно это статья.
Лично мне, это интересно в той же степени, что и решение проблемы отопления всеми любимых дач изготовлением дров гранулированными пеллетами. Хоть со ссылкой на первые сто частей, хоть без неё. Т.е., углубится в очень важный вопрос решения энергоголода клоунскими методами конечно можно, вот только зачем.
Применительно к использованию этого говна в прилегающих областях, для снятия напряжения с других участков обеспечения нормальным сырьём без «залежей хератов», я бы еще почитал. По-диагонали.
Вообще-то это важный вопрос, и от ответа на него сильно зависит за счет чего будут жить твои внуки.
Мои внуки прекрасно бы жили при вменяемом местного производства хозяине, который, даже, исчерпанное мудаками в геополитических либо корыстных целях ресурсное Богом обеспечение — не направлял, при модели, которую мы здесь обсуждаем, — на «энергобезопасность парнёров» — ныне врагов в сравнение с партнёрами по СЭВ, например. Иссохшее для этих целей с небольшим, да не одним заводиком — с одновременным послаблением проблеме занятости в этом районе — переработки сырья, легко обеспечило бы какую-нить высосанную «партнёрами» при той же модели что и сейчас, ранее — Кубань.
Где-то есть уголь, где-то торф, где-то «херанты». И всё использование в целях жизнеобеспечения нации — по «моей» тупой схеме. Где нет в пределах ответственности ничего — вперёд с трубами!
Как только в эту примитивную схему внедряется «свободное хождение капитала», «частная собственность» со своим видением целеполагания жизни нации через призму своего и горла выводка и пр. без монополии государства — происходит то, что мы видим. Всё важное, необходимое для выживания коренных жителей страны становится невыгодным, а обеспечение своих граждан базовыми ингредиентами, становится жалкой частью «великой национальной идеи» обеспечения упомянутой энергобезопасности партнёров. Даже с/х, либеральные мечтатели, считают вероятным обеспечением близлежащих стран, а не своей. Усё на экспорт!
Если «херанты» от нынешнего положения спасут, то я готов, по твоему совету, вгрызться в материал.
Интересный вопрос, сколько теоретически может дать такая скважина.
Но еще более интересный вопрос: Много ли по миру можно пробурить таких скважин с вышеперечисленными идеальными условиями?
Вот только вопрос, сколько уйдет добытого газа на оба насоса и подогреватель воды? Сколько уйдет на поддержание жизнедеятельности платформы, сколько уйдет на работу самой буровой? Не получится ли так, что на эту буровую в итоге газ придется завозить, что б это все завертелось и когда-нибудь вышло в плюс? Нет, в плюс даже не денежный. Хотя бы в плюс по газу, что б было что на материк отправлять.
« что б было что на материк отправлять» — вот тута и схоронено зерно о котором я лепечу. В нынешней «нашей», местной ситуации — «отправлять партнёрам на материк» означает. При данном подходе к энергообеспечению 1/7 суши — кроме «самотлоров» — всё «невыгодно». Всё подобное вредно и неэффективно.
А ниче, что автор про Японцев пишет?
Алекс так не думает, например. Он про моих внуков в связи со статьёй «о японии» вспоминает. Дебил, небось, а?
-
Подгоняем к шельфу ПАТЭС.
Горячую воду из контора охлаждения загоняем в пласт, электричество отдаем потребителям на берег кабелем, попутно добываем метан по сути из тепловых отходов реактора =)
А это единственный вариант, пирикотором все это безобразие будет выгодно.
Вы неправы. Японцы не "прикидывали", а до сих пор находятся в стадии экспериментов (с 2002 года промерно). Для сравнения, Дж.Митчелл начал эксперименты на Барнетте в 1981 году, а "сланцевой революцией" это обозвали в 2007. Четверть века!
Я не утверждаю, что метан-гидраты будут выгоднее, чем совершенно невыгодный сегодня "сланцевый" газ. Просто, для того, чтобы в 2040 году у моих детей и внуков на столах была еда (удобрения делают из газа, хе-хе!), надо шевелиться уже сейчас. Как аналогия: ядерные станции. Начали шевелиться вроде вовремя, но потом были Тримайл Айленд и Чернобыль, и все перспективные исследования, вроде тория -- спустили в канализацию. Только в двухтысячных спохватились, что потеряли (хочется сказать слово на проср-) 20 лет исследовательского времени и позакрывали целые институты (теперь лидер по торию -- Индия, так-то!). И в добыче и обогащении урана -- на 98% работаем по технологиям 60х и 70х. Кстати, "пик классических урановых станций" -- уже не за горами.
Ну а про "северного соседа Японии" -- вообще полный нонсенс. Значится так: в 2002 году и до 2008 -- метан-гидраты на Аляске, потом в 2013 -- первая экспериментально-промышленная платформа на шельфе Японии. А -- не получилось. Садимся в машину времени, набираем на пульте "1996": "Здравствуйте, Борис Николаич! Хорошо выглядите! Поговорим про Сахалин?"
Подгоняем Норильску, Воркуте, Магадану и т.д. ПАТЭС, горячую воду из контура охлаждения загоняем в построенные тепличные хоз-ва, электричество отдаем потребителям в города кабелем, попутно добываем продукты питания и сглаживаем пики энергопотребления за счёт теплиц, забив большой болт на логистику, по сути из тепловых отходов реактора.
инт
Уважаемый myak555:
Поскольку я не геолог и не нефтянник, то прошу Вас оценить следующую идею - и разъяснить/поправить мои ошибки.
Задумка. Разрабатываем месторождение метангидрата под поверхностью морского дна. Для этого
1) С несколькох сторон месторождения, по его краям, пробуриваем скважины - так чтобы они ушли под нижнюю границу метангидратных залежей (песчанника с включениями газгидратов).
2) Опускаем в скважину трубы с мембранами для воды (но не для солей). Мембраны находятся на высоте нескольких метров от низа труб чтобы их не повредило гидравлишескими ударами. При погружении на глубину больше 280 м в трубы начинает просачиваться пресная вода (обратный осмос), которую мы откачиваем, а снаружи остаётся солёная вода - с бо'льшей концентрацией соли. Так получаем очень пересоленную воду в скважинах, тратя сравнительно небольшое количество энергии. При необходимости заполняем скважины насыщенным раствором соли.Трубы покрыты электрической изоляцией - почти до самого низа. Самые нижние части труб не заизолированы.
3) Накрываем месторождение полиэтиленовой плёнкой с отверстием посредине для сбора метана. Из отверстия выходит труба наверх.
4) Поочерёдно прикладываем к па'рам труб (тем что находятся по краям месторождения, погружённым ниже уровня гидрата и с проводящими внутренними частями и концами) боольшое напряжение. Происходит гидроразрыв, гидравлический удар, порода между электродами раздробляется.
5) В канал разряда и близлежащие трещинки заливается пересоленная вода. В эту воду добавляем ещё немного щёлочи - чтобы силикатные частички получили отрицательный заряд и потом друг с дружкой не слипались.
6) В местах контакта пересоленной воды с кристалликами газгидратов гидраты растворяются (охлаждаясь, кстати) и выделяют пузырьки метана. Движущей силой процесса является разбавление пересоленной воды - а не нагрев гидратов до плавления. Значительная часть энергии на плавление поступает из самой породы (зёрен песчанника). Вдобавок, в результате гидравлического удара кристаллики газгидратов отделяются от песчанника и тоже всплывают на ширину канала разряда - возможно, не расплавившись. Надеюсь что на плавление уйдёт сравнительно немного электрической энергии разряда.
7) После ряда разрядов под породой получаем "паутину" трещин между трубами.
8) Приподнимаем трубы, опять проводим серию разрядов/гидравлических ударов. Опять заполняем разрыхленную породу концентрированным раствором соли. Кристаллики гидратов и/или пузырьки метана поднимаются немного повыше.
9) Таким образом, мы "перетряхиваем" весь песчанник, выбивая кристаллики газгидратов из полостей в пещаннике - и постепенно заполняя разрыхленную породу, снизу вверх, концентрированным раствором соли.
10) В процессе разрыхления и встрясок, вызваннух гидравлическими ударами, кристаллики газгидрата и пузыри метана поднимаются всё выше, причём кристаллов становится всё меньше, а пузырьков всё больше.
11) Когда кристаллики доходят до верхней зоны стабильности и далее идут через песчанник, они все разлагаются и выделяют метан.
12) Когда пузырьки метана доходят до уровня дна, они отрываются и всплывают в воде, где их ловит плёнка с трубкой (т.е. перевёрнутая воронка).
Самые сомнительные места:
1) Нефтянники используют электроразряд - о чём я знаю только из Интернета. Сам я очень плохо представляю себе электрический разряд в поддоной почве.
2) Плохо представляю себе, насколько эффективно и равномерно этот разряд будет дробить породу гидравлическим ударом.
3) Даже если порода раздробится, то плохо представляю, как в ней будет распространяться пересоленная вода.
Заранее благодарен за информативные комментарии.
Уважаемый myak555:
Не могли бы Вы покритиковать ещё один подход к добыче метана из-под дна океана (первая картинка, фигура "б")?
Для простоты предположим что месторождение гидрата под океанским дном квадратное. Представляем себе что к месторождению приплывает корабль или устанавливается нефтяная вышка в юго-западном углу (для примера). Там бурят скважину на глубину 1600 м под поверхностью океана (1200 м воды и 400 м песчанника) - так чтобы бур зашёл под месторождение. После этого бур разворачивается на восток и пробуривает до конца месторождения. Прокладывается труба с отверстиями через каждые, положим, 40 метров (как для гидроразрыва).
Затем от основной скважины на глубине 1600 м пробуривается скважина на север (40 м), после чего бур разворачивается на восток и опять пробуривает до конца месторождения. Прокладывается вторая труба с отверстиями через каждые 40 метров.
Затем от основной скважины на глубине 1600 м пробуривается скважина на север (80 м), -> восток до конца
...скважина на север (120 м), -> восток до конца
...скважина на север (160 м), -> восток до конца
...............................................................................
Таким образом, под месторождением прокладывается ряд параллельных труб через каждые 40 метров; эти трубы идут с запада на восток. Длина в 40 метров выбрана потому что она на порядок меньше донной глубины месторождения. Эти трубы на западе соединены с одной общей трубой, идущей с юга на север. Юго-северная труба сообщается с вертикальной трубой идущей к кораблю - или платформе.
Месторождение сверху накрывают полимерной плёнкой с дыркой посредине (перевёрнутой воронкой); из дырки наверх поднимается труба для собирания метана.
Потом на платформе с помощью обратного осмоса получают насыщенный раствор соли - и закачивают в систему труб под месторождение гидрата. Насыщенный раствор соли просачивается наверх, иногда вступает в контакт с кристаллами газгидрата и растворяет лёд, высвобождая метан. Температура среды понижается.
Опять, в этой технологии энергия тратится не на плавление газгидрата (+ бесполезный нагрев песчанника), а на приготовление концентрированного раствора соли обратным осмосом. Тепло на плавление газгидрата в этом случае забирается у окружающей породы. Поскольку пористость песчанника будет мала, то количество потерянного концентрированного раствора соли, который вольётся в поры в почве - и не вызовет плавление газгидрата - будет мало.
Плотность концентрированного раствора соли будет больше плотности океанской воды - поэтому этот раствор будет иметь тенденцию растекаться по горизонтальным трещинам, и только потом подниматься вертикально.
Я прикинул что для выработки 1 литра насыщенного раствора соли (35%) из морской воды (3.5%) придётся потратить ~63 кДж.
Для плавления 1 литра гидрата придётся потратить ~333 кДж.
То есть, если номер пройдёт и газгидраты будут растворены в насыщенном растворе соли, так что на разложение 1л газгидрата уйдёт 1 л концентрированного раствора соли, то энергия на выделене метана из гидрата уменьшится в 333/63 ~5 раз по сравнению с нагревом этих клатратов.
Для состава CH4·5.75H2O доля метана по весу - 16/(16+5.75*18)= 0.133
Плотностьэнергии метана - 55.5 кДж/г
То есть энергия метана, выделившегося из 1 л газгидрата, составит ~ 1000г*0.133*55.5 кДж/г ~7381.5 кДж
Часть выделяющегося метана нужно будет использовать в моторах на производство концентрированного раствора соли. Ну и нагревать этот самый раствор - чтоб гидраты растворялись ещё получше.
ЭРОИ ~ 7381.5 кДж/63 кДж ~ 117
Ну а если разлагать газгидраты нагревом, то ЭРОИ ~ 7381.5 кДж/333 кДж ~ 22
Разумеется, в реальной жизни ЭРОИ будет гораздо меньше: платформу нужно ставить, скважины бурить, итд. Если реальный ЭРОИ будет в 10 раз меньше, то ЭРОИ добычи солевым раствором составит 11.7, а нагревом - 2.2 - т.е. без дополнительных хитростей, таких как использование глубинных тёплых солевых растворов, метод не сработает.
Слабые места в теории: Я не знаю, можно ли, пробурив одну вертикальную скважину, проложить под землёй целый ряд горизонтальный труб. Также, я плохо представляю себе процесс гидроразрыва - а именно, соотношение между широкими и узкими трещинами - по количеству, объёму, длине. Есть шанс что при разрыве появятся немного крупнух трещин, по которым солевой раствор пойдёт вверх, почти не проникая в глубины породы. Правда, поскольку его плотность будет меньше чем у воды, то он будет при прочих равных растекаться в горизонтальных трещинах, а не в вертикальных. Слишком толстые трещины можно забить полимерами, что и делают при нефтедобычи - но это дополнительные осложнения. Посему, если какой-нибудь нефтянник прокомментирует моё предложение, то я буду весьма признателен.
Ага! Ещё одна идея.
Под донным месторождением газгидратов пробуриваем скважины и закачиваем раствор фосфата аммония с минеральными добавками, кислород, и вносим метанопожирающие микроорганизмы.
Микроорганизмы, дойдя до отложений гидратов по трещинам, начинают окислять метан, размножаться и греть почву, разлагая ещё больше газгидрата. Избыток метана выбулькивает наверх, где мы его собираем перевёрнутой воронкой.
Проблема - в масштабах и времени: на то чтобы прогреть почву уйдёт много времени. Получать метан в небольших масштабах не получится. Зато когда он начнёт выделяться - то его будет много.