Сметан-гидраты или сметан-матан

Аватар пользователя myak555

Продолжаем разбирать метан-гидраты и их ERoEI.

В первой статье http://aftershock.news/?q=node/318722 мы выяснили, что один кубометр пласта на "классическом" газовом месторождении может отдать 27 стандартных кубов газа, а на "газогидратном" - вдвое больше, 54 кубометра (все числа приблизительные «средние»: на конкретном месторождении может быть и вдвое больше, и в четыре раза меньше).

Во второй статье http://aftershock.news/?q=node/318908 объяснялось, что месторождения метан-гидратов сидят ПОД поверхностью. То, что находят глубоководные аппараты на дне моря, называется на языке геологов не «месторождение», а «проявление». Месторождение отличается от проявления тем, что из месторождения минеральное сырьё можно извлекать в промышленных объёмах, а проявление – это геологический курьёз. Скажем так: в 1854 году на берегу ручья австралийский фермер заметил что-то блестючее. Оказалось – небольшой золотой самородок. Фермер, не будь дурак, самородок продал и на вырученные деньги пригласил геологов, которые так заинтересовались, что пригласили богатенького инвестора. В октябре 1867 нашли россыпное золотишко, а через два года – и коренную жилу. Интересно, что и то, и другое – к ручью на территории фермы не относилось никаким боком, и одинокий самородок так и остался необъяснённым. Кукабарра в клювике принесла. Да, было и такое объяснение. Кукабарры – по повадкам похожи на наших сорок. Тянут в гнездо всё блестючее. Так вот: самородок – это «золотопроявление». А промышленное месторождение Гимпи ещё пришлось поискать 13 лет, и угрохать на поиски кучу денег.

Впрочем, о том, как по-настоящему ищут месторождения метан-гидратов – будет отдельная статья. Нет – не батискафами. Водолазы тоже отдыхают. Наберитесь терпения. Кстати, ищут таки-мало потому что до самого последнего времени было неясно, как этот вмороженный в лёд метан добывать в промышленных объёмах.

Итак, мы размазали по столу сметану. Как будем есть? Пользователю надо знать тактико-технические характеристики ложки. Понадобится матан.

Добывать газ из классического месторождения, как в той рекламе: "нелегко, а о-о-очень легко!" Легче, чем черпать сметану из банки. Дело в том, что в классическом месторождении газ находится под давлением. Мы считали в первой статье: 300 атмосфер (зависит от глубины и геологических условий, но примерно такое число в среднем). То есть, достаточно пробурить скважину, и газ сам рвётся на поверхность. Этой потенциальной энергии газа (ещё раз: не тепловой энергии от сжигания, а потенциальной энергии давления) на начальном этапе добычи хватает не только чтобы поднять газ из скважины, но и для того, чтобы затолкать добытый газ в трубопровод. Несколько позже, когда давление в залежи падает, для заталкивания в трубопровод приходится ставить компрессорную станцию. Но так или иначе, из-под земли газ выходит сам! Инженеры-разработчики используют специальный термин: «энергия залежи». Именно про давление (и температуру) в пласте, а не про энергию сгорания газа.

Так вот: плохие новости! У залежи газогидратов – энергия отрицательная! Метан сидит в «шкатулке» из молекул воды, и его надо как-то освободить. Фазовая диаграмма существования метан-гидратов выглядит так:

Пусть наше учебно-тренировочное месторождение находится на глубине 1100 метров. Почему я выбрал такую глубину? Потому, что именно такая была у первой скважины Jogmec, пробуренной и испытанной на Аляске в 2002 году. Гидростатическое давление на забое скважины примерно 110 атмосфер. На диаграмме выше видно, что Jogmeс выбрала такую глубину недаром. Кроме кривой температурной стабильности, на диаграмме приведена кривая геотермального градиента. На забое скважины, метан-гидрат – это уже не «желтоватый лёд», а жидкая фаза!  На диаграмме выше, жидкую фазу от твёрдой отделяет почти вертикальная линия в районе 0 градусов Ц. (Енерал на бронепоезде, закройте рубочный люк!)  Чтобы освободить метан, требуется всего лишь нагреть эту жидкость на 3-5 градусов Цельсия.

Подсчитаем затраты энергии на такой нагрев.

В одном кубометре породы находится примерно 0.7 кубометра песчаника и 0.3 кубометра порового объёма. Здесь и далее, я буду использовать некие условно-разумные числа: например, реальная пористость залежи может быть и 0.20 и даже 0.05.  Вот чего не может быть, так это пористости выше 40% -- гидрат пластичен, и без поддержки матрицы -- схлопнется.  (Енерал, ну закройте же люк, наконец!  Сквозит!)

Плотность матрицы песчанка: 2650 кг/м3, плотность жидкой фазы метан-гидрата 980 кг/м3. Итого, в кубометре залежи находится 1855 кг песчаной матрицы и 295 кг гидрата. Теплоёмкость и того, и другого – получаем из таблиц Инженерского Ящика: http://www.engineeringtoolbox.com/specific-heat-capacity-d_391.html

Пусть надо нагреть породу на 5 градусов. Итого: 5*(1855*830+295*4182)=14 МДж.

Как добывали метан из гидратов в 2002?

В обсаженную и отперфорированную скважину спустили буровую колонну с открытым концом. Верх колонны был схвачен резиновым мешком превентора, а выкидную линию вывели на сепаратор. Из сепаратора вода подавалась на нагреватель, а затем закачивалась в скважину. По соображениям безопасности, температура воды была выбрана 80Ц. Интересно, что вся аппаратура была вполне стандартной: точно такие сепараторы, насосы, теплообменники используют при испытаниях любых нефтяных скважин.

А вот теперь нам понадобится наше первое уравнение.

это придумал дедушка Фурье аж в 1822 году,

Что тут за буквы?

Вектор теплового потока u измеряется в Дж/с/м2. Это и есть перенос тепла. Направлен вектор по оператору «набла», то есть по градиенту температуры.

h – коэффициент теплопередачи, для жидкой фазы метан-гидрата или воды, он примерно одинаков, и почти константа в широком диапазоне температур: 0.58 Дж/с/м/К. Для песчаника, он больше: 1.7. Значения из того же «Инженерного Ящика». Раз у нас порода состоит из песчаника на 70%, прикинем среднее: 1.7*0.7+0.58*0.3=1.36. В реальности, будет несколько больше, так как зависимость теплопроводности нелинейная по объёму. Примем 1.45.

Мерить температуру в К, а не в Ц, нам приказал Кельвин. Вежливые пожелания лорда надобно выполнять как приказ! Впрочем, для «набла» – это пофиг, так как ему важна разница в градусах.  Т – температура в тех же К.

Наша скважина на Аляске имеет диаметр 12.25 дюйма, то есть 0.311 метра. Если пласт гидратов ровно один метр толщиной, то первый кубометр породы от скважины – это кольцо с внутренним радиусом 0.16 м и внешним радиусом 0.54. Следующий кубометр – это кольцо внутренним радиусом 0.54 и внешним 0.59. И так далее.

До закачки горячей воды, градиент температуры по радиусу от скважины был примерно ноль.

Сразу после начала закачки, градиент в первом кубометре (80-10) / (0.54-0.16) = 184 градуса на метр, то есть первый метр прогревается со скоростью 184*1.45 = 266.8 Дж/с. Чтобы доставить в первый кубометр желанные 14 МДж тепла, надо затратить 14000000/266.8 = 52500 секунд, то есть чуть более 14.5 часов! Чтобы прогреть второй кубометр, понадобится ещё 16.3 часа, и так далее. Если качать воду при температуре 80Ц в течение одного года, прогреется около 95 кубических метров пласта, то есть ничтожное расстояние всего 4 метра от скважины. Помните, что один кубометр прогретой породы давал 54 кубометра стандартного метана? Значит, за год получится чуть более 5000 кубометров газа.

Конечно пласт метан-гидратной залежи толщиной в 1 метр никто в здравом уме бурить не будет (для енералов: один метр -- это не промышленное месторождение). В реальной Аляске пласт был не 1 м, а около 200. То есть, результаты нашего вычисления надо умножить примерно на 200, миллион кубометров газа в год, 2700 кубометров в сутки. Но это в теории.

Как водится, первый метан-гидратный блин вышел комом. Японцы «с удивлением» обнаружили, что закачивая воду с температурой 80 градусов, на глубине пласта получается всего 50. С таким градиентом на забое, за пять дней испытаний получили чуть менее 470 м3 метана. Однако, чему же тут удивляться? Прокачивали воду через ничем не изолированную километровую трубу в вечной мерзлоте! Следовало бы спросить мсье Фурье в 1822 году.

Первый блин – простительно. А вот как горел добытый при испытаниях на Аляске 2008 года:

Но это – следующая сметанная история.

Удачи.

Комментарии

Аватар пользователя EcuaRED
EcuaRED(10 лет 3 месяца)

спасибо

хороший ликбез

Аватар пользователя alexsword
alexsword(12 лет 5 месяцев)

Тот еще "энергоресурс".

Но сырьем для будущей нефтехимии, возможно, и станет - когда нынешние углеводороды будут исчерпаны.  При условии, естественно, выхода цивилизации на новый энергоуклад достаточно высокой плотности энергопотока, чтобы позволить себе такие издержки.

Аватар пользователя RusKaz
RusKaz(9 лет 12 месяцев)

Я не ошибаюсь? Пламя слишком яркое и красное для чистого газа, возможно метан смешан с другими углеводородами?

Очень нравится ваш "цикл о сметане", пишите ещё! У меня была идейка слегка потролить каскоглавца и папирра как раз на подобную тему, но увы не успел - отправили их в баню, а писать нормальную статью нехватает времени(да и лениво в общем-то).

Аватар пользователя Rashad_rus
Rashad_rus(12 лет 1 месяц)

Если там многовато сернистых соединений - пламя было-бы голубоватым, а-то, что оно оражевое и яркое - скорее признак высокой температуры верхней форсунки трубы - ионы перегретого железа великолепно окрашивают пламя! Не верите - подойдите к своей газовой плите суньте в пламя проволоку - когда она раскилится пламя из голубоватого станет ярко жёлтым.

Аватар пользователя myak555
myak555(9 лет 2 недели)

Про пламя -- камера стояла на установке "лампы дневного света".  Скорее всего, так сработала "излишне умная" цветокоррекция (лицо человека не должно быть бледным).

Я лично пламя метана из гидратов не фотографировал, но много наснимал других факелов: газовых и нефтяных.  Скажу сразу, что на средней цены "мыльницах" (а в поля редко берут что-то другое, если для хобби а не с целью собственно фотосъёмок) -- получается ещё хуже.

Газовое пламя на факалах -- белое, с лёгким желтоватым оттенком.  Лёгкая нефть и конденсат -- красновато-оранжевое.  Тяжёлая нефть -- жёлто-оранжевое, до красного с дымом. Хотя, ночью дым не виден.

Аватар пользователя RusKaz
RusKaz(9 лет 12 месяцев)

Я живу в Мангистауской области Казахстана, в наших краях факелы вещь всем знакомая, сказал-бы часть пейзажа; потому глядя на цвет и предположил(не думая о слишком умной цифромыльнице), что горят нефтяные фракции.

PS: С факелами борются экологи штрафами, а нефтянники с экологами борются газотурбинными электрогенераторами :-)). А мозги в цифромыльницах однозначное зло: у моего ПовёрШот SX130 IS фокусировка непрерывно скачет куда захочет и аккумуляторы жрёт как не в себя.

Аватар пользователя юрчён
юрчён(11 лет 4 месяца)

Зело уш хорош этот метан-гидрат для потребства Апокалипсиса, в случае массового выброса в атмосферы воздушные от его разложения коварного.

Аватар пользователя layratan189
layratan189(8 лет 9 месяцев)

интересно, благодарю

Аватар пользователя EcuaRED
EcuaRED(10 лет 3 месяца)

почему японцы воду гоняли

а не опустили кипятильник непосредственно в пласт?

Аватар пользователя myak555
myak555(9 лет 2 недели)

Ну, 2002 год!  Глупые были ещё.  Дойдём до кипятильника в статье #5.

Аватар пользователя EcuaRED
EcuaRED(10 лет 3 месяца)

а пра магнетроны какиенить шоб туда запихнуть будет?

Аватар пользователя Digit
Digit(9 лет 3 недели)

А если нагревать почву атомным взрывом (в порядке бреда)?

Аватар пользователя EcuaRED
EcuaRED(10 лет 3 месяца)

проще подать в коллектор кислород

и все это поджечь

хоть как то контролируемый процесс

Аватар пользователя myak555
myak555(9 лет 2 недели)

Не в коллектор, но близко, близко.  Почти угадали!

Сохраняю интригу, как в детективе...

Аватар пользователя EcuaRED
EcuaRED(10 лет 3 месяца)

горизонтальное бурение, гидроразрыв, кислород и гори весь куст синим пламенем?

Аватар пользователя krol_jumarevich
krol_jumarevich(9 лет 4 месяца)

Не кислород, а просто атмосферный воздух.

Аватар пользователя EcuaRED
EcuaRED(10 лет 3 месяца)

а кислород

никак не подойдет?

Аватар пользователя krol_jumarevich
krol_jumarevich(9 лет 4 месяца)

Подойдет, если выделить из атмосферы.

Но ,опять же энергиясс.

Аватар пользователя EcuaRED
EcuaRED(10 лет 3 месяца)

а фиг его знает

что бы воздух на такие глубины закачать тоже компрессор нехилый нужен

может проще его и сжижить

а может и другой какой окислитель использовать

что  там,  и как, и будет ли вобще гореть я  без понятия

что б прям щас что то за энергиясс думать

Аватар пользователя Oriaraniar
Oriaraniar(10 лет 11 месяцев)

Или РИТЕГ в скважину опустить?

Аватар пользователя valeryma
valeryma(9 лет 5 месяцев)

В Пермской области есть несколько месторождений нефти, для которых в 60-70-е годы пытались создать подземные нефтехранилища посредством т.н. "мирных" атомных взрывов. Сейчас эти месторождения (не оч. крупные) не разрабатываются. Такой казус получается: лицензия есть, добывай-не хочу. Вот только пластовая вода... того... радиоактивная. Когда я трудился на прежнем месте работы, нам лукойловская дочка пыталась впарить эту висящую у них на балансе беду.

Просто все продукты взрыва рано или поздно, причем, скорее рано, чем поздно, окажутся на поверхности. Это я даже не затрагиваю эффективность мероприятия. Только последствия.

Аватар пользователя Олежа
Олежа(9 лет 3 месяца)

Нагреется.

Аватар пользователя ₱атник
₱атник(9 лет 9 месяцев)

Альтернативных нет?

Аватар пользователя krol_jumarevich
krol_jumarevich(9 лет 4 месяца)

Так не японцы первые были, а американцы?

Аватар пользователя myak555
myak555(9 лет 2 недели)

Технически, был консорциум компаний, в том числе, американских.

Консорциум, это когда много парней собирают бабки, дают одному парню, и он бурит.  Смелый парень называется: компания-оператор.

Так вот оператором была японская компания Jogmec.

Аватар пользователя ₱атник
₱атник(9 лет 9 месяцев)

Как подавать демократам кубарями или в розницу?

Аватар пользователя Satprem
Satprem(9 лет 9 месяцев)

Что думаете об версии профессора Guy McPherson Наталии Шаховой, а так же вот этой "плеяды учёных" что бы не перечислять поименно, это тоже насколько я в курсе, не все, фото с некоторыми, и именами ниже), о версии в самом ближайшем будущем (некоторые о 5 до 15 лет БП и всему живому вседствие эффекта так называемого метангидратногом ружья ?

Это из отечественных ученых имена (некоторые, как вроде бы Семилетов, если не ошибаюсь с Украины, а Шахова на Аляске в НИИ работает) Semiletov L, Shakhova N., Romanov sky V., Pipko LI. ... Шахова Н.Е., Семилетов И.П., Салюк А.Н. и др.

Ну и по этому  поводу ?

Глобальное вымирание в течении одной человеческой жизни в результате распространения атмосферного Арктического метана 

Аватар пользователя Digit
Digit(9 лет 3 недели)

Думаю, у планеты Земля было достатчно времени. Всякие быстротекущие процессы маловероятны.

Аватар пользователя Satprem
Satprem(9 лет 9 месяцев)

Да и ещё сейчас читаю, сегоднящняя, интересная статья :

Уже слишком поздно, чтобы спасать наш мир, так что наслаждайтесь зрелищем его гибели

Источник : http://www.theguardian.com/commentisfree/2015/jul/05/too-late-to-save-world-heathrow-runway-stewart-lee

Аватар пользователя Satprem
Satprem(9 лет 9 месяцев)

.

Аватар пользователя myak555
myak555(9 лет 2 недели)

Хорошая гипотеза, но нуждается в проверке.

В геологической истории, подобных событий не зарегистрировано.  Если бы в прошлом "ружбайка" хоть один раз стреляла, нам бы уже доложили палеонтологи и геохимики.

Вот в конце Мелового периода было "событие": называется "К-Т граница".  Нам о нём доложили: есть останки вымерших видов (не только динозавров), есть иридий в глинах, причём по всему глобусу.  Далее можно обсуждать, что это было: супервулкан или удар особо-крупного метеорита (или ядерная война динозавров, или нашествие летающих блюдец).  Но средне-годовые температуры на К-Т не повышались, а падали!  Значит, не метан.

Однако.  "Раньше не стреляло" не означает, что "не может выстрелить".  Нужен мониторинг арктических областей на предмет выделения метана.  Что и делается с 2005 года, однако, 10 лет -- недостаточный период для статистических заключений.

К гипотезе надо относиться спокойно.  Выстрелит-так-выстрелит.  Делать что-либо "уже рано": году в 1910-м надо было репу чесать.  Но кто же знал тогда?  Возможно, через 50 млн лет фиолетовый в крапинку геохимик подымет щупальцем распечатку и произнесёт: "Чёрт возьми!  А ведь, кажись, на Шмурфуковскую премию накропал!"  (Как знает каждый образованный, фиолетовый в крапинку, землянин: Шмурфук, изобретатель динамита и мецанат, жил в семнадцатом веке от Рождества Фифтова).

Аватар пользователя valeryma
valeryma(9 лет 5 месяцев)

1/2 ОФФ. Вспомнилось. Году примерно в 2008 ваш покорный слуга наваял статью для журнала "Современное машиностроение" о переспективах добычи метана из угольных пластов. Ну, многие знают о частых взрывах метана в шахтах (в Прокопьевске даже в подвалах домов скапливается угольный метан, правда, о его взрывах в жилом секторе я не слышал, не интересовался). Так вот, этот метан из угольных пластов иногда вовсе и не враг, а друг человека. Его можно добывать и кое-где он таки добывается. Если ту статью в архивах своих нарою, непременно опубликую на АШ, раз уж тут у нас "энергетический уклон".

А то угля в мире ой сколько, в т.ч. в Якутии... В Якутии, кстати, залежи угля - крупнейшие в мире. Размером аккурат с саму Якутию.

В общем, тоже тема для потрепаться.

По поводу газовых скважин, вдруг кому интересно. В европейской части РФ, а также на юге Сибири (в Кузбассе, к примеру) нижний предел рентабельного дебита для газовой скважины несколько лет назад составлял 140 тыс. куб. метров газа в сутки. При условии отсутствия в поступившем на поверхность газе сероводорода, азота, гелия и CO2. Это просто в дополнение к статье, для любителей циферок.

Аватар пользователя Ещё не решил.

А то угля в мире ой сколько, в т.ч. в Якутии... В Якутии, кстати, залежи угля - крупнейшие в мире. Размером аккурат с саму Якутию.

Прочитал и вспомнил, про недавнюю статью на АШ, про солнечные панели в Якутии)))

Аватар пользователя myak555
myak555(9 лет 2 недели)

Про метан из угля (Coal Bed Methane или Coal Seam Gas) -- читаем тут:

https://lurkmore.to/%D0%A1%D0%BB%D0%B0%D0%BD%D1%86%D0%B5%D0%B2%D0%B0%D1%8F_%D1%80%D0%B5%D0%B2%D0%BE%D0%BB%D1%8E%D1%86%D0%B8%D1%8F

Аватар пользователя valeryma
valeryma(9 лет 5 месяцев)

Спасибо за ссылку. Это полезно. Про угольный метан там накидали букофф, представляющих из себя с технической точки зрения помесь журнала "Мурзилка" и журнала "Юный наркоман". Когда буду готовить материал для АШ, непременно прокомментирую. Ну а о том, что CBM (coalbed methane) это "энергетический анархизм" наряду с гидратами, метанолом как энергоносителем и прочими ветряками с приданным им рапсовым дизелем это, да. Отрицать невозможно. Ровно в том же дискурсе, что и ваши публикации по гидратам. 

Аватар пользователя Pak027
Pak027(9 лет 5 месяцев)

Пора бы уже по немногу забыть про CBM, прогрессу уже десять лет никакого, и без как любят слова бугры: инноваций, ничего не выходит.

Аватар пользователя valeryma
valeryma(9 лет 5 месяцев)

Я бы и забыл бы. Но раз уж народ стал за экзотику "базар тереть", то чисто для полноты картинки, не более того. Ну и бюджетики там варятся тоже ничё так, между прочим. Только прикиньте, при стоимости скважины глубиной 1200 м в примерно 1,2 млн. долларов администрация Кемеровской области в обнимку с Газпромом заплатила за каждую эдак втрое больше. Передачу кейса с откатом ваш покорный слуга наблюдал лично.

Короче. Кому стопиццот миллионов, а кому и на новый спиннинг...  Не Экссон-БиПи и не Лукойл-Газпром, ясен пень, но крошек со стола "взрослых" тоже хватает. Только поэтому.

Аватар пользователя Pak027
Pak027(9 лет 5 месяцев)

Да я в общем без претензий. Что там на Талде набурили, да нарвали, и уж сколько откатали, считать всегда было не интересно.

За экзотику согласен, тут всех немного конечно запасы впечатляют!, ну ТБМ 13трулей!!! этож цыфра.

Интересно, на Нарыке пробурились уже, или все заглохло?!

Аватар пользователя valeryma
valeryma(9 лет 5 месяцев)

Знакома ли вам организация под названием "Белые ночи", раз уж про Талду затронули? Вы с какой стороны Талбу "брали"? С ямало-ненецкой или с ханты-мансийской? А то мож и пересекались?

Аватар пользователя Pak027
Pak027(9 лет 5 месяцев)

Я со стороны Москвы, т.е. Промгаза, скажем так рядом постоял, со всей движухой угольного метана. Давно это правда было, в самом начале, но первую скважину застал, и на ГРП ее присутствовал.

Аватар пользователя valeryma
valeryma(9 лет 5 месяцев)

Во-о-т. А я ее бурил. Понятно, не сам бурил, но лапу поприкладывал.

Аватар пользователя Oriaraniar
Oriaraniar(10 лет 11 месяцев)

нелегко, а очень легко
ИМХО, пробел пропущен.
Статья класс! 

Аватар пользователя myak555
myak555(9 лет 2 недели)

Специально.  Как в теле-рекламе.

Аватар пользователя Kosyan
Kosyan(8 лет 10 месяцев)

Думаю придумают какую нибудь химию, для закачки в пласт, которая при контакте с газогидратами будет разрушать связь с выделением тепла. Таким образом будет запущена "цепная реакция". А помогать ей будет разрежение, созданное на забое погружной газодувкой.

Аватар пользователя Mad_Scientist
Mad_Scientist(10 лет 2 месяца)

Уже придумали. Это углекислый газ.

Аватар пользователя BarsMonster
BarsMonster(12 лет 3 недели)

Скважинный ядерный реактор решит все проблемы )))

Гамма-излучение будет прогревать породу на десятки метров, это не считая собственно тепла )