Газогидраты нередко называют топливом будущего, что и неудивительно. По оценкам учёных, их мировые запасы примерно вдвое превышают объём ресурсов, которые лежат в традиционных месторождениях природного газа. Правда, есть одно «но». Несмотря на то, что извлечь метан из ледяной ловушки, куда он попал вследствие гидратообразования, технологически возможно, это слишком дорогая операция. Так что пока вместо потенциального статуса «вечного двигателя» или «гаранта устойчивого развития», кристаллические соединения воды и газа, напротив, выступают в роли этакого «антигероя», который снижает эффективность добычи углеводородов.
Впрочем, обо всём по порядку.
Что такое газогидраты
Газогидраты в природе встречаются либо на дне морей и океанов, либо в районах распространения многолетнемерзлых пород. Они представляют собой белые кристаллы, похожие на снегообразную массу, состоящую из газа и замёрзшей воды. То есть это точно такой же метан, который добывают «Газпром» или «Новатэк», но попавший, образно говоря, в своеобразную мышеловку. Когда-то давно, его молекулы, выделяясь из недр Земли, замёрли вместе с водой и теперь представляют с ней единую структуру.
В некоторой степени газогидраты можно сравнить со сланцевым газом, поскольку в обоих случаях мы имеем дело с особыми условиями залегания одного и того же вещества. Сланцы, как известно, представляют собой горную породу со слоистой структурой, сравнимую с пчелиными сотами. Извлекать из неё полезные ископаемые классическим методом нерентабельно, поскольку каждая такая микроскопическая «сота» обособлена и не сообщается с остальными. Именно поэтому промышленная эксплуатация сланцевых залежей началась лишь после того, как был изобретён метод гидроразрыва пласта или же фрекинг, который позволяет создавать из многочисленных отдельных ячеек единый подземный резервуар.
Вполне возможно нечто подобное когда-нибудь произойдёт и с газогидратами. Пока же похвастаться на этом направлении учёным особенно нечем. Технологии извлечения метана из кристаллов льда, конечно, существуют и даже применяются в Японии и некоторых других странах на практике, однако их перспективы ещё более туманны, чем, например, у транспорта на водородных топливных элементах. Последний, как известно, существует в виде опытных образцов уже многие десятки лет, но его коммерческая эксплуатация за это время выгоднее так и не стала, в связи с чем многочисленные прототипы появляются перед почтенной публикой исключительно по большим праздникам. Бизнесом в чистом виде они не являются, сегодня это всего лишь форма имиджевой рекламы, нацеленной на создание репутации «зелёной компании».
Гроза нефтяников и газовиков
Сотрудники нефтегазовой отрасли воспринимают газогидраты совсем не так позитивно, как представители других профессий. Для них эти кристаллы – злостные вредители, заметно снижающие рентабельность эксплуатации действующих месторождений. В том числе и нефтяных, поскольку они в обязательном порядке содержат попутный газ.
Всё дело в том, что при добыче углеводородного сырья в северных регионах из-за низких температур и высокого пластового давления процесс гидратообразования происходит прямо в скважинах, что снижает приток флюидов. То есть заметно сокращает производительность, а в некоторых случаях даже приводит к необходимости внеплановых ремонтов.
Существуют различные методы борьбы с подобными осложнениями, но все они не отличаются совершенством. В большинстве случаев в скважину заливается сравнительно дешёвый метанол, который не только представляет собой токсичное вещество, но к тому же ещё и быстро испаряется, то есть расходуется в больших объёмах.
«Очевидно, что метанол нуждается в альтернативе или, по крайней мере, в добавках, повышающих эффективность его применения и снижающих негативные эффекты. Всё дело в том, что при его использовании в значительных концентрациях он переходит в газовую фазу и испаряется, с чем связан его значительный расход на промысле. Кроме того, смешиваясь с водой в низких пропорциях (до 5%), он, напротив, резко ускоряет процесс роста гидрата, что доказывают наши исследования. Есть и ещё один существенный минус - не всегда учитывается влияние метанола на разрушение трубопроводов и оборудования, так как в чистом состоянии, в лабораторных условиях, он не является коррозионноактивным. Но в реальных условиях, растворяясь в солёной воде в присутствии углеводородов, он изменяет pH и ионную силу раствора, что в свою очередь приводит к активации электрохимических процессов в металлических материалах и их повреждению», - говорит представитель Научного центра «Арктика» Санкт-Петербургского горного университета императрицы Екатерины II Георгий Буслаев.
Перспективы решения проблемы
Он входит в группу учёных вуза, которая занимается изучением газовых гидратов и испытаниями ингибиторов, способных повысить эффективность борьбы с осложнениями при разработке залежей. В неё входят не только ведущие штатные учёные, освобождённые от преподавательской деятельности, но также специалисты профильных кафедр, аспиранты и даже студенты. В ежедневном режиме они проводят эксперименты для того, чтобы в итоге найти наилучшее базовое сочетание различных растворителей.
«Наша лаборатория была открыта полтора года назад. Благодаря новым возможностям, которые появились в связи с закупкой современного оборудования, мы сумели создать научный коллектив, работающий сразу в нескольких направлениях. Это и фундаментальные исследования в области генезиса газогидратов, что необходимо для их использования в качестве нового источника энергии, и изыскания, нацеленные на борьбу с осложнениями в скважинах и трубопроводах, и разработка методик и алгоритмов исследований для быстрой и точной обработки данных. Задача – выявить термобарические условия, при которых образуются и распадаются кристаллы воды и метана, а также построить по этим данным зависимости, которые могут быть использованы, как для фундаментальных, так и для прикладных задач», - пояснила аспирант Горного университета Анна Лаврик.
С каждым годом поиск оптимальных решений для борьбы с гидратообразованием будет становиться всё более и более насущной потребностью. Ведь сегодня в эксплуатацию в основном вводятся месторождения, расположенные в Заполярье или Восточной Сибири, для которых из-за наличия вечной мерзлоты и низких среднегодовых температур воздуха эта проблема является более характерной, чем для залежей Западно-Сибирской нефтегазоносной провинции.
В Санкт-Петербургском горном университете это прекрасно понимают и планируют в скором будущем создать вместе с единомышленниками собственную научную школу. То есть сформировать систему фундаментальных знаний о гидратообразовании и методологию борьбы с этим явлением, что позволит повысить эффективность разработки залежей нефти и газа в условиях Крайнего Севера и Восточной Сибири.
