Зезекало І.Г. АНАЛІТИЧНИЙ ОГЛЯД ТЕХНОЛОГІЙ ПРОМИСЛОВОЇ РОЗРОБКИ АКВАЛЬНИХ МЕТАНОГІДРАТІВ

https://doi.org/10.15407/gpimo2022.02.003

І.Г. Зезекало, д-р техн. наук, професор
Національний університет «Полтавська політехніка імені Юрія Кондратюка»
36011, Полтава, Першотравневий проспект, 24
e-mail: 2012.nadra@gmail.com ORCID 0000-0002-9962-6905
В.П. Коболев, чл.-кор. НАН України, д-р геол. наук, професор
Інститут геофізики ім. С.І. Субботіна НАН України
03142, Київ, пр. Палладіна, 32
e-mail: kobol@igph.kiev.ua, ORCID 0000-0001-5625-5473
О.Ю. Лукін, академік НАН України, професор, д-р геол.-мін. наук
Національний університет «Полтавська політехніка імені Юрія Кондратюка»
36011, Полтава, Першотравневий проспект, 24
e-mail: lukin@nas.gov.ua, ORCID 0000-0003-4844-1617
А.М. Сафронов, аспірант
Інститут геофізики ім. С.І. Субботіна НАН України
03142, Київ, пр. Палладіна, 32,
e-mail: sseveneleven561@gmail.com, ORCID 0000-0001-7242-2534

АНАЛІТИЧНИЙ ОГЛЯД ТЕХНОЛОГІЙ ПРОМИСЛОВОЇ РОЗРОБКИ АКВАЛЬНИХ МЕТАНОГІДРАТІВ

Метаногідрати являють собою один з найбільш потужних резервів нетрадиційних джерел вуглеводнів. Про це яскраво свідчать прогнозні оцінки світових обсягів метану в газогідратній формі, які багаторазово перевищують загальні ресурси традиційного природного газу. В оглядовому майбутньому природні метаногідрати повинні суттєво збільшити сучасний енергетичний баланс природних вуглеводневих ресурсів палива. Прогрес у їх вивченні може бути забезпечений діалектичною єдністю теоретичних і експериментальних досліджень, сфокусованих головним чином на їх фізичних властивостях, а також на розробці та апробації технологій добутку метану із газогідратних покладів.

Існуючі методи розробки газових гідратів передбачають їх попередню дисоціацію на газ і воду. При цьому метод розгерметизації покладу розглядається як найбільш перспективний. Однак досі немає жодної комерційно привабливої технології розробки газових гідратів.

У статті представлена оглядова інформація про дослідження газогідратів у світі, наведено аналіз перспективних методів їх розробки, узагальнено переваги і недоліки поточних дослідно-промислових спроб видобутку метану з аквальних покладів газових гідратів та оцінена перспективність різних технологій.

Відомі на даний час приклади дослідно-промислової розробки газогідратних покладів продемонстрували ряд проблем. Однак і отримані обнадійливі результати. Аналіз процесів у нафтогазовидобувній галузі показує, що рентабельний промисловий видобуток природного газу із газогідратних покладів буде можливий після появи на ринку ефективної проривної технології.

Ключові слова: природні газові гідрати, морські метаногідрати, технології видобування метану, метод розгерметизації.

СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ

  1. Анфилатова Э.А. Аналитический обзор современных зарубежных данных по проблеме распространения газогидратов в акваториях мира. Нефтегазовая геология. Теория и практика. 2008(3). URL: http://www.ngtp.ru/9/44_2008.pdf.
  2. Басниев К.С., Сухоносенко А.А. Перспективы освоения ресурсов газогидратных месторождений. Газовая промышленность. 2010. № 1. С. 22—23.
  3. Бяков Ю.А., Круглякова Р.П. Газогидраты осадочной толщи Черного моря — углеводородное сырье будущего. Разведка и охрана недр. 2001. № 8. С. 14—19.
  4. Василев А., Димитров Л. Оценка пространственного распределения и запасов газогидратов в Черном море. Геология и геофизика. 2002. 43, № 7. С. 672—684.
  5. Дмитриевский А.Н., Валяев Б.М. Распространение и ресурсы метана газовых гидратов. Наука и техника в газовой промышленности. 2004. № 1—2. С. 5—13.
  6. Дучков А.Д. Газогидраты метана в осадках озера Байкал. Российский химический журнал. 2003. XLVII, № 3. С. 91—100.
  7. Ефремова А.Г., Жижченко Б.П. Обнаружение кристалл-гидратов газов в осадках современных акваторий. ДАН СССР. 1974. 214. № 5. С. 1179—1181.
  8. Клеркс Я., Марк Де Батист, Гранин Н., Земская Т., Хлыстов О. Газогидраты пресноводного «Океана». Геология озера Байкал. 2007. С. 82—91.
  9. Коболев В.П., Верпаховская А.О. Скопления газовых гидратов в палеодельте Днепра как объект сейсмических исследований на склоне северо-западного шельфа Черного моря. Геология и полезные ископаемые Мирового океана, 2014. № 1. С. 81—93.
  10. Конюхов А.И., Иванов М.К., Кульницкий Л.М. О грязевых вулканах и газовых гидратах в глубоководных районах Черного моря. Литология и полезные ископаемые. 1990. № 3. С. 12—23.
  11. Корсаков О.Д., Ступак С.Н., Бяков Ю.А. Черноморские газогидраты — нетрадиционный вид углеводородного сырья. Геол. журнал. 1991. № 5. С. 67—75.
  12. Круглякова Р.П., Круглякова М.В., Шевцова Н.Т. Геолого-геохимическая характеристика естественных проявлений углеводородов в Черном море. Геология и полезные ископаемые Мирового океана. 2009. № 1. С. 37—51.
  13. Кузнецов Ф.А., Истомин В.А., Родионова Т.В. Газовые гидраты: исторический экскурс, современное состояние, перспективы исследований. Рос. хим. журнал. 2003. XLVII, № 3. С. 5—18.
  14. Кузьмин М.И., Калмычков Г.В., Дучков А.Д. и др. Гидраты метана в осадках озера Байкал. Геология рудных месторождений. 2000. 42, № 1, С. 25—37.
  15. Лукин А.Е., Коболев В.П., Пригарина Т.М. Углеводородный газовый потенциал Украины и пути его освоения. Нефть и газ Украины. 2018. № 7 (38). С. 35—58.
  16. Лукін О.Ю. Газові ресурси України: сучасний стан і перспективи. Вісн. НАН України. 2011. № 5. С. 40—48.
  17. Мастепанов А.М. Газогидраты: путь длиною в 250 лет (от лабораторных исследований до места в мировом энергетическом балансе). Москва: Энергия, 2014. 272 с.
  18. Матвеева Т.В., Соловьев В.А. Геологический контроль скоплений газовых гидратов на хребте Блейк-Аутер, Северная Атлантика. Геология и геофизика. 2004. 43, № 7. С. 662—671.
  19. Шнюков Е.Ф. Газогидраты метана в Черном море. Геология и полезные ископаемые Мирового океана. 2005. № 2. С. 41—52.
  20. Шнюков Е.Ф., Коболев В.П. Геолого-геофизические исследования в 615-м рейсе НИС «Профессор Водяницкий» в Черном море. Геофиз. журнал. 2004. 26. № 6. С. 185—189.
  21. Шнюков Е.Ф., Коболев В.П., Гошовский С.В. Дорожная карта освоения черноморских газогидратов метана в Украине. Геология и полезные ископаемые Мирового океана. 2018. № 3. С. 5—21.
  22. Щебетов А. Месторождения газогидратов: ресурсы и возможные методы разработки. Технологии ТЭК. 2006. С. 12—16.
  23. About the start of the 2nd methane hydrate marine production test (field work). JOGMEC (2017). URL: http://www.jogmec.go.jp/news/release/news_10_000243.html
  24. Baba K., Yamada Y. BSRs and associated reflections as an indicator of gas hydrate and free gas accumulation: an example of accretionary prism and forearc basin system along the Nankai Trough, off central Japan. Resour. Geol. 2004. 54. P. 11—24.
  25. Bohrman G., Schenck S. Marin gas hydrates of the Black Sea (MARGASCH). RV Meteor Cruise M52/1. Geomar Rep, Kiel. 2002.
  26. Brooks J.M., Bernard B., Summer N.S. Gas Hydrates in Seabed Sediments Offshore Trinidad/Barbados. In Proceedings of AAPG Annual Meeting, Dallas, TX, USA, 18—21 April 2004.
  27. Chaturvedi E., Patidar K., Srungavarapu M., Laik S., Mandal A. Thermodynamics and kinetics of methane hydrate formation and dissociation in presence of calcium carbonate. Advanced Powder Technology. 2018. № 29. P. 1025—1034.
  28. Chen B., Yang M., Sun H., Wang P. & Wang D. Visualization study on the promotion of natural gas hydrate production by water flow erosion. Fuel. 2019. 235. P. 63—71.
  29. Chen X. & Espinoza D. N. Surface area controls gas hydrate dissociation kinetics in porous media. Fuel. 2018. 234. P. 358—363.
  30. Choudhary N., Chakrabarty S., Roy S. & Kumar R. A comparison of different water models for melting point calculation of methane hydrate using molecular dynamics simulations. Chemical Physics. 2019. 516. P. 6—14.
  31. Collett T.S. Energy resource of natural gas Hydrates. Bull. AAPG. 2002. 86, 11. P. 1971—1992.
  32. Collett T.S. International Team Completes Gas Hydrate Expedition in the Offshore of India; URL: www.usge.gov/newsroom (accessed on 29 August 2007).
  33. Collett T.S. Natural Gas Hydrate as a Potential Energy Resource. In Natural Gas Hydrate in Oceanic and Permafrost Environments, Coastal Systems and Continental Margins; Max, M.D., Ed.; Kluwer: Dordrecht, The Netherlands, 2003. P. 123—136.
  34. Collett T.S. Natural Gas Hydrates of the Prudhoe Bay and Kuparuk River Area, North Slope, Alaska. AAPG Bullutin. 1993. 77. P. 793—812.
  35. Dallimore S.R., Uchida, T., Collett, T.S. Summary. In Scientific Results from JAPEX/JNOC/GSC Mallik 2L—38 Gas Hydrate Research Well, Mackenzie Delta, Northwest Territories, Canada; Dallimore, S.R., Uchida, T., Collett, T.S., Eds.; GSC: Ottawa, Canada, 1999. P. 1—10.
  36. Dawe R.A., Thomas S.A. Large Potential Methane Source - Natural Gas Hydrates. Energy Sources, 2007, A 29. Р. 217—229.
  37. Dillon W.P., Max M.D. Oceanic Gas Hydrate. In Natural Gas Hydrate in Oceanic and Permafrost Environments, Coastal Systems and Continental Margins; Max, M.D., Ed.; Kluwer: Dordrecht, the Netherlands, 2003. P. 61—76.
  38. Dillon W.P., Nealon J.W., Taylor M.H., Lee M.W., Drury R.M., Anton C.H. Seafloor collapse and methane venting associated with gas hydrate on the Blake Ridge — causes and implications to seafloor stability and methane release, in: C.K. Paull, W.P. Dillon (Eds.), Natural Gas Hydrates: Occurrence, Distribution, and Detection, American Geophysical Union, Washington, DC, 2001. P. 211—233.
  39. Feng, J.C., Wang, Y. & Li, X.S. (2017). Entropy generation analysis of hydrate dissociation by depressurization with horizontal well in different scales of hydrate reservoirs. Energy, 125, p. 62—71.
  40. Foucher J.P., NouzJ H., Henry P. Observation and tentative interpretation of a double BSR on the Nankai slope. Mar. Geol. 2002. 187. Р. 161—175.
  41. Gas Produced from Methane Mydrate (Provisional). (2013). Japan Oil, Gas and Metals National Corporation (GOGMEC).
    URL: http://www.jogmec.go.jp/english/news/release/news_01_000006
  42. Holbrook W.S. Seismic studies of the Blake Ridge: implications for hydrate distribution, methane expulsion and free gas dynamics. In: Paull, C.K., Dillon, W.P. (Eds.), Natural Gas Hydrates: Occurrence, Distribution and Detection. Geophysical Monographs. American Geophysical Union. 2001. Р. 235—256.
  43. Hyndman R.D., Foucher J.P., Yamano M., Fisher A., and Scientific Team of Ocean Drilling Program Leg 131, Deep sea bottom simulating reflectors: Calibration of the base of the hydrate stability field as used for heat flow estimates. Earth and Planetary Science Letters. 1992. 109. P. 289—301.
  44. Ion, G., Lericolais, G., NouzJ, H., Panin, N., Ion, E., 2002. Seismoacoustic evidence of gases in sedimentary edifices of the paleo-Danube realm. CIESM Workshop Series. 17. P. 91—95.
  45. Ivanov M.K., Limonov A.F., van Weering Tj.C.E. Comparative characteristics of the Black Sea and Mediterranean Ridge mud volcanism. Marin Geology. 1997. 132. P. 253—271.
  46. Jarrar Z.A., Alshibli K.A., Al-Raoush R.I. & Jung J. Gas Driven Fracture During Gas Production Using 3D Synchrotron Computed Tomography. Energy Geotechnics. 2018. P. 344—351.
  47. Johnson, A. H. (2013). Unconventional Energy Resources: 2013 Review. Natural Resources Research, 23 (1), p. 19—98. https://doi.org/10.1007/s1105350135922456.
  48. Kruglyakova R.P., Byakov Y.A., Kruglyakova M.V., Chalenko L.A. and Shevtsova N.T. Natural oil and gas seeps on the Black Sea floor. Geo-Marine Letters, International Journal of Marine Geology. Springer-Verlag, 2004. https://doi.org/10.1007/s0036750045017154.
  49. Li G., Li X.-S., Lv Q.-N. & Zhang Y. Permeability measurements of quartz sands with methane hydrate. Chemical Engineering Science. № 193. 2019. P. 1—5.
  50. Li G., Moridis G.J., Zhang K., Li X.-S. Evaluation of gas production potential from marine gas hydrate deposits in Shenhu Area of South China Sea. Energy Fuels. № 24. 2010. P. 6018—6033.
  51. Lu, S.5M. A global survey of gas hydrate development and reserves: Specifically in the marine field. Renew. Sustain. Energy Rev. 41. 2015. P. 884—900.
  52. Ludman T., Wang H.K., Konerding P. et al., 2004. Heat flow and quantity of methane deduced from a gas field in the vicinity of the Dnieper Canyon, north-western Black Sea. Geo-Mar. Lett. 24. P. 182—193.
  53. Majorowicz J.A., Osadetz K.G. Gas hydrate distribution and volume in Canada. Amer. Assoc. Petrol. Geol. Bull. 2001. 85. P. 1211—1230.
  54. Makogon Y.F. (2010) Natural gas hydrates e a promising source of energy. J. Nat. Gas Sci. Eng. 2. P. 49—59.
  55. Matsumoto, R., Masuda, M., Foucher, J., Tokuyama, H., Ashi, J., Tomaru, H. Double BSR in the eastern Nankai Trough: fact or artifact. AGU 2000 Western Pacific Geophys. Meeting. 2000. URL: http://www.agu.org/meetings/waiswp00.html.
  56. Matsuzawa M., Umezu S., Yamamoto K. Evaluation of Experimental Program 2004: Natural Hydrate Exploration Campaign in the Nankai-Trough Offshore Japan. In Proceedings of IADC/SPE Drilling Conference, Miami, FL, USA, 21—23 February 2006; IADC/SPE 98960.
  57. Matsuzawa M., Umezu S., Yamamoto K. Evaluation of Experimental Program 2004: Natural Hydrate Exploration Campaign in the Nankai-Trough Offshore Japan. In Proceedings of IADC/SPE Drilling Conference, Miami, FL, USA, 21—23 February 2006; IADC/SPE 98960.
  58. Merey S2 . Evaluation of drilling parameters in gas hydrate exploration wells. Journal of Petroleum Science and Engineering. № 172, 2019. P. 855—877.
  59. Mienert J., Vanneste M., Bhnz S., Andreassen K., Haflidasson H., Sejrup H.P. Ocean warming and gas hydrate stability on the mid5Norwegian margin at the Storegga Slide. Mar. Pet. Geol. 2005. 22. Р. 233—244.
  60. Moridis G.J., Collett T.S., Boswell R., Kurihara M., Reagan M.T., Koh C., Sloan E.D. Towards Production from Gas Hydrates: Current Status, Assessment of Resources, and Model5Based Evaluation of Technology and Potential. In Proceedings of the Unconventional Reservoirs Conference, Keystone, CO, USA, 10—12 February 2008; SPE 114163.
  61. Nischal T.S., Kumar A. Natural Gas Scenario in India5The Recent Upswings, Concerns, and the way Forward. In: Proceedings of the SPE APOGCE, Perth, Australia, 20—22 October 2008 SPE 115700.
  62. Paull CK, Matsumoto R, Wallace PJ and the ODP Leg 164A Shipboard Scientific Party. Initial Reports of the Ocean Drilling Program Leg 164A. College Station, Texas, Ocean Drilling Program. 1996.
  63. Pellenbarg R.E., Max M.D. Introduction, physical properties, and natural occurrences of hydrate, in: M.D. Max (Ed.), Natural Gas Hydrate in Oceanic and Permafrost Environments, Kluwer Academic, Dordrecht, 2000. P. 1—8.
  64. Popescu I., De Batist M., Lericolais G. at al. Multiple bottom5simulating reflections in the Black Sea: Potential proxies of past climate conditions. Marine Geology. 2006. 227. P. 163—176.
  65. Ruan X., Song Y. Numerical simulation of methane production from hydrates induced by different depressurizing approaches. Energies. 2012. № 5. P. 438—458.
  66. Smith S.L., Judge A.S. Estimates of Methane Hydrate Volumes in the Beaufort-Mackenzie Region, Northwest Territories. In Current Research; GSC: Ottawa, Canada, 1995. P. 81—88.
  67. Song, Yongchen, Chuanxiao, Cheng, Jiafei, Zhao, Zihao Zhu, Weiguo Liu, Mingjun Yang, & Kaihua Xue. (2015). Evaluation of gas production from methane hydrates using depressurization, thermal stimulation and combined methods. Applied Energy. 145. P. 265—277. https://doi.org/ 10.1016/j.apenergy.2015.02.040
  68. Suess E., Torres M.E., Bohrmann G., Collier R.W., Rickert D., Goldfinger C., Linke P. Seafloor methane hydrates at Hydrate Ridge, Cascadia Margin, in: C.K. Paull, W.P. Dillon (Eds.), Natural Gas Hydrates: Occurrence, Distribution and Detection, American Geophysical Union, Washington, DC, 2001. P. 87—89.
  69. Sun, X., Luo, T., Wang, L., Wang, H., Song, Yongchen & Li, Yanghui. (2019). Numerical simulation of gas recovery from a low5permeability hydrate reservoir by depressurization. Applied Energy, 250. P. 7—18. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2019.05.035
  70. Wu N., Yang S., Zhang H., Liang J., Wang H., Lu J. Gas Hydrate System of Shenhu Area, Northern South China Sea: Wireline Logging. Geochemical Results and Preliminary Resources Estimates. In: Proceedings of the Offshore Technology Conference, Houston, TX, USA, 3—6 May 2010. OTC 20485.
  71. Yang J., Zeng F., Cheng H., Gao J. Hydraulic lifting mining method for gas hydrate exploitation in the South China Sea. Henan Sci. 33. 2015. P. 785—790.
  72. Yin Z., Chong Z.R., Tan H.K., Linga P. Review of gas hydrate dissociation kinetic models for energy recovery. Journal of natural Science and Engineering. № 35, 2016. P. 1362—1387.
  73. Yin Z., Khurana M., Tan H.K. & Linga P. Review of gas hydrate growth kinetic models. Chemical Engineering Journal, 2018. 342. P. 9—29.
  74. Zhao, Jiafei, Zihao Zhu, Yongchen Song, Weiguo Liu, Yi Zhang & Dayong Wang. (2015). Analyzing the process of gas production for natural gas hydrate using depressurization. Applied Energy. 142. P. 125—134.
  75. Zhongfu Tan, Ge Pan, Pingkuo Liu. Focus on the Development of Natural Gas Hydrate in China. Sustainability. 2016. 520, 8. https://doi.org/10.3390/su8060520.

PDF

Ukrainian