Kaasuhydraatit (myös maakaasuhydraatit tai klatraatit ) ovat kiteisiä yhdisteitä, jotka muodostuvat tietyissä termobaarisissa olosuhteissa vedestä ja kaasusta . Nimen "klatraatit" ( latinan sanasta clat(h)ratus - "suljettu tankoilla, istutettu häkkiin") antoi Powell vuonna 1948. Kaasuhydraatit ovat ei-stoikiometrisiä yhdisteitä, toisin sanoen yhdisteitä, joiden koostumus vaihtelee.
J. Priestley , B. Peletier ja V. Karsten havaitsivat ensimmäisen kerran kaasuhydraatteja ( rikkikaasua ja klooria ) 1700-luvun lopulla . Ensimmäiset kuvaukset kaasuhydraateista antoi G. Davy vuonna 1810 (kloorihydraatti). Vuonna 1823 Faraday määritti suunnilleen kloorihydraatin koostumuksen, vuonna 1829 Levitt löysi bromihydraatin ja vuonna 1840 Wöhler sai H2S - hydraatin . Vuoteen 1888 mennessä P. Villar sai hydraatteja CH 4 , C 2 H 6 , C 2 H 4 , C 2 H 2 ja N 2 O [1] .
Kaasuhydraattien klatraattiluonne vahvistettiin 1950-luvulla . Stackelbergin ja Müllerin röntgentutkimusten jälkeen Paulingin , Claussenin teoksia .
Neuvostoliiton tutkijat esittivät 1940-luvulla hypoteesin kaasuhydraattikerrostumien esiintymisestä ikiroutavyöhykkeellä ( Strizhov , Mokhnatkin, Chersky ). 1960 -luvulla he löysivät myös ensimmäiset kaasuhydraattiesiintymät Neuvostoliiton pohjoisosasta. Samanaikaisesti hydraattien muodostumisen ja olemassaolon mahdollisuus luonnollisissa olosuhteissa löytää laboratoriovahvistuksen ( Makogon ).
Siitä lähtien kaasuhydraatteja on pidetty mahdollisena polttoaineen lähteenä. Eri arvioiden mukaan maaperän hiilivetyvarannot hydraateissa vaihtelevat välillä 1,8⋅10 5 - 7,6⋅10 9 km³ [2] . Osoittautuu niiden laaja levinneisyys mantereiden valtamerissä ja ikiroudassa , epävakaus lämpötilan noustessa ja paineen laskussa.
Vuonna 1969 aloitettiin Messoyakha-kentän kehittäminen Siperiassa, jossa, kuten uskotaan, oli ensimmäistä kertaa mahdollista (puhtaan sattuman kautta) uuttaa maakaasua suoraan hydraateista (jopa 36 % kokonaistuotannosta vuonna 1990). ) [3] .
Nyt maakaasuhydraatit herättävät erityistä huomiota mahdollisena fossiilisten polttoaineiden lähteenä sekä mahdollisena ilmastonmuutostekijänä (katso metaanihydraattiasehypoteesi ).
Maakaasuhydraatit ovat metastabiileja mineraaleja, joiden muodostuminen ja hajoaminen riippuu lämpötilasta, paineesta, kaasun ja veden kemiallisesta koostumuksesta, huokoisen väliaineen ominaisuuksista jne. [4]
Kaasuhydraattien morfologia on hyvin monimuotoinen. Tällä hetkellä on olemassa kolme päätyyppiä kiteitä:
Kivikerroksissa hydraatit voivat jakaantua joko mikroskooppisten sulkeumien muodossa tai muodostaa suuria hiukkasia, jopa useiden metrien paksuisia kerroksia.
Klatraattirakenteensa ansiosta yksi tilavuus kaasuhydraattia voi sisältää jopa 160–180 tilavuutta puhdasta kaasua. Hydraatin tiheys on pienempi kuin veden ja jään tiheys (metaanihydraatilla noin 900 kg/m³).
Lämpötilan noustessa ja paineen laskussa hydraatti hajoaa kaasuksi ja vedeksi absorboimalla suuren määrän lämpöä. Hydraatin hajoaminen suljetussa tilavuudessa tai huokoisessa väliaineessa (luonnolliset olosuhteet) johtaa merkittävään paineen nousuun.
Kiteisillä hydraateilla on korkea sähkövastus , ne johtavat hyvin ääntä ja ovat käytännössä läpäisemättömiä vapaita vesi- ja kaasumolekyylejä vastaan. Niille on ominaista poikkeuksellisen alhainen lämmönjohtavuus (metaanihydraatilla 273 K:n lämpötilassa se on viisi kertaa pienempi kuin jään).
Hydraattien termodynaamisten ominaisuuksien kuvaamiseen käytetään nykyään laajalti van der Waals -Platteu-teoriaa [5] [6] . Tämän teorian pääsäännöt:
Termodynaamisten ominaisuuksien onnistuneesta kuvauksesta huolimatta van der Waals-Platteun teoria on ristiriidassa joidenkin kokeiden tietojen kanssa. Erityisesti on osoitettu, että vierasmolekyylit pystyvät määrittämään sekä hydraattikidehilan symmetrian että hydraatin faasimuutosten sekvenssin. Lisäksi havaittiin vieraiden voimakas vaikutus isäntämolekyyleihin, mikä aiheutti nousun todennäköisimmissä luonnollisen värähtelyn taajuuksissa.
Kaasuhydraattien rakenteessa vesimolekyylit muodostavat avoimen kehyksen (eli isäntähilan), jossa on onteloita. On todettu, että rungon ontelot ovat yleensä 12- (pienet ontelot), 14-, 16- ja 20-sivuiset (suuret ontelot) hieman epämuodostuneita suhteessa ihanteelliseen muotoon [7] . Nämä ontelot voivat olla kaasumolekyylejä ("vierasmolekyylit"). Kaasumolekyylit on liitetty vesirunkoon van der Waalsin sidoksilla . Yleisesti kaasuhydraattien koostumus kuvataan kaavalla M n H 2 O, jossa M on hydraattia muodostava kaasumolekyyli, n on vesimolekyylien lukumäärä yhtä kaasumolekyyliä kohti ja n on muuttuva määrä riippuen hydraattia muodostavan kaasun tyyppi, paine ja lämpötila.
Ontelot, yhdistettyinä toisiinsa, muodostavat jatkuvan erityyppisen rakenteen. Hyväksytyn luokituksen mukaan niitä kutsutaan CS-, TS-, HS-, vastaavasti kuutio- , tetragonaali- ja kuusikulmiorakenteiksi . Luonnossa tyyppien KS-I ( eng. sI ), KS-II ( eng. sII ) hydraatit ovat yleisimpiä, kun taas loput ovat metastabiileja .
Jotkut kaasuhydraattien klatraattirunkojen rakenteet [8] :
| Rakennetyyppi | onteloita | Yksikkösolun kaava | Solun parametrit, Å | Esimerkki vierasmolekyylistä |
|---|---|---|---|---|
| Kuutio COP-I | D, T | 6T x 2D x 46H2O | a = 12 | CH 4 |
| Kuutio COP-II | H, D | 8H x 16D x 136H2O | a = 17,1 | C3H8 , THF _ _ _ |
| Tetragonaalinen TS-I | P, T, D | 4P x 16T x 10D x 172H2O [ 1 ] | a = 12,3 c = 10,2 |
Ar (korkeassa paineessa), Br 2 |
| Kuusikulmainen GS-III | E, D, D' | E x 3D x 2D' x 34 H 2 O | a = 23,5 c = 12,3 |
C10H16 + CH4 _ _ _ |
Useimmat maakaasut ( CH 4 , C 2 H 6 , C 3 H 8 , CO 2 , N 2 , H 2 S , isobutaani jne.) muodostavat hydraatteja, joita esiintyy tietyissä termobaarisissa olosuhteissa. Niitä esiintyy meren pohjasedimentissä ja ikiroudan alueilla . Vallitsevia maakaasuhydraatteja ovat metaani ja hiilidioksidihydraatit.
Kaasuntuotannon aikana hydraatteja voi muodostua porausrei'issä, teollisuusyhteyksissä ja pääkaasuputkissa. Putkien seinille laskeutuessaan hydraatit vähentävät jyrkästi niiden läpimenoa. Hydraattien muodostumisen estämiseksi kaasukentissä kaivoihin ja putkistoihin syötetään erilaisia inhibiittoreita ( metyylialkoholi , glykolit , 30 % CaCl 2 -liuos ), ja kaasuvirran lämpötila pidetään hydraatin muodostumislämpötilan yläpuolella käyttämällä lämmittimiä, lämpöä. putkistojen eristys ja toimintatavan valinta, joka tarjoaa kaasuvirran maksimilämpötilan. Hydraatin muodostumisen estämiseksi pääkaasuputkissa kaasun dehydratointi on tehokkain - kaasun puhdistus vesihöyrystä.
Viime vuosina kiinnostus kaasuhydraattien ongelmaa kohtaan on lisääntynyt merkittävästi kaikkialla maailmassa. Tutkimustoiminnan kasvu selittyy seuraavilla päätekijöillä:
Viime vuosina ( JSC Gazpromissa vuonna 2003 pidetyn kokouksen (pääsemätön linkki) jälkeen ) hydraattien tutkimusta Venäjällä on jatkettu eri organisaatioissa sekä valtion budjettirahoituksella (kaksi Venäjän tiedeakatemian Siperian osaston integraatioprojektia , pienet apurahat mm. Venäjän perustutkimussäätiö , apuraha Tjumenin kuvernööriltä, apuraha Venäjän federaation korkeakouluministeriöltä) ja kansainvälisten rahastojen - INTAS, SRDF, UNESCO - apurahojen kustannuksella ("kelluvan" mukaan yliopisto"-ohjelma [9] - merimatkat UNESCOn suojeluksessa iskulauseella Training Through Research), KOMEKS (Kurele-Okhotsk -Marine Experiment), CHAOS (hiilihydraattikertymät Okhotskin meressä) jne.
Vuosina 2002-2004 Tutkimus epätavanomaisista hiilivetylähteistä, mukaan lukien kaasuhydraatit (ottaen huomioon OAO Gazpromin kaupalliset edut ), jatkui OOO Gazprom VNIIGAZ :issa ja OAO Promgazissa pienellä rahoituksella.
Tällä hetkellä[ milloin? ] kaasuhydraattien tutkimuksia tehdään OAO Gazpromissa (pääasiassa OOO Gazprom VNIIGAZissa ), Venäjän tiedeakatemian instituuteissa ja yliopistoissa.
VNIIGAZ-asiantuntijat aloittivat kaasuhydraattien geologisten ja teknologisten ongelmien tutkimukset 60-luvun puolivälissä. Aluksi nostettiin esille ja ratkaistiin teknologisia kysymyksiä hydraatin muodostumisen estämiseksi, sitten aihe laajeni vähitellen: hydraatin muodostumisen kineettiset näkökohdat otettiin mielenkiinnon piiriin, sitten kiinnitettiin paljon huomiota geologisiin näkökohtiin, erityisesti hydraatin muodostumisen mahdollisuuksiin. kaasuhydraattikerrostumien olemassaolo ja niiden kehittymisen teoreettiset ongelmat.
Vuonna 1970 tieteellinen löytö "Maakaasujen ominaisuus olla kiinteässä tilassa maankuoressa" merkittiin Neuvostoliiton valtion löytöjen rekisteriin numerolla 75 etusijalla vuodesta 1961 alkaen, jonka teki venäläiset tutkijat V. G. Vasiliev, Yu. F. Makogon, F G. Trebin, A. A. Trofimuk ja N. V. Chersky. [10] Tämän jälkeen kaasuhydraattien geologiset tutkimukset saivat vakavan sysäyksen. Ensinnäkin on kehitetty graafis-analyyttisiä menetelmiä kaasuhydraattien termodynaamisten stabiliteettivyöhykkeiden tunnistamiseksi maankuoressa (ZSG). Samalla kävi ilmi, että metaanin, maankuoren yleisimmän hiilivetykaasun, hydraattistabiilisuusvyöhyke (ZSH) kattaa jopa 20 % maasta (ikiroudan vyöhykkeen alueilla) ja jopa 90 %. % valtamerten ja merien pohjasta.
Nämä puhtaasti teoreettiset tulokset tehostivat hydraattia sisältävien kivien etsintää luonnossa: ensimmäiset onnistuneet tulokset saavuttivat VNIIGAZin työntekijät A. G. Efremova ja B. P. Zhizhchenko pohjanäytteiden oton aikana Mustanmeren syvällä osassa vuonna 1972. He havaitsivat visuaalisesti hydraattien sulkeumia, jotka olivat samanlaisia kuin huurre pohjasta poimitun maaperän luolissa. Itse asiassa tämä on ensimmäinen virallisesti tunnustettu havainto maakaasuhydraateista kivissä maailmassa. Ulkomaiset ja kotimaiset kirjoittajat lainasivat toistuvasti A. G. Efremovan ja B. P. Zhizhchenkon tietoja. Heidän Yhdysvalloissa suoritetun tutkimuksensa perusteella kehitettiin ensimmäiset menetelmät vedenalaisten kaasuhydraattien näytteenottoon. Myöhemmin A. G. Efremova, joka työskenteli Kaspianmeren pohjanäytteenottomatkalla (1980), määritti myös ensimmäistä kertaa maailmassa tämän meren pohjasedimenttien hydraatiopitoisuuden, mikä mahdollisti muiden tutkijoiden (G. D. Ginsburg, V A. Solovjov ja muut) tunnistaakseen hydraattia sisältävän maakunnan (liittyy mutavulkanismiin) Etelä-Kaspianmerellä.
VNIIGAZ M. Kh:n Norilskin kompleksisen laboratorion työntekijät antoivat suuren panoksen hydraattia sisältävien kivien geologisiin ja geofysikaalisiin tutkimuksiin. Nämä tutkijat määrittelivät 1970-luvun alussa periaatteet hydraattia sisältävien kivien tunnistamiseksi integroitujen kaivokeräystietojen perusteella. 1970-luvun lopulla tämän alan tutkimus Neuvostoliitossa käytännössä loppui. Samaan aikaan USA:ssa, Kanadassa, Japanissa ja muissa maissa niitä on kehitetty ja tähän mennessä on kehitetty menetelmiä hydraattikylläisten kivien geofysikaaliseen tunnistamiseen geologisissa osissa kaivonhakkutietojen perusteella. Venäjälle toimitettiin VNIIGAZin pohjalta yksi maailman ensimmäisistä kokeellisista tutkimuksista hydraatin muodostumisen mallintamisesta hajallaan olevissa kivissä. Niinpä A. S. Skhalyakho (1974) ja V. A. Nenakhov (1982) loivat hiekkanäytteitä hydraateilla kyllästämällä kiven suhteellisen läpäisevyyden kaasun suhteen riippuen hydraatin kyllästymisestä (A. S. Skhalyakho) ja rajoittavasta gradientin siirtymästä. Huokosveden määrä hydraattia sisältävissä kivissä (V. A. Nenakhov) ovat kaksi ominaisuutta, jotka ovat tärkeitä kaasuhydraattikaasun tuotannon ennustamisessa.
Myös E. V. Zakharov ja S. G. Yudin (1984) suorittivat tärkeän työn mahdollisuuksista etsiä hydraattia sisältäviä esiintymiä Okhotskinmerellä. Tämä julkaisu osoittautui ennakoivaksi: kaksi vuotta julkaisun jälkeen ilmestyi kokonainen sarja artikkeleita hydraattipitoisten kerrostumien havaitsemisesta seismisen profiloinnin, pohjanäytteenoton ja jopa visuaalisen havainnoinnin aikana vedenalaisista miehitetyistä ajoneuvoista eri puolilla merta. Okhotskista. Tähän mennessä hydratoidun kaasun resurssit Venäjällä vain löydetyissä sukellusveneiden kasaumissa on arvioitu useiden biljoonien m³. Huolimatta maakaasuhydraattien tutkimuksen rahoituksen päättymisestä vuonna 1988, V. S. Yakushev, V. A. Istomin, V. I. Ermakov ja V. A. Skorobogatov jatkoivat työtä VNIIGAZissa ilman budjettia (maakaasuhydraattien tutkimukset eivät olleet konferenssin virallinen teema). instituutti vuoteen 1998 asti). Professori V. I. Ermakovilla oli erityinen rooli tutkimuksen organisoinnissa ja toteuttamisessa, joka kiinnitti jatkuvasti huomiota uusimpiin saavutuksiin maakaasuhydraattien alalla ja tuki näitä tutkimuksia VNIIGAZissa koko työnsä ajan instituutissa.
Vuosina 1986-1988. kehitettiin ja rakennettiin kaksi alkuperäistä koekammiota kaasuhydraattien ja hydraattia sisältävien kivien tutkimukseen, joista toinen mahdollisti hiilivetykaasuhydraattien muodostumis- ja hajoamisprosessin tarkkailun optisella mikroskoopilla ja toinen niiden muodostumisen tutkimiseen. ja hydraattien hajoaminen erilaisissa koostumuksissa ja rakenteessa olevissa kivissä vaihdettavan sisäholkin ansiosta.
Tähän mennessä tällaisia kammioita modifioidussa muodossa hydraattien tutkimiseen huokostilassa on käytetty Kanadassa, Japanissa, Venäjällä ja muissa maissa. Tehdyt kokeelliset tutkimukset mahdollistivat kaasuhydraattien itsesäilyvyyden vaikutuksen havaitsemisen negatiivisissa lämpötiloissa.
Se johtuu siitä, että jos normaaleissa tasapainoolosuhteissa saatu monoliittinen kaasuhydraatti jäähdytetään alle 0 °C:n lämpötilaan ja sen yläpuolella oleva paine alennetaan ilmakehän paineeseen, niin kaasuhydraatti eristyy pintahajoamisen jälkeen itsestään. ympäristöstä ohuella jääkalvolla, mikä estää hajoamisen. Sen jälkeen hydraattia voidaan säilyttää pitkään ilmanpaineessa (riippuen lämpötilasta, kosteudesta ja muista ympäristöparametreista). Tämän vaikutuksen löytäminen on vaikuttanut merkittävästi maakaasuhydraattien tutkimukseen.
Metodologian kehittäminen hydraattia sisältävien näytteiden saamiseksi ja tutkimiseksi erilaisista hajaantuneista kiviaineista, luonnonhydraattia sisältävien näytteiden tutkimismenetelmien jalostaminen, ensimmäisten tutkimusten suorittaminen Yamburgskoye GCF:n jäätyneistä kerroksista talteenotetuista luonnonhydraattipitoisista näytteistä ( 1987) vahvisti metaanihydraattien olemassaolon "konservoituneessa" muodossa jäätyneissä kerroksissa ja mahdollisti myös uudentyyppisten kaasuhydraattiesiintymien - jäännöskaasuhydraattiesiintymien - perustamisen, jotka ovat yleisiä nykyaikaisen SGI:n ulkopuolella.
Lisäksi itsesuojausvaikutus on avannut uusia mahdollisuuksia kaasun varastointiin ja kuljettamiseen tiivistetyssä muodossa, mutta ilman kohonnutta painetta. Myöhemmin Itävallan (1990) ja Norjan (1994) tutkijat vahvistivat itsesäilyttämisen vaikutuksen kokeellisesti, ja sitä tutkivat parhaillaan eri maiden (Japani, Kanada, USA, Saksa, Venäjä) asiantuntijat.
VNIIGAZ tutki 1990-luvun puolivälissä yhteistyössä Moskovan valtionyliopiston (geokryologian laitos – apulaisprofessori E.M. Chuvilin kollegoiden kanssa) ydinnäytteitä Bovanenkovskoje-kaasukondensaattikentän eteläosan ikiroudan kaasunäytösten jaksoista tekniikalla. kehitetty aiemmin Yamburgskyn kaasukondensaattikentän MMP-näytteiden tutkimuksessa.
Tutkimustulokset osoittivat hajaantuneiden jäännöskaasuhydraattien läsnäolon jäätyneiden kivien huokostilassa. Samanlaisia tuloksia saatiin myöhemmin tutkittaessa ikiroutaa Mackenzie-joen suistossa (Kanada), jossa hydraatteja ei tunnistettu vain ehdotetulla venäläisellä menetelmällä, vaan myös visuaalisesti havaittiin ytimessä.
1960–1970-luvuilla päähuomio kiinnitettiin olosuhteisiin kaasuhydraattien muodostumiselle binääri- ja monikomponenttiseoksista, myös hydraatin muodostumisen estäjien läsnä ollessa.
VNIIGAZ-asiantuntijat B. V. Degtyarev, E. B. Bukhgalter, V. A. Khoroshilov, V. I. Semin ja muut suorittivat kokeellisia tutkimuksia hydraatin muodostumisesta kaasuntuotantojärjestelmissä.
Orenburgin kentän kehittyminen poikkeuksellisen alhaisilla säiliölämpötiloilla on johtanut tarpeeseen tutkia rikkivetyä sisältävien kaasujen hydraatin muodostumiseen liittyviä ongelmia. Tämän suunnan kehitti A. G. Burmistrov. Hän sai käytännössä tärkeitä tietoja hydraatin muodostumisesta kolmikomponenttisissa kaasuseoksissa "metaani - rikkivety - hiilidioksidi" ja kehitti hienostuneita laskentamenetelmiä rikkivetyä sisältäville maakaasuille Kaspian laman esiintymistä .
Hydraatin muodostumisen termodynamiikan seuraava tutkimusvaihe liittyy jättimäisten pohjoisten esiintymien - Urengoyskoye ja Yamburgskoye - kehitykseen. Hydraatin muodostumisen estämismenetelmien parantamiseksi kondensaattia sisältävien kaasujen keräys- ja kenttäkäsittelyjärjestelmissä tarvittiin kokeellisia tietoja hydraatin muodostumisen olosuhteista erittäin väkevöityissä metanoliliuoksissa laajalla lämpötila- ja painealueella. Kokeellisissa tutkimuksissa (V. A. Istomin, D. Yu. Stupin ja muut) ilmeni vakavia metodologisia vaikeuksia edustavan tiedon saamisessa alle -20 °C:n lämpötiloissa. Tässä suhteessa kehitettiin uusi tekniikka monikomponenttisten kaasuseosten kaasuhydraattien faasitasapainojen tutkimiseksi lämpövirtojen rekisteröinnin kanssa hydraattikammiossa ja samalla mahdollisuutta metastabiilien kaasuhydraattimuotojen olemassaoloon ( niiden muodostumisvaiheessa) löydettiin, minkä vahvistivat myöhemmät ulkomaisten kirjailijoiden tutkimukset. Uusien kokeellisten ja kenttätietojen (sekä kotimaisten että ulkomaisten) analysointi ja yleistäminen mahdollisti (V. A. Istomin, V. G. Kvon, A. G. Burmistrov, V. P. Lakeev) ohjeiden kehittämisen hydraatinmuodostuksen estäjien optimaaliselle kulutukselle (1987).
Tällä hetkellä VNIIGAZ on aloittanut uuden tutkimuskierroksen teknogeenisen hydraatin muodostumisen estämiseksi. Tiedemiehet A. I. Gritsenko, V. I. Murin, E. N. Ivakin ja V. M. Buleiko ovat omistettu kaasuhydraattien termofysikaalisten ominaisuuksien (faasimuutosten lämmön, lämpökapasiteetin ja lämmönjohtavuuden) tutkimukselle.
Erityisesti V. M. Buleiko, joka suoritti propaanikaasuhydraatin kalorimetrisiä tutkimuksia, havaitsi kaasuhydraattien metastabiileja tiloja niiden hajoamisen aikana. Mitä tulee hydraatin muodostumisen kinetiikkaan, V. A. Khoroshilov, A. G. Burmistrov, T. A. Saifeev ja V. I. Semin saivat useita mielenkiintoisia tuloksia, erityisesti hydraatin muodostuksesta pinta-aktiivisten aineiden läsnä ollessa.
Viime vuosina useiden ulkomaisten yritysten asiantuntijat ovat "poimineet" nämä venäläisten tutkijoiden varhaiset tutkimukset kehittääkseen uusia luokkia niin kutsuttuja pieniannoksisia hydraatti-inhibiittoreita.
Pohjois-Länsi-Siperian peltojen kehittäminen kohtasi alusta alkaen kaasupäästöjen ongelman matalilta ikiroudan jaksoilta. Nämä päästöt tapahtuivat äkillisesti ja johtivat kaivojen sulkemiseen ja jopa tulipaloihin. Koska puhallukset tapahtuivat syvyysväliltä kaasuhydraatin stabiilisuusvyöhykkeen yläpuolelta, ne selittivät pitkään kaasuvirroilla syvemmiltä tuotantohorisonteilta läpäisevien vyöhykkeiden ja viereisten kaivojen läpi huonolaatuisella tuella. 1980-luvun lopulla Yamburgskoye-kaasukondensaattikentän ikiroutavyöhykkeeltä peräisin olevan jäätyneen ytimen kokeellisen mallinnuksen ja laboratoriotutkimusten perusteella pystyttiin paljastamaan hajallaan olevien jäännösten (koipallojen) hydraattien jakautuminen kvaternaariesiintymissä. Nämä hydraatit voivat yhdessä paikallisten mikrobikaasun kerääntymien kanssa muodostaa kaasua sisältäviä välikerroksia, joista ilmaantuu porauksen aikana. Jäännöshydraattien esiintyminen ikiroutavyöhykkeen matalissa kerroksissa vahvistettiin edelleen samanlaisilla tutkimuksilla Pohjois-Kanadassa ja Bovanenkovon kaasukondensaattikentän alueella. Siten on syntynyt ajatuksia uudentyyppisistä kaasuesiintymistä - ikiroudan sisäisistä metastabiileista kaasu-kaasuhydraattiesiintymistä, jotka, kuten Bovanenkovskoje-kaasukondensaattikentän ikiroutakaivojen testit ovat osoittaneet, eivät ole vain vaikeuttava tekijä, vaan myös tietty resurssi. paikallisen kaasuntoimituksen tukikohta.
Permafrost-esiintymät sisältävät vain merkityksettömän osan kaasuvaroista, jotka liittyvät maakaasuhydraatteihin. Suurin osa resursseista rajoittuu kaasuhydraatin stabiilisuusvyöhykkeelle - sille syvyysalueelle (yleensä muutama sata metriä), jossa termodynaamiset olosuhteet hydraatin muodostumiselle tapahtuvat. Länsi-Siperian pohjoisosassa tämä on 250-800 metrin syvyysväli, merissä pohjapinnasta 300-400 metriin, erityisen syvillä hyllyn ja mannerrinteen alueilla jopa 500-600 metrin syvyyteen. pohja. Juuri näillä aikaväleillä löydettiin suurin osa maakaasuhydraateista.
Maakaasuhydraattien tutkimuksen aikana kävi ilmi, että hydraattipitoisia kerrostumia ei ole mahdollista erottaa jäätyneistä nykyaikaisilla kenttä- ja porareikägeofysiikan keinoilla. Jäätyneen kiven ominaisuudet ovat lähes täysin samanlaiset kuin hydraattipitoisten kivien. Tiettyä tietoa kaasuhydraattien esiintymisestä voidaan antaa ydinmagneettisen resonanssin kirjauslaitteella, mutta se on erittäin kallis ja sitä käytetään erittäin harvoin geologisessa etsinnässä. Pääindikaattori hydraattien esiintymisestä sedimenteissä ovat ydintutkimukset, joissa hydraatit ovat joko näkyvissä silmämääräisessä tarkastuksessa tai määritetään mittaamalla kaasun ominaispitoisuus sulatuksen aikana.
Helmikuussa 2012 Japan Oil, Gas and Metals National Corp:n vuokraama japanilainen tutkimusalus Chikyu aloitti koeporauksen merenpohjan alle 70 km Atsumin niemimaalta etelään (lähellä Nagoyan kaupunkia ) koeporauksia varten. metaanihydraattien uuttaminen. Suunnitelmissa on porata kolme kaivoa, joiden syvyys on 260 m (meren syvyys tässä paikassa on noin kilometri), jotta voidaan tarkistaa kaasuhydraattien talteenottomahdollisuus ja tehdä mittauksia. MH21-konsortion [11] [12] kehittämää paineenalennusprosessia odotetaan käytettävän metaanihydraattien muuttamiseksi kaasuksi . 12. maaliskuuta 2013 Japan Oil, Gas & Metals National Corp. (Jogmec) ilmoitti aloittavansa vedenalaisen kaasuhydraattikentän koekäytön ja ensimmäisen maakaasun tuotannon siitä [13] . 28.6.2017 valmistui metaanihydraatin tuotannon toinen testivaihe. Vain 24 päivässä tuotettiin 235 tuhatta m³ kaasua kahdesta kaivosta [14] . Esiintymän täysimittaista kehittämistä suunnitellaan pian.
Tekniset ehdotukset maakaasun varastointia ja kuljettamista varten hydratoituneessa tilassa ilmestyivät XX vuosisadan 40-luvulla. Kaasuhydraattien ominaisuus suhteellisen alhaisissa paineissa keskittää merkittäviä määriä kaasua on herättänyt asiantuntijoiden huomion jo pitkään. Alustavat taloudelliset laskelmat ovat osoittaneet, että kaasun merikuljetus hydratoituneessa tilassa on tehokkain, ja lisätaloudellista vaikutusta voidaan saavuttaa myymällä kuluttajille samanaikaisesti kuljetettu kaasu ja hydraatin hajoamisen jälkeen (aikana) jäljelle jäänyt puhdas vesi. kaasuhydraattien muodostuminen, vesi puhdistetaan epäpuhtauksista). Tällä hetkellä pohditaan hydratoituneen maakaasun merikuljetuksia tasapainoolosuhteissa, erityisesti suunniteltaessa syvänmeren kaasukenttien (mukaan lukien hydraatti) kehittämistä kuluttajasta etäällä.
Viime vuosina on kuitenkin kiinnitetty yhä enemmän huomiota hydraattien kuljettamiseen epätasapainoisissa olosuhteissa (ilmakehän paineessa). Toinen kaasuhydraattiteknologioiden soveltamisen näkökohta on mahdollisuus järjestää kaasuhydraattikaasuvarastoja tasapainoolosuhteissa (paineen alaisena) lähellä suuria kaasunkuluttajia. Tämä johtuu hydraattien kyvystä keskittää kaasua suhteellisen alhaisessa paineessa. Joten esimerkiksi lämpötilassa +4°C ja paineessa 40 atm, metaanin pitoisuus hydraatissa vastaa painetta 15-16 MPa (150-160 atm).
Tällaisen varastotilan rakentaminen ei ole monimutkaista: varasto on kaasusäiliöiden akku, joka on sijoitettu kaivoon tai halliin ja kytketty kaasuputkeen. Kevät-kesäkaudella varasto täyttyy hydraatteja muodostavalla kaasulla, syksy-talvikaudella se vapauttaa kaasua hydraattien hajoamisen yhteydessä käyttämällä matalapotentiaalista lämmönlähdettä. Tällaisten varastojen rakentaminen lämpö- ja voimalaitosten lähelle voi merkittävästi tasoittaa kaasuntuotannon kausivaihteluita ja olla useissa tapauksissa todellinen vaihtoehto UGS-tilojen rakentamiselle.
Tällä hetkellä kaasuhydraattiteknologioita kehitetään aktiivisesti erityisesti hydraattien tuotantoon käyttämällä nykyaikaisia teknologisten prosessien tehostamismenetelmiä (lämmön ja massan siirtoa kiihdyttävät pinta-aktiiviset lisäaineet; hydrofobisten nanojauheiden käyttö; eri alueiden akustiset vaikutukset, jopa hydraattien tuottaminen iskuaalloissa jne.).
Kaasuhydraatteja käytetään suolan poistamiseen merivedestä. Alhaisten energiakustannusten lisäksi etuna on se, että siinä ei ole lämmön ja massansiirtopintoja. Näin ollen kalvo- ja haihdutusteknologioihin ei liity ongelmia, kuten suolojen ja biologisten kontaminanttien kerrostumista kalvoille ja lämmönvaihtimille, kalvojen kulumista. Oletettavasti hydraatteja voidaan käyttää kaasujen varastointiin [15] . On ehdotettu kasvihuonekaasujen hautaamista hydraattien muodossa merenpohjaan.
| Orgaanisten polttoaineiden päätyypit | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Fossiili |
| ||||||||
| Uusiutuva ja biologinen | |||||||||
| keinotekoinen | |||||||||