Газовые гидраты

Газовые гидраты

Газовые гидраты — важный очередной нетрадиционный ресурс природного сырья и топлива

Рост потребностей в минеральном сырье и современный уровень развития науки и техники создали условия для рентабельного использования природных ресурсов, которые ранее учитывались лишь для  отдаленной перспективы. С недавних пор они получили наименование  нетрадиционных или альтернативных ресурсов. К ним относятся различные виды природного топлива и сырья- тяжелая высоковязкая нефть, битуминозные породы, метан, содержащийся в углях и сланцах,  растворенный в подземных водах, а также углеводородные газы, залегающие в газогидратной форме. Всех их в технологическом плане и в экономическом смысле  объединяет термин – «трудно извлекаемые ресурсы углеводородного сырья».

Не смотря на известные трудности освоения нетрадиционных ресурсов, под воздействием спроса и достижений научно-технического прогресса ежегодно неуклонно растет не только масса вовлекаемых в производство полезных ископаемых, но и увеличивается их ассортимент. Этому содействуют растущий спрос на сырье и топливо, а также периодически  появляющиеся новые прогрессивные технологии и техника, которые позволяют вовлекать в освоение все новые и новые  порции ранее не используемых  ресурсов.

В приложении к нефтегазодобыче последних лет таким  радикальным и экономически приемлемым способом интенсификации добычи углеводородного сырья из нетрадиционных источников стал гидроразрыв  продуктивного пласта. В результате в мировую экономику эффективно был вовлечен  дополнительный крупный топливно-энергетический ресурс (сланцевый газ), серьезно повлиявший на условия энергоснабжения отдельных стран.

Полагаем, что следующим крупным революционным прорывом человечества к новому обильному источнику сырья и энергии станет освоение ресурсов природного газа, сконцентрированных  в залежах газовых гидратов.

Газовые гидраты, которые в первой половине прошлого века были проклятием газопроводов, превратились сегодня в один из перспективных  источников углеводородного сырья.

Гидраты газа представляют собой твердые растворы, так называемые клатраты (соединения – включения), в которых молекулы газа при определенных давлениях и температуре заполняют структурные пустоты кристаллической решетки, образуемые молекулами воды с помощью водородных связей. Установлено, например, что гидраты метана могут образоваться при атмосферном давлении   и отрицательной температуре в  800 С. Внешне они похожи на непрозрачный лед. Плотность их колеблется в зависимости от состава газов от 0,8 до 1,8 г/куб. см. Один кубометр метаногидрата вмещает до 160 кубометров метана.

Анализ термодинамических условий земной коры показывает, что примерно четверть территории материков и почти 90 процентов дна акваторий морей и океанов удовлетворяют условиям образования газогидратов.

По данным Геологической службы США, мировые ресурсы газовых гидратов составляют порядка ста тысяч триллионов кубических метров. Эти оценки многократно превышаю  сведения о суммарных ресурсах традиционного и сланцевого природного газа.

По экспертным оценкам, ресурсы метана в залежах газовых гидратов России многократно (примерно на три порядка) превышают количество разведанных запасов и прогнозных ресурсов  традиционного природного газа.*

__________________________________________________________________________
*Прогнозные ресурсы газа оцениваются в России в 164 трлн куб. м (из них на шельфе – около 64 трлн куб. метров). Разведанные запасы  газа составляют 48,8 трлн куб. м, в том числе на шельфе - 6 трлн куб. метров (примерно четверть мировых запасов).

На сегодняшний день только Япония приступила к освоению газовых гидратов метана (метаногидратов).

В марте 2013 года Японская государственная компания JOGMEC (Japan Oil Gas and Metals National Corporation)  объявила о первой в мире опытной разработке газовых гидратов в Никкайской впадине (в 80 км от острова Хонсю).  В течении  шести дней было получено порядка 120 тысяч кубометров метана. Добыча проводилась специально оборудованным буровым судном из под километровой толщи воды. Расположенная на дне Тихого океана газогидратная залежь была вскрыта бурением на глубину 270 метров.  

В принципе это была не первая попытка исследования возможности освоения газовых гидратов. В 1998-2008 годах на полигоне в дельте канадской реки Маккензи осущестлялся совместный проект Канады, США, Германии, Индии и Японии по исследованию особенностей разведки и эксплуатации гзогидратных залежей.

Исследования подтвердили предположения о высоко затратном уровне таких работ. При средней цене добычи традиционного газа в 50 долл. США за тысячу кубометров и  себестоимости извлечения сланцевого газа в 120 долл. США, получения аналогичных объемов  газогидратного газа пока  выше   400 долларов США. При этом нужно учитывать, что пока предпринимаются лишь первые попытки применения далеко несовершенных технологий.

Для стран-экспортеров  сырья подобных, например, Японии (занимает первое место в мире по импорту   сжиженного газа) или Южной Кореи(ввозит 90 процентов углеводородного сырья), которые в основном, вопрос о возможности освоения собственных источников природного газа лежит не только в русле политики цен.

Полагаем, что научно-технический потенциал указанных стран, к которым в сфере газовых гидратов примыкают Индия и Китай, позволит в перспективе найти способ экономически приемлемого решения.

Япония, в частности, намерена приступить к промышленной разработке газогидратных залежей в 2018 году.

Несмотря на позитивную динамику добычи природного газа в России (в 2013 году добыто 668  млрд. куб. м), следует отметить, что в структуре разведанных запасов нарастает  доля сложно построенных залежей и трудно извлекаемых ресурсов. Основные газовые месторождения Западной Сибири (Уренгойское, Медвежье,  Ямбургское) выработаны на 65-75% и вошли в стадию падающей добычи.

На пути к новым нетрадиционным источникам сырья полезно вспомнить о допущенных отдельными компаниями и специалистами России первоначальных негативных оценках стартового этапа сланцевой революции. Необходимо помнить, что сланцевая революция США не только перекроила схему газообеспечения этой страны, но и отразилась в определенных потерях России на мировом рынка топлива. Добыча из сланцев дополнительного количества газа привела к снижению его цен на внутреннем рынке  США и  стимулировали переход части американских тепловых электростанций с угля на газ.

В результате высвободившийся относительно дешевый  американский уголь переместился  на рынки Европы и Азиатско-Тихоокеанского региона. В 2012 году экспорт угля из США в Европу вырос на 23% (до 66,4 млн. т).  При этом экспорт угля из США вышел на рекордный за последние 20 лет уровень в 107 млн. тонн. Для сравнения отметим, что экспорт угля из России в 2012 году составил 126,8  млн. тонн. В результате угольной экспансии США годовые фьючерсы на поставку угля в Европу подешевели на 19%, а цены на газ в первом квартале 2013 года снизились на 5 процентов.

В перспективе вслед за высвободившимися в энергетика США объемами угля на рынках Европы и Азиатско-Тихоокеанского региона может появиться и  сжиженный газ.

Американские  компании, чья годовая добыча в три раза превышает объемы добываемого в России угля, имеют несравнимо большие возможности для дальнейшего наращивания экспорта. Возможен выход на объемы экспорта не только равные российским, но и превышающие их.

Неприятный для российского газа эффект заключался не только в  снижении  цен на газ, но и в том , что часть европейских стран   приостановила проекты газификации ТЭЦ и в большей степени стала ориентироваться на использование экспортного угля. По расчетам специалистов, выход США к 2040 году на уровень добычи газа в 485 млрд. куб. м приведет к снижению годового экспорта российского газа на 70 млрд. куб. м. 

В сложившихся условиях Россия уже не может (как это было раньше) игнорировать итоги произошедшей в США сланцевой революции и осуществляемую Японией и другими государствами подготовку к  прорыву к новым источникам сырь и топлива.

На континентальной части страны постановки первоочередных работ по поиску и разведке газогидратных залежей ученым рекомендуются Ямбургское и Заполярное месторождения, расположенные в зоне вечной мерзлоты. Открытие и освоение здесь месторождений газовых гидратов позволить использовать сформированную в Западной Сибири инфраструктуру газодобычи.

Для первоочередного освоения морских газогидратных залежей можно рекомендовать участки, расположенные в акватории Черного моря, неподалеку от г. Севастополя, и участки в Охотском море на шельфе Сахалина и в районе Курильских островов.  

Три ныне известных способа разработки залежей газовых гидратов (снижение давления, тепловое воздействие, закачка ингибиторов) могут быть революционно дополнены новыми способами добычи. Не исключен вариант подводной механической сепарации газогидратов - более легких, чем вмещающая или загрязняющая их порода. Извлечение метана возможно также в процессе замещения его в водной матрице углекислым газом. Предлагается также метод извлечения метана в процессе воздействия на пласт закачиваемой теплой морской воды.

Целесообразно отметить, что тема газовых гидратов не исчерпывается только их сырьевым использованием. Сегодня целесообразно приступить к более полному и глубокому исследованию свойств и способов применения техногенных газовых гидратов по следующим возможным  направлениям:

  • в строительстве (укрепление грунтов, разрушение подготовленных для сноса конструкций и др.);
  • для глушения аварийных газовых фонтанов; ( как это было на Кумжинском месторождении в Ненецком  автономном округе);
  • для хранения и транспортировки газа и воды;
  • для складирования и захоронения опасных загрязненных вод и газов;
  • в космонавтике и межпланетной логистике (для доставки воды и кислорода или других  газов);
  • в пищевой промышленности (производство соков и др.);
  • в атомной промышленности (для получения тяжелой воды или изотопов газообразных веществ);
  • в трубопроводах или других сосудах ( в целях снижения или повышения давления);
  • в производстве сжиженных газов;
  • в химической промышленности
  • в оборонной промышленности.

Полагаем, что темпы вовлечения в разработку природных ресурсов газогидратов  будут радикально ускоренными. Россия не может позволить себе  возможность  игнорирования зарождающихся в мире  пионерных технологий. Отставание в исследованиях эффективных способов перевода твердых залежей гидратов в газообразные в перспективе может серьезно отразиться на позициях Российской Федерации на рынке  сырья и топлива.

Оценивая перспективы освоения газовых гидратов как нового источника углеводородного сырья многие эксперты (в их числе и специалисты Аналитического центра про Правительстве РФ) полагают, что реальная добыча этого газа начнется еще не скоро. При этом не учитываются темпы возможных технологических прорывов, которые имели, например, место в период сланцевой революции.

Топливно-энергетическое использование природных  гидратов метана, как уже отмечалось, существенно  дополняют  другие способы перспективного применения техногенных газовых гидратов.  Надо также иметь в виду, что исследование природы и возможных направлений использования техногенных  гидратов, как удивительного твердого материала, образуемого в процессе структурных преобразований свободного газа и воды, могут дать в сочетании с работами по созданию новой техники и технологий освоения природных гидратов непредсказуемо мощный синергетический эффект.

Призрак газогидратной революции может вполне реально реализоваться  в ближайшие 10-15 лет и превратиться  серьезный инструмент реконструкции мирового газового рынка. Задержка в подготовке и развитии соответствующей отечественной техники и технологий может негативно отразиться на результатах работы ТЭК России. Прежде всего за счет сокращения сегмента импортируемого газа.

Необходимо отметить, что освоение залежей газовых гидратов, как, например, и добыча газа из сланцев, несет в себе ряд экологических рисков, т.к. связана с необходимостью бурения огромного количества скважин и закачкой в пласт больших объемов воды и химических реагентов. При этом существует реальная угроза загрязнения подземных и вод морей и океанов. Необходимо будет принять дополнительные меры по повышению экологической безопасность морских работ.

В организационном плане для освоения нового стратегического ресурса углеводородного сырья целесообразно  создать с участием ООО «НАК» и привлечением частных инвесторов специальную компанию, в задачи которой входило бы организация работ и финансирование НИОКР и поисково-разведочных работ на газовые гидраты.

В соответствии с утвержденной 13 ноября 2009 года Правительством России «Энергетической стратегией на период до 2030 года» в стране будет устойчиво наращиваться добыча газа с нынешних 668 млрд. куб. м до  885-940 млрд. куб. м.

Решение этой задачи потребует вовлечения в разработку не только недостаточно используемых сегодня ресурсов сланцевого газа, метана угольных пластов, газов, растворенных в подземных водах, но и более активного освоения ресурсов газовых гидратов. Такой подход к богатствам сырьевой базы страны  будет содействовать долговременному позитивному развитию ТЭК России, в деятельности которого в есть достаточно места  для приложения сил    отечественных и зарубежных компаний и инвесторов.

В. Толкачев

alt : NGN_6_2014_tolkachev_vm-tolkachev_mv-gazovye-gidraty.pdf