Ученые предложили технологию безопасного освоения залежей газогидратов

Ученые Пермского национального исследовательского политехнического университета (ПНИПУ) совместно с коллегами из Китая и Саудовской Аравии создали компьютерную модель, с помощью которой можно оценивать риски, связанные с добычей метана из газогидратов.

Газовые гидраты — это вещества, внешне похожие на обычный лед. Их залежи скрыты под дном северных морей и слоем многолетней мерзлоты. При повышении температуры и уменьшении давления они разлагаются на газ и воду. В частности, при разложении одного кубометра метаногидрата образуется до 160–180 кубометров газа.

Суммарные запасы метана, скрытого в газогидратах колоссальны. Россия является одним из мировых лидеров по их объему: крупнейшие скопления находятся в морях — от Баренцева до Чукотского, а также на суше — в Якутии и Западной Сибири. Проблема в том, что добыча этих богатств сопряжена с технологическими трудностями. Чтобы извлечь газ, гидраты необходимо разрушить прямо в пласте — например, откачав жидкость из скважины или подав горячую воду или пар. Но именно это вмешательство делает систему хрупкой: достаточно нарушить равновесие, как «огненные льды» начинают бурно разлагаться, выделяя колоссальные объемы газа. Последствия могут быть катастрофичны: подземные полости, деформация скважин, взрывы. А метан, прорвавшийся в атмосферу, усиливает парниковый эффект в десятки раз сильнее углекислоты, ускоряя глобальное потепление.

Для решения этих проблем авторы впервые разработали компьютерную модель, которая показывает, как разные химические вещества, используемые в процессе эксплуатации скважин, влияют на устойчивость гидратов. С ее помощью можно заранее узнать, какие добавки безопасны, а какие могут привести к аварии.

«Мы построили виртуальную модель «огненного льда». Затем смоделировали реальный процесс, как жидкость затворения из цементного раствора просачивается в породу и контактирует с гидратом. Для этого в виртуальную систему добавили раствор с полимерами в разных концентрациях от 0,5 до 1,5 %, после чего стали постепенно повышать температуру, имитируя нагрев от затвердевающего цемента, и наблюдали, при какой температуре гидрат начинает разрушаться», — рассказал один из авторов исследования, заведующий кафедрой «Нефтегазовые технологии» ПНИПУ, доктор технических наук Сергей Чернышов.

Особое внимание иследоваьели уделили изучению влияния концентрации полимеров. В ходе расчетов было обнаружено, что даже безопасные на первый взгляд соединения при высокой концентрации могут стать опасными. Поэтому модель позволяет подбирать не только тип химического соединения, но и его оптимальное количество в растворе.

На основе этих данных ученые создали метод расчета, своего рода инструмент, который работает как калькулятор. Инженер сможет загружать в него состав цемента, а программа будет оценивать, не начнут ли гидраты разрушаться. Если есть риск, состав можно будет скорректировать, заменив полимеры на безопасные для рассматриваемых условий. Это позволит подобрать рецептуру для любой скважины еще на этапе проектирования.

Исследование выполнено при поддержке Минобрнауки России по программе «Приоритет-2030» национального проекта «Молодежь и дети».

Источник: Официальный ресурс Министерства образования и науки Российской Федерации