Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Термогидродинамическое моделирование процессов разработки газогидратных месторождений

ВАК РФ 25.00.17, Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений

Автореферат диссертации по теме "Термогидродинамическое моделирование процессов разработки газогидратных месторождений"

На правах рукописи УДК 622.279.23

СУХОНОСЕНКО АНАТОЛИЙ ЛЕОНИДОВИЧ

ТЕРМОГИДРОДИНАМИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ РАЗРАБОТКИ ГАЗОГИДРАТНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

Специальность: 25.00.17 - Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 р МАЙ ¿013

Москва 2013

005059240

005059240

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Российский государственный университет нефти и газа имени И.М. Губкина»

Научный руководитель:

Доктор технических наук, профессор Басниев Каплан Сафербиевнч

Официальные оппоненты: Бондарев Эдуард Антонович,

доктор технических наук, профессор, главный научный сотрудник лаборатории техногенных газовых гидратов Института проблем нефти и газа Сибирского отделения Российской Академии наук (ИПНГ СО РАН) Тупысев Михаил Константинович,

кандидат технических наук, старший научный сотрудник Института проблем нефти и газа Российской Академии наук (ИПНГ РАН)

Ведущая организация:

Общество с ограниченной ответственностью «Газпром ВНИИГАЗ».

Защита состоится « 24 » апреля 2013 г. в 15 часов 00 минут на заседании Совета по защите диссертаций на соискание степени кандидата наук, Д 002.076.01 по специальности 25.00.17 - Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений (Технические науки) при Институте проблем нефти и газа Российской Академии наук по адресу: Российская Федерация, 119333, г. Москва, улица Губкина, дом 3. Телефон: +7 (495) 135 73 71, e-mail: mara@ogri.ru

Автореферат размещён на интернет-сайтах Института проблем нефти и газа Российской академии наук www.inne.ru « 22 » марта 2013 г. и Министерства образования и науки Российской Федерации vak.ed.gov.ni « 22 » марта 2013 г. С диссертацией можно ознакомиться у Учёного секретаря Института проблем нефти и газа Российской Академии наук, г. Москва.

Автореферат разослан « 22 » марта 2013 г.

Учёный секретарь

диссертационного совета -—_____

кандидат технических наук ' ' ^ Баганова Марина Николаевна

Актуальность работы

В связи с истощением залежей традиционных углеводородов активизировался поиск альтернативных источников энергии. В частности, рост потребления природного газа стимулирует изучение возможностей его извлечения из угольных пластов, горючих сланцев и природных газовых гидратов.

Газовые гидраты представляют собой твёрдые кристаллические соединения, образованные молекулами воды и газа. История изучения гидратов началась в XVIII веке, и до первой половины двадцатого века основным направлением являлось выявление их состава и условий образования. Далее эти исследования получили практическое применение, связанное с разработкой принципов предотвращения образования гидратов в технологическом оборудовании. Наконец, в 1971 году установлена возможность существования га-зогидратных месторождений в природных условиях.

Крупные скопления природных газовых гидратов обнаружены в Северной и Южной Америке, Канаде, Австралии, Индии, Японии, Южной Корее, Китае, Мексиканском заливе. На территории Российской Федерации расположено первое в мире разрабатываемое газогидратное месторождение — Мессояхское, эксплуатация которого началась в 1969 году. Мировые запасы метана в гидратном состоянии достигают 8><1018 кубических метров, из них в нашей стране 1x1015 кубических метров.

В связи с возможным промышленным освоением газогидратных месторождений актуальным становится создание термогидродинамических моделей, учитывающих процессы тепло-, массопереноса, кинетику разложения поровых гидратов и сопутствующие изменения геолого-физических и термобарических свойств залежей.

Целью работы является разработка и реализация методики термогидродинамического моделирования процессов, происходящих при эксплуатации месторождений природных газовых гидратов и исследование методов их освоения.

Основные задачи исследования:

- Создание термогидродинамической модели расчёта динамики основных технологических показателей разработки газогидратных месторождений при различных вариантах их эксплуатации.

- Анализ влияния поровых гидратов на фильтрационно-ёмкостные свойства пород и использование полученных результатов при создании моделей разработки месторождений.

- Изучение с помощью предложенной модели процессов тепло-, мас-сопереноса при разработке газогидратных месторождений, выявление термобарических особенностей фильтрации флюидов в насыщенных пористых средах.

- Исследование эффективных методов, темпов и режимов разработки газогидратных залежей на примере первого в России эксплуатируемого Мес-сояхского месторождения.

- Разработка рекомендаций по повышению степени извлечения газа из газогидратных месторождений в различные периоды эксплуатации.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- Установлена неизотермичность фильтрационных процессов происходящих при разработке газогидратных месторождений и влияние на них изменяющегося температурного поля залежи.

- Предложена термогидродинамическая модель разработки газогидратных месторождений, учитывающая процессы теплообмена с окружающими залежь породами, фильтрации газа и воды и эндотермической диссоциации поровых гидратов, позволяющая прогнозировать разработку месторождений в условиях недостаточной информации о фактической динамике изменения основных технологических показателей.

- Выявлены технологические режимы эксплуатации гидратонасыщен-ных залежей с поддержанием в них пластового давления или запасов свободного газа и рассмотрено их отличие от режимов газонасыщенных пластов.

При выполнении работы использованы методы теории проектирования и моделирования разработки месторождений природных газов, теории нефтегазовой гидрогазодинамики с учётом результатов физико-химических исследований процессов образования или разложения гидратов в пористой среде и влияния гидратонасыщенпости на фильтрационно-ёмкостные свойства породы.

Практическая значимость работы

- Созданная модель позволяет оптимизировать эксплуатацгао газогид-ратных месторождений в целях повышения степени извлечения газа из недр.

- Предлагаемые режимы истощения рекомендуется использовать при проектировании разработки газогидратных залежей.

- Используемые подходы к моделированию предлагаются к введению в учебный процесс при подготовке магистрантов и аспирантов нефтегазового профиля.

К защищаемым положениям относятся:

- Необходимость учёта влияния теплообмена залежи с окружающими породами, вызванного неизотермичностью процесса депрессионного разложения поровых гидратов, на режимы её разработки.

- Метод термогидродинамического моделирования, позволяющий рассчитывать динамику основных показателей разработки газогидратных месторождений при заданных темах отбора.

- Обоснование новых режимов эксплуатации газогидратных месторождений, позволяющих использовать процессы теплопереноса для диссоциации поровых гидратов и извлечения их них природного газа.

- Исследование и обоснование вариантов разработки залежей природных газовых гидратов на примере Мессояхского месторождения.

Апробация работы

Основные результаты исследований докладывались на следующих конференциях и семинарах:

- IX Всероссийская научно-техническая конференция «Актуальные проблемы развития нефтегазового комплекса России», РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, Москва, 2012;

- IX Всероссийская конференция молодых учёных, специалистов и студентов «Новые технологии в газовой промышленности», РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, Москва, 2011;

- II Международная научно-практическая конференция-выставка «Мировые ресурсы и запасы газа и перспективные технологии их освоения», ВНИИГАЗ, Москва, 2010;

- VIII Всероссийская научно-техническая конференция «Актуальные проблемы развития нефтегазового комплекса России», РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, Москва, 2010;

- VIII Всероссийская конференции молодых учёных, специалистов и студентов «Новые технологии в газовой промышленности», РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, Москва, 2009;

- Международная конференция «Перспективы освоения ресурсов газо-гидратных месторождений», РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, Москва, 2009;

- Международная конференция по исследованиям в газовой промышленности IGRC2008, Париж, Франция, 2008;

- Научные семинары кафедры разработки и эксплуатации газовых и га-зоконденсатных месторождений РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина в 20082011 гг.

Публикации

По теме диссертации опубликовано 3 статьи в изданиях, включённых в «Перечень российских рецензируемых научных журналов» ВАК Минобр-науки РФ, 3 тезиса доклада.

б

Объём работы

Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения. Диссертационная работа изложена на 148 страницах, содержит 40 рисунков, 7 таблиц и 6 приложений. Список использованных материалов состоит из 110 наименований.

Автор выражает глубокую благодарность коллективу кафедры разработки и эксплуатации газовых и газоконденсатных месторождений РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина и её заведующему профессору Ермолаеву Александру Иосифовичу за советы и ценные обсуждения в процессе выполнения работы.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении изложена актуальность темы диссертационной работы, определены цели исследования, основные задачи и методы их решения, сформулированы научная новизна и практическая значимость полученных результатов.

В первой главе проанализированы результаты исследований термодинамических и физико-химических свойств газовых гидратов. Так гидраты образуют гидрофобные газы и некоторые легколетучие органические жидкости, взаимодействие с водой которых достаточно слабое и не может препятствовать клатратообразованию. Газовые гидраты образуются при низкой температуре и высоком давлении при условии достаточного количества гад-раю образующего вещества и воды.

Механизм образования гидратов представляет фиксацию свободно перемещающихся молекул газа и воды, сопровождающийся колебанием внутренней энергии системы. С точки зрения термодинамики этот процесс может быть представлен протекающим в два этапа: на первом этапе из чистой воды формируется незаполненная гидратная решётка; второй этап заключается в её заполнении.

Первая статистическая модель расчёта условий гидратообразования разработана Ван-дер-Ваальсом и Плэттью. Далее Пэрришом и Праусницем предложена методика, обладающая повышенной точностью, позволяющая определять равновесные параметры гидратообразования для многокомпонентных смесей. Следующим важным достижением стала модель Нг и Робинсона, которая могла использоваться для расчёта условий гидратообразования в равновесных системах с жидкими углеводородами. Более поздние модификации модели Пэрриша и Праусница также были приспособлены для выполнения расчётов систем в состав которых входят жидкие гидратообра-зующие вещества. Наконец, Кимом и Битным предложена кинетическая модель диссоциации гидратов, позволившая количественно описать процесс

разложения гидратов в свободном объеме. Для правильного понимания процессов, происходящих при образовании и разложении гидратов, необходимо также знать границы зоны их стабильности и характер распределения в них молекул-гостей. Эти характеристики практически невозможно померить экспериментально, поэтому для их определения проводится численное моделирование трехфазного равновесия воды, гидрата и газа.

При изучении свойств газовых г идратов обнаружен эффект их самоконсервации - аномально низкой скорости их диссоциации при температурах ниже 273,15К. Один из предложенных механизмов предполагает, что диссоциация гидратов при отрицательных температурах протекает через образование промежуточной переохлажденной воды, однако в целом этот эффект изучен недостаточно.

Газогидраты обладают рядом уникальных свойств. Например, 1 м3 гидрата метана содержит 164,6 м3 газа при нормальных условиях. При этом объем, занимаемый газом в гидрате, не превышает 20% объёма гидрата. Важными свойствами, необходимыми при моделировании как природных, так и техногенных гидратов, являются их плотность и энтальпия плавления.

В заключение первой главы отмечается, что в настоящее время большинство исследований, посвященных газовым гидратам, направлены на определение и прогнозирование термодинамических и физико-химических свойств газогидратов.

Во второй главе представлены результаты анализа основных физико-геологических характеристик газогидратных залежей, возможность существования которых доказана в результате экспериментальных исследований, проведённых на кафедре разработки и эксплуатации газовых и газоконден-сатных месторождений РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина и зарегистрировано, как научное открытие в Государственном реестре в 1971 г. Авторы открытия - Трофимук A.A., Черский Н.В., Васильев В.Г., Макогон Ю.Ф., Тре-бин Ф.А.

Установлено, что равновесные параметры образования и разложения гидратов в поровом пространстве отличаются от соответствующих параметров в свободном объёме и зависят от состава вмещающих пород, пористости, минерализации пластовой воды, кривизны поверхности раздела фаз, поэтому в инженерной практике равновесные условия образования гидратов определяют аппроксимацией экспериментальных данных преобразованными уравнениями Ван-дер-Ваальса-Платтью.

Двухфазная фильтрация подвижного газа и воды может происходить только в пустотах, заключенных между минеральными частицами (или их агрегатами) породы и кристаллами гидратов. Следовательно, фазовые проницаемости и капиллярное давление должны зависеть от насыщенности пористой среды водной и гидратной фазами. Для определения фильтрационных свойств используется два различных подхода. Согласно первому из них газовые гидраты ухудшают абсолютную проницаемость породы, а относительные фазовые проницаемости флюидов при течении газо-жидкостного потока в среде с переменной абсолютной проницаемостью зависят только от водо-насыщенности и определяются с помощью общеизвестных уравнений. Второй подход предполагает, что гадратонасьпценность не влияет на абсолютную проницаемость, а относительные фазовые проницаемости и капиллярное давление зависят от эффективной водонасыщенности, которая в свою очередь является функцией от водо- и гидратонасыщенности. Таким образом, известные уравнения для определения относительных фазовых проницаемо-стей и капиллярного давления видоизменяются и позволяют описывать фильтрацию газа и воды в гидратонасыщенных средах.

В тексте диссертационной работе представлены примеры соответствия вышеописанных подходов по определению фазовых проницаемостей гидратонасыщенных пород результатам экспериментальных исследований по определению соответствующих параметров, проведенных независимо друг от друга норвежскими (Ersland G., Husebo J., Graue A., Kvamme В.) и японскими (Konno Y., Masuda Y., Sheu С.) специалистами. Таким образом, оба подхода

могут использоваться при моделировании разработки месторождений газовых гидратов, однако для получения корректных результатов необходимо предварительное определение параметров, входящих в уравнения с помощью лабораторных экспериментов.

При проектировании разработки газовых месторождении обычно предполагается, что их пластовая температура ие меняется. Однако, для газогидратных месторождений такой подход не может быть применим, так как процесс их разработки не является изотермичным. Этот факт доказывается с помощью численного эксперимента, целью которого является анализ температурного режима гипотетического участка пласта цилиндрической формы, ограниченного сверху и снизу непроницаемыми кровлей и подошвой. Предполагается, что латеральные размеры рассматриваемого участка пласта намного превосходят его толщину, поэтому горизонтальный теплоперенос не будет оказывать значительного влияния на температуру залежи в сравнение с вертикальным. Начальные температуры пласта, кровли и подошвы соответствуют геотермическому градиенту; начальное давление газовой фазы равно равновесному давлению гидратообразования метана при начальной температуре.

Для определения характера изменения термобарических условий пласта необходимо решить систему уравнений включающую в себя уравнения для определения давления, массы разложившегося гидрата, температуры, плотности теплового потока, газо-, водо-, и гидратонаысщенности.

Геометрические и термобарические параметры гипотетического участка пласта выбраны соответствующим своим значениям для Мессояхского га-зогидратного месторождения. Расчёт изменения основных показателей разработки проводится для пласта с двумя вариантами насыщенности: в первом случае пласт насыщен метаном, водой и метановым гидратом; во втором случае — только метаном и водой. Предполагается, что из пласта в течение первых 10 лет отбирается по 1% запасов свободного газа в год; в течете последующих 10 лет отбора газа не производится.

Получившийся в результате расчёта характер изменения термобарических параметров пласта для обоих случаев представлен на рисунке 1, для сравнения также представлены результаты расчётов в случае отсутствия вертикального теплопереноса.

О 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

Время, г

Гаюгилрагный иласг -Газовый пласт

-------I-- -------,

X

——■

Время, г

Газогилратный пласт — Газовый пласт

Рисунок 1 Изменение давления и температуры для газогидратного и газового пласта с учётом вертикального теплопереноса (сплошные линии) и без учёта вертикального теплопереноса (пунктирные линии)

При отборе газа давление в гидратонасыщенном пласте снижается медленнее, чем в газонасыщенном, что связано с выделением газа при разложении поровых гидратов. В случае отсутствия теплопереноса разложение газовых гидратов происходите менее интенсивно (рисунок 2) и снижение давления практически совпадает с динамикой соответствующего показателя для газонасыщенного пласта. 0,201

0,200-

0,199

•с

| 0,198

х

«

| 0.197

I

| 0,196 0,195 0,194 0,193

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

Время, г

Рисунок 2 Снижение гидратонасыщенности с учётом вертикального теплопереноса (сплошные линии) и без учёта вертикального теплопереноса (пунктирные линии)

Температура гидратонасыщенного пласта в сравнение с газонасыщенным снижается намного быстрее. Охлаждение газонасыщенного пласта практически полностью компенсируется теплопереносом от окружающих его пород. Охлаждение гидратонасыщенного пласта связано с эндотермичностью процесса разложения порового гидрата, при этом снижение температуры залежи не может быть полностью компенсировано теплопереносом от окружающих пород (нижний график на рисунке 1). Таким образом, процесс истощения газовой залежи можно рассматривать, как изотермический, однако, процесс разработки газогидратной залежи таковым не является.

При прекращении отбора газа из газонасыщенного пласта его температура практически не отличается от начальной; дальнейший рост температуры за счёт теплообмена с окружающими породами приводит к незначительному увеличению пластового давления. Температура гидратонасыщенного пласта, при прекращении отбора из него газа, намного ниже своего начального значения, что приводит к достаточно интенсивному теплообмену с окружающими породами необходимому для восстановления геотермического градиента.

При этом энергия расходуется как на увеличение температуры пласта, так и на разложение поровых гидратов (рисунок 2).

Таким образом, при отборе газа из газогилратного месторождение происходит общее охлаждение залежи; при прекращении отбора происходит восстановление температуры, сопутствующее этому разложение природных газогидратов и увеличение давления свободного газа в залежи.

В третьей главе описываются открытые Российские и зарубежные месторождения природных газовых гидратов и их классификация. Лишь небольшая часть мировых ресурсов природных газогидратов подтверждена целенаправленным отбором гидратонасыщенных кернов; остальные ресурсы подтверждаются косвенно с помощью геофизических исследований. Чаще всего в качестве доказательства наличия гидратонасыщенных пластов выступают результаты геофизических исследований, позволяющие определить границу между гидратоносыщенными пластами и пластами, насыщенными свободным газом и водой.

К наиболее изученным залежам природных газовых гидратов относятся: Мессояхское газогидратное месторождение, расположенное в западной нефтегазовой провинции Российской Федерации с запасами порядка 40 млрд.м3; газогидратное месторождение Прудо-Бей на Северном Склоне Аляски в США, запасы газа в котором, по оценке геологической службы США, превышают 2.5 трлн.м3; месторождение Маллик, расположенное на северо-западе Канады в дельте реки Макензи, с запасами газа в гидратном

состоянии 110 млрд.м3; группа газогидратных месторождений в Нанкайской впадине морского шельфа Японии с запасами порядка 12 трлн.м3. Газовые гидраты обнаружены также при разработке месторождений в Мексиканском и Бенгальском заливах, а также в Южно-китайском море.

Четвёртая глава посвящена моделированию процессов, происходящих при разработке газогидратных месторождений, основной целью которого является поиск оптимального сценария эксплуатации газогидратных пластов на различных этапах разработки.

Условно можно выделить три принципиально разных типа моделирования процессов разложения гидратов в пористой среде. К первому типу относятся модели, в которых разложение гидратов в пористых средах основывается на предположении, что декомпозиция происходит в некоторой узкой зоне. Второй тип предполагает объёмный характер разложения гидратов, основанный на балансовых соотношениях между средневзвешенными по залежи термобарическими параметрами. В моделях третьего типа в качестве замыкающего уравнения используются уравнения кинетики, связывающие количество выделавшегося газа из гидратов с изменением давления и температуры.

Наиболее трудоёмким этапом моделирования является сбор различных данных и оценка их достоверности. Если исходные данные представлены достаточно корректно, то расчётные показатели модели имеют такой же характер изменения, как и на самом месторождении, хотя полного сходства между ними может и не быть. Следующей важной задачей при моделировании месторождений является воспроизведение истории разработки, целью которого является создание модели, позволяющих прогнозировать поведение месторождения.

Автором создана методика математического моделирования и компьютерная программа, целью которой является определение показателей разработки газогидратных месторождений при заданных значениях отбора газа в месторождении с учетом вертикальной фильтрации идеального газа и пла-

стовой воды, сопутствующего этому разложения или образования гидратов, приводящего к перераспределению температуры. Фильтрация газа и воды ограничена естественными флюидоупорами - кровлей и подошвой пласта. Разложение гидратов происходит как при понижении давления, так и при повышении температуры скелета породы, при этом предполагается, что температура на некотором расстоянии выше кровли и ниже подошвы остаётся постоянной. Основными показателями разработки в данной постановке являются пластовое давление в газовой и водной фазах, температура и насыщенности пор газовой, водной и гидратной фазами.

Для определения основных показателей разработки месторождение разбивается на цилиндрические блоки с одинаковым радиусом основания, модель включается в себя 2 непроницаемых блока и Т>}ь проницаемых блоков, суммарная толщина которых должна равняться максимальной толщине месторождения (рисунок 3).

Рисунок 3 Аппроксимация месторождения цилиндрическими блоками

В каждом блоке задаётся пористость ш, выбираемая таким образом, что бы поровое пространство в каждом блоке соответствовало поровому пространству реального месторождения заключённого в определённом интерва-

ле глубин. Получившиеся пористые блоки далее насыщаются газом под

давлением р?, водой под давлением р„ и гидратом 8Ь. В связи с развитой

поверхностью контактов твёрдых (скелет породы, гидрат) и подвижных (газ, вода) фаз время полного теплообмена между ними намного меньше характерного времени рассматриваемой задачи, поэтому температуры всех фаз можно считать одинаковыми и равными температуре блока Т.

Давление газовой фазы в каждом блоке определяется с помощью уравнения полученного в результате преобразования материального баланса газа в блоке:

Здесь р„0, рЕ, - давление и насыщенность газовой фазы в блоке

в начале и в конце расчётного периода; Т, Т0 - начальная и конечная температура блока; Пр(1Г - объём порового пространства; р, Т - стандартные дав-

выделившегося при разложении гидратов в блоке или объём газа, перешедшего в связанное состояние при образовании гидрат в с.у.; Мю - масса разложившегося гидрата; е8 - массовое содержание газа в гидрате; р8 - плотность газа в блоке в с.у.

Преобразование материального баланса для воды и гидрата позволяет получить формулы для определения водонасыщенности и гидратонасыщен-ности в блоке:

(1)

лепие и температура; , V гТ - объём газа, перетёкшего из соседних бло-

— — М№е

ков в с.у.; (X - объёмный отбор газа из блока в с.у.; У1)(! =—_ - объём газа,

"рогРь

и)тах' °Ы> — Ьтач'

М№<0

'Ьтп' Мт>0

Здесь 8В,, 8Я<), 8Ь, - водонасьхшенность и гидратонасыщенность в блоке в начале и в конце расчётного периода; УусГ4, УусГТ - объём воды, пере-

тёкшей из соседних блоков; V =

_ Мр^Е,

- объём воды выделившейся в ре-

зультате разложения гидрата, или объём воды перешедшей в связанное состояние при образовании гидрата; еп, - массовое содержание воды в гидрате; Р„, Р|, - плотность воды и гидрата; 8|т1та, 51ипт - максимальное и минимальное значения гидратонасыщенности.

Масса разложившегося или образовавшегося гидрата определяется по формуле Ким-Бишного:

М„

= К^ехр

/ л

АЕ \Т7

[р„(Т)-р]А1 (4)

Здесь К,,,, - константа внутренней диссоциации гидрата; ДЕ - энергия активации; \<ь - молярная масса гидрата; Ар - удельная площадь стенок пор;

Р=(т)

- равновесное давление гидратообразования при температуре Т; Д1 -продолжительность временного отрезка.

Объёмы вертикальных перетоков газа и воды между соседними блоками определяются по формулам, полученным в результате преобразования закона Дарен для газа и воды:

^ Рг

к

+ Р8§

м

(5)

Здесь к?, кл - средние по объёму вертикальные фазовые проницаемости блоков по газу и воде; , - вязкости газа и воды; рг - средняя по объёму блоков плотность газа в с.у.; А5 - площадь контакта блоков; р^, рп1 -

давления газовой и водной фаз; Ь - расстояние между центрами блоков.

Давления в водной и газовой фазах отличаются на величину капиллярного давления, зависящего от гидратонасыщенности:

Рг. = Р, - Рсар

Рслр = Ро

Т

(1-А)

.10-»)

(7)

(8)

Здесь - остаточная газонасыщенность; 8га, - остаточная водонасы-

щенность, р0 и X - эмпирические коэффициенты.

Распределение температуры по блокам описывается уравнением теплопроводности:

ЭТ

РА — = с11у[?,.8гас1(Т)] + Р (9)

Здесь р5, с5 - плотность и удельная массовая теплоёмкость скелета породы; X - коэффициент теплопроводности; И - плотность теплового потока, которая определяется при преобразовании уравнения сохранения энергии:

т

Р = РА

_ Т +Ря-с

(1-ш)Д1

ш

р Е(1-т)Д1

ísePË-ssoPso)+

ш

(1 —ш)А1

(8Д-8Л.0Т0) +

М„

(10)

АН +

^ Мпв+Мс

П(1-т)ДП

Здесь сь, с , сл, - удельные массовые теплоёмкости гидрата, газа и воды; М1)в, Мил - масса газа и воды, выделившихся при разложении газовых гидратов или перешедших в связанное состояние при их образовании; М г,

Мж[ - масса газа и воды перетёкших из соседних блоков; Мд - масса отобранного газа.

Вышеприведённые уравнения позволяют однозначно определить изменения основных показателей разработки при известном отборе газа посред-ствам следующей итерационной схемы:

1. В нулевом приближении предполагается, что температура блоков не изменилась.

2. С помощью уравнений (1)-(8) определяются давление газовой и водной фаз в каждом блоке, массы разложившегося гидрата, выделившихся газа и воды и результирующие флюидонасыщенности.

3. С помощью уравнения (10) определяются плотности тепловых потоков в блоках.

4. С помощью решения уравнения теплопроводности (9) определяется распределение температур по блокам.

5. Пункты 2-5 повторяются до тех пор, пока разница между рассчитанными параметрами (давление, температура и флюидонасыщенности) в новой и предыдущей итерациях больше заданного параметра точности или пока количество итераций не достигнет заданного значения.

5.1. Если количество итераций достигло максимального значения, а условие сходимости не выполнено, то временной отрезок уменьшается в два раза и повторяются пункты 1-5.

5.2. Если условие сходимости выполнено, а количество итераций меньше максимального значения, то расчёт считается закончешшм.

Описанная выше задача реализована в компьютерной программе на языке МаХЬаЬ. Полученная программа используется для проведения численного эксперимента, состоящего из трёх этапов: приведение модели в термодинамическое и капиллярно-гравитационное равновесие, корректировка результатов моделирования по фактической истории разработки рассматриваемого месторождения, определение динамики основных показателей разработки при различных сценариях доразработки месторождения.

В пятой главе приводятся исходные данные, результаты численного эксперимента, проведённого на примере Мессояхского газогидратного месторождения и их анализ. В предложенном варианте модели предполагается, что она состоит из семи проницаемых блоков, три из которых эмулируют газонасыщенную часть месторождения, а остальные - гидратонасыщенную шапку, и двух непроницаемых блоков, эмулирующих кровлю и подошву месторождения (рисунок 4).

Рисунок 4 Аппроксимация Мессояхского месторождения цилиндрически™! блоками

Начальное давление в блоках соответствует гидростатическому давлению на данной глубине; начальная температура - распределению пластовой температуры Мессояхского газогидратного месторождения. Так как фактическая информация о насыщенности порового пространства отсутствует, значения начальных сатурации подобраны вручную таким образом, чтобы выполнялись поставленные в предыдущей главе цели первых двух этапов численного эксперимента.

После приведения модели к термогидродинамическому и капиллярно-гравитационному равновесию среднее давление в газовой фазе составляет 7,69 МПа, запасы газа в модели - 41,3х]09 м3, из них 17,6x109 м3 - запасы газа в гидратном состоянии, что соответствует фактическим значениям на начало разработки Мессояхского газогидратного месторождения и позволяет перейти ко второму этапу численного эксперимента, направленному на адаптацию модели к истории разработки месторождения. В случае с Мессояхским газогидратным месторождением единственным параметром для согласования

является пластовое давление, представленное в различных источниках. Рассчитанные значения пластового давления, полученные при годовых отборах газа, соответствующих фактическим значениям, представлены на рисунке 5; для сравнения также приведена динамика пластового давления для случая отсутствия в месторождении газовых гидратов и его разработки на газовом режиме.

1969

1989 1994 Время, г

1999

2004

ь—I Годовой отбор -Осредпёипое фактическое пластовое давление

— Насчитанное пластовое давление при ГР Расчитанное пластовое давление

Рисунок 5 Динамика годового отбора, рассчитанных и фактических значений

пластового давлений

Получившиеся при моделировании значения пластового давления в 77% случаев не отличаются от своих фактических значений более чем на 5%; максимальная разница при этом достигает 12%. Данное различие связано с процессами, не учитывающимися в модели. Разложение гидратов происходило за счёт снижения давления, что, в свою очередь, вело к снижению температуры в месторождении. При консервации месторождения разложение гидратов происходило за счёт нагрева месторождения в результате процессов вертикального теплопереноса. За 43 года эксплуатации из месторождения

отобрано 12,54х 10 м , при этом запасы газа в свободном состоянии снизились на 3,66*109 м', запасы гидратного газа на 8,88х109 м3.

Адаптированная модель используется для реализации завершающей стадии численного эксперимента. Продолжительность прогнозируемого периода выбрана равной периоду эксплуатации месторождения, то есть 43 года. Первого вариант направлен на анализ изменения основных показателей разработки при полной консервации месторождения. Получившееся изменение пластового давления представлено на рисунке 6.

1969 1974 1979 1984 1989 1994 1999 2004 2009 2014 2019 2024 2029 2034 2039 2044 2049

Время, г

□Годовой отбор

Расчитанное пластовое давление при ГР

-ОсрсдиСшюс фактическое пластовое давление Расчитанное пластовое давление

Рисунок 6 Рассчитанное изменение пластового давления для случая консервации месторождения

При консервации месторождения давления за 43 года вырастет почти на 0,7 МПа, при отсутствии в нём газовых гидратов давление при нулевом отборе осталось бы практически неизменным. Рост пластового давления связан с выделением свободного газа при разложении поровых гидратов, вызванного вертикальным теплообменом. Суммарный объём газа при консервации останется неизменным и равным 28,8* 109 м3, при этом порядка 2,5x109 м3 газа перейдёт из гидратного состояния в свободное. Разложение

газогидратов будет происходить либо до тех пор, пока значение гидратона-сыщенности месторождения не станет равным нулю, либо пока температура полностью не вернётся к своему начальному значению.

Характер изменения пластового давления при консервации месторождения позволяет сделать вывод, что возможна такая его эксплуатация, при которой давление останется неизменным. Рассчитанные при таком варианте доразработки годовые отборы представлены на рисунке 7.

1969 1974 1979 1984 1989 1994 1999 2004 2009 2014 2019 2024 2029 2034 2039 2044 2049

Время, г

|—¡Годовой отбор

Расчитанное пластовое давление при ГР

-Осредлёшюе фактическое пластовое давление

Расчитанное пластовое давление

Рисунок 7 Рассчитанный годовой отбор для случая постоянного пластового давления (штрих-пунктирные линии - случай с консервацией месторождения)

При отборах порядка 0,1 х109 —— пластовое давление остаётся прак-

год

тически неизменным, то есть снижение давления связанное с истощением залежи полностью компенсируется выделением дополнительных объёмов газа при разложении поровых гидратов. Накопленная добыча, начиная с 2011 года, составит 4x109 м3, при этом запасы гидратного газа снизятся на 4,55x109 м3, а запасы свободного газа в месторождении увеличатся на

0,55х109 м3. Это связано с тем, что часть энергии, привносимой в залежь в результате теплообмена с окружающими породами, тратиться на разложение гидратов, сопровождающееся увеличением порового пространства не занятого гидратом и водой. Поддерживать с помощью данного процесса давление на постоянном уровне можно будет до тех пор, пока не разложится весь гидрат, насыщающий поровое пространство.

Превышение объёма газа, выделившегося в результате разложения гидратов, над объёмом отобранного газа позволяется сделать вывод, что возможна такая эксплуатация месторождения, при которой запасы свободного газа в нём будут оставаться на одном уровне. Рассчитанные при таком варианте годовые отборы и пластовое давление представлены на рисунке 8.

9 -------------------------------------------------------- --------- ----------------------------------------- 4,5

8 ----------------------------------------------------------- -------------------- _ __ -----_ 4 0

К

1969 1974 1979 1984 1989 1994 1999 2004 2009 2014 2019 2024 2029 2034 2039 2044 2049

Время, г

I—[Годовой отбор -Осрсднсппое фактическое пластовое датшсгтис

Насчитанное пластовое давление при ГР Расчнтаиное пластовое давление

Рисунок 8 Рассчитанный годовой отбор и изменение пластового давления для случая постоянных запасов свободного газа в месторождении (штрих-пунктирные линии — случаи с консервацией месторождения, пунктирные линии - случай с постоянным пластовым давлением)

При отборах порядка 0,12x109 ——, происходит незначительное сни-

год

жение пластового давления на величину порядка 0,2 МПа. Накопленная с

25

2011 года добыча газа в данном случае составит 4,97x109 м3, при этом запасы свободного газа останутся на уровне 20,1 х 109 м3. Внутрипластовые процессы и ограничения, позволяющие проводить такой режим разработки, аналогичны случаю с постоянным пластовым давлением.

В результате проведённых вычислений в рамках первых двух этапов численного эксперимента получены исходные термобарические параметры и значения насыщенностей порового пространства, соответствующие своим фактическим значения на начало разработки Мессояхского газогидратного месторождения, при этом полученная динамика пластового давления на 77% совпадает с фактической. В рамках третьего этапа численного эксперимента предложены три варианта дальнейшей эксплуатации Мессояхского месторождения и проанализированы внутрипластовые процессы обуславливающее особенности режима истощения газогидратных месторождений и его отличия от традиционных месторождений углеводородов. Выбор конкретного варианта зависит от поставленных целей и технико-экономических условий разработки в период падающей добычи.

Основные выводы диссертационной работы

1. Установлена неизотермичность процесса эксплуатации газогидратных месторождений и влияние термобарических параметров на режим их разработки.

2. Предложена методика термогидродинамического моделирования процессов, происходящих при эксплуатации газогидратных месторождений, учитывающая разложения газовых гидратов в поровом пространстве при снижении пластового давления и/или повышении температуры, неизотермическую фильтрацию идеального газа и пластовой воды, теплообмен с породами, окружающими газогидратную залежь, целью которой является определение динамики таких основных показателей разработки, как пластовое давление, температура, газо-, водо- и гидратонасыщенности.

3. На основе разработанной методики реализована компьютерная программа, позволяющая исследовать внутрипластовые процессы, происходящих при эксплуатации газогидратных месторождений, проектировать и анализировать возможные варианты их разработки.

4. Созданная компьютерная программа использовалась для исследования разработки Мессояхского газогидратного месторождения и анализа возможных вариантов его дальнейшей эксплуатации. Установлено, что остаточные запасы газа в конце 2011 года составили 8,75х109м3 гидратного и 20,05 х109м3 свободного газа. При анализе возможных сценариев дальнейшей разработки месторождения выявлены режимы эксплуатации, реализация которых возможна только для газогиратных залежей.

5. Предложенный метод решения поставленных задач позволяет корректировать результаты термогидродинамического моделирования по мере поступления нового фактического материала с рассматриваемого Мессояхского газогидратного месторождения, связанного с проводимыми на данный момент на нём геофизическими исследованиями, направленными на увеличение запасов месторождения и привлечения к разработке новых горизонтов.

Список основных работ, опубликованных по теме диссертации

1. Сухоносенко А.Л., Адзынова Ф.А. Научные основы разработки Мес-сояхского газогидратного месторождения // Труды Российского государственного университета нефти и газа И.М. Губкина - 2010, - №2, с. 39-47.

2. Басниев К.С., Сухоносенко А.Л. Перспективы освоения ресурсов га-зогидратных месторождений // Газовая промышленность - 2010, - №1, с. 2223.

3. Сухоносенко А.Л., Адзынова Ф.А. Мессояхское газогадратное месторождение // Газохимия - 2010, - №1.

4. Сухоносенко А.Л., Адзынова Ф.А. Материальный баланс газогидратного месторождения - М.: ВНИИГАЗ. Материалы II международной научно-практической конференции-выставки «Мировые ресурсы и запасы газа и перспективные технологии их освоения», 2010.

5. Сухоносенко А.Л. Гидродинамическое моделирование газогидратного месторождения - М.: РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина. Материалы международной конференции «Перспективы освоения ресурсов газогидратных месторождений», 2009.

6. Сухоносенко А.Л. Гидродинамическое моделирование Мессояхского газогидратного месторождения - М.: РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина. Тезисы докладов VIII всероссийской конференции молодых учёных, специалистов и студентов «Новые технологии в газовой промышленности», 2009.

Соискатель

Сухоносенко А.Л.

Подписано в печать 14 марта 2013 г. Объем 1,2 п. л. Тираж 150 экз. Заказ № 111 Отпечатано в Центре оперативной полиграфии ООО «Ол Би Принт» Москва, Ленинский пр-т, д.37

Текст научной работыДиссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Сухоносенко, Анатолий Леонидович, Москва

Министерство образования и науки РФ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Российский государственный университет нефти и газа имени И.М. Губкина»

На правах рукописи 355625 УДК 622.279.23

1 ^ о с^о с е^о/ л-о

СУХОНОСЕНКО АНАТОЛИЙ ЛЕОНИДОВИЧ

ТЕРМОГИДРОДИНАМИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ РАЗРАБОТКИ ГАЗОГИДРАТНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

Специальность: 25.00.17 - Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений

Диссертация

на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель -

доктор технических наук, профессор

Басниев К. С.

Москва 2013

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение....................................................................................................................4

Актуальность проблемы.......................................................................................4

Цель работы..........................................................................................................12

Основные задачи исследования.........................................................................12

Научная новизна..................................................................................................13

Методы решения поставленных задач..............................................................13

Практическая значимость...................................................................................14

Защищаемые положения.....................................................................................14

Апробация работы...............................................................................................15

1 Термодинамические и физико-химические свойства газовых гидратов.....16

1.1 Механизмы образования и разложения гидратов......................................16

1.2 Физико-химические свойства.......................................................................20

1.3 Теплофизические свойства...........................................................................23

ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ 1...........................................................................................25

2 Основные физико-геологические характеристики газогидратных залежей....................................................................................................................26

2.1 Равновесные параметры образования и разложения газовых гидратов

в поровом пространстве......................................................................................29

2.2 Фильтрационные свойства гидратонасыщенных пород...........................32

2.3 Теплофизические и прочностные свойства гидратонасыщенных пород.....................................................................................................................44

2.4 Температурный режим газогидратной залежи...........................................45

ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ 2...........................................................................................58

3 Месторождения природных газовых гидратов. Состояние изученности. Перспективы...........................................................................................................59

3.1 Классификация газогидратных месторождений........................................59

3.2 Российские месторождения газовых гидратов...........................................61

3.3 Зарубежные месторождения газовых гидратов..........................................71

ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ 3...........................................................................................76

2

4 Моделирование разработки газогидратного месторождения.......................77

4.1 Постановка задачи и основные уравнения.................................................85

4.2 Итерационная схема......................................................................................93

4.3 Реализация задачи и программа численного эксперимента.....................94

ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ 4...........................................................................................96

5 Исходные данные и результаты численного эксперимента..........................98

5.1 Геометрические параметры модели............................................................98

5.2 Термобарические параметры, физико-химические и фильтрационные

константы модели..............................................................................................101

5.3 Результаты первого этапа эксперимента...................................................103

5.4 Результаты второго этапа эксперимента...................................................105

5.5 Условия и результаты третьего этапа численного эксперимента..........108

ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ 5.........................................................................................115

Заключение...........................................................................................................116

Список использованных материалов.................................................................117

Список использованных интернет-ресурсов.....................................................128

ПРИЛОЖЕНИЕ А - РЕЗУЛЬТАТЫ ОЦИФРОВКИ КОНТУРНЫХ КАРТ ..129 ПРИЛОЖЕНИЕ Б - ИЗМЕНЕНИЕ ОСНОВНЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ

МОДЕЛИ ПРИ ПРИВЕДЕНИИ ЕЁ В РАВНОВЕСИЕ....................................132

ПРИЛОЖЕНИЕ В - ИЗМЕНЕНИЕ ОСНОВНЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ

АДАПТИРОВАННОЙ МОДЕЛИ......................................................................134

ПРИЛОЖЕНИЕ Г - ПРОГНОЗНОЕ ИЗМЕНЕНИЕ ОСНОВНЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ АДАПТИРОВАННОЙ МОДЕЛИ ДЛЯ СЛУЧАЯ

КОНСЕРВАЦИИ МЕСТОРОЖДЕНИЯ............................................................137

ПРИЛОЖЕНИЕ Д - ПРОГНОЗНОЕ ИЗМЕНЕНИЕ ОСНОВНЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ АДАПТИРОВАННОЙ МОДЕЛИ ДЛЯ СЛУЧАЯ

ПОСТОЯННОГО ПЛАСТОВОГО ДАВЛЕНИЯ..............................................140

ПРИЛОЖЕНИЕ Е - ПРОГНОЗНОЕ ИЗМЕНЕНИЕ ОСНОВНЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ АДАПТИРОВАННОЙ МОДЕЛИ ДЛЯ СЛУЧАЯ ПОСТОЯНСТВА ЗАПАСОВ СВОБОДНОГО ГАЗА......................................143

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность проблемы

В связи с истощением залежей традиционных углеводородов и ростом их потребления и стоимости добычи активизировался поиск альтернативных источников энергии, особенно в экономически развитых странах с низкими ресурсами энергоносителей. В частности, рост потребления природного газа и истощение ресурсов традиционных месторождений вблизи основных потребителей стимулирует изучение возможностей извлечения природного газа из альтернативных источников, широко распространённых в земной коре и характеризующихся значительными ресурсами углеводородов. К ним относятся свободный и сорбированный газ угольных пластов; газ, растворённый в подземной гидросфере; сланцевый газ и природные газовые гидраты. Отличительной особенностью нетрадиционных источников является то, что газ в них находится не в свободной, а в сорбированной, растворённой или гидрат-ной форме.

Газовые гидраты представляют собой твёрдые кристаллические соединения (клатраты), образованные молекулами воды и основными компонентами природного газа. Промышленно развитыми странами гидраты рассматриваются в качестве наиболее перспективного нетрадиционного источника природного газа, что связано со значительными ресурсами углеводородов в гидратной форме, поэтому во многих лабораториях, научных центрах и энергетических компаниях во всем мире проводятся исследования возможности освоения этих ресурсов.

История изучения газовых гидратов началась в XVIII веке с получения Пристли Дж., Пеллетье Б. и Карстен В. гидратов сернистого газа и хлора, составы которых были определены в начале XIX века Ривом А. и Фарадеем М. В Х1Х-ХХ веках открыты гидраты различных веществ, в том числе метана, этана, пропана и других компонентов природного газа; обнаружена возможность существования двойных гидратов - структур, в состав которых входят

молекул двух веществ-гидратообразователей; предложены методы прямого и полуэмпирического расчётного определения состава гидратов. В целом, до первой половины двадцатого века основным направлением исследований являлось выявление веществ, которые могут образовывать гидраты, и определение термобарических условий их образования.

Со временем, процессы добычи, переработки и транспортировки природного газа стали осуществляться под высоким давлением и с большими скоростями потоков. В этих условиях на некоторых участках трубопроводов и технологического оборудования проявился эффект Джоуля-Томсона, в результате которого температура газовых потоков резко снижалась, и, в случае присутствия в потоке водной фазы, образовывался газовый гидрат, который ухудшал эффективность работы технологического оборудования. Таким образом, исследования газовых гидратов получили практическое применение, связанное с разработкой принципов предотвращения или контроля их образования, что потребовало глубокого изучения свойств газовых гидратов, их строения, термодинамических областей устойчивости и кинетики их образования и разложения. Основными методами предотвращения гидратообразо-вания в трубопроводах, основанными на результатах исследования термодинамических и кинетических процессов, являются: закачка в трубопроводы ингибиторов гидратообразования (метанол или МЭГ); водо- или теплоизоляция газовых потоков; прямой и непрямой нагрев трубопроводов. В случае, если предотвратить гидратообразование в трубопроводе не удалось, то гидрат удаляется механическим или гидравлическим методами.

Следующий этап развития исследований газовых гидратов связан с открытием в 1971 году возможности существования газогидратных месторождений в природных условиях. Для образования скоплений природных газогидратов необходимо выполнение двух главных условий: существование зоны стабильности гидратов, содержащей в себе горизонты пористых коллекторов и подтоки в них углеводородных газов и пластовой воды.

Крупные скопления природных газовых гидратов обнаружены во многих частях света - вдоль восточного и западного побережий Северной и Южной Америки, на северном склоне Аляски, на севере Канады, в Австралии, Индии, Японии, Южной Корее, Китае, в Мексиканском заливе, Черном, Каспийском и Средиземном морях. При этом лишь небольшая часть ресурсов газа в гидратном состоянии подтверждена бурением и отбором гидратонасы-щенных кернов. Изучение последних позволило установить, в частности, отличие кинетики образования и разложения гидратов в пористой среде от свободного объёма, а также определить зависимость гидратонасыщенности от условий образования гидратов. Остальные ресурсы гидратного газа подтверждены с помощью геофизических исследований. В шельфовых зонах и прибрежных склонах на небольших глубинах гидраты встречаются практически на любых широтах. Экстраполяция полученных результатов на зоны возможного гидратообразования приводит к выводу, что мировые ресурсы метана в гидратном состоянии составляют от З-Ю15 до 8-10'8 кубических метров, при этом 98% ресурсов газовых гидратов сконцентрировано в акваториях Мирового океана и только 2% находится на суше. Для уточнения этих данных необходимо проведение дальнейших исследований вопросов образования природных газогидратов, геофизических методов их обнаружения и геологического изучения недр, в которых существуют условия для гидратоб-разования.

В континентальных условиях месторождения газовых гидратов находятся преимущественно на территории распространения многолетнемёрзлых пород в приполярных районах. В этих условиях возможности генерации углеводородов за счет осадочных пород в интервале криолитозоны ограничены, также отсутствуют условия для крупномасштабной латеральной миграции в осадочном разрезе зоны стабильности гидратов. Как показали детальные исследования по северу Аляски и Канады, газогидратные скопления сформированы в результате вертикальной миграции по зонам разрывных нарушений углеводородов, образовавшихся в нижележащих пластах. Сущест-

вование глубинных пластов, в которых происходит генерация углеводородов в арктических регионах находит подтверждение не только в открытии гигантских нефтегазовых и газоконденсатных месторождений на севере Западной Сибири и Аляски, но и в выходе углеводородов на дневную поверхность. Таким образом, процессы природного гидратообразования при низких температурах в зоне ММП имеют достаточно широкое распространение, что необходимо учитывать при освоении Арктических районов.

«Поля» придонных газовых гидратов были обнаружены глубоководными аппаратами «МИР» на дне озера Байкал - уникального пресного озера России. Существующий на дне Байкала газогидратный слой играет важную экологическую роль, экранируя водную толщу от проникновения метана. Если бы его не было, то водная толща озера была бы заражена метаном, что привело бы к возникновению геохимической среды, не совместимой с жизнью. В отличие от большинства других веществ гидраты крайне чувствительны к изменениям внешних параметров среды - для Байкала эти опасности особенно актуальны. Вследствие высокой тектонической активности дно озера опускается и гидратный слой входит в зону более высоких температур. Это обстоятельство приводит к разложению газовых гидратов с образованием свободного газа в подошве гидратного слоя, который может высвободиться при землетрясении, что приведёт к ускорению глобального потепления на планете. Добыча углеводородов из байкальских гидратов нанесёт непоправимый ущерб экологии уникального Российского озера, поэтому озеро Байкал признано научным сообществом природной лабораторией по изучению взаимосвязанных процессов генерации углеводородов, их миграции на поверхность и формирования и разрушения газовых гидратов.

Газогидраты являются источником газа, который составляет реальную конкуренцию традиционным месторождениям в силу значительных ресурсов, их широкого распространения, неглубокого залегания и концентрированного состояния газа, при этом часть из них расположена вблизи основных потребительских рынков. Удельная плотность ресурсов метана в залежах газогид-

ратов для отдельных регионов и крупных скоплений не уступает традиционным месторождениям нефти и газа. Однако, несмотря на огромные перспективные ресурсы природных газогидратов и большое число открытых газо-гидратных месторождений, их разработка является сложнейшей задачей, и вызывает необходимость проведения комплексных научных исследований, направленных, в том числе, и на оценку возможных рисков при освоении месторождений, расположенных на шельфах и в зонах распространения ММП. Судя по результатам проводимых исследований, опытно-промышленное освоение газогидратных залежей в скором времени станет рентабельным. Начало промышленной разработки газогидратных месторождений приведет к коренным изменениям на рынке природного газа и энергетическом рынке в целом (газ уже сейчас занимает более четверти в мировом энергопотреблении). Страны, которые сейчас рассматриваются, как перспективные крупные покупатели для традиционных поставщиков газа и на которые нацелены долгосрочные контракты, могут быстро превратиться в энергетически самодостаточные государства и выступить в качестве конкурентов существующим производителям. Наконец, уже имеются проекты создания газогидратных хранилищ газа и дальнего транспорта, что, несомненно, скажется на рынке транспорта газа в сжиженном состоянии.

Широкое распространение газогидратов помимо позитивной возможности прироста ресурсов углеводородов создаёт важнейшую транснациональную экологическую проблему, так как большая часть газогидратного вещества существует в природе в условиях, близких к границе его фазовой устойчивости, то есть незначительные изменения температуры и давления способны привести к превращению прочно сцементированных гидратосо-держащих пород в разжиженную массу и к освобождению огромных количеств газа, делающего этот процесс необратимым. Инициаторами таких процессов могут быть вулканическая деятельность, понижение уровня Мирового океана, повышение температуры у основания зоны стабильности за счет про-

должающихся процессов седиментации, деятельность человека, и, наконец, всемирное потепление.

Другим ярким примером негативного влияния газовых гидратов является их образование при ликвидации последствий взрыва нефтяной платформы Deepwater Horizon, произошедшего 20 апреля 2010 года в 80 километрах от побережья штата Луизиана в Мексиканском заливе. Попытки остановить утечку нефти из повреждённой скважины начались практически сразу, так 25 апреля 2010 года установка на скважине превентора закончилась неудачей; осуществлялись попытки с помощью трёх подводных лодок наложить заглушки на повреждённую взрывом трубу; параллельно проводились работы по установке купола. 7 мая 2010 года 100-тонный стальной купол, который должен был закрыть поврежденную при взрыве на буровой платформе трубу и предотвратить дальнейшее попадание нефти в воду, был спущен на глубину 1,5 км и с помощью подводных роботов были начаты работы по установке купола на скважине. Однако, образование газовых гидратов на стальной конструкции придало ей большую плавучесть, чем предполагалось, что вынудило специалистов отказаться от проведения такой операции.

В настоящее время во многих странах мира изучению гидратов уделяется большое внимание. В некоторых из них (США, Япония, Канада, Индия, Китай, Южная Корея, Норвегия, Тайвань) существуют государственные программы по исследованию свойств гидратов и созданию методов добычи газа из газогидратных залежей. С момента открытия природных газогидратов было проведено шесть международных конференций посвящённых их изучению в США, Франции, Канаде, Японии, Норвегии и Шотландии. Переход на альтернативный источник топлива, столь нужный всему человечеству, способен многое дать и нашей стране. Речь идёт как о лидерстве в области инноваций и освоении новых, ранее не изведанных, технологий, так и о практической значимости использования газо�