Спосіб виділення вуглеводневого газу з газового гідрату та спосіб зв’язування діоксиду вуглецю

1. Спосіб виділення вуглеводневого газу з газового гідрату, який включає стадії: (а) виділення вуглеводню з газового гідрату без плавлення гідрату шляхом обробляння газового гідрату видільним агентом, (б) збирання виділеного вуглеводню, де виділення включає контакт газового гідрату з видільним агентом з утворенням заміщеного гідрату, що містить видільний агент, зв'язаний з водою, у твердому стані. 2. Спосіб за п. 1, за яким газовим гідратом є гідрат метану, а вуглеводнем є метан. 3. Спосіб за п. 1, за яким стадію (б) здійснюють без плавлення газового гідрату. 4. Спосіб за п. 1, за яким стадію (б) здійснюють без плавлення заміщеного гідрату. 5. Спосіб за п. 1, за яким видільний агент містить полярні молекули діаметром приблизно від 1 до 8 Ангстрем. 6. Спосіб за п. 1, за яким видільний агент містить полярні молекули, діаметр яких приблизно на 100 % відповідає діаметру молекули метану. 7. Спосіб за п. 4, за яким полярні молекули видільного агента утворюють стійкіший гідрат у порівнянні з вуглеводнем. 2 (19) 1 3 85444 4 22. Спосіб за п. 15, за яким видільний агент виби37. Спосіб за п. 30, за яким видільний агент при рають з групи: діоксид вуглецю, оксид азоту та їхні взаємодії з газовим гідратом перебуває в рідкій суміші. фазі. 23. Спосіб за п. 15, за яким видільний агент міс38. Спосіб за п. 30, за яким видільним агентом є тить діоксид вуглецю. діоксид вуглецю в рідкій фазі. 24. Спосіб за п. 15, який додатково включає (б) 39. Спосіб за п. 30, за яким стадію (б) здійснюють збирання виділеного вуглеводню. без зміни температури газового гідрату більше ніж 25. Спосіб за п. 24, за яким стадію (а) здійснюють на 10 % за шкалою Цельсія. без плавлення газового гідрату, а стадію (б) здійс40. Спосіб за п. 30, за яким стадію (б) здійснюють нюють без плавлення заміщеного гідрату. без зміни тиску газового гідрату більше ніж на 10% 26. Спосіб за п. 15, за яким видільний агент при за шкалою Паскаля. взаємодії з газовим гідратом перебуває в рідкій 41. Спосіб зв'язування діоксиду вуглецю, який фазі. включає такі стадії: 27. Спосіб за п. 15, за яким видільний агент є діок(а) введення діоксиду вуглецю в підземну формасидом вуглецю в рідкій фазі. цію, що містить газовий гідрат, та 28. Спосіб за п. 15, за яким стадію (а) проводять (б) взаємодію щонайменше частини діоксиду вугбез зміни температури газового гідрату більше ніж лецю з газовим гідратом за умов, що відповідають на 10 % за шкалою Цельсія. утворенню підземного гідрату діоксиду вуглецю 29. Спосіб за п. 15, за яким стадію (а) здійснюють без плавлення газового гідрату. без зміни тиску газового гідрату більше ніж на 10 42. Спосіб за п. 41, за яким газовим гідратом є % за шкалою Паскаля. гідрат метану. 30. Спосіб одержання вуглеводнів з підземних ро43. Спосіб за п. 41, за яким при виконанні стадії (а) довищ газових гідратів поблизу підземного каналу, та/або стадії (б) принаймні частина діоксиду вугякий включає такі стадії: лецю перебуває в рідкій фазі. (а) введення видільного агента у підземний канал; 44. Спосіб за п. 41, за яким діоксид вуглецю на (б) контакт видільного агента з газовим гідратом з стадіях (а) і (б) перебуває в рідкій фазі. виділенням вуглеводню в канал без плавлення 45. Спосіб за п. 41, за яким газовий гідрат містить газового гідрату і вуглеводень, зв'язаний з водою, у твердій фазі, а (в) діставання виділеного вуглеводню з каналу. стадія (б) включає заміщення вуглеводню діокси31. Спосіб за п. 30, за яким газовим гідратом є дом вуглецю з утворенням гідрату діоксиду вуглегідрат метану, а вуглеводнем є метан. цю. 32. Спосіб за п. 30, за яким видільний агент міс46. Спосіб за п. 45, за яким стадія (б) включає витить полярні молекули, які мають діаметр приблиділення вуглеводню зі структури води у твердій зно від 1 до 8 Ангстрем. фазі. 33. Спосіб за п. 31, за яким видільний агент міс47. Спосіб за п. 46, за яким вуглеводень, який витить полярні молекули, діаметр яких приблизно на діляють, є метаном. 100 % відповідає діаметру молекули метану. 48. Спосіб за п. 46, який додатково включає (в) 34. Спосіб за п. 33, за яким полярна молекула збирання вуглеводню, який виділяють. утворює заміщений гідрат, який є стійкішим у порі49. Спосіб за п. 41, за яким стадію (б) здійснюють внянні з вуглеводневим гідратом. без зміни температури газового гідрату більше ніж 35. Спосіб за п. 34, за яким величина вільної енерна 10 % за шкалою Цельсія. гії Гіббса заміщеного гідрату принаймні на 2 % 50. Спосіб за п. 41, за яким стадію (б) здійснюють перевищує енергію Гіббса газового гідрату. без зміни тиску газового гідрату більше ніж на 10% 36. Спосіб за п. 30, за яким видільний агент місза шкалою Паскаля. тить діоксид вуглецю. Даний винахід стосується видобування вуглеводнів з підземних формацій. Іншою областю даного винаходу є спосіб виділення вільного газу з підземних родовищ газових гідратів. Додатковою областю даного винаходу є спосіб зв'язування парникових газів у підземних формаціях. Газові гідрати є твердими кристалами, що складаються з молекул газу в оболонці з молекул води. Звичайно ці молекули газу є легкими вуглеводними (С1-С4). Газові гідрати переходять у тверду фазу при зниженій температурі та підвищеному тиску з утворенням льоду. Історично газові гідрати створювали проблеми в нафтовидобувній промисловості у зв'язку з можливістю спонтанного утворення гідратів у нафто- та газопроводах, що при водить до ускладнень при перекачуванні вуглеводнів у тр убопроводах. Однак останнім часом природні родовища газових гідратів стали об'єктом пильної уваги як джерело альтернативного палива в енергетиці. Величезні природні родовища газових гідратів виявлені поблизу багатьох існуючи х на фтови х родовищ, разом з нетиповими резервуарами, виявленими у вічній мерзлоті та у тонких шарах осадових порід в океані. За даними деяких джерел, тільки в США кількість метану, утримуваного в природних покладах гідрату метану, в 200 разів перевищує кількість існуючого вільного метану в природних родовищах. Крім того, підраховано, що потенційна енергія природних родовищ газових гідратів в 2 рази перевершує сукупну енергію існуючих родо 5 85444 6 вищ на фти, вугілля та природного газу разом узяводнів з підземних газових гідратів, що находяться тих. поблизу до підземних каналів. Цей спосіб включає: Існуючі способи витягання природного газу з (а) введення видільного агента у підземний канал; газових гідратів полягають у нагріванні та/або де(б) забезпечення контакту видільного агента з гакомпресії гідратів з метою виділення природного зовим гідратом; в результаті чого відбувається газу. Однак у цих методів є два великих недоліки. виділення вуглеводню в канал без плавлення гаПо-перше, потрібні великі витрати енергії, що призового гідрату; і (в) витягання виділеного вуглевоводить до збільшення вартості видобування газу. дню з каналу. По-друге, ці способи руйнують гідратні формації, Кращі варіанти винаходу детально описані оскільки і декомпресія, і нагрівання викликають нижче з посиланнями на наведені креслення, у плавлення гідратів. Це може привести до втрати яких: стабільності та/або руйнування осадових порід, що Фіг.1 є схемою, що ілюструє заміщення метану містять гідрати, і навколишніх підземних утворень. в гідраті метану видільним агентом - діоксидом Оскільки газові гідрати звичайно видобувають повуглецю. При цьому утворюються гідрат діоксиду близу нафтови х та газових родовищ, така втрата вуглецю та вільний метан, і стабільності може привести до ускладнень при на Фіг.2 наведена схема, на якій показаний вавидобуванні нафти та природного газу. ріант винаходу, застосовуваний для виділення Існує проблема, не пов'язана з одержанням газу з гідратної формації, розташованої поблизу газових гідратів - це виділення парникових газів в нафтової або газової свердловини. атмосферу Землі. Різноманітні процеси в різних Відповідно до даного винаходу, газ виділяєтьгалузях промисловості приводять до надмірного ся при контакті газового гідрату з видільним агенвиділення парникових газів, особливо, діоксиду том. Коли видільний агент контактує з газовим вуглецю, що при безперервному виділенні в атмогідратом, він спонтанно заміщає газ усередині гідсферу може призвести до необоротних змін клімаратної структури. Це спонтанне заміщення газу ту. Однак, спосіб видалення надлишкових парнивидільним агентом приводить до виділення газу з кових газів шля хом безперервного запобігання гідратної структури без плавлення цієї структури. їхнього виділення може бути досить дорогим. ТаГазовий гідрат, що вступає в контакт із видільким чином, бажано розробити новий спосіб зв'язуним агентом, краще, містить вуглеводень, зв'язавання парникових газів, зокрема, діоксиду вуглений з водою у твердій фазі. цю, який є більш ефективним та економічним у Ще краще, газовим гідратом є гідрат легкого порівнянні з існуючими способами. вуглеводню (С1-С4). Найкраще, газовим гідратом є Відповідно до зазначених вище проблем, багідрат метану. В одному варіанті винаходу газовим жано розробити більш ефективний та економічний гідратом є природний гідрат, який міститься в поспосіб видобування газу із природних газових гідрах підземної формації. Ця формація може вклюратів. чати пористу гірську або осадову породу, у якій Іншою метою винаходу є розробка способу умови температури та тиску сприяють утворенню видобування газу із природних газових гідратів, у гідратів природного газу. якому не потрібне значне нагрівання або декомпБажано, щоб видільний агент, що контактує з ресія зазначених гідратів. газовим гідратом, був сполукою, яка утворює терНаступною метою даного винаходу є розробка модинамічно більш стійку гідратну структур у поріспособу видобування газу із природних газових вняно з вихідною структурою. При цьому видільгідратів, у якому гідратна формація залишається ний агент спонтанно (тобто, без витрат додаткової стабільною. енергії) заміщає газ усередині гідрату без значних Ще однією метою даного винаходу є розробка змін температури, тиску або об'єму гідрату. Гідрат способу постійного зв'язування великих кількостей видільного агента, що складається з видільного діоксиду вуглецю. агента, зв'язаного з водою в кристалічному стані, Слід зазначити, що не всі цілі даного винаходу термодинамічно більш стійкий у порівнянні з вихіперелічені вище. Інші цілі стануть очевидними з дним гідратом природного газу за умови, що реакнижченаведеного докладного опису винаходу та ція заміщення сприяє утворенню гідрату видільноприкладеної формули винаходу. го агента. Термодинамічну стійкість вихідного Відповідно до одного з варіантів даного винагідрату природного газу та гідрату видільного агеходу, запропонований спосіб виділення вуглеводнта можна порівняти, визначивши значення вільнів з природної формації газового гідрату без істоної енергії Гіббса для кожного з гідратів на основі тного плавлення зазначеної формації. значень теплоти утворення газового гідрату та Відповідно до іншого варіанта даного винахогідрату видільного агента в природних умовах ісду запропонований спосіб виділення вуглеводнів з нування газового гідрату. Якщо значення вільної газового гідрату, який складається з вуглеводню, енергії Гіббса при утворенні гідрату видільного зв'язаного з водою в кристалічному стані. Спосіб агента менше значення вільної енергії Гіббса при відповідно до винаходу включає заміщення вуглеутворенні газового гідрату, у такому випадку реакводню видільним агентом, з виділенням вуглеводція зсувається убік утворення гідрату видільного ню, зв'язаного з водою в кристалічному стані; в агента. Бажано, щоб значення вільної енергії Гіббрезультаті утворюється заміщений гідрат, який са при утворенні гідрату видільного агента, примістить видільний агент, зв'язаний з водою у твернаймні, на 2% перевищувало енергію утворення дій фазі. газового гідрату; ще краще, щонайменше, на 5%, і Відповідно до ще одного з пунктів даного винайкраще, щонайменше, на 10%. Заміщення газу в находу запропонований спосіб одержання вугле 7 85444 8 гідратній структурі замінним агентом приводить до на модифікувати нафтову або газову свердловину виділення вільного газу з гідрату. (18) для застосування даної технології. Звичайно Відносну термодинамічну стійкість також мож свердловина (18) складається з бурової вишки (20) на визначити, порівнюючи діапазон стійкості гідрата обсадної труби (22). Свердловина (18) раніше ту видільного агента за температурою та тиском з використовувалася для видобування нафти та/або діапазоном стійкості газового гідрату. Якщо при газу з підземного резервуара (24) через нижні постійному тиску гідрат видільного агента є більш отвори (26) в обсадній трубі. Після завершення стабільним при підвищеній температурі порівняно видобування нафти та/або газу з підземної форз газовим гідратом, і якщо при постійній темперамації (24) в обсадну трубу (22) поміщають заглуштурі гідрат видільного агента є більш стабільним ку (28) вище о творів (26) і трохи нижче формації при зниженому тиску, тоді гідрат видільного агента гідрату метану (30). Верхні отвори (32) виконані в утворює термодинамічно більш стійку стр уктур у, обсадній трубі (22) вище заглушки (28) і поблизу ніж гідрат газу. Таким чином, використання видільгідратної формації (30). Після монтажу обсадної ного агента, який утворює термодинамічно більш труби із заглушкою (28) і перфораціями (32) до неї стійкий гідрат, дозволяє одержувати газ без плавподають рідкий діоксид вуглецю насосом (36) зі лення гідрату та дестабілізації гідратної структури. схови ща діоксиду вуглецю (34). Потім рідкий діокВ результаті будь-які зміни температури або тиску сид вуглецю, введений в обсадну трубу (22), через в гідратній структурі будуть мінімальними, найверхні отвори (32) ви ходить у гідратну формацію більш імовірно, менше 10% за шкалою Цельсія і (30), Раніше детально було описано, що при конменше 10% за шкалою Паскаля. Крім того, оскільтакті двоокису вуглецю з гідратом метану в гідратки заміщення вихідного газу видільним агентом ній формації (30) молекули діоксиду вуглецю спонвідбувається без плавлення або при незначному танно заміщають молекули метану, при цьому плавленні гідрату, які-небудь об'ємні зміни також виділяється вільний метан без плавлення гідратповинні бути мінімальними, найбільш імовірно, ної формації (30). Вільний метан, що виділяється, менше 10%. направляється назад в обсадну трубу (22), потраКраще, видільний агент, що контактує з газопляючи усередину труби через отвори (32). Витягвим гідратом, є невеликою полярною молекулою, нутий метан можна видалити з обсадної труби (22) розмір якої та хімічна взаємодія з молекулами воза допомогою насоса для метану (38). Одержаний ди в гідратах є такими, що видільний агент утвометан можна зберігати на буровій площадці в схорює структури, аналогічні гідрату метану. Бажано вищі метану (40) або відразу ж транспортувати також, щоб видільний агент, який контактує з газодля подальшого використання. Діоксид вуглецю, вим гідратом, перебував у рідкому стані. Краще, використовуваний для заміщення/виділення метамолекула видільного агента має розмір від 1 до 8 ну, постійно зв'язується в підземних гідратних фоангстрем, ще краще, від 2 до 5 ангстрем. Крім тормаціях. го, бажано, щоб діаметр молекули видільного агеОперації введення діоксиду вуглецю в гідратну нта приблизно на 100% відповідав діаметру молеформацію (30) і видалення метану, що виділився, кули метану, ще краще, на 50%. Краще, видільний можна повторювати доти, поки виділювана кільагент вибирають з групи, що складається з діоксикість вільного метану не знизиться до рівня еконоду вуглецю, оксиду азоту та їхніх сумішей. Наймічної рентабельності. Перелічені вище операції краще, видільний агент є діоксидом вуглецю в рідбажано повторювати до практично повного видікому стані. Як видільний агент також можна лення метану з гідратної формації. Оскільки діоквикористовува ти суміші діоксиду вуглецю з невесид вуглецю є термодинамічно кращим, ніж метан, ликими кількостями інших газів, таких як азот, геу гідратній формації, в процесі одержання метану лій і неон. Однак краще, щоб видільний агент, який формацію не потрібно піддавати декомпресії або контактує з газовим гідратом, містив приблизно не нагріванню. Отже, гідрат усередині формації не менше 50 молярних відсотків діоксиду вуглецю, плавиться і при цьому не відбувається втрати стаще краще, не менше 90 молярних відсотків СО2. більності формації. При контакті природного газу з видільним агентом Вищенаведений опис із посиланням на Фіг.2 бажано, щоб температура цього агента відповідастосується способу видобування метану з гідратів ла температурі гідрату природного газу, краще, природного газу в існуючих вироблених нафтових варіювала в межах 10°С від температури вихідноабо газових свердловинах. го газового гідрату. Слід розуміти, що технологію відповідно до Звернемося до Фіг.1 кращого варіанта винаховинаходу можна легко застосувати для видобуду, де рідкий діоксид вуглецю (10) контактує з гідвання метану з гідратів природного газу перед ратом метану (12), в результаті утворюється гідрат видобутком нафти та природного газу з відповіддіоксиду вуглецю (14) і виділяється вільний метан ної свердловини. Крім того, технологію відповідно (16) без плавлення гідрату. Не вдаючись у теорію, до винаходу можна застосувати для одержання передбачається, що ця реакція протікає спонтанметану з гідратів природного газу поза зв'язком з но, оскільки зміна вільної енергії Гіббса сприяє видобуванням нафти або природного газу. заміщенню метану в гідраті на діоксид вуглецю з Незважаючи на те, що цей винахід розглянуутворенням гідрату діоксиду вуглецю (на кілька тий в рамках кращих на сьогодні варіантів здійсккал/моль), що випливає з розрахунку теплот нення, фахівці в цій області техніки можуть викоутворення обох гідратів при стандартній темперанати різні варіанти та модифікації, причому такі турі та тиску. варіанти входять до об'єму опису винаходу та приДаний винахід можна застосовувати в системі, кладеної формули винаходу. представленій на Фіг.2. На Фіг.2 показано, як мож 9 Комп’ютерна в ерстка В. Мацело 85444 Підписне 10 Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601