Спосіб визначення вмісту газогідратів в придонному шарі морських осадків

1. Спосіб визначення вмісту газогідратів в придонному шарі морських осадків, що базується на використанні ефекту поглинання тепла при розпаді газогідратів та реалізується через вимірю 3 89104 4 4. Для відбору зразків донних осадків викорисз фазовою діаграмою стабільності гідрату метану товують масивні ґрунтові трубки великого діамет(Фіг.1) можна зробити висновок, що для порушенру, занурення яких у донні відклади порушує їх ня фазової рівноваги гідрату метану в донних відприродне залягання і, як наслідок, впливає на їх кладах на малих глибинах досить підняти темпефізичні параметри та ускладнює прив'язку зразків ратуру на декілька градусів, а при глибинах моря до конкретної глибини. понад 3000м - на 10-15°С. Реалізація таких темпеМетою винаходу є розробка нової технології, ратур може бути здійснена за відносно низьких підвищення надійності, інформативності та операпотужностей нагрівача. тивності визначення вмісту газогідратів в придонЗа результатами нагрівання осадків джерелом ному шарі морських осадків в умовах їх природнопостійної потужності можливо визначити їх теплого залягання. провідність з рівняння (1) за відомою методикою Суть винаходу полягає в тому, що вміст газогі[4]. В логарифмічному масштабі зміна температудратів в придонному шарі морських осадків визнари в часі за рівнянням (1) є пряма лінія, кут нахилу чають в умовах природного залягання за особлиякої зв'язаний з теплопровідністю середовища востями зміни їх температури в часі при оберненою залежністю. Тобто, за різницею темпеодночасному нагріванні та вимірюванні темпераратур (Т2 – Т1) на часовому відрізку від t1 до t2 котури, що дозволяє при піднятті температури до ефіцієнт теплопровідності визначається із співвідрівня температур фазової рівноваги газогідратів ношення визначати їх наявність за різкою зміною темпу наQL ln t2 / t1 . (2) грівання, обумовленою поглинанням тепла при їх 4 (T2 T1) розпаді; крім цього за зміною температур при наДля оцінки теплопровідності осадків із вмістом гріванні осадків можна визначити їх теплопровідгазогідратів максимальне підвищення температури ність і одержати додатковий критерій для визнане повинно перевищувати температуру стабільночення наявності газогідратів, враховуючи, що їх го існування газогідратів. В практичній реалізації теплопровідність суттєво нижча за теплопровідспособу вибір потужності джерела і відповідно ність осадків (0,5Вт/м К проти 0,8-1,0Вт/м К осадпідвищення температури, яке визначається за фоків), а при розпаді газогідратів вона суттєво змінюрмулою (1), повинен бути узгоджений з кривою ється в зв'язку з виділенням вільної води та газу. фазової рівноваги системи газ + вода газогідРозпад газогідратів потребує теплової енергії, торат. му з початком їх розпаду темп нагрівання сповільФіг.1 ілюструє термобаричні умови фазової рінюється, або припиняється повністю в залежності вноваги системи метан + вода газогідрат в від концентрації газогідратів. залежності від солоності води (1 - чиста вода, 2 Для нагрівання осадків з одночасним вимірюморська вода) [1]. Пунктирні лінії обмежують поле ванням температури можна використати різні технайбільш імовірних природних температур донних нічні конструкції. Але найбільш оптимальним з відкладів морів і океанів (крива 3 - залежність від точки зору впровадження конструкції в слабо ущіглибини моря температури донних відкладів у Чольнені осадки дна є циліндричний зонд малого рному морі). Із Фіг.1 випливає, що гідрати метану в діаметру. Якщо циліндричний зонд довжиною L і донних відкладах морів і океанів можуть утворюдіаметром r (L набагато більше за r) є лінійним ватися та існувати починаючи з глибин 320-380м джерелом тепла постійної потужності QL на одиза температур 2-4°С і до 730-780м за температур ницю довжини, то розподіл температур T навколо 10-10,5°С. нього через деякий проміжок часу визначається На Фіг.2 наведено розраховані за формулою рівнянням [4] (1) температурні криві, які характеризують зміну QL 4a температури осадків з теплопровідністю T ln t ln (1) 4 0,87Вт/м К в часі на контакті з циліндричним зонCR 2 , дом малого діаметру (криві 1, 2, 3) і на віддалі від де - коефіцієнт теплопровідності середовинього 0,4 см (криві 4, 5, 6) при їх нагріванні лінійща, Вт/м К; ним джерелом тепла потужністю 30 (криві 1 і 4), 20 2 а - коефіцієнт температуропровідності, м /с; (криві 2 і 5) і 10 (криві 3 і 6) Вт/м. Підвищення темt - час, с; ператури через 10 хвилин на поверхні зонду стаR - віддаль від осі лінійного джерела тепла, м; новить відповідно 16,5, 11 і 5,5°С, а на віддалі С - постійна Ейлера, С = 1,7811. 0,4см - 7,7, 5,1 і 2,5°С. Співставлення цих даних з Величину надлишкової температури Т, на яку фазовою діаграмою стабільності гідрату метану потрібно нагріти осадки відносно рівня їх природ(Фіг.1) показує, що за природної температури осаних температур, і відповідно потужність нагрівача дків 4°С підвищення температури, обумовлене за формулою (1) розраховують як різницю між телінійним джерелом тепла потужністю 20 і 30Вт/м, мпературою фазової рівноваги газогідрату для забезпечує умови розпаду гідрату метану безподаної глибини моря і природною температурою середньо на контакті з циліндричним зондом при осадків. глибинах моря відповідно до 1500 і 3000м, а на Природна температура донних відкладів завіддалі 0,4см - до 700 і 950м. Для досягнення відлежить від багатьох факторів і, зокрема, від глиповідних умов при більших глибинах моря необбини моря. Практично вона не виходить за межі 2хідно підвищити потужність джерела, або збільши10°С. У внутрішніх та крайових морях, які знахоти час нагрівання. В Чорному морі, де дяться в середніх широтах, вона складає 7-10°С (в температура донних відкладів складає 8-9°С, а Чорному морі - 8-9°С). Порівнюючи ці температури глибина моря не перевищує 2200м, потужність 5 89104 6 нагрівача 20Вт/м забезпечує розпадання гідратів сить рівномірно весь поровий простір осадків або метану на контакті з зондом у всьому інтервалі лише окремі тріщини, а можуть утворювати локаглибин їх існування. лізовані вкраплення поодиноких кристалів або їх Наведені результати розрахунків мають ексскупчення, а тому їх вплив на тепловий баланс і периментальне підтвердження. На Фіг.3 наведено розподіл температур буде різний. результати експериментального дослідження темТехнічними результатами винаходу є наступператури в придонному шарі осадків Чорного моря не: при їх нагріванні. Вимірювання виконувались цилі- створення нової технології визначення газондричним зондом, усередині якого знаходились гідратності придонного шару осадків морів і океанагрівач і чотири датчики температури, розміщені нів; вздовж нагрівача через 0,5м. Температурні криві, - підвищення надійності діагностики газогідранаведені на Фіг.3, зареєстровані за потужності тності морських осадків, оскільки оцінка наявності нагрівача 20Вт/м датчиками температури на глигазогідратів виконується безпосередньо в умовах бинах 2,5м (крива 1), 1,75м (крива 2), 1,25м (крива природного залягання осадків; 3) і 0,75м (крива 4) від поверхні дна. Вони узго- підвищення інформативності в зв'язку з можджуються з теоретичними кривими, розрахованиливістю для оцінки вмісту газогідратів використати ми за формулою (1) для однорідного середовища, два критерії, які визначаються за одними і тими ж що свідчить про відсутність в них газогідратів. На результатами вимірювання температури осадків Фіг.4 наведено температурні криві, зареєстровані при одночасному їх нагріванні - за зміною темпу тим же зондом за такої ж потужності нагрівача, але нагрівання і за зміною теплопровідності; їх характер (криві 1, 2, 3) суттєво змінюється. При - збільшення оперативності за рахунок скоропідвищені температури до 6-7°С темп нагрівання чення спуско-піднімальних операцій для відбору і різко сповільнюється, що свідчить про наявність в піднімання на поверхню зразків порід з придонного осадках в зоні 1, 2 і 3 датчиків процесів, які прохошару осадків. дять з поглинанням тепла, обумовленим розпадом Джерела інформації: гідратів метану (гідрати метану в пункті вимірю1. Sloan E.D. Clasthrate hydrates of natural gasвання температури були виявлені в зразках донes. - N.Y.; Basel: Marcel Dekker, 1990. - 641p. них відкладів, піднятих ґрунтовими трубками). 2. Vassilev A.D. Mathematical model of a method Верхній датчик ніяких змін в розподілі температур for on-board geothermal measurements // Comptes не зареєстрував, що дає підстави для висновку Rendus de l'Academie bulgare des Sciences. - 1996. про відсутність в його зоні газогідратів. - Vol.49, №11-12. - P.25-28. Як видно з Фіг.4 присутність газогідратів в 3. Шнюков Е.Ф., Коболев В.П. Геологоосадках суттєво змінює розподіл температур при геофизические исследования в 57-ом рейсе научїх нагріванні. Ці зміни можуть бути різними, але но-исследовательского судна «Профессор Водяголовний критерій - сповільнення темпу нагрівання ницкий» в Черном море // Геофиз. журн. - 2004. або повне припинення підвищення температури Т.26, №6. - С.185-189. залишається. Особливості зміни температури за4. Карслоу Г., Егер Д. Теплопроводность тверлежать від концентрації газогідратів і форми їх дых тел. - М.: «Наука», 1964. - 488с. локалізації. Газогідрати можуть заповнювати до 7 89104 8 9 Комп’ютерна верстка В. Мацело 89104 Підписне 10 Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601