Спосіб добування метану з гідрату метану

Реферат: Винахід стосується способу добування метану з гідратів метану, що включає наступні кроки: подача діоксиду вуглецю в родовища гідрату метану; забезпечення можливості впливу діоксиду вуглецю на гідрат метану для виділення метану і зберігання вуглекислого газу у вигляді гідрату діоксиду вуглецю; та вилучення виділеного метану, який відрізняється тим, що діоксид вуглецю, який подають, є надкритичним діоксидом вуглецю. UA 98432 C2 (12) UA 98432 C2 UA 98432 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід стосується способу отримання метану, що знаходиться у гідратах газів, і в той же час збереження діоксиду вуглецю (СО2) в геологічних надрах. Величезні обсяги природного газу зберігаються на морському дні у вигляді твердого, льодоподібного гідрату метану. Ці природні родовища, ймовірно, містять більше енергії і вуглецю (близько 3000 Gt C), ніж усі традиційні родовища вугілля, нафти і газу на нашій планеті. Тому гідрати газів відіграють важливу роль в якості майбутнього джерела природного газу. Запаси гідратів метану були підтверджені на майже всіх континентальних шельфах у воді на глибині приблизно 400 метрів. Вони стабільні лише при високому тиску і низьких температурах. Вони зустрічаються там, де достатньо органічного вуглецю було відкладено в осаді, а умови тиску та температури створили можливість для фіксації метану в гідратах метану. Багато прибережних держав мають великі національні родовища (наприклад, Китай, Індія, Японія, Південна Корея, Бразилія, Чилі, США, Канада, Норвегія, Росія). Крім цього, гідрати метану були виявлені на землі під товстим шаром вічної мерзлоти. Ці поклади гідрату, як відомо, перш за все, в Сибіру, Канаді і на Алясці. Фіг. 1 показує діаграму фаз метану в морській воді. Гідрати метану стабільні тільки при високому тиску і низьких температурах. Межі розділу фаз між гідратом і газом стосуються чистого гідрату метану з ґраткою типу І і морської води з вмістом солей до 35 % за масою. Межі розділу фаз між гідратом і газом стосуються чистого гідрату метану, що має ґратки типу І. Гідрати метану існують в різних типах ґратки. Тип І є найбільш поширеним і найбільш широко існуючим варіантом. Фіг. 2 показує кластер гідрату метану з ґраткою типу І; в цьому типі, в середньому одна молекула метану приходиться на 5, 7 молекул води. Молекули метану представлені у вигляді великих сфер, в той час як малі сфери, з'єднані чорними лініями, представляють ґратку гідрату, яка складається з молекул води. В даний час, поклади гідрату метану розробляються в усьому світі для отримання природного газу. Для вилучення природного газу гідрати спочатку повинні бути розбиті в геологічних надрах. В процесі, метан, який зафіксований у водних клітках гідратів, виділяється у вигляді газу, який може бути вилучений за допомогою однієї або декількох свердловин з використанням традиційних технологій. В даний час це, по суті, дотримуються таких різних підходів: - знижують тиск в родовищі; - підвищують температуру в родовищі; - додають хімічні речовини для розкладання гідратів. Патент США № 7222673 розкриває заміну метану в гідратах газу на діоксид вуглецю (СО 2), не руйнуючи гідратної структури. У процесі, гідрати вступають в контакт з рідким СО 2. Реакція протікає без зовнішнього постачання енергії, так як гідрати СО 2, які утворюються, є більш стійкими, ніж природні гідрати метану. Цей тип видобутку природного газу має додаткову перевагу, яка полягає в тому, що в той же час СО2, який також відповідає за розігрів Землі як значущий для клімату парниковий газ, можна безпечно зберігати під землею і, таким чином, видаляти з атмосфери. Недоліком цього способу є низька швидкість реакції заміщення при збереженні гідратної структури, яка дозволяє досягти тільки дуже низьких темпів виробництва. WO2005/076904 описує спосіб зберігання СО2 під морським дном шляхом введення газоподібного СО2 в ділянки гідрату метану. Утворюється гідрат СО 2, тепло, яке виділяється, призводить до дисоціації гідрату метану, а також до виділення метану. Планується збирати та використовувати метан, який був виділений. Високий вміст газоподібного СО 2 є недоліком при використанні газу метану, який був виділений для отримання енергії шляхом спалювання. Темпи виробництва, які можливі, також є низькими, оскільки виділення метану з гідрату метану можливе тільки за допомогою тепла, яке вивільняється при утворенні гідрату СО 2. Таким чином ціль винаходу полягає в тому, щоб створити спосіб для вилучення гідратів вуглеводнів, зокрема метану, з гідратів при темпах виробництва вищих, ніж були можливі раніше, і в той же час для зберігання СО 2 в геологічних формаціях. Поставлена ціль вирішується способом, що має характеристики за пунктом 1. Підпункти визначають переважні втілення винаходу. Для вилучення природного газу і для зберігання СО 2 в надрах, пропонується ввести надкритичний СО2 в поклади гідрату. У способі, гідрати метану розкладаються термічно і хімічно при високій швидкості й у великому діапазоні навколо свердловини для введення, таким чином, що можна досягти високих темпів виробництва природного газу. Фіг. 3 показує діаграму фаз СО2 в морській воді в залежності від тиску і температури. Межа фази між гідратом і рідким СО2 стосується чистого гідрату СО2 з ґраткою типу І і морської води з вмістом солей до 35 % за масою. Критична точка СО2 знаходиться на рівні 7,4 МПа і 31,48 °C. 1 UA 98432 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 При більш високих температурах і тиску СО 2 переходить в так звану надкритичну фазу. Особливістю цієї фази є те, що немає різких переходів і енергетичних бар'єрів між газоподібним і рідким станом; більше не може розрізнити газову і рідку фази. Надкритичний СО2 відрізняється від рідкого або газоподібного СО2. Він складається з кластерів СО2, які зв'язані між собою лише вільно. Він має дуже особливі характеристики, які є особливо сприятливими для виробництва природного газу з гідратів. Надкритичний СО2 реагує дуже легко і швидко з гідратами метану, оскільки гідрати метану руйнуються і термічно, і хімічно. При температурі вище 31,48 °C гідрати метану нестійкі і, таким чином, розплавляються надкритичним СО2. Термальне руйнування гідрату метану відбувається при набагато вищій швидкості, ніж повільний обмін молекулами газу, у той час структура гідрату зберігається. У той же час, клітки води атакуються хімічною реакцією з кластерами СО 2 і руйнуються. Через термічну і хімічну енергії, які діють одночасно, вивільнення природного газу з гідратів метану за допомогою надкритичного СО 2 відбувається швидше, ніж за допомогою рідкого або газоподібного СО2 або теплої води тієї ж температури. Нагнічена надкритична рідина СО2 має низьку в'язкість і високу рухливість. Тому тепло може поширюватися швидко в надра шляхом швидкої конвекції малов'язкого надкритичного СО 2 в простори пор, так що гідрати метану плавляться на великій ділянці навколо свердловини для введення. Через властивості текучості надкритичного СО 2, виділення природного газу з гідратів метану за винаходом значно ефективніше, ніж коли використовується тепла вода тієї ж температури, тому що при тій же температурі, надкритичний СО 2 має помітно меншу в'язкість і більш високу швидкість розповсюдження, ніж тепла вода. Додаткова перевага способу, який був запропонований, полягає в тому, що в безпосередній близькості від свердловини для введення не утворюється або утворюється дуже мало гідрату СО2 з а рахунок локального підвищення температури, що дозволяє уникнути засмічення труб подачі і простору пор. У способі, який був запропонований, крім того, простір пор і формуюча вода, що залишилася, насичуються СО2, так що можна уникнути зворотної реакції, тобто утворення гідрату метану з природного газу, який виділяється. За допомогою способу, який був запропонований, можна досягти привабливих в економічному плані темпів виробництва природного газу. Таким чином, можна обійтися без додаткових способів для руйнування гідратів метану, таких, як введення теплої води, зниження тиску або додавання хімічних речовин. Надкритичний СО2 залишається в надрах. Він буде повільно остигати протягом часу, і, нарешті, перетворюватися в гідрат СО2. Відповідно до винаходу гідрат метану спочатку плавиться і розкладається, гідрат СО 2 утворюється пізніше, після того, як видобуток природного газу був припинений повністю або частково, і тепло залишило резервуар за рахунок теплопровідності. Спосіб може бути реалізований в різних варіантах. Наприклад, можна ввести надкритичний СО2 в родовище, використовуючи окремі свердловини для введення. Для цього свердловина повинна бути ізольована термічно, щоб мінімізувати втрати тепла між буровою платформою і родовищем. Газ метан, який був виділений, може бути вилучений за допомогою окремої свердловини. Крім того, можна проводити введення СО2 і видобуток природного газу на одній і тій же свердловині. Крім того, також може здійснюватися горизонтальне буріння або можуть бути використані методики гідропласта для збільшення проникності гідрат-вмісних шарів покладів. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 50 55 60 1. Спосіб добування метану з гідрату метану, у якому: подають діоксид вуглецю в родовище гідрату метану; забезпечують можливість впливу діоксиду вуглецю на гідрат метану з виділенням метану і зберіганням діоксиду вуглецю у вигляді гідрату діоксиду вуглецю; вилучають виділений метан, який відрізняється тим, що діоксид вуглецю, який подають, є надкритичним діоксидом вуглецю. 2. Спосіб за п. 1, у якому надкритичний діоксид вуглецю, який подають, знаходиться під тиском більше 7,4 МПа і зберігають при температурі вище 31,48 °C. 3. Спосіб за одним з попередніх пунктів, у якому надкритичний діоксид вуглецю подають в природні родовища гідрату метану. 4. Спосіб за п. 3, у якому природні родовища гідрату метану знаходяться під водою. 2 UA 98432 C2 5. Спосіб за одним з попередніх пунктів, у якому надкритичний діоксид вуглецю подають в родовища гідрату метану в теплоізольованих трубах. 6. Спосіб за одним з попередніх пунктів, у якому надкритичний діоксид вуглецю нагнітають в родовище гідрату метану. 3 UA 98432 C2 Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4