Спосіб утилізації двоокису вуглецю у морських газогідратних родовищах

Реферат: Спосіб утилізації двоокису вуглецю у морських газогідратних родовищах включає буріння свердловини в морському дні, нагнітання двоокису вуглецю у свердловину під тиском, який вищий за існуючий в газогідратному пласті, відкачування газу метану, попереднє визначення висоти, температури і тиску газогідратного пласта. Після буріння свердловини проводять щільнісний гамма-гамма каротаж газогідратного родовища, визначають за ним точну висоту газогідратного пласта, виконують перфорацію зовнішньої труби свердловини. В свердловину закачують воду під тиском, що перевищує пластовий тиск у природному газогідратному пласті, до формування тріщини розриву в природному газогідратному пласті на робочому горизонті гідророзрив, нагнітають двоокис вуглецю у свердловину з температурою, що перевищує на 1-3 °С температуру газогідратного пласта, проводять повторний щільнісний гамма-гамма каротаж газогідратного родовища. За ним визначають висоту і межу заміщення газогідрату метану газогідратом двоокису вуглецю, виконують чергову перфорацію зовнішньої труби і черговий гідророзрив пласта на межі газогідрату двоокису вуглецю і вищезалягаючого газогідрату метану, при цьому свердловину бурять до підошви газогідратного розроблюваного пласта. UA 87935 U (12) UA 87935 U UA 87935 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до галузі екології, охорони навколишнього середовища від глобального потепління за рахунок утилізації парникових газів у морських родовищах природних газогідратів, а також до газодобувної галузі. Відомий спосіб утилізації двоокису вуглецю (далі за текстом СО 2) [1], що включає закачування і зберігання СО2 в підземних пустотах, які сформувалися в геологічному масиві в результаті природних геологічних процесів або видобування корисних копалин. Недоліком даного способу є необхідність пошуку таких природних геологічних структур і ретельний моніторинг умов зберігання СО2 на предмет його витоку у відпрацьованих родовищах. Відомий спосіб добування і транспорту природного газу з газових і газогідратних морських родовищ [2], який включає добування природного газу свердловинами з одночасним його поданням на пересувний засіб, де газ метан (далі за текстом СН4) переводять в гідратний стан і транспортують на берег. До недоліків даного способу належить те, що для його впровадження необхідна наявність важкого обладнання на плавучій платформі, що робить її малорухливою і нездатною до швидкого переміщення від однієї ділянки газогідратного родовища до іншої. Для переведення видобутого газу в гідрат СН4 також необхідна велика кількість води, що потребує додаткових матеріальних витрат. Найближчим до даної корисної моделі за технічною суттю і результату, що досягається, є «Спосіб добування газу метану з морських газогідратних родовищ» [3], який включає: буріння свердловини в морському дні, закачування СО2, відкачування газу СН4, попереднє визначення висоти газогідратного пласта, а також його тиску і температури. Свердловину бурять нижче за рівень залягання розроблюваного пласта, нагнітають СО 2 у свердловину під тиском, що перевищує існуючий тиск у газогідратному пласті, з температурою, яка відповідає температурі газогідратного покладу. Недоліками даного способу є: значна трудомісткість робіт, величезний об'єм бурових робіт 3 по мережі 77 м, низька продуктивність процесу (за 100 діб відпрацьовується лише 126,9 м газогідратного покладу). В основу корисної моделі поставлена задача створення способу утилізації двоокису вуглецю у морських газогідратних родовищах, при якому за рахунок проведення щільнісного гаммагамма каротажу газогідратного родовища, перфорування зовнішньої труби свердловини, закачування в неї води під тиском, що перевершує тиск у природному газогідратному пласті, до формування тріщини розриву в природному газогідратному пласті на робочому горизонті і нагнітання в неї двоокису вуглецю до повного заміщення газогідрату метану газогідратом двоокису вуглецю робочого горизонту, проведення повторного щільнісного гамма-гамма каротажу і визначення за ним висоти і межі заміщення газогідрату метану газогідратом двоокису вуглецю, проведення чергової перфорації зовнішньої труби і чергового гідророзриву на межі газогідрату двоокису вуглецю і вищезалягаючого газогідрату метану досягається технічний результат - скорочується об'єм буріння і багаторазово збільшується продуктивність процесу утилізації двоокису вуглецю і видобування газу метану з природних газогідратних родовищ. Поставлена задача вирішується тим, що в способі утилізації двоокису вуглецю у морських газогідратних родовищах, що включає буріння свердловини в морському дні, нагнітання двоокису вуглецю у свердловину під тиском, який вищий за існуючий в газогідратному пласті, відкачування газу метану, попереднє визначення висоти, температури і тиску газогідратного пласта, згідно з корисною моделлю, після буріння свердловини проводять щільнісний гаммагамма каротаж газогідратного родовища, визначають за ним точну висоту газогідратного пласта, виконують перфорацію зовнішньої труби свердловини, в неї закачують воду під тиском, що перевищує пластовий тиск у природному газогідратному пласті, до формування тріщини розриву в природному газогідратному пласті на робочому горизонті - гідророзрив, нагнітають двоокис вуглецю у свердловину з температурою, що перевищує на 1-3 °С температуру газогідратного пласта, проводять повторний щільнісний гамма-гамма каротаж газогідратного родовища, визначають за ним висоту і межу заміщення газогідрату метану газогідратом двоокису вуглецю, виконують чергову перфорацію зовнішньої труби і черговий гідророзрив пласта на межі газогідрату двоокису вуглецю і вищезалягаючого газогідрату метану, при цьому свердловину бурять до підошви газогідратного розроблюваного пласта. Морські газові гідрати являють собою тверді кристалічні сполуки (клатрати), утворені молекулами води й основними компонентами природного газу СН 4. Відповідно до сучасних геологічних даних, в донних осадках морів і океанів у вигляді твердих газогідратних відкладів знаходяться величезні запаси вуглеводневого газу. Так, потенційні запаси метану в газогідратах 16 3 оцінюються величиною 210 м . Викиди CН4 є значним джерелом парникових газів. На частку 1 UA 87935 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 СН4 доводиться, за оцінками, приблизно 20 % глобального потепління. Іншим найважливішим джерелом кліматичних змін, на частку якого доводиться близько 64 % глобального потепління, є діоксид вуглецю (вуглекислий газ) СО2 [4]. На фіг. 1, 2 представлена схема реалізації способу утилізації двоокису вуглецю у морських газогідратних родовищах, де: 1 - резервуар для метану; 2 - резервуар для двоокису вуглецю; 3 - плавуча платформа; 4 - зовнішня труба свердловини; 5 - внутрішній трубопровід; 6 - тріщина розриву в природному газогідратному пласті; 7 - зони розкладання природного газогідрату СН4 і заміщення його газогідратами двоокису вуглецю; 8 - обладнання для формування тріщини розриву; 9 - крива щільнішого гамма-гамма каротажу газогідратного родовища до заміщення природного газогідрату СН4 газогідратами двоокису вуглецю; 10 - крива щільнісного гамма-гамма каротажу після заміщення природного газогідрату СН4 газогідратами двоокису вуглецю; 11 - зони заміщення природного газогідрату СН4 газогідратами двоокису вуглецю. Запропонована схема припускає утилізацію СО 2 у вигляді газогідрату з одночасним розкладанням і видобуванням СН4 з відкладів природних газогідратів на середніх і великих глибинах із забезпеченням контролю процесу заміщення природного газу СН 4 (Фіг. 1) на газ СО2 (Фіг.2) із значним зниженням дестабілізації відкладів газогідрату СН4 і негативного впливу на навколишнє середовище, зростання продуктивності процесу утилізації СО2, видобування СН4 і зміцнення морського дна за рахунок стабільніших газогідратів СО 2 і відповідності запропонованої технології сучасним технологіям буріння свердловин. У прототипі СН4 видобувається з природного гідрату шарами знизу до верху, оскільки це обумовлено розміром зони дисоціації гідрату: за 100 діб радіус розкладання рівний 3,5 м від стінки свердловини з висотою 3,5 м, що є одним шаром. Об'єм цього шару 3 3,143,53,53,5=134,6 м . За способом, що заявляється, для формування зони розкладання природного газогідрату СН4 7 і заміщення його газогідратами СО2 11 створюється тріщина розриву 6 у газогідратномуу 2 3 пласті площею не менше 31 400 м . Об'єм зони дисоціації складе 31 4003,5=109 900 м , який більш ніж у 800 разів перевищує об'єм заміщуваного шару у прототипі. Порівняльний аналіз рішення, що заявляється, з прототипом дозволяє зробити висновок, що пропонований спосіб відрізняється від відомого такими операціями: після буріння свердловини провадять щільнісний гамма-гамма каротаж (далі за текстом ГГК) газогідратного родовища, визначають за ним точну висоту газогідратного пласта, роблять перфорацію зовнішньої труби свердловини, в неї закачують воду під тиском, що перевищує пластовий тиск у природному газогідратному пласті, до формування тріщини розриву в природному газогідратному пласті гідророзрив, нагнітають двоокис вуглецю у свердловину з температурою, що перевищує на 1-3 °С температуру газогідратного пласта, провадять щільнісний гамма-гамма каротаж газогідратного родовища, визначають за ним висоту і межу заміщення газогідрату метану газогідратом двоокису вуглецю, роблять чергову перфорацію зовнішньої труби і черговий гідророзрив пласта на межі газогідрату двоокису вуглецю і вищезалягаючого газогідрату метану, при цьому свердловину бурять до підошви природного газогідратного розроблюваного пласта. Спосіб утилізації двоокису вуглецю у морських газогідратних родовищах здійснюється таким чином. Заздалегідь визначають пластовий тиск і температуру газогідратного пласта, а також його потужність. З плавучої платформи 3 відомим способом бурять вертикальну свердловину із зовнішньою трубою 4 діаметром 400 мм до підошви розроблюваного газогідратного покладу на глибину 600 м з поверхні моря, що на 100 м глибше (нижче) поверхні дна Чорного моря. Потім в зовнішню трубу свердловини 4 опускають на вибій зонд ГГК і записують криву щільності ГГК 9 газогідратного родовища від вибою свердловини до поверхні дна моря. Після закінчення геофізичних робіт у свердловині, використовуючи обладнання 8 для формування тріщини розриву, в зовнішній трубі 4 здійснюють перфораційні роботи, нагнітають воду під тиском, що перевищує тиск у газогідратному пласті, до утворення тріщини розриву 6 природного газогідратного пласта, тобто здійснюють гідророзрив пласта, в результаті якого пласт розшаровується з формуванням тріщини розриву 6 необхідної площі. Потім опускають внутрішній трубопровід 5 діаметром 200 мм. З резервуара 2 для СО 2 на платформі 3 відкачують 2 UA 87935 U 3 5 10 15 20 25 30 35 40 45 газ об'ємом 18,84 м , який заповнює внутрішній трубопровід 5 на всю його довжину із швидкістю 0,002 м/с. Температура закачуваного газу СО2 рівна +10 °С, що на 1-3 °С вище температури газового гідрату на глибині моря 500-600 м; у зонах 7 метановий газогідрат розпадається й утворюється газогідрат СО2 шар за шаром. Утворення газогідрату СО2 в ненасиченому розчині газу буде поступовим: на поверхні мікропузирчиків або на поверхні конденсату води в об'ємі газу починає розвиватися активний процес зростання кристалів з утворенням великих скупчень газогідрату двоокису вуглецю. Метан звільняється з природного газогідрату і відкачується по зовнішній трубі 4 із швидкістю 0,004 м/с в резервуар 1 для СН4 на платформі 3. Через те, що температура у внутрішньому трубопроводі близько +10 °С, метан, що звільнився з покладу, не формуватиме газогідрат метану, тому що термобаричні умови його утворення не виконуються на даній глибині. Швидкість закачування СО2 і відкачування СН4 з природного газогідрату контролюється існуючим тиском і температурою в газогідратному покладі. Відпрацювання газогідратного покладу ведуть шарами знизу до верху, тому що це обумовлюється розміром зони дисоціації газогідрату СН4. Процеси заміщення СН4 й утворення газогідрату двоокису вуглецю відбуваються одночасно. Після формування першого шару заміщення газогідрату метану газогідратом двоокису вуглецю 11 і відкачування з цього шару СН4 на глибині 600 м трубопровід піднімають на висоту першого шару, яку визначають по кривій ГГК 10 (густина газогідрату СО2 вища за густину газогідрату СН4 на 10-15 %), і починають відпрацювання наступного шару природного газогідрату аналогічно. Наступні шари відпрацьовуються в такий же спосіб до самої поверхні дна Чорного моря. Після відпрацювання всіх шарів на відстані 100 м від виробленого простору бурять наступну свердловину і процес утилізації СО2 і видобування СН4 повторюється. Пропонований спосіб забезпечує не тільки одночасні утилізацію парникового газу - двоокису вуглецю у вигляді його газогідрату і видобування парникового газу метану безпосередньо з природного газогідратного родовища й, отже, зниження негативного впливу парникових газів на навколишнє середовище, але і багаторазово збільшує продуктивність утилізації двоокису вуглецю і видобування метану, скорочує об'єм буріння свердловин на площі природного газогідратного родовища за рахунок збільшення об'єму зони дисоціації природного газогідрату в результаті розшарування і формування тріщини розриву в газогідратному пласті. Джерела інформації: 1. Улавливание и хранение двуокиси углерода. Резюме для лиц, определяющих политику, и Техническое резюме [Электронный ресурс] / Специальный доклад Межправительственной группы экспертов по изменению климата, 2005, ISBN 92-9169-419-3. Режим доступа: http://www.ipcc.ch/pdf/special-reports/srccs/srccs spm ts ru.pdf. 2. Способ добычи и транспорта природного газа из газовых и газогидратных морских месторождений - «Цветы и пчелы» [Текст]: пат. 2198285 RU: МПК Е21В 43/01 / Якушев B.C.; Всероссийский научно-исследовательский институт природных газов и газовых технологий Российского акционерного общества «Газпром». - № 98113838/03; заявл. 13.07.1998; опубл. 10.02.2003. 3. Спосіб добування газу метану з морських газогідратних родовищ [Текст]: пат. 65280 Україна: МПК Е21В 43/00 / Бондаренко В.І., Овчинніков М.П., Свєткіна О.Ю., Ганушевич Κ.Α., Сай К.С. - №201108449; заявл. 05.07.2011; опубл. 25.11.2011, Бюл. №22. 4. Киотский протокол к Рамочной конвенции Организации Объединенных Наций об изменении климата [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://unfccc.int/resource/docs/convkp/kprus.pdf. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 50 55 60 Спосіб утилізації двоокису вуглецю у морських газогідратних родовищах, що включає буріння свердловини в морському дні, нагнітання двоокису вуглецю у свердловину під тиском, який вищий за існуючий в газогідратному пласті, відкачування газу метану, попереднє визначення висоти, температури і тиску газогідратного пласта, який відрізняється тим, що після буріння свердловини проводять щільнісний гамма-гамма каротаж газогідратного родовища, визначають за ним точну висоту газогідратного пласта, виконують перфорацію зовнішньої труби свердловини, в неї закачують воду під тиском, що перевищує пластовий тиск у природному газогідратному пласті, до формування тріщини розриву в природному газогідратному пласті на робочому горизонті - гідророзрив, нагнітають двоокис вуглецю у свердловину з температурою, що перевищує на 1-3 °С температуру газогідратного пласта, проводять повторний щільнісний гамма-гамма каротаж газогідратного родовища, визначають за ним висоту і межу заміщення 3 UA 87935 U газогідрату метану газогідратом двоокису вуглецю, виконують чергову перфорацію зовнішньої труби і черговий гідророзрив пласта на межі газогідрату двоокису вуглецю і вищезалягаючого газогідрату метану, при цьому свердловину бурять до підошви газогідратного розроблюваного пласта. 4 UA 87935 U Комп’ютерна верстка А. Крулевський 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 5