CC BY
51
УДК 553.01
ЭКСПЕРТНАЯ ОЦЕНКА МИРОВЫХ ЗАПАСОВ АКВАЛЬНЫХ ЗАЛЕЖЕЙ ГАЗОГИДРАТОВ
© 2012 г. А.Е. Воробьев*, Е.В. Чекушина*, Ю.И. Разоренов**
^Российский университет дружбы народов *The Russian University of Friendship of the People.
**Южно-Российский государственный **South-Russian State
технический университет Technical University
(Новочеркасский политехнический институт) (Novocherkassk Polytechnic Institute)
Проведен анализ современных геологических данных в донных осадках морей и океанов. Отмечено, что в виде твердых газогидратных отложений находятся огромные запасы углеводородного газа, которые могут составить реальную конкуренцию традиционным углеводородам.
Ключевые слова: углеводородный газ; донные осадки.
The analysis of the modern geological data in ground deposits of the seas and oceans is carried out. It is noticed that in the form of firm gas adjournment there are huge stocks of hydrocarbonic gas which can make a real competition to traditional hydrocarbons.
Keywords: hydrocarbonic gas; ground deposits.
Актуальность газогидратной тематики обусловлена тем, что в настоящее время потребление всех видов ресурсов (в том числе и энергетических) растет экспоненциально (табл. 1).
Таблица 1
Потребление энергии на одного человека, ккал/сут
Период Величина потребления
Каменный век 4000
Аграрное общество 12000
Индустриальная эпоха 70000
Наше время 250000
XXI век (прогноз) 300000
Первоначально (примерно 500000 лет назад) человек использовал только мускульную энергию. В дальнейшем (несколько тысяч лет назад) он перешел на древесину и органические вещества. 100 лет назад центр тяжести энергопотребления сместился в сторону угля. 70 лет назад - в сторону угля и нефти. А последние 35 лет этот центр тяжести оказался прочно связан с триадой «уголь - нефть - газ».
По имеющимся прогнозам (табл. 2), несмотря на все продолжающееся развитие исследований по эффективному использованию альтернативных источников энергии (солнечной, ветровой, приливной и геотермальной), углеводородные виды топлива по-прежнему сохранят и, в обозримом будущем, даже существенно увеличат свою и так значительную роль в энергетическом балансе человечества.
Современный мировой энергетический рынок характеризуется следующими показателями.
Разведанные запасы по состоянию на конец 2008 г. составляли: нефть - 169 млрд т, газ - 177 трлн м3, уголь - 848 млрд т. При этом общее содержание метана в газогидратных залежах на два порядка превышает
его суммарный объем в традиционных извлекаемых запасах, оцениваемых в 250 трлн м3 (табл. 3). Иначе говоря, гидраты могут содержать 10 трлн т углерода, т.е. в два раза больше, чем вместе взятые мировые запасы угля, нефти и обычного природного газа.
Общемировое производство нефти в 2007 г. составило 3906 млн т, продуктов нефтепереработки -3762 млн т, угля - 3136 млн т н.э., газа - 2940 млрд м3. При этом энергопотребление (primary energy) в мире равнялось 11099 млн т н. э.: включая 3953 млн. т нефти, 3178 млн т н. э. угля, 2922 млрд м3 (2638 млн т н.э.) газа, 709 млн т н. э. гидроэнергии и 622 млн т н. э. атомной энергии.
Что касается прогноза мирового потребления энергии на 2020 г., то, согласно оценкам Международного энергетического агентства (МЭА), ее совокупное потребление составит 13300 - 14400 млн т н. э.: нефти - 4600 - 5100 млн т н. э., газа - 3600 -3800 млрд м3 (3250 - 3450 млн т н. э.), угля - 2700 -3200 млн т н. э., атомной энергии - 780 - 820 млн т н. э. и гидроэнергии - 320 млн т н. э.
Одной из основных проблем современной энергетики является неизбежное сокращение в средне- и долгосрочной перспективе запасов основных традиционных ее источников получения (в первую очередь, нефти и газа).
При этом продуктивность разрабатываемых месторождений углеводородов неуклонно снижается, новые крупные месторождения открываются все реже, а использование угля наносит существенный ущерб окружающей среде.
Поэтому и приходится разрабатывать труднодоступные залежи нефти и газа в суровых природно-климатических условиях, на больших глубинах и, кроме того, обращаться к неконвенциональным углеводородам (нефтяные пески и горючие сланцы). Все это, значительно увеличивая стоимость получаемой энергии, так и не решает окончательно существующую проблему.
Таблица 2
Вклад различных источников энергии в мировой энергобаланс, %
Период Вид энергии
Мускульная энергия Органические вещества Древесина Уголь Нефть Природный газ Водная энергия Атомная энергия Нетрадиционные источники
500 тыс. лет до н.э. 100
2 тыс. лет до н.э. 70 25
Около 1500 г. н.э. 10 20 70
1910 г. 16 65 3
1935 г. 55 15 3 5
1972 г. 32 34 18 5 1
1987 г. 25 38 24 4 8 1
2002 г. 24 37 24 3 12 2
2030 г. (прогноз) 21 25 31 3 17 3
Таблица 3
Содержание углерода в известных мировых запасах углеводородов
Виды запасов углеводородов Доля, %
Газовые гидраты 53
Разведанные и неразведанные ресурсы угля, нефти, газа 27
Почва 8
Растворенное в море органическое вещество 5
Наземная растительность 4
Торф, детритовое органическое вещество, атмосфера и морские отложения 3
В связи с имеющейся ограниченностью и невос-полнимостью традиционных ресурсов природного (горючего) газа, а также с растущим в XXI в. спросом на этот энергоноситель, человечество вынуждено обратить внимание на его значительные ресурсы, заключенные в нетрадиционных источниках, и, прежде всего, природных газовых гидратах.
Согласно современным геологическим данным, в донных осадках морей и океанов в виде твердых газо-гидратных отложений находятся огромные запасы углеводородного газа. Так, потенциальные запасы метана в газогидратах оцениваются величиной 2*1016 м3.
Однако газовые гидраты являются единственным все еще не разрабатываемым источником природного газа на Земле, который может составить реальную конкуренцию традиционным углеводородам: в силу наличия огромных ресурсов, широкого распространения на планете, неглубокого залегания и весьма концентрированного состояния (1 м3 природного метан-гидрата содержит около 164 м3 метана в газовой фазе и 0,87 м3 воды).
Самое первое предположение о возможности существования газогидратных залежей было высказано
И.Н. Стрижовым в 1946 г. Он писал: «На севере СССР есть обширные площади, где на глубинах до 400 м и даже до 600 м слои имеют температуру ниже 0°С и где могут быть газовые месторождения. Как будет обстоять вопрос о гидратах в таких месторождениях? Не будут ли эти месторождения содержать даже до начала разработки больших количеств гидрата? Не придется ли их разрабатывать как месторождения твердых ископаемых?..» [1].
В 1974 г. также советские ученые Б.П. Жижченко и А.Г. Ефремова [2], проводя натурные исследования дна Черного моря, обнаружили образцы газогидратов, когда в сильно выделяющих газ поднятых колонках донных осадков наблюдали мелкие кристаллы, напоминавшие иней. В этот период такие образования еще не связывали с газогидратами.
Они упоминаются при описании пробоотбора осадков во многих местах континентального склона Болгарского сектора Черного моря (проф. П. Димитров, ИО БАН - устное сообщение), а также вблизи побережья Грузии (при глубине воды порядка 860 м).
Первая документированная находка газовых гидратов на Черном море была сделана в 1972 г. во время рейса НИС «Московский университет».
Газогидраты были обнаружены в осадочной колонке, отобранной на периферии конуса выноса р. Дунай, при глубине воды 1950 м и были описаны как «маленькие, белые, быстро исчезающие кристаллы», найденные в больших газовых кавернах, образовавшихся в осадках на глубине 6,4 м ниже морского дна. Следует отметить, что несколько позднее образец газогидрата был отобран и в восточной части конуса выноса р. Дунай (рейс НИС «Академик Вернадский», 1992 г.).
В 1998 г. во время 21-го рейса НИС «Евпатория» в акватории к югу от Крыма на грязевом вулкане Феодосия были отобраны семь грунтовых трубок, содержащие газогидраты.
Станции располагались на небольшом участке дна диаметром 100 м при глубине моря около 2050 м. В шести пробах гидраты содержались в глинистых осадках, в седьмой были подняты брекчии грязевого вулкана, которые содержали образец монокристалла гидрата длиной 10 см.
Эти находки газовых гидратов относятся к интервалу глубин от 0,4 до 2,2 м ниже дна. По визуальным оценкам содержание газогидратов составляло от 3 до 10 % от общего объема осадков [3].
В ряде последующих морских экспедиций, проведенных МГУ на НИС «Феодосия» (1988 - 1989 гг.) и «Геленджик» (1993 - 1994 гг.), также были найдены газовые гидраты - в районе грязевых вулканов, которые расположены на центральной абиссальной равнине Черного моря. Позднее (в 1996 г.) были описаны находки метановых гидратов в Феодосийском районе грязевого вулканизма (прогиб Сорокина). Все образцы газовых гидратов содержались в грязевых брекчиях и были отобраны на вершинах грязевых вулканов на глубинах от 0,6 до 2,85 м ниже дна.
В последующем газогидраты были найдены в Атлантическом и Тихом океанах, в Охотском и Каспийском морях, на Байкале и т.д.
Эти, хотя зачастую разрозненные и не всегда планомерные, исследования ученых различных стран в прилегающих акваториях (Атлантический и Тихий океаны, Черное, Каспийское, Охотское, Баренцово и Северное моря, Мексиканский залив и т.д.), проведенные в последние два десятилетия, позволили сделать обоснованный вывод о практически повсеместном наличии крупных скоплений аквальных залежей газогидратов, из которых можно будет извлечь в промышленных масштабах метан.
В частности, по прогнозным оценкам российских ученых Г.Д. Гинзбурга (1994 г.) и В.А. Соловьева (2002 г.) [4], общее количество метана в аквальных
т 1п10 3
залежах газогидратов оценивается в 2х10 м , т.е. его объемы на порядки превышают запасы углеводородов в традиционных месторождениях.
Поступила в редакцию
Известные и перспективные залежи (месторождения) гидрата метана
К настоящему времени установлено, что около 98 % залежей газогидратов являются аквамаринными и сосредоточены на шельфе и континентальном склоне Мирового океана (у побережий Северной, Центральной и Южной Америки, Северной Азии, Норвегии, Японии и Африки, а также в Каспийском и Черном морях), на глубинах воды более 200 - 700 м, и только всего 2 % -в приполярных частях материков (рисунок).
По результатам проведения Всероссийской молодежной конференции «Актуальные проблемы геологии, планетологии и геоэкологии» (16 мая 2012 г.) ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России на 2009-2013 годы».
Результаты работы получены при поддержке Минобрнауки РФ в рамках государственного задания на проведение НИОКР, шифр заявки №5.1354.2011.
Литература
1. Стрижов И.Н., Ходанович И.Е. Добыча газа. М.: Ижевск, 2003. 376 с.
2. Ефремова А.Г., Жижченко Б.П. Об обнаружении кристаллогидратов газов в современных отложениях // Докл. АН СССР. 1974. Ч. 214, № 5. С. 1179 - 1181.
3. Васильев А., Димитров Л. Оценка пространственного распределения и запасов газогидратов в Черном море // Геология и геофизика. 2002. Т. 43, № 7. С. 45 - 56.
4. Гинсбург Г.Д., Соловьев В.А. Субмаринные газовые гидраты / ВНИИокеангеологии. СПб., 1994. 199 с.
26 июня 2012 г.
Воробьев Александр Егорович - д-р техн. наук, профессор, заведующий кафедрой «Нефтепромысловая геология, горное и нефтегазовое дело», Российский университет дружбы народов. Тел. (495) 434-53-00. E-mail: Fogel_al@mail.ru
Чекушина Елена Владимировна - аспирант, кафедра «Нефтепромысловая геология, горное и нефтегазовое дело», Российский университет дружбы народов.
Разоренов Юрий Иванович - д-р техн. наук, профессор, Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт). Тел. (863)52-55-361. E-mail: yiri1963@mail.ru
Vorobiev Alexander Egorovich - Doctor of Technical Sciences, professor, head of department «Oil-field geology, mountain and oil and gas business», The Russian University of Friendship of the People. Ph. (495) 434-53-00. E-mail: Fogel_al@mail.ru
Chekushina Elena Vladimirovna - post-graduate student, department department «Oil-field geology, mountain and oil and gas business», The Russian University of Friendship of the People.
Razorenov Yury Ivanovich - Doctor of Technical Sciences, professorSouth-Russia State Technical University (Novocherkassk Polytechnic Institute). Ph. (863)52-55-361. E-mail: yiri1963@mail.ru
