CC BY
322
_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №05/2017 ISSN 2410-6070_
[Strategicheskoe mineral'noe syr'e: puti resheniya problemy defitsita], Mineral resources of Russia. 2015. № 5. p. 43-49.
12. Marshalova A.S., Novoselov A.S. The control system as the main resource of an efficient economy [Sistema upravleniya kak glavnyi resurs 'effektivnoi 'ekonomiki], Modern management technologies. 2015. № 3. Mode of access to the journal: http: // sovman.ru/article/
13. Zhirnov A.M. Northern three-beam megacontinent of the Earth: the discovery of the century [Severnyi trechluchevoi megacontinent Zemli: otkrytie veka], Vladivostok. Dal'nauka, 2016. 184 p.
14. Kotyukov M. Today it is important to help institutions scale scientific research [Segodnya vazhno pomoch' institutam masshtabirovat' nauchnye issledovaniya], the newspaper "Far Eastern scientist", 2016, No. 20, p. 4.
15. Kalishenko A.L., Povareshchenkova E.V., Stepanova E.S. Overview of foreign research in cluster formation and assessment of effects for participating enterprises [Obzor zarubezhnych issledovanii v oblasti formirovaniya klasterov I otsenki effektov dlya predpriyatii-uchastnikov], Modern technologies of management. 2016. № 12. Mode of access to the journal: http: // sovman.ru/article/7207/
16. Leont'ev R.G., Radchenko M.V. Possibilities of applying the experience of organizing and managing the activities of China's technology parks in the Far Eastern region of Russia [Vozmozhnosti primeneniya opyta organizatsii I upravleniya deyatel'nost'yu tekchnoparkov Kitaya v Dal'nevostochnom regione], Russia in the postreform period: regional aspects. Open regional scientific and practical conference. Collection of materials. Birobidzhan. The Publishing House of BF AmSU, 2009. p. 34-36.
©Жирнов А.М., 2017
УДК 553.981.2
З. А. Пичугин
Студент, СПГУ, г. Санкт-Петербург, Российская Федерация
Н. И. Гулый
Студент, СПГУ, г. Санкт-Петербург, Российская Федерация Научный руководитель: Самигуллин Г.Х. Кандидат технических наук, заведующий кафедрой транспорта и хранения нефти и газа Санкт-Петербургского горного университета, г. Санкт-Петербург, Российская Федерация
ГАЗОГИДРАТЫ: УСЛОВИЯ ЗАЛЕГАНИЯ, ТЕХНОЛОГИИ ОБНАРУЖЕНИЯ И ДОБЫЧИ
Аннотация
В данной статье рассматривается перспективный источник углеводородов — газогидраты. Проанализированы их свойства, условия залегания, технологии обнаружения и добычи. Также рассматривается проблема использования газогидратов в качестве альтернативы существующим источникам энергии.
Ключевые слова
Газогидраты, углеводороды, нефть, газ, топливо, сырье.
Введение
Современный мир трудно представить без всех тех благ, которые есть сейчас. Но для того, чтобы все это существовало, безусловно, нужны источники энергии. На сегодняшний день около 35% потребляемых первичных энергоресурсов составляет нефть и 24% — газ. На протяжении десятилетий люди задаются вопросом: что будет, если нефть и газ закончатся? По данным "British Petroleum", доказанные мировые запасы нефти в 2015 г. составили 1697,6 млрд баррелей [7]. При сегодняшних темпах добычи этого
_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №05/2017 ISSN 2410-6070_
количества хватит на 50-60 лет. Конечно, прогресс не стоит на месте: постоянно совершенствуются методы и технологии добычи, доказанные запасы нефти не то что уменьшаются, но даже увеличиваются, но и потребление углеводородов отнюдь не уменьшается. В силу этого человечество ищет альтернативу углеводородам, чтобы избежать энергетической катастрофы в будущем. Одним из перспективных альтернативных источников являются газогидраты. На них мы и остановимся подробнее.
Что такое газогидраты?
Газогидраты — молекулярные соединения различных низкомолекулярных газов (метан, этан, пропан, бутан и т.п.) с водой. Самым распространенным гидратом является соединение метана с водой соотношением примерно 1 к 6. В стандартных условиях из одного кубического метра гидрата метана можно получить более 160 кубометров свободного газа.
Рисунок1 - Техногенные газогидраты
Газогидраты подразделяются на два типа: техногенные и природные. Техногенные газогидраты образуются в результате деятельности человека (гидратные пробки), природные же образуют скопления или находятся в рассеянном состоянии в условиях, сочетающих в себе высокое давление и низкую температуру (для метана давление варьируется в диапазоне 2*10-8-2*103 МПа при температуре 70-350 К). Такими условиями являются зона вечной мерзлоты (глубина залегания 200-2100 метров) и глубоководье (глубина залегания 500-1500 метров), где и сосредоточены основные запасы газогидратов.
Рисунок 2 - Условия залегания газогидратов в зонах вечной мерзлоты
МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №05/2017 ISSN 2410-6070
Рисунок 3 - Условия залегания газогидратов в прибрежно-континентальной зоне
Человечеству газогидраты известно уже давно. Впервые они были получены в лабораторных условиях еще в XIX веке. В 30-х годах XX столетия были обнаружены техногенные газогидраты. Но поначалу к ним относились негативно. На северных месторождениях в скважинах или в трубопроводах могут образовываться гидратные пробки, что рассматривается как негативный фактор при добыче и транспортировке газа, в результате чего на месторождениях действует специальное оборудование для предотвращения образования гидратных пробок. Также при бурении скважин залегающие в пластах газогидраты начинают разлагаться в силу резкого падения давления, что приводит к серьезным осложнениям при прокладке скважин или даже авариям.
Природные газогидраты были открыты в 60-х годах XX столетия при разработке Мессояхского месторождения в Западной Сибири. 20 лет спустя ученые пришли к выводу, что газовые гидраты представляют собой новый потенциально обширный источник углеводородов.
Данные по запасам этого вида ресурсов носят довольно противоречивый характер, варьируясь в диапазоне 1 000- 20 000 трлн. куб. м. Возможные ресурсы газогидратов в США наглядно демонстрирует так называемая «газогндратная пирамида» на рисунке [1, с. 186].
Рисунок 4 - Оценки ресурсов газогидратов США по типу месторождений - «газогидратная пирамида»
_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №05/2017 ISSN 2410-6070_
На данный момент в мире открыто более 220 месторождений газогидратов. Находятся они вблизи берегов США, Канады, Мексики, Японии, Южной Кореи, Индии и Китая, а также в Средиземном, Черном, Каспийском и Южно-Китайском морях. Следует отметить, что целенаправленные поисковые работы, проводимые на суше и в акваториях, всегда давали положительный результат на газогидратные залежи. Помимо высокого давления и низкой температуры, необходимо высокое содержание органического вещества в породах (0,5-4%), а также активная генерация и миграция углеводородов в зону гидратообразования [5, с. 2].
This mop is without prejudice to the status of or sovereignty over any territory, to the delimitation of international frontiers and boundaries, and to the name of any territory, city or area.
Volume (xl 0'5m3)
Рисунок 5 - Карта запасов газогидратов в морских залежах на глубине менее 3000 м
Технологии обнаружения
Технологии обнаружения газогидратных залежей основаны на свойствах гидратонасыщенных пород, а именно: акустическая проводимость, пониженная плотность и теплопроводность, электросопротивление, низкая газо- и водопроницаемость. Газогидраты могут быть выявлены рядом различных способов: сейсмическим зондированием, гравиметрическим методом, измерением теплового и диффузионного потоков над залежью, изучением динамики электромагнитного поля в исследуемом регионе и др.
Основным методом на данный момент является стандартная (30-120 Гц, разрешающая способность до 12-24 м) 2-0 и высокочастотная (от 250 до 1200 Гц, разрешающая способность до 1-2 м) 3-0 сейсморазведка. Более информативной является 3-0 разведка, позволяющая с высокой точностью определить верхнюю и нижнюю границы гидратонасыщенных пород и концентрацию гидрата в породах. Этот способ позволяет оценить ресурсы газа и место для бурения разведочных скважин для первичной оценки залежи, после чего посредством геофизических исследований в пробуренных скважинах и анализа керна производится детальная разведка [3, с. 76].
Технологии добычи
Главная сложность при добыче газогидратов — их агрегатное состояние, поэтому существующие методы добычи ставят своей главной задачей разделение гидрата на газ и воду с последующей добычей углеводородов из земных недр.
Разгерметизация
Разгерметизация — на сегодняшний день наиболее перспективная технология разработки газогидратных месторождений. При искусственном понижении давления в пласте газогидрат распадается на газ и воду. Наиболее эффективна данная технология при расположении пласта газогидрата рядом с пластом
_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №05/2017 ISSN 2410-6070_
свободного газа. При снижении объема свободного газа происходит изменение состояния равновесия, что приводит к разложению газогидрата. Простота процесса, невысокие затраты и возможности быстрого извлечения больших объемов газа являются несомненными преимуществами данного метода. Однако у него есть существенный недостаток — при низких температурах высвобождающаяся в ходе разгерметизации вода может замерзнуть и препятствовать выходу газа.
Нагревание
Технологии нагревания делятся на несколько различных по своему принципу подвидов: нагревание с помощью впрыскивания теплоносителя, нагревание путем циркуляции горячей воды, нагревание с использованием пара или другого нагретого газа или жидкости и нагревание переменным электрическим током. Все эти способы просты по своей сути, но у них есть целый ряд недостатков, среди которых: высокие затраты на нагревание и доставку теплоносителя в пласт, низкие темпы разделения газогидратов на воду и газ, невозможность добычи из пластов глубокого залегания, а также постоянное увеличение подводимого тепла, т.к. реакция разложения газогидратов является эндотермической, т.е. проходит с поглощением тепла. Также существенным недостатком является его негативное воздействие на окружающую среду: в условиях вечной мерзлоты данный способ может привести к таянию ледников.
Введение ингибитора
Ряд органических (этанол, метанол, гликоль) и неорганических (морская вода) веществ способны менять условия температуры и давления, вызывая высвобождение метана из пласта. Несмотря на преимущества в виде возможности контроля над объемами добычи, данный метод является дорогим вследствие высокой стоимости ингибиторов и экологически небезопасным.
Другие методы воздействия (электромагнитное, акустическое, закачка в пласт диоксида углерода) на сегодняшний день имеют недостаточное количество экспериментальных данных для обсуждения вопроса о целесообразности их использования на практике.
Несмотря на малое количество разрабатываемых месторождений данного вида ресурса можно сказать, что разгерметизация является наиболее привлекательным способом добычи газогидратов в виду её эффективности. На канадском месторождении Малик первоначальная добыча осуществлялась при помощи нагревания, в результате чего за пять дней было добыто 470 куб. м газа. При смене технологии нагревания на разгерметизацию за тот же самый срок было добыто около 13 000 кубометров метана, что в 27,7 раза больше [2, с. 27].
Транспорт и хранение
На сегодняшний день существует только один проект газогидратной технологии хранения и транспорта газа, осуществляемый в Японии. Стоит сказать, что именно Япония на данный момент занимает лидирующее положение в исследовании и добыче газогидратов. Также это единственная страна, в которой запланирована промышленная разработка газогидратных залежей (2018-2019 годы), и первая страна, применившая технологию добычи газогидратов в открытом море. По оценкам Японской национальной корпорации по нефти, газу и металлам, шельфовых запасов метангидратов хватит для покрытия нужд страны в природном газе примерно на 100 лет вперед.
В чем заключается технология транспорта и хранения газогидратов? На специальной установке производятся брикеты замороженных газогидратов, после чего они погружаются в автомобильные контейнеры-рефрижераторы и перевозятся к месту газификации. В результате нагрева газогидраты разлагаются, газ забирается из контейнеров, которые вместе с выделившейся водой отвозятся обратно [6].
Газогидраты в России
Геологические исследования газогидратов начались на территории бывшего СССР еще в 1970-е годы. Нынешние предварительные оценки «Газпрома ВНИИГАЗ» указывают на наличие в недрах около 1 100 трлн. куб. м ресурсов газогидратов.
Несмотря на внушительные запасы (оз. Байкал, Черное и Охотское моря, Ямбургское, Уренгойское, Мессояхское месторождения), их добыча никогда не велась и не планируется как минимум до 2030 года. Газогидраты упоминаются лишь как ожидаемое направление научно-технического прогресса. Также отсутствуют какие-либо государственные программы по исследованию и добыче газогидратов [4, c. ].
_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №05/2017 ISSN 2410-6070_
Заключение
Газогидраты, безусловно, являются потенциально перспективным источником энергии. В настоящее время необходимо продолжать исследования и развивать технологию, а также внедрять и использовать газогидраты на практике. Стоит отметить, что газовые гидраты являются достаточно сложным предметом для изучения. Для этого необходимы специалисты, способные разрабатывать необходимое оборудование для производства, хранения и транспортировки. Возможно, опыт Японии, стремительно развивающая эту область, даст толчок для использования газогидратов в мире. Кроме прочего, необходимо помнить о таком негативном факторе, который широко обсуждается в научном сообществе, как выброс парникового газа в атмосферу, который может быть вызван газовыми гидратами. Только планомерное исследование сможет минимизировать данный фактор и дать газогидратам совсем иную «жизнь». Тогда, возможно, через 50 лет из альтернативных источников они перейдут в основные, но об этом пока можно только предполагать. Список использованной литературы:
1. Resources to Reserves 2013 - Oil, Gas and Coal Technologies for the Energy Markets of the Future /IEA, 2013
2. Дирекция по стратегическим исследованиям в энергетике Аналитического центра при Правительстве РФ. Газогидраты: технологии добычи и перспективы разработки, 2013
3. Макогон Ю.Ф. Природные газовые гидраты: распределение, модели образования, ресурсы / Российский химический журнал, №3, 2003
4. Министерство энергетики РФ. Генеральная схема развития газовой отрасли на период до 2030 года от 6 июня 2011 года №213
5. М.В. Минина, А.В. Митько, В.Б. Митько. Гелиогеофизические исследования 2015. Результаты исследований геофизических рисков. Газовые гидраты на шельфе мирового океана — энергетические перспективы/Российский государственный гидрометеорологический университет, Санкт-Петербург
6. http://ru.arctic.ru/analitic/20151126/238271.html (17.02.2017)
7. http://www.bp.com/en/global/corporate/energy-economics/statistical-review-of-world-energy/oil/oil-reserves.html (17.02.2017)
© Пичугин З. А., Гулый Н. И., 2017
МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №05/2017 ISSN 2410-6070
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
УДК 625.78
А.М. Агарков
Старший преподаватель кафедры «Подъемно-транспортные и дорожные машины»
Д.С. Межуев, студент А.А. Тихонов, студент
Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова
г. Белгород, Российская Федерация
ТЕХНОЛОГИЯ ПРОКЛАДКИ КОММУНИКАЦИЙ МЕТОДОМ ГОРИЗОНТАЛЬНО-НАПРАВЛЕННОГО БУРЕНИЯ
Аннотация
Горизонтально направленное бурение (ГНБ) - технология, не требующая прокладывания траншей, и обеспечивающая альтернативную прокладку трубопроводов. Она имеет преимущества перед традиционным методом открытой разработки.
ГНБ может осуществляться с небольшими повреждениями поверхности, требует меньше рабочего пространства, осуществляется гораздо быстрее, чем традиционный метод прокладки трубопроводов. Наряду с оперативностью и экономичностью технологии бестраншейной прокладки трубопроводов отличаются высоким качеством и возможностью выполнения работ в местах, где традиционные методы не применимы. Немаловажным фактором остаётся и экологическая сторона применения подобных технологий [1-3].
ГНБ - технология бестраншейной прокладки трубопроводов, представляющая собой сверление небольшого направляющего отверстия с использованием технологии слежения и управления сверлом с поверхности.
Сущность метода состоит в использовании специальных буровых станков (буров, штанг), которые осуществляют предварительное (пилотное) бурение по заранее рассчитанной траектории с последующим расширением скважины и протаскиванием в образовавшуюся полость трубопроводов.
При необходимости изменение направления бурения достигается с помощью определенной конструкции буровой головки [4-7].
Направляющая скважина располагается от поверхности земли под углом 8°-20° и, достигнув необходимой глубины, переходит в горизонтальное положение. Обычно применяется сверление скважин с постепенным изгибанием или почти прямым выравниванием, чтобы свести к нулю трение и не допускать выхода за пределы допустимого прогиба соединения и допустимого радиуса кривизны трубы. Это уменьшает возможность "подвешивания" трубопровода или его повреждения.
На рисунке 1.1 представлена установка горизонтально-направленного бурения.
Ключевые слова
Горизонтально направленное бурение, траншея, трубопровод.
t...........
!
Рисунок 1.1 - Установка горизонтально-направленного бурения
