Научная статья на тему 'ВЛИЯНИЕ МИНЕРАЛИЗАЦИИ ПЛАСТОВЫХ ВОД НА КИНЕТИКУ ГИДРАТООБРАЗОВАНИЯ МЕТАНА В РАСТВОРАХ СОЕВОГО ЛЕЦИТИНА'

ВЛИЯНИЕ МИНЕРАЛИЗАЦИИ ПЛАСТОВЫХ ВОД НА КИНЕТИКУ ГИДРАТООБРАЗОВАНИЯ МЕТАНА В РАСТВОРАХ СОЕВОГО ЛЕЦИТИНА Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

CC BY
13
7
Читать
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
газогидратные технологии / транспорт природного газа / метан / пластовая вода / кинетика / gas hydrate technologies / natural gas transport / methane / formation water / kinetics

Аннотация научной статьи по наукам о Земле и смежным экологическим наукам, автор научной работы — Плетнёва К. А., Жингель П., Илюшников К. А., Молокитина Н. С.

Для реализации газогидратных технологий транспортировки и хранения природного газа необходимо не только определить способ промотирования гидратообразования, но и определить источник воды. В условиях нефтегазовых месторождений таким источником могут служить пластовые воды. Однако наличие примесей солей в пластовых водах может существенно влиять на кинетику гидратообразования природного газа. Целью данной работы является исследование влияния минерализации пластовых вод на кинетику образования гидрата метана в растворах природного промотора — соевого лецитина.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по наукам о Земле и смежным экологическим наукам , автор научной работы — Плетнёва К. А., Жингель П., Илюшников К. А., Молокитина Н. С.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
Предварительный просмотрDOI: 10.24412/cl-37274-2024-1-222-225
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

INFLUENCE OF MINERALIZATION OF FORMATION WATER ON THE KINETICS OF METHANE HYDRATE FORMATION IN SOYBEAN LECITHIN SOLUTIONS

To implement gas hydrate technologies for the transportation and storage of natural gas, it is necessary not only to determine the method of promoting hydrate formation, but also to determine the source of water. In oil and gas fields, formation water can serve as such a source. However, the presence of salt impurities in formation waters can significantly affect the kinetics of hydrate formation in natural gas. The purpose of this work is to study the influence of formation water salinity on the kinetics of methane hydrate formation in solutions of a natural promoter — soy lecithin.

Текст научной работы на тему «ВЛИЯНИЕ МИНЕРАЛИЗАЦИИ ПЛАСТОВЫХ ВОД НА КИНЕТИКУ ГИДРАТООБРАЗОВАНИЯ МЕТАНА В РАСТВОРАХ СОЕВОГО ЛЕЦИТИНА»

УДК 661.91-405

ВЛИЯНИЕ МИНЕРАЛИЗАЦИИ ПЛАСТОВЫХ ВОД НА КИНЕТИКУ ГИДРАТООБРАЗОВАНИЯ МЕТАНА В РАСТВОРАХ СОЕВОГО ЛЕЦИТИНА

И Плетнёва К. А., Жингель П., Илюшников К. А., Молокитина Н. С.

Институт криосферы Земли ТюмНЦ СО РАН, Тюмень, Россия

E-mail: klavdia1010@gmail.com

Для реализации газогидратных технологий транспортировки и хранения природного газа необходимо не только определить способ промотирования гидратообразования, но и определить источник воды. В условиях нефтегазовых месторождений таким источником могут служить пластовые воды. Однако наличие примесей солей в пластовых водах может существенно влиять на кинетику гидратообразования природного газа. Целью данной работы является исследование влияния минерализации пластовых вод на кинетику образования гидрата метана в растворах природного промотора — соевого лецитина.

Ключевые слова: газогидратные технологии, транспорт природного газа, метан, пластовая вода, кинетика.

INFLUENCE OF MINERALIZATION OF FORMATION WATER ON THE KINETICS OF METHANE HYDRATE FORMATION IN SOYBEAN LECITHIN SOLUTIONS

И Pletneva K. A., Zhingel P., Ilyushnikov K. A., Molokitina N. S.

Earth Cryosphere Institute Tyumen Scientific Center of the Siberian Branch of the Russian Academy of

Sciences (ECI TSC SB RAS), Tyumen, Russia

To implement gas hydrate technologies for the transportation and storage of natural gas, it is necessary not only to determine the method of promoting hydrate formation, but also to determine the source of water. In oil and gas fields, formation water can serve as such a source. However, the presence of salt impurities in formation waters can significantly affect the kinetics of hydrate formation in natural gas. The purpose of this work is to study the influence of formation water salinity on the kinetics of methane hydrate formation in solutions of a natural promoter — soy lecithin.

Key words: gas hydrate technologies, natural gas transport, methane, formation water, kinetics.

Введение. Газогидратные технологии транспорта и хранения природного газа являются многообещающей альтернативой существующим технологиям по причинам умеренных термобарических условий отверждения природного газа и простоты процесса регазификации [1]. Однако низкая скорость роста гидратов природного газа и низкая степень конверсии воды в гидрат являются факторами, препятствующими масштабированию газогидратных технологий. На сегодняшний день существует множество работ, посвященных решению данных проблем путем использования добавок кинетических промоторов гидратообразования метана [2]. Ранее

нами было показано, что добавка соевого лецитина в концентрации 0,5 масс.% оказывает промо-тирующее действие на рост гидратов метана в дистиллированной воде [3, 4]. Еще одним фактором, препятствующим масштабированию газогидратных технологий, является поиск источника воды. На нефтегазовых месторождениях таким источником могут служить пластовые воды, минерализация которых существенно отличается от региона к региону. При этом соли, присутствующие в компонентном составе пластовых вод, будут оказывать влияние как на термодинамику, так и на кинетику гидратообразования природного газа [5], что, в свою очередь, окажет влияние на кинетику роста гидратов природного газа в присутствии добавок промоторов.

В данной работе была исследована кинетика гидратообразования метана в растворе с концентрацией соевого лецитина 0,5 масс.%, полученном в модели пластовой воды с общей минерализацией 16,095 г/л (табл.).

Методика. В ходе проведения исследований были использованы следующие материалы: соевый лецитин (С.Л.) (поставщик Molecularmeal.ru, изготовитель Германия), дистиллированная вода и метан (степень чистоты 99,9 об.%). Соли, используемые для приготовления модели пластовой воды, приведены в таблице (поставщик АО «ЛенРеактив», Россия).

Таблица

Минеральный состав модели пластовой воды

№ п/п Вещество Концентрация, г/л

1 CaCl2 0,888

2 MgCl2-6H2O 0,767

3 NaCl 13,314

4 KCl 0,4

5 NH4Cl 0,172

6 NaBr 0,087

7 MgSO4-7H2O 0,013

8 NaHCO3 0,454

Общая минерализация 16,095

Была исследована кинетика гидратообразования метана в водных растворах с концентрацией соевого лецитина 0,5 масс.%, полученных в дистиллированной воде и в модели пластовой воды с минерализацией 16,095 г/л. Предварительно вакуумированный реактор высокого давления (объем рабочей камеры 60 см3) без перемешивающего устройства с образцом массой 7 г помещали в программируемый криостат при температуре 273,2 К не менее чем на 60 мин, после чего производили напуск метана. Данные по давлению и температуре в ходе эксперимента фиксировали с помощью манометра (ДМ5002М, погрешность ±16 кПа, производитель ОАО «Манотомь», Россия) и двух термопар (термопары типа КТХА, погрешность ±0,2 градуса, производитель ПК «Тесей», Россия). Термобарические данные записывались на ПК каждую секунду. Гидратообразование метана происходило в изохорных условиях без перемешивания. Температура и начальное давление гидратообразования метана 273,2 К и 6,6 МПа соответственно.

С использованием уравнения состояния реального газа Пенга-Робинсона определяли степень конверсии воды в гидрат метана по уравнению:

6 -М{Н20) ■ Дп(СЯ4)

а =

т(Н20)

(1)

Результаты. В ходе проведения исследований кинетики гидратообразования метана были рассчитаны степени конверсии воды в гидрат метана по уравнению (1). На основании данных, представленных на рисунке, видно, что рост гидрата метана в растворах соевого лецитина с концентрацией 0,5 масс.%, полученных в дистиллированной воде, происходит в два этапа. Первый этап соответствует низкой скорости роста гидрата метана — примерно 1,4 %/мин, в то время как второй этап характеризуется увеличением скорости гидратообразования метана примерно до 4 %/мин. Подобный двухэтапный рост гидрата метана также проявляется в растворах лейцина [6], когда вначале образуется высокопористый гидрат во всем объеме раствора, а затем оставшаяся вода, содержащаяся в поровом пространстве, переходит в гидрат. При этом, несмотря на относительно низкую скорость гидратообразования метана на первом этапе, добавка соевого лецитина в концентрации 0,5 масс.% существенно увеличивает как скорость роста гидрата, так и степень конверсии воды в гидрат по сравнению с дистиллированной водой без добавок. Использование модели пластовой воды при этом существенно изменило кинетику гидратообразования метана в растворах с концентрацией соевого лецитина 0,5 масс.%. Так, за первые 100 мин от начала роста гидрата метана степень конверсии достигает примерно 60%, после чего скорость гидратообразования падает и процесс заканчивается с достижением степени 66% (отклонение по экспериментам составило ±9%). Можно сделать вывод, что наличие растворенных ионов солей в малой концентрации в объеме раствора поспособствовало быстрой перестройке молекул воды в гидратную структуру, что описано в статье [7].

Изменение степени конверсии воды в гидрат метана, образованный в дистиллированной воде; в водном растворе с концентрацией соевого лецитина, полученного в дистиллированной воде и в модели пластовой воды с минерализацией 16,095 г/л. Начальное давление и температура гидрато-образования метана: 6,6 МПа и 273 К

Выводы. Выявлено, что использование модели пластовой воды с общей минерализацией 16,095 г/л может ускорить процесс гидратообразования метана в растворе с концентрацией соевого лецитина 0,5 масс.% примерно в 15 раз. Данный результат может быть использован в реализации газогидратных технологий транспорта и хранения природного газа.

Работа выполнена Институтом криосферы Земли ТюмНЦ СО РАН в рамках государственного задания Министерства науки и высшего образования Российской Федерации (тема № FWRZ-2024-0003).

Список литературы

1. Семёнов М. Е., Павельев Р. С., Стопорев А. С. и др. Текущее состояние и перспективы развития гидратной технологии хранения и транспортировки природного газа (обзор) // Петролеомика. 2022. Т. 2, № 1. 16 с.

2. Chaturvedi E., Laik S., Mandai A. A comprehensive review of the effect of different kinetic promoters on methane hydrate formation // Chinese Journal of Chemical Engineering. 2021. Vol. 32. P. 1-16.

3. Плетнёва К. А., Кибкало А. А., Жингель П. и др. Образование гидрата метана в замороженных молотых растворах соевого лецитина // Химия и технология топлив и масел. 2023. №. 4 (638). С. 29-34.

4. Мельников В. П., Молокитина Н. С., Драчук А. О. и др. Применение соевого лецитина в качестве промотора образования гидрата метана // Доклады РАН. Химия. Науки о материалах. 2023. Т. 512, № 2. С. 107-113.

5. Xu J., Du S., Yang X. et al. Molecular dynamics simulation of the effects of different salts on methane hydrate formation: an analysis of NaCl, KCl and CaCl2 // IOP Conf. Ser.: Earth Environ. Sci. 2021. N 675. P. 012180.

6. Veluswamy H. P., Hong Q. W., LingaP. Morphology study of methane hydrate formation and dissociation in the presence of amino acid // Cryst. Growth Des. 2016. Vol. 16, N 10. P. 5932-5945.

7. Xu J., Du S., Hao Y. et al. Molecular simulation study of methane hydrate formation mechanism in NaCl solutions with different concentrations // Chemical Physics. 2021. Vol. 551. P. 111323.

References

1. SemenovM. E., PavelyevR. S., StoporevA. S. et al. State of the art and prospects for the development of the hydrate-based technology for natural gas storage and transportation (a review) // Petroleum Chemistry, 2022. Vol. 62, No. 2, P. 127-140.

2. Chaturvedi E., Laik S., Mandai A. A comprehensive review of the effect of different kinetic promoters on methane hydrate formation // Chinese Journal of Chemical Engineering. 2021. Vol. 32. P. 1-16.

3. Pletneva K. A., Kibkalo A. A., Zhingel P. et al. Formation of methane hydrate in frozen powdered soy lecithin solutions // Chemistry and Technology of Fuels and Oils, 2023. Vol. 59, No. 4. P. 692-698.

4. Mel'nikov V. P., Molokitina N. S., Drachuk A. O. et al. Application of soy lecithin as a promoter of methane hydrate formation // Doklady Chemistry. 2023. Vol. 512, N 2. P. 309-314.

5. Xu J., Du S., Yang X. et al. Molecular dynamics simulation of the effects of different salts on methane hydrate formation: an analysis of NaCl, KCl and CaCl2 // IOP Conf. Ser.: Earth Environ. Sci. 2021. N 675. P. 012180.

6. Veluswamy H. P., Hong Q. W., Linga P. Morphology study of methane hydrate formation and dissociation in the presence of amino acid // Cryst. Growth Des. 2016. Vol. 16, N 10. P. 5932-5945.

7. Xu J., Du S., Hao Y. et al. Molecular simulation study of methane hydrate formation mechanism in NaCl solutions with different concentrations // Chemical Physics. 2021. Vol. 551. P. 111323.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.