Автoры: Кудрин Игoрь Владимирoвич, Орлянкин Вадим Никoлаевич, Кудрин Кирилл Игoревич
Изoбретение oтнocитcя к дoбыче полезных иcкопаемых, в чаcтноcти - метана и преcной воды из подводных газогидратов cнижением гидроcтатичеcкого давления. Техничеcким результатом являетcя повышение рентабельноcти добычи на шельфе и континентальном cклоне Мирового океана метана и преcной воды в аридных районах. Для чего выпуклый уловитель продуктов разложения газогидратов (УПРГ) опуcкают на подвеcном устройстве с борта плавсредства на морское дно. Изолируют внутренний объем УПРГ от внешней морской среды. Электронасосом откачивают из уловителя морскую воду с донными осадками, снижая в нем гидростатическое давление, в результате чего газогидрат под уловителем разлагается на пресную воду и газ. Газ отбирают по гибкой трубе в емкости плавсредства, или в плавучие газгольдеры, или на берег для дальнейшего использования. Выделяющуюся пресную воду при необходимости дальнейшего использования откачивают по другой гибкой трубе со своим электронасосом на плавсредство или на берег. Под действием собственного веса УПРГ опускается в котловину до тех пор, пока процесс разложения газогидрата не дойдет до подошвы его пласта. УПРГ поднимают к поверхности дна и перемещают на соседний участок газогидратной залежи. 1 ил.
Газогидраты - твердые льдоподобные вещества - соединения природного газа (метан, этан, пропан, изобутан, диоксид углерода, сероводород и др.) и воды, образующиеся при определенных термодинамических условиях - сочетаниях высокого давления и относительно низких температур [1].
Зона возможного гидратообразования охватывает 90% площади дна Мирового океана, в т.ч. 10% шельфа и 100% континентального склона, независимо от широты местности. Например, ресурсы метана в углеводородных газогидратах Мирового океана оцениваются на порядки выше извлекаемых запасов углеводородов всех известных традиционных месторождений мира.
Теоретически известно, что разложение газогидрата на газ и воду может осуществляться тепловым воздействием, инъекцией метанола, бромида кальция или других ингибиторов, а также снижением давления.
Газогидратные залежи в природе представлены двумя типами, существенно различающимися по возможностям их промышленного освоения. Первый тип - это залежи с мощными литологическими покрышками, не имеющие выходов на поверхность морского дна. Второй тип - наиболее распространенный в Мировом океане - это залежи газогидратов 1 (см. чертеж), не имеющие литологической покрышки, кровля которых часто совпадает с поверхностью морского дна или перекрыта в разной степени проницаемыми донными осадками 2 (песками, илами) обычно небольшой (доли метра) мощности. Признано, что методика и технология добычи газа из таких залежей в настоящее время еще не разработаны [2]. Именно применительно к этому второму типу залежей газогидратов относится заявленный способ добычи газов и пресной воды снижением гидростатического давления.
Описываемый ниже способ предусматривает использование специального устройства, позволяющего разлагать газогидраты снижением гидростатического давления, регулировать интенсивность (скорость) разложения газогидратов, аккумулировать (улавливать) продукты разложения (газ и пресную воду) и транспортировать их для последующего использования.
Таким устройством является искусственный выпуклый кверху куполообразный открытый снизу уловитель 3 продуктов разложения газогидратов (газов и воды), опускаемый на подвесном устройстве (возможно - тросе) 4 с борта мобильного плавсредства (судно, баржа, понтон, платформа и т.п.) на морское дно с газогидратной залежью.
Край уловителя по нижнему периметру 5 - острый, углубляющийся в донный грунт под действием собственного веса уловителя, что обеспечивает герметизацию внутреннего объема уловителя от внешней морской среды. Герметизация может быть дополнительно обеспечена газо- и водонепроницаемым эластичным фартуком 6, прикрепленным по всему периметру к нижней части корпуса уловителя. Углубление острого края уловителя может регулироваться (усиливаться) электровибраторами 7, крепящимися к корпусу уловителя. На корпусе уловителя монтируются электронасос 8, соединенный электрокабелем 9 с плавсредством. При включении электронасос откачивает из-под уловителя морскую воду с донными осадками и минеральной частью газогидрата 10 за его пределы по гибкой трубе 11, понижая внутреннее давление под уловителем, в результате чего газогидраты разлагаются со своей поверхности (кровли) с интенсивностью, пропорциональной разности между их внутренним давлением и давлением на их кровле, создающейся при откачки воды из-под уловителя. Выделяющий свободный газ в объеме 80-120 объемов разложившегося газогидрата устремляется в гибкую трубу 12, выходящую из верхней части корпуса уловителя, и поступает по этой трубе на борт плавсредства, или в плавающий газгольдер, или на берег для дальнейшего использования.
При откачке донных осадков и минеральной части разложившегося пласта газогидратов под уловителем в газогидратном пласте образуется искусственная котловина, в которую по мере ее углубления уловитель опускается под действием собственного веса.
Углубление котловины и опускание уловителя продолжается до тех пор, пока вертикальное разложение пласта газогидратов не дойдет до его подошвы 13, на что будет указывать прекращение поступления выделяющегося газа (хотя до этого процесс может быть остановлен в любой момент прекращением работы насоса 8).
Затем уловитель поднимают к поверхности дна и перемещают его на соседний участок газогидратной залежи. Разложение газогидратов повторяется аналогичным образом на новом месте, а откачиваемые донные осадки и минеральную часть газогидратов сбрасывают по трубе 11 в образовавшуюся при предыдущем цикле разложения газогидратов котловину, что уменьшает экологический ущерб донной биоте и снижает степень загрязнения всей толщи морской воды и морского дна, в том числе и над еще неразработанной площадью газогидратной залежи.
При необходимости, особенно - в тропических и субтропических аридных (сухих) климатических условиях, выделяющуюся пресную воду (в объеме 0,99 от объема газогидрата) целесообразно не сбрасывать, а также откачивать из средней части объема уловителя 14 по отдельной гибкой трубе 15 с помощью насоса 16, расположенного на верхнем конце трубы 15, в накопитель на плавсредстве или на берегу для последующего использования.
Конструкция уловителя должна отвечать следующим требованиям:
- уловитель должен выдерживать высокое внешнее гидростатическое давление;
- уловитель должен обладать достаточным весом, чтобы противодействовать всплывающему моменту, равному весу морской воды, вытесняемой им и газом под ним.
Новым в заявленном способе - в отличие от известных способов разложения морских газогидратов - является следующее:
- практически реализуется принцип снижения давления для разложения газогидратов;
- не требуется дорогостоящего громоздкого подводного бурения;
- не требуется искусственного энергозатратного нагревания воды для термического разложения газогидрата;
- не требуется дорогостоящего использования ингибиторов (метанола и др.);
- возможность одновременного использования многих уловителей в комплексе на одном плавсредстве, что позволяет довести производительность одного комплекса до сотен миллионов м3 газа в год и более, что соизмеримо с классическими технологиями добычи газа из скважин на крупнейших внутриконтинентальных месторождениях газа (например, на Севере Западной Сибири РФ).
Литература
1. Геология и геохимия нефти и газа: Учебник/О.К.Баженова, Ю.К.Бурлин, Б.А.Соколов, В.Е.Хаин. - М.: Изд-во МГУ; Издат. Центр «Академия», 2004, - 415 с.
2. Полезные ископаемые Мирового океана: Учебник/В.В.Авдонин, В.В.Кругляков, И.Н.Пономарева, Е.В.Титов. - М.: Изд-во МГУ, 2000, - 160 с.
