Российский ученый придумал технологию по добыче газа в условиях вечной мерзлоты

Что такое газовые гидраты?

Газовые гидраты представляют собой соединения, состоящие из молекул газа и воды. Формируются такие соединения при определённых соотношениях давления и температуры, отвечающих за устойчивое состояние газо-водного образования, когда молекулы воды выстраиваются в определённую структуру, создавая ажурный каркас, полости внутри которого заполняется молекулами газа. Внешне кристаллы газовых гидратов похожи на кристаллы льда, а их скопления часто напоминают рыхлый лёд. При атмосферном давлении и положительной температуре газовый гидрат вместо того, чтобы постепенно таять, как лёд, очень быстро, с шипением и треском, уменьшается в объёме, оставляя после себя значительно меньший объём воды. Поэтому газовые гидраты, по аналогии со льдом, иногда даже условно называют «газом в твёрдом состоянии», «замороженным газом» или «метановым льдом».

Газовые гидраты встречаются в донных отложениях морей и океанов, где существуют повышенные давления и невысокие положительные температуры, а также на суше в толщах мёрзлых пород.

С самого начала освоения территорий, где есть вечная мерзлота, люди сталкивались с неожиданными выходами газа. Особенно в тех районах, где впоследствии обнаружились месторождения углеводородов.

Исследования Бориса Буханова как раз направлены на выявление и оценку экологических рисков, связанных с оттаиванием вечной мерзлоты и выходом газовых гидратов при добыче углеводорода.

Зачем нужно исследование?

Интенсивность газовыделений бывает разная: одни из них могут затухать достаточно быстро, другие продолжаются месяцами. Различается и глубина обнаружения газа: на небольших глубинах (при бурении скважин в несколько метров в мёрзлых породах) или на глубине до 100 метров (при строительстве добывающих скважин, например).

Иногда поток газа из мерзлоты может обладать очень большой силой. Описаны случаи выбросов мощной струей выходящего газа не только песка и ледяной крошки, но и тяжёлого бурового инструмента на высоту более десяти метров.

Непредсказуемые и часто интенсивные газовые выбросы из мерзлоты создают технологические проблемы при бурении, сооружении и эксплуатации скважин, добывающих углеводороды.

Если газовое месторождение будет осваиваться без учета газоопасности, то через какое-то время инфраструктура месторождения начнет выходить из строя: будут разрушаться здания, добывающие скважины потеряют устойчивость и перестанут выполнять свои функции, могут возникать взрывы и пожары — все это приведет к крайне негативным экологическим последствиям.

Как проводится исследование?

Реализация подхода Бориса требует вовлечения большого количества специалистов: экспериментаторы, осуществляющие исследования мерзлых пород и газовых гидратов, физики, математики, специалисты теплового моделирования, геологи и другие.

Оценка производится на основе комплексных данных: анализируются массивы статистических данных, проводится экспериментальное моделирование, теоретические расчеты, анализируются разрезы и результаты бурения, выделяются газоопасные горизонты внутри толщи мерзлых пород, оценивается их стабильность и условия, при которых газ может начать выделятся в атмосферу.

Также, учёными ведется работа с образцами горных пород, которые устанавливаются в специальный сосуд высокого давления — «автоклав», где воссоздаются условия максимально близкие к естественным: низкие температуры и высокое давление. По истечению 1,5-2 месяцев готовые к работе образцы изучаются на предмет поведения при различных внешних воздействиях: повышение температуры, понижение давления, взаимодействие с другими «раздражающими факторами».

Мнение эксперта.

«Газовые компоненты мерзлых пород слабо изучены и методика Бориса помогает существенно снизить риски при освоении новых территорий распространения многолетних мерзлых пород при добыче углеводорода» — говорит научный руководитель Бориса Евгений Чувилин.

«Выброс метана влияет на ситуацию с глобальным потеплением, поэтому исследования Бориса более чем актуальны» — комментирует исследования член команды Бориса Александра Шахова.

Цель.

«Наши исследования нельзя „пощупать“ и для меня это скорее философия», — говорит Борис, — «моя мечта сейчас — это включение наших разработок в нормативы, а также проведение параметрического бурения на арктическом шельфе с целью проведения более глубоких исследований».