Газогидраты. История изучения и перспективы освоения
На основе накопленного опыта охарактеризованы условия, необходимые для количественной оценки наличия гидрата и подсчета ресурса газа в залежи, а также проблемы коммерческого освоения газогидратов, в частности, в Черном море. На основі накопиченного досвіду охарактеризовано умови, необхідні для кіл...
Saved in:
| Published in: | Геология и полезные ископаемые Мирового океана |
|---|---|
| Date: | 2010 |
| Main Author: | |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Відділення морської геології та осадочного рудоутворення НАН України
2010
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/44846 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Газогидраты. История изучения и перспективы освоения / Ю.Ф. Макогон // Геология и полезные ископаемые Мирового океана. — 2010. — № 2. — С. 5-21. — Бібліогр.: 18 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859676801061617664 |
|---|---|
| author | Макогон, Ю.Ф. |
| author_facet | Макогон, Ю.Ф. |
| citation_txt | Газогидраты. История изучения и перспективы освоения / Ю.Ф. Макогон // Геология и полезные ископаемые Мирового океана. — 2010. — № 2. — С. 5-21. — Бібліогр.: 18 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Геология и полезные ископаемые Мирового океана |
| description | На основе накопленного опыта охарактеризованы условия, необходимые для количественной оценки наличия гидрата и подсчета ресурса
газа в залежи, а также проблемы коммерческого освоения газогидратов, в
частности, в Черном море.
На основі накопиченного досвіду охарактеризовано умови, необхідні для кількісної
оцінки наявності гідратів і підрахунку ресурсу газу в покладі , а також проблеми комерційного освоєння газогідратів, зокрема в Чорному морі.
Based on accumulative experience, conditions are characterized for quantititative
estimating the occurrence of hydrates and calculating the gas resource in an accumulation
as well as problems of commercial use of gas hydrates, particularly in the Black Sea.
|
| first_indexed | 2025-11-30T16:23:08Z |
| format | Article |
| fulltext |
ГАЗOГИДРАТЫ. ИСТОРИЯ ИЗУЧЕНИЯ И ПЕРСПЕКТИВЫ ОСВОЕНИЯ
ISSN 1999�7566. Геология и полезные ископаемые Мирового океана, 2010, №2 5
ГАЗOГИДРАТЫ
© Ю.Ф. Макогон, 2010
Техасский университет, США
ГАЗOГИДРАТЫ. ИСТОРИЯ ИЗУЧЕНИЯ
И ПЕРСПЕКТИВЫ ОСВОЕНИЯ
Посвящается памяти В.П. Максимова,
директорa Шебелинского ГПУ
в период становления
На основе накопленного опыта охарактеризованы условия, необхо�
димые для количественной оценки наличия гидрата и подсчета ресурса
газа в залежи, а также проблемы коммерческого освоения газогидратов, в
частности, в Черном море.
Многовековая история человечества характерна борьбой за жизнен!
ное пространство на нашей маленькой планете. Интенсивность развития
современной цивилизации зависит от множества факторов, но одним из
важнейших является качество и объем используемой энергии. За прошед!
шие сто лет население Земли возросло в 4 раза, а энергопотребление – бо!
лее чем в 10 раз.
Быстрое развитие мировой экономики и широкое использование энер!
гоемких технологий способствуют активному развитию очередного энерге!
тического кризиса в мире. Природа за сотни миллионов лет накопила ог!
ромные ресурсы минеральной энергии – угля, нефти, природного газа, ко!
торые за 100–200 лет могут быть полностью исчерпаны. Спекулятивные
идеи производства возобновляемого жидкого топлива из пищевых продук!
тов – большая ошибка современного общества. Для производства одной тон!
ны этанола требуется восемь тонн пищевого зерна или аналогичных про!
дуктов. При гибели миллионов людей на планете от голода недопустимо
использовать пищевые продукты в качестве источников энергии для транс!
порта, экологичность которого сомнительна.
Необходимо изыскивать и использовать новые источники минераль!
ной энергии, а также новые виды энергии – Солнца, океана, ветра, есте!
ственной гравитации и др. Девятнадцать лет назад в США, как во всем мире,
метан угольных шахт являлся источником высокой аварийности, а сегод!
ня его добыча превысила 12 % потребляемого газа в стране при одновре!
менном повышении безопасности работ.
Одним из перспективных источников являются природные газогид!
раты, потенциал метана в которых превышает 1.5х1016 м3. 97 % газогид!
ратов сосредоточены в Мировом океане.
Несколько десятилетий назад никто не предполагал о наличии огром!
ных ресурсов газа, сосредоточенного в недрах земли в твердом, гидратном
состоянии. Сегодня уже выявлено более 230 газогидратных залежей (рис. 1).
В Украине благоприятные условия существования ГГЗ – в Черном
море. В данной работе я хочу привлечь внимание специалистов энергети!
ков и ученых Украины и прилегающих стран к проблемам поисков, развед!
МАКОГОН Ю.Ф.
6 ISSN 1999�7566. Геология и полезные ископаемые Мирового океана, 2010, №2
ки, исследований и освоения энергетических ресурсов газогидратов, сосре!
доточенных в недрах Черного моря. Необходимо создать международный
консорциум заинтересованных стран, создать единую скоординированную
программу и развернуть совместные работы.
Краткая история изучения газогидратов
Интерес к тому или другому процессу или явлению появляется чаще
всего у исследователей случайно, а его углубленное познание идет в зависи!
мости от актуальности и необходимости. Газогидраты не явились исключе!
нием.
Природные газогидраты существуют вечно, оказывая серьезное влия!
ние на формирование и сохранение вещества планеты, однако они выявле!
ны случайно.
Гидрат газа впервые был получен Дж. Пристли (1778 г.) при барбота!
же SO2 через воду при температуре, близкой к 0 °С и атмосферном давле!
нии. Описывая полученные кристаллы, Пристли не назвал их гидратами.
Спустя 33 года, аналогичным путем Г. Дэви получил гидрат хлора, и он пер!
вый назвал полученные кристаллы гидратом (ошибочно многие его счита!
ют автором открытия гидратов).
В то время полученные результаты не привлекли внимания современ!
ников, и исследования гидратов не получили серьезного развития. В ХVIII!
ХIХ векax было опубликовано всего 25 работ 16!ти авторов. Гидраты не на!
ходили применения, их исследования развивались стихийно.
В 1934 г. Гаммершмидт (Hammershmidt) опубликовал результаты об!
следования газопроводов США, работа которых осложнялась формирова!
нием пробок в зимнее время. Предполагалось, что образуются ледяные проб!
ки из конденсатной воды. Опираясь на лабораторные исследования, Гам!
Рис. 1. Карта некоторых выявленных газогидратных залежей
ГАЗOГИДРАТЫ. ИСТОРИЯ ИЗУЧЕНИЯ И ПЕРСПЕКТИВЫ ОСВОЕНИЯ
ISSN 1999�7566. Геология и полезные ископаемые Мирового океана, 2010, №2 7
мершмидт показал, что твердые пробки состоят не из льда, а из гидрата
транспортируемого газа. Интерес к газогидратам резко возрос. Требовалось
детально исследовать условия образования газогидратов, создать эффектив!
ные средства исключения осложнений при транспорте. Подобные исследо!
вания продолжаются до настоящего времени.
Важным этапом в истории исследований газогидратов явилась работа
акад. Никитина (1936), в которой он показал, что газогидраты являются
клатратными соединениями, в которых молекулы газа заключены в отдель!
ные ячейки, образованные молекулами воды за счет водородной связи. Вско!
ре на основе рентген!структурного анализа были выявлены две клатратные
структуры кристаллов: «I» и «II» (Stackelberg и др, 1949!54), а спустя 45
лет была выявлена и структура «Н» (Ripmeester, 1994). К настоящему вре!
мени выявлено более десяти структур газогидратов, существующих при
различных давлениях и температурах. Большая часть новых структур вы!
явлена группой ученых Института Неорганической Химии Сибирского от!
деления РАН.
Третий период в истории исследования газогидратов связан с откры!
тием существования природных газогидратов, которые играли одну из ве!
дущих ролей при формировании планет, атмосферы и гидросферы Земли,
но были не известны. Ресурсы природных газогидратов – источник мине!
ральной энергии.
Первое предположение о существовании газогидратных залежей в рай!
онах вечной мерзлоты Канады в 1943 г. сделал Д. Катц, профессор Мичи!
ганского Университета, однако доказать их наличие бурением скважин тог!
да не удалось (Катц, 1982). Повторно, в 1946 г. аналогичное предположе!
ние было высказано И.Н. Стрижовым, проф. Нефтяного Института им. Губ!
кина И.М., однако никаких доказательств он не привел. Более того, он выс!
казал пессимизм в целесообразности их освоения. Спустя 17 лет автором
данной статьи, после защиты диссертации по газогидратам и визита в Яку!
тию, где в 1963 г. была пробурена Мархинская скважина глубиной 1850 м,
вскрывшая разрез пород с температурой 0 °С на глубине 1450 м, была так!
же высказана идея о существовании газогидратных скоплений в охлажден!
ных пластах. Тогда реальность такой идеи у многих вызывала сомнения.
Требовались доказательства возможности образования гидратов в реальных
пористых средах и формирования газогидратных залежей.
Первые экспериментальные исследования условий образования гид!
ратов природного газа в пористой среде были выполнены автором на кафед!
ре разработки газовых месторождений МИНХиГП им. И.М. Губкина и опуб!
ликованы в ж. “Газовая Промышленность” [2]. Полученные результаты
убедительно показали возможность образования гидратов в пористых сре!
дах, в реальных кернах и явились обоснованием существования газогид!
ратных залежей в недрах земли. Результаты экспериментальных исследо!
ваний образования и разложения гидратов в реальных кернах были доло!
жены на научной конференции молодых нефтяников в Москве в апреле
1965 г. и отмечены первой премией.
Спустя четыре года, после комплексной международной экспертизы
и заключения Президиума РАН, в соответствии с Положением об откpытиях
МАКОГОН Ю.Ф.
8 ISSN 1999�7566. Геология и полезные ископаемые Мирового океана, 2010, №2
и изобретениях, Комитет по делам изобретений и открытий при Совете Ми!
нистров СССР установил, что граждане СССР Макогон Ю.Ф., Требин Ф.А.,
Трофимук А.А., Черский Н.В. и Васильев В.Г. сделали открытие, опреде!
ляемое следующей формулой: «Экспериментально установлено ранее неиз!
вестное свойство природных газов образовывать в земной коре при опреде!
ленных термодинамических условиях залежи в твердом газогидратном со!
стоянии» (24 декабря 1969 г). Дипломы авторам вручены 4 марта 1971 г.
Одновременно, 24 декабря 1969 г. в Заполярье была введена в промыш!
ленную разработку Мессояхская газогидратная залежь. Доклад автора о
лабораторных и промышленных результатах на 11!м Международном Га!
зовом Конгрессе в июне 1970 г. вызвал большой международный резонанс.
Вскоре в ряде стран были созданы национальные программы исследований
и освоения гидратных залежей.
Министр газовой промышленности В.А. Динков утвердил первую на!
циональную программу, но вскоре началась «перестройка», ситуация рез!
ко изменилась. Клерки уничтожили программу, гидратная лаборатория
ликвидирована. Исследования из Института им. И.М. Губкина полностью
были выдавлены. Россия задыхалась от избытка запасов традиционного
газа, гидратам не было уделено должного внимания.
Хорошие идеи не умирают. Надвигался энергетический кризис, ис!
следования были развернуты в лабораториях США, Японии, Канады, Ин!
дии, Кореи, Германии и др. Автор открытия, уже будучи пенсионером, в
1992г. принял приглашение одного из крупнейших университетов США,
организовал современную лабораторию и успешно продолжает работы, по!
могая в том числе и исследователям!энтузиастам в России.
Краткая характеристика газогидратов
Все известные газы при определенных давлениях и температурах об!
разуют кристаллогидраты, структура которых зависит от состава газа, дав!
ления и температуры. Гидраты могут стабильно существовать в широком
диапазоне давлений и температур. Например, гидрат метана существует при
давлениях от 20 nPa дo 2 GPa (от 2•10–8 до 2•103 MPа) и температурах от
70 до 350 K.
Газовые гидраты – соединения включения, в которых молекулы газа
заключены в кристаллические ячейки, состоящие из молекул воды, удер!
живаемых водородной связью.
Для образования гидрата необходимыми условиями являются: нали!
чие газа, воды, определенное давление и температура одновременно. Хими!
ческие связи между молекулами отсутствуют. Молекулы воды объединены
водородной связью, легко распадающейся при понижении давления или
повышении температуры.
На Рис. 2 дана диаграмма условий существования гидрата метана в
координатах давление!температура,
На Рис. 3 дано фото гидратной пробки, образованной в газопроводе,
в океане.
Некоторые свойства гидратов уникальны. Например, один объем воды
при переходе в гидратное состояние связывает 207 объемов метана. При этом
ее удельный объем возрастает на 26% (при замерзании воды ее удельный
ГАЗOГИДРАТЫ. ИСТОРИЯ ИЗУЧЕНИЯ И ПЕРСПЕКТИВЫ ОСВОЕНИЯ
ISSN 1999�7566. Геология и полезные ископаемые Мирового океана, 2010, №2 9
объем возрастает на 9%). 1 м3 гидрата метана при Р=26 атм и Т=0 °С содер!
жит 164 объема газа . При этом на долю газа приходится 0,2 м3, на воду
0,8 м3. Удельный объем метана в гидрате соответствует давлению порядка
1400 атм. Разложение гидрата в замкнутом объеме сопровождается значи!
тельным повышением давления.
Гидраты обладают высокими электросопротивлением и акустической
проводимостью, что позволило создать эффективные средства их поисков и
разведки. Они практически непроницаемы для воды и газа, что способ!
ствовало сохранности углеводородов в недрах земли во времени. Образова!
Рис. 2. Существование системы CH4 – вода в условиях образования гидратов
Рис. 3. Гидратная пробка в газопроводе
МАКОГОН Ю.Ф.
10 ISSN 1999�7566. Геология и полезные ископаемые Мирового океана, 2010, №2
ние газогидратов происходит с выделением, а разложение с поглощением
тепла (Табл. 1).
Таблица 1
Теплота разложения гидратов
,
g/cm3
. ,
cm3/
T>0 °C T<0 °C
CH4 CH4 6H2O
M=124
0.910 136.264 54.2 kJ/mol 18.1 kJ/mol
398 MJ/m3
CO2 CO2 6H2O
M=152
1.117 136.078 57,5 kJ/mol 24.3 kJ/mol
422 MJ/m3
C2H6 C2H6 7H2O
M=308
0.959 162.669 71.5 kJ/mole 25.7 kJ/mol
440 MJ/m3
C3H8 C3H8 17H2O
M=350
0.866 404.157 129.2 kJ/mol 27.7 kJ/mol
320 MJ/m3
i!C4H10 iC4H10 17H2O
M=354
0.901 403.996 133.2 kJ/mol 31.0 kJ/mol
330 MJ/m3
Природные газогидраты
Природные газогидраты – скопления гидратов, сформировавшиеся без
участия человека. Такие скопления существуют на Земле и других плане!
тах в космосе. Несмотря на то, что природные газогидраты широко распро!
странены и содержат огромные ресурсы минеральной энергии, их суще!
ствование было доказано лишь в 60!х годах прошлого столетия [1, 2].
Открытию существования природных газогидратов способствовали
опыт борьбы c гидратами индустриальными, накопленный на Шебелинс!
ком газопромысле, и их познание в лабораторных условиях при работе над
первой диссертацией, а также анализ аномальных условий существования
залежей углеводородов в криолитозоне после выявления аномальных толщ
мерзлых пород в Восточной Сибири. Обычно на стыке двух проблем рожда!
ется новая, третья...
Мархинская скважина, пробуренная в 1963 г. на северо!западе Яку!
тии на глубину 1850 м, вскрыла аномальную толщу мерзлых пород – около
1150 м, что более чем вдвое превышало ранее известные величины. Термо!
градиент в интервале мерзлых пород не превышал 0.5 оС/100 м, а в подмер!
злотной части разреза равен 1оС/100 м, что соответствовало условиям
существования газогидратов. Требовались доказательства. Их поиск завер!
шился открытием газогидратных залежей.
Опыт освоения одной из таких залежей – Мессояхской, послужил мощ!
ным катализатором изучения и коммерческого освоения газогидратных
залежей в мире. Ряд стран создал национальные программы исследования
и освоения природных газогидратов. Только в США гидраты изучаются в
15 научных лабораториях. Затраты на исследования газогидратов пре!
высили 1,2 миллиарда долларов. Несмотря на большой объем работ, выпол!
ненных в многочисленных лабораториях мира, остаются неизвестными
многие базовые проблемы природных гидратов. Залежи природных газо!
гидратов сосредоточены как на материках ( 3%) так и в Мировом океане
(около 97%).
ГАЗOГИДРАТЫ. ИСТОРИЯ ИЗУЧЕНИЯ И ПЕРСПЕКТИВЫ ОСВОЕНИЯ
ISSN 1999�7566. Геология и полезные ископаемые Мирового океана, 2010, №2 11
Выявленные свойства гидратов дали возможность сформулировать
основы развития методов поисков, разведки и освоения ГГЗ. Были сформу!
лированы критерии выбора территорий для проведения поисковых и раз!
ведочных работ. Предложены методы определения глубин залегания ГГЗ,
рекомендован метод определения запасов гидратного газа и базовые техно!
логии разработки ГГЗ.
Состав гидратов – величина переменная и зависит от состава исходно!
го газа, давления и температуры. В Таблице 2 дан состав гидратов некото!
рых залежей.
Taблица 2
Состав гидратов в некоторых ГГЗ (Taylor, 2002)
, mol %
CH4 C2 C3 i!C4 n!C4 C5+ CO2 N2
Hakon Mosby Mud volcan 99.5 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1
Nankai Trough, Japan 99.3 0.63 0.07
Bush Hill White, USA 72.1 11.5 13.1 2.4 1 0
Bush Hill Yellow, USA 73.5 11.5 11.6 2 1 0.3 0.1
Green Canyon White, USA 66.5 8.9 15.8 7.2 1.4 0.2
Green Canyon Yellow, USA 69.5 8.6 15.2 5.4 1.2 0
Bush Hill, USA 29.7 15.3 36.6 9.7 4 4.8
Messoyakha, Russia 98.7 0.03 0.5 0.77
Mallik, Canada 99.7 0.03 0.27
Nankai Trough !1, Japan 94.3 2.6 0.57 0.09 0.8 0.24 1.4
Blake Ridge, USA 99.9 0.02 0.08
В исследованиях гидратов четко просматриваются три взаимосвязан!
ных периода: чисто академический – 1778–1934, индустриальный – 1934–
1965 и, начиная с 1965 г, энерго!экологический. В течение первого перио!
да, за 156 лет в мире было опубликовано всего 55 работ. С 1934 по 1965 г.
опубликована 151 работа. После открытия природных газогидратов инте!
рес к ним резко возрос. За период 1965–2009 гг. опубликовано около девя!
ти тысяч работ.
Определение интервалов глубин залегания газогидратных скоплений
В основу метода определения зоны возможного существования зале!
жей газогидрата положено определение равновесных давления и темпера!
туры в разрезе пород. Впервые метод был предложен для суши в 1965 г.
На Рис. 4 и 5 даны диаграммы для выделения интервалов залегания
ГГЗ метана и природных газов в районах распространения многолетнемер!
злых пород.
На Рис. 6 приведена схема определения интервалов залегания гидрат!
ных пластов в акваториях в зависимости от глубины воды, давления и тер!
моградиента.
Следует подчеркнуть, что далеко не на всей площади Мирового океана
могут существовать газогидратные залежи, пригодные для коммерческого
МАКОГОН Ю.Ф.
12 ISSN 1999�7566. Геология и полезные ископаемые Мирового океана, 2010, №2
освоения. Только 9–12 % поверхности Мирового океана являются перспек!
тивными для выявления коммерчески эффективных залежей газогидрата
(Рис. 7).
Для определения эффективности коммерческого освоения газогидрат!
ных залежей необходимо знать не только потенциальные ресурсы, но и ве!
личину извлекаемых запасов в конкретных условиях заданного региона.
Извлекаемые запасы гидратированного газа зависят от множества
факторов, наиболее важными из которых можно назвать: глубина и размер
зоны образования гидратов; удельное содержание гидрата в разрезе пород;
толщина продуктивных пластов; размер и степень переохлаждения зале!
жи; суммарные запасы газа в залежи; эффективность применяемой техно!
логии разработки.
При глубинах воды от 0,7 до 2,5 км, что характерно для условий Чер!
ного моря, освоение ГГЗ в большинстве случаев может быть эффективным
Рис. 4. Диаграмма условий залегания ГГЗ на суше
Рис. 5. Диаграмма условий залегания ГГЗ на суше с учетом состава газа и воды
в разрезе пород
ГАЗOГИДРАТЫ. ИСТОРИЯ ИЗУЧЕНИЯ И ПЕРСПЕКТИВЫ ОСВОЕНИЯ
ISSN 1999�7566. Геология и полезные ископаемые Мирового океана, 2010, №2 13
при гидратонасыщености свыше 30–50%. Это вопрос, требующий индиви!
дуального решения для каждого региона, для каждой страны.
Выявление и разведка газогидратных залежей
Природные газогидраты – нетрадиционный источник минеральной
энергии.
Без знаний свойств гидратов нельзя создать средства их поисков и раз!
ведки, подсчитать запасы, разработать технологию добычи.
Уже в первой серии экспериментов были определены условия образо!
вания и разложения гидратов в пористых коллекторах, базовые свойства
гидратированных кернов. Установлено, что газогидраты обладают высоким
Рис. 6. Схема выделения гидратных залежей в акваториях
Рис. 7. Осредненный разрез зоны гидратообразования в Мировом океане
МАКОГОН Ю.Ф.
14 ISSN 1999�7566. Геология и полезные ископаемые Мирового океана, 2010, №2
электросопротивлением [2, 5] и высокой акустической проводимостью кер!
нов (Stol, 1971; 1974). Эти свойства гидрата позволили создать геофизичес!
кие методы выявления и разведки гидратированных пластов и определе!
ния удельной концентрации гидрата в породе. На Рис. 8 дан сейсмический
разрез ГГ залежи.
Рис. 8. Геоакустический профиль разреза ГГЗ в акватории
Гидратонасыщенность пород в зоне гидратообразования изменяется в
широком пределе от 0 до 100%. Наиболее широко известные данные соот!
ветствуют величине 30–70%. На Рис. 9 приведены фото кернов, отобран!
ных в разных районах акваторий. Известны пласты чистого гидрата тол!
щиной до 4 м. На Рис.10 дана каротажная диаграмма скважины, пробурен!
ной в Бенгальском заливе.
К вопросу о ресурсах гaза в гидратном состоянии
Вопрос ресурсов газа, сосредоточенного в недрах планеты в твердом
гидратном состоянии, ключевой при рассмотрении энергетики будущего,
относится к наименее изученным в проблеме природных газогидратов. Ге!
нерация газов, формирование, стабильное существование и разрушение га!
зогидратных залежей – процессы, требующие серьезного исследования.
Уже в первых работах по исследованию природных газогидратов была
дана методика определения ресурсов газа в гидратном состоянии [2]:
Объем газа в гидратном состоянии определяется выражением
22400
,H H
G
H
V
V
M
m3, (1)
где VH – объем гидрата, m3; ρH ! плотность гидрата, g/cm3; MH – молеку!
лярная масса гидрата, g.
ГАЗOГИДРАТЫ. ИСТОРИЯ ИЗУЧЕНИЯ И ПЕРСПЕКТИВЫ ОСВОЕНИЯ
ISSN 1999�7566. Геология и полезные ископаемые Мирового океана, 2010, №2 15
Газ в газогидратной залежи может находиться в свободном, связан!
ном!гидратированном и растворенном состоянии. Суммарные запасы газа
в ГГЗ, Q, m3, определяются:
Q = QG + QH + Qj , (2)
где: QG – объем газа в свободном состоянии, m3; QH – объем газа в гидрат!
ном состояни, m3; Qj – объем газа в растворенном состоянии, m3.
0
0
1 (1 ) ,G W h h h
PT
Q V m S S V S
P T z
(3)
где: V – объем залежи, m3; m – пористость вмещающих пород; P – пластовое
давление, MПa; T – пластовая температура, K; T0, P0 – нормальная темпера!
тура и атмосферное давление; z – коэффициент сжимаемости свободного газа
в залежи; SW – суммарное содержание поровой воды в залежи; Vh – удель!
ный объем воды в гидратном состоянии, m3/m3, для метана Vh=1,26; Sh –
часть поровой воды, перешедшей в залежи в гидратное состояние.
Величина Sh всегда меньше 1 и определяется выражением:
Sh < (SW–1)/(1/Vh–1). (4)
Рис. 9. Типы газогидратных кернов
МАКОГОН Ю.Ф.
16 ISSN 1999�7566. Геология и полезные ископаемые Мирового океана, 2010, №2
Объем газа в гидратном состоянии в залежи определяется выражением:
QH = V • m • SW • Sh • Vh• Ψ, (5)
где Ψ – коэффициент реагирования, равный количеству объемов газа (при
нормальных условиях), содержащихся в одном объеме воды при их перехо!
де в гидратное состояние.
Ψ = 22400/Мh, m3/m3. (6)
Объем газа, растворенного в воде:
Qj = V • m • SW • (1 – Sh) • λ, (7)
где λ – растворимость газа в воде, контактирующей с гидратом в залежи,
m3/m3.
Наиболее сложным при определении ресурсов газа в гидратном состо!
янии в залежах является определение коэффициента гидратонасыщеннос!
ти. Современные методы сейсмики высокого разрешения позволяют успеш!
но выполнить эту работу.
Данная методика широко используется при подсчетах запасов гидра!
тированного газа в мире. Зная удельное содержание газа в гидратном состо!
янии, зная интервалы зон накопления гидратов в разрезе пород и их гидра!
тонасыщенность, легко определить потенциальные ресурсы газа.
Определением потенциальных ресурсов занимались многие как гео!
логи, так и эксперты, далекие от геологии, а тем более от вопросов техно!
логий освоения этих ресурсов. Дискуссия о ресурсах продолжается со вре!
мени первых публикаций о наличии природных газогидратов до настоя!
щего времени.
Ранние оценки для районов распространения вечной мерзлоты дали
величину 37х1012 м3 – в СССР и 57х1012 м3 для мира (Трофимук и др. 1977).
Были и другие оценки – 31,1 х 1012 м3 (МaсIver, 1979).
Рис.10. Каротажная диаграмма в скважине ГГЗ Кришна!Годавари
ГАЗOГИДРАТЫ. ИСТОРИЯ ИЗУЧЕНИЯ И ПЕРСПЕКТИВЫ ОСВОЕНИЯ
ISSN 1999�7566. Геология и полезные ископаемые Мирового океана, 2010, №2 17
Для мира в целом, включая Мировой океан, где сосредоточено около
97 % газогидрата, на IV Канадской конференции по вечной мерзлоте, про!
ходившей в Калгари в 1981г., потенциальные мировые ресурсы газогидра!
та были оценены величиной в 1,5 х 1016 м3 [6]. В дальнейшем были даны
уточнения – 1.8 x 1016 m3 (Квенволден, 1988); и 2,1 х 1016 м3 (Квенволден,
1999). Важно отметить, что оценки ресурсов имеют большой разброс – от
явно заниженных: 0,2 х 1015 м3 (Соловьев,2000) до абсурдно завышенных:
7,6 х 1018 м3 (Добрынин и др., 1981).
К настоящему времени в мире выявлено более 230 газогидратных за!
лежей. Только для Североамериканского континента, по данным Департа!
мента Геологической Службы США (USGS), потенциальные ресурсы газа в
ГГЗ, выявленные путем сейсмического зондирования и глубокого бурения
с отбором керна и полным комплексом геофизических исследований, пре!
вышают несколько тысяч триллионов м3 (Tэйлор, 2002).
Относительно небольшая ГГЗ Nankai Тrough в акваториях Японии при
наличии трех пластов общей толщиной 17 м и гидратонасыщении от 40 до
80 % содержит запасы метана более 20,7х1012 м3.
В акваториях Японии выявлено 14 газогидратных залежей.
К вопросу разработки газогидратных залежей
Основным отличием разработки ГГЗ является необходимость перево!
да в пласте газа из твердого гидратного в свободное состояние с последую!
щим отбором традиционными технологиями (Макогон, 1966; 1974; 1997).
Для эффективного освоения энергии, сосредоточенной в гидратном со!
стоянии, наряду с потенциальными ресурсами гидратного газа важно знать
величину извлекаемых запасов газа. Геолого!экономический анализ пока!
зывает, что эффективный коэффициент извлечения гидрат!газа в мире со!
ставит 17–20 % от суммарного потенциала, т.е. порядка трех тысяч трилли!
онов м3. Однако, для отдельных залежей коэффициент извлечения газа мо!
жет превышать 90 %. Эффективность освоения ГГЗ определяется геологией
региона, термодинамической характеристикой разреза пород и используе!
мой технологией. Первые три технологии разработки ГГЗ были сформулиро!
ваны нами в 1966г. Одна из них успешно используется на Мессояхском мес!
торождении, две другие прошли тестовую апробацию в Канаде и Японии.
Отмечу, при разработке ГГЗ пластовое давление,зависимо от исполь!
зуемой технологии, может оставаться постоянным, понижаться или пре!
вышать начальное гидростатическое давление [2].
Из четырех возможных методов разработки ГГЗ опубликованы три:
понижение пластового давления ниже равновесного, повышение температу!
ры гидрата в пласте выше равновесной, ввод в пласт катализаторов разложе!
ния. 4!й, нетривиальный, но эффективный метод пока не опубликован.
На проблему изучения и освоения природных газогидратов мир из!
расходовал более 1,2 миллиарда долларов, но пока не предложил никакой
новой технологии. Сотни «специалистов» в выжидании. Автор также в вы!
жидательной позиции.
Кратко о ситуации освоения газогидратов в Черном море
Исходная информация: Черное море – уникально по многим характе!
ристикам. Это один из молодых, «закрытых» водоемов, в котором накопи!
МАКОГОН Ю.Ф.
18 ISSN 1999�7566. Геология и полезные ископаемые Мирового океана, 2010, №2
лась практически застойная не циркулирующая толща воды, насыщенная
сероводородом, с переменным солевым составом по глубине. Средняя глу!
бина моря составляет 1300 м, максимальная – 2210 м. Речные и другие по!
токи поступающей воды имеют ограниченный сток через узкий Босфор –
пролив глубиной 32 м, шириной около 750м. Перемешивание воды опреде!
ляется лишь ветрами до малых глубин и маломощными сипами, располо!
женными на глубинах до 700 м.
Замкнутость бассейна оказала определяющее влияние на насыщеннось
воды сероводородом, генерацию и динамику углеводородов.
Мощная толща гранулярных осадков 8 – 16 (до 20) км подстилается
базальтовой плитой толщиной 5–10 км, опирающейся на мантию. Донные
температуры около 9°С. Планктон может существовать лишь в верхнем 200!
метровом слое перемешиваемой опресненной воды, содержащей растворен!
ный кислород. На больших глубинах вода насыщена сероводородом, где мо!
гут существовать лишь анаэробные бактерии, генерирующие сероводород.
Вертикальная циркуляция воды практически отсутствует. Отсутствует
и миграция растворенных газов, генерируемых в верхнем «живом» слое
воды, в глубинный сероводородный слой.
Термодинамические условия стабильного существования гидратов в
толще воды и осадочных породах для метана существуют на глубине более
750 м. Для сероводорода – от нескольких десятков метров. Нижняя граница
существования гидрата метана и сероводорода зависит от глубины воды и
величины термоградиента в разрезе пород. На Рис. 11 показана толща пород
возможного залегания газогидратных скоплений метана южнее Крыма.
Первые поисковые сейсмические работы в Черном море, выполненные
Южморгео РАН (Номоконов, Спивак, 1988) выявили 5 газогидратных пло!
щадей (Рис. 12).
Наиболее перспективная площадь находится в 20 км южнее Ялты. Это
единственный крупный регион, где Украине следует сосредоточить поиски
Рис. 11. Зона гидратообразования метана в Черном море (Украина)
ГАЗOГИДРАТЫ. ИСТОРИЯ ИЗУЧЕНИЯ И ПЕРСПЕКТИВЫ ОСВОЕНИЯ
ISSN 1999�7566. Геология и полезные ископаемые Мирового океана, 2010, №2 19
и разведку ГГЗ. Другие перспективные регионы расположены в водах Рос!
сии, Турции и Грузии.
За истекшие годы накопилось много спекулятивных заявлений о за!
пасах газогидрата в Черном море. Такие заявления преждевременны. Не!
обходимо провести комплекс поисково!разведочных работ и только после
анализа реальных данных геологии можно определить запасы как потен!
циальные, так и коммерчески извлекаемые.
Важнейшей особенностью Черного моря является отсутствие накоп!
ления органики в донных осадках, что исключает генерацию углеводоро!
дов в толще придонных осадков. Данных о генерации и миграции углеводо!
родов в мощной толще осадков в интервале условий гидратообразования нет.
Поступающий глубинный газ вероятно является термогенным. Требуются
дополнительные исследования. Данные о литологии, структуре, составе,
геотермоградиентах в разрезе пород отсутствуют. Исследователи Черного
моря уделяли основное внимание припляжным районам, не выходя за пре!
делы глубин по воде более 700 м. Большинство поисковых работ посвящено
изучению сипов – «факелов» свободного газа, расположенных в пределах
глубин воды от 50 до 700 м (Шнюков, 2009), которые для проблемы газо!
гидратов не имеют значения.
Кроме того, процессы окисления метана в анаэробной толще воды и в
придонных осадках превышают процессы генерации метана (Леин и др.,
2005). Придонные воды далеки от насыщения метаном, что исключает про!
цесс гидратообразования.
Изучение динамики изотопного состава газов сипов не может раскрыть
условия накопления газогидратов в осадочных породах. Термогенные, глу!
бинные газы, поступая в свободном состоянии в толщу воды, не отражают
процессы, происходящие в толще пород. Согласно данным о температуре
придонных слоев на глубинах воды более 750 м, генерируемый сероводород
Рис. 12. Схема выявленных газогидратных залежей в Черном море
МАКОГОН Ю.Ф.
20 ISSN 1999�7566. Геология и полезные ископаемые Мирового океана, 2010, №2
должен образовать гидрат. Гидрат метана в виде микрокристаллов, образу!
ющихся на поверхности пузырьков газа, всплывает и достаточно быстро
растворяется в толще воды. Кристаллы гидрата сероводорода могут накап!
ливаться в придонных осадках. Их плотность выше плотности воды и плот!
ности гидрата метана, но они так же не будут стабильными напластования!
ми большой мощности у дна вследствие их активной растворимости в воде.
Количественные оценки наличия гидрата в толще придонных пород
могут быть получены лишь через постановку специальных исследований,
включая бурение, отбор и исследование кернов в толще до нескольких сот
метров, а не нескольких тысяч миллиметров. Нужны серьезные геолого!
поисковые исследования. Динамика процессов в первых десятках и первых
сотнях метров придонных пород весьма различна. Анализ накопленного
материала в других регионах Мирового океана дает идеи для размышле!
ний, но нельзя в одной публикации поднять все проблемы.
Одно могу сказать – в Украине достаточно грамотных геологов, техно!
логов и ученых, способных решать актуальные проблемы, а политики и
бизнес способны оценить энергетическую составляющую газогидратов и
реально поддержать как науку, так и производство.
Заключение
Украина – активно развивающаяся держава с высокой потребностью
энергии, однако, потребности энергии опережают ее производство.
Украина располагает всеми традиционными источниками минераль!
ной энергии, но далеко не полностью их использует. Давно застопорились
разведочные работы на нефть и природный газ. С углублением угольных
шахт растет аварийность работ из!за роста содержания метана в углях. В
США за последние 18 лет добыча шахтного метана превысила 12 % объема
потребляемого в стране природного газа. Многие страны прирастили запа!
сы газа в гидратном состоянии, работая по целевым гос. программам.
Одесская группа специалистов во главе с проф. Смирновым Л.Ф. не!
сколько десятилетий активно предлагает технологии добычи как гидрат!
ного, так и угольного метана, но процесс заканчивается успешной защитой
диссертаций без последующeгo внедрения в промышленность.
Автор также неоднократно обращался к руководителям энергетики
Украины с предложениями помочь организовать работы по выявлению и
освоению ресурсов газа в гидратном состоянии, сосредоточенных в Черном
море, но в лучшем случае получал уведомления: «благодарим, даны распо!
ряжения соответствующим службам..., сообщим».
Черное море – удобный плацдарм для разворота работ по изучению и
освоению газа в гидратном состоянии. Украине необходима комплексная ско!
ординированная национальная программа изучения и освоения энергоресур!
сов газогидратов Черного моря. Необходимо создать консорциум заинтере!
сованных стран, прилегающих к Черному морю. Автор готов помочь.
1. Макогон Ю.Ф.,1965. Образование гидратов в газоносном пласте в условиях мно!
голетней мерзлоты Газовая Промышленность, No.5. Ст 14!15.
2. Макогон Ю.Ф 1966. Особенности Эксплуатации Месторождений Природных
Газов в Зоне Вечной Мерзлоты. Москва, ЦНТИ, Газовая Промышленность.
Стр.19.
ГАЗOГИДРАТЫ. ИСТОРИЯ ИЗУЧЕНИЯ И ПЕРСПЕКТИВЫ ОСВОЕНИЯ
ISSN 1999�7566. Геология и полезные ископаемые Мирового океана, 2010, №2 21
3. Макогон Ю.Ф. 1972. Природные газы в океане и проблемы их гидратов. Моск!
ва, ВНИИЭГазпром. Экспресс!Информация, No.11, 43 стр.
4. Макогон Ю.Ф., Требин Ф.А., Трофимук А.А. 1971. Обнаружение газогидратной
залежи. Москва, ДАН СССР, том 196 (1): 197!206
5. Макогон Ю.Ф. Гидраты Природных Газов. 1974. НЕДРА, Москва. 237 стр.
6. Makogon, Y.F. 1982. Perspectives for the development of Gas Hydrate deposits.
Fourth Canadian Permafrost Conference, Calgary, March 2!6, 1981
7. Маkоgon, Y.F., 1997. Hydrates of Hydrocarbons, Penn Well, Tulsa, USA, 516 pg.
8. Makogon, Y.F., Holditch, S.A. and Makogon, T.Y. 2004. Proven Reserves and Basics
for Development of Gas Hydrate Deposits, AAPG, Vankouver.
9. Makogon, Y.F., Holditch, S.A. and Makogon, T.Y. 2005 Development of G!H deposits
oil and gas J. No. 7!II., and 14!II.
10. Makogon, Y.F. 2010. Natural gas hydrates – A promising source of energy, J.
Natural Gas Science and Engineering, No.2
11. Никитин Б.В. 1936. Газ!Гидраты. Д.А.Н., Н.Х., 227:81
12. Номоконов В.П., Ступак С.Н., 1988 Известия ВУЗ, Геология и Разведка, 3.
13. Шнюков Е.Ф. Гидраты Метана в Черном море, (персональная копия, 2009)
14. Chersky N.V., Makogon, Y.F., 1970, Oil and Gas International, Vol. 10 No 8
15. Davy, H. 1811. Phil.Trans.Roy.Soc. London. 101.
16. Hammerschmidt, E.G. 1934. Formation of gas hydrates in natural gs transmission
lines. Ind. Eng. Chem. 26:851!855.
17. Priestley, J. 1778!1780. Versuche und Beobachtungen Uber Verrshiedene
Gattungen der Luft, Th. 1!3, 3:359!362. Wien!Leipzig.
18. Von Stackelberg, M., 1954. Solid Gas Hydrates. „Zeitschrift Elektrochem“, 58, 104.
На основі накопиченного досвіду охарактеризовано умови, необхідні для кількісної
оцінки наявності гідратів і підрахунку ресурсу газу в покладі , а також проблеми ко�
мерційного освоєння газогідратів, зокрема в Чорному морі.
Based on accumulative experience, conditions are characterized for quantititative
estimating the occurrence of hydrates and calculating the gas resource in an accumulation
as well as problems of commercial use of gas hydrates, particularly in the Black Sea.
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-44846 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1999-7566 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-11-30T16:23:08Z |
| publishDate | 2010 |
| publisher | Відділення морської геології та осадочного рудоутворення НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Макогон, Ю.Ф. 2013-06-04T19:07:30Z 2013-06-04T19:07:30Z 2010 Газогидраты. История изучения и перспективы освоения / Ю.Ф. Макогон // Геология и полезные ископаемые Мирового океана. — 2010. — № 2. — С. 5-21. — Бібліогр.: 18 назв. — рос. 1999-7566 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/44846 На основе накопленного опыта охарактеризованы условия, необходимые для количественной оценки наличия гидрата и подсчета ресурса газа в залежи, а также проблемы коммерческого освоения газогидратов, в частности, в Черном море. На основі накопиченного досвіду охарактеризовано умови, необхідні для кількісної оцінки наявності гідратів і підрахунку ресурсу газу в покладі , а також проблеми комерційного освоєння газогідратів, зокрема в Чорному морі. Based on accumulative experience, conditions are characterized for quantititative estimating the occurrence of hydrates and calculating the gas resource in an accumulation as well as problems of commercial use of gas hydrates, particularly in the Black Sea. ru Відділення морської геології та осадочного рудоутворення НАН України Геология и полезные ископаемые Мирового океана Газогидраты Газогидраты. История изучения и перспективы освоения Газогідрати. Історія вивчення та перспективи освоєння Gas hydrates. History of the study and the prospects for commercial exploitation Article published earlier |
| spellingShingle | Газогидраты. История изучения и перспективы освоения Макогон, Ю.Ф. Газогидраты |
| title | Газогидраты. История изучения и перспективы освоения |
| title_alt | Газогідрати. Історія вивчення та перспективи освоєння Gas hydrates. History of the study and the prospects for commercial exploitation |
| title_full | Газогидраты. История изучения и перспективы освоения |
| title_fullStr | Газогидраты. История изучения и перспективы освоения |
| title_full_unstemmed | Газогидраты. История изучения и перспективы освоения |
| title_short | Газогидраты. История изучения и перспективы освоения |
| title_sort | газогидраты. история изучения и перспективы освоения |
| topic | Газогидраты |
| topic_facet | Газогидраты |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/44846 |
| work_keys_str_mv | AT makogonûf gazogidratyistoriâizučeniâiperspektivyosvoeniâ AT makogonûf gazogídratiístoríâvivčennâtaperspektiviosvoênnâ AT makogonûf gashydrateshistoryofthestudyandtheprospectsforcommercialexploitation |