Газовые гидраты – это твердые кристаллические соединения, которые образуются в породе при определенном давлении и температуре из воды и газа. В ближайшие десятилетия газогидраты могут стать одним из основных источников ископаемого топлива. По оценкам специалистов, их мировые запасы не менее, чем в два раза, превышают известные объемы природного газа в традиционных источниках и в пять раз – запасы сланцевого газа.

О результатах исследований рассказывает Гэсэр Александрович Дугаров – научный сотрудник лаборатории динамических проблем сейсмики​ ИНГГ СО РАН, кандидат физико-математических наук.

Почему важно изучать газогидраты?

Пока что добыча газогидратов нерентабельна, но при наличии технологий она может стать необычайно выгодной и эффективной. В частности, из одного кубометра гидрата можно получить около 160 кубометров метана. Возможности такой эффективной «упаковки» интересны и с точки зрения транспортировки природного газа.

Для того чтобы разработать эффективный метод добычи газогидратов, нужно получить максимальные знания об их свойствах. Для этого сотрудники ИНГГ СО РАН совместно с коллегами из Института неорганической химии им. А.В. Николаева СО РАН (ИНХ СО РАН) проводят эксперименты на установке, созданной в рамках гранта РНФ в 2014-2016 годах. Уникальное оборудование позволяет специалистам изучать акустические свойства образцов. По словам Гэсэра Дугарова, в России существуют иные установки, позволяющие изучать тепловые, электрические, фильтрационные свойства гидратосодержащих пород, но второй такой установки для изучения акустических свойств на данный момент нет.

Установка, на которой ведутся исследования

Кроме того, изучение газогидратов важно с точки зрения безопасности. В природе эти вещества образуются в морских донных осадках и в криолитозоне. При освоении месторождений давление и температура в пластах Земли меняются, и газогидраты начинают разлагаться. Этот процесс сопровождается выбросами газа, что приводит к остановке работ на скважинах, авариям и пожарам.

Также эти соединения могут формироваться в стволах скважин, промышленных коммуникациях и магистральных путепроводах. Отлагаясь на стенках труб, гидраты резко уменьшают их пропускную способность. Поэтому изучение газогидратов важно не только в интересах науки, но и добывающих компаний.

Как именно работают ученые?

Новосибирские специалисты провели уже более 100 экспериментов на песчаных, песчано-глинистых и угольных образцах, а также на пробах, взятых из неоднородного песчаника. Для проведения опытов ученые используют небольшие образцы керна диаметром 3 см и высотой 4-5 см. Формируя различные образцы и наблюдая за образованием в них газогидратов, ученые создают настоящую базу данных. Впоследствии, она позволит оценивать содержание гидратов в той или иной породе.

Перед проведением эксперимента ученые помещают образцы в камеру высокого давления установки

Гидратосодержащие образцы ученые ИНГГ СО РАН вынуждены изготавливать сами, поскольку добыть реальный керн слишком дорого и трудоемко. Газогидраты требуют наличия низких температур и высокого давления, и до того, как содержащие их образцы будут подняты на поверхность Земли, могут разложиться на газ и воду. Пока что специалистам удалось взять пробы в илистых донных отложениях на Байкале. Гэсэр Дугаров не исключает, что в будущем в России будет разработан специальный зонд для получения образцов и из недр Земли, за рубежом подобный зонд уже разработан.

Результаты и планы

В ходе экспериментов ученые обнаружили несколько интересных эффектов, которые теперь намерены подробно изучить. В частности, специалистов интересует, как изменяются газогидраты при длительном воздействии постоянных температур и давления, формируется он в поровом пространстве или на поверхности частиц породы, цементирует их или нет.

– Наша первая задача – создать базу свойств, для которой уже есть некоторый задел, – говорит Гэсэр Дугаров. – В ней будут указаны акустические свойства газогидратов в различных породах. На ее основе мы создадим акустические модели – как отдельных образцов, так и целых месторождений. А затем уже можем пробовать моделировать различные сценарии разработки реальных месторождений и оценить, возможно ли создать систему сейсмического мониторинга, которая могла бы вовремя предупреждать о разложении газогидратов. В результате, работа на месторождениях станет безопаснее.

Газогидраты могут существовать только при низких температурах и высоком давлении

Сейчас ученые ИНГГ СО РАН работают над новой стадией своего проекта, для чего привлекают к работе не только сотрудников ИНХ СО РАН, но и Института ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН (ИЯФ СО РАН). Специалисты создают камеру, которая позволит просвечивать образцы методом компьютерной томографии – для этого планируется использовать синхротрон ИЯФ СО РАН.

– Данный прибор позволит нам следить за тем, что происходит в поровом пространстве породы, – говорит Гэсэр Дугаров. – Мы сможем заглянуть внутрь образца: выбрать какой-нибудь объем диаметром в полтора миллиметра, содержащий частицы породы и поровое пространство, и посмотреть, что в нем происходит при формировании или разложении газогидрата, изменении температуры и других условий. Такие эксперименты откроют нам дополнительные знания о газогидратах и дадут новый материал для изучения.

Пресс-секретарь ИНГГ СО РАН
Павел Красин​​​
8 923 248 52 78
press@ipgg.sbras.ru

Фото и иллюстрации предоставлены Г.А. Дугаровым, А.Н. Дробчиком