СПОСІБ РОЗРОБКИ  МОРСЬКИХ ГАЗОГІДРАТНИХ РОДОВИЩ ШЛЯХОМ ВИКОРИСТАННЯ ГІДРОРОЗРИВУ

A METHOD OF DEVELOPMENT OFFSHORE GAS HYDRATE DEPOSITS BY USING HYDROLIC FRACTURING

Студент, Стецик Ю. Р. / Student, Stetsyk Y. R.

Доцент, Грицанчук А. В. / Associate professor, Hrytsanchuk A. V.

Івано-Франківський національний технічний університет нафти і газу. Україна, 76000,

Івано-Франківськ, Карпатська, 15.

Ivano-Frankivsk National Technical University of Oil and Gas,

Ivano-Frankivsk, Karpatska 15, 76000

Анотація : Авторами розглянуто розробку морського газогідратного родовища шляхом використання гідравлічного розриву пласта. Відомі способи розробки родовищ передбачають значний ризик викиду метану в морську воду, тому  розроблено новий спосіб, який передбачає руйнування породи-покришки.

Ключові слова :Газогідрати, гідравлічний розрив пласта, газопровід, порода-покришка, метан.

Вступ

Тенденція тривалого виснаження світових запасів традиційних видів палива актуалізувала для світового співтовариства проблему подальшого вивчення ресурсного потенціалу океанічних гідратів метану та їх застосування для отримання вуглеводневого газу. Сьогодні морські газогідрати визнані фахівцями найперспективнішим альтернативним паливом у багатьох країнах. Протягом останніх років інтерес до проблеми газових гідратів у всьому світі значно посилився і їх дослідно-промислове освоєння уже розпочалося. Газові гідрати, звичайно, не лежать суцільним килимом у межах зони гідратоутворення – відповідної температури і тиску недостатньо. Необхідний високий уміст органічної речовини в осадових породах (від 0.5 – 4.0% і вище), активна генерація й міграція вуглеводнів у зону утворення гідрату. Однак за попередніми оцінками загальні об’єми метану, накопичені в природних гідратах Світового океану, оцінюються на рівні 2.1∙1016 м3 (Kvenvolden, 1993). Величезні перспективні поклади газогідратів виявлені в межах полярних акваторій на глибинах вод від 200 м, у районах Атлантичного, Індійського та Тихого океанів – на глибинах від 500 – 700 м. Тільки в межах Мексиканської затоки виявлено більше 70 покладів газогідратів. В акваторії Австралії, в районі Нової Каледонії, сейсмічна розвідка виявила поклад газогідратів загальною площею більше 80 тис. км2 на глибині води від 1 до 4 км. Запаси газу в стані гідратів тут можуть бути від 20 до 200 трлн м3 .

Газові гідрати – сполуки, в яких молекули газу укладені в кристалічні ячейки, які складаються з молекул води, утримуваних водневим зв'язком. Газові гідрати можуть утворюватися і стабільно існувати в широкому інтервалі тисків і температур. Деякі властивості гідратів унікальні. Наприклад, один об’єм води пов'язує в гідратному стані ≈ 160 обсягів метану. При тому її питомий об’єм зростає на 26%.

Характеристика методу дії на пласт

Спосіб розробки морських газогідратних родовищ  що долає більшість недоліків, які притаманні іншим методам розробки таких родовищ, це аналог технології розкриття покладів сланцевого газу, коли в продуктивному пласті бурять горизонтальні чи похилі протяжні свердловини, через які здійснюють гідророзрив пласта і вилучення газу з великих площ і масивів (рис. 1.1). Слід зазначити, що фізико-хімічні й механічні властивості газогідратного та сланцевого пластів значно різняться й процеси їх поведінки після гідророзриву не можуть бути подібні (ефект руйнування метаногідратного покладу неможливо підтримувати тривалий час). Навряд чи вдасться утримувати в газогідратному пласті протяжну свердловину для відбору газу (скоріш за все, буде діяти лише обмежена її ділянка на вході в пласт). Є також значний ризик виходу великої кількості газу за короткий проміжок часу після гідророзриву, при цьому значна частина вивільненого метану через тріщини в породах покрівлі по всій зруйнованій площі пласта вийде у воду й буде втрачена, не виключений і різкий викид газу з наслідками вибуху.

C:\Users\Lenovo\Desktop\грп.JPG

Рис. 1.1. Спосіб розробки газогідратного родовища шляхом використання гідророзриву: 1 – непроникні породи; 2 – тріщини; 3 - шар газового гідрату; 4 – нагнітальна свердловина; 5– обладнання для відбору газу; 6 – експлуатаційна свердловина.

Характеристика нового методу дії на пласт

Аналіз способу розробки глибинних газогідратних пластів гідророзривом, який ми розглядали раніше , показав значні ризики гідророзриву газогідратного пласта, тому було поставлено завдання розробити новий спосіб. А саме, запропоновано руйнувати гідророзривом гірські породи покрівлі, чим забезпечувати вихід через утворені тріщини вивільненого метану у водний простір, де він буде уловлюватися еластичними оболонками розлогого газозбірного екрану. В залежності від гірничо-геологічних умов свердловина гідророзриву може проходити на сполученні газогідратного покладу і порід покрівлі або в товщі останньої, виходячи із завдання більш інтенсивно зруйнувати породи покрівлі й утворити лише окремі тріщини в газогідраті. Для перетворення метаногідратів у газ тут може використовуватися як процес розгерметизації, так і забезпечення сталої дисоціації газогідратного покладу бурінням з берегу свердловин керованого напрямку, в які закачують теплоносій. Як і для поверхневого покладу вивільнений метан накопичують під еластичними газозбірними оболонками й донним газопроводом транспортують на берегові газорозподільні станції. В основу розробки нового способу поставлене завдання вдосконалення способу розробки морських газогідратних пластів шляхом зосередження енергії гідророзриву на породах покрівлі газогідратного пласту та отримання в них відкритої системи тріщин, якими утворений газ потрапляє у водний простір під газозбірну оболонку, що зменшить ризики раптового викиду газу при гідророзриві та забезпечить високі обсяги видобутку газу. Новий спосіб розробки морських газогідратних пластів гідророзривом включає розкриття газогідратного пласту повздовжньою свердловиною, екранування донної поверхні над пластом газозбірною еластичною оболонкою з перепусканням газу в донний газопровід, свердловинний гідророзрив газогідратного пласту та нагнітання свердловиною теплоносія чи хімічного реагенту в пласт. Новим є те, що свердловину пробурюють у площині сполучення поверхні газогідратного покладу і порід покрівлі, утворюють гідророзривом у породах покрівлі відкриту систему тріщин і випускають ними утворений газ у водний простір під газозбірну оболонку. Новим також є те, що газозбірна еластична оболонка утримується в необхідному положенні відносно морського дна завдяки системі важелів і поплавків змінної вантажопідіймальності, закріплених на її поверхні. Оскільки свердловину пробурюють у площині сполучення поверхні газогідратного покладу і порід покрівлі, забезпечується перерозподіл енергії гідророзриву між газогідратним пластом і породою покрівлі, яка руйнується з утворенням відкритих водному простору тріщин, що забезпечує випускання утвореного газу у водний простір без ризику утворення надмірного тиску й раптового викиду газу. Завдяки тому, що утворений газ випускають у водний простір під газозбірну оболонку, яка утримується в необхідному положенні відносно морського дна завдяки системі важелів і поплавків змінної вантажопідіймальності, закріплених на її поверхні, досягають ефективного розміщення газозбірної оболонки, уловлювання нею великих обсягів газу з протяжної ділянки морського дна вздовж нагнітальної свердловини й формування під оболонкою суцільної газової лінзи, яка перепускається в донний газопровід.

Сутність способу пояснюється кресленням, рис.1.2. включає газогідратний пласт 1, перекритий шаром гірських порід покрівлі 2, пробурену в площині їх сполучення повздовжню свердловину 3, розміщений на донній поверхні 4 газопровід 5, розташовану в придонній морській зоні 6 еластичну газозбірну оболонку 7 із закріпленими на ній важелями 8, поплавками змінної вантажопідіймальності 9 і гнучкими рукавами 10, оснащеними всмоктувальними пристроями 11 і під’єднаними до газопроводу 5, утворену гідророзривом порід систему відкритих тріщин 12, потоки виділеного газу 13, що збирається під гнучкою оболонкою 7 в суцільну лінзу 14. C:\Users\Lenovo\Desktop\грп2.JPG

Рис. 1.2. Схема екранованої розробки заглиблених покладів шляхом гідророзриву газогідратного пласта та порід покрівлі

Спосіб здійснюють наступним чином. З берега чи морської платформи  у площину сполучення газогідратного пласту 1 з гірськими породами покрівлі 2 бурять повздовжню свердловину 3, паралельно їй прокладають на донній поверхні 4 газопровід 5 із замкненим кінцем, розміщують у придонній морській зоні 6 над донною поверхнею 4 еластичну газозбірну оболонку 7, регулюючи необхідну відстань до дна й склепінчасту форму оболонки за допомогою закріплених на ній важелів 8 і поплавків змінної вантажопідіймальності 9. До газопроводу 4 підключають гнучкі рукави 10, закріплені під газозбірною оболонкою 7 і оснащені всмоктувальними пристроями 11 (можуть оснащуватися фільтром, який пропускає газ і не пропускає воду). На час транспортування та монтажу обладнання можуть бути задіяні плавзасоби, рухомий підводний модуль, водолази. Під високим тиском у свердловину 3 нагнітають рідину (приміром суміш води з піском і хімічними реагентами) і здійснюють гідророзрив газогідратного пласта 1 і гірських порід покрівлі 2, утворюючи систему відкритих тріщин 12. При цьому зміна тиску й температури газогідрату призводить до вивільнення значних обсягів газу 13, який виходить по тріщинах порід покрівлі у водний простір і потрапляє під газозбірну еластичну оболонку 7, її склепінчаста форма формує суцільну газову лінзу 13, газ якої відкачують всмоктувальними пристроями 10 і перепускають гнучкими рукавами 9 в газопровід 4 під дією насосів. Об’єм виділення газу в процесі подальшої дисоціації газогідратного пласта 1 регулюють обсягами й температурою теплоносія, який подають у свердловину 3.

Висновок

Розроблено спосіб розробки морських газогідратних пластів гідророзривом, який передбачає руйнування порід покрівлі гідророзривом і виведення утвореного метану під газозбірний екран. Цей метод набагато безпечніший та рентабельніший від першого, оскільки в першому методі є ризик вивільнення значної кількості газу у водний простір через тріщини у породі покрівлі по всій зруйнованій площі пласта й буде втрачена.

Література:

  1. Истомин В.А. Газовые гидраты в природных условиях / В.С. Якушев, В.А. Истомин // - М.:Недра, 1992, - 236 с
  2. Гройсман А.Г. Теплофизические свойства газовых гидратов.  Новосибирск: Наука, 1985. - 94 с
  3. UA 124192. Спосіб розробки морських газогідратних пластів гідророзривом/ Г.І. Гайко, Л.М. Пига., Є.А. Огородник. МПК: Е21В43/36. Опубл. 03.05.2018.

Науковий керівник: Доцент Грицанчук А. В.

Стаття відправлена: 14.09.2018 р.

© Стецик Ю. Р.