Ученые Пермского Политеха, Китая и Саудовской Аравии впервые создали компьютерную модель при строительстве скважин для освоения газогидратов. Она показывает, какие химические реагенты безопасны для гидратов. Об этом Информагентство «Девон» узнало из сообщения ПНИПУ.
Запасы газогидратов сопоставимы со всеми традиционными ресурсами нефти и газа, вместе взятыми. Крупнейшие скопления «огненного льда» сосредоточены в Арктике (на территории России, США, Канаде и Норвегии), а также в зонах вечной мерзлоты. Крупнейшие скопления находятся в арктических морях РФ — от Баренцева до Чукотского, а также на суше — в Якутии и Западной Сибири.
Один кубометр такого льда дает до 180 кубометров газа. Чтобы извлечь газ, гидраты необходимо разрушить прямо в пласте. Например, откачав жидкость из скважины. Можно также подавать в скважины горячую воду или пар.
При этом газогидраты могут начать быстро разлагаться, выделяя колоссальные объемы газа. Все это может привести к возникновению подземных полостей, деформации скважин и взрывам. Метан, прорвавшийся в атмосферу, усиливает парниковый эффект в десятки раз сильнее углекислоты.
Гидраты скрепляют между собой осадочные породы — песчаник, известняк, глину, которые обычно не держат форму. По сути, они выполняют роль природного «клея». При разрушении газогидратов эти отложения теряют устойчивость и могут обрушиться.
Поэтому при строительстве скважин сначала опускают металлические трубы. Они образуют стенку ствола и не дают породе осыпаться. Затем пространство между этими трубами и окружающим грунтом заполняют цементным раствором. После затвердевания он берет на себя удерживающую функцию, заменяя собой исчезнувшие гидраты. В этом их главное отличие от обычных нефтяных и газовых скважин.
Однако у этого способа есть скрытая проблема. Состав цемента подбирают под конкретные условия бурения: глубину, температуру, давление, тип пород. В зависимости от этого в него добавляют разные полимеры для нужной текучести, скорости затвердевания и прочности.
Вода из раствора просачивается в породы, а вместе с ней туда попадают полимеры. Они проникают в кристаллическую решетку гидрата и разрушают его до того, как раствор схватится и возьмет на себя роль опоры. В результате порода может обрушиться прямо во время строительства. А заранее рассчитать, какие полимеры безопасны, было невозможно.
Новая компьютерная модель показывает, как разные химические вещества влияют на устойчивость гидратов.
«Мы построили виртуальную модель «огненного льда», — рассказал заведующий кафедрой нефтегазовых технологий ПНИПУ Сергей ЧЕРНЫШОВ. - Затем смоделировали реальный процесс, как жидкость затворения из цементного раствора просачивается в породу и контактирует с гидратом».
Для этого в виртуальную систему добавили раствор с полимерами в разных концентрациях от 0,5 до 1,5%. После чего стали постепенно повышать температуру, имитируя нагрев от затвердевающего цемента. Исследователи наблюдали, при какой температуре гидрат начинает разрушаться.
С помощью этого метода ученые испытали разные химические добавки. В реальном цементе используются сложные полимеры. Они состоят из простых молекулярных структур, своего рода «кирпичиков». Последние определяют, будет добавка опасной для гидратов или нет.
Особое внимание ученые уделили изучению влияния концентрации полимеров. Оказалось, что даже безопасные на первый взгляд соединения при высокой концентрации могут стать опасными. Поэтому модель позволяет подбирать не только тип химического соединения, но и его оптимальное количество в растворе.
На основе этих данных ученые создали метод расчета, который работает как калькулятор. Инженер сможет загружать в него состав цемента. Программа будет оценивать, не начнут ли гидраты разрушаться. Если есть риск — состав можно будет скорректировать, заменив полимеры на безопасные для рассматриваемых условий. Это позволит подобрать рецептуру для любой скважины еще на этапе проектирования.
Источник:
https://iadevon.ru/news/oilservice/«kalkulyator»_sdelaet_bezopasnee_dobichu_gazogidratov-18757/
г.Казань, ул. Ершова, д. 29а