נפט וגז

מתאן הידראט



משאב הגז הטבעי הגדול בעולם נלכד מתחת למשקעים פרפרומטיים ומשקעים בים.


מתאן הידרט: משמאל דגם כדור-ומקל של מתאן-הידרט המציג את מולקולת המתאן המרכזית המוקפת ב"כלוב "של מולקולות מים. מולקולות פחמימניות אחרות כמו פנטן ואיתן יכולות לתפוס את המיקום המרכזי במבנה זה. (דימוי האנרגיה של ארצות הברית). מימין דגימה בוערת של קרח מתאן הידראט (תמונת הסקר הגיאולוגי של ארצות הברית).

מתאן מימה "מלט" בקונגלומרט ?: תמונה זו מציגה דגימת ליבה של אזור המתאן-הידראט בבאר המבחן של מאליק. באר זו חודרת למרבצי אפרפרום באזור דלתת נהר המקנזי של קנדה. בחלק זה של הגלעין נראים חפירות המוטבעות ב"קונגלומרט "על ידי קרח מתאן. לחץ להגדלה.

מחליף המשחקים באנרגיה הבא?

ככל שהגז הטבעי מפצלים הופך ל"מחלף משחקי אנרגיה "עולמי, חוקרי נפט וגז פועלים לפיתוח טכנולוגיות חדשות לייצור גז טבעי מהפקדות מתאן. מחקר זה חשוב מכיוון שמאמינים כי משקעי מתאן הידרט הם משאב פחמימנים גדול יותר מכל משאבי הנפט, הגז הטבעי והפחם בעולם. 1 אם ניתן לפתח את המשקעים הללו ביעילות וכלכלית, מתאן הידרט עשוי להפוך למחלף משחקי האנרגיה הבא.

כמויות אדירות של מתאן הידרט נמצאו מתחת לספקטרום הארקטי, מתחת לקרח האנטארקטי, ובשקעים משקעים בשולי היבשת ברחבי העולם. באזורים מסוימים בעולם הם קרובים הרבה יותר לאזורים בעלי אוכלוסייה גבוהה מכל תחום גז טבעי. פיקדונות סמוכים אלה עשויים לאפשר למדינות המייבאות כיום גז טבעי להפוך לעצמן. האתגר הנוכחי הוא להמציא משאב זה ולמצוא דרכים כלכליות בטוחות לפתח אותו.

תרשים יציבות מתאן: תרשים שלב זה מציג עומק מים (לחץ) על הציר האנכי והטמפרטורה בציר האופקי. הקווים המקווקו מפרידים בין שדות יציבות של מים, קרח מים, גז וגז מימה. הקו שכותרתו "מעבר לחות לגז" הוא משמעותי. תנאים להיווצרות מתאן הידראט מתרחשים מתחת לקו זה. מעל קו זה לא ייווצר מתאן הידרט. הקו האדום מתחקה אחר גיאותרפיה (שינוי הטמפרטורה בעומק במיקום ספציפי). שימו לב כיצד, ככל שהעומק גדל, הגיאותרמה חוצה את קו המעבר לחות לגז. משמעות הדבר היא כי גז לחות במשקעים בדרך כלל עומד על גז חופשי. הגרף שונה לאחר NOAA. 4

מהו מתאן הידראט?

מתאן הידראט הוא מוצק גבישי המורכב ממולקולת מתאן מוקף בכלוב של מולקולות מים משתלבות (ראו תמונה בראש עמוד זה). מתאן הידראט הוא "קרח" המופיע רק באופן טבעי במפקדות מתחת לפני השטח, כאשר תנאי הטמפרטורה והלחץ חיוביים להיווצרותו. תנאים אלה מומחשים בתרשים השלבים בעמוד זה.

אם הקרח מוסר מסביבת טמפרטורה / לחץ זו, הוא הופך לא יציב. מסיבה זו קשה ללמוד פיקדונות מתאן הידראט. לא ניתן לקדוח אותם ולקרר אותם למחקר כמו חומרים אחרים מתחת לפני השטח, מכיוון שהם מובאים אל פני השטח, הלחץ מופחת והטמפרטורה עולה. זה גורם לקרח להתמוסס ולמתאן לברוח.

מספר שמות אחרים משמשים בדרך כלל למתאן הידרט. אלה כוללים: מתמת clathrate, hydromethane, קרח מתאן, קרח אש, גז טבעי hydrat, and hydrat גז. מרבית מרבצי ההידראט מתאן מכילים גם כמויות קטנות של הידראטים אחרים. אלה כוללים פרופאן הידראט ואתאן הידרט.

מפת מתאן לחות: מפה זו היא גרסה כללית של מיקומים במאגר הכללי של USGS של מסד הנתונים של התרחשות גז טבעי. 2

מפת מים לחות: אחד ממפקדי הגז ההידרטים הנחקרים ביותר הוא בלייק רידג ', מחוץ לצפון קרוליינה ודרום קרוליינה. האתגרים בייצור מתאן מהפקדון הזה הם תכולת החימר הגבוהה וריכוז המתאן הנמוך. 3 מפה זו היא דוגמא לקרבתם של פיקדונות בשוליים יבשתיים לשווקי גז טבעי פוטנציאליים. תמונה מאת NOAA. 4

מעבדת ההידראט גז של USGS: סרטון זה לוקח אתכם לביקור במעבדת הידראטס של USGS, שם עורכים החוקרים ניסויים על דגימות של מידי גז שנאספו מאזורי הקוטב והיבשת. הם גם יוצרים הידרטים לגז סינטטי ומבצעים ניסויים בכדי לקבוע את תכונותיהם הכימיות והפיזיקליות.

היכן ממלאים פיקדונות מתאן?

בארבע סביבות כדור הארץ יש תנאי הטמפרטורה והלחץ המתאימים להיווצרות ויציבות של מתאן הידראט. אלה הם: 1) משקעים ויחידות סלע משקע מתחת לחדר הארפרקטי; 2) משקעים משקעים בשולי היבשת; 3) משקעים במים עמוקים של אגמים וימים יבשתיים; 4) מתחת לקרח אנטארקטיקה. 10. למעט המשקעים באנטארקטיקה, הצטברות מתאן-הידראט אינה עמוקה מאוד מתחת לפני האדמה. ברוב המצבים מתאן ההידרט נמצא במרחק של כמה מאות מטרים משטח המשקעים.

דגמי הפקדת מתאן: הפקדת דגמי פיקדונות מתאן במים בשוליים יבשתיים ותחת פרפרסט. 7

בסביבות אלה מתאן הידראט מתרחש במשקעים כשכבות, גושים ומלטים בין-גרעיניים. המרבצים הם לעתים קרובות כל כך צפופים ומתמשכים לרוחב עד שהם יוצרים שכבה בלתי חדירה המלכודת גז טבעי הנע מעלה מלמטה.

בשנת 2008 העריך הסקר הגיאולוגי של ארצות הברית את משאב ההידרט הגז הבלתי חשוף של אזור המדרון הצפוני באלסקה. הם מעריכים כי סך כל משאב הגז הטבעי שלא התגלה בצורה של hydrat גז נע בין 25.2 ל 157.8 טריליון קוב. מכיוון שמעט מאוד בארות נקדחו דרך הצטברות מי ההידראז, לאומדנים יש רמת אי וודאות גבוהה מאוד. 5

מעבדת ההידראט גז של USGS: סרטון זה לוקח אתכם לביקור במעבדת הידראטס של USGS, שם עורכים החוקרים ניסויים על דגימות של מידי גז שנאספו מאזורי הקוטב והיבשת. הם גם יוצרים הידרטים לגז סינטטי ומבצעים ניסויים בכדי לקבוע את תכונותיהם הכימיות והפיזיקליות.

מתייבש היטב בגז: Ignik Sikumi מס '1 מתייבש היטב במדרון הצפוני של אלסקה. הערכת משאבי גז הידראט של USGS קבעה כי במדרון הצפוני יש משאב הידראט גז נרחב שנלכד מתחת לפרפרוסט. צילום המחלקה לאנרגיה.

איגניק סיומי: סרטון זה לוקח אותך לביקור במשפט שדה ההידראט של גז Ignik Sikumi, באר על המדרון הצפוני של אלסקה שהפיק גז טבעי מהידרטים בגז מתחת לפרפרוסט. ההישג שהושג כאן היה לשחרר את המתאן על ידי החלפתו בפחמן דו חמצני - מבלי להמיס את מימן הגז.

היכן מיוצר מתאן הידראט כיום?

נכון להיום לא הייתה ייצור מתאן מסחרי בקנה מידה גדול מפיקדונות גז לחות. כל ההפקה הייתה בקנה מידה קטן או ניסיוני.

בתחילת 2012, פרויקט משותף בין ארצות הברית ליפן ייצר זרימה קבועה של מתאן על ידי הזרקת פחמן דו חמצני להצטברות המתאן. הפחמן הדו-חמצני החליף את המתאן במבנה ההידרט ושחרר את המתאן לזרום לפני השטח. בדיקה זו הייתה משמעותית מכיוון שהיא איפשרה לייצר מתאן ללא חוסר היציבות הקשורה לחות גז התכה. 6

לפיקדונות המתאן הידראטיים הסבירים ביותר שייבחרו להתפתחות ראשונה יהיו המאפיינים הבאים: 1) ריכוזים גבוהים של הידראט; 2) סלעי מאגר בעלי חדירות גבוהה; וכן, 3) מיקומים בהם קיימת תשתית קיימת. 7 פיקדונות העומדים במאפיינים אלה יתקיימו ככל הנראה במדרון הצפוני של אלסקה או בצפון רוסיה.

איגניק סיומי: סרטון זה לוקח אותך לביקור במשפט שדה ההידראט של גז Ignik Sikumi, באר על המדרון הצפוני של אלסקה שהפיק גז טבעי מהידרטים בגז מתחת לפרפרוסט. ההישג שהושג כאן היה לשחרר את המתאן על ידי החלפתו בפחמן דו חמצני - מבלי להמיס את מימן הגז.

התכה גז הידראט: כשנקדחים בארות נפט באמצעות משקעים נושאי הידראט, הטמפרטורה החמה של השמן הנע דרך אזור ההידרט הקפוא עלולה לגרום להתכה. זה יכול לגרום לכישלון היטב. צינורות חמים העוברים על גושי הידרה קפואים מהווים גם הם סכנה. תמונה של 8 USGS.

סכנות במתאן מימן

מתכות לחות הן משקעים רגישים. הם יכולים להתנתק במהירות עם עליית הטמפרטורה או ירידה בלחץ. ניתוק זה מייצר מתאן ומים בחינם. המרת משקעים מוצקים לנוזלים וגזים תיצור אובדן תמיכה וחוזק הגזירה. אלה עלולים לגרום לשפלת צוללות, מפולות אדמה או שקיעה העלולות לפגוע בציוד הייצור ובצינורות. 7

מתאן הוא גז חממה רב עוצמה. טמפרטורות ארקטיות חמות יותר עלולות לגרום להמסה הדרגתית של הידרטים בגז מתחת לפרפרפר. אוקיינוסים מחממים עלולים לגרום להתכה הדרגתית של הידרטים בגז ליד ממשק המים המשקעים. אף על פי שדיווחי חדשות רבים הציגו זאת כקטסטרופה פוטנציאלית, מחקר USGS קבע כי hydrates גז תורם כיום לסך הכול מתאן אטמוספרי וכי התכה קטסטרופלית של מרבצי hydrat לא יציבים לא סביר שתביא כמויות גדולות של מתאן לאטמוספרה. 9

האם ידעת? למתאן הידרט יש ריכוז גבוה מאוד של מתאן. אם אתה ממיס בלוק אחד של מעוקב מתאן, ישוחרר כ -160 קוב של מתאן גזי.
הפניות למתאן הידראט
1 מעבדת הידראטס של USGS: סטיבן ווסלס, לורה שטרן, סטיב קירבי; סקר הגיאולוגיה של ארצות הברית, סקר גיאולוגי, 2012.
2 מלאי עולמי של התרחשות מימית של גז טבעי: קית 'א. קוונוולדן ותומס ד. לורנסון, המרכז לחוף הים והמדע הימי באוקיאנוס, הסקר הגיאולוגי של ארצות הברית.
3 מימיות גז טבעי: סקירה: טימותי ש. קולט, ארתור ה. ג'ונסון, קמליה קנאפ, ריי בוסוול; תמציות גז טבעי - פוטנציאל למשאבי אנרגיה וסיכונים גיאולוגיים נלווים: AAPG Memoir 89, p. 146-219, 2009.
4 מי לחות גז מחוץ לדרום מזרח ארצות הברית: קרולין רופל, מכון הטכנולוגיה בג'ורג'יה, אתר NOAA Ocean Explorer, ניגש לאחרונה בנובמבר 2016.
5 הערכה של משאבי הידראט הגז במדרון הצפוני, אלסקה, 2008: סקר גיאולוגי של ארצות הברית, גיליון עובדות 2008-3073, אוקטובר 2008.
6 ארה"ב ויפן משלימות ניסוי שדה מוצלח בטכנולוגיות ייצור מתאן הידראטהודעה לעיתונות של משרד האנרגיה של ארצות הברית, 2 במאי 2012.
7 פוטנציאל משאבי אנרגיה של מתאן הידראט: מבוא לפוטנציאל המדע והאנרגיה של משאב ייחודי; פרסום על ידי המעבדה הלאומית לטכנולוגיית אנרגיה, מחלקת האנרגיה של ארצות הברית, פברואר 2011.
8 תוצאות מאפיין תרמי שלב טהור: sI Methane Hydrat: מרכז המדע של וודס הול, הסקר הגיאולוגי של ארצות הברית, 2007.
9 הידרטות גז ומחמם אקלים - מדוע אין זה סביר שאסון מתאן: קרולין רופל ודיאן נוזריילה, הסקר הגיאולוגי של ארצות הברית, עלון גלי הקול, מאי / יוני 2012.
10 במחקר עולה כי מאגרי מתאן גדולים מתחת לגיליון הקרח באנטארקטיקה: טים סטפנס, הודעה לעיתונות, סנטה קרוז מאוניברסיטת קליפורניה, 29 באוגוסט 2012.

פוטנציאל אדיר

למרות שהצטברות מתאן-הידראט נמצאים בסביבות קשות ומציגות אתגרים טכניים רבים, הם מופצים באופן נרחב והמקור הגדול ביותר לפחמימנים בכדור הארץ. ניתן לפתח מגוון טכנולוגיות לייצורן באמצעות הפחתת לחץ, חילופי יונים ותהליכים אחרים המנצלים את תכונותיהם הכימיות והפיזיות הייחודיות. בארצות הברית, קנדה, יפן והודו כולן כוללות תכניות מחקר נמרצות הפועלות לגילוי טכנולוגיות ברות-קיימא לייצור מי-גז. מתאן הידראט ימלא ככל הנראה תפקיד חשוב בתערובת האנרגיה העתידית שלנו.