Горение гидрата метана. Фото из Wikipedia

Весной прошлого года власти Китая объявили об историческом прорыве в добыче углеводородов. Геологическая служба Министерства земельных и природных ресурсов Китая сообщила, что эксперимент по добыче по добыче газовых гидратов с месторождения на дне Южно-Китайского моря закончился «полным успехом». 

За восемь дней разработки  месторождения, расположенного на глубине более 1200 метров от поверхности моря и еще порядка  200 метров от поверхности дна, было получено более 120 тыс. кубометров газа с содержанием метана до 99,5 процентов.

В сообщении подчеркивалось, что этот эксперимент, ставший первым успешным примером промышленной морской добычи газогидратов, был достигнут с опорой исключительно на собственные силы и будет иметь «далеко идущие последствия».

Российские эксперты не смогли сделать какие-либо выводы о перспективах освоения Китаем технологии  добычи газогидратов, так как никаких конкретных данных на этот счет китайские источники не привели.

Китай относительно недавно  присоединился к экспериментам в газогидратной добыче, которые в 2008 году проводились в Канаде  на месторождении Маллик (в течение шести дней было добыто 13 тыс. куб. м газа), а в 2013 году в течение шести дней  тестовый эксперимент провела  Япония.

Весной 2013 года японская государственная компания JOGMEC (Japan Oil, Gas & Metals National Corp.)  об успешном проведении  экспериментальной добычи природного газа (метана) из газогидратов, залегающих на морском дне. Сообщалось, что таким образом Япония открыла для себя только на этом участке «потенциальный депозит в 1 триллион кубических метров природного газа – по самым скромным подсчетам».

Известный российский эксперт, профессор Института нефти и газа им. И.М. Губкина, ранее возглавлявший ВНИИГаз, Роман Самсонов в интервью «Сути событий» рассказал, что японские технологии в области газогидратов наиболее передовые на сегодняшний день. 

Заметим, что 1 трлн кубометров метана хватит, чтобы обеспечить потребление всей Японии на десять лет вперед.  Японцы предполагают начать промышленную добычу газогидратов не ранее 2018-2019 годов, то есть спустя семь лет после успешного тестового эксперимента. У Японии себестоимость добычи газогидратов колеблется от в  8 до 30 долларов за МБТЕ (Британская термическая единица), тогда  как текущая и среднесрочная прогнозная цена газа в Азиатско-Тихоокеанском регионе находится ниже этого уровня ($5–7 МБТЕ). То есть  японские технологии позволят промышленно добывать газогидраты, что предполагает конкурентную себестоимость добычи, не ранее, чем через два года. Скорее всего китайские технологии добычи газогидратов также на сегодняшний день не обеспечивают конкурентных цен на газовом рынке. Роман Самсонов высказал сомнение в наличии у Китая эффективных опережающих технологий в этой сфере.Такого же мнения придерживаются и ряд других российских экспертов.

Справка:

Газовые гидраты  или клатраты — кристаллические соединения, образующиеся при определенных соотношениях температуры и давления из воды и газа. Название «клатраты» в переводе с латинского  (clathratus) означает «закрытый решёткой, посаженный в клетку». Впервые гидраты газов (сернистого газа и хлора) наблюдали еще в конце XVIII века британские ученые.

Газогидраты – это молекулы газа (нас в данном случае интересует  метан), облепленные со всех сторон молекулами воды, своего рода «газ в клетке». Они не могут  возникнуть при нормальном атмосферном давлении. Так, газогидраты метана могут возникнуть при нулевой температуре и давлении не менее 25 атмосфер, например,  в море на глубине не менее 250 метров.  Кстати, японские бурильщики открыли залежи газогидратов на глубине 300 метров.

На вид газогидраты похожи на грязноватый снег. Желтовато-кремовые кристаллы газогидратов при подъеме на поверхность  очень быстро испаряются. Если их поджечь, они горят жарким пламенем. При падении давления разрушаются стремительно, выделяя огромный объем газа: из одного литра газогидрата получается почти 180 литров метана.

Один из участников Дальневосточной морской инженерно-геологической экспедиции, проводившей в 1990 году инженерно-геологические изыскания на шельфе острова Сахалин, так описывает эту метаморфозу «горючего льда»: «Отобранные  из приповерхностных отложений образцы газогидратов на палубе начинали на глазах шипеть и распухать, покрываясь порами, как губка. Когда мы подносили спичку, газ вспыхивал. Если образец быстро разламывали, то внутри как раз и можно было увидеть эти самые грязные кристаллы газогидратов».

С проблемой образования твердых гидратов природного газа отечественная индустрия впервые столкнулась в 1930-х годах. Газогидраты образовывались  в трубопроводах, расположенных в окружающей среде с отрицательными температурами. В 1940-е годы советские учёные И. Стрижов и М. Мохнаткин высказали гипотезу том, что залежи  газовых гидратов могут находиться в зоне вечной мерзлоты.  В 1960-е годы эти ученые  обнаружили первые месторождения газогидратов на севере страны. Одновременно с этим возможность образования гидратов в природных условиях подтвердили эксперименты Юрия Макогона (Институт нефти и газа им. И.М. Губкина). 

Газогидраты встречаются в самых разных, порой довольно неожиданных  местах нашей планеты, в том числе и в России. Так, сотрудники ВНИИГАЗа А. Ефремова и Б. Жижченко при донном отборе проб в глубоководной части Черного моря в 1972 году видели вкрапления газогидратов в поднятом со дна грунте. Спустя несколько лет газогидраты  были найдены и в Атлантическом океане при глубоководном бурении с исследовательского судна «Гломар Челленджер». 

Первый случай успешной добычи газогидратов был зафиксирован в 1967 году на Мессояхском газово-гидратном месторождении  в  Сибири, где, как считается, впервые удалось, причем по чистой случайности, извлечь природный газ непосредственно из гидратов (до 36  процентов от общего объёма добычи). 

Однако, долгое время  газогидраты рассматривались не как полезный потенциальный ресурс, а как опасная помеха при добыче и транспортировке газа. Их и изучать-то стали с целью поисков средств борьбы с ними.

Известно, что газогидраты в присутствии паров воды образуются на стенках скважин, в трубопроводах и  вентилях, затрудняя их нормальную работу. Поэтому в трубопроводы приходится закачивать вещества (например, метиловый спирт), препятствующие образованию газогидратов. Если в скважине или трубопроводе возник режим гидратообразования, то образуется гидратная пробка, которая блокирует движение газа или нефти и приводит к аварии. На северных месторождениях России повсеместно установлено оборудования для предотвращения гидратообразования.

В 2010 году американские нефтяники, ликвидировавшие разлив нефти после гибели платформы Deepwater Horizon в Мексиканском заливе столкнулись с нежелательным образованием газогидратов на стенках защитного купола, который был установлен над устьем аварийной скважины.

100-тонный стальной купол, который должен был закрыть поврежденную при взрыве на буровой платформе трубу и предотвратить дальнейшее попадание нефти в воду, был спущен на глубину полтора километра и с помощью подводных роботов установлен на скважине. Однако на его стенках началось образование газогидратов, а поскольку наледи газогидратов примерно на 10 процентов  легче воды, то  образовавшиеся гидраты приподняли огромную махину стального купола, который пришлось  заменить на другую конструкцию.

Замороженные газогидраты внутри вечной мерзлоты крайне опасны при проходке скважин на севере, так как они начинают разлагаться и генеририровать мощные выбросы газа. О масштабах возможных разрушений при таких выбросах можно судить по недавно обнаруженному «ямальскому  кратеру».

Поэтому как российские, так и японские геологи крайне осторожны в своих прогнозах по поводу перспектив разработки метаногидратов. Кстати, причиной катастрофы  буровой платформы Deepwater Horizon, по мнению ряда экспертов, к примеру профессора Калифорнийского университета в Беркли Роберта Би, стал взрыв гигантского пузыря метана, который образовался из вскрытых проходчиками донных залежей газогидратов.

Запасы газовых гидратов в земной коре огромны. Причем они весьма плотно упакованы. В  гидрате метана, например, соотношение между газом и водой примерно 1 к 6, но при этом в одном кубометре гидрата примерно 164 кубометров газа.   «По общему мнению нефтегазовых геологов», - как пишет
доктор геолого-минералогических наук, профессор Владимир  Якушев , - «природные газовые гидраты содержат основной объём природного газа в литосфере»:

«По разным оценкам, в природных гидратах содержится от 2000 до 5000 трлн кубометров газа. Значительная часть этих газовых ресурсов расположена в арктических широтах, так как именно наличие мощного (более 300 метров) слоя вечной мерзлоты создаёт необходимые условия для гидратообразования, а в океане холодная вода позволяет образовываться газогидратам уже с глубины 250-300 метров».

Уникальное свойство –компактность упаковки  газогидратных залежей– объясняется тем, что  при одинаковых давлениях газогидратная залежь, как показали экспериментальные исследования,  содержит в несколько раз больше газа, чем равная ей по объему обычная газовая залежь, так как  один объем воды при переходе ее в гидратное состояние связывает до 220 объемов газа, тогда как обычная растворимость газа в воде не превышает двух – четырех объемов, а для льда она еще ниже.

По экспертным оценкам, в недрах арктических широт России может содержаться до 1000 трлн кубометров газа в гидратном состоянии. Современные технологии не позволяют добыть весь этот  объем уже сейчас.  Но даже 10 процентов этих запасов, как считает Владимир Якушев, может  обеспечить энергоснабжением нашу страну на многие десятилетия.

Газогидратные залежи сосредоточены главным образом в районах вечной мерзлоты, а общая территория возможного расположения газогидратов, составляет около четверти суши нашей планеты и более 90 процентов территории Мирового океана.

Если с поисками месторождений газогидратов особых проблем нет, то технологии их разработки и транспортировки пока еще в стадии разработки.

В 2013 году японские буровики добыли первый метан из газогидратов методом разгерметизации, то есть просто вывели газогидратный клатрат из фазового равновесия, разложив на газ и воду. Однако, применение этого метода может вызывать закупорку скважин замерзающей при низких температурах водой. Поэтому разгерметизация клатратов, хоть и крайне  проста,  применима далеко не везде.

Немецкие ученые из Дортмундского университета предложили   прокладывать трубопровод с двойными стенками до залежей газогидратов на морском дне. По внутренней трубе к месторождению подается морская вода, нагретая до 30–40˚С (температуры фазового перехода), и пузырьки газообразного метана вместе с водой поднимаются по внешней трубе наверх. Там метан отделяется от воды, собирается  в цистерны или в магистральный трубопровод, а теплая вода возвращается вниз, к залежам газогидратов. Однако, этот метод добычи весьма дорог и намного более медленный, чем  разгерметизация.

В Институте Физики и Технологии Университета Бергена (Норвегия) для разложения гидрата использую ввод ингибитора, то есть вещества, замедляющего химические реакции. Вводу ингибиторов выводит гидрат из фазового равновесия и вызывает его распад. Такими  ингибиторами могут быть органические (например, этанол, метанол, гликоль) или соляные растворы (например, морская вода).

Что касается транспортировки и хранения газогидратов, то неоспоримо лидируют здесь японцы. Они сконструировали  установку для производства  брикетов замороженных газогидратов, которые загружаются в специальные контейнеры  и перевозятся в автомобильных рефрижераторах  к электростанции или жилому кварталу на расстояние до 400 км. Там газогидраты немного нагреваются и постепенно разлагаются внутри контейнеров, выделяя необходимый объём газа. Контейнеры с оставшейся в них водой транспортируются обратно к месту изготовления гидратов.

В арктических районах такие герметичные контейнеры не нужны, так как, если температура окружающей среды ниже нуля градусов по Цельсию, то замороженные гидраты можно перевозить, как уголь, в открытых вагонах или любых емкостях. Это делает возможным автономное газоснабжение арктических посёлков: раз в несколько лет по Северному морскому пути танкер-гидратовоз  доставит и сгрузит запасы замороженные гидраты  в хранилища, сооружённые в вечной мерзлоте вблизи населенных пунктов. Хранящиеся в вечной мерзлоте гидраты могут расходоваться по мере необходимости. 

Вслед за Японией и Китаем Канада и США также ускоряют работу над  проектами по добыче и транспортировке газогидратов. Исследования ведут такие компании, как  BP, Chevron, ConocoPhillips, Schlumberger.

Стоимость промышленной разработки месторождений газогидратов на сегодняшний день оценивается в $175–350 за 1000 куб. м. Это существенно дороже  других известных способов добычи природного газа. Месторождения газогидратов находятся практически по всему миру: на шельфе России, США, Канады, Коста-Рики, Гватемалы, Мексики, Японии, Южной Кореи, Индии и Китая, а также в Средиземном, Черном, Каспийском и Южно-Китайском морях. Только лишь в  арктических районах России может содержаться до 1000 трлн кубометров газа в гидратном состоянии.

Запасы метаногидратов намного превышают запасы других видов топлива, включая уголь. Их объем может достигать 20 тыс. трлн кубометров. При этом из одного кубометра гидрата, как уже говорилось, получается более 160 «кубов» метана. 

Временное отсутствие методов добычи в современном мире уже  не является сдерживающим фактором. Как показывает опыт развития сланцевой энергетики, сама  возможность получения практически неограниченного энергоресурса становится самым мощным стимулом развития необходимых технологий.

Это означает, что через несколько лет себестоимость добычи газогидратов начнет снижаться, приближая стоимость добытого из них газа к стоимости классического голубого топлива. 

Три года назад  государственный холдинг «Росгеология» предложил создать восемь отечественных полигонов, на которых будет тестироваться технология добычи нетрадиционных и трудноизвлекаемых ресурсов. Полигоны  предлагалось создать в Томской и Тюменской областях, где можно отрабатывать технологии добычи нефти баженовской свиты, республиках Башкортостан и Татарстан (нефть доманиковых отложений), Калининградской области (газ силурийских сланцев), Иркутской области (нефть и газ венд-кембрийских низкопроницаемых карбонатных коллекторов), на сахалинском шельфе (газогидраты) и в Арктике (юрско-меловые терригенные отложения). Это предложение, кстати, озвучил Роман Самсонов, который в то время был заместителем гендиректора холдинга.

С учетом недавней передовой разработки татарстанских ученых из Казанского университета у Татарстана, как считает Роман Самсонов, есть все основания расширить свою исследовательскую специализацию и включиться в мировую гонку по разработке эффективных технологий добычи, хранения и транспортировке  газогидратов, которые через 15-20 лет, как считают эксперты, могут стать основным горючим будущего.

Развитие технологий добычи газогидратов наряду с распространением электромобилей в ведущих странах Запада означает, что мировые цены не вернутся к заоблачного высоким ценам нулевых годов, и что востребованность в российских углеводородах в Европе и Китае будет снижаться с каждым годом. Российские начальники  реально проспали сланцевую революцию. Если РФ столь же апатично будет реагировать и на мировые тренды в сфере газогидратов, то это приведет к еще более тяжелым последствиям.  

Владимир Прохватилов, Президент Академии реальной политики, эксперт Академии военных наук