Ученые Пермского Политеха совместно с коллегами из Китая и Саудовской Аравии разработали первую компьютерную модель, позволяющую заранее оценить безопасность химических добавок при добыче газогидратов — так называемого "огненного льда". Это вещество считается одним из самых перспективных источников энергии, но его извлечение связано с высоким риском аварий.
Об этом "Газете.Ru" сообщили в пресс-службе образовательного учреждения.Газогидраты — это кристаллические соединения, внешне похожие на лед, внутри которых заключен метан. При разложении один кубометр такого вещества дает до 160–180 кубометров газа. Крупные запасы сосредоточены в Арктике, в том числе в России.
Главная проблема заключается в нестабильности этих соединений. При разрушении гидратов высвобождается метан — мощный парниковый газ, а сами они выполняют роль природного "цемента", скрепляющего осадочные породы. Если структура нарушается, грунт может обрушиться, а скважина — деформироваться.
Для укрепления скважин используют цементные растворы с полимерными добавками. Однако вода из раствора просачивается в породы и разрушает гидраты еще до того, как цемент успевает затвердеть. Это может привести к обвалу прямо во время бурения.
Как рассказал заведующий кафедрой "Нефтегазовые технологии" ПНИПУ, доктор технических наук Сергей Чернышов, исследователи создали виртуальную модель "огненного льда" и воспроизвели процесс взаимодействия цементного раствора с гидратом: "Мы построили виртуальную модель "огненного льда". Затем смоделировали реальный процесс, как жидкость затворения из цементного раствора просачивается в породу и контактирует с гидратом.
В систему добавили растворы с полимерами в концентрации от 0,5 до 1,5% и постепенно повышали температуру, имитируя нагрев от затвердевающего цемента".Всего ученые протестировали 22 варианта химических систем — с кислотными, серосодержащими и азотистыми (амидными) группами, а также их комбинациями. Расчеты проводились при давлениях от 5 до 10,5 МПа, характерных для условий морского дна.
Результаты показали, что наиболее опасными являются амидные соединения. При их концентрации 1,5% гидрат начинает разрушаться на 2,77°C раньше, чем в чистой воде. Еще сильнее эффект проявляется при сочетании амидных и кислотных групп — снижение температуры достигает 3,56°C. При этом серосодержащие добавки оказались наименее агрессивными.
Как отметил профессор школы нефтегазового инжиниринга Китайского нефтяного университета в Циндао Хуаджи Лиу, важную роль играет не только тип вещества, но и его концентрация: "Даже безопасные на первый взгляд соединения при высокой концентрации могут становиться опасными для гидратов".
На основе полученных данных ученые создали расчетный инструмент, который позволяет инженерам заранее оценивать состав цементного раствора. Программа работает как "калькулятор": она показывает, приведет ли выбранная смесь к разрушению гидратов, и помогает подобрать безопасную рецептуру.
По словам авторов, разработка позволит значительно снизить риск обвалов, выбросов метана и аварий при добыче газогидратов. Это открывает путь к более безопасному освоению крупных запасов "огненного льда" в Арктике и на морском шельфе.
Свежие комментарии