النفط والغاز

هيدرات الميثان



أكبر مورد للغاز الطبيعي في العالم محصور تحت التربة الصقيعية ورواسب المحيط.


هيدرات الميثان: على اليسار يوجد نموذج لعصا من هيدرات الميثان يُظهر جزيء الميثان المركزي المحاط بـ "قفص" من جزيئات الماء. يمكن لجزيئات الهيدروكربون الأخرى مثل البنتان والإيثان أن تشغل الموقع المركزي في هذا الهيكل. (صورة وزارة الطاقة الأمريكية). على اليمين ، عينة تحترق من جليد هيدرات الميثان (صورة الولايات المتحدة للمسح الجيولوجي).

الميثان هيدرات "الاسمنت" في التكتل ؟: تُظهر هذه الصورة عينة أساسية من منطقة هيدرات الميثان في بئر اختبار ماليك. يخترق هذا البئر رواسب دائمة التجمد في منطقة دلتا نهر ماكنزي في كندا. يوضح هذا الجزء من القلب الحصى المرسومة في "مجموعة" بواسطة جليد هيدرات الميثان. انقر لتكبير الصورة.

الطاقة التالية "لعبة المغير"؟

نظرًا لأن الغاز الطبيعي الناتج عن الصخر الزيتي يصبح "أداة تغيير عالمية" للطاقة ، يعمل باحثو النفط والغاز على تطوير تقنيات جديدة لإنتاج الغاز الطبيعي من رواسب هيدرات الميثان. هذا البحث مهم لأن رواسب هيدرات الميثان يُعتقد أنها مورد هيدروكربوني أكبر من جميع موارد العالم من النفط والغاز والفحم مجتمعة. 1 إذا كان من الممكن تطوير هذه الرواسب بكفاءة واقتصادًا ، فقد تصبح هيدرات الميثان هي مغير لعبة الطاقة التالي.

تم العثور على كميات هائلة من هيدرات الميثان تحت الصقيع القطبي الشمالي ، تحت الجليد في أنتاركتيكا ، وفي الرواسب الرسوبية على طول الحواف القارية في جميع أنحاء العالم. في بعض أجزاء العالم ، هم أقرب بكثير إلى المناطق ذات الكثافة السكانية العالية من أي حقل للغاز الطبيعي. قد تسمح هذه الرواسب القريبة للبلدان التي تستورد الغاز الطبيعي حاليًا بالاكتفاء الذاتي. يتمثل التحدي الحالي في جرد هذا المورد وإيجاد طرق آمنة واقتصادية لتطويره.

مخطط استقرار هيدرات الميثان: يوضح مخطط الطور عمق الماء (الضغط) على المحور العمودي ودرجة الحرارة على المحور الأفقي. وتفصل الخطوط المتقطعة مجالات الاستقرار في الماء والجليد المائي والغاز وهيدرات الغاز. الخط المسمى "هيدرات إلى انتقال الغاز" مهم. تحدث ظروف تكوين هيدرات الميثان أسفل هذا الخط. فوق هذا الخط لن تشكل هيدرات الميثان. يتتبع الخط الأحمر الحرارة الأرضية (تغيير درجة الحرارة مع العمق في موقع معين). لاحظ كيف ، كلما زاد العمق ، تعبر الحرارة الحرارية خط انتقال الهيدرات إلى الغاز. وهذا يعني أن هيدرات الغاز في الرواسب عادة ما تطغى على الغاز الحر. تعديل الرسم البياني بعد NOAA. 4

ما هو الميثان هيدرات؟

هيدرات الميثان عبارة عن مادة صلبة بلورية تتكون من جزيء الميثان محاط بصندوق من جزيئات الماء المتشابكة (انظر الصورة في الجزء العلوي من هذه الصفحة). هيدرات الميثان هي "جليد" يحدث بشكل طبيعي فقط في الرواسب تحت السطحية حيث تكون ظروف درجة الحرارة والضغط مواتية لتشكيله. هذه الشروط موضحة في مخطط المرحلة في هذه الصفحة.

إذا تمت إزالة الجليد من بيئة درجة الحرارة / الضغط هذه ، يصبح غير مستقر. لهذا السبب من الصعب دراسة رواسب هيدرات الميثان. لا يمكن حفرها ودفنها للدراسة مثل المواد تحت السطحية الأخرى لأنها يتم إحضارها إلى السطح ، ويتم تقليل الضغط وارتفاع درجة الحرارة. هذا يؤدي إلى ذوبان الجليد والميثان للهروب.

العديد من الأسماء الأخرى تستخدم عادة لهيدرات الميثان. وتشمل هذه: كلورات الميثان ، الهيدروميثان ، جليد الميثان ، جليد النار ، هيدرات الغاز الطبيعي ، هيدرات الغاز. تحتوي معظم رواسب هيدرات الميثان أيضًا على كميات صغيرة من هيدرات الهيدروكربون الأخرى. وتشمل هذه هيدرات البروبان وهيدرات الإيثان.

خريطة هيدرات الميثان: هذه الخريطة هي نسخة عامة من المواقع الموجودة في قائمة جرد USGS العالمية لقاعدة بيانات حدوث هيدرات الغاز الطبيعي. 2

خريطة هيدرات الغاز: واحدة من أكثر رواسب هيدرات الغاز دراسة على نطاق واسع هي بليك ريدج ، في ولاية كارولينا الشمالية البحرية وكارولينا الجنوبية. تتمثل التحديات التي تواجه إنتاج الميثان من هذه الرواسب في ارتفاع محتوى الطين وتركيز الميثان المنخفض. 3 هذه الخريطة مثال على قرب رواسب الهامش القاري من أسواق الغاز الطبيعي المحتملة. الصورة من قبل نوا. 4

معمل هيدرات الغاز في هيئة المسح الجيولوجي الأمريكية: يأخذك هذا الفيديو في زيارة إلى مختبر هيدرات الغاز في هيئة المسح الجيولوجي الأمريكية حيث يجري الباحثون تجارب على عينات من هيدرات الغاز التي تم جمعها من مناطق الهامش القطبية والقارية. كما أنها تخلق هيدرات الغاز الصناعي وتجري تجارب لتحديد خواصها الكيميائية والفيزيائية.

أين هي رواسب هيدرات الميثان؟

أربعة بيئات الأرض لديها ظروف درجة الحرارة والضغط مناسبة لتشكيل واستقرار هيدرات الميثان. هذه هي: 1) وحدات الرواسب والصخور الرسوبية تحت الجليد الصخري القطبي ؛ 2) الرواسب الرسوبية على طول الهوامش القارية ؛ 3) رواسب المياه العميقة في البحيرات الداخلية والبحار ؛ و 4) تحت الجليد في القطب الجنوبي. 10- باستثناء رواسب القطب الجنوبي ، فإن تراكمات هيدرات الميثان ليست عميقة للغاية تحت سطح الأرض. في معظم الحالات ، تقع هيدرات الميثان على بعد بضع مئات من الأمتار من سطح الرواسب.

نماذج ترسب هيدرات الميثان: نماذج الإيداع لرواسب هيدرات الميثان في الهوامش القارية وتحت الجليد الدائم. 7

في هذه البيئات ، تحدث هيدرات الميثان في الرواسب كطبقات وعقيدات وأسمنتات حبيبية. غالبًا ما تكون الرواسب كثيفة للغاية وثابتة بشكل جانبي ، مما يخلق طبقة منيعة تحبس الغاز الطبيعي يتحرك صعودًا من أسفل.

في عام 2008 ، قدرت هيئة المسح الجيولوجي بالولايات المتحدة إجمالي موارد هيدرات الغاز غير المكتشفة في منطقة منحدر ألاسكا الشمالي. ويقدرون أن إجمالي موارد الغاز الطبيعي غير المكتشفة في شكل هيدرات الغاز يتراوح بين 25.2 و 157.8 تريليون قدم مكعب. نظرًا لأنه تم حفر عدد قليل جدًا من الآبار من خلال تراكمات هيدرات الغاز ، فإن التقديرات تتمتع بمستوى عالٍ من عدم اليقين. 5

معمل هيدرات الغاز في هيئة المسح الجيولوجي الأمريكية: يأخذك هذا الفيديو في زيارة إلى مختبر هيدرات الغاز في هيئة المسح الجيولوجي الأمريكية حيث يجري الباحثون تجارب على عينات من هيدرات الغاز التي تم جمعها من مناطق الهامش القطبية والقارية. كما أنها تخلق هيدرات الغاز الصناعي وتجري تجارب لتحديد خواصها الكيميائية والفيزيائية.

هيدرات الغاز جيدا: بئر الغاز Ignik Sikumi # 1 على منحدر ألاسكا الشمالي. حدد تقييم لموارد هيدرات الغاز في هيئة المسح الجيولوجي الأمريكية (GGS) أن المنحدر الشمالي له مورد هيدرات غاز مكثف محصور تحت التربة الصقيعية. صورة قسم الطاقة.

إيجنيك سيكومي: يأخذك هذا الفيديو في زيارة إلى تجربة حقل Ignik Sikumi للهيدرات الغازية ، وهو بئر على المنحدر الشمالي في ألاسكا والذي أنتج الغاز الطبيعي من هيدرات الغاز أسفل التربة الصقيعية. كان الإنجاز الذي تحقق هنا هو تحرير الميثان عن طريق استبداله بثاني أكسيد الكربون - دون إذابة هيدرات الغاز.

أين يتم إنتاج هيدرات الميثان اليوم؟

حتى الآن لم يكن هناك إنتاج واسع النطاق من الميثان التجاري من رواسب هيدرات الغاز. كل الإنتاج إما كان على نطاق صغير أو تجريبي.

في أوائل عام 2012 ، أنتج مشروع مشترك بين الولايات المتحدة واليابان تدفقًا ثابتًا من الميثان عن طريق حقن ثاني أكسيد الكربون في تراكم هيدرات الميثان. استبدل ثاني أكسيد الكربون الميثان في بنية الهيدرات وحرر الميثان لتدفق إلى السطح. كان هذا الاختبار مهمًا لأنه سمح بإنتاج غاز الميثان دون أي مشاكل مرتبطة بهيدرات غاز الذوبان. 6

من المرجح أن تحتوي رواسب هيدرات الميثان التي سيتم اختيارها للتطوير الأول على الخصائص التالية: 1) تركيزات عالية من الهيدرات ؛ 2) الصخور الخزان مع نفاذية عالية. و 3) المواقع التي توجد بها بنية تحتية قائمة. 7 الودائع التي تلبي هذه الخصائص من المرجح أن تكون موجودة في منحدر ألاسكا الشمالي أو في شمال روسيا.

إيجنيك سيكومي: يأخذك هذا الفيديو في زيارة إلى تجربة حقل Ignik Sikumi للهيدرات الغازية ، وهو بئر على المنحدر الشمالي في ألاسكا والذي أنتج الغاز الطبيعي من هيدرات الغاز أسفل التربة الصقيعية. كان الإنجاز الذي تحقق هنا هو تحرير الميثان عن طريق استبداله بثاني أكسيد الكربون - دون إذابة هيدرات الغاز.

ذوبان هيدرات الغاز: عندما يتم حفر آبار النفط من خلال الرواسب الحاملة للهيدرات ، يمكن أن تتسبب درجة حرارة الزيت الدافئة التي تتحرك في منطقة الهيدرات المجمدة في الذوبان. هذا يمكن أن يؤدي إلى فشل جيد. كما أن خطوط الأنابيب الدافئة التي تتدفق عبر نواتج الهيدرات المجمدة تشكل خطراً. 8 صورة USGS.

مخاطر هيدرات الميثان

هيدرات الميثان هي رواسب حساسة. يمكن أن تنفصل بسرعة مع زيادة في درجة الحرارة أو انخفاض في الضغط. هذا التفكك ينتج حر الميثان والماء. سيؤدي تحويل الرواسب الصلبة إلى سوائل وغازات إلى فقدان الدعم وقوة القص. يمكن أن يؤدي ذلك إلى تراكم الغواصات أو الانهيارات الأرضية أو الهبوط التي يمكن أن تلحق الضرر بمعدات الإنتاج وخطوط الأنابيب. 7

الميثان هو أحد غازات الدفيئة القوية. قد تؤدي درجات حرارة القطب الشمالي الأكثر دفئًا إلى ذوبان هيدرات الغاز تدريجيًا تحت التربة الصقيعية. قد تتسبب محيطات الاحترار في ذوبان هيدرات الغاز تدريجيًا بالقرب من واجهة الرواسب والمياه. على الرغم من أن العديد من التقارير الإخبارية قد قدمت هذا باعتباره كارثة محتملة ، فقد حددت أبحاث هيئة المسح الجيولوجي الأمريكية أن هيدرات الغاز تساهم حاليًا في إجمالي غاز الميثان في الغلاف الجوي وأن ذوبان كارثي لرواسب هيدرات غير مستقرة من غير المرجح أن يرسل كميات كبيرة من الميثان إلى الغلاف الجوي. 9

هل كنت تعلم؟ تحتوي هيدرات الميثان على نسبة عالية جدًا من الميثان. إذا قمت بإذابة كتلة متر واحد من هيدرات الميثان ، فسيتم إطلاق حوالي 160 متر مكعب من غاز الميثان الغازي.
الميثان هيدرات المراجع
1 USGS هيدرات الغاز مختبرستيفن فيسيلز ، لورا ستيرن ، ستيف كيربي ؛ الولايات المتحدة الأمريكية المسح الجيولوجي معرض الوسائط المتعددة فيديو ، 2012.
2 جرد عالمي لوقوع هيدرات الغاز الطبيعي: Keith A. Kvenvolden and Thomas D. Lorenson ، مركز المحيط الهادئ للعلوم الساحلية والبحرية ، هيئة المسح الجيولوجي الأمريكية.
3 هيدرات الغاز الطبيعي: مراجعةتيموثي س. كوليت ، آرثر جونسون ، كاميليا سي ناب ، راي بوسويل ؛ هيدرات الغاز الطبيعي - إمكانات موارد الطاقة والمخاطر الجيولوجية المرتبطة بها: AAPG Memoir 89، p. 146-219 ، 2009.
4 هيدرات الغاز في الخارج جنوب شرق الولايات المتحدة: كارولين روبيل ، معهد جورجيا للتكنولوجيا ، موقع NOAA Ocean Explorer ، تم الوصول إليه آخر مرة في نوفمبر 2016.
5 تقييم موارد هيدرات الغاز على المنحدر الشمالي ، ألاسكا ، 2008: الولايات المتحدة للمسح الجيولوجي ، صحيفة وقائع 2008-3073 ، أكتوبر 2008.
6 الولايات المتحدة واليابان تكملان تجربة ميدانية ناجحة لتقنيات إنتاج هيدرات الميثان: بيان صحفي لوزارة الطاقة الأمريكية ، 2 مايو 2012.
7 إمكانات موارد الطاقة لهيدرات الميثانمقدمة عن العلم والطاقة الكامنة لمصدر فريد ؛ نشر من قبل المختبر الوطني لتكنولوجيا الطاقة ، وزارة الطاقة بالولايات المتحدة ، فبراير 2011.
8 نتائج خاصية المرحلة الحرارية النقية: sI Methane Hydrate: مركز وودز هول للعلوم ، الولايات المتحدة للمسح الجيولوجي ، 2007.
9 هيدرات الغاز والاحتباس الحراري - لماذا كارثة الميثان غير محتملة: كارولين روبل وديان نوسيرال ، الولايات المتحدة للمسح الجيولوجي ، نشرة الموجات الصوتية ، مايو / يونيو 2012.
10 تشير الدراسة إلى وجود خزانات كبيرة من الميثان تحت الصفيحة الجليدية في أنتاركتيكا: تيم ستيفنز ، بيان صحفي ، جامعة كاليفورنيا سانتا كروز ، 29 أغسطس 2012.

إمكانات هائلة

على الرغم من أن تراكمات هيدرات الميثان موجودة في بيئات صعبة وتشكل تحديات تقنية عديدة ، إلا أنها موزعة على نطاق واسع وأكبر مصدر للهيدروكربونات على الأرض. يمكن تطوير مجموعة متنوعة من التقنيات لإنتاجها باستخدام تقليل الضغط وتبادل الأيونات وغيرها من العمليات التي تستفيد من خصائصها الكيميائية والفيزيائية الفريدة. لدى كل من الولايات المتحدة وكندا واليابان والهند برامج بحثية قوية تعمل على اكتشاف تقنيات قابلة للتطبيق لإنتاج هيدرات الغاز. من المحتمل أن تلعب هيدرات الميثان دورًا مهمًا في مزيج الطاقة المستقبلي.

شاهد الفيديو: عن كثب - هيدرات الميثان مثلث برمودا (قد 2020).