Способ депрессионной добычи газа из гидратов

Изобретение относится к депрессионным методам добычи газа из гидратов и может быть применено при разработке природных гидратных месторождений на суше и в море.

Известен способ извлечения природного газа из гидратов путем снижения давления, оказываемого на гидрат, ниже уровня фазового равновесия с разложением гидрата на газ и воду (Воробьёв А.Е., Янкевский А.В., Голубченко М.В. Обзор мировой технологий добычи газа из газовых гидратов. Вестник РУДН, серия Инженерные исследования, 2015, №3. С. 90-95).

Общим признаком известного и предлагаемого способов является снижение давления, оказываемого на гидрат, с выделением из него газа.

К недостаткам известного способа необходимо отнести следующее. На северных месторождениях в многолетнемерзлых породах, которые характеризуются температурами менее величины кристаллизации воды:

- на поверхности диссоциирующего гидрата проявляется статическое метастабильное состояние - эффекты самоконсервации и/или консервации гидрата, при котором на ней образуется и накапливается слой льда и/или нового гидрата, препятствующий выделению газа и приводящий к практически полному прекращению процесса его добычи;

- кроме того, образующийся и накапливающийся лед закупоривает поровые каналы породы, в которой находятся природные гидраты и тем самым затрудняет или полностью прекращает движение добываемого газа по пласту.

При температуре окружающей среды выше температуры кристаллизации воды на поверхности диссоциирующего гидрата возникает динамическое метастабильное состояние - периодически проявляемое эффектами самоконсервации и/или консервации гидрата, за счет расширения выделяющегося из гидрата газа и охлаждения им воды с образованием слоя ледяного и/или нового гидратного. Лед и/или новый гидрат временно препятствуют высвобождению газа и за этот период они под действием тепла тают и дают возможность продолжения процесса диссоциации. Такая периодичность разложения гидрата снижает эффективность добычи газа.

Кроме того, разложение гидрата на газ и жидкую воду при положительных температурах сопровождается обводнением добывающих скважин, что осложняет их эксплуатацию и снижает эффективность добычи газа.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является способ депрессионной добычи газа из гидратов, включающий понижение давления при сохранении фазовых равновесий (Иванов Б.Д. Математическое моделирование разработки газ-газогидратного пласта понижением давления при сохранении фазовых равновесий. Диссертация … канд. ф.-м. наук. Якутск, 2013).

Общим признаком известного и предлагаемого способов является снижение давления, оказываемого на гидрат, с выделением из него газа.

К недостаткам известного способа необходимо отнести следующее.

Равновесная диссоциация гидрата происходит при определенной температуре и единственно возможной величине давления. Поддержание этой величины для выполнения равновесного разложения гидрата во время промышленной добычи из него газа сопряжено с большими техническими и технологическими сложностями, которые снижают эффективность добычи газа.

Задачей изобретения является повышение эффективности добычи газа из гидратов.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является интенсификация добычи газа.

Технический результат достигается тем, что в способе депрессионной добычи газа из гидратов, включающем снижение давления, оказываемого на гидрат, с выделением из него газа, новым является то, что снижают давление на величину, превышающую прочность гидрата на растяжение, тем самым его механически разрушают и предотвращают проявление метастабильных состояний - эффектов самоконсервации или консервации.

Кроме того, снижение давления на величину, превышающую значение прочности гидрата на растяжение, осуществляют многократно, пульсациями, вибрацией.

Кроме того, прочность гидрата на растяжение определяют по формуле:

σ=(1,5÷2,0)⋅σ_тв,

где:

σ - прочность гидрата на растяжение, Па;

σ_тв - прочность твердой фазы воды на растяжение, Па.

Технический прием, заключающийся в снижении давления на величину, превышающую прочность гидрата на растяжение, его механическом разрушении и предотвращении проявлений метастабильных состояний - эффектов самоконсервации или консервации, позволяет:

- увеличить площадь поверхности выхода газа из разлагающегося гидрата и, тем самым, интенсифицировать добычу газа;

- избежать закупоривания поровых каналов породы и, тем самым, повысить количество проходящего через них газа.

Технический прием, заключающийся в том, что снижение давления на величину, превышающую значение прочности гидрата на растяжение, осуществляют многократно, пульсациями, вибрацией, позволяет повысить дисперсность механически разрушенного гидрата, увеличить площадь поверхности выхода газа и, тем самым, интенсифицировать его добычу.

Технический прием, заключающийся в определении прочности гидрата на растяжение по формуле, позволяет оценить по ней величину необходимого снижения давления и определить его оптимальное значение для устойчивой интенсивной добычи газа.

Авторам неизвестно из существующего уровня техники повышение эффективности депрессионной добычи газа из гидратов подобным образом.

Реализация способа иллюстрируется примером.

ПРИМЕР

Депрессионная добыча газа - метана, из гидратов (Фиг. 1) при постоянной температуре 265 К путем снижения давления на величину 3,0 МПа, превышающую прочность гидрата на растяжение - 2,5 МПа, тем самым его механически разрушают (Фиг. 2) и предотвращают проявление метастабильных состояний - эффектов самоконсервации или консервации.

Снижение давления осуществляют многократно, пульсациями или вибрацией, повышая дисперсность механически разрушенного гидрата (Фиг. 3), увеличивая площадь поверхности выхода газа и, тем самым, интенсифицировать его добычу.

Прочность гидрата на растяжение определяют по формуле:

σ=2⋅1,25=2,5 МПа.