Öljy ja kaasu

Metaanihydraatti

Metaanihydraatti



Maailman suurin maakaasuvarasto on juuttunut ikiroutaan ja valtameren sedimentteihin.


Metaanihydraatti: Vasemmalla puolella on pallo-tikku-malli metaanihydraattia, joka osoittaa metaanin keskimolekyylin, jota ympäröi vesimolekyylien "häkki". Muut hiilivetymolekyylit, kuten pentaani ja etaani, voivat olla keskeisessä asemassa tässä rakenteessa. (Yhdysvaltain energiaministeriön kuva). Oikealla on palava näyte metaanihydraattijäätä (Yhdysvaltain geologisen tutkimuksen kuva).

Metaanihydraatti "sementti" konglomeraatissa ?: Tämä kuva näyttää ydinnäytteen metaanihydraattivyöhykkeestä Mallik Test Well -syvennyksessä. Tämä tunkeutuu ikiroutaatioihin Kanadan Mackenzie-joen suistoalueelle. Tässä ytimen osassa on soraa, jotka on liimattu "konglomeraatiksi" metaanihydraattijään avulla. Napsauta suurentaaksesi kuvaa.

Seuraava energia "Game Changer"?

Kun liuskeliven maakaasusta tulee maailmanlaajuinen "pelinvaihtaja", öljy- ja kaasututkijat pyrkivät kehittämään uutta tekniikkaa luonnonkaasun tuottamiseksi metaanihydraatti talletuksista. Tämä tutkimus on tärkeä, koska metaanihydraattiesiintymien uskotaan olevan suurempia hiilivetyvarantoja kuin kaikki maailman öljy-, maakaasu- ja hiilivarat yhdessä. 1 Jos näitä kerrostumia voidaan kehittää tehokkaasti ja taloudellisesti, metaanihydraatista voisi tulla seuraava energiapelinvaihdin.

Valtavia määriä metaanihydraattia on löydetty arktisen ikiroudan alla, Etelämantereen jään alla ja sedimenttiesiintymistä mantereiden reunuksilla ympäri maailmaa. Joissakin maailman osissa ne ovat paljon lähempänä väestöalueita kuin mikään maakaasukenttä. Nämä lähellä olevat talletukset saattavat antaa maakaasua tällä hetkellä tuovien maiden tulla omavaraisiksi. Nykyinen haaste on inventoida tämä resurssi ja löytää turvallisia, taloudellisia tapoja kehittää sitä.

Metaanihydraatin stabiiliuskaavio: Tämä vaihekaavio näyttää veden syvyyden (paine) pystyakselilla ja lämpötilan vaaka-akselilla. Katkoviivat erottavat veden, vesijään, kaasun ja kaasuhydraatin stabiilisuuskentät. Linja, jolla on merkintä "hydraatista kaasuun siirtyminen", on merkittävä. Edellytykset metaanihydraatin muodostumiselle tapahtuvat tämän linjan alapuolella. Tämän viivan yläpuolelle ei muodostu metaanihydraattia. Punainen viiva jäljittää geotermin (lämpötilan muutos syvyydessä tietyssä paikassa). Huomaa, kuinka syvyyden kasvaessa geotermi ylittää hydraatin kaasunsiirtolinjan. Tämä tarkoittaa, että sedimenteissä esiintyvä kaasuhydraatti on yleensä päällä vapaata kaasua. Kaavio muutettu NOAA: n jälkeen. 4

Mikä on metaanihydraatti?

Metaanihydraatti on kiteinen kiinteä aine, joka koostuu metaanimolekyylistä, jota ympäröi lukittujen vesimolekyylien häkki (katso kuva tämän sivun yläosassa). Metaanihydraatti on "jää", jota esiintyy luonnollisesti vain maan alla olevissa saostumissa, joissa lämpötila- ja paineolosuhteet ovat suotuisat sen muodostumiselle. Nämä olosuhteet on esitetty tämän sivun vaihekaaviossa.

Jos jää poistetaan tästä lämpötila / paine-ympäristöstä, siitä tulee epävakaa. Tästä syystä metaanihydraattisaostumia on vaikea tutkia. Niitä ei voida porata eikä tehdä sydämeen tutkimusta varten kuten muita maanalaisia ​​materiaaleja, koska kun ne tuodaan pintaan, paine laskee ja lämpötila nousee. Tämä aiheuttaa jään sulamisen ja metaanin poistumisen.

Metaanihydraatiksi käytetään yleisesti useita muita nimiä. Näitä ovat: metaaniklatraatti, hydrometaani, metaanijää, palojää, maakaasuhydraatti ja kaasuhydraatti. Suurin osa metaanihydraatti-talletuksista sisältää myös pieniä määriä muita hiilivetyhydraatteja. Näitä ovat propaanihydraatti ja etaanihydraatti.

Metaanihydraatti kartta: Tämä kartta on yleistettu versio sijainneista USGS: n maakaasuhydraattien esiintymätietokannan maailmanlaajuisessa luettelossa. 2

Kaasuhydraattikartta: Yksi laajimmin tutkituista kaasuhydraattiesiintymistä on Blake Ridge, Pohjois-Carolinan offshore ja Etelä-Carolina. Haasteita metaanin tuotannolle tästä talletuksesta ovat korkea savipitoisuus ja matala metaanipitoisuus. 3 Tämä kartta on esimerkki mantereen marginaalitalletusten läheisyydestä mahdollisille maakaasumarkkinoille. Kuva NOAA. 4

USGS Gas Hydrates Lab: Tämä video vie sinut vierailulle USGS Gas Hydrates Lab -laboratorioon, jossa tutkijat kokeilevat polaari- ja mantereen reuna-alueilta kerättyjen kaasuhydraattien näytteitä. He myös luovat synteettisiä kaasuhydraatteja ja suorittavat kokeita niiden kemiallisten ja fysikaalisten ominaisuuksien määrittämiseksi.

Missä ovat metaanihydraatin talletukset?

Neljässä maaympäristössä on lämpötila- ja paineolosuhteet, jotka sopivat metaanihydraatin muodostumiseen ja stabiilisuuteen. Näitä ovat: 1) sedimenttien ja sedimenttikivien yksiköt arktisen ikiroudan alapuolella; 2) sedimenttiesiintymät mantereen reunuksilla; 3) sisävesien järvien ja merien syvänmeren sedimentit; ja 4) Etelämantereen jään alla. 10. Lukuun ottamatta Etelämantereen talletuksia, metaanihydraatin kertymiset eivät ole kovin syvällä Maan pinnan alapuolella. Useimmissa tilanteissa metaanihydraatti on muutaman sadan metrin päässä sedimentin pinnasta.

Metaanihydraatti talletuksen mallit: Talletusmallit metaanihydraatti talletuksille mannermaisilla reunuksilla ja ikiroudan alla. 7

Näissä ympäristöissä metaanihydraattia esiintyy sedimentissä kerrosten, solmujen ja rakeiden välisten sementtien muodossa. Saostumat ovat usein niin tiheitä ja sivusuunnassa pysyviä, että ne muodostavat läpäisemättömän kerroksen, joka tarttuu maakaasuun liikkuen ylhäältä alhaalta.

Yhdysvaltojen geologinen tutkimuslaitos arvioi vuonna 2008 Alaskan pohjoisrannan alueen havaitsemattoman kaasuhydraattivarojen kokonaismäärän. He arvioivat, että kaasuhydraatin muodossa oleva löytämätön maakaasuvaranto on yhteensä 25,2-157,8 biljoonaa kuutiometriä. Koska hyvin vähän kaivoja on porattu kaasuhydraattien kerääntymisen kautta, arvioilla on erittäin korkea epävarmuustekijä. 5

USGS Gas Hydrates Lab: Tämä video vie sinut vierailulle USGS Gas Hydrates Lab -laboratorioon, jossa tutkijat kokeilevat polaari- ja mantereen reuna-alueilta kerättyjen kaasuhydraattien näytteitä. He myös luovat synteettisiä kaasuhydraatteja ja suorittavat kokeita niiden kemiallisten ja fysikaalisten ominaisuuksien määrittämiseksi.

Kaasuhydraattikaivo: Ignik Sikumi # 1-kaasuhydraatti hyvin Alaskan pohjoisrinteellä. USGS-kaasuhydraattiresurssien arvioinnissa todettiin, että Pohjoisrinteellä on laaja kaasuhydraattiresurssi, joka on juuttunut ikiroudan alapuolelle. Energiaministeriön valokuva.

Ignik Sikumi: Tämä video vie sinut vierailulle Ignik Sikumin kaasuhydraattikenttäkokeiluun, Alaskan pohjoisrannan kaivoon, joka tuotti maakaasua ikivanha pakkauksen alapuolella olevista kaasuhydraateista. Täällä saavutettiin metaanin vapauttaminen korvaamalla se hiilidioksidilla - sulamatta kaasuhydraattia.

Missä metaanihydraattia tuotetaan tänään?

Tähän mennessä kaasuhydraattiesiintymistä ei ole ollut laajamittaista kaupallista metaanituottoa. Kaikki tuotanto on joko ollut pienimuotoista tai kokeellista.

Vuoden 2012 alussa Yhdysvaltojen ja Japanin välinen yhteishanke tuotti tasaisen metaanivirtauksen injektoimalla hiilidioksidia metaanihydraatin kertymiseen. Hiilidioksidi korvasi metaanin hydraattirakenteessa ja vapautti metaanin virtaamaan pintaan. Tämä testi oli merkittävä, koska se sallii metaanin tuotannon ilman sulavaan kaasuhydraattiin liittyviä epävakauksia. 6

Ensimmäisellä kehittämisellä valittavilla todennäköisimmillä metaanihydraatti talletuksilla on seuraavat ominaisuudet: 1) korkeat hydraattipitoisuudet; 2) säiliökivet, joilla on korkea läpäisevyys; ja 3) paikkoja, joissa on olemassa olemassa oleva infrastruktuuri. 7 Nämä ominaisuudet täyttävät talletukset sijaitsevat todennäköisesti Alaskan pohjoisrinteessä tai Pohjois-Venäjällä.

Ignik Sikumi: Tämä video vie sinut vierailulle Ignik Sikumin kaasuhydraattikenttäkokeiluun, Alaskan pohjoisrannan kaivoon, joka tuotti maakaasua ikivanha pakkauksen alapuolella olevista kaasuhydraateista. Täällä saavutettiin metaanin vapauttaminen korvaamalla se hiilidioksidilla - sulamatta kaasuhydraattia.

Kaasuhydraatin sulaminen: Kun porataan öljylähteitä hydraattia sisältävien sedimenttien läpi, jäätyneen hydraattivyöhykkeen läpi liikkuvan öljyn lämmin lämpötila voi aiheuttaa sulamisen. Tämä voi johtaa kaivojen vikaantumiseen. Lämmin putki, joka kulkee jäädytetyn hydraattipaloputken yli, on myös vaara. 8 USGS-kuva.

Metaanihydraattivaarat

Metaanihydraatit ovat herkkiä sedimenttejä. Ne voivat dissosioitua nopeasti lämpötilan nousun tai paineen laskun kanssa. Tämä dissosiaatio tuottaa vapaata metaania ja vettä. Kiinteän sedimentin muuttuminen nesteiksi ja kaasuiksi aiheuttaa tuen ja leikkauslujuuden menetyksen. Ne voivat aiheuttaa sukellusveneitä, maanvyörymiä tai laskuja, jotka voivat vahingoittaa tuotantolaitteita ja putkistoja. 7

Metaani on voimakas kasvihuonekaasu. Lämpimämmät arktiset lämpötilat voivat johtaa kaasuhydraattien asteittaiseen sulamiseen ikivanhan alle. Valtamerien lämpeneminen voi aiheuttaa kaasuhydraattien asteittaisen sulamisen sedimenttien ja vesien rajapinnan lähellä. Vaikka monet uutisraportit ovat esittäneet tämän mahdollisena katastrofina, USGS: n tutkimus on todennut, että kaasuhydraatit vaikuttavat tällä hetkellä ilmakehän kokonaismetaaniin ja että epästabiilien hydraattiesiintymien katastrofaalinen sulaminen ei todennäköisesti johda suuria määriä metaania ilmakehään. 9

Tiesitkö? Metaanihydraatissa on erittäin korkea metaanipitoisuus. Jos sulatat yhden kuutiometrin lohkon metaanihydraattia, vapautuu noin 160 kuutiometriä kaasumaista metaania.
Metaanihydraatin viitteet
1 USGS Gas Hydrates Lab: Stephen Wessells, Laura Stern, Steve Kirby; Yhdysvaltain geologisen tutkimuskeskuksen multimediagalleriavideo, 2012.
2 Maakaasuhydraattien esiintymisen maailmanlaajuinen luettelo: Keith A. Kvenvolden ja Thomas D. Lorenson, Tyynenmeren rannikko- ja meritieteellinen keskus, Yhdysvaltain geologinen tutkimuslaitos.
3 Maakaasun hydraatit: Katsaus: Timothy S. Collett, Arthur H. Johnson, Camelia C. Knapp, Ray Boswell; Maakaasuhydraatit - Energialähteiden potentiaali ja niihin liittyvät geologiset vaarat: AAPG Memoir 89, p. 146 - 219, 2009.
4 Kaasuhydraatit Kaakkois-Yhdysvaltojen merellä: Carolyn Ruppel, Georgian teknillinen instituutti, NOAA Ocean Explorer -sivusto, käynyt viimeksi marraskuussa 2016.
5 Kaasuhydraattivarantojen arviointi pohjoisrinteessä, Alaska, 2008: Yhdysvaltain geologinen tutkimus, tosite 2008-3073, lokakuu 2008.
6 Yhdysvallat ja Japani suorittavat metaanihydraatin valmistustekniikoiden onnistuneen kenttäkokeen: Yhdysvaltojen energiaministeriön lehdistötiedote, 2. toukokuuta 2012.
7 Metaanihydraatin energialähdepotentiaali: Johdatus ainutlaatuisen luonnonvarojen tiede- ja energiapotentiaaliin; julkaisu: National Energy Technology Laboratory, Yhdysvaltain energiaministeriö, helmikuu 2011.
8 Puhtaan vaiheen lämpöominaisuudet: sI metaanihydraatti: Woods Hole Science Center, Yhdysvaltain geologinen tutkimus, 2007.
9 Kaasun hydraatit ja ilmaston lämpeneminen - Miksi metaanikatastrofi on epätodennäköinen: Carolyn Ruppel ja Diane Noserale, Yhdysvaltain geologinen tutkimus, Sound Waves -uutiskirje, touko / kesäkuu 2012.
10 Tutkimus ehdotti suuria metaanisäiliöitä Antarktiksen jään alla: Tim Stephens, lehdistötiedote, Kalifornian yliopisto Santa Cruz, 29. elokuuta 2012.

Valtava potentiaali

Vaikka metaanihydraattien kertymiset sijaitsevat vaikeissa ympäristöissä ja aiheuttavat lukuisia teknisiä haasteita, ne ovat levinneet laajalti ja ovat suurin hiilivetyjen lähde Maapallolla. Voidaan kehittää erilaisia ​​tekniikoita niiden valmistamiseksi käyttämällä paineen vähentämistä, ioninvaihtoa ja muita prosesseja, joissa hyödynnetään niiden ainutlaatuisia kemiallisia ja fysikaalisia ominaisuuksia. Yhdysvalloissa, Kanadassa, Japanissa ja Intiassa on voimakkaita tutkimusohjelmia, joiden tarkoituksena on löytää toimivia tekniikoita kaasuhydraattien tuottamiseksi. Metaanihydraatilla on todennäköisesti tärkeä rooli tulevaisuuden energialähteemme.


Katso video: Camila Cabello and Shawn Mendes Were 'Babies' About Their Crushes on Each Other