Гідрати природних газів

Газогідрати (далі ГГ) або клатрати - тверді кристалічні речовини, гратки яких побудовані з молекул води, а у внутрішніх міжмолекулярних порожнинах розміщені молекули газу, які утворюють гідрат). Утримуються силами Ван-дер-Ваальса. На противагу від кристалічної гратки льоду гратка ГГ, яка не заповнена газом, існувати не може.

Вивченню ГГ присвячено велику кількість робіт (Ю..Макагон, Д. Медовський, С. Бик, А. Безносіков і ін.). Вперше природні газогідрати описані в сучасних осадах Каспію. А.Єфремовою та Б.Жижченко в 1972 р. Техногенні ГГ відомі понад 150 років. Техногенні газогідрати утворюють скупчення в свердловинах, утворюють пробки в газових трубопроводах.

Утворюють дві структури кубічної сингонії. Перша структура, об'ємно- центрована розміром 1,2 нм, складена з 46 молекул води з порожнинами - шістьма великими (0,59 нм) та 2 малими (0,52 нм), в яких розміщені молекули газу. Велики порожнини мають тетраедричну форму, малі - пентагондодекаедричну. Друга структура, гранецентрована кубічна гратка типу алмазу, складена розм ром 1,74 нм, елементарна комірка її побудована з 136 молекул води і вміщує 16 малих 0,48 нм і 8 великих (0,69 нм) порожнин.

Які гази найлегше переходять в гідрати? Етан та ізобутан, метан складніше. Вільний вихідний газ, з якого утворюються ГГ, при цьому збіднюється етаном та ізобутаном і збагачується нормальним бутаном, який не переходить в газогідрати. Ці ознаки можуть мати пошукове значення, щоб відрізняти генезис донних газогеохімічних аномалій.

Доведена гідратоносність всього Світового океану. Масштаби газогідратоносності набагато більші в морях та океанах, ніж на суходолі. За формою знаходження це дрібновкраплені, вузлуваті, шаруваті, масивні або щільні скупчення. В утворенні ГГ приймають участь тільки прісні або маломінералізовані води. В петрографічному відношенні ГГ - мономінеральна порода, або головний породоутворюючий мінерал, чи гідрат акцесорний, так само, як і форми підземного льоду.

Акцесорний тип найбільш поширений.

За генезисом ГГ кріогенний утворюється в результаті пониження температури в існуючому покладі або у скупченні (аномалії) вільного газу. Прикладом ГГ суходолу є Месояхське родовище Красноярського краю. Глибини залягання до 800 м. Седиментогенний утворюється на континентальних схилах у їх підніжжів, основна частина проявів встановлена в морях. Появі скупчень ГГ сприяють підвищені вмісти органічної речовини (і біогенного метану). Фільтрогенний ГГ з'являється при фільтрації газу або газонасиченої води через зону термодинамічної стабільності ГГ. В осадовій товщі це можуть бути ділянки розвантаження підземних ( підводних) флюїдів, у тому числі розломи та місця прояву грязьового вулканізму. Діагенетичні ГГ зобов'язані появою зв'язуванню з поровою водою газів, які утворюються в діагенезі. Передбачається, що основні запаси зв'язані з цим типом.

В полярних морях верхня границя гідратоутворення наближена до поверхні, температури близько 0°С. Навіть на екваторі температура верхнього шару осадів на глибині 1000 м складає приблизно 280-290 К, тобто біля ) С. Отже, ГГ утворюються і в цих широтах. Виявлені світові ресурси зосереджені переважно в діапазоні температур 274-276 К (1-5 С). Мінімальні глибини гідратоутворення в Атлантиці 550 м, Тихому океані 500 м, Індійському 600 м. Дані глибини займають більше 70 % площі дна Світового океану.

Найбільш перспективні ділянки зчленування шельфу арктичних морів з материком. Термодинамічно сприятливі умови спостерігаються повсюдно в Північному Льодовитому океані. З наближенням до материків глибини залягання гідратного шару зменшуються. Товщини зони гідратоутворення 100-400 м.

Проблема газогідратів, освоєння клатратних ресурсів має політичне значення. Відбувається поділ територій Світового океану міжнародними угодами щодо освоєння корисних копалин. Особливу активність проявляють Норвегія, Китай, Росія, США і інші країни.

Як виділяють скупчення газогідратів? За різницею у швидкостях поздовжних і поперечних хвиль (підвищена в межах полів ГГ), за акустичними аномаліями. Методи, що найширше застосовуються - ехолотування та сейсморозвідка.

Як видобувати ГГ? Основний принцип - вивести з стану термодинамічної рівноваги. Наприклад, збільшувати температуру, знижувати тиск, вводити бромід кальцію, який розкладає ГГ, прикладати механічні зусилля (розмив і ін.). Просто й надійно - розмивати струменем води, збирати газ механічної дегазації. Відмітимо, що ГГ керна, піднятого на борт судна, розкладаються на очах. Їх збереження для досліджень потребує низьких температур.