Cadangan gas serpih dunia diperkirakan sekitar 200 triliun meter kubik, gas tradisional (termasuk minyak terkait) - sebesar 300 triliun meter kubik... Tapi ini hanya sebagian kecil dari jumlah total gas alam di Bumi: bagian utamanya ditemukan dalam bentuk gas hidrat di dasar lautan. Hidrat tersebut adalah klatrat dari molekul gas alam (terutama metana hidrat). Selain di dasar laut, gas hidrat juga terdapat di batuan permafrost.
Masih sulit untuk menentukan cadangan pasti gas hidrat di dasar lautan, namun menurut perkiraan rata-rata, terdapat sekitar 100 kuadriliun meter kubik metana (bila dikurangi menjadi tekanan atmosfer). Dengan demikian, cadangan gas dalam bentuk hidrat di dasar lautan dunia seratus kali lebih besar dibandingkan gabungan serpih dan gas tradisional.
Gas hidrat memiliki komposisi yang berbeda-beda, yaitu senyawa kimia jenis klatrat(yang disebut kisi klatrat), ketika atom atau molekul asing (“tamu”) dapat menembus ke dalam rongga kisi kristal “inang” (air). Dalam kehidupan sehari-hari, klatrat yang paling terkenal adalah tembaga sulfat (copper sulfate), yang memiliki warna biru cerah (warna ini hanya terdapat pada kristal hidrat; tembaga sulfat anhidrat berwarna putih).
Gas hidrat juga merupakan hidrat kristal. Di dasar lautan, tempat gas alam dilepaskan karena suatu alasan, gas alam tidak naik ke permukaan, tetapi secara kimia berikatan dengan air, membentuk kristal hidrat. Proses ini dimungkinkan sangat mendalam, dimana tekanannya tinggi, atau dalam kondisi permafrost, di mana suhu selalu negatif.
Gas hidrat (khususnya metana hidrat) adalah zat padat berbentuk kristal. 1 volume gas hidrat mengandung 160-180 volume gas alam murni. Massa jenis gas hidrat kira-kira 0,9 g/sentimeter kubik, lebih kecil dari massa jenis air dan es. Mereka lebih ringan dari air dan harus mengapung, dan kemudian gas hidrat, ketika tekanannya turun, akan terurai menjadi metana dan air, dan semuanya akan menguap. Namun, hal ini tidak terjadi.
Hal ini dicegah oleh batuan sedimen di dasar laut - di sanalah terjadi pembentukan hidrat. Berinteraksi dengan batuan sedimen di dasar, hidrat tidak dapat mengapung. Karena dasarnya tidak rata, melainkan kasar, lambat laun sampel gas hidrat, bersama dengan batuan sedimen, tenggelam dan membentuk endapan gabungan. Zona pembentukan hidrat terjadi di bagian bawah tempat sumber gas alam berasal. Proses pembentukan deposit jenis ini berlangsung lama, dan gas hidrat tidak ada dalam bentuk “murni”; mereka selalu disertai dengan batuan. Hasilnya adalah ladang gas hidrat - akumulasi batuan gas hidrat di dasar laut.
Pembentukan gas hidrat memerlukan suhu rendah atau tekanan tinggi. Pembentukan metana hidrat selama tekanan atmosfir menjadi mungkin hanya pada suhu -80 °C. Embun beku seperti itu mungkin terjadi (dan bahkan sangat jarang) hanya di Antartika, tetapi dalam keadaan metastabil, gas hidrat dapat ada pada tekanan atmosfer dan pada suhu lebih tinggi. suhu tinggi. Namun suhu ini seharusnya tetap negatif - kerak es terbentuk ketika lapisan atas hancur, selanjutnya melindungi hidrat dari pembusukan, yang terjadi di daerah permafrost.
Gas hidrat pertama kali ditemukan selama pengembangan ladang Messoyakha yang tampaknya biasa (Okrug Otonomi Yamalo-Nenets) pada tahun 1969, yang darinya, karena kombinasi beberapa faktor, dimungkinkan untuk mengekstraksi gas alam langsung dari gas hidrat - sekitar 36% dari volume gas yang diekstraksi darinya berasal dari hidrat.
Di samping itu, Reaksi penguraian gas hidrat bersifat endotermik, yaitu energi selama dekomposisi diserap dari lingkungan luar. Selain itu, banyak energi yang harus dikeluarkan: hidrat, jika mulai terurai, mendingin dengan sendirinya dan penguraiannya berhenti.
Pada suhu 0 °C, metana hidrat akan stabil pada tekanan 2,5 MPa. Suhu air di dasar laut dan samudera benar-benar +4 °C - dalam kondisi seperti itu air memiliki kepadatan paling besar. Pada suhu ini, tekanan yang diperlukan untuk kestabilan metana hidrat akan dua kali lebih tinggi dari pada 0 °C dan akan menjadi 5 MPa. Oleh karena itu, metana hidrat hanya dapat terjadi pada kedalaman reservoir lebih dari 500 meter , karena kira-kira 100 meter air sama dengan tekanan 1 MPa.
Selain gas hidrat "alami", pembentukan gas hidrat merupakan masalah besar pipa gas utama terletak di daerah beriklim sedang dan dingin, karena gas hidrat dapat menyumbat pipa gas dan menguranginya keluaran. Untuk mencegah hal ini terjadi, sejumlah kecil penghambat pembentukan hidrat ditambahkan ke gas alam, terutama metil alkohol, dietilen glikol, trietilen glikol, dan terkadang larutan klorida (terutama garam dapur atau kalsium klorida murah). Atau mereka hanya menggunakan pemanasan, mencegah gas mendingin hingga mencapai suhu di mana pembentukan hidrat dimulai.
Mengingat cadangan gas hidrat yang sangat besar, minat terhadap gas hidrat saat ini sangat tinggi - lagipula, selain zona ekonomi sepanjang 200 mil, lautan adalah wilayah netral dan negara mana pun dapat mulai memproduksi gas alam dari sumber daya alam jenis ini . Oleh karena itu, kemungkinan besar gas alam dari gas hidrat akan menjadi bahan bakar dalam waktu dekat, jika cara yang hemat biaya untuk mengekstraksinya dapat dikembangkan.
Namun, mengekstraksi gas alam dari hidrat merupakan tugas yang jauh lebih kompleks dibandingkan mengekstraksi gas serpih, yang bergantung pada rekahan hidrolik pada formasi serpih minyak. Tidak mungkin mengekstraksi gas hidrat dalam pengertian tradisional: lapisan hidrat terletak di dasar laut, dan mengebor sumur saja tidak cukup. Hal ini diperlukan untuk menghancurkan hidrat.
Hal ini dapat dilakukan dengan menurunkan tekanan dengan cara tertentu (metode pertama), atau dengan memanaskan batu dengan sesuatu (metode kedua). Metode ketiga melibatkan kombinasi kedua tindakan. Setelah itu, perlu untuk mengumpulkan gas yang dilepaskan. Memasukkannya ke atmosfer juga tidak dapat diterima, karena metana adalah gas rumah kaca yang kuat, sekitar 20 kali lebih kuat dari karbon dioksida. Secara teoritis, penggunaan inhibitor (yang sama dengan yang digunakan dalam pipa gas) adalah mungkin, tetapi pada kenyataannya biaya inhibitor terlalu tinggi untuk penggunaan praktisnya.
Daya tarik produksi gas hidrat bagi Jepang adalah menurut studi ultrasonik, cadangan gas hidrat di lautan dekat Jepang diperkirakan berkisar antara 4 hingga 20 triliun meter kubik.Ada banyak endapan hidrat di wilayah lautan lainnya. Secara khusus, terdapat cadangan hidrat yang sangat besar di dasar Laut Hitam (menurut perkiraan kasar, 30 triliun meter kubik) dan bahkan di dasar Danau Baikal.
Pelopor dalam ekstraksi gas alam dari hidrat dilakukan oleh perusahaan Jepang Japan Oil, Gas and Metal National Corporarion. Jepang adalah negara yang sangat maju, namun sangat miskin sumber daya alam, dan merupakan importir gas alam terbesar di dunia, yang permintaannya semakin meningkat setelah kecelakaan di pembangkit listrik tenaga nuklir Fukushima.
Untuk percobaan produksi metana hidrat menggunakan kapal pengeboran, spesialis Jepang memilih opsi untuk mengurangi tekanan (dekompresi) . Uji coba produksi gas alam dari hidrat berhasil dilakukan sekitar 80 km sebelah selatan Semenanjung Atsumi, yang kedalaman lautnya sekitar satu kilometer. Kapal penelitian Jepang Chikyu menghabiskan waktu sekitar satu tahun (sejak Februari 2012) mengebor tiga sumur uji dengan kedalaman 260 meter (belum termasuk kedalaman laut). Dengan menggunakan teknologi khusus depresurisasi, gas hidrat terurai.
Meskipun uji coba penambangan hanya berlangsung selama 6 hari (12-18 Maret 2013), padahal rencana penambangan dilakukan selama dua minggu (cuaca buruk mengganggu), 120 ribu meter kubik gas alam diproduksi (rata-rata 20 ribu meter kubik per hari). Kementerian Ekonomi, Perdagangan dan Industri Jepang menggambarkan hasil produksi tersebut “mengesankan”; hasilnya jauh melebihi ekspektasi para ahli Jepang.
Pengembangan industri skala penuh di bidang ini direncanakan akan dimulai pada tahun 2018-2019 setelah “pengembangan teknologi tepat guna.” Waktu akan menentukan apakah teknologi ini akan menguntungkan dan apakah teknologi tersebut akan muncul. Akan ada terlalu banyak masalah teknologi yang harus dipecahkan. Selain produksi gas juga Anda perlu mengompres atau mencairkannya, yang memerlukan kompresor kuat di kapal atau pabrik kriogenik. Oleh karena itu, biaya produksi gas hidrat kemungkinan besar akan lebih mahal daripada gas serpih, yang biaya produksinya adalah $120-150 per seribu meter kubik.Sebagai perbandingan, biaya gas tradisional dari ladang tradisional tidak melebihi $50 per seribu meter kubik.
Nikolay Blinkov
Gas hidrat adalah larutan padat yang pelarutnya berupa kisi kristal yang terdiri dari molekul air. Di dalam air terdapat molekul “gas terlarut”, yang ukurannya menentukan kemungkinan pembentukan hidrat hanya dari metana, etana, propana, dan isobutana. Pembentukan gas hidrat memerlukan suhu dan tekanan yang rendah, yang kombinasi keduanya hanya mungkin terjadi dalam kondisi reservoir di daerah dengan lapisan es yang tebal.
Menurut berbagai perkiraan, cadangan hidrokarbon terestrial dalam hidrat berkisar antara 1,8·10 5 hingga 7,6·10 9 km³. Sekarang hidrat gas alam sedang dalam rantai Perhatian khusus sebagai sumber bahan bakar fosil, serta kontributor perubahan iklim.
Pembentukan gas hidrat
Gas hidrat dibagi menjadi teknogenik (buatan) dan alami (alami). Semua gas yang diketahui pada tekanan dan suhu tertentu membentuk kristal hidrat, yang strukturnya bergantung pada komposisi gas, tekanan, dan suhu. Hidrat dapat bertahan secara stabil pada berbagai tekanan dan suhu. Misalnya, metana hidrat ada pada tekanan dari 2*10 -8 hingga 2*10 3 MPa dan suhu dari 70 hingga 350 K.
Beberapa sifat hidrat bersifat unik. Misalnya, satu volume air, ketika bertransisi ke keadaan hidrat, mengikat 207 volume metana. Pada saat yang sama, volume spesifiknya meningkat sebesar 26% (saat air membeku, volume spesifiknya meningkat sebesar 9%). 1 m 3 metana hidrat pada P=26 atm dan T=0°C mengandung 164 volume gas. Dalam hal ini, fraksi gas adalah 0,2 m 3 dan air adalah 0,8 m 3. Volume spesifik metana dalam hidrat berhubungan dengan tekanan sekitar 1400 atm. Penguraian hidrat dalam volume tertutup disertai dengan peningkatan tekanan yang signifikan. Gambar 3.1.1 menunjukkan diagram kondisi keberadaan hidrat beberapa komponen gas alam pada koordinat tekanan-suhu.
Gambar 3.1.1 - Kurva pembentukan gas-hidrat untuk beberapa komponen gas alam.
Untuk pembentukan gas hidrat, diperlukan tiga kondisi berikut:
1. Kondisi termobarik yang menguntungkan. Pembentukan gas hidrat didukung oleh kombinasi suhu rendah dan tekanan tinggi.
2. Adanya zat pembentuk hidrat. Zat pembentuk hidrat antara lain metana, etana, propana, karbon dioksida, dll.
3. Air secukupnya. Airnya tidak boleh terlalu sedikit atau terlalu banyak.
Untuk mencegah pembentukan gas hidrat, cukup dengan mengecualikan salah satu dari tiga kondisi.
Hidrat gas alam adalah mineral metastabil, pembentukan dan penguraiannya bergantung pada suhu, tekanan, komposisi kimia gas dan air, sifat media berpori, dll.
Morfologi gas hidrat sangat beragam. Saat ini, ada tiga jenis utama kristal:
· kristal masif. Mereka terbentuk karena penyerapan gas dan air di seluruh permukaan kristal yang terus tumbuh;
· Kristal kumis. Terjadi selama penyerapan terowongan molekul ke dasar kristal yang sedang tumbuh;
· kristal gel. Mereka terbentuk dalam volume air dari gas yang terlarut di dalamnya ketika kondisi pembentukan hidrat tercapai.
Dalam lapisan batuan, hidrat dapat terdistribusi dalam bentuk inklusi mikroskopis atau membentuk partikel besar, hingga lapisan memanjang setebal beberapa meter.
Karena struktur klatratnya, satuan volume gas hidrat dapat mengandung hingga 160-180 volume gas murni. Massa jenis hidrat lebih rendah daripada massa jenis air dan es (untuk metana hidrat, sekitar 900 kg/m³).
Percepatan pembentukan gas hidrat difasilitasi oleh fenomena berikut:
· Turbulensi. Pembentukan gas hidrat aktif terjadi di daerah dengan laju aliran medium yang tinggi. Saat mencampur gas dalam pipa, tangki proses, penukar panas, dll. intensitas pembentukan gas hidrat meningkat.
· Pusat kristalisasi. Pusat kristalisasi adalah titik di mana terdapat kondisi yang menguntungkan untuk transformasi fasa menjadi pada kasus ini– pembentukan fase padat dari fase cair.
· Air gratis. Kehadiran air gratis tidak prasyarat namun untuk pembentukan hidrat, intensitas proses ini dengan adanya air bebas meningkat secara signifikan. Selain itu, antarmuka air-gas merupakan pusat kristalisasi yang nyaman untuk pembentukan gas hidrat.
Struktur hidrat
Dalam struktur gas hidrat, molekul air membentuk kerangka kerawang (yaitu kisi induk), yang di dalamnya terdapat rongga. Telah ditetapkan bahwa rongga rangka biasanya berukuran 12- ("rongga kecil"), 14-, 16- dan 20 sisi ("rongga besar"), sedikit berubah bentuk dibandingkan dengan bentuk sempurna. Rongga-rongga ini dapat ditempati oleh molekul gas (“molekul tamu”). Molekul gas terhubung ke kerangka air melalui ikatan van der Waals. DI DALAM pandangan umum komposisi gas hidrat dijelaskan dengan rumus M n H 2 O, dimana M adalah molekul gas pembentuk hidrat, n adalah jumlah molekul air per molekul gas yang dimasukkan, dan n adalah bilangan variabel tergantung pada jenis hidratnya. -zat pembentuk, tekanan dan suhu.
Rongga-rongga tersebut, bergabung satu sama lain, membentuk struktur kontinu dari berbagai jenis. Menurut klasifikasi yang diterima, mereka disebut KS, TS, GS - masing-masing berstruktur kubik, tetragonal, dan heksagonal. Di alam, hidrat yang paling umum adalah tipe KS-I (eng. sI), KS-II (eng. sII), sedangkan sisanya bersifat metastabil.
Tabel 3.2.1 - Beberapa struktur kerangka klatrat dari gas hidrat.
Gambar 3.2.1 - Modifikasi kristal gas hidrat.
Ketika suhu meningkat dan tekanan menurun, hidrat terurai menjadi gas dan air, menyerap sejumlah besar panas. Penguraian hidrat dalam volume tertutup atau dalam media berpori (kondisi alami) menyebabkan peningkatan tekanan yang signifikan.
Kristal hidrat memiliki hambatan listrik yang tinggi, menghantarkan suara dengan baik, dan praktis tidak dapat ditembus oleh molekul air dan gas bebas. Mereka dicirikan oleh konduktivitas termal yang sangat rendah (untuk metana hidrat pada 273 K, konduktivitasnya lima kali lebih rendah dibandingkan es).
Teori van der Waals-Platteu saat ini banyak digunakan untuk menggambarkan sifat termodinamika hidrat. Ketentuan pokok teori ini:
· kisi tuan rumah tidak berubah bentuk tergantung pada tingkat pengisian molekul tamu atau jenisnya;
· setiap rongga molekul tidak boleh berisi lebih dari satu molekul tamu;
· interaksi molekul tamu dapat diabaikan;
· Fisika statistik berlaku untuk deskripsi.
Meskipun deskripsi karakteristik termodinamika berhasil, teori van der Waals - Platteu bertentangan dengan data beberapa eksperimen. Secara khusus, telah ditunjukkan bahwa molekul tamu mampu menentukan simetri kisi kristal hidrat dan urutan transisi fase hidrat. Selain itu, ditemukan efek kuat tamu pada molekul inang, yang menyebabkan peningkatan frekuensi getaran alami yang paling mungkin terjadi.
Sebagian besar gas alam (CH4, C2H6, C3H8, CO2, N2, H2S, isobutana, dll.) membentuk hidrat, yang ada dalam kondisi termobarik tertentu. Wilayah keberadaannya terbatas pada sedimen dasar laut dan wilayah permafrost. Hidrat gas alam yang dominan adalah hidrat metana dan karbon dioksida.
Selama produksi gas, hidrat dapat terbentuk di lubang sumur, komunikasi industri, dan jaringan pipa gas utama. Dengan mengendap di dinding pipa, hidrat secara tajam mengurangi keluarannya. Untuk memerangi pembentukan hidrat di ladang gas, berbagai inhibitor (metil alkohol, glikol, larutan CaCl2 30%) dimasukkan ke dalam sumur dan pipa, dan suhu aliran gas dipertahankan di atas suhu pembentukan hidrat menggunakan pemanas, isolasi termal pipa dan pemilihan mode operasi yang memastikan suhu aliran gas maksimum. Untuk mencegah pembentukan hidrat pada pipa gas utama, cara paling efektif adalah mengeringkan gas - membersihkan gas dari uap air.
Komposisi dan sifat air
Sekitar 71% permukaan bumi tertutup air (samudera, laut, danau, sungai, es) - 361,13 juta km 2. Di Bumi, sekitar 96,5% air dunia berada di lautan, 1,7% cadangan dunia adalah air tanah, 1,7% lainnya berada di gletser dan lapisan es Antartika dan Greenland, sebagian kecil berada di sungai, danau, dan rawa. dan 0,001% di awan (terbentuk dari partikel es dan air cair yang tersuspensi di udara). Sebagian besar air bumi bersifat asin, tidak cocok untuk pertanian dan minum. Porsi air tawar sekitar 2,5%, dan 98,8% air ini ditemukan di gletser dan air tanah. Kurang dari 0,3% dari seluruh air tawar ditemukan di sungai, danau, dan atmosfer, dan jumlah yang lebih kecil lagi (0,003%) ditemukan pada organisme hidup.
Peranan air dalam munculnya dan terpeliharanya kehidupan di bumi sangatlah penting struktur kimia organisme hidup, dalam pembentukan iklim dan cuaca. Air adalah zat terpenting bagi semua makhluk hidup di planet bumi.
Komposisi kimia air
Air (hidrogen oksida) adalah senyawa anorganik biner dengan rumus kimia H 2 O. Molekul air terdiri dari dua atom hidrogen dan satu atom oksigen, yang dihubungkan melalui ikatan kovalen. Pada kondisi normal Ini adalah cairan bening, tidak berwarna (dalam volume kecil), berbau dan berasa. Dalam wujud padat disebut es (kristal es dapat membentuk salju atau embun beku), dan dalam wujud gas disebut uap air. Air juga bisa berbentuk kristal cair (pada permukaan hidrofilik). Massanya kira-kira 0,05 kali massa Bumi.
Komposisi air dapat ditentukan dengan menggunakan reaksi dekomposisi listrik. Dua volume hidrogen terbentuk per volume oksigen (volume gas sebanding dengan jumlah zat):
2H 2 O = 2H 2 + O 2
Air terdiri dari molekul. Setiap molekul mengandung dua atom hidrogen yang dihubungkan melalui ikatan kovalen dengan satu atom oksigen. Sudut antar ikatan sekitar 105º.
Gas hidrat adalah massa es yang mengandung gas hidrokarbon, paling sering metana, atau campuran air dan metana dalam konsentrasi tertentu, yang mampu membentuk es dalam kondisi termobarik tertentu. Gas hidrat misalnya terbentuk pada suhu 0 Celcius dan tekanan 25 atmosfer. Jika suhunya lebih tinggi, maka pembentukan gas hidrat memerlukan peningkatan tekanan air. Itulah sebabnya gas hidrat ditemukan terutama di lautan dan lautan pada kedalaman 300 hingga 1200 meter.
Unsur utama gas hidrat adalah sel kristal molekul air, di dalamnya terdapat molekul gas yang mudah terbakar. Sel-selnya membentuk kisi kristal padat, mirip dengan es.
Gas hidrat pertama kali ditemukan pada pertengahan tahun 70-an abad kedua puluh oleh nelayan Kanada. Seringkali, ketika pukat-hela (trawl) udang yang berisi ikan diangkat dari kedalaman, mereka menemukan potongan besar zat seperti salju yang ternoda oleh lumpur dasar. Seseorang mempunyai ide untuk membakar “salju” laut dalam ini. Dan itu terbakar!
Ada teori yang menyatakannya waktu tertentu, sehubungan dengan berbagai fenomena fluktuasi, timbul kondisi ketika gas dilepaskan dari sel kristal air, membentuk lubang vakum dengan energi potensial tinggi, dimana jika terjatuh, kapal, pesawat terbang dan segala sesuatu yang bergerak di atas dan melintasi laut menghilang. Mengingat di daerah tersebut segitiga Bermuda di dasar lautan terdapat endapan gas hidrat yang besar (1500-2010 m) dengan gas metana, maka teka-teki Segitiga Bermuda dianggap terpecahkan
Metana hidrat – bahan bakar gas masa depan
Meskipun terdapat pengembangan sumber energi alternatif, bahan bakar fosil masih tetap ada dan, di masa mendatang, akan tetap berperan besar dalam keseimbangan bahan bakar di bumi. Menurut para ahli ExxonMobil, konsumsi energi di planet ini akan meningkat setengahnya dalam 30 tahun ke depan. Ketika produktivitas deposit hidrokarbon yang diketahui menurun, deposit baru dalam jumlah besar semakin jarang ditemukan, dan penggunaan batubara berdampak buruk terhadap lingkungan. Namun, berkurangnya cadangan hidrokarbon konvensional dapat dikompensasi.
Pakar ExxonMobil tidak cenderung mendramatisasi situasi.
Pertama, teknologi produksi minyak dan gas sedang berkembang. Saat ini di Teluk Meksiko, misalnya, minyak diekstraksi dari kedalaman 2,5-3 km di bawah permukaan air, kedalaman seperti itu tidak terbayangkan 15 tahun lalu.
Kedua, teknologi pemrosesan sedang berkembang spesies yang kompleks hidrokarbon (minyak berat dan sulfur tinggi) dan pengganti minyak (bitumen, pasir minyak). Hal ini memungkinkan untuk kembali dan melanjutkan pekerjaan di wilayah penambangan tradisional, serta memulai penambangan di wilayah baru. Misalnya, di Tatarstan, dengan dukungan Shell, produksi yang disebut “minyak berat” dimulai. Di Kuzbass, proyek sedang dikembangkan untuk mengekstraksi metana dari lapisan batubara.
Arah ketiga dalam menjaga tingkat produksi hidrokarbon terkait dengan pencarian cara penggunaan jenis non-tradisional. Di antara jenis bahan baku hidrokarbon baru yang menjanjikan, para ilmuwan menyoroti metana hidrat, yang cadangannya di planet ini, menurut perkiraan kasar, berjumlah setidaknya 250 triliun meter kubik (dalam hal nilai energi, ini 2 kali lebih besar dari nilainya dari gabungan seluruh cadangan minyak, batu bara, dan gas di planet ini).
Metana hidrat adalah senyawa supramolekul metana dan air. Di bawah ini adalah model metana hidrat tingkat molekuler. Kisi molekul air (es) terbentuk di sekitar molekul metana. Senyawa ini stabil pada suhu rendah dan tekanan tinggi. Misalnya, metana hidrat stabil pada suhu 0 °C dan tekanan sekitar 25 bar ke atas. Tekanan ini terjadi pada kedalaman laut sekitar 250 m.Pada tekanan atmosfer, metana hidrat tetap stabil pada suhu −80 °C.
Jika metana hidrat dipanaskan atau tekanan ditingkatkan, senyawa tersebut terurai menjadi air dan gas alam (metana). Dari satu meter kubik metana hidrat pada tekanan atmosfer normal, Anda bisa mendapatkan 164 meter kubik gas alam.
Menurut perkiraan Departemen Energi AS, cadangan metana hidrat di planet ini sangat besar. Namun hingga saat ini senyawa tersebut praktis belum dimanfaatkan sebagai sumber energi. Departemen ini telah mengembangkan dan menerapkan keseluruhan program (program penelitian dan pengembangan) untuk pencarian, evaluasi dan komersialisasi produksi metana hidrat.
Bukan suatu kebetulan jika Amerika Serikat siap mengalokasikan dana yang signifikan untuk pengembangan teknologi produksi metana hidrat. Gas alam menyumbang hampir 23% dari neraca bahan bakar negara. Sebagian besar gas alam AS diperoleh melalui pipa dari Kanada. Pada tahun 2007, konsumsi gas alam dalam negeri mencapai 623 miliar meter kubik. m Pada tahun 2030 bisa tumbuh sebesar 18-20%. Dengan menggunakan cadangan gas alam konvensional di AS, Kanada, dan di lepas pantai, tidak mungkin untuk memastikan tingkat produksi seperti itu.
Ketika slogan “Abad ke-21 adalah abad gas” menembus kesadaran masyarakat, minat terhadap sumber gas yang tidak konvensional seperti deposit gas hidrat semakin meningkat.
Pasar energi global beroperasi dengan angka cadangan minyak dan gas di wilayah tertentu. Faktanya, mereka adalah dasar dari situasi pasokan dan permintaan global untuk bahan baku hidrokarbon. Ratusan ahli tanpa lelah menganalisis waktu pengembangan sumber daya yang tak tergantikan. 20 tahun? Baiklah, 30 tahun. Lalu bagaimana? Bagaimana keseimbangan energi planet ini terbentuk? Sumber energi alternatif apa selain minyak dan gas yang akan menjadi kepentingan komersial dalam waktu dekat? Salah satu jawabannya sepertinya sudah ada. Metana dari deposit gas hidrat. Di darat, beberapa endapan telah diidentifikasi dan uji produksi telah dilakukan di zona permafrost di Rusia, Kanada, dan Alaska. Ahli geofisika dari berbagai negara yang mempelajari gas hidrat sampai pada kesimpulan bahwa cadangan gas hidrat ratusan kali lebih besar daripada cadangan minyak dan gas alam. “Planet ini benar-benar penuh dengan gas hidrat,” kata banyak orang dengan yakin. Jika prediksi cadangan gas di planet ini berkisar antara 300 hingga 600 triliun meter kubik, maka prediksi cadangan gas hidrat akan lebih dari 25.000 triliun meter kubik. Di dalamnya, umat manusia, tanpa membatasi konsumsi energi sama sekali, dapat hidup nyaman selama ratusan tahun.
Gas hidrat (atau gas hidrat) adalah molekul gas, paling sering metana, “tertanam” dalam kisi kristal es atau air. Gas hidrat terbentuk pada tekanan tinggi dan suhu rendah, sehingga ditemukan di alam baik di sedimen perairan laut dalam atau di zona daratan permafrost, pada kedalaman beberapa ratus meter di bawah permukaan laut. Selama pembentukan senyawa ini pada suhu rendah dan kondisi tekanan tinggi, molekul metana diubah menjadi kristal hidrat, membentuk padatan dengan konsistensi mirip es lepas. Sebagai hasil pemadatan molekul, satu meter kubik metana hidrat alami dalam bentuk padat mengandung sekitar 164 m 3 metana dalam fase gas dan 0,87 m 3 air. Biasanya, terdapat cadangan gas subhidrat yang cukup besar di bawahnya. Seluruh spektrum diasumsikan - dari bidang spasial yang luas dari cluster masif hingga keadaan tersebar, termasuk bentuk lain yang sampai sekarang tidak diketahui.
Asumsi bahwa pada kedalaman beberapa ratus meter di bawah dasar laut terdapat zona yang mengandung gas hidrat pertama kali diungkapkan oleh ahli kelautan Rusia. Hal ini kemudian dikonfirmasi oleh ahli geofisika di banyak negara. Sejak akhir tahun 1970-an, dalam kerangka program oseanologi internasional, studi yang ditargetkan di dasar laut untuk mencari gas hidrat dimulai. Studi geofisika, seismik, geomorfologi, dan akustik regional disertai dengan pengeboran beberapa ribu sumur di kedalaman air hingga 7.000 m, dari mana inti sepanjang 250 km dipilih. Sebagai hasil kerja keras yang diselenggarakan oleh lembaga ilmiah dan laboratorium universitas di berbagai negara, saat ini ratusan meter pertama dasar Samudera Dunia dengan luas total 360 juta km 2 telah dipelajari secara detail. Hasilnya, banyak bukti keberadaan gas hidrat ditemukan di dasar lapisan sedimen lautan, terutama di sepanjang tepi timur dan barat Samudera Pasifik, serta tepi timur Samudera Atlantik. Namun pada dasarnya bukti tersebut didasarkan pada data tidak langsung yang diperoleh dari hasil kegempaan, analisis, logging, dll. Hanya beberapa akumulasi besar yang dapat dianggap benar-benar terbukti, yang paling terkenal terletak di kawasan Blake. punggungan laut di lepas pantai tenggara Amerika Serikat. Di sana, dalam bentuk ladang tunggal dengan kedalaman air 2,5–3,5 km, mungkin terdapat sekitar 30 triliun m3 metana.
Meskipun terdapat sejumlah besar gas hidrat di lautan, gas hidrat hanya dapat dipertimbangkan dalam jangka panjang sebagai sumber gas alam alternatif. Pendapat para pekerja minyak diungkapkan dalam laporan perusahaan Chevron kepada Senat AS pada tahun 1998, terdengar lebih keras lagi. Hal ini bermuara pada fakta bahwa di lautan, gas hidrat sebagian besar berada dalam keadaan tersebar atau dalam konsentrasi kecil dan bukan untuk kepentingan komersial. Ahli geologi dari Gazprom Rusia sampai pada kesimpulan yang sama.
Ada sudut pandang lain. Jika Anda menaikkan gas hidrat dari kedalaman laut ke permukaan, Anda dapat mengamati efek yang mencolok - gas hidrat akan mulai menggelembung, mendesis, dan hancur di depan mata Anda. Ilmuwan Rusia pertama kali melihat gambaran seperti itu pada tahun 70-an abad lalu, ketika selama ekspedisi ke Laut Okhotsk, sampel pertama “gas es” diangkat dari bawah ke dek kapal. Hal yang paling menarik adalah ketika gas hidrat “meleleh”, zat padat, melewati fase cair, berubah menjadi gas, yang mengandung energi yang sangat besar. Jika gas ini segera dikeluarkan dapat menyebabkan bencana ekologi. Tapi kalau dibendung, manfaatnya akan besar. Bagaimanapun, cadangan energi gas hidrat jauh lebih tinggi dibandingkan cadangan energi minyak dan gas. Banyak peneliti berpendapat demikian.
Menurut perkiraan yang ada saat ini, perkiraan jumlah metana yang terkandung dalam bentuk kristal hidrat di sedimen dasar Samudra Dunia dan lapisan es setidaknya 250.000 triliun m3. Dalam hal bahan bakar tradisional, jumlah ini dua kali lipat jumlah gabungan cadangan minyak, batu bara, dan gas di planet ini.
Hidrat gas alam tetap stabil baik pada suhu yang sangat rendah dalam kondisi permafrost di darat, atau dalam kombinasi suhu rendah dan tekanan tinggi, yang terdapat di bagian bawah lapisan sedimen wilayah laut dalam di Samudra Dunia. Telah ditetapkan bahwa zona stabilitas gas hidrat (GSZ) dalam kondisi laut terbuka terbentang dari kedalaman air sekitar 450 m dan lebih jauh di bawah dasar laut hingga tingkat gradien panas bumi batuan sedimen. Untuk mendeteksi gas hidrat digunakan metode geofisika, serta pengeboran batuan sedimen. Jauh lebih jarang, gas hidrat ditemukan di dekat dasar laut (pada kedalaman beberapa meter dari permukaannya) di dalam struktur penghasil gas yang mirip dengan gunung lumpur. Hal ini terjadi, misalnya, di Laut Hitam, Kaspia, Mediterania, dan Laut Okhotsk. Ketebalan SGI dimana-mana kira-kira beberapa ratus meter. Potensi sumber daya metana tidak hanya terletak di dalam SGI dalam bentuk padat, namun juga tersegel di bawahnya dalam bentuk gas alam. Menurut sebagian besar perkiraan, lautan mengandung sekitar dua kali lebih banyak metana dibandingkan bahan bakar fosil lainnya yang ditemukan di benua dan lepas pantai. Benar, ada juga orang yang skeptis yang menganggap perkiraan ini terlalu berlebihan. Namun, pertanyaannya bukan hanya pada jumlah metana.
Hal utama adalah bagian mana dari gas ini yang tidak tersebar, tetapi terkonsentrasi dalam akumulasi yang cukup besar untuk menjamin keuntungan pengembangannya. Saat ini belum ada gambaran jelas tentang bentuk gas hidrat di lautan.
Tidak seperti yang terjadi di lautan, akumulasi gas hidrat di darat dan di zona paparan yang berdekatan dipertimbangkan dari perspektif yang sangat realistis. Deposit gas hidrat pertama di darat ditemukan pada tahun 1964 di Rusia di ladang Messoyakha di Siberia Barat. Di sana selama paruh pertama tahun 1970an. Penambangan eksperimental pertama di dunia juga dilakukan. Belakangan, endapan serupa ditemukan di kawasan delta Sungai Mackenzie di Kanada. Studi skala besar pertama tentang akumulasi gas hidrat di darat dan lapisan sekitarnya dilakukan di bawah naungan Departemen Energi AS pada tahun 1982–1991. Selama satu dekade, keberadaan endapan metana padat di Alaska telah diketahui, 15 zona akumulasi gas hidrat di rak dipelajari, dan proses depresi senyawa hidrat dan ekstraksi termal gas metana dimodelkan. Uji produksi metana dilakukan di ladang Prudhoe Bay di Alaska. Sumber daya gas dari deposit gas hidrat di dalam situ daratan dan lepas pantai AS diperkirakan mencapai 6.000 triliun m3. Artinya, cadangan yang dapat diperoleh kembali, meskipun faktor pemulihan tidak lebih dari 1%, berjumlah 60 triliun m3, dua kali lipat dari total cadangan terbukti di seluruh ladang gas konvensional AS.
Dalam beberapa tahun terakhir, setelah publikasi hasil program USGS, minat terhadap simpanan gas hidrat di darat telah tumbuh secara dramatis dan meluas secara geografis. Pada tahun 1995, pemerintah Jepang memprakarsai program serupa di negara tersebut. Menurut ahli geologi Jepang, hingga saat ini, tingkat eksplorasi sumber daya yang teridentifikasi mendekati tahap di mana sumber daya tersebut dapat dipindahkan ke kategori cadangan. Pada tahun 1998, sebuah sumur percobaan dibor di delta Sungai Mackenzie di Kanada Mallik, yang menurutnya terdapat hamparan akumulasi gas hidrat yang luas, massa totalnya diperkirakan mencapai 4 miliar m 3 / km 2. Studi-studi ini sedang dilakukan Jepang Minyak bumi Eksplorasi Bersama ., Ltd. dan sejumlah perusahaan industri Jepang dengan partisipasi US Geological Survey, Kanada dan beberapa universitas. Sejak tahun 1996, eksplorasi zona paparan dan pemetaan akumulasi yang teridentifikasi, di bawah naungan pemerintah dan perusahaan gas negara, telah dilakukan di India. Uni Eropa memutuskan untuk membentuk dana khusus untuk membiayai program serupa, dan di Amerika Serikat, minat terhadap simpanan gas hidrat memperoleh status legislatif: pada tahun 1999, Kongres AS menyetujui undang-undang khusus mengenai pengembangan program pencarian skala besar dan pengembangan deposit metana hidrat di darat dan lepas pantai negara tersebut.
Ekstraksi gas hidrat belum memiliki standar teknologi industri. Beberapa ahli percaya bahwa Rusia adalah negara terkaya dalam hal cadangan gas alam; cadangannya akan bertahan selama 200-250 tahun ke depan, sehingga produksi industri gas hidrat belum menjadi tugas utama bagi negara kita.
Metana dari simpanan gas hidrat adalah pembawa energi masa depan, yang menurut perkiraan paling optimis, akan terjadi paling cepat pada dekade kedua abad ke-21. Secara umum, perusahaan asing besar berfungsi sebagai indikator yang dapat diandalkan mengenai tingkat prospek arah baru: minat yang mulai mereka tunjukkan pada bidang tertentu dalam bisnis minyak dan gas biasanya merupakan gejala pertama munculnya perusahaan asing. tren baru. Bukan suatu kebetulan bahwa pangsa aset terkait gas dalam daftar sebagian besar perusahaan telah meningkat dalam beberapa tahun terakhir; perusahaan-perusahaan minyak besarlah yang melakukan serangan besar-besaran di landas laut dalam; Wajar juga jika arah komersial baru yang masih sedikit terkait dengan pengolahan gas alam menjadi bahan bakar cair ( Gas ke cairan, GTL) perusahaan muncul ARCO, BP, Amoco, Chevron, Exxon, Kerang dan lain-lain. Namun perusahaan minyak belum menunjukkan minat pada gas alam hidrat.
Sementara itu, perwakilan organisasi lingkungan hidup memperingatkan bahwa penggunaan aktif metana yang diekstraksi dari hidrat akan semakin memperburuk situasi pemanasan iklim, karena metana memiliki efek “rumah kaca” yang lebih kuat daripada karbon dioksida. Selain itu, beberapa ilmuwan telah menyatakan keprihatinan bahwa ekstraksi metana hidrat di dasar laut dapat menyebabkan perubahan struktur geologis yang tidak dapat diprediksi.
Telah ditetapkan bahwa dari satu liter " bahan bakar padat“Bisa dapat 168 liter bensin. Oleh karena itu, sejumlah negara, seperti Amerika Serikat, Jepang, dan India, telah mengembangkan program penelitian nasional untuk penggunaan industri gas hidrat sebagai sumber energi yang menjanjikan. Oleh karena itu, program nasional India ditujukan untuk eksplorasi skala besar deposit gas alam hidrat yang terletak di lereng benua di sekitar Semenanjung Hindustan. Pemerintah India telah mengalokasikan dana yang signifikan untuk pelaksanaan program ini. Sejalan dengan itu, India bermaksud untuk memulai produksi industri gas alam dari gas hidrat.
Direktorat Jenderal Hidrokarbon ( DJP) adalah pionir dalam eksplorasi gas hidrat di India. Survei yang dilakukan oleh Direktorat pada tahun 1997 di Pantai Timur dan wilayah perairan dalam Andaman menghasilkan penemuan wilayah yang paling menjanjikan untuk gas hidrat (Gambar 1.2). Perkiraan total sumber daya gas, dengan memperhitungkan gas hidrat di wilayah India, diperkirakan mencapai 40–120 triliun m3. Kepulauan Andaman dianggap sangat menjanjikan, dengan cadangan gas terhidrasi dan bebas diperkirakan mencapai 6 triliun m3.
Beras. 1.2. Peta wilayah yang berpotensi mengandung gas hidrat di landas kontinen India
Beberapa area, yang terletak pada kedalaman 1.300–1.500 m, dimaksudkan untuk pengeboran terutama, tidak hanya untuk menguji keberadaan gas hidrat, tetapi juga gas bebas.
Pemerintah India telah mengembangkan program gas hidrat nasional (NGP) yang bertujuan untuk eksplorasi dan pengembangan sumber daya gas hidrat di negara tersebut. Direktorat merupakan peserta aktif dalam program ini. Kepala Direktorat merupakan koordinator panitia teknis GPN. Data seismik dari lepas pantai Sauratra dan seluruh pantai barat dan timur India telah ditinjau untuk menentukan wilayah terbaik untuk studi gas hidrat lebih lanjut; Dua “zona laboratorium model” juga diidentifikasi, satu untuk setiap pantai. Sebagai bagian dari NPG di wilayah ini, Institut Oseanografi Nasional telah mengumpulkan informasi tambahan yang memungkinkan pemilihan lokasi pengeboran dan perolehan inti. Terdapat perjanjian kerjasama internasional antara India dan konsorsium perusahaan Jepang, Amerika, Kanada dan Jerman.
Tentang kemungkinan adanya gas hidrat di sedimen danau. Baikal pertama kali dibahas pada tahun 1992 berdasarkan hasil ekspedisi seismik dalam Rusia-Amerika yang menjelajahi cekungan danau bagian Selatan dan Tengah. Sinyal seismik yang dikenal sebagai BSR ( Dasar Simulasi Reflektor- batas reflektif nyata), terekam dalam profil seismik pada kedalaman beberapa ratus meter batuan sedimen dan menunjukkan adanya lapisan gas hidrat. Sinyal tersebut muncul pada sedimen di wilayah luas utara dan selatan delta sungai. Selenga. Pada tahun 1998, gas hidrat ditemukan pada kedalaman 120 m di wilayah Cekungan Selatan selama pelaksanaan program Pengeboran Baikal di bawah kepemimpinan Akademisi Akademi Ilmu Pengetahuan Rusia M. Kuzmin. Temuan tersebut mengkonfirmasi keberadaan gas hidrat di dasar sedimen danau. Baikal pada kedalaman beberapa ratus meter (Gbr. 1. 3). Deposit gas hidrat di air tawar sangatlah unik.
Beras. 1.3. Gas hidrat dalam sedimen Danau Baikal
Meskipun gas hidrat telah berulang kali ditemukan di daerah pelepasan gas di laut, distribusinya dan, khususnya, volume endapan yang terkandung dalam struktur ini masih belum dipahami dengan baik. Investigasi yang cermat terhadap lokasi emisi gas diperlukan. Danau Baikal sangat cocok untuk pekerjaan ini, karena penelitian dapat dilakukan di sini pada musim panas dari kapal dan di musim dingin dari es, sehingga Anda dapat memilih yang paling sesuai. tempat yang sesuai untuk bereksperimen dan menjelajahi area yang dipilih secara detail.
Area subbottom gas hidrat di danau. Baikal adalah basis eksperimental yang sangat baik untuk menilai jumlah dan distribusi spasial gas hidrat dalam struktur dari jenis ini. Untuk melakukan penelitian perlu diperoleh sampel lapisan sedimen yang lebih dalam dan menerapkan beberapa metode fisika secara komprehensif. Perairan danau Baikal dianggap sangat bersih. Jika polusi eksternal ada, maka polusi tersebut dapat dikendalikan dan dibatasi. Kini menjadi jelas bahwa pencemaran metana di danau juga disebabkan oleh proses alami. Penting untuk memperkirakan kandungan metana dalam air.
Selama dekade berikutnya, Amerika Serikat bermaksud untuk mulai mengembangkan sumber energi baru yang hampir tidak ada habisnya – metana hidrat. Untuk itu, kapal penelitian yang dilengkapi peralatan pengeboran dikirim ke Teluk Meksiko, yang harus melakukan eksplorasi geologi pendahuluan. Selama ekspedisi tersebut, direncanakan untuk mengumpulkan sampel dari dua deposit hidrat terbesar di wilayah tersebut. Di masa depan, para ilmuwan akan melakukan eksperimen untuk mengembangkan teknologi mengekstraksi metana dari kristal dan mengangkutnya ke permukaan.
Banyak negara yang mencari sumber bahan bakar fosil alternatif menginvestasikan jutaan dolar dalam penelitian gas hidrat. Selain Amerika, kerja aktif Jepang, India dan Korea memimpin dalam bidang ini. Lebih mudah mengekstraksi gas hidrat di darat dibandingkan di dasar laut. Pada tahun 2003, sekelompok ilmuwan dan perwakilan perusahaan minyak dari Kanada, Jepang, India, Jerman dan Amerika Serikat membuktikan kemungkinan ekstraksi mereka dari lapisan es di Kanada bagian utara. Eksperimen serupa sedang dilakukan di Alaska.
Sifat-sifat gas alam di kondisi tertentu untuk membentuk senyawa padat secara aktif digunakan di bidang teknologi baru. Peneliti Norwegia, misalnya, telah mengembangkan teknologi untuk mengubah gas alam menjadi gas hidrat, memungkinkannya diangkut tanpa menggunakan pipa dan disimpan di fasilitas penyimpanan di atas tanah pada tekanan normal (gas diubah menjadi hidrat beku dan dicampur dengan minyak dingin hingga konsistensi tanah liat cair). Pabrik pengolahan gas alam menjadi campuran gas-minyak ini rencananya akan mencapai tingkat komersial pada tahun-tahun mendatang. Diusulkan juga untuk menggunakan gas hidrat sebagai bahan baku kimia untuk desalinasi air laut dan pemisahan campuran gas.
Meskipun penggunaan gas hidrat sebagai bahan bakar menarik, pengembangan deposit baru dapat menimbulkan sejumlah konsekuensi negatif. Pelepasan metana dari GGZ ke atmosfer yang tidak dapat dihindari akan meningkatkan efek rumah kaca. Pengeboran sumur minyak dan gas melalui lapisan yang mengandung hidrat di bawah dasar laut dapat menyebabkan hidrat mencair dan merusak bentuk sumur, sehingga meningkatkan risiko kecelakaan platform. Pembangunan dan pengoperasian anjungan produksi laut dalam di daerah lapisan pembawa hidrat, yang terdapat kemiringan dasar laut, sarat dengan terbentuknya tanah longsor bawah air yang dapat menghancurkan anjungan tersebut.
Saat ini, banyak negara menaruh perhatian besar pada studi hidrat gas alam - baik sebagai sumber gas yang menjanjikan maupun sebagai faktor yang mempersulit produksi minyak dan gas lepas pantai. Mengingat adanya cadangan gas “tradisional” yang signifikan di Rusia, pencarian sumber energi non-tradisional dan pengembangan metode pengembangannya mungkin tampak tidak relevan. Namun, permulaan pengembangan ladang gas hidrat juga dapat menjadi awal dari tahap baru dalam redistribusi pasar gas dunia, yang akibatnya posisi Rusia akan melemah secara signifikan.
Dengan demikian, dapat diambil kesimpulan sebagai berikut:
· gas hidrat adalah satu-satunya sumber gas alam yang belum dikembangkan di Bumi, yang dapat menjadi pesaing nyata bagi cadangan tradisional. Potensi sumber daya gas yang signifikan dalam deposit hidrat akan menyediakan bahan baku energi berkualitas tinggi bagi umat manusia untuk waktu yang lama;
· pengembangan ladang gas hidrat memerlukan pengembangan teknologi baru yang jauh lebih efektif untuk eksplorasi, produksi, transportasi dan penyimpanan gas dibandingkan dengan yang sudah ada, yang dapat digunakan di ladang gas tradisional, termasuk yang pengembangannya saat ini tidak menguntungkan;
· Produksi gas dari deposit hidrat dapat dengan cepat mengubah situasi pasar gas, yang dapat mempengaruhi peluang ekspor Rusia.
Beberapa informasi tambahan tentang gas hidrat
Karena kenyataan bahwa gas hidrat mulai dipertimbangkan dalam literatur geologi relatif baru-baru ini, disarankan untuk memberikan ringkasan singkat tentang komposisi golongan zat ini dan kondisi pembentukannya.
Gas hidrat adalah zat kristalin yang secara makroskopis menyerupai es,
terbentuk pada suhu yang relatif rendah (tetapi belum tentu negatif pada skala Celcius) dari air dan gas pada tekanan yang cukup tinggi. Hidrat adalah senyawa non-stoikiometri dan dijelaskan rumus umum M×nH 2 O, dengan M adalah molekul gas pembentuk hidrat. Selain hidrat individu, hidrat ganda dan campuran juga diketahui (yang mencakup beberapa gas). Sebagian besar komponen gas alam (kecuali H2, He, Ne, n-C4H10 dan alkana yang lebih berat) mampu membentuk hidrat individu. Molekul air membentuk kerangka polihedral dalam hidrat (yaitu kisi “inang”), di mana terdapat rongga yang dapat ditempati oleh molekul gas. Parameter kesetimbangan hidrat komposisi yang berbeda berbeda, tetapi untuk pembentukan hidrat apa pun pada suhu yang lebih tinggi, diperlukan konsentrasi (tekanan) kesetimbangan yang lebih tinggi dari gas pembentuk hidrat.
Temperatur yang relatif rendah dengan tekanan hidrostatik yang cukup tinggi di dasar laut pada kedalaman air mulai dari 300–400 m atau lebih menentukan kemungkinan adanya gas hidrat di bagian atas sub-bawah. Keadaan ini membangkitkan minat besar para ahli geologi terhadap hidrat bawah laut segera setelah pendaftaran penemuan di Uni Soviet pada tahun 1969 oleh V. G. Vasiliev, Yu. F. Makogon, F. A. Trebin dan A. A. Trofimuk “Sifat-sifat gas alam yang terletak di kerak bumi di a keadaan padat dan membentuk endapan gas hidrat.” Ketertarikan terhadap gas hidrat bawah laut ditentukan, pertama-tama, oleh fakta bahwa hidrat tersebut dianggap sebagai cadangan bahan baku hidrokarbon. Diasumsikan bahwa endapan gas-hidrat dapat melindungi endapan gas dan minyak “normal”. Gas hidrat juga dianggap sebagai komponen lingkungan geologis yang sensitif terhadap perubahan buatan manusia. Perubahan lokal menjadi perhatian dalam bidang geologi teknik, sedangkan perubahan global menjadi perhatian dari sudut pandang ekologi. Dalam kasus pertama, yang kami maksud adalah kekhususan sifat fisik dan mekanik tanah yang mengandung hidrat dan perubahan nyatanya selama dekomposisi hidrat secara teknogenik, dalam kasus kedua, kemungkinan penguatan di Bumi. efek rumah kaca ketika metana dilepaskan dari hidrat ke atmosfer akibat perubahan iklim antropogenik.
Zona termobarik, di mana gas hidrat dapat terdapat, menempati hampir seluruh perairan dalam Samudra Dunia dan sebagian besar rak sirkumpolar dan tebalnya ratusan meter. Namun, hidrat tidak ada dimana-mana di zona ini. Lebih dari 40 area bawah laut diketahui di mana gas hidrat itu sendiri atau tanda-tanda geofisika dan geokimianya diamati. Tanda-tanda tidak langsung dari gas hidrat termasuk kandungan gas yang tinggi dalam batuan, klorinitas yang tidak normal, dan komposisi isotop air pori. Bukti seismik keberadaan hidrat telah diketahui. Dari mereka nilai tertinggi memiliki cakrawala refleksi spesifik BSR, yang diidentifikasi berdasarkan dasar zona stabilitas gas hidrat. Semua wilayah bawah laut di mana hidrat diamati, dan wilayah dengan tanda-tandanya (dengan pengecualian beberapa wilayah di landas Arktik AS dan Kanada) terletak di lereng benua dan pulau, kaki bukit, serta di perairan dalam dan dalam. laut marginal di dalam cekungan batuan sedimen dengan lapisan penutup sedimen yang terbentuk dengan cepat dengan ketebalan yang relatif besar. Kejadian ini dapat dijelaskan dengan menggunakan model filtrasi atau sedimentasi pembentukan hidrat.
Gas hidrat merupakan sumber gas alam yang relatif baru dan berpotensi melimpah. Mereka adalah senyawa molekul air dan metana yang ada pada suhu rendah dan tekanan tinggi. Karena kemiripan luarnya, gas hidrat mulai disebut “es yang terbakar”. Di alam, gas hidrat ditemukan di zona permafrost atau di perairan dalam, yang pada awalnya menciptakan kondisi sulit untuk perkembangannya.
Pada tahun 2013, Jepang menjadi negara pertama di dunia yang berhasil melakukan eksperimen produksi metana dari gas hidrat di laut. Pencapaian ini memaksa kita untuk melihat lebih dekat prospek pengembangan gas hidrat. Bisakah kita mengharapkan revolusi gas hidrat setelah terjadinya revolusi serpih yang “tak terduga”?
Perkiraan awal Cadangan gas hidrat di dunia menunjukkan bahwa jumlahnya jauh lebih tinggi dibandingkan cadangan gas alam konvensional, namun pertama-tama, jumlahnya sangat mendekati; kedua, hanya sebagian kecil yang dapat diekstraksi pada tingkat perkembangan teknologi saat ini. Dan bagian ini pun akan membutuhkan biaya yang besar dan mungkin terkait dengan risiko lingkungan yang tidak terduga. Namun sejumlah negara, seperti Amerika Serikat, Kanada, dan negara-negara di kawasan Asia, mempunyai pendapat yang berbeda harga tinggi untuk gas alam dan permintaannya yang terus meningkat, menunjukkan minat yang besar terhadap pengembangan gas hidrat dan terus aktif mengeksplorasi bidang ini.
Para ahli mencatat ketidakpastian yang tinggi mengenai masa depan gas hidrat dan percaya bahwa pengembangan industrinya akan dimulai paling cepat dalam 10-20 tahun, namun sumber daya ini tidak dapat diabaikan.
Apa itu gas hidrat?
Gas hidrat (klatrat) adalah senyawa kristal padat dari gas dengan berat molekul rendah, seperti metana, etana, propana, butana, dll., dengan air. Secara lahiriah, mereka menyerupai salju atau es lepas. Mereka stabil pada suhu rendah dan tekanan tinggi; Jika kondisi ini dilanggar, gas hidrat mudah terurai menjadi air dan gas. Gas pembentuk hidrat alami yang paling umum adalah metana.
Hidrat gas teknogenik dan alam
Ada hidrat buatan manusia dan gas alam. Hidrat teknogenik dapat terbentuk dalam sistem produksi gas alam konvensional (di zona lubang bawah, di lubang sumur, dll.) dan selama pengangkutannya. DI DALAM proses teknologi produksi dan pengangkutan gas alam konvensional, pembentukan gas hidrat dianggap sebagai fenomena yang tidak diinginkan, yang memerlukan perbaikan lebih lanjut dalam metode pencegahan dan eliminasinya. Pada saat yang sama, gas hidrat teknogenik dapat digunakan untuk menyimpan dalam jumlah besar
volume gas, dalam teknologi pemurnian dan pemisahan gas, untuk desalinasi air laut dan dalam penyimpanan energi untuk keperluan pendinginan dan pengkondisian udara.
Hidrat alami dapat membentuk kelompok atau tersebar. Mereka ditemukan di tempat-tempat yang menggabungkan suhu rendah dan tekanan tinggi, seperti laut dalam (dasar danau dalam, laut dan samudera) dan zona permafrost (wilayah Arktik). Kedalaman gas hidrat di dasar laut adalah 500-1.500 m, dan di zona Arktik - 200-1.000 m.
Arti khusus dilihat dari prospek pengembangan endapan gas hidrat, keberadaan lapisan bawah gas alam bebas atau air bebas memiliki:
gas gratis. Dalam hal ini, pengembangan ladang gas hidrat terjadi dengan cara yang mirip dengan produksi gas konvensional. Produksi gas bebas dari formasi bawah menyebabkan penurunan tekanan pada formasi jenuh hidrat dan menghancurkan batas di antara keduanya. Gas yang dihasilkan dari gas hidrat melengkapi gas yang dihasilkan dari formasi di bawahnya. Ini yang paling banyak arah yang menjanjikan pengembangan deposit gas hidrat. Air gratis. Jika terdapat air di bawah endapan gas hidrat, pengurangan tekanan di zona hidrat dapat dicapai dengan mengekstraksinya. Metode ini layak secara teknis, namun kurang menarik secara ekonomi dibandingkan metode pertama. Tidak ada lapisan bawah. Prospek pengembangan ladang gas hidrat, yang bagian bawah dan atasnya dikelilingi oleh batuan sedimen yang tidak dapat ditembus, masih belum jelas
Perkiraan sumber daya gas alam hidrat di dunia.
Perkiraan sumber daya gas hidrat dunia telah menjadi kontroversi dan sebagian bersifat spekulatif sejak awal, yaitu pada tahun 1970an. Pada 1970-1980an jumlahnya berada pada level 100-1.000 kuadriliun. kubus m, pada tahun 1990an - menurun menjadi 10 kuadriliun. kubus m, dan pada tahun 2000an - hingga 100-1000 triliun. kubus M.
Badan Energi Internasional (IEA) pada tahun 2009 memberikan perkiraan sebesar 1.000-5.000 triliun. kubus m, meskipun penyebarannya masih signifikan. Misalnya, sejumlah perkiraan saat ini menunjukkan sumber daya gas hidrat sebesar 2.500-20.000 triliun. kubus m. Namun demikian, bahkan dengan mempertimbangkan penurunan perkiraan yang signifikan, sumber daya gas hidrat masih jauh lebih tinggi dibandingkan sumber daya gas alam konvensional, yang diperkirakan mencapai 250 triliun. kubus m (IEA memperkirakan cadangan gas alam konvensional mencapai 468 triliun meter kubik).
Misalnya, kemungkinan sumber daya gas hidrat di Amerika Serikat berdasarkan jenis deposit ditunjukkan pada Gambar (dibandingkan dengan sumber daya gas alam). “Piramida gas hidrat” juga mencerminkan potensi produksi gas dari berbagai jenis ladang gas hidrat. Di puncak piramida terdapat endapan Arktik yang telah dieksplorasi dengan baik di dekat infrastruktur yang ada, seperti endapan Mallick di Kanada. Hal ini diikuti oleh formasi gas hidrat yang kurang dipelajari dengan karakteristik geologi serupa (di Lereng Utara Alaska), namun memerlukan pembangunan infrastruktur. Perkiraan terbaru menyebutkan sumber daya gas hidrat yang dapat diperoleh kembali secara teknis di Lereng Utara Alaska berjumlah 2,4 triliun. kubus m gas. Mengikuti cagar alam Arktik adalah perairan dalam dengan saturasi sedang dan tinggi. Karena biaya pengembangannya berpotensi sangat tinggi, wilayah yang paling menjanjikan adalah Teluk Meksiko, di mana infrastruktur produksi minyak dan gas telah dibangun. Luasnya sumber daya ini belum diketahui secara pasti, namun Layanan Manajemen Mineral AS sedang mempelajarinya.
Gambar 1 “Piramida gas hidrat”
Di kaki piramida (Gambar 2) terdapat akumulasi gas hidrat, yang ditandai dengan distribusi batuan sedimen berbutir halus dan tidak terdeformasi yang sangat tidak merata dalam volume besar. Contoh khas dari akumulasi semacam itu adalah ladang laut dalam di lepas pantai Blake Ridge (pantai negara bagian Carolina, Amerika). Pada tingkat perkembangan teknologi saat ini, perkembangannya tidak mungkin dilakukan.
Dalam skala industri
Pada skala industri, produksi metana dari deposit gas hidrat tidak dilakukan di mana pun di dunia, dan hanya direncanakan di Jepang - untuk 2018-2019. Namun, sejumlah negara menerapkan program penelitian. Yang paling aktif di sini adalah Amerika Serikat, Kanada dan Jepang.
Jepang telah mencapai kemajuan terjauh dalam mempelajari potensi pengembangan deposit gas hidrat. Pada awal tahun 2000-an, negara ini mulai menerapkan program pengembangan gas hidrat. Untuk mendukung keputusannya agensi pemerintahan Konsorsium penelitian MH21 diselenggarakan dengan tujuan untuk menciptakan basis teknologi bagi pengembangan industri deposit gas hidrat. Pada bulan Februari 2012, Perusahaan Nasional Minyak, Gas dan Logam Jepang (JOGMEC) memulai uji pengeboran di Samudra Pasifik, 70 km selatan Semenanjung Atsumi, untuk menghasilkan metana hidrat. Dan pada bulan Maret 2013, Jepang (yang pertama di dunia) memulai uji ekstraksi metana dari gas hidrat di laut terbuka. JOGMEC memperkirakan bahwa dengan cadangan metana hidrat yang ada di negara tersebut, Jepang dapat memenuhi kebutuhan gas alamnya untuk 100 tahun ke depan.
Di bidang pengembangan gas hidrat, Jepang sedang mengembangkan kerjasama ilmiah dengan Kanada, Amerika dan negara lainnya. Kanada memiliki program penelitian yang ekstensif; Bersama dengan spesialis Jepang, sumur dibor di muara Sungai Mackenzie (Lapangan Mallick). Proyek penelitian gas hidrat AS terkonsentrasi di zona permafrost Alaska dan perairan dalam di Teluk Meksiko.
Penelitian yang kurang ekstensif namun penting mengenai gas hidrat sedang dilakukan oleh negara-negara seperti Korea Selatan, Tiongkok, dan India. Korea Selatan sedang mengkaji potensi gas hidrat di Laut Jepang. Penelitian menunjukkan bahwa deposit Ulleung adalah yang paling menjanjikan untuk pengembangan lebih lanjut. India mendirikan program penelitian nasional mengenai gas hidrat pada pertengahan tahun 1990an. Objek utama penelitiannya adalah ladang Krishna-Godavari di Teluk Benggala.
Program gas hidrat Tiongkok mencakup penelitian di landas Laut Cina Selatan dekat Provinsi Guangdong dan lapisan es di Dataran Tinggi Qinghai di Tibet.Sejumlah negara lain, termasuk Norwegia, Meksiko, Vietnam, dan Malaysia, juga telah menunjukkan minat dalam penelitian gas hidrat. Ada juga program penelitian untuk studi gas hidrat di Uni Eropa: misalnya, pada tahun 2000-an, program HYDRATECH (Methane Hydrate Assessment Technique on the European Shelf) dan program HYDRAMED (Geological Assessment of Gas Hydrates in the Mediterranean) dioperasikan. Namun yang membedakan program-program Eropa adalah penekanannya pada isu-isu ilmiah dan lingkungan.
Gas hidrat di Rusia
Rusia memiliki simpanan gas hidratnya sendiri. Kehadiran mereka telah dikonfirmasi di dasar Danau Baikal, Laut Hitam, Kaspia dan Okhotsk, serta di ladang Yamburg, Bovanenkovskoe, Urengoyskoe, Messoyakha. Gas hidrat tidak dikembangkan di ladang ini, dan keberadaannya dianggap sebagai faktor yang mempersulit pengembangan gas konvensional (jika tersedia). Asumsi juga dibuat, didukung oleh argumentasi teoritis, tentang kehadiran jumlah besar endapan gas hidrat di seluruh wilayah paparan Arktik Rusia.
Studi geologi gas hidrat dimulai di Uni Soviet pada tahun 1970-an. DI DALAM Rusia modern Studi laboratorium tentang gas hidrat terutama dilakukan: misalnya, penciptaan teknologi untuk mencegah pembentukannya dalam sistem transportasi gas atau penentuan sifat fisik, kimia, dan lainnya. Di antara pusat studi gas hidrat di Rusia, kita dapat mencatat Universitas Negeri Moskow, Akademi Ilmu Pengetahuan Rusia Cabang Siberia, Gazprom VNIIGAZ LLC, Universitas Minyak dan Gas yang dinamai demikian. Gubkina.
Pada tahun 2003, penelitian terapan untuk menilai potensi gas hidrat di Rusia dimulai oleh Gazprom OJSC. Perkiraan awal Gazprom VNIIGAZ menunjukkan adanya sumber daya gas hidrat di negara sebesar 1.100 triliun. kubus m.Pada pertengahan tahun 2013, muncul informasi bahwa Institut Geologi Timur Jauh dari Akademi Ilmu Pengetahuan Rusia mengundang Rosneft untuk mempelajari kemungkinan ekstraksi gas hidrat di landas Kepulauan Kuril, memperkirakan potensinya mencapai 87 triliun. kubus m.Tidak ada program negara khusus untuk penelitian dan produksi gas hidrat mengikuti contoh negara-negara yang disebutkan di atas di Rusia. Gas hidrat disebutkan dalam Skema Umum Pengembangan Industri Gas hingga tahun 2030
hanya sekali dalam konteks arah kemajuan ilmu pengetahuan dan teknologi yang diharapkan.
Secara umum, pengembangan gas hidrat di Rusia dari simpanan yang dikonfirmasi tampaknya menjanjikan setelah adanya pengurangan biaya teknologi secara signifikan dan hanya di wilayah yang memiliki infrastruktur transportasi gas.