Gas Hydrate: Phương pháp phát hiện và phục hồi

Sau khi đọc bài viết này, bạn sẽ tìm hiểu về: - 1. Ý nghĩa của Gas Hydrate 2. Phát hiện Gas Hydrate 3. Phương pháp phục hồi.

Ý nghĩa của khí hydrat:

Hydrat khí, còn được gọi là khí clathrat, là chất rắn xuất hiện tự nhiên bao gồm các phân tử nước tạo thành một mạng lưới lồng cứng nhắc. Mỗi lồng chứa một phân tử khí tự nhiên chủ yếu là metan (Hình 3.18). Hydrat khí thực chất là clathrat nước của khí tự nhiên, trong đó nước kết tinh trong hệ tinh thể đẳng phương chứ không phải hệ lục giác của băng thông thường.

Lượng khí mêtan tối đa có thể được lưu trữ trong metan hydrat được cố định bằng hình dạng cấu trúc mạng clathrate hoặc mạng tinh thể. Về lý thuyết, một mét khối (1m ³ ) metan hydrat có thể chứa tới 164 m ³ khí metan tại STP. Do đó, khí hydrat trong các hồ chứa cạn (<khoảng 1000 m dưới đáy biển) có thể có nhiều khí mêtan trên một đơn vị thể tích so với khí tự do trong cùng một không gian.

Sự xuất hiện của khí hydrat trong tự nhiên được kiểm soát bởi các điều kiện nhiệt độ và áp suất, có sẵn các phân tử khí thích hợp để ổn định hầu hết các khoang hydrat và các phân tử nước đủ để tạo thành khoang.

Các nguồn khí mêtan để hình thành hydrat thường là sinh học, tuy nhiên, khí mê-tan nhiệt sinh ra ở độ sâu lớn hơn (nhiệt độ cao) cũng có thể đóng góp bằng cách di chuyển lên trên thông qua các lỗi / gãy xương.

Hình 3.18 cho thấy ba mô hình khác nhau về sự xuất hiện của hydrat trong trái đất. Hình 3.18 (a) cho thấy lớp khí hydrat hình thành cấu trúc chống cline giống như cấu trúc bẫy khí metan tự do bên dưới. Hình 3.19 (b) cho thấy lớp khí hydrat, lớp niêm phong tầng chứa khí mêtan ở đầu nhúng của chúng và Hình 3.18 (c) cho thấy lớp nền của lớp khí hydrat di chuyển lên trên để đáp ứng với độ dốc địa nhiệt thay đổi gây ra bởi sự xuất hiện của vòm muối, tạo thành một bẫy khí. Sự chuyển đổi sinh học của các chất hữu cơ thành metan diễn ra ở nhiệt độ thấp và thường được tăng cường bởi khối lượng lớn của dòng clastic / hữu cơ.

Phản ứng tổng thể của việc tạo khí mêtan có thể được biểu diễn như sau:

(CH ₂ O) ₁₀₆ (NH ₃ ) ₁₆ (H ₃ PO ₄ ) → CO ₂ + CH ₄ + NH ₃ + H ₃ PO ₄

Thông tin ranh giới pha cùng với thông tin địa nhiệt cho thấy giới hạn độ sâu trên của metan hydrat là khoảng 150 m ở các vùng cực lục địa, nơi nhiệt độ bề mặt dưới 0 ° C. Trong trầm tích đại dương của khu vực nhiệt đới, khí hydrat có thể xảy ra ngoài độ sâu của nước khoảng 600 m, nơi nhiệt độ đáy biển đủ thấp.

Giới hạn dưới của sự xuất hiện khí hydrat trong trầm tích được xác định bởi độ dốc địa nhiệt, giới hạn dưới tối đa là khoảng 1000 m dưới đáy biển (Hình 3.19). Do đó, sự xuất hiện của khí hydrat được giới hạn trong không gian địa lý nông.

Hydrat khí xảy ra trên toàn thế giới, nhưng do yêu cầu về áp suất, nhiệt độ và thể tích khí, chúng bị giới hạn ở hai vùng, cực và đại dương sâu. Ở các vùng cực, hydrat khí thường được liên kết với băng vĩnh cửu, cả trên bờ trong trầm tích lục địa và ngoài khơi trong trầm tích của thềm lục địa.

Cánh đồng Messoyakaha trong vùng băng vĩnh cửu của Tây Siberia là ví dụ sống cho việc sản xuất khí từ khí hydrat trong hai mươi năm qua. Ở các vùng đại dương sâu, hydrat khí được tìm thấy ở rìa lục địa bên ngoài trong các trầm tích của độ dốc và dâng lên nơi có nước đáy lạnh.

Hydrat khí tự nhiên đã được xác định ở các sườn lục địa Bắc Cực và Bắc Đại Tây Dương, từ mũi Nam Mỹ qua rìa Bắc Mỹ và Alaska, Vịnh Mexico, ngoài khơi bờ biển Đông Nam Hoa Kỳ và Bờ biển lục địa châu Âu. Trên bối cảnh Ấn Độ, hydrat khí đã được xác định ở vùng nước sâu của bờ Đông, bờ Tây và ngoài khơi Andaman.

Phát hiện khí hydrat :

Hầu hết các sự xuất hiện của đại dương khí hydrat được suy ra chủ yếu dựa trên sự xuất hiện trên các hồ sơ phản xạ địa chấn biển của các phản xạ mô phỏng đáy phát âm (BSR). Sự phản xạ này có thể trùng với độ sâu dự đoán từ sơ đồ pha là cơ sở của vùng ổn định khí hydrat.

Ngoài dữ liệu địa chấn, thông tin địa vật lý từ nhật ký giếng dây có thể có giá trị trong việc phát hiện và đánh giá các khoảng khí hydrat.

Các bản ghi tốt cho các nghiên cứu hydrat khí bao gồm caliper, tia gamma, tiềm năng tự phát, điện trở suất và tốc độ âm thanh. Nhật ký giếng cung cấp một cơ sở để ước tính chất lượng khí và, kết hợp với dữ liệu địa chấn, giữ chìa khóa để đánh giá tài nguyên khí hydrat trong tương lai.

Dự trữ khí hydrat trên toàn thế giới thay đổi trong phạm vi từ 16.000 nghìn tỷ mét khối (TCM) đến 20.000 TCM. Một ước tính thô cho thấy rằng có khoảng 10.000 Gt carbon được lưu trữ trong khí hydrat, bằng hai lần tổng lượng carbon hữu cơ trong tất cả nhiên liệu hóa thạch trên trái đất. Tài nguyên hydrat khí hồng ngoại cho đường bờ biển Ấn Độ được ước tính theo thứ tự 200 TCM cho đến EEZ.

Có bốn loại hydrat cho đến nay, được quan sát thông qua các lõi khác nhau được thu thập từ các trang web trên khắp thế giới. Điều này bao gồm các lớp như phổ biến tinh tế, nốt sần, loại lớp và loại lớn. Hầu hết các lõi này đã được thu thập theo Chương trình khoan biển sâu (DSDP) và Chương trình khoan đại dương (ODP) (Hình 3.21)

Phương pháp thu hồi khí hydrat :

Có ba phương pháp chính đang được xem xét để thu hồi khí mêtan từ khí hydrat và đó là:

(i) Kích thích nhiệt,

(ii) Trầm cảm, và

(iii) Thuốc ức chế tiêm.

(1) Trong kích thích nhiệt, các tầng mang khí hydrat được làm nóng để tăng nhiệt độ cục bộ đủ để làm cho khí hydrat phân tách.

(2) Trong khử áp, áp suất trên lớp khí hydrat được hạ xuống bằng cách bơm để gây ra sự phân ly hydrat; nhiệt cho quá trình khử áp được cung cấp bởi nhiệt địa nhiệt tự nhiên.

(3) Tiêm các chất ức chế như methanol, glycol làm cho khí hydrat phân ly. Chất ức chế này gây ra sự thay đổi trạng thái cân bằng nhiệt độ áp suất do đó hydrat khí không còn ổn định ở điều kiện nhiệt độ áp suất tại chỗ.

Đã có những mô hình khái niệm để thu hồi khí từ hydrat trong trầm tích biển. Nghiên cứu về khử trầm cảm hydrat trong băng vĩnh cửu đã được thực hiện chi tiết cả trong mô hình và trong lĩnh vực này. Có một sự đồng thuận chung rằng khử trầm cảm là phương tiện khả thi nhất về mặt kỹ thuật c phục hồi hydrat trong băng vĩnh cửu.