Человечество ищет замену истощающимся запасам нефти и газа, и один из самых перспективных вариантов – гидраты. Это своеобразный лёд, внутри которого находятся молекулы метана. Учёные Китайского нефтяного университета и Пермского Политеха впервые в мире выяснили, как правильно управлять подземными разломами для быстрой и безопасной добычи. Об этом сообщили в пресс-службе ПНИПУ.
Газовые гидраты считаются главным энергетическим ресурсом Земли. Внешне они напоминают обычный лёд, но внутри них под высоким давлением находится сжатый метан. По подсчётам специалистов, запасы энергии в этих отложениях вдвое превышают суммарные объёмы мировой нефти и угля. Однако до недавнего времени не существовало эффективных технологий для их добычи, так как ледяная структура препятствует выходу газа на поверхность.
Для извлечения топлива применяют метод гидроразрыва, при котором пласт искусственно разрушают водой под высоким давлением. Однако этот процесс сопряжён с серьёзными рисками. Малейшие изменения температуры или давления под землёй приводят к таянию «горючего льда», что вызывает разрушение подземных структур, повреждение скважин и неконтролируемые выбросы метана.
Такие утечки представляют двойную опасность для человека и окружающей среды. Метан крайне взрывоопасен, и любая искра в замкнутом пространстве может стать причиной аварии. Кроме того, этот газ способствует глобальному потеплению, так как, попадая в атмосферу, он удерживает тепло и провоцирует резкие климатические изменения.
Для более глубокого понимания процесса учёные создали образцы, максимально приближённые по составу к природным отложениям. Всего было изготовлено восемь образцов: четыре с высоким содержанием гидрата (около 80%) и четыре с низким (около 40%). Каждый образец помещали в специальное устройство и подвергали сжатию, имитируя естественное давление в горных породах. Затем проводили гидравлический разрыв, закачивая воду под высоким давлением для разрушения массива. С помощью сверхчувствительных звуковых датчиков отслеживали динамику и направление трещин.
Эксперименты позволили выявить несколько важных закономерностей. Оказалось, что участки с высоким содержанием гидрата разрушаются быстрее и легче, что делает их наиболее перспективными для разработки. Также исследователи определили факторы, влияющие на форму будущих разломов.
«Геометрия трещин напрямую связана с естественным давлением, которое действует на породу под землей. В одних условиях разломы получались простыми и прямыми, а в других – извилистыми, с множеством ответвлений. Для эффективного извлечения газа необходим именно второй вариант, поскольку он охватывает большую площадь пласта. Однако прогнозировать и моделировать такие трещины на практике гораздо труднее», – рассказал Владимир Поплыгин, профессор кафедры «Нефтегазовые технологии» ПНИПУ, кандидат технических наук.
Эксперимент неожиданно показал, что тающий гидрат активно участвует в разрушении породы. При изменении условий он резко меняет свои механические свойства и создаёт дополнительное внутреннее давление, которое приводит к раскалыванию пласта. Ранее это считалось лишь предположением. Учёные впервые использовали звуковые датчики для наблюдения за образованием трещин в реальном времени и подтвердили, что таяние гидрата является не просто следствием, а активным элементом процесса. Эти данные помогут инженерам определить оптимальное давление воды при бурении и предотвратить аварийные выбросы метана. Это значительный шаг к безопасному и экономически эффективному освоению огромных запасов «горючего льда». Статья опубликована в международном журнале Energy.
Безопасная добыча газа связана не только с гидратами, но и с угольными пластами. Как рассказывала интернет-газета «ЖУК», исследователи НИТУ МИСИС и Геофизического центра РАН совместно с экспертами АО «СУЭК-Кузбасс» рассмотрели пять существующих моделей проницаемости угольных пластов. Это поможет точнее планировать дегазацию шахт и снижать риски, связанные с метаном.