Всего за 209.9 руб. Купить полную версию
Рис. 30. Тающий кусок газового гидрата с горящим пламенем выделяющегося метана
Целый ряд закономерностей в распространении скоплений газовых гидратов, а также изотопно-геохимический облик газогидратных газов и вод свидетельствует о глубинном генезисе углеводородных газов, вошедших в состав газогидратов. Только в случае признания ведущей роли глубинных углеводородных и углеводородно-водных флюидов в формировании скоплений газогидратов главные геологические закономерности их распространения получают непротиворечивое объяснение. Водород и углерод являются основными химическими элементами, поднимающимися из земных глубин к поверхности в процессе постоянно идущей дегазации планеты. Водород диффундирует сквозь толщу земных пород в атомарном и молекулярном виде, а углерод – в химически связанном виде, в составе оксидов углерода СО и СО2. При температуре ниже 600°С эти газы вступают в реакцию, образуя воду и метан (СО + 3Н2 → Н2О + СН4). Вода входит в кристаллическую решетку гидросиликатов, а метан накапливается в виде газовых включений, в т. ч. газовых гидратов.
Мощнейшие скопления газовых гидратов приурочены в основном к краевым частям океанического дна, где продолжается океанообразование и где в современную нам эпоху происходит массовое поступление глубинного метана. Большая часть газовых гидратов обнаружена на дне океанов в молодых отложениях – метан продолжает поступать в гигантских объемах. Той же причиной обусловлено образование нефти и газа на континентах. В геологические эпохи мезозое и кайнозое сформировались осадочные бассейны, ставшие резервуарами углеводородов, где расположено большинство известных месторождений нефти и газа. Разница лишь в том, что на континентах возникшая по той же причине и в тот же отрезок времени, что и океаны, впадина заполнялась осадками, в которых и накапливался метан, впоследствии химическим и биогенным путями преобразованный в нефть и углеводородные газы. Формирование различных типов залежей газовых гидратов схематически представлено на рис. 31.
Рис. 31. Формирование различных типов газогидратных залежей
По некоторым оценкам залегающий в плейстоцен-современных осадках газогидратный слой содержит не менее 11,3 10 м или 8,5 10 т метанового углерода. В то же время запасы некарбонатного углерода в морской биоте определяются в 3 млрд т; в атмосфере – 3,6; детритном органическом веществе – 60; торфе – 500; биоте суши – 830; органическом веществе, растворенном в воде, – 980; почве – 1400; извлекаемых и неизвлекаемых ископаемых топливах (нефть, природный газ, уголь) – 5000 млрд т, т. е. в сумме – 8,8 трлн т. Это на три порядка меньше приведенной выше оценки содержания в земной коре гидратного метана.
Другие источники не разделяют столь высоких значений гидратоносности, оценивая их ресурсы в 2 10 м. Тем не менее и по этой оценке более половины органического углерода в земной коре, видимо, содержится в составе газовых гидратов, что вдвое превышает все разведанные и неразведанные ресурсы нефти, угля и газа, вместе взятые (рис. 32). Особенно интересно, что эти гигантские скопления метана содержатся в плейстоцен-современных отложениях, образовавшихся в последние пять миллионов лет. Это значит, что образовавший их метан выделился за время, составляющее одну тысячную всей истории планеты.
Рис. 32. Распределение органического углерода на Земле (10 г)
В настоящее время имеются сведения о более чем 100 выявленных газогидратных залежах, а потенциальные мировые запасы газа в гидратном состоянии, по оценкам специалистов, превышают 16 10 тнэ (тонн нефтяного эквивалента). Около 98 % ресурсов газогидратов сосредоточено в акваториях Мирового океана на глубинах более 200–700 м, в придонных осадках толщиной до 400–800 м и более, и только 2 % – в приполярных частях материков. Однако и последний факт заслуживает серьезного внимания, поскольку это соответствуют 300 трлн м газа, что в полтора раза превышает мировые разведанные запасы природного газа. Например, при современном уровне потребления выявленные запасы газа в гидратном состоянии в США могут обеспечить потребности страны в природном газе в течение 104 лет.
Разработка природных газогидратов – одна из наиболее промышленно значимых альтернатив разработке традиционных месторождений природного газа. Все большее число стран, включая США, Канаду, Индию, Китай, Японию, принимает национальные, хорошо финансируемые программы по исследованиям газогидратов и поискам их скоплений. Их оптимизм базируется на том, что уже при небольших масштабах выполненных геофизических и буровых работ открыты гигантские скопления газогидратов и газогитратные провинции. Удельная плотность метана в гидратоносных акваториях не уступает средней плотности в обычных месторождениях газа. Однако остаются сложности с созданием в обозримом будущем технологий, по которым извлечение метана из газогидратов станет не просто возможным, но и рентабельным.
2.5. Природный газ в энергетике XXI века
Таким образом, в земной коре имеются огромные ресурсы природного газа, к тому же постоянно пополняемые за счет продолжающихся процессов дегазации нашей планеты. Основные проблемы использования этого огромного потенциала связаны с созданием технологий, позволяющих практически извлекать их при приемлемых финансовых, энергетических и технологических усилиях. Рисунок 33 демонстрирует наличие различных видов природного газа в земной коре.
Рис. 33. Наличие различных видов природного газа в земной коре. Цифры – проницаемость пород, вмещающих соответствующий вид газа, в миллидарси (md). Дарси – единица проницаемости пористых сред
По мере нарастания "нетрадиционности" природного газа с одной стороны растет его объем в земной коре, но с другой стороны, увеличиваются сложность извлечения и необходимые для этого финансовые и энергетические затраты. Как мы видим, человечество располагает огромными ресурсами природного газа (табл. III). Некоторые виды этих ресурсов еще плохо изучены, но независимо от конкретных оценок уже очевидно, что они настолько велики, что при всех разумных сценариях развития нашей цивилизации их хватит еще на десятки, а может быть и сотни лет.
Таблица III. Ресурсы природного газа по состоянию на 2014 г.
Конечно, добыча нетрадиционных видов газа сложнее и дороже добычи традиционных ресурсов. Но по мере выработки наиболее удобных месторождений постоянно растет и себестоимость добычи традиционного газа. Так же, как и при добыче нефти, мы вынуждены постоянно осваивать все более сложные для извлечения и потому более дорогостоящие ресурсы. Рисунок 34 показывает, что это не драматическое скачкообразное удорожание будущих газовых ресурсов, а достаточно плавный и, увы, неизбежный переход к освоению все более дорогостоящего сырья.
Рис. 34. Стоимость добычи различных видов природного газа, долл./млн БТЕ
Себестоимость добычи сланцевого газа в США уже ниже себестоимости добычи традиционного газа в Европе (табл. IV), что позволяет прогнозировать прибыльность его экспорта в этот регион. А когда мы говорим о ресурсах традиционного природного газа в России, необходимо понимать, что они в значительной степени представлены арктическими ресурсами, себестоимость добычи которых может быть значительно выше себестоимости добычи сланцевого газа на территории США или других стран. При этом стоимость их транспортировки на мировые рынки Европы или Азии также выше стоимости транспортировки в эти же регионы газа из США.
Таблица IV. Себестоимость добычи различных видов газа в 2010 г., долл./млн БТЕ (Ступакова, Митронов, 2014)