Обґрунтування параметрів технології розробки газогідратних покладів неоднорідної структури

Abstract

У дисертаційній роботі на основі встановлених закономірностей зміни зони дисоціації з урахуванням частки породних включень, що містяться у покладі, вирішена нова актуальна задача з обґрунтування параметрів технології розробки газогідратних покладів неоднорідної структури. Це є важливим науково-практичним результатом для ефективного видобутку газу метану із чорноморських газогідратних родовищ. На основі аналітичних і лабораторних експериментальних досліджень виявлено закономірності розкладання природних газогідратних покладів неоднорідної структури з одержанням метану від вмісту частки породних включень. Встановлено, що ефективний час протікання процесу дисоціації газогідратного покладу неоднорідної структури змінюється за експоненціальною залежністю від радіусу зони його розкладання, що збільшується зі зменшенням частки породних включень. Врахування цієї залежності дає можливість забезпечити стабільний дебіт експлуатаційних свердловин при відпрацюванні газогідратних родовищ з подальшим прогнозним місцем їх закладання. Визначено затрати теплової енергії, необхідні для отримання 1000 м3 газу метану, які збільшуються за параболічною залежністю зі збільшенням частки породних включень у газогідратному покладі. Це надало можливість розробити нову класифікацію покладів газових гідратів неоднорідної структури за затратами енергії в залежності від частки включень. Запропоновано рекомендації щодо розробки газогідратних покладів, що містять породні включення, для науково-дослідного і проектного інституту ПАТ «Укрнафта». Економічна оцінка, що проведена на основі розрахунку прибутку, який можливо отримати від комерційної реалізації гідратного газу, та визначення собівартості 1000 м3 метану, підтверджує доцільність застосування технології розробки газогідратних покладів. Встановлено, що собівартість видобутку 1000 м3 газу за запропонованою технологією є у 1,2 – 8 разів (залежно від частки породних включень у газогідратному покладі) нижчою від собівартості видобутку газу на суші з існуючих у країні газових родовищ. Прибуток від реалізації газу метану, видобутого за допомогою запропонованої інноваційної технології розробки газогідратних покладів неоднорідної структури, складає від 12,11 млн дол. (при 60% породних включень у покладі) до 1327,63 млн дол. (чистий газогідратний поклад, що не містить породних включень).

В диссертационной работе на основе установленных закономерностей из-менения зоны диссоциации с учетом доли породных включений, содержащихся в залежи, решена новая актуальная задача по обоснованию параметров технологии разработки газогидратных залежей неоднородной структуры. Учитывая ежегодные тенденции сокращения запасов природных углево-дородов, все большую актуальность приобретает поиск и разработка альтернативных источников энергии. Для Украины таковыми являются газогидратные месторождения Черного моря, запасы газа в которых оцениваются на уровне 20 – 25 трлн м3. Поэтому создание современной технологии разработки газогидратных залежей и обоснование ее параметров имеет важное практическое значение для развития и обеспечения энергетической неза-висимости Украины. Учитывая особенности гидратонакопления, установлено, что залежи газовых гидратов залегают не только сплошными толщами чистого газогидрата, а содержат определенную долю породных включений. В работе на основе аналитических и лабораторных экспериментальных исследований выявлены закономерности разложения природных газогидратных залежей неоднородной структуры с получением метана в зависимости от содержания доли породных включений. Установлено, что процесс разложения газогидратов протекает на границе раздела фаз и содержит три последовательных стадии: плавление, дегидратацию и непосредственно диссоциацию, что дало возможность определить зависимость изменения продолжительности процесса диссоциации от радиуса зоны разложения газогидратной залежи с переменной долей породных включений. Выявлено, что эффективное время протекания процесса диссоциации газогидратной залежи неоднородной структуры изменяется по экспоненциальной зависимости от радиуса зоны ее разложения, который увеличивается с уменьшением доли породных включений. Учет этой зависимости дает возможность обеспечить стабильный дебит эксплуатационных скважин при отработке газогидратных месторождений с последующим прогнозным местом их заложения. Для обеспечения эффективного процесса диссоциации газогидратной залежи с переменной долей породных включений необходимо определить количество тепловой энергии, которое затрачивается для ее разложения. Так, установлено, что затраты тепловой энергии, необходимые для получения 1000 м3 газа метана, увеличиваются по параболической зависимости с увеличением доли породных включений в газогидратной залежи. Это позволило разработать классификацию залежей газовых гидратов неоднородной структуры по затратам энергии в зависимости от доли включений. На основе проведенных исследований предложена технология разработки газогидратных залежей неоднородной структуры (с долей породных включений) для условий Черного моря. Предложены рекомендации по разработке газогидратных залежей, содержащих породные включения, для научно-исследовательского и проектного института ПАО «Укрнефть». Экономическая оценка, проведенная на основе расчета прибыли, которую можно получить от коммерческой реализации гидратного газа, и определения себестоимости 1000 м3 метана, подтверждает целесообразность применения технологии разработки газогидратных залежей. Установлено, что себестоимость добычи 1000 м3 газа по предложенной технологии в 1,2 – 8 раз меньше себестоимости добычи газа на суше из существующих в стране газовых месторождений (в зависимости от доли породных включений в газогидратной залежи). Прибыль от реализации газа метана, добытого посредством предложенной инновационной технологии разработки газогидратных залежей неоднородной структуры, составляет от 12,11 млн долл. (при 60% породных включений в залежи) до 1327,63 млн долл. (чистая газогидратная залежь, не содержащая породных включений).

In the thesis, based on the established patterns of the dissociation zone changes considering the proportion of the rock inclusions contained in the deposit, the new pressing problem of the substantiation of the technology parameters of the gas hydrates deposits development with heterogeneous structure is solved. The above represents an important scientific and practical outcome for the efficient extraction of methane from the Black Sea gas hydrates deposits. Regularities of the natural gas hydrates deposits decomposition with methane extraction depending on the content of the rock particles on the basis of analytical and laboratory experimental studies are revealed. It is found, that the effective time of the gas hydrates deposit with heterogeneous structure dissociation process changes by the exponential dependence on the radius of its decomposition zone which increases with the decrease of the rock particles inclusions. Considering the mentioned dependency enables to ensure the stable discharge of the operating wells when mining the gas hydrates deposits with the subsequent forecast of their laying. The costs of the thermal energy required to obtain 1000 m3 of the methane gas, which enlarge by the parabolic dependence with the increase of rock particles inclusions in the gas hydrates deposit, are estimated. This gave the opportunity to develop a classification of the gas hydrates deposits with heterogeneous structure based on the energy costs depending on the inclusion fractions. Recommendations for the development of the gas hydrates deposits containing rock inclusions are elaborated for the Scientific and Research and Design Institute – Public Company “Ukrnafta”. Economic evaluation performed on the basis of the profit calculation, which may be obtained from the hydrate gas selling, and determination of the 1000 m3 prime cost of the methane, corroborates the reasonability of the gas hydrate deposits development technology. It has been established that the prime cost for extraction of 1000 m3 of methane based on the technology proposed is from 1.2 up to 8 times less (depending on the proportion of rock inclusions in a gas hydrate input) than the cost of methane extraction from existing gas fields on land. Profit from selling the gas extracted, using the proposed innovative technology of development of gas hydrate deposits of heterogeneous structure, amounts from $12.11 mln (at 60 percent of rock inclusions in the deposits) up to $1327.63 mln (pure gas hydrate deposit which does not contain rock inclusions).