Обгрунтування технологічних параметрів отримання газогідратів з метану вугільних шахт

Abstract

У дисертаційній роботі вирішена актуальна нова задача з обґрунтування параметрів способу утилізації метану вугільних шахт за допомогою газогідратних технологій та зворотня задача видобування метану газових гідратів за допомогою закачування вуглекислого газу. На основі аналітичних та експериментальних досліджень встановлені закономірності утворення газових гідратів в залежності від кількості поверхнево-активної речовини, що додається та умови процесу взаємної заміни двох газів в природньому гідраті в залежності від тиску закачування СО2. Встановлено, що швидкість утворення газових гідратів з метану вугільних шахт має логарифмічну залежність від кількості поверхнево-активної речовини, що додається в воду, а також лінійну залежність від кількості солей в воді. Обґрунтовано технологічні параметри утворення газових гідратів з метану вугільних шахт на основі визначення кінетики процесу в залежності від складу газової суміші, мінералізації води та концентрації поверхнево-активної речовини, що використовується. Встановлено, що довжина проникнення струменю вуглекислого газу в метановий гідрат при заміні СН4 на СО2 має експоненціальну залежність від часу протікання процесу при оптимальному тиску закачування СО2. Описано механізм фазових переходів при заміні СН4 на СО2 в попередньо створеному метановому гідраті, що проходить в чотири стадії і реалізується на 80%. Розроблені рекомендації щодо отримання газових гідратів з метану дегазаційних свердловин, використовуючи оптимальні параметри утворення метаногідрату в умовах шахти «Красноармійська-Західна №1», ШУ «Покровське».

В диссертационной работе решена актуальная новая задача по обоснованию параметров способа утилизации метана угольных шахт с помощью газогидратных технологий и обратная задача добычи метана из морских газовых гидратов с помощью закачки углекислого газа. На основании аналитических и экспериментальных исследований установлены закономерности создания газовых гидратов в зависимости от количества добавляемого поверхностно-активного вещества и условия процесса взаимной замены двух газов в природном газовом гидрате в зависимости от давления закачки СО2. Определено, что скорость образования газовых гидратов из метана угольных шахт имеет логарифмическую зависимость от количества добавляемого в воду поверхностно-активного вещества и линейную зависимость от количества солей в используемой воде. Обоснованы технологические параметры создания газовых гидратов из метана угольных шахт на основании определения кинетики процесса в зависимости от состава газовой смеси, минерализации воды и концентрации используемого поверхностно-активного вещества. Представлена схема взаимодействия используемого поверхностно-активного вещества с молекулами газа, которая обосновывает ускорение процесса гидратообразования в несколько раз. Определено, что длина проникновения струи углекислого газа в метановый гидрат при замене СН4 на СО2 имеет экспоненциальную зависимость от времени протекания процесса. Причем существует оптимальное значение давления закачки, которое на 20% выше пластового давления и при котором процесс замены реализуется за 0,3 часа. Описан механизм фазовых переходов при замене СН4 на СО2 в предварительно созданном гидрате. Определено, что процесс замены проходит в четыре этапа и реализуется на 80%. Разработаны рекомендации по получению газовых гидратов из метана дегазационных скважин, используя оптимальные параметры создания гидратов в условиях шахты «Красноармейская-Западная №1», шахтоуправления «Покровское». Экономическая оценка, приведенная на основе расчета экономической эффективности способа утилизации метана подтверждает целесообразность перевода метана дегазационных скважин в твердое состояние и его транспортирование к потребителям и технологии разработки газогидратной залежи центральной части Черного моря.

An actual problem with substantiation of coalbed methane utilization technology parameters is solved with help of gas hydrate technologies implementation and a reverse task of methane recovery from gas hydrates with carbon dioxide injection in the hydrate. Based on analytical and experimental studies the laws of gas hydrates formation depending on added amount of surfactants are established together with laws of two gases swap in natural hydrate depending on CO2 injection pressure. It is established that gas hydrate formation rate from coalbed methane has a logarithmic dependence from the amount of the surfactant being added and also linear dependence from the amount of salts in the water. Technological parameters of gas hydrates creation from coalbed methane are substantiated based on determination of the process kinetics depending on the gaseous mixture content, mineralization of water and concentration of the surfactant being used. Based on the studies, the optimal amount of the surfactant in terms of the fastest hydrate creation was defined. It is established that the penetration length of carbon dioxide jet into the methane hydrate during СН4 and СО2 swapping has an exponential dependence from the duration of the process at optimal value of the СО2 injection pressure. The phase transitions mechanism is described during СН4 – СО2 swap in the preliminary created methane hydrate that takes place in four stages and is realized for 80%. The recommendations as to receive of gas hydrates from degassing wells methane are developed using optimal parameters of methohydrate formation under the conditions of “Krasnoarmiyska-Zahidna №1, mine management “Pokrovske”. The economic evaluation conducted based on the utilization technology efficiency calculation confirms the expediency of methane conversion into solid state and its transportation to customers. The economic assessment of methane extraction from natural gas hydrates is conducted based on the economic efficiency of the carbon dioxide injection technology into the methane hydrate on the example of the central part of the Black Sea’s gas hydrate deposit.