СПОСОБ ДОБЫЧИ ГАЗА ИЗ ГАЗОВЫХ ГИДРАТОВ
PROCEDURE FOR EXTRACTION OF GAS FROM GAS HYDRATES

Изобретение относится к области газовой и нефтяной промышленности и, в частности, к разработке месторождений (залежей) газовых гидратов.
Известен термический способ разработки газогидратной залежи, включающий тепловое воздействие на продуктивный пласт путем сжигания части углеводородного сырья в месте его залегания с использованием образующихся горячих продуктов для прогрева продуктивного пласта (Е.В.Крейнин. «Нетрадиционная термическая технология добычи трудноизвлекаемого углеводородного сырья». - Газовая промышленность. - 2005. - №3. - С.22).
Общим признаком известного и предлагаемого способов является тепловое воздействие на продуктивный пласт газогидратной залежи.
К недостаткам известного способа необходимо отнести:
- трудноосуществимое воспламенение метана непосредственно в газогидратной среде по причине ее непроницаемости;
- высокие энергетические затраты на нагнетание окислителя для горения метана (например, для сжатия 1 кг/с воздуха от атмосферного до пластового давления 6,5÷7,0 МПа требуется 963 кВт электроэнергии).
Известен способ разработки месторождения газовых гидратов, включающий разбуривание залежи, пересекающей пласты, по крайней мере, одной многозабойной скважиной с горизонтальными стволами, формирование теплового потока в подстилающем нижележащем пласте и отбор углеводородов из вышележащего газогидратного пласта, причем формирование теплового потока осуществляют посредством инициирования внутрипластового горения и поддержание фронта горения в нижележащем пласте путем подачи окислителя через затрубное пространство между насосно-компрессорными трубами - НКТ и эксплуатационной колонной с перфорированными отверстиями на начальном участке горизонтальной секции, длину которой выбирают из условия обеспечения прогрева образованной в результате разложения газовых гидратов газо-водяной смеси до температуры, предотвращающей образование газовых гидратов в процессе ее движения в интервале от кровли нижележащего пласта до устья скважины, при этом отбор углеводородов-природного газа с водой производят через многоствольные перфорированные горизонтальные ответвления (патент RU №2306410, Е21В 43/24, опубл. 20.09.2007).
Общими признаками известного и предлагаемого способов являются
- скважинное разбуривание;
- создание теплового потока;
- выделение из газогидратного пласта углеводородного газа с водой под действием теплового потока;
- отбор природного газа с водой.
Недостатком известного способа является то, что для его осуществления необходимо дополнительно иметь располагающиеся ниже пласта газовых гидратов, из которых производится добыча газа, подстилающие пласты углеводородов (нефти или газа), способных обеспечить внутрипластовое горение с передачей тепла в вышележащий газогидратный пласт. Месторождения с таким расположением пластов достаточно уникальны и поэтому применение рассматриваемого способа ограничено. Искусственное формирование нижерасположенного углеводородного пласта удорожает строительство скважин, усложняет технологию добычи газа, что ведет к снижению эффективности (рентабельности) добычи газа из гидратов. Кроме того, для осуществления этого способа необходимо нагнетать большое количество воздуха в пласт и затрачивать при этом большое количество электрической энергии.
7
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является известный способ добычи газа из газовых гидратов (патент RU №2169834 С1, МПК Е21В 43/16, Е21В 43/24), включающий подвод тепла в зону разложения газовых гидратов путем проведения в зоне разложения газовых гидратов экзотермической каталитической реакции с удельным тепловыделением, превышающим теплоту диссоциации твердого газового гидрата.
При этом
- в качестве каталитической реакции используют окисление метана в синтез-газ;
- в качестве каталитической реакции используют электрохимическое окисление метана в синтез-газ;
2
- в качестве каталитической реакции используют частичное окисление метана до CO и воды;
- в качестве каталитической реакции используют окислительную димеризацию метана;
- в качестве каталитической реакции используют окисление метана в метанол;
- выделившийся газ подвергают дополнительной химической переработке непосредственно в зоне добычи.
Тепло, выделяющееся непосредственно в зоне разложения газовых гидратов в ходе каталитической реакции, расходуется на поддержание работы реактора в автотермическом режиме, а также на разложение прилегающих газовых гидратов.
Общими признаками известного и предлагаемого способов являются
- подвод тепла от экзотермических реакций в зону разложения газовых гидратов,
- окисление метана в метанол;
- контакт теплового потока с зоной разложения газовых гидратов;
- разложение газовых гидратов под действием теплового потока;
- отвод выделившихся углеводородного газа и пластовой жидкости.
Данный способ имеет следующие недостатки.
Высокая вероятность взрывов в зоне разложения газовых гидратов при проведении экзотермических каталитических реакций окисления метана вследствие того, что смеси метана с воздухом (кислородом) чрезвычайно взрывоопасны (пределы взрываемости: нижний 5 об.%, верхний 15 об.%). Внутрипластовые взрывы могут привести к образованию трещин в пластах, изолирующих зону газовых гидратов, и, как следствие, к неконтролируемой разгерметизации последней и к экологической катастрофе в районе добычи газа. Для снижения взрывоопасности необходимо применение внутри скважины в экстремальных условиях сложной высокоточной техники, дозирующей количества взаимодействующих веществ, что ведет к удорожанию технологического оборудования и к снижению рентабельности добычи газа.
2
2
2
7
3
2
3
1-x
x
y
Применение в качестве катализаторов соединений из редкоземельных элементов типа LaRu (или Ir)О, перовскита типа LaRhO, содержащего редкоземельные металлы, оксидной системы типа NiO-CaO, NiO-MgO, CoO-MgO, NiO-редкоземельный оксид, Ni/AlO, Ni-содержащей комплексной оксидной системы, перовскита типа LaNiRhO, повышает капитальные и эксплуатационные затраты (последние необходимы при периодической замене катализаторов) на технологию добычи газа и снижает рентабельность добычи.
Высокие энергетические затраты на нагнетание окислителя метана, в частности воздуха, от атмосферного давления до давления в зоне газовых гидратов. Как указывалось выше, затраты составляют порядка 963 кВт на 1 кг/с воздуха.
Технической задачей предлагаемого изобретения является повышение эффективности добычи газа из газогидратных месторождений путем повышения и регулирования дебита, снижения энергетических и капитальных затрат, повышения безопасности и экологичности.
Поставленная задача достигается тем, что в способе добычи газа из газовых гидратов, включающем подвод тепла от экзотермических реакций в зону разложения газовых гидратов, отвод (отбор) выделившихся при этом углеводородного газа и жидкости, новым является то, что экзотермические реакции проводят вне зоны разложения газовых гидратов, энергию, полученную от экзотермических реакций, преобразуют в электрическую энергию, с помощью которой обеспечивают режим разложения газовых гидратов в одной или нескольких зонах, создаваемых в пласте (залежи) газовых гидратов.
Кроме того, проводят экзотермическую реакцию получения синтез-газа прямым безкатализаторным гомогенным окислением углеводородного газа в водяном паре, описываемой формулой
или прямым безкатализаторным гомогенным окислением углеводородного газа по реакции
При этом из синтез-газа может быть получен метанол путем проведения экзотермической каталитической реакции, описываемой формулой
который может быть применен в качестве ингибитора гидратообразования или/и может быть транспортирован потребителю.
Кроме того, из синтез-газа могут быть получены жидкие углеводороды путем проведения экзотермической каталитической реакции по Фишеру-Тропшу
а полученные жидкие углеводороды транспортируют потребителю.
Кроме того, проводят экзотермическую реакцию безкатализаторного гомогенного окисления углеводородного газа до двуокиси углерода и воды, описываемую формулой
При этом двуокись углерода может быть применена в качестве заместителя метана в газовых гидратах.
Кроме того, из двуокиси углерода может быть получен метанол путем проведения экзотермической каталитической реакции получения метанола из двуокиси углерода, описываемой формулой
а полученный метанол после его охлаждения применяют в качестве ингибитора гидратообразования или/и транспортируют потребителю.
Кроме того, из метанола могут быть получены жидкие углеводороды путем проведения экзотермической каталитической реакции по Мобил-процессу
а полученные жидкие углеводороды транспортируют потребителю.
Кроме того, энергию экзотермических реакций преобразуют в электрическую энергию в газотурбинной электростанции.
Кроме того, энергию экзотермических реакций преобразуют в электрическую энергию в паротурбинной электростанции.
Кроме того, энергию экзотермических реакций преобразуют в электрическую энергию в электростанции с приводом от двигателя внутреннего сгорания.
Кроме того, обеспечивают режим разложения газовых гидратов путем нагрева электрической энергией высоконапорного теплоносителя и подачи его в пласт (залежи) гидратов.
Кроме того, зоны разложения газовых гидратов создают по длине наклонных или горизонтальных стволов одной или нескольких скважин, пробуренных в газогидратном пласте.
Технический прием, заключающийся в проведении экзотермических реакций вне зоны газовых гидратов (т.е. на наземной или надводной поверхностями), позволяет провести эти реакции в оптимальных для них термобарических условиях, безопасно и подконтрольно выполнить сложные технологические процессы, сопутствующие этим реакциям, и технически их оформить типовой (стандартной) аппаратурой, что в конечном итоге снижает энергетические и капитальные затраты, а также повышает безопасность и экологичность добычи газа.
Преобразование энергии, полученной от экзотермических реакций, в электрическую энергию, с помощью которой обеспечивают режим разложения газовых гидратов в одной или нескольких зонах, создаваемых в пласте (залежи) газовых гидратов, позволяет,
- во-первых, гибко управлять энергетическими потоками, т.е. передавать энергию по потребности в одну или несколько зон газовых гидратов, уменьшать или увеличивать количество энергии, идущей на разрушение газовых гидратов, и тем самым регулировать количество добываемого углеводородного газа;
во-вторых, уменьшить потери тепла при транспортировке теплоносителя, тем самым повысить продуктивность добычи газа;
в-третьих, исключить передачу тепла слою вечной мерзлоты на северных месторождениях и, как следствие, сохранить экологию.
Создание одной или нескольких зон разложения гидратов в пласте (залежи) газовых гидратов позволяет увеличить разрабатываемый объем газовых гидратов и, как следствие, повысить количество добываемого газа.
Технический прием, заключающийся в проведении экзотермической реакции получения синтез-газа прямым безкатализаторным гомогенным окислением углеводородного газа в водяном паре, описываемой формулой
позволяет технически и технологически просто (без капитальных и эксплуатационных затрат на катализаторы) получить синтез-газ и энергию в 20,5 раза, превышающую энергию (18 кДж/моль) разложения гидратов. Синтез-газ является ценным исходным компонентом для синтеза метанола и жидких углеводородов.
Технический прием, заключающийся в проведении экзотермической реакции получения синтез-газа прямым безкатализаторным гомогенным окислением углеводородного газа по формуле
получить синтез-газ и энергию без использования водяного пара.
Технический прием, заключающийся в проведении экзотермической каталитической реакции получения метанола из синтез-газа, описываемой формулой
позволяет получить ценный химический продукт и энергию, в 5 раз превышающую энергию диссоциации газовых гидратов.
Технический прием, заключающийся в проведении экзотермической каталитической реакции получения жидких углеводородов из синтез-газа по Фишеру-Тропшу
позволяет получить ценный химический продукт и энергию, в 9 раз превышающую энергию диссоциации газовых гидратов.
Применение полученного метанола в качестве ингибитора гидратообразования, например, при трубопроводном транспорте добываемого газа повышает надежность и безопасность и, в конечном итоге, повышает рентабельность добычи газа.
Применение полученного метанола в качестве ингибитора гидратообразования для разрушения гидратов в конечном итоге интенсифицирует добычу газа.
Транспорт потребителю полученного метанола (ценного химического продукта) очень выгоден и может быть достаточно просто осуществлен любым видом транспорта: трубопроводным в любых климатических условиях, автомобильным, железнодорожным, морским, что в конечном итоге делает добычу газа из газовых гидратов более рентабельной.
Транспорт полученных жидких углеводородов потребителю очень выгоден и может быть достаточно просто осуществлен любым видом транспорта: трубопроводным в любых климатических условиях, автомобильным, железнодорожным и морским, что в конечном итоге делает добычу газа из газовых гидратов более рентабельной.
Технический прием, заключающийся в проведении экзотермической реакции безкатализаторного гомогенного окисления углеводородного газа до двуокиси углерода и воды
позволяет технически и технологически просто (без капитальных и эксплуатационных затрат на катализаторы) получить энергию, превышающую энергию диссоциации газовых гидратов в 44 раза, и двуокись углерода (ценный компонент для синтеза метанола).
Применение двуокиси углерода в качестве заместителя метана в газовых гидратах позволяет интенсифицировать выделение метана из газовых гидратов и, тем самым, повышать количество добываемого газа.
Технический прием, заключающийся в проведении экзотермической каталитической реакции получения метанола из двуокиси углерода, описываемой формулой
позволяет получить ценный химический продукт и энергию, в 2 раза превышающую энергию диссоциации газовых гидратов.
Применение полученного метанола в качестве ингибитора гидратообразования, как указывалось выше, повышает надежность и безопасность транспорта добываемого газа, интенсифицирует добычу газа из газовых гидратов.
Транспорт потребителю полученного метанола, как указывалось выше, делает добычу газа из газовых гидратов более рентабельной.
Технический прием, заключающийся в проведении экзотермической каталитической реакции получения жидких углеводородов из метанола по Мобил-процессу
позволяет получить ценный химический продукт и тепловую энергию, превышающую энергию диссоциации газовых гидратов.
Транспорт потребителю полученных жидких углеводородов, как указывалось выше, делает добычу газа из газовых гидратов более рентабельной.
Технический прием, заключающийся в том, что энергию экзотермических реакций преобразуют в электрическую энергию в газотурбинной электростанции, позволяет наиболее просто технически осуществить этот процесс при больших производительностях по продуктам реакции и выработке электрической энергии, что уменьшает капитальные затраты.
Технический прием, заключающийся в том, что энергию экзотермических реакций преобразуют в электроэнергию в паротурбинной электростанции, позволяет достичь максимальной эффективности этого процесса - к.п.д. достигает 0,55-0,6 (для сравнения в газотурбинной электростанции - к.п.д. порядка 0,3-0,35). Этот прием позволяет, в конечном итоге, повысить количество добываемого газа из газовых гидратов.
Технический прием, заключающийся в том, что обеспечивают режим разложения газовых гидратов путем нагрева электрической энергией высоконапорного теплоносителя и подачи его в пласт (залежи) газовых гидратов, позволяет, во-первых, интенсифицировать процесс разложения гидратов не только теплом, но и динамическим разрушающим воздействием на них; во-вторых, доставить теплоноситель на большое расстояние по зоне разрушения гидратов от места ввода теплоносителя. Тем самым интенсифицируется процесс добычи газа.
Технический прием, заключающийся в создании зон разложения газовых гидратов по длине наклонных или горизонтальных стволов одной или нескольких скважин, пробуренных в газогидратном пласте, позволяет увеличить разрабатываемый объем газовых гидратов и, как следствие, количество добываемого газа.
Авторам неизвестно из существующего уровня техники повышение эффективности добычи газа из газогидратных месторождений подобным образом.
На фиг.1-12 представлены схемы установок и чертежи, иллюстрирующие технологическую и техническую стороны реализации способа добычи газа из газовых гидратов.
На фиг.1. представлена принципиальная технологическая схема реализации предлагаемого способа добычи газа из газовых гидратов. Согласно этой схеме экзотерические реакции проводят вне зоны разложения газовых гидратов (т.е. на наземной или надводной поверхностями) в блочно-модульной установке 1, а именно в реакторном блоке 2. Энергию, полученную от экзотерических реакций, преобразуют в электрическую энергию в энергетическом блоке 3. С помощью электрической энергии, подаваемой по линии 4 из энергетического блока 3, обеспечивают режим разложения гидратов в одной или нескольких зонах, создаваемых в пласте (залежи) 5 газовых гидратов с помощью скважин 6. Выделяющиеся при разложении гидратов углеводородный газ и жидкость (пластовую воду) отводят по линии 7 в блок 8 подготовки газа и жидкости, из которого газ по линии 9 подают в реакторный блок, а также потребителю.
Из реакторного блока 2 отводят продукты реакции по линиям 10 и 11, а из энергетического блока 3 по линии 12 высоконапорный теплоноситель в скважины 6.
На фиг.2 схематично представлен реакторный блок 2 (фиг.1), состоящий из прямоточного реактора 13, в котором проводят экзотермическую реакцию получения синтез-газа прямым безкатализаторным гомогенным окислением углеводородного газа, подаваемым по линии 14, кислородом, подаваемым по линии 15, в водяном паре, получаемом из воды, подаваемой по линии 16. Реакция описывается формулой
Реакция протекает при температуре 950-1200°С и давлении до 15,0 МПа. Синтез-газ отводят по линии 17.
Энергия реакции может быть преобразована в электрическую энергию в газотурбинной электростанции 18 (фиг.3), установленной в энергетическом блоке 3 (фиг.1). Синтез-газ из реактора 13 подают по линии 17 на турбину 19. Работа, выполняемая турбиной 19, преобразуется в электрическую энергию в электрогенераторе станции 18.
Энергия реакции может быть преобразована в электрическую энергию на турбине 20 в паротурбинной электростанции 21, представленной на фиг.4. Паротурбинная электростанция 21 устанавливается в энергетическом блоке 3 (фиг.1). Для чего тепловую энергию синтез-газа передают теплоносителю - воде, превращая последнюю в перегретый пар в теплообменниках 22 и 23. Вода подается по линии 24, а пар по линии 25 на паровую турбину 20. Работа паровой турбины 20 преобразуется в электрическую энергию в электрогенераторе станции 21. Охлажденный синтез-газ отводится по линии 17 (фиг.4), отработанный пар - по линии 26.
На фиг.5 представлена установка, в которой реакторный блок 2 и энергетический блок 3 (фиг.1) объединены в двигателе внутреннего сгорания 27 с электрогенератором станции 28. Одновременно в нем проводится экзотермическая реакция получения синтез-газа прямым безкатализаторным гомогенным окислением углеводородного газа по формуле
а также преобразования энергии реакции в электрическую энергию. Установка включает двигатель внутреннего сгорания 27, в который подают через смеситель 29 углеводородный газ - метан - по линии 14 и кислород по линии 15. Реакция происходит в камере сгорания двигателя. Работа двигателя преобразуется в электрическую энергию в электрогенераторе станции 28. Полученный синтез-газ отводится по линии 17 (фиг.5). Далее из синтез-газа может быть получен метанол по схеме, представленной на фиг.6, или жидкие углеводороды - по схеме, представленной на фиг.7. Кроме того, в зависимости от технологии разработки месторождения могут работать оба процесса.
На фиг.6 схематично представлен реактор 30, который может быть установлен в реакторном блоке 2 (фиг.1). В реакторе 30 проводится экзотермическая каталитическая реакция получения метанола из синтез-газа, описываемой формулой
Для чего в реактор 30 подают по линии 17 синтез-газ. Реакция протекает при давлении 0,5÷5,0 МПа и температуре 270°С на катализаторе марки СНМ-1, засыпанном внутри корпуса реактора 30. Продукты реакции из реактора 30 отводят через теплообменный блок 31 в сепаратор 32. В теплообменном блоке 31 передают тепловую энергию воде, подаваемой по линии 33. Воду превращают в пар, который по линии 34 и подают на паротурбинную электростанцию 21 (фиг.4, 6), установленную в энергетическом блоке 3 (фиг.1). В сепараторе 32 жидкий метанол отделяют от газообразных продуктов реакции. Метанол отводят из сепаратора по линии 10 и далее по линии 35 отправляют для применения в качестве ингибитора гидратообразования, а по линии 36 транспортируют потребителю. Газообразные продукты реакции с помощью компрессора 37 через смеситель 38 возвращают в реактор 30.
На фиг.7 представлен реактор 38, который может быть установлен в реакторном блоке 2 (фиг.1) и в котором проводят экзотермическую каталитическую реакции получения жидких углеводородов из синтез-газа по Фишеру-Тропшу
Синтез-газ подается в реактор по линии 17. Реакция ведется на катализаторах, содержащих кобальт, при температуре 170-200°С при давлении 0,1-1,0 МПа. Тепло от продуктов реакции передается теплоносителю в теплообменном блоке 39. Теплоноситель - вода - поступает в теплообменный блок 39 по линии 40, а водяной пар по линии 41 поступает в паротурбинную электростанцию 21 (установленную в энергетическом блоке 3, см. фиг.1), в которой производится преобразование тепловой энергии в электрическую энергию. Охлажденные продукты реакции по линии подают в сепаратор 42, где они разделяются на реакционную воду, отводимую по линии 43, газообразные углеводороды, подаваемые компрессором 44 по линии 45 через смеситель 46 на вход реактора 38, а жидкие углеводороды отводят по линии 11 и далее транспортируют потребителю по линии 47.
На фиг.8 представлен реактор 48, который может быть установлен в реакторном блоке 2 (фиг.1) и в котором проводят экзотермическую реакцию безкатализаторного гомогенного окисления углеводородного газа до двуокиси углерода и воды, описываемую формулой
В реактор 48 подают углеродный газ - мета - по линии 14, а кислород по линии 15. Реакция протекает при температуре 950÷1200°С при давлении до 15,0 МПа.
Тепло от продуктов реакции передается теплоносителю в теплообменном блоке 49. Теплоноситель - вода - поступает в теплообменный блок 49 по линии 50, а водяной пар по линии 51 поступает в паротурбинную электростанцию 21 (установленную в энергетическом блоке 3, см. фиг.1), в которой производится преобразование тепловой энергии в электрическую энергию. Охлажденные продукты реакции подают в сепаратор 52, где они разделяются на реакционную воду, отводимую по линии 53. Двуокись углерода подают по линии 54 в компрессором 55, от которого по линии 12 в скважину 6 (фиг.1) и далее в зону разложения газовых гидратов на замещение в них метана.
Кроме того, из двуокиси углерода в реакторе 56 может быть получен метанол путем проведения экзотермической каталитической реакции, описываемой формулой
В реактор 56 двуокись углерода подают по линии 57 из сепаратора 52. Водород подают по линии 58 из электролизера 59, в который поступает реакционная вода из сепаратора 52 по линии 53.
Реакция протекает на катализаторе марки СНМ-1 при давлении 0,5÷5,0 МПа и температуре 270°С. Продукты реакции из реактора 56 отводят в теплообменный блок 60, в котором тепловая энергия от экзотермической реакции передается теплоносителю - воде, нагнетаемому по линии 61. Пройдя через теплообменный блок 60, в котором вода превращается в пар, теплоноситель подается по линии 62 в паротурбинную электростанцию 21, в которой производится преобразование тепловой энергии в электрическую энергию. Охлажденные продукты реакции подают в сепаратор 63. Газообразные продукты реакции из сепаратора 63 отправляют с помощью компрессора 64 по линии 65 на вход реактора 56. Жидкий метанол из сепаратора 63 подают по линии 10 в насос 66, по линии 67 в линию 12 и скважину 6 (фиг.1) и далее в зону разложения газовых гидратов. По линии 68 жидкий метанол могут транспортировать потребителю.
На фиг.9 представлен реактор 69, который может быть установлен в реакторном блоке 2 (фиг.1) и в котором может быть проведена экзотермическая каталитическая реакция получения жидких углеводородов из метанола по Мобил-процессу
Для чего в реактор 69 подают по линии 70 метанол. Метанол поступает в линию 70 из установок, представленных на фиг.6 и 8, по линиям 36 и 68. Реакция ведется на катализаторах ультрасил, или пентасил, или ЦБК, или ЦВМ при температуре 360-420°С при давлении 0,3-4,2 МПа.
Продукты реакции из реактора 69 отводят через теплообменный блок 71 в сепаратор 72. В теплообменном блоке 71 передают тепловую энергию воде, подаваемой по линии 73. Воду превращают в пар, который по линии 74 и подают на паротурбинную электростанцию 21, установленную в энергетическом блоке 3 (фиг.1). В сепараторе 72 жидкие углеводороды отделяют от газообразных продуктов реакции. Жидкие углеводороды из сепаратора 72 отводят по линии 11 и далее по линии 75 транспортируют потребителю. Газообразные продукты реакции с помощью компрессора 76 через смеситель 77 возвращают в реактор 69.
Зоны разложения газовых гидратов 78 создают высоконапорным теплоносителем - углеводородным газом, нагретым в электрических нагревателях 79 (установки на фиг.10, 11). Высоконапорный теплоноситель-газ подают из сепаратора 80, установленного в блоке подготовки газа 8 (фиг.1), компрессором 81 (фиг.12) по линии 12 (фиг.1, 10, 12). Высоконапорным теплоносителем может также служить двуокись углерода, подаваемая по линии 55 компрессором 54 (фиг.8), вода, подаваемая из сепаратора 80, насосом 82, в линию 12, или метанол, подаваемый по линиям 35 и 67 (фиг.12) с установок на фиг.6, 8, а также газожидкостные смеси, составленные из вышеперечисленных компонентов.
Зоны разложения газовых гидратов 78 (фиг.10) создают по длине наклонных или горизонтальных стволов 82 одной (фиг.10) или нескольких скважин 6 (фиг.1), пробуренных на месторождении газовых гидратов 5.
Установки (фиг.1-12) снабжены запорно-регулирующей арматурой (не показано), позволяющей обеспечить необходимую подачу и/или перекрытие потоков, а также обеспечить соответствующее осуществление различных вариаций действий заявленного способа в зависимости от производственных потребностей, возможностей обустройства и разработки месторождений газовых гидратов.
Реализация способа иллюстрируется примерами.
ПРИМЕР 1
В блочно-модульной установке 1 (фиг.1), расположенной вне зоны разложения газовых гидратов, в реакторном блоке 2 проводят экзотермические реакции. Энергию, полученную от экзотерических реакций, преобразуют в электрическую энергию в энергетическом блоке 3.
С помощью электрической энергии, подаваемой по линии 4, обеспечивают режим разложения гидратов в одной или нескольких зонах, создаваемых в пласте (залежи) 5 газовых гидратов с помощью скважин 6. Выделяющиеся при разложении гидратов углеводородный газ и жидкость (пластовую воду) отводят по линии 7 в блок 8 подготовки газа и жидкости, из которого газ по линии 9 подают в реакторный блок 2. а также потребителю.
В реакторном блоке 2 (фиг.1), состоящем из прямоточного реактора 13 (фиг.2, 3), проводят экзотермическую реакцию получения синтез-газа прямым безкатализаторным гомогенным окислением углеводородного газа, подаваемым по линиям 9 и 14, кислородом, подаваемым по линии 15, в водяном паре, получаемом из воды, подаваемой по линии 16. Реакция описывается формулой
Реакция протекает при температуре 950÷1200°С и давлении до 15,0 МПа. Синтез-газ отводят по линии 17.
При производительности синтез-газа более 1 кг/с энергия реакции преобразуется в электрическую энергию в газотурбинной электростанции 18 (фиг.3), установленной в энергетическом блоке 3 (фиг.1). Энергетический блок 3 может быть укомплектован паротурбинной электростанцией 21 (фиг.4). В данной электростанции вырабатывается из того же количества энергии экзотермической реакции на 15% больше, чем в газотурбинной электростанции. При производительности синтез-газа менее 1 кг/с энергетический блок 3 комплектуется электростанцией 29 с двигателем внутреннего сгорания 27 (фиг.5). Комплектация энергетического блока 3 блочно-модульной установки 1 (фиг.1) разными типами электростанций позволяет гибко вырабатывать и использовать электрическую энергию для обеспечения различных режимов разложения газовых гидратов.
Далее полученный синтез-газ разделяют на два потока, один из которых подают в реактор 30 (фиг.6), а другой в реактор 38 (фиг.7).
В реакторе 30 проводят экзотермическую каталитическую реакцию получения метанола из синтез-газа, описываемой формулой
Реакция протекает при давлении 0,5÷5,0 МПа и температуре 270°С на катализаторе марки СНМ-1, засыпанном внутри корпуса реактора 30. Энергию реакции преобразуют в электрическую энергию в паротурбинной электростанции 21 (фиг.6).
В реакторе 38 проводят экзотермическую каталитическую реакции получения жидких углеводородов из синтез-газа по Фишеру-Тропшу
Реакция ведется на катализаторах, содержащих кобальт, при температуре 170-200°С при давлении 0,1-1,0 МПа.
4
2
5
3
6
3
Для разложений гидратов состава СН·6НО требуется подведение ~18 кДж/моль гидрата [В.А.Истомин, В.С.Якушев. Газовые гидраты в природных условиях. М.: Недра, 1992]. В результате выполнения трех реакций выделяется 625,73 кДж/моль. Для разложения одного моля газового гидрата требуется ~6% выделившегося метана (с учетом потерь и расхода на технологические нужды). Таким образом, для добычи 10 нм углеводородного газа (метана) в час (~4,5·10 моль/час) требуется 6000 нм метана, который используется для получения синтез-газа, метанола (~500 кг) и жидких углеводородов (~375 кг).
Для разложения газовых гидратов используют смесь высоконапорного углеводородного газа и метанола, которую подают по линии 12 (фиг.10, 12), и создают зоны разложения газовых гидратов 78 (фиг.10) по длине наклонных или горизонтальных стволов 82 одной (фиг.10) или нескольких скважин 6 (фиг.1), пробуренных на месторождении газовых гидратов 5.
ПРИМЕР 2
В реакторном блоке 3, укомплектованном реакторами 48 и 56 (фиг.8), проводят соответственно экзотермические реакции:
- безкатализаторного гомогенного окисления углеводородного газа до двуокиси углерода и воды
- каталитического получения метанола из двуокиси углерода
Первая реакция протекает при температуре 950÷1200°С при давлении до 15,0 МПа. Вторая реакция протекает на катализаторе марки СНМ-1 при давлении до 5,0 МПа и температуре 270°С.
Преобразование энергии реакций в электрическую энергию производится в паротурбинной электростанции 21 (фиг.8).
4
2
5
3
6
3
Как уже отмечалось, в первом примере для разложений гидратов состава СН·6НО требуется подведение ~18 кДж/моль гидрата. В результате выполнения обеих реакций выделяется 453 кДж/моль. Для разложения одного моля газового гидрата требуется ~7% выделившегося метана (с учетом потерь и расхода на технологические нужды). Таким образом, для добычи 10 нм углеводородного газа (метана) в час (~4,5 10 моль/час) требуется 7000 нм метана, который используется для получения синтез-газа и метанола (~1050 кг).
Для разложения газовых гидратов используют смесь двуокиси углерода, углеводородного газа и метанола, которую подают по линии 12 (фиг.10, 12), и создают зоны разложения газовых гидратов 78 (фиг.10) по длине наклонных или горизонтальных стволов 82 одной (фиг.10) или нескольких скважин 6 (фиг.1), пробуренных на месторождении газовых гидратов 5.
ПРИМЕР 3
В реакторном блоке 3, укомплектованном реакторами получения синтез-газа 13 (фиг.4), получения метанола 30 (фиг.6) и получения жидких углеводородов 69 (фиг.9), проводят соответственно экзотермические реакции получения указанных компонентов по формулам
Последняя реакция ведется на катализаторах ультрасил, или пентасил, или ЦБК, или ЦВМ при температуре 360-420°С при давлении до 4,2 МПа.
Преобразование энергии реакций в электрическую энергию производится в паротурбинной электростанции 21 (фиг.4, 6, 9).
4
2
5
3
6
3
Как уже отмечалось, в первом и втором примерах для разложений гидратов состава СН·6НО требуется подведение ~18 кДж/моль гидрата. В результате выполнения обеих реакций выделяется 516 кДж/моль. Для разложения одного моля газового гидрата требуется ~8% выделившегося метана (с учетом потерь и расхода на технологические нужды). Таким образом, для добычи 10 нм углеводородного газа (метана) в час (~4,5 10 моль/час) требуется 8000 нм метана, который используется для получения синтез-газа и метанола (~1200 кг) и из последнего жидких углеводородов 480 кг.
Для разложения газовых гидратов используют смесь двуокиси углерода, углеводородного газа и метанола, которую подают по линии 12 (фиг.10, 12), и создают зоны разложения газовых гидратов 78 (фиг.10) по длине наклонных или горизонтальных стволов 82 одной (фиг.10) или нескольких скважин 6 (фиг.1), пробуренных на месторождении газовых гидратов 5.