Gashydrat: Nachweis- und Gewinnungsmethoden
Nachdem Sie diesen Artikel gelesen haben, werden Sie Folgendes lernen: 1. Bedeutung von Gashydrat 2. Nachweis von Gashydrat 3. Rückgewinnungsmethoden.
Bedeutung des Gashydrats:
Gashydrate, auch Gasclathrate genannt, sind natürlich vorkommende Feststoffe aus Wassermolekülen, die ein starres Gitter aus Käfigen bilden. Jeder Käfig enthält ein Erdgasmolekül, hauptsächlich Methan (Abb. 3.18). Gashydrate sind im Wesentlichen Wasserclathrate von Erdgas, in denen Wasser in einem isometrischen kristallographischen System und nicht in einem hexagonalen System aus normalem Eis kristallisiert.
Die maximale Methanmenge, die in Methanhydrat eingelagert werden kann, wird durch die Clathrat- oder Gitterstrukturgeometrie festgelegt. Theoretisch kann ein Kubikmeter (1 m 3 ) Methanhydrat bei STP bis zu 164 m 3 Methan enthalten. Daher können Gashydrate in flachen Behältern (<etwa 1000 m unter dem Meeresboden) mehr Methan pro Volumeneinheit aufweisen als freies Gas in demselben Raum.
Das Auftreten von Gashydraten in der Natur wird durch Temperatur- und Druckbedingungen, Verfügbarkeit ausreichender Gasmoleküle zur Stabilisierung der meisten Hydratkavitäten und ausreichende Wassermoleküle zur Bildung der Kavität gesteuert.
Die Methanquellen für die Hydratbildung sind normalerweise biogen, jedoch kann thermisch erzeugtes Methan, das in einer größeren Tiefe (hohe Temperatur) erzeugt wird, auch dazu beitragen, dass es durch Fehler / Brüche nach oben wandert.
Abb. 3.18 zeigt drei verschiedene Modelle des Auftretens von Hydrat in der Erde. Abb. 3.18 (a) zeigt, dass die Gashydratschicht eine Anti-Cline-artige Struktur bildet, bei der freies Methan eingeschlossen wird. Abb. 3.19 (b) zeigt die Gashydratschicht, die die methanhaltigen Schichten an ihren Enden nach oben versiegelt, und Abb. 3.18 (c) zeigt die Basis der Gashydratschicht, die als Reaktion auf den geänderten geothermischen Gradienten nach oben gewandert ist verursacht durch das Einsetzen des Salzstockes, wodurch eine Gasfalle gebildet wird. Die biogene Umwandlung von organischen Stoffen in Methan findet bei niedriger Temperatur statt und wird normalerweise durch ein hohes Volumen an klastischem / organischem Flussmittel verstärkt.
Die Gesamtreaktion der Methanerzeugung kann wie folgt dargestellt werden:
(CH 2 O) 106 (NH 3 ) 16 (H 3 PO 4 ) → CO 2 + CH 4 + NH 3 + H 3 PO 4
Die Informationen über die Phasengrenzen in Verbindung mit geothermischen Informationen legen nahe, dass die obere Tiefengrenze von Methanhydraten in kontinentalen Polarregionen, in denen die Oberflächentemperaturen unter 0 ° C liegen, etwa 150 m beträgt. In ozeanischen Sedimenten der tropischen Region kann Gashydrat außerhalb der Wassertiefe von etwa 600 m auftreten, wo die Temperatur des Meeresbodens ausreichend niedrig ist.
Die untere Grenze des Gashydratvorkommens im Sediment wird durch den geothermischen Gradienten bestimmt, die maximale untere Grenze liegt etwa 1000 m unter dem Meeresboden (Abb. 3.19). Daher ist das Auftreten von Gashydraten auf die flache Geosphäre beschränkt.
Gashydrate kommen weltweit vor, sind aber aufgrund der Anforderungen an Druck, Temperatur und Gasvolumen auf zwei Regionen beschränkt, auf polare und tiefe Ozeane. In den Polarregionen sind Gashydrate normalerweise mit Permafrost verbunden, sowohl an Land im kontinentalen Sediment als auch vor der Küste im Sediment von Kontinentalschalen.
Das Messoyakaha-Feld im Permafrost von Westsibirien ist das lebende Beispiel für die Erzeugung von Gas aus Gashydrat in den letzten zwanzig Jahren. In tiefen Meeresregionen befinden sich Gashydrate in den äußeren Kontinentalrändern in den Sedimenten der Hanglage und steigen dort an, wo kaltes Bodenwasser vorhanden ist.
Erdgashydrate wurden an den kontinentalen Hängen der Arktis und des Nordatlantiks identifiziert, von der Spitze Südamerikas über den nordamerikanischen Rand und Alaska, dem Golf von Mexiko, vor der Südostküste der USA und europäischen Kontinentalrändern. Im indischen Kontext wurden Gashydrate in tiefen Gewässern der Ostküste, der Westküste und in Andamans Offshore identifiziert.
Nachweis von Gashydrat :
Die meisten ozeanischen Vorkommen von Gashydraten werden hauptsächlich auf der Grundlage der Erscheinungen der seismischen Reflexionsprofile maritimer Bottom Simulating Reflectors (BSR) ermittelt. Diese Reflexion kann mit der Tiefe übereinstimmen, die aus dem Phasendiagramm als Basis der Gashydrat-Stabilitätszone vorausgesagt wird.
Zusätzlich zu seismischen Daten können geophysikalische Informationen aus Bohrlochprotokollen für die Erfassung und Bewertung von Gashydratintervallen hilfreich sein.
Bohrlochprotokolle für Gashydratstudien umfassen Kaliber, Gammastrahlung, spontanes Potential, Widerstand und Schallgeschwindigkeit. Brunnenprotokolle bilden die Grundlage für die Abschätzung der Gasqualität und sind in Verbindung mit seismischen Daten der Schlüssel für die zukünftige Bewertung der Gashydratressourcen.
Die weltweiten Gashydratreserven variieren zwischen 16.000 Billionen Kubikmetern (TCM) und 20.000 TCM. Eine grobe Schätzung legt nahe, dass ungefähr 10.000 Gt Kohlenstoff in Gashydrat gespeichert sind, was dem zweifachen des gesamten organischen Kohlenstoffs in allen fossilen Brennstoffen der Erde entspricht. Die Infrarot-Gashydrat-Ressource für die indische Küste wird auf 200 TCM bis zur AWZ geschätzt.
Bisher gibt es vier Arten von Hydraten, die durch verschiedene, von Standorten auf der ganzen Welt gesammelte Kerne beobachtet werden. Dies umfasst Grade wie fein verteilte, knotige, geschichtete und massive Typen. Die meisten dieser Kerne wurden im Rahmen des Deep Sea Drilling Program (DSDP) und des Ocean Drilling Program (ODP) gesammelt (Abb. 3.21).
Rückgewinnungsmethoden von Gashydrat :
Zur Gewinnung von Methan aus Gashydraten werden drei Hauptmethoden in Betracht gezogen.
(i) thermische Stimulation
(ii) Druckentlastung und
(iii) Inhibitorinjektion
(1) Bei der thermischen Stimulation werden die Gashydrat tragenden Schichten erwärmt, um die lokale Temperatur ausreichend zu erhöhen, um die Dissoziation von Gashydrat zu bewirken.
(2) Bei der Druckverminderung wird der Druck auf die Gashydratschicht durch Pumpen verringert, um eine Hydratdissoziation zu verursachen; Wärme für den Entspannungsprozess wird durch die natürliche geothermische Wärme bereitgestellt.
(3) Injektion von Inhibitoren wie Methanol oder Glykol, die das Dissoziieren des Gashydrats bewirken. Diese Inhibitoren bewirken eine Verschiebung des Druck-Temperatur-Gleichgewichts, so dass die Gashydrate bei in situ Druck-Temperatur-Bedingungen nicht mehr stabil sind.
Es gab konzeptionelle Modelle für die Gasrückgewinnung aus Hydrat in marinen Sedimenten. Die Untersuchung der Hydratabsenkung im Permafrost wurde sowohl im Modell als auch im Feld ausführlich durchgeführt. Es besteht ein allgemeiner Konsens darüber, dass die Druckentlastung das technisch am besten durchführbare Mittel zur Rückgewinnung von Hydrat im Permafrost ist.
