«Зеркало недели» вже звертало увагу читачів і особливо фахівців ПЕК на необхідність видобутку метану з газогідратних покладів Чорного моря (див. статтю Ю.Балакірова «Газ із царства Нептуна» у випуску від 20 лютого 1999 року).
За час, що минув, з різних країн надійшла інформація про відкриття покладів з великими (інколи фантастичними!) запасами вуглеводневого газу на дні Світового океану. Очевидна тенденція, тому «ДТ» повертається до цієї теми. Тим паче, як твердять автори наведеного нижче матеріалу, метан газогідратних покладів сам рветься до людей, просить «прийняти його...».
Тенденція триваючого виснаження світових запасів традиційних видів палива актуалізувала для світового співтовариства проблему подальшого вивчення ресурсного потенціалу океанічних гідратів метану та їхнього використання для одержання природного газу.
Гідрати метану могли б стати надійним і тривалим джерелом природного газу насамперед для держав, які відчувають гострий дефіцит енергоресурсів. Так, Японія й Індія вже приступили до реалізації своїх проектів і програм з визначення родовищ океанічних гідратів метану та їхньої розробки. Достатній досвід з цієї проблеми нагромаджено у США й Канаді. Управління з питань океанічних мінеральних ресурсів Китаю недавно завершило дослідження з організації розвідки гідратів природного газу на морському шельфі, запаси яких оцінюються в 1,1 трлн. тонн, і розробки перспективних технологій їхнього видобутку.
За найоптимістичнішими оцінками, світові запаси океанічного метану в складі його гідратів становлять від 2 831,69 до 7 645 563,00 трлн. кубометрів. Більш консервативної оцінки дотримуються США — від 76,46 трлн. кубометрів до 198 218,30 трлн. кубометрів. За результатами проведених 1995 року геологічних досліджень, запаси природного газу в складі його гідратів на територіях під юрисдикцією США оцінені в обсязі від 3 171,49 до 19 142,22 трлн. кубометрів, з середнім значенням 9 061,41 трлн. кубометрів. 1997 року цю оцінку переглянуто вбік зменшення й прийнято з імовірністю 65% у значенні 5 663,38 трлн. кубометрів.
На користь гідратів метану як перспективного джерела енергії свідчить такий приклад.
Результати останніх досліджень, проведених США на морському шельфі біля узбережжя штату Кароліна, підтвердили вміст в газовому родовищі Black Ridge понад 14,16 трлн. кубометрів метану, що міститься в його гідраті. Беручи до уваги, що сьогодні США споживають менш як 0,71 трлн. кубометрів природного газу на рік, розробка гідратів метану лише цього родовища могла б забезпечити країну природним газом майже на 20 років. Точний розподіл покладів океанічних гідратів метану, які представляють промисловий інтерес, через відсутність відповідних технологій досі не встановлено.
Фізичні властивості океанічних гідратів метану вивчені недостатньо, а опис їх має суперечливий характер в основному через відсутність технологій, що дозволяють зберегти їх для дослідження в первісному вигляді після видобування з гідратної зони, коли вони розкладаються на метан і воду.
На загальну думку експертів, значна частина океанічного метану має біогенетичне походження. Метан накопичується в морях і океанах зі швидкістю 10 кілотонн на рік. Гідрат метану відрізняється від відомих карбогідратів, які містяться в продуктах харчування, тим, що він входить у молекулярну структуру води, у пропорції 1:5,75. Під час розкладання однієї одиниці об’єму гідрату метану утвориться 150 одиниць метану й 0,85 одиниці води.
У молекулярній структурі гідрату метан міститься у воді твердих включень (крупинок), тому він не може переміщатися й акумулюватися у вигляді великих покладів. Цим пояснюється те, що родовища гідратів метану досі зустрічаються у вигляді розсіяних крупинок або тонких шарів. Постійним супутником і джерелом утворення гідратів метану є так званий вільний газ (Free Gas), який знаходиться під їхніми покладами й також має біогенетичне походження. У рідкісних випадках джерелом утворення гідратів метану можуть бути розпечені гази вулканічного походження, що знаходяться на великій глибині.
Поклади гідратів метану й супутнього «вільного газу» утворюються в межах верхніх 1,5 км відкладів морського дна, при цьому ешелон глибини 200—800 метрів нижче рівня морського дна вважають перспективним для їхньої промислової розробки.
Встановлено, що гідрати метану як правило містять більше вуглецю, ніж традиційні джерела вуглеводнів. Дослідження показали, що гідрати метану в перших 600 метрах відкладів морського дна, які охоплюють геологічний період близько 10 млн. років, можуть містити вдвічі більше вуглецю, ніж традиційні джерела на глибині 6000 м, що відповідає геологічному віку понад 500 млн. років.
Можливі масштаби покладів гідратів метану засвідчують результати їхнього вивчення в родовищі Black Ridge (США). Так, запаси гідратів метану (вуглецю в його складі), які накопичилися в цьому родовищі за 6 млн. років зі швидкістю 5 кілотонн на рік, можуть становити майже 30 гігатонн (або 23 гігатонни вуглецю). Це — більш як половина всіх розвіданих запасів океанічних гідратів метану.
Стійкість стану океанічних гідратів метану залежить не лише від величини тиску (глибини залягання) й навколишньої температури, а й також від рівня концентрації чи розчинності метану в морських відкладах.
Сьогодні існують два полярні підходи до цієї проблеми. Відповідно до першого, зі збільшенням тиску розчинність метану у відкладах морського дна (морській воді) зростає. Фахівці з глибоководних трубопроводів з державного університету штату Луїзіана (США) вважають, що ступінь розчинності метану зі збільшенням глибини може зрости приблизно в 150 разів, приміром, від концентрації 0,121 л/л метану (або 0,12 літра газу на літр морської води) на мілководному шельфі до значень 4,275—17,811 л/л за високих значень тиску й температури. За деякими оцінками, концентрація метану в морських відкладах на глибині 5000 м може становити до 8,905л/л. Прихильники цього підходу аргументують відсутність значних родовищ природного газу на великих глибинах саме підвищеною розчинністю метану.
Опоненти вищевказаної точки зору вважають, що процес утворення гідратів метану супроводжується зменшенням рівня його розчинності у відкладах морського дна, при цьому звертаються до такого прикладу: якщо за тиску 69,08 рівень розчинності метану становить 0,013 л/л, то процес перетворення його на гідрат відбувається за значення розчинності — 0,003 л/л.
Таким чином сучасні оцінки ступеня розчинності метану в морській воді залежно від тиску й температури мають полярний характер, а в кількісному вираженні відрізняються одна від одної більш як на порядок.
Процес виявлення родовищ океанічних гідратів і визначення їхніх меж припускає проведення комплексних досліджень, зокрема геофізичних, геохімічних та інших, а також картографування морського дна з метою виявлення зовнішніх ознак покладів гідратів (тріщин, вибоїн тощо).
Одним з основних і найефективніших методів виявлення покладів гідратів метану сьогодні є акустичне зондування відкладів морського дна з метою виявлення утвореного ними сейсмочутливого шару (BSR-bottom simulating reflector), що характеризується підвищеними компресійними швидкостями газу. З іншого боку, за деякими оцінками, концентрація гідрату метану й супутнього «вільного газу» в одиниці об’єму пористої структури неконсолідованого відкладу морського дна становить близько 1%, тобто в одиниці об’єму міститься 1% метану й 99% морської води, що не дозволяє точно визначити насиченість метаном відкладів морського дна сейсмоакустичними методами.
Вперше великомасштабні дослідження гідратів метану провели у США в рамках програми глибоководного буріння морського дна DSDP (Deep Sea Drilling Program) у період 1963—1985 років і програми буріння на морському шельфі ODP (Oceanic Drilling Program), розпочатої 1985 року. У реалізації програми брали участь судна з буровими установками «Гломар челенджер» і «Резолюшн». У ході виконання програми обстежено близько 360 млн. км2 океанських площ, чимало можливих місць залягання гідратометану, пробурено свердловини загальною протяжністю 250 км, у тому числі до глибини 7000 м, із яких 60% грунтовно дослідили.
У 1982—1991 роках ці дослідження активно підтримало міністерство енергетики США, що дозволило підтвердити наявність родовищ гідратів метану на Алясці, детально дослідити 15 офшорних басейнів, а також упритул підійти до розробки технологічних моделей і обладнання для забезпечення декомпресійного і детермічного методів їхнього отримання. У ході досліджень виявлено родовища океанічних гідратів метану у вигляді шарів товщиною від 5 до 105 см, що дозволило підтвердити попередні дані про їхні поклади у формі розсіяних твердих включень або тонких пластів.
Наполегливість уряду Японії наприкінці 1990 років в освоєнні своїх родовищ гідратів метану і досягнуті при цьому успіхи спонукали уряд США активізувати свої дослідження в цій галузі. Так, 17 листопада 1997 року сенат США своїм законопроектом №S1418 затвердив і профінансував у повному обсязі чергову програму з розвідки гідратів метану.
В умовах дефіциту енергоносіїв, уряд Японії змушений офіційно розглядати свої запаси океанічних гідратів метану стратегічними ресурсами країни. Сьогодні в Японії виробництво нафти покриває лише 0,25% (313,36 млн.м3), а природного газу — 3% (0,06 трил.м3) їхнього річного споживання. З 1995 року уряд Японії організував проведення великомасштабних досліджень у рамках реалізації держпрограми розвідки гідратів метану на морському шельфі в родовищі Nankai Trough. Мета програми — виявлення покладів гідратів метану для промислового виробництва, розробка технологій їхнього отримання й точне визначення рентабельності виробництва природного газу з гідратів метану і супутнього «вільного газу». 1996 року весь комплекс геофізичних досліджень, включаючи сейсмічні, у родовищі Nankai Trough було завершено. Реалізацію проекту очолила японська національна нафтова корпорація JNOC (Japan National Oil Corporation).
Для набуття практичного досвіду з цієї проблеми в лютому-березні 1998 року компанія JNOC у складі консорціуму з японською нафторозвідувальною компанією JAPEX (Japan Petroleum Exploration Co. Ltd) і канадською геологічною компанією GSC (Geological Survey of Canada) за участі американської геологічної компанії USAS (US Aerologial Survey) завершила буріння розвідувальної свердловини Mallic 2L-38 на глибині нижче від рівня вічної мерзлоти в дельті ріки Макензі, на північному заході Канади. Роботи проводилися з метою реалізації всебічної науково-дослідної програми, що передбачає вивчення технологічних, географічних й інших умов накопичення арктичних газогідратів.
У свердловині в межах ешелону глибини 819—1111 метрів від поверхні Землі виявлено пласт гідратів метану товщиною 110 метрів, при цьому їхня концентрація на одиницю об’єму середовища склала від 70% до 100%. Таким чином у свердловині Mallic 2L-38 уперше виявлено гідрати метану і супутній їм «вільний газ» на глибині нижче від рівня вічної мерзлоти. У найближчій перспективі уряд Канади планує почати промислову розробку цього родовища.
За оцінками фахівців, запаси гідратів і супутнього їм «вільного газу» у родовищі Nankai Trought (загальна площа 35000 км2) становлять 1,6*10 м3 метану і 1,6*10 м3 супутнього газу, відповідно. 1999 року компанія JNOC пробурила першу розвідувальну свердловину до глибини 950 м, при цьому зона покладів гідратів метану була виявлена за проявом BSR на глибині 250—300 м від поверхні морського дна. Свердловина розташована на відстані близько 50 км від промислового пояса Японії на її Тихоокеанському узбережжі.
До початку розвідувальних робіт властивості гідратів метану грунтовно вивчили в технологічному дослідницькому центрі компанії JNOC, а також у японських університетах і науково-дослідних інститутах. За оцінкою японських фахівців, обсяги метану, що містяться в його гідрантах і супутньому їм «вільному газі», на морському шельфі країни приблизно в 130 разів перевищують обсяги щорічно споживаного в Японії природного газу.
Отримано дані по залежності термодинамічних властивостей покладів гідратів метану та процесу їхнього розкладання від рівня вмісту кухонної солі і гліцерину у відкладеннях морського дна. Досліджено можливі методи виконання бурових робіт, що виключають руйнацію гідратної зони. Вивчено і запропоновано до реалізації альтернативні технології вилучення континентальних і океанічних гідратів метану, у т.ч. молекулярний метод, який передбачає ін’єкцію в гідратну зону двоокису вуглецю і метод буріння охолодженою рідиною, що дозволяє підтримувати в гідратній зоні вихідну низьку температуру (метод успішно застосовано на свердловині Mallix 2L-38 у Канаді).
Тим часом висловлюються й абсолютно полярні японським міркування щодо можливих технологічних рішень отримання метану з його гідратів, наприклад, шляхом впорскування в гідратну зону гарячих сольвентів або електромагнітного нагрівання гідратів в умовах вічної мерзлоти.
Представники російського ВАТ «Газпром» вважають за доцільне отримувати океанічні гідрати метану в їхньому природному стані.
Активна діяльність японської компанії JNOC з вивчення гідратів метану і їхньої розвідки привернула підвищений інтерес із боку компанії Shall International Exploration and Production, що запропонувала свою допомогу уряду Японії в оцінці запасів гідратів метану, проектуванні свердловин, організації виробництва й з інших проблемних питань цієї галузі. Із представників дослідницького й технологічного центрів компанії було створено комплексну групу Shall Gas Hydrate Team для надання допомоги японській компанії JNOC.
На думку фахівців, існують й інші нетрадиційні джерела природного газу, причому відоміші й доступніші за гідрати метану. Так, за оцінкою американських експертів, на узбережжі Мексиканської затоки в пустотах земних відкладень в умовах високого тиску міститься близько 1 415,85 трлн. кубометрів природного газу. За оцінкою російських експертів, у Каспійському морі в розчиненому стані знаходиться близько 991,09 трлн. кубометрів природного газу. Такі самі обсяги природного газу можуть міститися у водоймах Західного Сибіру. Однак рівень сьогоднішніх технологій не дозволяє вирішити ці проблеми.
На наше щастя, і на дні Чорного моря містяться багатющі поклади метанового газу.
Звернемося до офіційних даних пошуково-розвідувальних і геологічних науково-виробничих організацій України. У деяких районах Чорного моря на глибинах 300—1000 м виявлено газогідратні поклади метану потужністю 400—800 м під дном моря. У центральній глибоководній частині Чорного моря (навпроти Криму) запаси метану в газогідратах оцінюються в 20—25 трлн. кубометрів, а в усьому Чорному морі, за оцінками геологів України та Росії, — у 60—75 трлн. кубометрів. Щорічну потребу України в газі до 85 млрд. кубометрів Чорне море може забезпечити на декілька десятиліть.
1968 року ці райони «нового Кувейту», на пропозицію тодішнього уряду України, вже розглядалися урядом колишнього СРСР, як перспективні до розробки й газовидобутку. Однак у той час пріоритет було віддано багатому на нафту й газ Західному Сибіру. Тепер уже суверенна Україна змушена купувати у Росії та Туркменістану газ за величезні гроші.
Отож поточний стан справ з обтяжливими умовами імпорту газу з Росії й Туркменістану ставить перед фахівцями першочергове завдання: отримати з царства Нептуна метановий газ і забезпечити Україну на кілька десятиліть «блакитним» паливом і сировиною для хімічної промисловості.
Що зараз робиться в цьому напрямі фахівцями різноманітних наукових і виробничих організацій України? Поки, по суті, ведеться «розвідка боєм», створюються заділи, вивчаються умови утворення твердого метану на дні моря. Ще 22 листопада 1993 року уряд України ухвалив постанову про виконання програми «Газогідрати Чорного моря». У ній передбачено великий обсяг геологічних розвідницьких робіт і робіт зі створення технології та конструкції газовидобувного комплексу для газогідратів Чорного моря. Однак бюджетних коштів для цього не знайшлося.
Але справу залишати на мертвій точці не можна було. За ініціативи президента Міжнародного науково-технічного університету (МНТУ), із залученням коштів тодішнього «Укргазпрому» і провідних науковців НАНУ з 1993 року проводяться лабораторні роботи і стендові дослідження на молекулярному рівні з імітацією реальних умов утворення й відкладення гідратів на дні моря (із відбором проб води, піску й мулу із дна Чорного моря). Це розширило уявлення про умови утворення газогідратних покладів на дні моря. Після цього було потрібно відібрати хоча б шматочок реального природного газогідрату із дна Чорного моря, щоб співставити його зі штучно отриманим «побратимом» у лабораторних умовах. Але на це коштів уже забракло.
Хоча ця тема заслуговує на повномасштабне й усебічне вивчення.
Які стоять першочергові завдання для найшвидшого освоєння газогідратних покладів у басейні Чорного моря?
По-перше, треба уточнити в реальних цифрах запаси метанового газу.
По-друге, якщо справді знайдено газогідратні поклади в Чорному морі, треба повторити й поновити їхні пошуки для встановлення розмірів газоносної площі, і, природно, оконтурити їх бурінням розвідницьких свердловин.
По-третє, необхідно на базі одного з підприємств НАК «Нафтогаз України» створити спеціалізоване управління з пошуку й видобутку метану з газогідратних покладів.
По-четверте, науково-дослідні інститути НАН України, галузеві та вузівські НДІ і наукові центри мають бути залучені до вивчення цієї важливої проблеми, організувавши серйозні дослідження в лабораторно-стендових і реальних (морських) умовах для вивчення природи створення гідратів метанового газу і можливості видобутку їх із застосуванням екологічно чистих технологій без порушення біосфери моря.
Рано чи пізно Україна все одно звернеться до цієї проблеми з належною увагою. Однак на той час має бути створений належний фундамент, закладати який потрібно вже сьогодні.