Свойство природных газов находиться в твердом состоянии в земной коре

Минеральное топливо в земной коре сконцентрировано в виде скоплений углерода (различных углей и сланцев) и углеводородов (нефтяных и газовых залежей). В науке и практике прочно сложилось представление о том, что скопления углеводородов с молекулярным весом более 60 пребывают в земной коре в жидком состоянии, а более легкие - в газообразном.

Однако советские ученые академик А. А. Трофимук, член-корреспондент АН СССР Н. В. Черский, доктор технических наук Ф. А. Требин, кандидат технических наук Ю. Ф. Макогон и кандидат геолого-минералогических наук В. Г. Васильев обнаружили свойство природного газа в определенных термодинамических условиях переходить в земной коре в твердое состояние и образовывать газогидратные залежи, причем с несравненно более высокой концентрацией газа в единице объема пористой среды, чем в обычных газовых месторождениях.

Газ переходит в твердое состояние в земной коре, соединяясь с пластовой водой при гидростатических давлениях и сравнительно низких температурах - до +25°. Экспериментальные исследования показали, что при одинаковых давлениях газогидратная залежь содержит в несколько раз больше газа, чем обычная равнообъемная газовая залежь, ибо один объем воды при переходе ее в гидратное состояние связывает до 220 объемов газа, тогда как обычная растворимость газа в воде не превышает двух - четырех объемов, а для льда она еще ниже.

Физическая характеристика газогидратной залежи резко отличается от физической характеристики обычной газовой залежи. Электропроводимость такой залежи намного ниже, чем у обычной, что позволяет разработать новые методы интерпретации геофизических характеристик с целью выявления газогидратных залежей в земной коре, а также использования этих свойств для создания новых процессов (разделения газов, хранения больших объемов газа при низких давлениях и т. д.).

Процесс формирования газогидратной залежи может сопровождаться значительным понижением пластового давления (ниже гидростатического), сокращением размеров залежи, а при наличии подтока газа и воды - значительным приростом запасов газа в залежи.

Зоны размещения газогидратных залежей сосредоточены главным образом в районах распространения многолетнемерзлых пород, а общая территория, где могут быть встречены подобные залежи, составляет более 50% территории Советского Союза, около четверти суши нашей планеты и более 90% территории Мирового океана.

Один из исследователей - начальник главка геологии Министерства газовой промышленности СССР В. Г. Васильев сообщил: "Это важный резерв природного газа, который умножит энергетические и химические ресурсы нашей страны. Кроме того, предполагается, что под дном Мирового океана также находятся месторождения газа в твердом состоянии. Логика рассуждений ученых тако* ва: океаническое дно находится под водным прессом с давлением в 300-500 ат, а при таком давлении для образования гидратов уже не нужны низкие температуры якутских недр. Поскольку океан покрывает большую часть планеты, а вечная мерзлота занимает значительную часть суши, то можно предположить, что твердое состояние газа не исключение, а правило".

Каким же способом можно добывать гидраты из-под земли, не строя шахт? Исследователи предложили переводить метан из твердого состояния в газообразное непосредственно в пласте, а затем "отбирать" его с помощью обычных скважин. Для этого есть несколько путей. Если искусственно снизить давление в скважине или поднять температуру в пласте, это вызовет распад гидрата, и свободный газ поднимается по трубам вверх. Но самое перспективное, считают ученые, это воздействовать на воду катализатором, ускоряющим освобождение молекул газа от прочной хватки молекул воды. Концентрация газа в пласте слишком велика, и высвобождать эту титаническую силу надо осмотрительно.

Можно ли сегодня говорить о промышленной эксплуатации газогидратных месторождений? На этот вопрос отвечает член-корреспондент АН СССР Н. В. Черский: "Многие сотни тысяч кубометров газа, добытого из газогидратных пластав Мессояхского месторождения в Заполярье, - говорит он, - уже поступили на Норильский горно-металлургический комбинат. Себестоимость газа примерно такая же, как обычно. Сейчас обнаружено уже более 30 залежей твердого газа. Ученые Москвы, Новосибирска, Якутска работают над проблемами их рациональной разработки и использования".

Открытие советских ученых внесено в Государственный реестр открытий СССР под № 75 с приоритетом от 25 июля 1961 г. в следующей формулировке:

"Экспериментально установлено ранее неизвестное свойство природных газов образовывать в земной коре при определенных термодинамических условиях (температура до 295° К, давление до 250 ат) залежи в твердом газогидратном состоянии".