Мистика Мессояхского месторождения, оказавшаяся физикой

Любой человек, который хоть немного работал в нефтяной и газовой промышленности, не понаслышке знаком с теми неприятностями, которые вызывают газовые гидраты во время добычи углеводородов.

Газовыми гидратами называются кристаллические соединения газа и воды, которые образуются при определенных температуре и давлении. Они похожи на лед или плотный снег, но, в отличие от них, хорошо горят при высокой температуре, так как при этом происходит обратный процесс – распад на горючий газ и воду.

Во время добычи гидраты скапливаются в стволах скважин и промысловых трубопроводов, иногда их так много, что они полностью забивают их. Требуется немало времени чтобы разрушить их либо с помощью высокой температуры, либо некоторых химических соединений, например метанола или хлористого кальция.

Запасы природных газогидратов потрясают воображение. . Потенциальные мировые ресурсы газа в гидратном состоянии оцениваются величиной 1,5⋅1016 м3, что гораздо больше, чем мировые запасы природного газа.

Гипотеза о существовании природных газогидратных месторождений выдвигалась неоднократно. Первое предположение о возможности существования газогидратных залежей высказал в 1943 г. Дональд Катц, профессор Мичиганского Университета. Вторично предположение о возможности существования скоплений газогидратов в районах многолетней мерзлоты высказал профессор Стрижев в 1946 г. Но доказать, что они действительно существуют удалось гораздо позже.

Мессояхское месторождение было открыто в 1967 году. Оно расположено вблизи одноименной реки, там же, немного северней, расположены Восточно- и Западно-Мессояхское месторождение. Но они нефтяные и являются самыми северными в мире.

Запасы его скромные, порядка 20 миллиардов кубических метров. На фоне Ямбурга или Уренгоя сущая мелочевка, но и этого объема оказалось достаточно для нужд Норильска и Дудинки. В промышленную эксплуатацию его запустили уже два года спустя, в 1969 году, после чего провели трубопровод в Норильск.

Вскоре геологи отметили интересную аномалию. Она заключалось в том, что пластовое давление не снижалось. Точнее снижалось, но не как описано в газовом законе Бойля-Мариотта, который изучают в школе.

Любое месторождение представляет многослойную структуру, пласт, содержащий в себе нефть и/или газ имеет пористую структуру и называется коллектор. Сверху над ними находятся непроницаемые породы покрышек, которые не дают им улетучиться.

Вспоминаем школу и математическое выражение закона Бойля-Мариотта: PV=const

Любой, кто изучал пропорции, скажет, что при удалении из пласта определенного процента объема газа, на такой же процент должно упасть и пластовое давление. Любое газовое месторождение эксплуатируется на истощение, стоит только первой скважине давать газ - так происходит уменьшение его запасов и снижение давления. Посмотрите на пробитый мяч - точно также ведет себя и газовое месторождение.

С начала эксплуатации и по состоянию на 2014 год, на месторождении было добыто всего 12,196 млрд.м3 природного газа, что составляет около 62% начальных запасов месторождения. Т. е. согласно газовому закону, пластовое давление тоже должно было упасть на 62 процента. Но фактически оказалось, что оно падало значительно ниже.

Начальное пластовое давление в месторождении было 7,4 МПа (74 атмосферы). Но в 2014 году давление было не 2,36 МПа, как следовало ожидать, а целых 5,2 МПа, то есть на 30 процентов меньше чем начальное, хотя истощено уже было на 62%! Лохануться Бойль и Марриот никак не могли, физика тем и хороша, что она универсальная и работает везде одинаково, вне зависимость от места и условий. Ученые начали разбираться и пришли к следующим выводам.

Начиная с 1969 года месторождение дважды надолго останавливали: в 1978-1981 и в 1987-1995 годах, кроме того, в истории его освоения были периоды сезонной эксплуатации.

В периоды консервации месторождения происходило восстановление пластового давления до уровня 6 МПа. То есть стало очевидным, что во время простоя месторождения был приток газа извне, другого объяснения этому феномену найти было невозможно. Было выдвинуто несколько гипотез, как происходит восстановление пластового давления. Всерьез рассматривалось только две. Согласно первой низ пласта подстилается подошвенной водой, существует ее приток извне, в результате чего ее уровень растет и давление газа увеличивается за счет уменьшения объема.

Но в качестве основной была принята теория Макогона. Она официально принята зарегистрирована в Комитете по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР.

Суть ее заключается в том, что покрышка пласта содержит газогидраты. Они довольно неустойчивы, постоянно происходит их распад и образование. В закрытой системе наступает состояние равновесия, то есть скорость распада и образования становятся равными, поэтому масса газогидратов и объем газа не изменяются.

Во время добычи давление резко снижается, равновесие нарушается и начинает работать принцип Ле-Шателье, который тоже изучают в школьном курсе химии. Суть его заключается в следующем:

Если на систему, находящуюся в устойчивом равновесии, воздействовать извне, изменяя какое-либо из условий равновесия, то в системе усиливаются процессы, направленные в сторону противодействия изменениям

В нашем случае происходит снижение давления и уменьшение объема газа. Запускается механизм компенсации, который способен восстановить равновесие - распад газогидратов, который приводит к восстановлению объема газа и восстановлению давления. При этом распад их происходит и во время эксплуатации, но скорость образования газа мала, поэтому и незаметна. А вот во время простоев происходит накопление газа и частичное восстановление пластового давления.

Загадка Мессояхского месторождения раскрылась очень просто. Никакой магии, одна физика.

Источник

___________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________

ПОДДЕРЖАТЬ НАС ---> 💰