Обнаружены особенности образования соединений, мешающих добыче нефти и газа

Российские ученые исследовали реакцию образования кристаллических соединений воды и газа – газовых гидратов – с неустойчивой структурой. Понимание механизма их образования очень важно, поскольку эти соединения могут создавать осложнения при добыче нефти и газа и одновременно с этим являются богатейшим потенциальным источником топлива. Исследование поддержано грантом РНФ. Статья опубликована в Journal of Natural Gas Science and Engineering.

Газовые гидраты – внешне похожие на снег или лед кристаллические соединения, которые образуются при контакте газа и воды при определенных температурах и давлениях. Они могут иметь разную кристаллическую структуру. При переходе от одной структуры к другой изменяется порядок атомов относительно друг друга и расстояния между ними. Наиболее «удобное» взаиморасположение атомов соответствует стабильной структуре гидрата, но при определенных условиях могут возникать и нестабильные образования, которые обычно не сохраняются в течение длительного времени.

Такие соединения образует большинство природных газов, но самый распространенный из них – гидрат метана. Обычно он существует в кубической структуре I (КС-I). Однако российские ученые обнаружили новую нестабильную кубическую структуру, которая получила название КС-II. Она образуется при резком охлаждении насыщенной метаном эмульсии (однородной смеси двух несмешивающихся веществ) воды в некоторых видах нефти.

Исследователи из разных стран уже фиксировали появление нестабильных структур газогидратов в системе «газ – вода», но для системы с присутствием нефти образование КС-II зафиксировано впервые.

«Мы изучали, как образуются газогидраты в присутствии одного из исследуемых видов нефти. В специальной установке мы охладили образец до температуры кипения жидкого азота (-196 °С), извлекли его и определили, какие кристаллические вещества присутствуют в системе. Затем с помощью рентгеновских лучей мы идентифицировали тип кристаллической структуры. В системе присутствовал обычный лед и небольшое количество гидрата метана с нестабильной структурой», – рассказал один из авторов статьи, старший научный сотрудник кафедры физической и коллоидной химии Российского государственного университета нефти и газа имени И.М. Губкина, кандидат химических наук Андрей Стопорев.

В большинстве случаев при резком охлаждении наблюдается стабильная модификация, тогда как в некоторых видах нефти при тех же условиях образуется нестабильная модификация гидрата метана. При длительном же (в течение недели) выдерживании этих видов водонефтяных эмульсий при положительной температуре (1 °C) и давлении метана в сто атмосфер образуется стабильная модификация КС-I. Полученные результаты говорят о том, что формирование структуры I может происходить через промежуточное образование структуры II. Это позволяет делать вывод о механизме образования гидратных фаз в водонефтяных эмульсиях.

Одна из основных проблем при добыче и транспортировке нефти и газа в условиях холодного климата – отложение газовых гидратов в стволах скважин и на стенках трубопроводов. Газогидратные пробки приводят к их закупорке, остановкам добычи и иногда даже к аварийным ситуациям и взрывам. Понимание механизма их образования поможет усовершенствовать уже существующие методы борьбы с ними.

Исследование проведено совместно с коллегами из Новосибирского государственного университета, Российского государственного университета нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина (Москва) и Института химии нефти СО РАН (Томск).

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.