Чистяков В.К., Вишневский Н.А.
Национальный минерально-сырьевой университет
«Горный»
Проблемы отбора
керна из газогидратных толщ
Газовые
гидраты - твердые кристаллические соединения, в которых молекулы низкомолекулярного гидрофобного газа
удерживаются внутри каркаса из водородно-связанных молекул воды без
формирования химической связи между собой, образуя, так называемые, клатратные
соединения или соединения включения. Геологические и термобарические условия образования
и стабильного существования газовых гидратов предполагают возможность их природных
скоплений:
- в придонных
отложениях шельфа и морского дна на глубинах более 200 м;
- в донных
отложениях пресноводных озер на глубинах более 300 м;
- в
континентальных отложениях полярных регионов и районах распространения
многолетнемерзлых пород на глубинах до 1000-1200 м.
Исследованиями
последних лет выявлены за рубежом и в нашей стране целый ряд концентрированных скоплений
газогидратов в осадочных толщах, однако обычные геофизические и другие косвенные методы поиска и
разведки их предполагаемых месторождений пока далеко не всегда однозначно
указывают даже на возможность присутствия там самих газогидратных включений. Особенно
в континентальных разрезах, содержащих многолетнемерзлые породы [1]. Поэтому с целью получения достоверной
информации о качественных и количественных характеристиках газогидратных толщ
необходимо использовать прямые методы их исследования, основанные на бурении
скважин с полным отбором керна с ненарушенным составом и структурно-текстурными
особенностями строения и проведения в них комплекса геофизических, геохимических
и других методов изучения окружающего массива горных пород.
Использование для этих целей стандартных технологий и технических
средств колонкового бурения, применяемых в настоящее время при поисках и
разведке как жидких, так и газообразных углеводородов, часто не дает
положительных результатов, прежде всего, из-за изменения термобарических
условий стабильного состояния газогидратных включений в процессе керноотбора.
Эти условия существенно изменяются как в процессе выбуривания керна в
зоне забоя скважины, так и при извлечении керна на поверхность и проведении
необходимых операций, связанных с отбором и подготовкой керновых проб для
проведения дальнейших исследований. Нарушение достаточно узкой границы
термобарической устойчивости газогидратов вызывает их диссоциацию и разложение
на свободный газ и воду. Это приводит не только к их потере в керне, но и может
вызвать разрушение последнего с утратой исходных структурно-текстурных и физико-механических
характеристик.
Проблема сохранения газогидратных включений в керне в процессе его выбуривания
эффективно решается путем выбора специальной гидратофобной или близкой к этому
качеству промывочной среды, методам регулирования ее температуры и плотности в
пределах, обеспечивающих агрегатную стабильность гидратов в зоне забоя скважины.
Транспортировка
керна на поверхность с минимальным нарушением
естественного состава, строения и свойств его газогидратных включений в
условиях резкого снижения естественного стабильного давления до атмосферного
возможно при использовании колонковых снарядов с герметичными керноприемными
устройствами [1].
Учитывая
сложность конструкции снарядов с герметичными керноприемными устройствами,
повышенные затраты времени и средств на извлечение и обработку доставленного на
поверхность керна, перспективным, по нашему мнению, являются исследования и
разработка способов, технологий и технических средств отбора качественных
керновых проб из гидратосодержащих толщ, использующих эффекты консервации и
резкого снижения скорости диссоциации газогидратных включений при охлаждении их
до определенных отрицательных температур [2, 4].
Во всех
случаях для снижения времени влияния неблагоприятных факторов на сохранность
керновой пробы необходимо использовать колонковые снаряды со съемными
керноприемниками (ССК). С этой целью в последние годы были предприняты попытки
разработки специальных термогидратоотборных снарядов [3, 6].
Теоретическое
и экспериментальное изучение процессов охлаждения керна в керноприемных
устройствах позволит уточнить конструктивные и технические их характеристики,
необходимые для создания и практического испытания опытных образцов [5].
Список
литературы
1. Истомин В. А., Якушев В. А. Исследование
газовых гидратов в России. Газовая пром-сть. 2001. N 6. – С. 49 – 53.
2. Истомин В. А., Якушев В. А.,
Квон В.Г., Чувилин Е.М. Эффект самоконсервации газовых гидратов //Газовые
гидраты (спец. выпуск). Прил. К журналу «Газовая промышленность», 2006. - С.
36-46.
3. Чистяков В.К., Маляренко Е.В.
Вишневский Н.А., Способ получения керна из гидратосодержащих пород и устройство
для его осуществления. Патент РФ № 2369719 Бюл. № 28 от 04. 05. 2008 г
3.
Jon Burger, Deepak Gupta, Patrick Jacobs. Overview on hydrate coring, handling
and analysis. Final report. United States Department of energy, august 2006,
126 p.
4.
Keith A. Kvenvolden. Pressure core barrel. Application to the study of gas
hydrates, U.S. Geological survey. (http:www.deepseadrilling/org/76/volume/dsdp76_07.pdf)
5.
Gou W., Sun Y., Chistyakov V.K., Zupei Z., Chen C. The technology of sampling
for gas hydrates by hole bottom freezing, Zeszyty naukowe politechniki
slaskiej, Gonicnwo z.285, Gliwice 2009, – pp. 75-82.
6.
Sun Y., Chistyakov V.K., Gou W., Chen C. Sampler for gas hydrates by freezing
hole bottom, Patent USA. Pub. No.: US 2009/0229382 A1, 17.10.2009