توانایی های ناشناخته هیدرات های گاز طبیعی
توانایی های ناشناخته هیدرات های گاز طبیعی
كشف مقدار زیادی هیدرات گاز در دامنه شمالی آلاسكا و پایین خلیج جنوب شرقی ایالات متحده امریكا، این ایده را قوت می بخشد كه هیدراتهای گاز، منبع بسیار مهم انرژی در آینده محسوب می شوند. گرچه، ابتدا مسائل بسیار مهم تكنیكی و فنی باید حل شود تا بتوان هیدرات های گاز را به عنوان یك منبع انرژی مهم در جهان، معرفی كرد. هیدرات های گاز به طور طبیعی به شكل مواد كریستالی كه از آب و گاز تشكیل شده،هستند. در هیدرات ها، یك شبكه جامد آب، ملكول های گاز را در یك ساختار قفس مانند در خود جای می دهند.
هیدرات های گاز بیشتر در نواحی یخ زده و قطبی و زیر دریا در لایه های رسوبی وجود دارند. در حالی كه،متان، پروپان و دیگر گازها می توانند در ساختار قفس مانند محبوس شوند،اما احتمال تشكیل هیدرات متان بسیار بیشتر است.میزان متان محبوس شده در هیدرات های گاز بسیار زیاد است و تخمین میزان آن بیشتر حدسی و فرضی است و محدوده آن از 000/100 تا 000/000/270 تریلیون فوت مكعب است. به نظر می رسد كه میزان گاز در ذخایر هیدرات جهان بسیار بیشتر از حجم منابع دیگر انرژی است. گرچه تا به حال در مورد دسترسی و تولید این هیدرات های گاز تحقیق و پژوهش بسیاری صورت نگرفته است.هدف اولیه پژوهش های مربوط به هیدرات های گاز، بررسی پارامترهای زمین شناختی است كه ایجاد هیدرات های گاز را در كنترل دارد. هدف دیگر، ارزیابی حجم گاز طبیعی ذخیره شده، درون انباشته های جهانی هیدراتهای گاز است. این مقاله نتایج آخرین ارزیابی ها در مورد منابع هیدرات گاز طبیعی را مطرح می كند و سعی دارد توانایی تولید ذخایر هیدرات های گاز را ارزیابی كند و فناوری لازم برای تولید اقتصادی و به صرفه هیدرات های گاز در 20 تا 50 سال آینده را مورد بررسی قراردهد. در پایان، مروری بر برنامه های تولید گاز از منابع هیدرات در ژاپن و هندوستان خواهیم داشت.
مروری بر هیدرات های گاز
تحت شرایط مناسب دمایی و فشاری،هیدرات های گاز معمولاً یك ساختار كریستالی اولیه تحت عنوان ساختار 1 و ساختار 2 را تشكیل می دهند. هر واحد سلولی ساختار 1 هیدرات گاز شامل 46 ملكول آب است كه دو فضای تهی كوچك و 6 فضای بزرگ تشكیل می شود.ساختارهای 1 هیدرات های گاز فقط می توانند ملكول های كوچك گاز مثل متان و اتان،با قطر ملكولی كمتر از 2/5 آنگستروم را در خود جای دهند.واحد سلولی ساختار 2 هیدرات های گاز شامل 16 dodecahedral (دودی كاهدرال) كوچك و 8 فضای خالی بزرگ هگزاكایی دوكاهدرال است كه توسط 136 مولكول آب شكل می گیرد.ساختار 2 هیدرات های گاز ممكن است دارای گازهایی با ابعاد ملكولی در محدوده 9/5 تا 9/6 آنگستروم مثل پروپان و ایزوبوتان باشد.در شرایط دما و فشار استاندارد (STP)، یك حجم از هیدرات اشباع شده متان (ساختار 1) دارای بیش از 164 حجم از گاز متان است. به علت این ظرفیت عظیم ذخیره سازی گاز،این هیدرات ها، منابع مهمی از گاز طبیعی محسوب می شوند. در سطح ماكروسكوپی،بسیاری از خواص مكانیكی هیدرات گاز مثل یخ است. چون هیدراتها دارای حداقل 85 درصد آب بر یك پایه ملكولی هستند.از همه جالب تر،خواص مرحله ی تعادل هیدرات های گاز است كه بیشتر توسط تناسب ملكول های میهمان گاز، درون قفس های هیدرات آب كنترل می شود. برای مثال اضافه كردن پروپان به یك هیدرات خالص متان،ساختار هیدرات را (از ساختار 1 به ساختار 2 ) تغییر می هد.
هیدرات های گاز نواحی یخ زده و قطبی
به نظر می رسد كه هیدرات های گاز ،در حوزه غرب سیبری وجود دارند و تصور می شود كه در دیگر نواحی قطبی شمال روسیه،مثل ایالت تیمان-پچورا،كراتن شرق سیبری و شمال شرقی سیبری و نواحی كامچاتكا نیز وجود داشته باشند.هیدرات های گازدر نواحی قطبی شمال آلاسكا و ایالت های شمالی آمریكا نیز وجود دارند. از شواهد غیر مستقیمی كه نتیجه حفاری چاه در این نواحی بود به وجود هیدرات های گاز در دامنه شمالی آلاسكا پی برده شد و احتمال حضور لایه های متعدد هیدرات های گاز در ناحیه خلیج پرودهو (Prudhoo) و حوزه های نفتی رودخانه كوپاروك را تأ ئید می كند. در یك پنجم از چاه های حفاری شده در ناحیه ی دلتای مكنذی وجود هیدرات های گاز تأیید شده است و بررسی چاه های جزایر قطبی نشان می دهد كه در نواحی قطبی، هیداراتهای گاز در اعماق 130 تا 2000 متر وجود دارند.
هیدرات های گاز دریایی
وجود هیدراتهای گاز در نواحی دریایی، عمدتاً نتیجه بازتاب غیرعادی لرزهای است كه از محدوده منطقه ویژه مرزی هیدراتهای گاز می آید. این بازتابها عمدتاً به نام بازتاب تحریكی انتهایی یا BSR خوانده میشوند. BSR ها در اعماق 100 تا 1100 متری از سطح دریا، نقشهبرداری شده اند. هیدرات های گاز در لایههای رسوبی خلیج مكزیك،بخش دریایی حوزه رودخانه Eel در كالیفرنیا،دریای سیاه، دریای خزر و دریای Okhotsk پیدا شدهاند. همچنین،هیدراتهای گاز در اعماق بیشتر زیر سطحی در خلیج جنوب شرقی امریكا، Black Kidge در خلیج مكزیك،حوزه كاسكادیا نزدیك اوریگان، كانال امریكای مركزی،دریای پروودرنواحی شرقی و غربی ژاپن نیز كشف شده اند.
ارزیابی منابع هیدرات گاز
از آنجا كه هیدراتهای گاز در نواحی قطبی و در لایه های رسوبی دریایی وجود دارند،می توانند یك منبع انرژی بالقوه محسوب شوند. پیش بینی های جهانی برای میزان گاز طبیعی موجود در لایه های هیدرات گاز از 1020/5 تا 1062/1 تریلیون فوت مكعب برای نواحی قطبی و از 1051/1 تا 1087/2 تریلیون فوت مكعب برای لایههای رسوبی اقیانوسی است. پیش بینی های انتشار یافته در مورد منابع هیدراتهای گاز نشاندهنده نوسانات قابل ملاحظهای است. آخرین پیش بینی ها از میزان متان در انباشته های جهانی هیدراتهای گاز حدود 1057 تریلیون فوت مكعب است اما به نظر می رسد كه لایه های رسوبی اقیانوسی دارای منابع بیشتر و بزرگتری از گاز طبیعی هستند تا لایه های رسوبی قارها. هدف اصلی كار ارزشیابی و تخمین در مؤسسه پژوهشی زمین شناختی امریكا،تخمین زدن منابع هیدرات گاز در امریكا هم در نواحی ساحلی و هم در نواحی دریایی است. ارزیابی هیدراتهای گاز براساس یك برنامه تجزیه و تحلیلی، ایالت به ایالت انجام میشود.ما تمامی هیدراتهای گاز را بدون توجه به مسائل فنی آنها، تعریف، توصیف و ارزیابی می كنیم.
بنابراین،این ارزیابی، تنها با حجم منابع هیدراتهای گاز موجود مربوط است، یعنی میزان گازی كه درون هیدراتهای گاز بدون در نظر گرفتن بازیافت آن وجود دارد.در یك روش تجزیه و تحلیلی،انباشته های بالقوه هیدروكربن، براساس خصوصیات زمین شناختیشان گروه بندی می شوند سپس شرایط زمینشناختی بروز هیدروكربنها الگوبرداری میشود. در این روش ارزشیابی، زمین شناسان، در مورد عوامل زمین شناختی لازم برای تشكیل انباشتههای هیدروكربن و عوامل زمین شناختی تعیین كننده اندازه آنها، بحث می كنند. در یك ارزیابی،11 حوزه هیدرات گاز، در 4 ایالت نفتی دریایی و ساحلی كشف و برای هر حوزه میزان هیدراتهای گاز تخمین زده شد. پیش بینی های انجام شده برای هر كدام از این 11 حوزه جمعآوری شدند تا كل منابع هیدرات گاز در ایالات متحده آمریكا تخمین زده شود. منابع موجود گاز درون هیدراتها در ایالات متحده امریكا بین 765/112 تا 110/676 تریلیون فوت مكعب گاز البته با سطح احتمال 05/0 تا 95/0 است. گرچه این آمار،همراه با درصد بالایی از شك و تردید است، اما نشان دهنده میزان بسیار زیادی گاز ذخیره شد در هیدراتهای گاز هستند.ارزش كلی هیدراتهای گاز محاسبه شد ه در امریكا حدود 222 تا 320 تریلیون فوت مكعب گاز است.لازم به ذكر است كه حفاریهای پژوهشی دریایی كه اخیراً درون منطقه ویژه اقتصادی امریكا در امتداد ناحیه شرقی این كشور انجام شده است،وجود مقادیر قابل توجهی از متان ذخیره شده را به عنوان هیدرات گاز جامد و گاز آزاد حبس شده زیر هیدراتهای گاز،تأیید میكند.
تولید گاز از هیدراتهای گاز
روشهای پیشنهاد شده بازیافت گاز از هیدراتها معمولاً شامل تفكیك كردن یا ذوب كردن هیدراتهای گاز به روشهای زیر است:
1)گرم كردن مخزن برای دمای تشكیل هیدرات
2)كاهش فشار مخزن زیر موازنه هیدارت
3)تزریق یك مهاركننده مثل متانول یا گلیكول درون مخزن برای كاهش شرایط تثبیت هیدرات.
البته در حال حاضر، بازیافت گاز از هیدراتها به تعویق انداخته میشود چون هیدراتها معمولاً در نواحی خشن قطبی و نواحی عمیق دریایی گسترده شدهاند.اخیراً از یك سری مدلهای تحریك گرمایی ساده هم برای ارزیابی تولید هیدرات گاز از آب گرم و جریانهای بخاری استفاده شده است كه نشان میدهد،گاز را میتوان از هیدراتها به میزان كافی تولید كرد به صورتی كه هیدراتهای گاز به یك منبع قابل بازیافت تكنیكی تبدیل شوند،گرچه هزینه زیاد این تكنیكهای بازیافت پیشرفته گاز، جلوی بازیافت را میگیرد. استفاده از مهاركنند ههای هیدرات گاز برای تولید گاز از هیدراتها از لحاظ فیزیكی امكان پذیر است،گرچه،استفاده از حجمهای زیاد مواد شیمیایی مثل متانول هزینه اقتصادی و زیست محیطی بالایی دارد.از میان تكنیكهای مختلف تولید گاز طبیعی از هیدراتها،اقتصادیترین و به صرفهترین روش،طرح فشار زدایی است.
حوزه گازی Messoyakha در بخش شمالی حوزه غرب سیبری اغلب به عنوان یك مثال از تولید گاز از انباشتههای هیدروكربن مورد استفاده قرار میگیرد. از تمامی اطلاعات زمین شناختی برای تأیید حضور هیدراتهای گاز در قسمت بالایی این حوزه استفاده شده است.پیشینه تولید گاز از هیدراتهای این حوزه نشان میدهد كه هیدراتهای گاز یك منبع تولیدی فوری از گاز طبیعی هستند و تولید را میتوان با روشهای همیشگی شروع و حفظ كرد. تولید طولانی مدت از بخش هیدراتگاز حوزه Messoyakha با برنامه ساده فشارزدایی قابل دسترسی است.تولید از بخش پایینی گاز آزاد این حوزه در سال 1969 آغاز شد. گرچه در سال 1971،فشار مخزن از میزان مورد انتظار انحراف پیدا كرد.این انحراف به آزادسازی گاز آزاد از هیدراتهای تفكیك یافته گاز نسبت داده میشود.از این حوزه تا به حال حدود 36 درصد (حدود 183 میلیارد فوت مكعب) گاز برداشت شده است.گرچه برخی محققان معتقدند كه گاز تولید شده از هیدراتها نبوده است. (باز نشر: دانشنامه مرجع مهندسی ايران)
فعالیتهای پژوهشی بین المللی
در دو سال گذشته،مؤسسات دولتی در ژاپن،هند و كره جنوبی شروع به توسعه برنامههای پژوهش برای بازیافت گاز از هیدراتهای اقیانوسی كرده اند. یكی از مهمترین پروژههای هیدرات گاز كه در ژاپن در حال انجام است، یك پروژه 5 ساله برای ارزیابی منابع داخلی هیدراتهای بالقوه گاز طبیعی است.در مقالاتی كه منتشر شده است: مؤسسه مجری طرح، اعلام كرده است كه هیدراتهای متان میتواند نسل آینده منبع انرژی قابل تولید داخلی باشد. در سال 1996 این برنامه تحقیقاتی زمین شناختی و لرزه شناسی بر روی نواحی قاره ای شمالی و جنوب شرقی ژاپن انجام شده است. براساس تحقیقات صورت گرفته، كاشف به عمل آمده است كه حدود 1800 تریلیون فوت مكعب گاز درون هیدراتهای گاز ناحیه نانكای ذخیره شده است.هندوستان نیز مانند ژاپن به علت پرداخت هزینهای بالا برای واردات LNG، مطالعات پژوهشی چندی را مبنی بر حضور و امكان بازیافت گاز از هیدراتهای گاز در این كشور آغاز كرده است.پژوهشها نشان میدهند كه بین هند و میانمار، در دریای آندامان منبع عظیمی از هیدراتهای گاز وجود دارد كه حدس زده می شود، دارای 211 تریلیون فوت مكعب گازباشد.دولت هندوستان اعلام كرده است كه این مسئله برای تأمین نیازهای فزاینده انرژی این كشور از اهمیت بسیاری برخوردار است. با اینكه اطلاعات ما در مورد هیدراتهای نهفته گاز بسیار اندك است،اما میتوان انتظار داشت با توسعه فناوریهای جدید بتوان به هیدراتها به عنوان نسل آینده منبع انرژی نگاه كرد.
منبع:www.worldenergy.com
