Горючий лед: газовые гидраты – неисчерпаемая энергия будущего

В прошлом году в мире добыли 4,19 трлн кубометров природного газа. Всего же извлекаемых запасов насчитывается около 170 трлн кубов, значит, при текущем уровне потребления этого хватит более чем на 40 лет. Затем человечеству придется искать другие источники метана. Многие уже известны. Речь идет о природных газовых гидратах (ПГГ). Что это такое и смогут ли технологии производства из них газа обеспечить планету топливом на столетия, разбирался «Профиль».

Принципиально новым источником метана может быть его особая форма – газовый гидрат. Это не газ, не жидкость и не твердое тело, а твердый раствор, внешне напоминающий лед или спрессованный снег. Метан и вода (при определенной насыщенности жидкости газом) образуют гидрат под давлением около 50 атмосфер и температуре +2...+4°C. Такие условия в природе сплошь и рядом – это морские глубины и зоны вечной мерзлоты. 71% нашей планеты покрыто водой, а из 29% суши около четверти приходится на вечную мерзлоту. Только под водой запасов гидратов предполагается до 1 млрд кубических километров! Именно километров, а не метров. При этом в одном объеме гидрата может быть 160–170 объемов газов, в основном метана. Запасы – на века.

Как формируются газогидраты? Водородные связи заставляют молекулы воды выстраиваться в геометрически правильные структуры. В них могут встраиваться молекулы других веществ, в том числе метана. Молекулы воды в таких соединениях называют «хозяевами», молекулы других веществ в кристаллической решетке – «гостями» или гидратообразователями. Между «хозяевами» и «гостями» нет молекулярных связей, поэтому гидрат представляет собой не новое вещество, а смесь. Такие соединения безопасны и стабильны до тех пор, пока не изменится температура или давление.

Моделирование показало, что стабильность ПГГ относительна, недавно журнал Nature. Небольшое изменение среды – вулканическая деятельность, понижение уровня мирового океана, нагрев воды и атмосферы – может спровоцировать лавинообразное выделение газа.

[embed]https://profile.ru/economy/pravo-i-obyazannost-pochemu-inves...[/embed]

21 августа 1986 года на озере Ньос в Камеруне произошла лимнологическая катастрофа – внезапный выброс большого объема углекислого газа со дна водоема. В окрестностях погибли от удушья более 1700 человек и множество животных. Случись выброс в основном метана, последствия оказались бы еще более трагичными: смесь воздуха с 9,5% метана взрывоопасна. По одной из версий, под толщей воды сохранился очаг вулканической деятельности, что привело к распаду газогидратов. Но такие случаи крайне редки.

Самовысвобождение метана из ПГГ – одна из версий исчезновения кораблей в Бермудском треугольнике. В Карибском море много газогидратов. По непонятным причинам – без подводных вулканов и без существенного изменения температур – газ может выделиться из них взрывным потоком и подняться к поверхности. Вода станет пеной, или ее заменит газовый пузырь. Плотная среда мгновенно становится неплотной, и корабль «провалится» в океан. Такому же риску подвержены и пролетающие над газовым пузырем самолеты. Если выброс произошел рядом с кораблем, то метан способен отравить находящихся на нем людей. «Закипание океана» – сюжет для фильмов катастроф. Загадка Бермудского треугольника пока не разгадана, но причиной вполне могли быть и газогидраты.

На Ямале в 2014 году обнаружили несколько гигантских воронок диаметром около 25 и глубиной более 50 метров. Напомним, крупнейшие газовые месторождения России находятся именно на Ямале. Вечная мерзлота тает, плотная шапка грунта размягчается. Первым к поверхности устремляется газ из ПГГ, за ним может вырваться и метан традиционных месторождений. Мерзлота способна сдержать этот поток, но лишь до определенного времени, пока давление газов не достигнет критического уровня. А потом возможен взрыв. Кратеров от них на российском Севере обнаружены десятки.

Хорошая новость в том, что выбросы метана – редкое явление. Плохая в том, что оно почти не изученное. Газогидраты – вообще новая тема в геологии и разработке полезных ископаемых.

Впервые скопления газовых гидратов на суше, под вечной мерзлотой, были обнаружены случайно. Это произошло в 1964 году в России, на Месояхинском месторождении в Западной Сибири. Позже аналогичные залежи нашли в Канаде, в дельте реки Маккензи, и в США, на месторождении Прадхо-Бей на Аляске. На Месояхинском попытки добывать газ из гидратов предпринимались в 1970-е годы. Объем оказался незначительный, для коммерческой добычи непригодный. Такое же разочарование ждало газовиков США и Канады на суше, Японии и Индии – в море.

Поиски продолжаются. В нашей стране самые перспективные для разработки газогидраты найдены в Северном Ледовитом океане, в Чёрном и Охотском морях. В 2009 году глубоководные аппараты серии «Мир» подтвердили наличие ПГГ на дне Байкала. В РФ исследованием газогидратов занимаются «Газпром ВНИИГАЗ», Губкинский университет, ВНИИОкеанологии и еще до десятка других научных учреждений. Департамент энергетики США ведет шесть исследовательских проектов, связанных с газогидратами. Также их изучают во многих крупных мировых университетах.

[embed]https://profile.ru/abroad/igra-po-krupnomu-kak-ssha-okazalis...[/embed]

Пожалуй, ближе всех к промышленному производству метана из ПГГ подошла Япония. Здесь к ним особый интерес, поскольку в стране нет ни одного газового месторождения, она полностью полагается на импортный сжиженный природный газ. Специалисты 971 место возможных залежей гидрата метана у побережья префектур Хоккайдо, Акита, Ямагата и Ниигата – всего 746 месторождений.

В 2013 году Японская национальная корпорация нефти, газа и металлов (JOGMEC) впервые в мире смогла получить стабильный приток газа из гидратов в течение шести дней в объеме, который она назвала «промышленным». На самом деле 20 тыс. кубометров в сутки – слишком мало для коммерческого производства. Весь газ поступал на факел, как энергоноситель не использовался. В 2017-м корпорация сделала вторую попытку и сообщила, что «изучает результаты». По-видимому, они оказались не очень обнадеживающими. Сейчас JOGMEC с американскими партнерами «концептуально прорабатывает» производство метана из гидратов на Аляске: арктические моря могут оказаться более продуктивными.

Вторым наладить производство газа из ПГГ в промышленных объемах попробовал Китай. В 2020-м китайские исследователи получили приток газа на шельфе. Добыча велась месяц и составила по 29 тыс. кубометров в сутки. Для традиционной газовой отрасли это очень скромно: даже 100 тыс. кубометров считаются посредственным объемом, а нормальным – 300 тыс. и выше. Рекорды отмечаются в основном в Туркменистане. Совсем недавно, 13 апреля 2025-го, скважина №285 на месторождении Галкыныш 2 млн кубометров природного газа. Больше не фиксировал никто и никогда.

Эксперименты по добыче газогидратов, в первую очередь из морских глубин, продолжаются. На дне мирового океана их в разы больше, чем в вечной мерзлоте, – там идеальные условия для образования гидратов, нужные температура и давление. Обычно скопления ПГГ находятся на глубине до 1 тыс. до 3 тыс. метров, но для современной нефтегазовой отрасли это уже не препятствие: в Мексиканском заливе и у побережья Гайаны бурят скважины и на 5 тыс. метров. Проблема остается в экономичности производства газа из гидратов.

Газогидраты что на суше, что на море расположены в плотных скоплениях. Добраться до них буровым долотом для нефтяников тривиальная задача. Но есть нюанс, который все осложняет. Каждый гидрат – как отдельный кусок льда размером с кулак. Добывать газ нужно так, чтобы шел непрерывный поток, сразу из всей мощности пласта, а не из куска за куском. В традиционных месторождениях газ находится в пористой породе. Пробив ее скважиной даже в одном месте, можно создать приток: газ сам под давлением пойдет через поры к трубе.

Вот только гидраты – не пористая среда, и традиционное бурение в случае с ними бесполезно: что-то «отжать» можно, но эффект будет как от стрельбы из пушки по мухам. Нет возможности использовать и обычный коллектор – трубу с отверстиями, как в газовых пластах. Гидроразрывы тоже бесполезны. Поднимать ПГГ земснарядом на поверхность и уже потом извлекать газ – малоэффективно. Получается, что простой, безопасной и экономичной технологии добычи метана из газогидратов пока нет. Однако первые опыты показали, что дальше двигаться можно сразу по нескольким направлениям.

[embed]https://profile.ru/economy/zadacha-na-razryv-gde-i-kak-dobyv...[/embed]

Самый очевидный метод – : закачать в скопление кипяток или пар, гидраты растопятся, метан выделится. Второй вариант – : закачка в скопление гидратов добавок, которые их дестабилизируют. Дестабилизацию можно вызвать и принудительным снижением давления, те есть методом.

Одна из последних разработок – метод . Через одну скважину в пласт закачивается углекислый газ и замещает собой метан, который можно собирать второй скважиной. Такой способ, кстати, имеет очень полезный побочный эффект, позволяя утилизировать CO. В принципе, можно использовать его только для этого, а небольшое количество метана из гидратов считать побочным продуктом.

У всех перечисленных методов имеется один большой минус. Да, они позволяют выделить метан, но это полдела. Нет способа его собрать и по трубе доставить на поверхность. Решение можно позаимствовать из метода добычи высоковязкой нефти из битуминозных песков. Гравитационный дренаж с использованием пара (Steam-assisted gravity drainage, SAGD) предполагает бурение двух горизонтальных скважин одна под другой на десяток километров. В верхнюю закачивают пар, тяжелая нефть разжижается и стекает в нижнюю скважину. На канадской площади нефтяных песков Атабаска в провинции Альберта SAGD позволяет извлечь до 60% нефти.

С гидратами можно сделать подобное, но наоборот: нижней скважиной разогревать их, а в верхней собирать газ через трубу со множеством отверстий. Скорее всего, верхних скважин потребуется много – и рядом, и одни над другими, целая сеть или решетка. Ни патентов, ни описаний SAGD в применении к гидратам в открытых источников обнаружить не удалось. Но отсутствие публикаций не значит, что это технологию не рассматривают отечественные НИИ и зарубежные исследовательские центры.

Пока освоение газогидратов находится на начальном этапе, консалтинговые агентства уже принялись оценивать будущий рынок. Acumen , что в 2032 году его объем может достичь $4,1 млрд. Для газовой индустрии это весьма низкие параметры. Только рынок СПГ в 100 раз больше. Но и сланцевые нефть и газ поначалу считались маржинальным продуктом и слабым рынком. За 20 лет ситуация кардинально изменилась. Сланцы сделали США страной номер один по добычи и нефти, и газа. Может быть, и гидраты через пару десятилетий станут привычным и высокодоходным топливом. Соединённые Штаты, Китай, Россия, Южная Корея и Индия над этим работают. А то, что успех может прийти лишь через 20 лет, так это для ТЭК вообще не срок.