Нужная энергетика

В последние 20–30 лет в качестве сырьевого энергоресурса приоритет принадлежит углеводородам


Освоение месторождений, добыча газа, транспортировка и широчайшее использование во всем мире растет по экспоненте. Помимо энергетики, углеводородное сырье пользуется все большим и возрастающим спросом и в сфере газохимии.

Запасы природного газа истощаются. Они исчисляются, согласно работе Михаила Войтова, ученого КузГТУ, от 35 до 48 триллионов кубометров. Если принять во внимание, что ежегодная добыча природного газа достигает уже порядка 600 миллиардов кубометров (а она ежегодно будет только увеличиваться), то его запасов хватит всего лет на шестьдесят.

Вполне очевидной является проблема поисков альтернативных энергоносителей и ресурсов.

Так, во многих развитых странах (США, Канада, Австралия, Китай, Германия, Великобритания, Франция) уже перешли от экспериментальных наработок к промышленному освоению альтернативных источников. Среди них важное место занимают сланцевый газ и метан угольных пластов — по структуре и качественному составу во многом схожие с природным газом.

Вместе с тем добыча сланцевого газа и метана из угольных пластов значительно отличается от природного газа — как по технологии, так и по трудозатратам. И стоимость условной единицы метана, добываемого из угольных пластов, пока еще выше природного газа в несколько раз.

А чтобы снизить себестоимость метана и сделать его конкурентоспособным, требуются новые теоретические и экспериментальные разработки.

Немаловажным при этом является еще и сохранение экологической чистоты. На первых порах все это требует немалых финансовых затрат, государственной поддержки и серьезных инвестиций.

Метан угольных пластов представляет собой форму природного газа, содержащегося в пластах угля.

О наличии газа в угольных залежах известно давно. Это один из существенных факторов риска в процессе эксплуатации шахт. Как правило, содержание метана растет с увеличением глубины залегания угля. Именно поэтому риск аварий, связанных со взрывами на шахтах, будет нарастать по мере выработки пластов угля нижнего залегания.

Метан может находиться в угольных пластах как в свободном, так и сорбированном или растворенном видах. При соприкосновении с воздухом и угольной пылью метан имеет свойства образовывать взрывоопасные смеси.

Поэтому газ угольных пластов до недавнего времени считался вредоносным и опасным попутчиком каменных углей, добываемых закрытым (подземным, шахтным) способом. При этом важнейшей проблемой при добыче угля была его дегазация, то есть устранение газа из горных выработок. Целью дегазации является снижение поступления газа в горные выработки, предотвращающее его внезапные выделения.

Различают дегазацию пассивную и активную.

При пассивной дегазации источник выделения газа в горные выработки изолируется от шахтной атмосферы, и каптированный газ выводится либо за пределы опасного участка в струю воздуха для его разжижения до допустимых предельных норм, либо выбрасывается на поверхность.

Активная дегазация предусматривает процессы сбора и изолирования газа с выводом его на поверхность вакуумными способами — специальными искробезопасными вакуумными насосами по вентиляционным каналам.

Наиболее эффективным способом активной дегазации угольных пластов считается заблаговременная дегазация на предполагаемых шахтных разработках, обычно за 3-8 лет до начала активной добычи угля. В таких случаях с поверхности бурятся вертикальные скважины, достигающие угольных пластов, а от них уже забуриваются наклонно-горизонтальные по простиранию шахтного поля.

Максимальная эффективность предварительной дегазации угольных пластов, по оценке специалистов, достигает 50-60%.

Начало было положено еще в середине 1950-х годов. А в 1961 году, впервые в мире, на одной из шахт Карагандинского угольного бассейна были осуществлены опытные испытания заблаговременной дегазации шахтного поля с обработкой пластов методом гидравлического расчленения.

В результате происходит понижение уровня содержания метана, что приводит к значительному сокращению рисков аварий.

Скважина для добычи метана из угольных пластов обычно характеризуется низкими дебитами. Для максимального увеличения площади дренирования приток из скважин интенсифицируют несколькими способами. Самым распространенным способом интенсификации является гидравлический разрыв пласта. Причем эта технология применима для разного рода условий в угольных пластах.

Гидравлический разрыв пласта проводят для образования новых или раскрытия уже существующих трещин с целью повышения проницаемости призабойной зоны пласта и увеличения производительности скважины.

В процессе гидроразрыва специальную технологическую жидкость нагнетают в пласт под высоким давлением, достаточным для того, чтобы вызвать разрыв этого пласта. На следующем этапе в жидкость разрыва добавляют расклинивающий агент — пропант. Пропант распределяется в трещинах для предотвращения их закрытия после завершения операции. В качестве расклинивающего материала используют натуральные пески и искусственные керамические пропанты. При этом в мировой практике в большинстве проводимых операций гидроразрыва применяют кварцевый песок. Это во многом обусловлено его доступностью, относительно низкой стоимостью и пригодностью для различных пластовых условий. Подача песка обязательна как во вновь созданные, так и в существовавшие в пласте трещины, раскрытые при гидроразрыве.

После добычи метан проходит очистку от механических примесей (угольной пыли; песка, использованного при гидроразрыве пласта) и других газов, а затем может быть направлен по трубопроводам к потребителю либо пройти процесс сжижения, и также может быть направлен потребителю.

Существует два основных направления химической переработки и использования метана угольных пластов:

  • прямая конверсия метана в необходимые продукты за счет получения хлорзамещенного метана — хлорметила, метиленхлорида, хлороформа, четыреххлористого углерода и ряда других продуктов, а также нитрометана;
  • поэтапная конверсия метана, через получение синтез-газа, который является первичным продуктом переработки метана. Из синтез-газа вырабатывают метанол, синтетический бензин, дизельное топливо, диметиловый эфир и другие химические продукты, которые необходимы для производства полимеров.

Метан угольных пластов — это ресурс, который становится все более значимым чистым энергоносителем, а технологии его добычи и использования — реальностью в глобальном масштабе.

Добыча метана из угольных пластов является инновационным проектом и имеет общегосударственное значение. Промышленная добыча метана угольных пластов в ведущем угледобывающем регионе России — Кузбассе — свидетельствует о создании новой газовой подотрасли, которая позволяет повысить безопасность подземной добычи угля, создать более надежную энергетическую базу и инфраструктуру для дальнейшего социально-экономического развития, дополнительные рабочие места и улучшить экологическую обстановку в регионе.

Прогнозные ресурсы метана в основных угольных бассейнах России оцениваются в 83,7 триллиона м3, что соответствует примерно трети прогнозных ресурсов природного газа страны. Особое место среди угольных бассейнов России принадлежит Кузбассу, который по праву можно считать крупнейшим из наиболее изученных метаноугольных бассейнов мира. Прогнозные ресурсы метана в кузбасском бассейне оцениваются более чем в 13 триллиона м3.

Данная оценка ресурсов углей и метана соответствует глубине 1 800–2 000 м. Большие глубины угольного бассейна сохраняют на отдаленную перспективу огромное количество метана, которое оценивается в 20 триллионов м3. Такая сырьевая база Кузбасса обеспечивает возможность крупномасштабной добычи метана (вне шахтных полей) как самостоятельного полезного ископаемого.

Необходимость организации метаноугольных промыслов в Кузбассе обусловлена следующими факторами:

  • наличием крупномасштабных залежей метана в угольных бассейнах России;
  • наличием современных передовых эффективных технологий промысловой добычи метана из угольных пластов, широко применяемых в последние годы за рубежом;
  • наличием в России научно-технического потенциала, способного координировать и осуществлять научные разработки по данной теме.

Среди регионов России, не обеспеченных в достаточном объеме газовым топливом, ряд угледобывающих регионов мог бы полностью покрыть свои потребности в газе за счет широкомасштабной добычи метана из угольных пластов. Кроме того, добыча и использование газа улучшит экологическую обстановку, снизит газоопасность добычи угля и создаст новые рабочие места на газовых промыслах и газоперерабатывающих предприятиях.

Mining-info.ru,
gazprom.ru


СГИ Тимофеева