Óleo e gás

Hidrato de metano



O maior recurso de gás natural do mundo está preso sob permafrost e sedimentos oceânicos.


Hidrato de metano: À esquerda, está um modelo de hidrato de metano, em forma de bola e bastão, mostrando a molécula central de metano cercada por uma "gaiola" de moléculas de água. Outras moléculas de hidrocarbonetos, como pentano e etano, podem ocupar a posição central nessa estrutura. (Imagem do Departamento de Energia dos Estados Unidos). À direita, está uma amostra ardente de gelo de hidrato de metano (imagem do United States Geological Survey).

"Cimento" de hidrato de metano no conglomerado ?: Esta foto mostra uma amostra principal da zona de hidrato de metano no poço de teste de Mallik. Esse poço penetra os depósitos de permafrost na área do Delta do Rio Mackenzie, no Canadá. Essa parte do núcleo mostra cascalhos cimentados em um "conglomerado" pelo gelo de hidrato de metano. Clique para ampliar a imagem.

A próxima energia "Game Changer"?

À medida que o gás natural do xisto se torna uma "mudança no jogo" da energia global, os pesquisadores de petróleo e gás estão trabalhando para desenvolver novas tecnologias para produzir gás natural a partir de depósitos de hidrato de metano. Esta pesquisa é importante porque acredita-se que os depósitos de hidrato de metano sejam um recurso de hidrocarboneto maior do que todos os recursos mundiais de petróleo, gás natural e carvão juntos. 1 Se esses depósitos puderem ser desenvolvidos de maneira eficiente e econômica, o hidrato de metano pode se tornar o próximo fator de mudança de energia.

Quantidades enormes de hidrato de metano foram encontradas sob o permafrost do Ártico, sob o gelo da Antártica e em depósitos sedimentares ao longo das margens continentais em todo o mundo. Em algumas partes do mundo, eles estão muito mais próximos de áreas de alta população do que qualquer campo de gás natural. Esses depósitos próximos podem permitir que os países que atualmente importam gás natural se tornem auto-suficientes. O desafio atual é inventariar esse recurso e encontrar maneiras seguras e econômicas de desenvolvê-lo.

Tabela de estabilidade do hidrato de metano: Este diagrama de fases mostra a profundidade da água (pressão) no eixo vertical e a temperatura no eixo horizontal. As linhas tracejadas separam os campos de estabilidade da água, gelo d'água, gás e hidrato de gás. A linha denominada "transição de hidrato para gás" é significativa. As condições para a formação de hidrato de metano ocorrem abaixo desta linha. Acima desta linha, o hidrato de metano não se formará. A linha vermelha traça uma geotérmica (a mudança de temperatura com profundidade em um local específico). Observe como, à medida que a profundidade aumenta, a geotérmica cruza a linha de transição de hidrato para gás. Isso significa que o hidrato de gás nos sedimentos geralmente cobre o gás livre. Gráfico modificado após NOAA. 4

O que é hidrato de metano?

O hidrato de metano é um sólido cristalino que consiste em uma molécula de metano cercada por uma gaiola de moléculas de água interligadas (veja a imagem no topo desta página). O hidrato de metano é um "gelo" que ocorre apenas naturalmente em depósitos subterrâneos, onde as condições de temperatura e pressão são favoráveis ​​à sua formação. Essas condições são ilustradas no diagrama de fases nesta página.

Se o gelo for removido desse ambiente de temperatura / pressão, ele se tornará instável. Por esse motivo, é difícil estudar os depósitos de hidrato de metano. Eles não podem ser perfurados e perfurados para estudo como outros materiais subterrâneos porque, à medida que são trazidos à superfície, a pressão é reduzida e a temperatura aumenta. Isso faz com que o gelo derreta e o metano escape.

Vários outros nomes são comumente usados ​​para hidrato de metano. Estes incluem: clatrato de metano, hidrometano, gelo de metano, gelo de fogo, hidrato de gás natural e hidrato de gás. A maioria dos depósitos de hidrato de metano também contém pequenas quantidades de outros hidratos de hidrocarbonetos. Estes incluem hidrato de propano e hidrato de etano.

Mapa de hidrato de metano: Esse mapa é uma versão generalizada dos locais no inventário global do USGS do banco de dados de ocorrência de hidrato de gás natural. 2

Mapa de hidrato de gás: Um dos depósitos de hidrato de gás mais amplamente estudados é Blake Ridge, na costa da Carolina do Norte e Carolina do Sul. Os desafios da produção de metano a partir desse depósito são o alto teor de argila e a baixa concentração de metano. 3 Este mapa é um exemplo da proximidade de depósitos de margem continental com possíveis mercados de gás natural. Imagem de NOAA. 4

Laboratório de Hidratos de Gás USGS: Este vídeo leva você a uma visita ao Laboratório de Hidratos de Gás da USGS, onde pesquisadores realizam experimentos com amostras de hidratos de gás coletados em áreas de margens polares e continentais. Eles também criam hidratos gasosos sintéticos e realizam experimentos para determinar suas propriedades químicas e físicas.

Onde estão os depósitos de hidrato de metano?

Quatro ambientes terrestres têm as condições de temperatura e pressão adequadas para a formação e estabilidade do hidrato de metano. São eles: 1) unidades de sedimentos e rochas sedimentares abaixo do permafrost do Ártico; 2) depósitos sedimentares ao longo das margens continentais; 3) sedimentos em águas profundas de lagos e mares interiores; e 4) sob gelo antártico. 10. Com exceção dos depósitos antárticos, as acumulações de hidrato de metano não são muito profundas abaixo da superfície da Terra. Na maioria das situações, o hidrato de metano fica a algumas centenas de metros da superfície do sedimento.

Modelos de depósito de hidrato de metano: Modelos de depósito para depósitos de hidrato de metano nas margens continentais e sob permafrost. 7

Nesses ambientes, o hidrato de metano ocorre no sedimento como camadas, nódulos e cimentos intergranulares. Os depósitos geralmente são tão densos e lateralmente persistentes que criam uma camada impermeável que retém o gás natural que se move para cima por baixo.

Em 2008, o Serviço Geológico dos Estados Unidos estimou o recurso total de hidrato de gás não descoberto para a área da encosta norte do Alasca. Eles estimam que o recurso total não descoberto de gás natural na forma de hidrato de gás varia entre 25,2 e 157,8 trilhões de pés cúbicos. Como muito poucos poços foram perfurados através das acumulações de hidrato de gás, as estimativas têm um nível muito alto de incerteza. 5

Laboratório de Hidratos de Gás USGS: Este vídeo leva você a uma visita ao Laboratório de Hidratos de Gás da USGS, onde pesquisadores realizam experimentos com amostras de hidratos de gás coletados em áreas de margens polares e continentais. Eles também criam hidratos gasosos sintéticos e realizam experimentos para determinar suas propriedades químicas e físicas.

Poço de hidrato de gás: O gás Ignik Sikumi nº 1 hidrata-se bem na encosta norte do Alasca. Uma avaliação do recurso de hidrato de gás do USGS determinou que o North Slope tem um extenso recurso de hidrato de gás preso abaixo do permafrost. Foto do Departamento de Energia.

Ignik Sikumi: Este vídeo leva você a uma visita ao teste de campo de hidrato de gás Ignik Sikumi, um poço na encosta norte do Alasca que produzia gás natural a partir de hidratos de gás abaixo do permafrost. O feito feito aqui foi liberar o metano, substituindo-o por dióxido de carbono - sem derreter o hidrato de gás.

Onde é produzido o hidrato de metano hoje?

Até o momento, não houve produção comercial de metano em larga escala a partir de depósitos de hidrato de gás. Toda a produção foi em pequena escala ou experimental.

No início de 2012, um projeto conjunto entre os Estados Unidos e o Japão produziu um fluxo constante de metano injetando dióxido de carbono no acúmulo de hidrato de metano. O dióxido de carbono substituiu o metano na estrutura de hidrato e liberou o metano para fluir para a superfície. Esse teste foi significativo porque permitiu a produção de metano sem as instabilidades associadas ao hidrato de gás derretido. 6

Os depósitos de hidrato de metano mais prováveis ​​a serem selecionados para o primeiro desenvolvimento terão as seguintes características: 1) altas concentrações de hidrato; 2) rochas de reservatório com alta permeabilidade; e 3) locais onde existe uma infraestrutura existente. 7 Depósitos que atendam a essas características provavelmente estarão localizados na encosta norte do Alasca ou no norte da Rússia.

Ignik Sikumi: Este vídeo leva você a uma visita ao teste de campo de hidrato de gás Ignik Sikumi, um poço na encosta norte do Alasca que produzia gás natural a partir de hidratos de gás abaixo do permafrost. O feito feito aqui foi liberar o metano, substituindo-o por dióxido de carbono - sem derreter o hidrato de gás.

Derretimento do hidrato de gás: Quando os poços de petróleo são perfurados através de sedimentos contendo hidratos, a temperatura quente do óleo subindo pela zona de hidratos congelados pode causar o derretimento. Isso pode resultar em falha do poço. Tubulações quentes que passam por afloramentos de hidratos congelados também são um perigo. 8 imagem USGS.

Riscos de hidrato de metano

Hidratos de metano são sedimentos sensíveis. Eles podem se dissociar rapidamente com um aumento de temperatura ou uma diminuição de pressão. Essa dissociação produz metano e água livres. A conversão de um sedimento sólido em líquidos e gases criará uma perda de suporte e resistência ao cisalhamento. Isso pode causar quedas submarinas, deslizamentos de terra ou subsidência que podem danificar equipamentos de produção e tubulações. 7

O metano é um poderoso gás de efeito estufa. Temperaturas do Ártico mais quentes podem resultar em derretimento gradual de hidratos gasosos abaixo do permafrost. O aquecimento do oceano pode causar o derretimento gradual de hidratos de gás perto da interface água-sedimento. Embora muitas notícias tenham apresentado isso como uma potencial catástrofe, a pesquisa do USGS determinou que os hidratos de gás estão atualmente contribuindo para o metano atmosférico total e que é improvável que um derretimento catastrófico de depósitos instáveis ​​de hidrato envie grandes quantidades de metano para a atmosfera. 9

Você sabia? O hidrato de metano tem uma concentração muito alta de metano. Se você derreter um bloco de um metro cúbico de hidrato de metano, serão liberados cerca de 160 metros cúbicos de metano gasoso.
Referências sobre hidrato de metano
1 Laboratório de Hidratos de Gás USGS: Stephen Wessells, Laura Stern, Steve Kirby; Vídeo da Galeria Multimídia da Pesquisa Geológica dos Estados Unidos, 2012.
2 Um inventário global da ocorrência de hidrato de gás natural: Keith A. Kvenvolden e Thomas D. Lorenson, Centro de Ciências Litorâneas e Marinhas do Pacífico, Pesquisa Geológica dos Estados Unidos.
3 Hidratos de Gás Natural: Uma Revisão: Timothy S. Collett, Arthur H. Johnson, Camelia C. Knapp, Ray Boswell; Hidratos de gás natural - Potencial de recursos energéticos e riscos geológicos associados: AAPG Memoir 89, p. 146-219, 2009.
4 Hidratos de gás offshore no sudeste dos Estados Unidos: Carolyn Ruppel, Instituto de Tecnologia da Geórgia, site do NOAA Ocean Explorer, acessado pela última vez em novembro de 2016.
5 Avaliação dos recursos de hidrato de gás na encosta norte, Alasca, 2008: Pesquisa Geológica dos Estados Unidos, Fact Sheet 2008-3073, outubro de 2008.
6 EUA e Japão concluem teste de campo bem-sucedido de tecnologias de produção de hidrato de metano: Comunicado de imprensa do Departamento de Energia dos Estados Unidos, 2 de maio de 2012.
7 Potencial de Recursos Energéticos do Hidrato de Metano: Uma introdução ao potencial científico e energético de um recurso único; publicação pelo Laboratório Nacional de Tecnologia de Energia, Departamento de Energia dos Estados Unidos, fevereiro de 2011.
8 Resultados das propriedades térmicas da fase pura: sI Hidrato de metano: Woods Hole Science Center, Estados Unidos Geological Survey, 2007.
9 Hidratos de gás e aquecimento climático - Por que uma catástrofe de metano é improvável: Carolyn Ruppel e Diane Noserale, Pesquisa Geológica dos Estados Unidos, Boletim da Sound Waves, maio / junho de 2012.
10 Estudo sugere grandes reservatórios de metano sob a camada de gelo da Antártica: Tim Stephens, comunicado de imprensa, University of California Santa Cruz, 29 de agosto de 2012.

Potencial Enorme

Embora as acumulações de hidrato de metano estejam localizadas em ambientes difíceis e apresentem numerosos desafios técnicos, elas são amplamente distribuídas e a maior fonte de hidrocarbonetos da Terra. Uma variedade de tecnologias poderia ser desenvolvida para produzi-las usando redução de pressão, troca iônica e outros processos que tiram vantagem de suas propriedades físicas e químicas exclusivas. Estados Unidos, Canadá, Japão e Índia, todos têm vigorosos programas de pesquisa trabalhando para descobrir tecnologias viáveis ​​para a produção de hidratos gasosos. O hidrato de metano provavelmente terá um papel importante em nosso futuro mix de energia.

Assista o vídeo: Nova Fonte de Energia METANO SÓLIDO (Abril 2020).