Petróleo y gas

Hidrato de metano



El recurso de gas natural más grande del mundo está atrapado debajo del permafrost y los sedimentos oceánicos.


Hidrato de metano: A la izquierda hay un modelo de bola y palo de hidrato de metano que muestra la molécula central de metano rodeada por una "jaula" de moléculas de agua. Otras moléculas de hidrocarburos como el pentano y el etano pueden ocupar la posición central en esta estructura. (Imagen del Departamento de Energía de los Estados Unidos). A la derecha hay una muestra ardiente de hielo de hidrato de metano (imagen del Servicio Geológico de los Estados Unidos).

¿Metano hidrato "cemento" en conglomerado ?: Esta foto muestra una muestra central de la zona de hidrato de metano en el pozo de prueba Mallik. Este pozo penetra en los depósitos de permafrost en el área del Delta del río Mackenzie de Canadá. Esta porción del núcleo muestra gravas cementadas en un "conglomerado" por el hielo de hidrato de metano. Haga clic para ampliar la imagen.

¿El próximo "cambio de juego" de energía?

A medida que el gas natural del esquisto se convierte en un "cambiador de juego" energético mundial, los investigadores de petróleo y gas están trabajando para desarrollar nuevas tecnologías para producir gas natural a partir de depósitos de hidrato de metano. Esta investigación es importante porque se cree que los depósitos de hidrato de metano son un recurso de hidrocarburos más grande que todos los recursos mundiales de petróleo, gas natural y carbón combinados. 1 Si estos depósitos pueden desarrollarse eficiente y económicamente, el hidrato de metano podría convertirse en el próximo cambiador de energía.

Se han encontrado enormes cantidades de hidrato de metano debajo del permafrost ártico, debajo del hielo antártico y en depósitos sedimentarios a lo largo de los márgenes continentales en todo el mundo. En algunas partes del mundo están mucho más cerca de las áreas de alta población que cualquier campo de gas natural. Estos depósitos cercanos podrían permitir que los países que actualmente importan gas natural se vuelvan autosuficientes. El desafío actual es inventariar este recurso y encontrar formas seguras y económicas de desarrollarlo.

Tabla de estabilidad del hidrato de metano: Este diagrama de fase muestra la profundidad del agua (presión) en el eje vertical y la temperatura en el eje horizontal. Las líneas discontinuas separan los campos de estabilidad de agua, hielo de agua, gas e hidrato de gas. La línea denominada "transición de hidrato a gas" es significativa. Las condiciones para la formación de hidrato de metano ocurren debajo de esta línea. Por encima de esta línea no se formará hidrato de metano. La línea roja traza una geoterma (el cambio de temperatura con la profundidad en un lugar específico). Observe cómo, a medida que aumenta la profundidad, la geoterma cruza la línea de transición de hidrato a gas. Esto significa que el hidrato de gas en los sedimentos generalmente se superpone al gas libre. Gráfico modificado después de NOAA. 4 4

¿Qué es el hidrato de metano?

El hidrato de metano es un sólido cristalino que consiste en una molécula de metano rodeada por una jaula de moléculas de agua entrelazadas (ver imagen en la parte superior de esta página). El hidrato de metano es un "hielo" que solo ocurre naturalmente en depósitos subterráneos donde las condiciones de temperatura y presión son favorables para su formación. Estas condiciones se ilustran en el diagrama de fases de esta página.

Si se elimina el hielo de este entorno de temperatura / presión, se vuelve inestable. Por esta razón, los depósitos de hidrato de metano son difíciles de estudiar. No se pueden perforar y extraer para su estudio como otros materiales subterráneos porque a medida que se llevan a la superficie, la presión se reduce y la temperatura aumenta. Esto hace que el hielo se derrita y el metano se escape.

Varios otros nombres se usan comúnmente para el hidrato de metano. Estos incluyen: clatrato de metano, hidrometano, hielo de metano, hielo de fuego, hidrato de gas natural e hidrato de gas. La mayoría de los depósitos de hidrato de metano también contienen pequeñas cantidades de otros hidratos de hidrocarburos. Estos incluyen el hidrato de propano y el hidrato de etano.

Mapa de hidrato de metano: Este mapa es una versión generalizada de ubicaciones en el inventario global de USGS de la base de datos de ocurrencia de hidratos de gas natural. 2

Mapa de hidratos de gas: Uno de los depósitos de hidratos de gas más estudiados es Blake Ridge, en alta mar en Carolina del Norte y Carolina del Sur. Los desafíos de producir metano a partir de este depósito son el alto contenido de arcilla y la baja concentración de metano. 3 Este mapa es un ejemplo de la proximidad de los depósitos del margen continental a los mercados potenciales de gas natural. Imagen de NOAA. 4 4

Laboratorio de hidratos de gas USGS: Este video lo lleva de visita al Laboratorio de Hidratos de Gas de USGS, donde los investigadores realizan experimentos con muestras de hidratos de gas recolectados de las áreas de los márgenes polares y continentales. También crean hidratos de gas sintéticos y realizan experimentos para determinar sus propiedades químicas y físicas.

¿Dónde están los depósitos de hidrato de metano?

Cuatro ambientes terrestres tienen las condiciones de temperatura y presión adecuadas para la formación y estabilidad del hidrato de metano. Estos son: 1) unidades de sedimentos y rocas sedimentarias debajo del permafrost ártico; 2) depósitos sedimentarios a lo largo de los márgenes continentales; 3) sedimentos en aguas profundas de lagos y mares continentales; y 4) bajo hielo antártico. 10. Con la excepción de los depósitos antárticos, las acumulaciones de hidrato de metano no son muy profundas debajo de la superficie de la Tierra. En la mayoría de las situaciones, el hidrato de metano se encuentra a unos cientos de metros de la superficie del sedimento.

Modelos de depósitos de hidrato de metano: Modelos de depósitos para depósitos de hidrato de metano en los márgenes continentales y bajo permafrost. 7 7

En estos ambientes, el hidrato de metano ocurre en el sedimento como capas, nódulos y cementos intergranulares. Los depósitos a menudo son tan densos y persistentes lateralmente que crean una capa impermeable que atrapa el gas natural que se mueve hacia arriba desde abajo.

En 2008, el Servicio Geológico de los Estados Unidos estimó el recurso total de hidratos de gas sin descubrir para el área de la vertiente norte de Alaska. Estiman que el recurso total de gas natural no descubierto en forma de hidrato de gas oscila entre 25,2 y 157,8 billones de pies cúbicos. Debido a que se han perforado muy pocos pozos a través de las acumulaciones de hidratos de gas, las estimaciones tienen un nivel muy alto de incertidumbre. 5 5

Laboratorio de hidratos de gas USGS: Este video lo lleva de visita al Laboratorio de Hidratos de Gas de USGS, donde los investigadores realizan experimentos con muestras de hidratos de gas recolectados de las áreas de los márgenes polares y continentales. También crean hidratos de gas sintéticos y realizan experimentos para determinar sus propiedades químicas y físicas.

Hidrato de gas bien: Ignik Sikumi # 1 pozo de hidrato de gas en la vertiente norte de Alaska. Una evaluación de recursos de hidratos de gas del USGS determinó que North Slope tiene un extenso recurso de hidratos de gas atrapado debajo del permafrost. Foto del Departamento de Energía.

Ignik Sikumi: Este video lo lleva a una visita al ensayo de campo de hidratos de gas Ignik Sikumi, un pozo en la vertiente norte de Alaska que produce gas natural a partir de hidratos de gas debajo del permafrost. El logro realizado aquí fue liberar el metano reemplazándolo con dióxido de carbono, sin derretir el hidrato de gas.

¿Dónde se produce hoy el hidrato de metano?

Hasta la fecha no ha habido producción comercial de metano a gran escala a partir de depósitos de hidratos de gas. Toda la producción ha sido a pequeña escala o experimental.

A principios de 2012, un proyecto conjunto entre Estados Unidos y Japón produjo un flujo constante de metano mediante la inyección de dióxido de carbono en la acumulación de hidrato de metano. El dióxido de carbono reemplazó al metano en la estructura del hidrato y liberó el metano para que fluyera a la superficie. Esta prueba fue significativa porque permitió la producción de metano sin las inestabilidades asociadas con un hidrato de gas de fusión. 6 6

Los depósitos de hidrato de metano más probables que se seleccionarán para el primer desarrollo tendrán las siguientes características: 1) altas concentraciones de hidrato; 2) reservorio de rocas con alta permeabilidad; y 3) ubicaciones donde existe una infraestructura existente. 7 Los depósitos que cumplan con estas características probablemente se ubicarán en la ladera norte de Alaska o en el norte de Rusia.

Ignik Sikumi: Este video lo lleva a una visita al ensayo de campo de hidratos de gas Ignik Sikumi, un pozo en la vertiente norte de Alaska que produce gas natural a partir de hidratos de gas debajo del permafrost. El logro realizado aquí fue liberar el metano reemplazándolo con dióxido de carbono, sin derretir el hidrato de gas.

Fusión de hidratos de gas: Cuando se perforan pozos de petróleo a través de sedimentos que contienen hidrato, la temperatura cálida del aceite que se mueve hacia arriba a través de la zona de hidrato congelado puede causar la fusión. Esto puede resultar en falla del pozo. Las tuberías calientes que corren sobre afloramientos de hidratos congelados también son un peligro. 8 imagen USGS.

Peligros del hidrato de metano

Los hidratos de metano son sedimentos sensibles. Pueden disociarse rápidamente con un aumento de la temperatura o una disminución de la presión. Esta disociación produce metano y agua libres. La conversión de un sedimento sólido en líquidos y gases creará una pérdida de soporte y resistencia al corte. Estos pueden causar hundimiento de submarinos, deslizamientos de tierra o hundimientos que pueden dañar el equipo de producción y las tuberías. 7 7

El metano es un poderoso gas de efecto invernadero. Las temperaturas más cálidas del Ártico podrían provocar la fusión gradual de los hidratos de gas por debajo del permafrost. El calentamiento de los océanos podría causar la fusión gradual de los hidratos de gas cerca de la interfaz sedimento-agua. Aunque muchos informes de noticias han presentado esto como una posible catástrofe, la investigación del USGS ha determinado que los hidratos de gas están contribuyendo actualmente al metano atmosférico total y que es improbable que una fusión catastrófica de depósitos de hidratos inestables envíe grandes cantidades de metano a la atmósfera. 9 9

¿Sabías? El hidrato de metano tiene una concentración muy alta de metano. Si derrite un bloque de hidrato de metano de un metro cúbico, se liberarán unos 160 metros cúbicos de metano gaseoso.
Referencias del hidrato de metano
1 Laboratorio de hidratos de gas USGS: Stephen Wessells, Laura Stern, Steve Kirby; Video de la Galería Multimedia del Servicio Geológico de los Estados Unidos, 2012.
2 Un inventario global de la ocurrencia de hidratos de gas natural: Keith A. Kvenvolden y Thomas D. Lorenson, Pacific Coastal & Marine Science Center, Servicio Geológico de los Estados Unidos.
3 Hidratos de gas natural: una revisión: Timothy S. Collett, Arthur H. Johnson, Camelia C. Knapp, Ray Boswell; Hidratos de gas natural. Potencial de recursos energéticos y riesgos geológicos asociados: AAPG Memoir 89, p. 146-219, 2009.
4 Hidratos de gas costa afuera del sudeste de los Estados Unidos: Carolyn Ruppel, Instituto de Tecnología de Georgia, sitio web NOAA Ocean Explorer, último acceso en noviembre de 2016.
5 Evaluación de los recursos de hidratos de gas en la vertiente norte, Alaska, 2008: United States Geological Survey, Fact Sheet 2008-3073, octubre de 2008.
6 Estados Unidos y Japón completan con éxito la prueba de campo de las tecnologías de producción de hidrato de metano: Comunicado de prensa del Departamento de Energía de los Estados Unidos, 2 de mayo de 2012.
7 Potencial de recursos energéticos del hidrato de metano: Una introducción al potencial científico y energético de un recurso único; publicación del Laboratorio Nacional de Tecnología Energética, Departamento de Energía de los Estados Unidos, febrero de 2011.
8 Resultados de la propiedad térmica de fase pura: hidrato de metano sI: Woods Hole Science Center, Servicio Geológico de los Estados Unidos, 2007.
9 Hidratos de Gas y Calentamiento Climático - Por qué es improbable una catástrofe de metano: Carolyn Ruppel y Diane Noserale, Servicio Geológico de los Estados Unidos, Boletín Sound Waves, mayo / junio de 2012.
10 Estudio sugiere grandes depósitos de metano debajo de la capa de hielo antártico: Tim Stephens, comunicado de prensa, Universidad de California Santa Cruz, 29 de agosto de 2012.

Enorme potencial

Aunque las acumulaciones de hidrato de metano se encuentran en entornos difíciles y presentan numerosos desafíos técnicos, están ampliamente distribuidas y son la mayor fuente de hidrocarburos en la Tierra. Se podría desarrollar una variedad de tecnologías para producirlas utilizando la reducción de presión, el intercambio iónico y otros procesos que aprovechan sus propiedades químicas y físicas únicas. Los Estados Unidos, Canadá, Japón e India tienen vigorosos programas de investigación que trabajan para descubrir tecnologías viables para producir hidratos de gas. El hidrato de metano probablemente jugará un papel importante en nuestro futuro mix energético.

Ver el vídeo: Hidrato de Metano: el "oro submarino" (Junio 2020).