Minyak dan gas

Metana Hidrat

Metana Hidrat



Sumber daya gas alam terbesar di dunia terperangkap di bawah permafrost dan sedimen laut.


Metana hidrat: Di sebelah kiri adalah model bola-dan-stick metana hidrat yang menunjukkan molekul metana pusat yang dikelilingi oleh "kurungan" molekul air. Molekul hidrokarbon lain seperti pentana dan etana dapat menempati posisi sentral dalam struktur ini. (Gambar Departemen Energi Amerika Serikat). Di sebelah kanan adalah spesimen terbakar es metana hidrat (gambar United States Geological Survey).

Metana hidrat "semen" dalam konglomerat ?: Foto ini menunjukkan sampel inti zona hidrat metana di Sumur Uji Mallik. Sumur ini menembus permafrost di daerah Delta Sungai Mackenzie Kanada. Bagian inti ini menunjukkan kerikil yang disemen menjadi "konglomerat" oleh es metana hidrat. Klik untuk memperbesar gambar.

"Game Changer" Energi Selanjutnya?

Ketika gas alam dari serpih menjadi "pengubah permainan" energi global, "para peneliti minyak dan gas bekerja untuk mengembangkan teknologi baru untuk menghasilkan gas alam dari deposit metana hidrat. Penelitian ini penting karena simpanan metana hidrat diyakini sebagai sumber hidrokarbon yang lebih besar dari gabungan semua minyak, gas alam, dan batubara. 1 Jika endapan ini dapat dikembangkan secara efisien dan ekonomis, metana hidrat dapat menjadi pengubah permainan energi berikutnya.

Sejumlah besar hidrat metana telah ditemukan di bawah lapisan es Kutub Utara, di bawah es Antartika, dan dalam endapan sedimen di sepanjang batas benua di seluruh dunia. Di beberapa bagian dunia mereka jauh lebih dekat ke daerah berpenduduk tinggi daripada ladang gas alam mana pun. Deposito di dekatnya mungkin memungkinkan negara-negara yang saat ini mengimpor gas alam menjadi swasembada. Tantangan saat ini adalah menginventarisasi sumber daya ini dan menemukan cara yang aman dan ekonomis untuk mengembangkannya.

Bagan stabilitas hidrat metana: Diagram fase ini menunjukkan kedalaman air (tekanan) pada sumbu vertikal dan suhu pada sumbu horizontal. Garis putus-putus memisahkan bidang stabilitas air, es air, gas dan hidrat gas. Garis berlabel "transisi hidrat ke gas" adalah signifikan. Kondisi untuk pembentukan metana hidrat terjadi di bawah garis ini. Di atas garis ini metana hidrat tidak akan terbentuk. Garis merah melacak geoterm (perubahan suhu dengan kedalaman di lokasi tertentu). Perhatikan bagaimana, seiring meningkatnya kedalaman, geoterm melintasi jalur transisi hidrat ke gas. Ini berarti bahwa gas hidrat dalam sedimen biasanya menutupi gas bebas. Grafik dimodifikasi setelah NOAA. 4

Apa itu Metana Hidrat?

Metana hidrat adalah padatan kristalin yang terdiri dari molekul metana yang dikelilingi oleh sangkar molekul air yang saling mengunci (lihat gambar di bagian atas halaman ini). Metana hidrat adalah "es" yang hanya terjadi secara alami pada endapan di bawah permukaan di mana kondisi suhu dan tekanan menguntungkan untuk pembentukannya. Kondisi ini diilustrasikan dalam diagram fase pada halaman ini.

Jika es dihilangkan dari lingkungan suhu / tekanan ini, es menjadi tidak stabil. Karena itulah endapan metana hidrat sulit dipelajari. Mereka tidak dapat dibor dan dibuang untuk dipelajari seperti bahan bawah permukaan lainnya karena ketika mereka dibawa ke permukaan, tekanan berkurang dan suhu naik. Ini menyebabkan es mencair dan metana terlepas.

Beberapa nama lain biasanya digunakan untuk metana hidrat. Ini termasuk: metana klatrat, hidrometana, es metana, es api, hidrat gas alam, dan gas hidrat. Kebanyakan simpanan metana hidrat juga mengandung sejumlah kecil hidrokarbon hidrat lainnya. Ini termasuk propana hidrat dan etana hidrat.

Metana hidrat peta: Peta ini adalah versi umum dari lokasi dalam inventaris global USGS dari database kejadian hidrat gas alam. 2

Peta hidrat gas: Salah satu deposit hidrat gas yang paling banyak dipelajari adalah Blake Ridge, lepas pantai North Carolina dan South Carolina. Tantangan menghasilkan metana dari endapan ini adalah kandungan liat yang tinggi dan konsentrasi metana yang rendah. 3 Peta ini adalah contoh kedekatan simpanan margin kontinental dengan pasar gas alam potensial. Gambar oleh NOAA. 4

Laboratorium Hidrasi Gas USGS: Video ini membawa Anda pada kunjungan ke USGS Gas Hydrates Lab di mana para peneliti melakukan percobaan pada sampel hidrat gas yang dikumpulkan dari daerah margin kutub dan benua. Mereka juga membuat hidrat gas sintetis dan melakukan percobaan untuk menentukan sifat kimia dan fisiknya.

Di mana Endapan Hidrat Metana?

Empat lingkungan Bumi memiliki kondisi suhu dan tekanan yang cocok untuk pembentukan dan stabilitas hidrat metana. Ini adalah: 1) unit sedimen dan batuan sedimen di bawah lapisan es Kutub Utara; 2) endapan sedimen di sepanjang batas benua; 3) sedimen danau dan laut pedalaman yang dalam; dan, 4) di bawah es Antartika. 10. Dengan pengecualian deposit Antartika, akumulasi hidrat metana tidak terlalu jauh di bawah permukaan bumi. Dalam kebanyakan situasi, metana hidrat berada dalam beberapa ratus meter dari permukaan sedimen.

Model deposit hidrat metana: Model deposit untuk deposit hidrat metana di margin kontinental dan di bawah permafrost. 7

Dalam lingkungan ini metana hidrat terjadi di sedimen sebagai lapisan, nodul, dan semen intergranular. Deposito sering kali sangat padat dan bertahan lama sehingga membentuk lapisan kedap air yang memerangkap gas alam bergerak ke atas dari bawah.

Pada tahun 2008, Survei Geologi Amerika Serikat memperkirakan total sumber daya hidrat gas yang belum ditemukan untuk daerah Lereng Utara Alaska. Mereka memperkirakan bahwa total sumber daya gas alam yang belum ditemukan dalam bentuk gas hidrat berkisar antara 25,2 dan 157,8 triliun kaki kubik. Karena sangat sedikit sumur yang telah dibor melalui akumulasi hidrat gas, perkiraan tersebut memiliki tingkat ketidakpastian yang sangat tinggi. 5

Laboratorium Hidrasi Gas USGS: Video ini membawa Anda pada kunjungan ke USGS Gas Hydrates Lab di mana para peneliti melakukan percobaan pada sampel hidrat gas yang dikumpulkan dari daerah margin kutub dan benua. Mereka juga membuat hidrat gas sintetis dan melakukan percobaan untuk menentukan sifat kimia dan fisiknya.

Sumur gas hidrat: Gas Ignik Sikumi # 1 terhidrasi dengan baik di Lereng Utara Alaska. Penilaian sumber daya hidrat gas USGS menentukan bahwa Lereng Utara memiliki sumber daya hidrat gas luas yang terperangkap di bawah lapisan es. Foto Departemen Energi.

Ignik Sikumi: Video ini membawa Anda pada kunjungan ke uji coba lapangan hidrat gas Ignik Sikumi, sebuah sumur di Lereng Utara Alaska yang menghasilkan gas alam dari hidrat gas di bawah lapisan es. Prestasi yang dibuat di sini adalah membebaskan metana dengan menggantinya dengan karbon dioksida - tanpa melelehkan hidrat gas.

Di mana Metana Hidrat Diproduksi Hari Ini?

Sampai saat ini belum ada produksi metana komersial skala besar dari simpanan hidrat gas. Semua produksi baik skala kecil atau eksperimental.

Pada awal 2012, proyek bersama antara Amerika Serikat dan Jepang menghasilkan aliran metana yang stabil dengan menyuntikkan karbon dioksida ke dalam akumulasi hidrat metana. Karbon dioksida menggantikan metana dalam struktur hidrat dan membebaskan metana untuk mengalir ke permukaan. Tes ini signifikan karena memungkinkan produksi metana tanpa ketidakstabilan yang terkait dengan hidrat gas leleh. 6

Endapan hidrat metana yang paling mungkin dipilih untuk pengembangan pertama akan memiliki karakteristik sebagai berikut: 1) konsentrasi hidrat yang tinggi; 2) batuan reservoir dengan permeabilitas tinggi; dan, 3) lokasi di mana ada infrastruktur yang ada. 7 Deposit yang memenuhi karakteristik ini kemungkinan akan terletak di Lereng Utara Alaska atau di Rusia utara.

Ignik Sikumi: Video ini membawa Anda pada kunjungan ke uji coba lapangan hidrat gas Ignik Sikumi, sebuah sumur di Lereng Utara Alaska yang menghasilkan gas alam dari hidrat gas di bawah lapisan es. Prestasi yang dibuat di sini adalah membebaskan metana dengan menggantinya dengan karbon dioksida - tanpa melelehkan hidrat gas.

Mencairkan hidrat gas: Ketika sumur minyak dibor melalui sedimen yang mengandung hidrat, suhu hangat dari minyak yang bergerak naik melalui zona hidrat beku dapat menyebabkan peleburan. Ini bisa mengakibatkan kegagalan sumur. Pipa hangat yang mengalir di atas singkapan hidrat beku juga merupakan bahaya. 8 gambar USGS.

Bahaya Hidrat Metana

Metana hidrat adalah sedimen yang sensitif. Mereka dapat dengan cepat berdisosiasi dengan peningkatan suhu atau penurunan tekanan. Disosiasi ini menghasilkan metana dan air gratis. Konversi dari sedimen padat menjadi cairan dan gas akan membuat kehilangan dukungan dan kekuatan geser. Ini dapat menyebabkan kapal selam, tanah longsor, atau amblesan yang dapat merusak peralatan produksi dan jaringan pipa. 7

Metana adalah gas rumah kaca yang kuat. Temperatur Arktik yang lebih hangat dapat menyebabkan melelehnya hidrat gas secara bertahap di bawah permafrost. Lautan yang menghangat dapat menyebabkan pencairan gas hidrat secara bertahap di dekat antarmuka sedimen-air. Meskipun banyak laporan berita telah menyajikan ini sebagai potensi bencana, penelitian USGS telah menentukan bahwa hidrat gas saat ini berkontribusi terhadap metana atmosfer total dan bahwa pelelehan besar dari endapan hidrat yang tidak stabil tidak mungkin mengirim sejumlah besar metana ke atmosfer. 9

Tahukah kamu? Metana hidrat memiliki konsentrasi metana yang sangat tinggi. Jika Anda mencairkan satu blok meter kubik metana hidrat, sekitar 160 meter kubik gas metana akan dilepaskan.
Referensi Metana Hidrat
1 Laboratorium Hidrasi Gas USGS: Stephen Wessells, Laura Stern, Steve Kirby; Video Galeri Multimedia Survei Geologi Amerika Serikat, 2012.
2 Inventarisasi Global dari Kejadian Hidrasi Gas Bumi: Keith A. Kvenvolden dan Thomas D. Lorenson, Pusat Ilmu Kelautan & Pesisir Pasifik, Survei Geologi Amerika Serikat.
3 Natural Gas Hydrates: Suatu Tinjauan: Timothy S. Collett, Arthur H. Johnson, Camelia C. Knapp, Ray Boswell; Hidrasi gas alam - Potensi sumber daya energi dan bahaya geologis yang terkait: AAPG Memoir 89, p. 146-219, 2009.
4 Gas Hydrates Offshore Tenggara Amerika Serikat: Carolyn Ruppel, Institut Teknologi Georgia, situs web NOAA Ocean Explorer, terakhir diakses November 2016.
5 Penilaian Sumberdaya Hidrat Gas di Lereng Utara, Alaska, 2008: Survei Geologi Amerika Serikat, Lembar Fakta 2008-3073, Oktober 2008.
6 AS dan Jepang Menyelesaikan Uji Coba Lapangan yang Berhasil dari Teknologi Produksi Metana Hidrat: Siaran pers Departemen Energi Amerika Serikat, 2 Mei 2012.
7 Potensi Sumber Daya Energi Metana Hidrat: Pengantar sains dan potensi energi sumber daya yang unik; publikasi oleh Laboratorium Teknologi Energi Nasional, Departemen Energi Amerika Serikat, Februari 2011.
8 Hasil sifat termal fase murni: sI Methane Hydrate: Woods Hole Science Center, Survei Geologi Amerika Serikat, 2007.
9 Gas Hidrat dan Pemanasan Iklim - Mengapa Bencana Metana Tidak Mungkin: Carolyn Ruppel dan Diane Noserale, Survei Geologi Amerika Serikat, Sound Waves Newsletter, Mei / Juni 2012.
10 Studi menunjukkan reservoir metana besar di bawah lapisan es Antartika: Tim Stephens, siaran pers, Universitas California Santa Cruz, 29 Agustus 2012.

Potensi Sangat Besar

Meskipun akumulasi hidrat metana terletak di lingkungan yang sulit dan menghadirkan banyak tantangan teknis, mereka tersebar luas dan sumber hidrokarbon terbesar di Bumi. Berbagai teknologi dapat dikembangkan untuk menghasilkannya menggunakan pengurangan tekanan, pertukaran ion, dan proses lain yang memanfaatkan sifat kimia dan fisiknya yang unik. Amerika Serikat, Kanada, Jepang, dan India semuanya memiliki program penelitian yang kuat yang bekerja untuk menemukan teknologi yang layak untuk memproduksi hidrat gas. Metana hidrat kemungkinan akan memainkan peran penting dalam bauran energi kita di masa depan.


Tonton videonya: Berburu Hidrat Metana di Dasar Laut