в каком виде добывают газ
Природный газ: свойства, состав, технология добычи и применение
Природный газ — это ресурс, который пользуется большим спросом, в результате чего его запасы быстро уменьшаются. Страны-лидеры по наличию его залежей — Россия и США. По оценкам ученых, интенсивная добыча этого исчерпываемого ресурса приведет к тому, что его запасы будут истощены через 50–70 лет.
Происхождение
У ученых до сих пор нет единого мнения по поводу возникновения природного газа. Есть 2 теории, объясняющие его появление:
Сторонники первой, минеральной, теории считают, что химические элементы, присутствующие в составе ископаемого, были заложены в мантии Земли. По мнению ученых, эти соединения располагаются в глубоких слоях горных пород и представляют собой часть процесса дегазации нашей планеты.
Внутренние движения Земли вызывают поднятие углеводородов, которые образовались в ее глубоких слоях в результате действия высоких температур и давления, ближе к поверхности, где давление наименьшее. Результат таких изменений — появление газовых и нефтяных залежей.
Сторонники минеральной теории подчеркивают, что описанный процесс постоянный, поэтому беспокоиться об истощении запасов природного газа не стоит.
Суть органической теории выражается в следующем: газ образовался из остатков животных и растительных организмов, которые под влиянием высоких температур, а также давления и бактерий, превратились в соединение газообразных углеродов. Последние проникали в пустоты земной коры, формируя пласты газа и нефти. Таким образом, биогенная теория подчеркивает, что природный газ — исчерпываемый природный ресурс.
Состав
Химический состав природного газа представлен метаном (CH4) — его содержание достигает 98 %. Допускается присутствие более тяжелых углеводородов, к которым относятся:
Физические свойства вещества:
Природный газ, находящийся в виде пластовых залежей в недрах Земли, имеет газовое состояние в виде отдельных скоплений. В нефти или воде пребывает в растворенном состоянии.
Месторождения
В зависимости от количества запасов, пласты этого природного ресурса классифицируют на:
Крупнейшие месторождения природного газа находятся в территориальных водах Катара и Ирана, России, Туркмении и США.
Выделяют несколько разновидностей природного газа.
Сухой
Бедный
Бедный газ получают на каждой стадии гидрогенизации. Его очищают от сероводорода и углекислого газа. В нем содержится около 55 % водорода, 30 % метана, до 6 % этана.
Полученная фракция отправляется на установку глубокого охлаждения и разделения газа.
Тощий
Жирный
Это нефтерастворенный газ, в составе которого присутствует большое количество гомологов метана и тяжелых углеводородов (от С3 и выше). Жирный газ в естественном виде не подходит в качестве топлива: он подлежит переработке на заводах.
Сырой
Сырой газ — природное горючее вещество, относящееся к группе углеводородных. Отличительная особенность — повышенное содержание тяжелых углеводородов (более 15 %). К сырым газам относятся попутные газы нефтяных залежей, а также газоконденсатных.
Сырой газ подлежит осушке, отбензиниванию и последующей очистке на газоперерабатывающих заводах.
Компоненты
В составе природного газа присутствуют:
Химический состав природного газа зависит от того, на каком месторождении он был добыт.
Добыча природного газа
Прежде чем приступить к добыче газа, выполняют геологоразведочные работы, которые позволяют оценить объемы и характер залежей.
Основные способы добычи природного газа:
После добычи газ отправляют на предприятия по очистке и переработке, чтобы избавиться от различных примесей в его составе.
Применение и использование природного газа
Природный газ обеспечивает потребности государства в обеспечении отопления, производства электроэнергии и бытовых нужд населения.
Природный газ используется в следующих отраслях:
На основе газа изготавливают:
Используемый как топливо, природный газ намного дешевле и безопаснее для экологии, чем нефтепродукты.
Хранение и способы транспортировки добытого топлива
Распространенный и относительно недорогой способ транспортировки добытого природного газа — перемещение по трубам. Предварительно его обязательно очищают от различных примесей, которые отрицательно влияют на оборудование. Также газ освобождают от влаги, которая в процессе транспортировки переходит в состояние кристаллогидратов и становится причиной закупорки труб.
Современные трубопроводы выдерживают давление в 75 атмосфер и более. Крупные магистрали транспортируют газ даже в отдаленные регионы страны.
Преимущества данного способа:
Трубопроводы современной конструкции способны перекачивать около 45 миллиардов м3 газа в год.
Также газ перевозят с помощью автоцистерн. Для этого он должен быть в сжиженном состоянии. Этот способ транспортировки требует особой внимательности и осторожности, и оправдан только в том случае, если газ нужно переместить на небольшое расстояние.
Еще один способ перемещения газа — перевозка танкерами (специальными суднами). Вещество в них также транспортируют в сжиженном виде. Его температура должна находиться в пределах 160 градусов. Это безопасный и относительно недорогой, но медленный способ транспортировки.
Природный газ может храниться как в сжиженном состоянии, так и в форме гидратов. Практикуется подземное хранение газа в емкостях и газгольдерах низкого, среднего и высокого давления.
Влияние на экологию
Природный газ относится к наиболее чистым веществам по сравнению с остальными видами углеводородного топлива. Его сгорание не сопровождается образованием золы и копоти с последующим выбросом в атмосферу, что характерно для нефтепродуктов.
Но и полностью безопасным для экологии это вещество назвать нельзя. При сгорании природного газа образуется углекислый газ, который в больших объемах вреден и при выбрасывании в атмосферу может стать причиной парникового эффекта и изменения климата.
Природный газ – полезное ископаемое, представляющее собой смесь газообразных углеводородов природного происхождения, состоящую главным образом из метана и примесей других алканов. Иногда в составе также присутствует некоторое количество углекислого газа, азота, сероводорода и гелия.
Вследствие своего состава природный газ представляет собой чрезвычайно ценное сырье, из которого выделяют отдельные компоненты или более простые смеси.
Месторождения природного газа
В природе газ может находиться в следующих формах:
Доказано, что большое количество углеводородов находится в мантии Земли, но в настоящее время, ввиду технической недоступности, они не представляют практического интереса.
Химический состав природного газа
Помимо углеводородной составляющей, природный газ может содержать неорганические газообразные соединения:
Физические свойства природного газа
Вследствие своего состава природный газ горюч. Чистый газ горит голубым пламенем, поэтому его иногда называют «голубым топливом». Примеси же могут окрашивать пламя в различные цвета. Также пламя начинает желтить при недостатке кислорода, что приводит к неполному сгоранию газа и образованию копоти и угарного газа.
Смесь с воздухом в диапазоне концентраций от 4,4 до 17% взрывоопасна. Поэтому важно контролировать содержание газа в окружающей атмосфере, а также вовремя принимать соответствующие меры в случае его утечки.
Физические свойства природного газа зависят от его компонентного состава, однако в большинстве случаев основные параметры укладываются в диапазоны, приведенные в таблице ниже.
| ©PetroDigest.ru | ||
|---|---|---|
| Плотность | 0,65. 0,85 кг/м³ (сухой газообразный); 400. 500 кг/м³ (сжиженный) | |
| Температура самовоспламенения | Около 650 °C | |
| Удельная теплота сгорания: | 28. 46 МДж/м³ (6,7. 11,0 Мкал/м³ или 8. 12 кВт·ч/м³) | |
Добыча природного газа
Методы добычи газообразных углеводородов схожи с добычей нефти – газ извлекают из недр с помощью скважин. Для того, чтобы пластовое давление залежи падало постепенно, скважины размещают равномерно по всей территории месторождения. Такой метод также препятствует возникновению перетоков газа между областями месторождения и преждевременному обводнению залежи.
Более подробнов статье: Добыча природного газа.
Происхождение
Существует две теории происхождения природного газа: минеральная и биогенная.
По минеральной теории, углеводороды образуются в результате химической реакции глубоко в недрах нашей планеты из неорганических соединений под действием высоких давлений и температур. Далее вследствие внутренней динамики Земли, углеводороды поднимается в зону наименьшего давления, образуя залежи полезных ископаемых, в том числе газа.
Согласно биогенной теории, природный газ образовался в недрах Земли в результате анаэробного разложения органических веществ растительного и животного происхождения под действием высоких температур и давлений.
Несмотря на продолжающиеся споры относительно происхождения углеводородов, в научном сообществе выигрывает биогенная теория.
Транспортировка
Подготовка газа к транспортировке
Несмотря на то, что на некоторых месторождениях газ отличается исключительно качественным составом, в общем случае природный газ – это не готовый продукт. Помимо целевого содержания компонентов (при этом целевые компоненты могут различаться в зависимости от конечного пользователя), в газе содержаться примеси, которые затрудняют транспортировку и являются нежелательными при применении.
Например, пары воды могут конденсироваться и скапливаться в различных местах трубопровода, чаще всего, изгибах, мешая таким образом продвижению газа. Сероводород – сильный коррозионный агент, пагубно влияющий на трубопроводы, сопоуствуеющее оборудование и емкости для хранения.
В связи с этим, перед отправкой в магистральный нефтепровод или на нефтехимический завод газ проходит процедуру подготовки на газоперерабатывающем заводе (ГПЗ).
Первый этап подготовки – очистка от нежелательных примесей и осушка. После этого газ компримируют – сжимают до давления, необходимого для переработки. Традиционно природный газ сжимают до давления 200 — 250 бар, что приводит к уменьшению занимаемого объема в 200 — 250 раз.
Далее идет этап отбензинивания: на специальных установках газ разделяют на нестабильный газовый бензин и отбензиненный газ. Именно отбензиненный газ направляется в магистральные газопроводы и на нефтехимические производства.
Нестабильный газовый бензин подается на газофракционирующие установки, где из него выделяют легкий углеводороды: этан, пропан, бутан, пентан. Данные вещества также являются ценным сырьем, в частности для производства полимеров. А смесь бутана и пропана – уже готовый продукт, используемый, в частности, в качестве бытового топлива.
Газопровод
Основным видом транспортировки природного газа является его прокачка по трубопроводу.
Стандартный диаметр трубы магистрального газопровода составляет 1,42 м. Газ в трубопроводе прокачивается под давлением 75 атм. По мере продвижения по трубе, газ, за счет преодоления сил трения, постепенно теряет энергию, которая рассеивается в виде тепла. В связи с этим, через определенные промежутки на газопроводе сооружаются специальные компрессорные станции подкачки. На них газ дожимается до необходимого давления и охлаждается.
Для доставки непосредственно до потребителя от магистрального газопровода отводят трубы меньшего диаметра — газораспределительные сети.
Транспортировка СПГ
Что делать с труднодоступными районами, находящимися вдали от основных магистральных газопроводов? В такие районы газ транспортируется в сжиженном состоянии (сжиженный природный газ, СПГ) в специальных криогенных емкостях по морю, и по суше.
По морю сжиженный газ перевозится на газовозах (СПГ-танкерах), судах оборудованных изотермическими емкостями.
СПГ перевозят также и сухопутным транспортом, как железнодорожным, так и автомобильными. Для этого используются специальных цистерны с двойными стенками, способными поддерживать необходимую температуру определенное время.
Применение природного газа
Главным образом природный газ используется для обеспечения отопления, производства электроэнергии, и для бытовых нужд населения. Например, в России около 50% поставок приходится на энергетические компании и коммунальное хозяйство. Кроме этого, он находит применение в качестве топлива для транспортных средств, сырья при производстве пластмасс и других органических веществ.
Более подробно: Что делают из природного газа?
Экология
Природный газ является самым чистым среди углеводородных ископаемых топлив. В идеале, при его сгорании образуется только вода и углекислый газ, в то время как сгорание нефтепродуктов сопровождается образованием копоти и золы.
Добыча природного газа: особенности и подводные камни
Месторождения и запасы в разных географических областях
Наша страна является обладателем крупнейших месторождений голубого топлива. Далее, следуют США, Казахстан, азиатские государства бывшего СССР – Азербайджан, Узбекистан и державы Персидского Залива. Разработка месторождений осуществляется по всему земному шару. Кроме залежей на суше, активная добыча происходит и в мировом океане.
На территории Российской Федерации основные запасы располагаются в Сибири, а также присутствуют они на Северном Кавказе и в Черноморском бассейне. Есть несколько наиболее крупных месторождений.
Месторождение природного газа в России
Уренгой. Это крупнейшее месторождение в России, второе по объему запасов в мире.
Находка. А также располагается в Ямало-Ненецком АО. Его разработка началась в 2004г. Объем залежей в нем оценивается около 275 миллиардов кубов.
Ангаро-Ленское – на территории Иркутской области. Результаты оценки утверждают скопление там до 1,4 триллиона кубов.
Ковыктинское – в этой же области. В связи с тем, что это месторождение расположено в зоне вечной мерзлоты, оно наиболее трудоемко в разработке. Объем залежей составляет около 2 триллионов куб. м газа и до 120 миллионов кубов конденсата в жидком состоянии.
Штокманское. Располагается недалеко от Мурманска. По предварительной оценке, там находится до 3,8 триллиона кубов. Это месторождение еще не взято в разработку по причине глубокого залегания газа.
Монополистом по части разработки газовых месторождений в нашей стране является Газпром. На его долю приходится добыча около 74% всех отечественных запасов и 20% мировых. К задачам Госпрома, кроме непосредственных функций, относится газификация государства.
Классификации залежей газа
Предполагается что полезные ископаемые, в том числе природный газ, образовались в меловую эру. В то время на планете обитали крупные животные, сейчас вымершие. Приверженцы биогенного происхождения считают, что именно с этим связано образование природного газа.
Классифицируются залежи в зависимости от глубины их залегания и времени образования.
Наиболее глубоко расположенные ярусы именуются согласно местности нахождения. Они носят название:
Залежи газа по ярусам
Туронский слой относительно недавнего происхождения, глубина его залегания около 800 м. Он характеризуется неоднородным составом с большим количеством примесей, снижающих качество сырья.
Классификация природных газов
Ачимовский слой в настоящее время до конца не изучен. Он отмечается значительным уровнем содержания парафинов. Эти пласты характеризуются высоким внутренним давлением. Добыча газа этой разновидности у нас также осуществляется достаточно широко.
Валанжинский ярус находится на глубине до 3 км и является наиболее глубоким, по сравнению с остальными. Эти запасы сейчас уже истощаются.
Характеристики
Природный газ в условиях залегания в недрах Земли (пластовые условия) представляет собой автономные скопления или залежи. В месторождениях нефти он образуется в виде шапки — это так называемый свободный газ.
Он также может существовать в кристаллическом или растворенном виде.
Природный газ не является однородной субстанцией.
и некоторые примеси неуглеводородной категории:
Природный газ в чистом виде лишен запаха и цвета. Для того чтобы выявить утечку, в него добавляется малая доля одорантов. Чаще всего с этой целью используется этил-меркаптан (серосодержащее вещество), для которого характерен резкий неприятный запах.
Процесс добычи голубого топлива
Предшествующим добыче газа, является процесс геологоразведочных работ. Они позволяют точно определить объем и характер залегания месторождения. В настоящее время применяется несколько методов разведки.
Гравитационный – основывается на вычислении массы горных пород. Для газосодержащих слоев характерна значительно меньшая плотность.
Магнитный – учитывает магнитную проницаемость породы. Посредством проведения аэромагнитной съемки возможно получить полную картину залежей глубиной до 7 км.
Цель данной методики
Сейсмический – используются излучения, отражающиеся при проходе сквозь недра. Это эхо способны уловить специальные измерительные приборы.
Геохимический – изучаются состав подземных вод с определением содержания в них веществ, сопутствующих газовым месторождениям.
Бурение – наиболее эффективный метод, но в то же время самый дорогостоящий из перечисленных. Поэтому до его использования требуется предварительное изучение горных пород.
Способы бурения скважин для добычи природного газа
После того как месторождение определено и оценены предварительные объемы залежей, приступают непосредственно к процессу добычи газа. Производят бурение скважин на глубину размещения яруса полезного ископаемого. Чтобы равномерно распределить давление поднимающегося голубого топлива, скважину выполняют лесенкой либо телескопически (как подзорная труба).
Скважина укрепляется посредством обсадных труб и цементируется. Для равномерного снижения давления и ускорения процесса добычи газа, бурится сразу несколько скважин на одном месторождении. Подъем газа через скважину осуществляется естественным образом – газ перемещается к зоне меньшего давления.
Поскольку после добычи газ содержит различные примеси, следующим этапом является его очистка. Для обеспечения этого процесса вблизи месторождений строят соответствующие промышленные мощности по очистке и переработке газа.
Система очистки природного газа
Добыча с использованием угольных шахт
Угольные пласты содержат большое количество метана, добыча которого не только позволяет получить голубое топливо, но и обеспечить безопасную эксплуатацию предприятий по угледобыче. Подобный способ повсеместно применяется в США.
Основные направления использования и переработки метана
Метод гидроразрыва
При добыче газа данным методом по скважине нагнетается поток воды или воздуха. Таким образом, происходит вытеснение газа.
Этот способ может вызвать сейсмическую неустойчивость разрушенных пород, поэтому он запрещен в некоторых государствах.
Особенности подводной добычи
Добыча газа на Киринском месторождении впервые в России осуществляется с помощью подводного добычного комплекса
Газовые запасы присутствуют, кроме суши, и под водой. В нашей стране обширные подводные месторождения. Подводная добыча выполняется с применением тяжелых гравитационных платформ. Они располагаются на основании, опирающемся на морское дно. Бурение скважин производится колоннами, располагаемыми на основании. На платформах размещаются емкости для хранения извлеченного газа. Далее он транспортируется на сушу через трубопровод.
Данные платформы предусматривают постоянное нахождение людей, выполняющих обслуживание комплекса. Численность может составлять до 100 человек. Эти объекты оборудуются автономным энергоснабжением, площадкой для вертолетов, помещениями персонала.
При расположении залежей вблизи берега, скважины выполняются наклонно. Они начинаются на суше, уходя основанием под шельф моря. Добыча газа и его транспортирование выполняется стандартным порядком.
Оборудование для добычи природного газа
Для добычи природного газа необходимо иметь специальное оборудование:
Хранение и транспортировка добытого топлива
Ёмкости для хранения природного газа
После добычи газ размещается в закрытых непроницаемых емкостях – стальных резервуарах, которые, для надежности, имеют сдвоенные стенки. Возможно их изготовление на основе алюминиевых сплавов. Межстеночное пространство заполняется нетеплопроводным материалом, которые препятствует нагреванию газа.
Наиболее масштабными являются подземные хранилища сжиженного газа. Горные породы выступают в роли стенок. Для большей надежности, они бетонируются.
При постройке подобных резервуаров, вырываются глубокие котлованы, которые, после бетонирования стен, закрываются стальным перекрытием.
Транспортировка природного газа осуществляется по магистральным трубопроводам, произведенным из труб большого диаметра. В системе стабильно поддерживается давление до 75 атм. Это обеспечивается компрессорными станциями, располагающимися с определенной периодичностью.
Транспортировка природного газа по морю
По морю транспортировка газа осуществляется с помощью специальных судов-газовозов (танкеров). Для этого газ требуется предварительно подготовить. На борту танкеров размещаются емкости, в которых газ находится в особых температурных условиях под определенным давлением.
Подобная транспортировка экономически целесообразна, если расстояние между потребителем и разработкой месторождения не превышает 3 тыс. км. Она предполагает предварительную постройку завода, сжижающего голубое топливо, и оборудование порта.
Способы добычи
Добыча природного газа осуществляется посредством скважин, методом его извлечения из глубин. Во время этого процесса пластовое давление в залежи ритмично спадает, благодаря тому что скважины распределены равномерно по территории месторождения. Природный газ заполняет микроскопические пустоты земных недр.
Под естественным давлением
Они соединяются между собой посредством трещин-каналов, по которым газообразные вещества перемещаются из пор с низким давлением в поры с более высоким, пока не окажутся в скважине и не начнут подниматься вверх.
В составе такого природного газа имеются различные примеси, которые устраняются на газоперерабатывающих заводах или на специальных станциях для последующей транспортировки.
Из угледобывающих шахт
Существует еще несколько методов добычи.
Извлечение газа метана из угледобывающих шахт в целях предотвращения взрыва. Данный промысел активно практикуется в США. Образование газа происходит исключительно в промежутке между антрацитовым и бурым углем.
Гидроразрыв
спространена методика гидроразрыва, принцип которой заключен в нагнетании водного или воздушного потока через скважину.
В результате такого приема перегородки разрушаются и полезные ископаемые поднимаются наружу.
В некоторых странах этот метод запрещен, так как может привести к землетрясению.
Под водой
Как известно, большинство крупных месторождений газа находится под водой. Для добычи недалеко от береговой линии строятся наклонные скважины, направленные в сторону воды. Высокие сваи устанавливаются при маленькой глубине.
Для работы на месторождениях в зонах глубин от 100 до 300 метров используются плавучие платформы, по углам которых располагаются стабилизирующие элементы наподобие колонн.
В центре устанавливается буровая вышка.
В той области, где будет происходить процесс бурения, опоры спускаются ко дну с последующим углублением в грунт.
На особо больших глубинах (до 3000 метров) применяются полупогружные платформы. Они размещаются на понтонах и удерживаются с помощью 15-тонных якорей. Наиболее устойчивыми считаются платформы гравитационного типа. Опорные колонны сооружены из бетона.
Они оснащаются не только буровыми станками, но и резервуарами с трубопроводами, в которых хранится сырье.
Влияние на экологию
Газодобывающие системы оказывают серьезное влияние на экологию. По статистике, 35% общего количества выбросов в воздушное пространство относятся к этому сектору промышленности. При этом лишь 20% из них нейтрализуются. Выбросы вредных веществ компрессорных станций происходят при следующих операциях:
Экологические проблемы
Особенно опасна для природного равновесия добыча сланцевого газа. Этот процесс, как правило, производится методом гидроудара. При этом в используемой жидкости содержатся ядовитые компоненты, впоследствии проникающие в почву. Возможен также их выброс в атмосферу. Вызывает опасность данный процесс и в области сейсмологии.
Для того чтобы минимизировать негативные последствия для окружающей среды, добыча и транспортировка газа должна выполняться по разработанной технологии, учитывающей эти моменты.