Как добывают газ. Состав, добыча и использование природного газа

Если вы хотя бы раз "загорались" идеей найти газ или нефть у себя на даче, либо вам просто интересно, как устроена газодобывающая промышленность, то вы обязательно должны быть в курсе того, что будет освещаться в этой статье – как добывают газ, и где именно добывают газ в России.

Немного истории

Начало газовой промышленности в России пришлось на середину 19 века – 1835 год. Именно тогда в Санкт-Петербурге впервые включили газовые фонари на Аптекарском острове. Правда, газ тот был произведён путём перегонки каменного угля, и по сей день мы знаем его, как "светильный". Именно с его помощью в дореволюционной России осуществлялась газификация Москвы.

Ближе к концу 19 века, в 80-ых годах, стало больше интереса проявляться к нефтяному газу (попутному продукту нефтяной промышленности), и он активно использовался для бытовых нужд и в промышленности.

Вплоть до 30-ых годов 20 века к природному газу относились снисходительно, никто не преследовал цели отыскать его залежи.

Всё изменилось с учреждением "Главгаза", и уже к концу 30-ых годов было открыто более 50 месторождений на территории СССР.

Забавно, ведь когда-то люди даже не могли предположить, какое значение окажет продукт, который они и вовсе не воспринимали всерьёз, для промышленности и жизнедеятельности человека, для экономики и политики страны.

Где искать природный газ в России

На Данный момент на территории РФ открыто несколько десятков месторождений, где добывается природный газ. В зависимости от состава пласта они делятся на газовые, газоконденсатные, нефтегазовые и нефтегазоконденсатные. Большинство газовых залежей располагается на территории Западной Сибири, Дальнего Востока, Северном Кавказе и Волго-Уральской провинции.

Наверняка вы уже не раз слышали о таких месторождениях, как Уренгойское, Ковыктинское, Штокмановское, Ямбургское, Бованенковское. Все они являются представителями класса "гигантских" месторождений, про них знает весь мир, и немалая часть этого мира также греется нашим газом, ведь Россия – ведущий экспортер вышеназванного ресурса, а на её территории, на глубине от 700 до 6000 километров, залегает четверть общемировых его запасов.

Тонкости процесса

Во всём мире практикуется, по большому счёту, только один основной метод добычи газа – скважинный. После проведения геологоразведочных работ на месте предполагаемого местонахождения коллектора (слоя газоносной породы), возводится прочная металлическая вышка, на которой крепится буровая колонна в долотом (буровой головкой) на конце. Буровая колонна наращивается путём навинчивания друг на друга 25-метровых труб, долото вращается всё глубже и глубже, а буровой раствор, заливаемый в забой, охлаждает его и вымывает раздробленную породу. Когда бур достигает намеченной глубины, забой взрывают, и природный газ, метан, томившийся миллионы лет под землёй, мощным потоком (в среднем, 170 атмосфер) вырывается на поверхность. Теперь скважину обжигают в течение 3 суток (да, газ сгорает вхолостую, и 50 миллионов рублей улетают "в трубу"), а после – устанавливают фонтанную арматуру типа "елка".

На месторождении разбросано множество групп таких скважин (такая группа называется "куст"), от них тянутся сотни метров тонких труб, собирая весь, только что добытый, газ, в УКПГ – установке комплексной подготовки газа. Здесь наш дикий, необузданный газ очищается от примесей (сероводород, пропан, бутан, азот и т.д.), осушается, подвергается охлаждению и сжатию в 600 раз, и теперь он готов отправиться в длинное путешествие по магистральному газопроводу (диаметр труб – 1420 мм).

Каждые 100 километров поток газа проходит через компрессорную станцию, которая не даёт ему утратить свою степень сжатия. В конце пути, уже находясь в нужном регионе и городе, метан отправляется на распределительную станцию, где его отогревают (до 28 градусов), понижают и придают ему тот самый едкий запах (одоризация). Теперь можете повернуть вентиль, чиркнуть спичкой, и у вас на кухне засияет теплое голубое метановое пламя.

То, что описано так легко и лаконично, в действительности требует усилий миллионов людей, таких же миллионных затрат, долгие месяцы и даже годы на проведение всех необходимых работ, чтобы ввести в запуск и оптимизировать работу оборудования, найти "подход" к каждому конкретному месторождению.

Деньги, нервы, здоровье – всё это бросается под ноги стихии, чтобы воспользоваться её благами. Природный газ – это наш рок, и наша благодать, и наказание, и награда.

Многие люди ошибочно считают, что сланцевый газ является чуть ли не отдельным энергоносителем, но приставку «сланцевый» он получил лишь потому, что залегает в сланцевом слое осадочной породы, а по своему составу отличается от природного газа повышенным содержанием метана, углекислого газа, аммиака и сероводорода. Как же все-таки добывается этот источник топлива и чем технология его добычи отличается от традиционного газа?

Главное отличие - особенности его залегания. Традиционный газ добывается из пористых коллекторов, глубина залегания которых колеблется от 700 до 4000 метров. Из-за большого количества пор коллекторы имеют высокую проницаемость (около 25%) и голубое топливо легко выкачивать после того, как скважина будет пробурена.
Сланцевый газ в свою очередь залегает на глубине от 2500 до 5000 метров в породах с низкой пористостью (3–4%), поэтому его разведка обходится гораздо дороже, а технология добычи намного сложнее.

Краткий экскурс в историю

Впервые добывать газ из сланцевого слоя осадочной породы начали почти 200 лет назад. Это произошло в США в 1821 году. Этот вид топлива использовался и в СССР: после окончания Великой Отечественной Войны он добывался в Эстонии и поставлялся по газопроводу в Ленинград. Но вскоре советские власти, как и правительства многих других стран мира, поняли, что добыча и транспортировка сланцевого газа обходится значительно дороже традиционного природного, поэтому разработка месторождений была остановлена.
Вторую жизнь идея добычи сланцевого газа обрела в начале двухтысячных годов, когда стали активно применяться технологии горизонтального бурения и многостадийного гидроразрыва пласта, которые позволили значительно увеличить объемы добычи, снизив ее себестоимость.

Технология разведки

Поиск месторождений сланцевого газа требует гораздо больших затрат по сравнению с разработкой традиционного голубого топлива, а технология разведки пока далека от совершенства. Из-за большой глубины залегания многие традиционные методы исследования оказываются неэффективны.
Если смотреть упрощенно, разведка сланцевого газа происходит следующим образом:
в предполагаемом районе его залегания бурится скважина, в которой производится гидроразрыв;
полученный газ анализируется, и на основании результатов анализа определяются оборудование и технология, которые необходимо будет применять для его добычи;
продуктивность скважин определяется опытным путем, а не при помощи точных гидродинамических исследований, как при добыче обычного природного газа.

Мировая статистика запасов

Прогнозируемые запасы сланцевого газа составляют 760 триллионов кубометров, доказанные, по данным американского агентства EIA , - 187,5 триллионов кубометров. Для сравнения, мировые запасы газа, по мнению самого читаемого журнала в мире по нефтегазовой тематике Oil & Gas Journal , составляют чуть более 36 триллионов баррелей.
Крупнейшими месторождениями сланцевого газа обладают КРН - 19,3 % от мировых запасов, США - 13%, Аргентина - 11,7%, Мексика - 10,3%, ЮАР - 7,3%, Австралия - 6%, Канада - 5,9%. Эти оценки с течением времени могут кардинально измениться, ведь, как уже упоминалось, разведка запасов сланцевого газа только начинает развиваться и пока продуктивность скважин определяется только опытным путем.

Бурение и прокладка труб

Особенностью добычи сланцевого газа является технология горизонтального бурения. Ее суть заключается в том, что после того, как была пробурена одна вертикальная скважина до глубины залежей сланцевого газа, бур начинает идти горизонтально. Однако существует множество нюансов, которые необходимо соблюдать при бурении, например, необходимо следить, чтобы уровень наклона бура соответствовал углу наклона сланцевого пласта и т. д.
Добывающие компании вынуждены применять такую технологию, так как газ залегает на значительной глубине в изолированных карманах в очень небольших объемах. Срок эксплуатации скважин невелик - от 5 до 12 лет. Для справки, срок эксплуатации скважины природного газа - от 30 до 50 лет. На крупнейшем разрабатываемом месторождении СГ в мире - BarnettShale - количество скважин уже превысило 17 тысяч.
Горизонтальная длина скважины может достигать 12 километров (этот рекорд был установлен при бурении на Сахалине).
В пробуренную скважину устанавливаются стальные трубы в несколько слоев. В пространство между ними и почвой заливается цемент, чтобы изолировать газ и жидкости для гидроразрыва пласта от пластов почвы, в которых содержится вода.

Гидроразрыв

Поскольку сланцевый газ залегает в породе, имеющей низкую пористость, извлекать его традиционными методами невозможно. Именно поэтому для добычи сланцевого газа активно применяется технология гидравлического разрыва пласта (фрекинга). По трубам к залежам газа закачивается вода, химические реагенты (ингибаторы коррозии, загустители, кислоты, биоциды и множество других химических элементов, общее число которых может доходить до 90 наименований) и специальные гранулы диаметром 0,5–1,5 миллиметра, которые могут состоять из керамики, стали, пластика или песчинок. Вся эта смесь создает химическую реакцию, которая и приводит к гидроразрыву. В результате в породе, которая содержит газ, образуется множество мелких трещин, в которых застревают гранулы, чтобы трещины уже не могли сойтись. Затем вода откачивается назад (она фильтруется и повторно используется для нового ГРП), а сланцевый газ, благодаря перепаду давления, выкачивается через трубы на поверхность.

Жидкости для гидроразрыва

Основой жидкости для гидроразрыва является вода (98,5% от общего объема). Порядка 1% состава - «расклинивающий» трещины элемент (обычно им является песок). Оставшиеся 0,5% - химические соединения, воздействующие на водопроницаемость породы. Без них гидроразрыв просто невозможен.
В течение последних лет велось много споров о вреде для экологии жидкостей для ГРП. Поднятая шумиха привела к тому, что многие европейские страны (Франция, Болгария, Италия) запретили проводить на своей территории гидроразрывы, а в США законодатели вынудили компании, занимающиеся добычей сланцевого газа, публиковать информацию о составе жидкостей для ГРП.
Но технология гидроразрыва, а соответственно и жидкости для них, используются и при добыче обычного природного газа. Например, ее активно применяет компания «Роснефть» , производившая две тысячи гидроразрывов в год еще несколько лет назад.

Транспортировка и очистка

Доставлять сланцевый газ обычными способами до конечных потребителей невозможно, так как стандартные газопроводы рассчитаны на давление в 75 атмосфер. В сланцевом газе этот показатель гораздо ниже из-за повышенного содержания аммиака, сероводорода, азота и углекислого газа и при прокачке его через газопроводы для природного газа может произойти взрыв.
Существует два решения проблемы транспортировки: cтроить заводы по очистке, что позволит сделать состав сланцевого газа приближенным к природному и затем доставлять его по уже существующим газопроводам, или создавать отдельную инфраструктуру для транспортировки сланцевого газа.
Первый вариант требует значительных расходов и делает добычу сланцевого газа просто нерентабельной. А вот второй способ все более активно используется странами, добывающими сланцевое топливо. Причем все они предпочитает доставлять газ на небольшие расстояния потребителям, которые находятся недалеко от месторождения, что делает транспортировку сланцевого газа максимально дешевой.
Именно так поступают в США, где добытый газ транспортируется пока только по коротким локальным газопроводам низкого давления или закачивается в баллоны. Такой же политики придерживается и Китай, начавший строительство первого сланцевого газопровода в провинцию Юньнань, длина которого составляет всего 93 километра.Что касается транспортировки сланцевого газа на дальние расстояния, то при отсутствии разветвленной сети газопроводов наиболее перспективным способом на данный момент является его преобразование в специальных терминалах в сжиженный газ и отправка покупателям при помощи танкеров. По прибытии в пункт назначения продукт перекачивается в резервуары для хранения, а затем преобразуется обратно в газообразное состояние и доставляется по газопроводам конечным потребителям. В настоящий момент строительством подобных терминалов активно занимаются в США. Первый объект, через который будет производится экспорт топлива в страны Юго-Восточной Азии, планируется ввести в эксплуатацию уже в конце 2015 года. Ожидается, что все построенные к 2020 году терминалы позволят экспортировать 118 миллиардов кубометров сланцевого газа.

Главное ноу-хау современной добычи

Экологический вред от гидроразрыва можно свести к минимуму при помощи применения технологии пропанового фрекинга. От обычного гидроразрыва она отличается тем, что вместо воды и химикатов к местам залежей сланцевого газа закачивается пропан, который, в отличие от традиционных жидкостей для ГРП, не оседает в почве после гидроразрыва, а полностью испаряется, поэтому загрязнять землю или воду он никак не может.
Эта технология серьезно изменила отношение многих европейских стран, заботящихся о своей экологии, к проведению гидроразрывов. Британские власти уже сняли запрет на ГРП, другие страны ЕС только рассматривают эту возможность.
Правда, у пропанового фрекинга есть и существенный минус, перечеркивающий всю его хваленую экологичность. Применение этого метода обходится в полтора раза дороже обычного гидроразрыва. Поэтому использовать подобную технологию можно только на месторождениях, имеющих высокую рентабельность.

Природный газ - полезное ископаемое, образовавшееся в результате анаэробного разложения органических веществ под влиянием высокой температуры и давления.

Погибшие организмы опускались на морское дно, формируя илистые осадки, которые за счет геологических смещений проникали на большую глубину.

Именно там в течение миллионов лет протекал процесс, при котором углерод, входящий в состав осадочных пород, стал частью соединений, называемых углеводородами. Это .

Характеристики

Природный газ в условиях залегания в недрах Земли (пластовые условия) представляет собой автономные скопления или залежи. 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.

Его основную часть составляет метан (CH4) – простейший углеводород (98 %). Также в его состав входят гомологи метана:

• бутан (C4H10);
• пропан (C3H8);
• этан (C2H6).

и некоторые примеси неуглеводородной категории:

• гелий (Не);
• азот (N2);
• сероводород (H2S);
• водород (H2);
• диоксид углерода (СО2).

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.

Месторождения и запасы

На постсоветской территории крупнейшими месторождениями природного газа обладают Узбекистан, Азербайджан, Казахстан (Карачаганакское месторождение) и Туркмения.

На мировом рынке добычи доля России составляет более 20 %.

Основные места залежей сосредоточены в Волго-Уральской, Тимано-Печорской и Западно-Сибирской газоносных провинциях, а также на Дальнем Востоке и Северном Кавказе.

• Уренгойское месторождение по величине пластовых запасов природного газа занимает второе место в мире. Оно располагается в Ямало-Ненецком АО Тюменской области. Здесь начали добывать газ в 1978 году.
• Находкинское месторождение расположено в Большехетской впадине Ямало-Ненецкого АО. Согласно оценке экспертов, газовые запасы в этом месте превышают 275 миллиардов кубометров. Его разработка стартовала в 2004 году.
• Ангаро-Ленское месторождение было открыто в начале XXI столетия. Располагается в Иркутской области, вблизи рек Ангары и Лены, в соответствии с которыми ему и дано название. Запасы природного газа составляют примерно 1,4 триллиона кубометров.
• Ковыктинское месторождение расположено в 450 км к северо-востоку от города Иркутск, на высокогорном плато, которое покрывает темнохвойная тайга. Климатические условия в данном районе весьма суровые. Часть территории находится во власти многолетней мерзлоты. Помимо этого, большое количество каньонов осложняют рельеф этой местности. Величина запасов природного газа достигает двух триллионов кубометров и 120 миллионов тонн жидкого газового конденсата.
• Штокманское газоконденсатное месторождение является одним из самых крупномасштабных в мире. Его открытие произошло в 1988 году. Расположение - центральная часть шельфа Баренцева моря ориентировочно в 600 км к северо-востоку от города Мурманск. Объем газовых запасов составляет 3,8 триллиона кубометров. В связи с большой глубиной залегания газа, а также затруднительными условиями разработки, добыча здесь ещё не ведется. Реализация проекта по получению полезного ископаемого требует высокотехнологичного оборудования и значительных затрат.

Также следует отметить крупные месторождения природного газа по России и странам СНГ.

• Игримское и Похромское (Березовская газоносная область).
• Пелачиадинское и Северо-Ставропольское (Ставропольский край).
• Дагестанские Огни (Дагестан).
• Байрам-Алийское, Шатлыкское, Кызылкумское (Средняя Азия).
• Усть-Сильгинское и Мыльджинское (Васюганская газоносная область).

Другие страны

В число самых обеспеченных газовыми запасами стран помимо России входит Иран (месторождения на шельфе Персидского залива), Саудовская Аравия (месторождение «Гавар»), Катар (месторождение «Рное»).

Добыча газа в Европе сократилась в последние годы почти на одну треть, при значительном росте цен. Разработки ведутся в Великобритания, Германии, Франции, Польше, Украине, Австрии, Румынии. В этих странах Европы присутствует в основном сланцевый газ, но его добыча стоит дорого и экологически небезопасна.

США опережает Россию по добыче газа, но уже заметен процесс на снижение объемов. Америка находит новые рынки сбыта, она готовится экспортировать сланцевый газ в Европу.

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

Наиболее распространена 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.

Технологический процесс

Главным оборудованием для добычи природного газа является буровая установка.

Она представляет собой четырехногую металлическую вышку, высота которой от 20 до 30 метров. К ней подвешивается толстая труба из стали с буром на нижнем конце. Её вращение происходит под действием ротора. Трубу удлиняют по мере увеличения глубины скважины, куда нагнетают специальную жидкую массу, чтобы разрушенные породы её не забивали. Это осуществляется при помощи насоса через трубу.

Раствор очищает пространство между трубой и стенами скважины, удаляя известняк и песчаник. Жидкость, вымывающая разрушенные породы, одновременно способствует вращению бура. До того момента, как будет достигнуто дно скважины, раствор отвечает за вращение турбины, прикрепленной к буровой установке. Такое приспособление называют турбобур.

Усовершенствованный механизм предполагает функционирование сразу нескольких турбин, насаженных на общий вал. Поскольку добываемый газ в недрах находится под большим давлением, для его поднятия по трубам устанавливается ряд засовов из стали, которые контролируют выпуск и предотвращают несчастные случаи, связанные с высокой скоростью его выхода.

Хранение и транспортировка

Добытый природный газ хранится в специальных герметичных, газонепроницаемых резервуарах.

Для сжиженного сырья предназначены специальные стальные емкости, которые имеют двойные стенки. Они также могут изготавливаться из прочных сплавов алюминия. Как правило, между стенками прокладывается нетеплопроводный материал, препятствующий нагреванию газа.

Самые большие газохранилища создаются под землей. В качестве стенок выступают плотные горные пласты. Для того чтобы породы не подверглись разрушению, их бетонируют. Хранилище для сжиженных газов может быть в виде глубокой горной выработки. Оно представляет собой котлован или яму, которая герметично закрывается металлическим люком.

Основной способ транспортировки газа - трубопроводный. Движение осуществляется по трубам с большим диаметром.

Давление составляет 75 атмосфер. Оно стабильно поддерживается на определенном уровне, благодаря наличию компрессорных станций, расположенных на фиксированном расстоянии друг от друга.

Транспортировка газа также осуществляется с помощью танкеров (газовозов).

На них перевозится сжиженный газ при термобарических условиях. Этот способ подразумевает проведение ряда подготовительных процессов для использования танкеров.

К морскому берегу требуется протянуть газопровод, оборудовать завод для сжижения и построить порт.

Данный метод транспортирования экономически обоснован, особенно если потребитель находится на расстоянии более 3000 км от пункта добычи.

Влияние газодобывающих систем на экологию

35 % от общего объема выбросов в атмосферу составляют отходы стационарных источников, относящихся к газодобывающей системе. Из них только 20 % улавливаются и обезвреживаются. Это довольно низкий показатель среди всех промышленных отраслей. Газотранстпортная система оказывает существенное техногенное влияние на окружающую среду. В атмосферу поступает примерно 70% всех выбросов. На газокомпрессорных станциях проводятся нижеперечисленные операции, которые сопровождаются выделениями вредных веществ: , прочитайте об этом по ссылке

Применение

Природный газ широко используется в качестве горючего в частных жилых домах и квартирах для отопления, подогрева воды и приготовления пищи. Он также выступает в роли топлива для котельных ТЭЦ и машин. Природный газ - одна из лучших разновидностей горючего для бытовых и промышленных нужд. Его главная ценность заключается в том, что это экологически чистое минеральное топливо, при сгорании которого образуется малое количество вредных соединений.

Себестоимость добычи газа постоянно растет. так, например, в 2014 году в России она увеличилась за год на 12%.

Чистый природный газ не имеет цвета и запаха. Чтобы можно было определить утечку по запаху, в газ добавляют небольшое количество веществ, имеющих сильный неприятный запах (гнилой капусты, прелого сена, тухлых яиц) (т. н. одорантов). Чаще всего в качестве одоранта применяется этилмеркаптан (16г на 1000 куб.м.природного газа).

Для облегчения транспортировки и хранения природного газа его сжижают , охлаждая при повышенном давлении.

Физические свойства

Ориентировочные физические характеристики (зависят от состава; при нормальных условиях, если не указано другое):

Свойство газа находиться в твердом состоянии в земной коре

В науке долгое время считалось, что скопления углеводородов с молекулярным весом более 60 пребывают в земной коре в жидком состоянии, а более легкие - в газообразном. Однако российские ученые А. А. Трофим4ук, Н. В. Черский, Ф. А. Требин, Ю. Ф. Макогон, В. Г. Васильев обнаружили свойство природного газа в определенных термодинамических условиях переходить в земной коре в твердое состояние и образовывать газогидратные залежи . Это явление было признано как научное открытие и занесено в Государственный реестр открытий СССР под № 75 с приоритетом от 1961 г.

Газ переходит в твердое состояние в земной коре, соединяясь с пластовой водой при гидростатических давлениях (до 250 атм) и сравнительно низких температурах (до 295°К). Газогидратные залежи обладают несравненно более высокой концентрацией газа в единице объема пористой среды, чем в обычных газовых месторождениях, так как один объем воды при переходе ее в гидратное состояние связывает до 220 объемов газа. Зоны размещения газогидратных залежей сосредоточены главным образом в районах распространения многолетнемерзлых пород , а также под дном Мирового океана.

Месторождения природного газа

В осадочной оболочке земной коры сосредоточены огромные залежи природного газа. Согласно теории биогенного (органического) происхождения нефти, они образуются в результате разложения останков живых организмов. Считается, что природный газ образуется в осадочной оболочке при бо́льших температурах и давлениях, чем нефть. С этим согласуется тот факт, что месторождения газа часто расположены глубже, чем месторождения нефти .

Газ добывают из недр земли с помощью скважин . Скважины стараются разместить равномерно по всей территории месторождения. Это делается для равномерного падения пластового давления в залежи. Иначе возможны перетоки газа между областями месторождения, а также преждевременное обводнение залежи.

Газ выходит из недр вследствие того, что в пласте находится под давлением, многократно превышающем атмосферное . Таким образом, движущей силой является разность давлений в пласте и системе сбора.

См. также: Список стран по добыче газа

Подготовка природного газа к транспортировке

Завод для подготовки природного газа.

Газ, поступающий из скважин, необходимо подготовить к транспортировке конечному пользователю - химический завод, котельная , ТЭЦ , городские газовые сети. Необходимость подготовки газа вызвана присутствием в нём, кроме целевых компонентов (целевыми для различных потребителей являются разные компоненты), также и примесей, вызывающих затруднения при транспортировке либо применении. Так, пары воды, содержащейся в газе, при определённых условиях могут образовывать гидраты или, конденсируясь, скапливаться в различных местах (например, изгиб трубопровода), мешая продвижению газа; сероводород вызывает сильную коррозию газового оборудования (трубы, ёмкости теплообменников и т. д.). Помимо подготовки самого газа, необходимо подготовить и трубопровод. Широкое применение здесь находят азотные установки , которые применяются для создания инертной среды в трубопроводе.

Газ подготавливают по различным схемам. Согласно одной из них, в непосредственной близости от месторождения сооружается установка комплексной подготовки газа (УКПГ), на которой производится очистка и осушка газа в абсорбционных колоннах . Такая схема реализована на Уренгойском месторождении .

Если газ содержит в большом количестве гелий либо сероводород , то газ обрабатывают на газоперерабатывающем заводе, где выделяют гелий и серу. Эта схема реализована, например, на Оренбургском месторождении.

Транспортировка природного газа

В настоящее время основным видом транспорта является трубопроводный. Газ под давлением 75 атм прокачивается по трубам диаметром до 1,4 м. По мере продвижения газа по трубопроводу он теряет потенциальную энергию, преодолевая силы трения как между газом и стенкой трубы, так и между слоями газа, которая рассеивается в виде тепла. Поэтому через определённые промежутки необходимо сооружать компрессорные станции (КС), на которых газ дожимается до 75 атм и охлаждается. Сооружение и обслуживание трубопровода весьма дорогостоящи, но тем не менее - это наиболее дешёвый с точки зрения начальных вложений и организации способ транспортировки газа на небольшие и средние расстояния.

Кроме трубопроводного транспорта широко используют специальные танкеры - газовозы . Это специальные суда, на которых газ перевозится в сжиженном состоянии в специализированных изотермических емкостях при температуре от −160 до −150 °С. При этом степень сжатия достигает 600 раз в зависимости от потребностей. Таким образом, для транспортировки газа этим способом, необходимо протянуть газопровод от месторождения до ближайшего морского побережья, построить на берегу терминал, который значительно дешевле обычного порта, для сжижения газа и закачки его на танкеры, и сами танкеры . Обычная вместимость современных танкеров составляет от 150 000 до 250 000 м³. Такой метод транспортировки является значительно более экономичным, чем трубопроводный, начиная с расстояний до потребителя сжиженного газа более 2000-3000 км, так как основную стоимость составляет не транспортировка, а погрузочно - разгрузочные работы, но требует более высоких начальных вложений в инфраструктуру, чем трубопроводный. К его достоинствам относится также тот факт, что сжиженный газ куда более безопасен при перевозке и хранении, чем сжатый.

В 2004 г. международные поставки газа по трубопроводам составили 502 млрд м³, сжиженного газа - 178 млрд м³.

Также есть и другие технологии транспортировки газа, например с помощью железнодорожных цистерн.

Были так же проекты использования дирижаблей или в газогидратном состоянии , но эти разработки не нашли применения в силу различных причин.

Экология

В экологическом отношении природный газ является самым чистым видом органического топлива. При его сгорании образуется значительно меньшее количество вредных веществ по сравнению с другими видами топлива. Однако сжигание человечеством огромного количества различных видов топлива, в том числе природного газа, за последние полвека привело к некоторому незначительному увеличению содержания углекислого газа в атмосфере, который является парниковым газом . Некоторые ученые на этом основании делают вывод об опасности возникновения парникового эффекта и как следствие - потепление климата. В связи с этим в 1997 году некоторыми странами был подписан Киотский протокол по ограничению парникового эффекта. По состоянию на 26 марта 2009 года Протокол был ратифицирован 181 страной мира (на эти страны совокупно приходится более чем 61 % общемировых выбросов).

Следующим шагом было внедрение в действие с весны 2004 года негласной альтернативной глобальной программы ускоренного преодоления последствий техноэкологического кризиса. Основой программы стало установление адекватного ценообразования на энергоносители по их топливной калорийности. Цена определяется исходя из стоимости получаемых энергий на конечном потреблении из единицы измерения энергоносителя. С августа 2004 года по август 2007 года было рекомендовано и поддерживалось регуляторами соотношение 0,10 долларов США за киловатт-час (средняя стоимость нефти - 68 долларов за баррель). С августа 2007 года была произведена ревальвация соотношения до 0,15 долларов за киловатт-час (средняя стоимость нефти - 102 доллара за баррель). Финансово-экономический кризис внёс свои коррективы, но указанное соотношение будет восстановлено регуляторами. Отсутствие управляемости на рынке газа задерживает установление адекватного ценобразования. Средняя стоимость газа при указанном соотношении - 648 долларов за 1000 м³.

Применение

Автобус, работающий на природном газе

Природный газ широко применяется в качестве горючего в жилых, частных и многоквартирных домах для отопления, подогрева воды и приготовления пищи; как топливо для машин (газотопливная система автомобиля), котельных , ТЭЦ и др. Сейчас он используется в химической промышленности как исходное сырьё для получения различных органических веществ, например, пластмасс. В XIX веке природный газ использовался в первых светофорах и для освещения (применялись газовые лампы)

Примечания

Ссылки

• Химический состав природного газа различных месторождений, его теплота сгорания, плотность

Природный газ, к которому мы все так привыкли у себя на кухне, является близким родственником нефти. Состоит он по большей части из метана с примесями более тяжелых углеводородов (этана, пропана, бутана). В естественных природных условиях он также часто содержит примеси других газов (гелия, азота, сероводорода, углекислого газа).

Типичный состав природного газа:

Углеводороды :

• Метан – 70-98%
• Этан – 1-10%
• Пропан – до 5%
• Бутан – до 2%
• Пентан – до 1%
• Гексан – до 0,5%

Примеси :

• Азот – до 15%
• Гелий – до 5%
• Углекислый газ – до 1%
• Сероводород – менее 0,1%

Природный газ исключительно широко распространен в недрах земли. Его можно встретить в толще земной коры на глубине от нескольких сантиметров до 8 километров. Также как и нефть, природный газ, в процессе миграции в земной коре, попадает в ловушки (проницаемые пласты ограниченные непроницаемой толщей пород), в результате чего формируются газовые месторождения.

Пять крупнейших газовых месторождений России:

• Уренгойское (газовое)
• Ямбургское (нефтегазоконденсатное)
• Бованенковское (нефтегазоконденсатное)
• Штокмановское (газоконденсатное)
• Ленинградское (газовое)

Природный (углеводородный) газ – частый спутник нефтяных месторождений. Обычно он содержится в нефти в растворенном виде, а в некоторых случаях скапливается в верхней части месторождений, образуя так называемую газовую шапку. В течение длительного времени газ, выделяющийся при добыче нефти, и называемый попутным газом, был нежелательной составляющей процесса добычи. Чаще всего его просто сжигали в факелах.

Только за последние несколько десятков лет человечество научилось достаточно полно использовать все преимущества природного газа. Такая задержка в освоении этого чрезвычайно ценного вида топлива во многом связана с тем, что транспортировка газа и его использование в промышленности и быту требуют достаточно высокого технического и технологического уровня развития. Кроме того, природный газ, смешиваясь с воздухом, образует взрывоопасную смесь, что требует повышенных мер безопасности при его использовании.

Применение газа

Некоторые попытки применения газа предпринимались еще в XIX веке. Светильный газ, как его тогда называли, служил в качестве источника освещения. Разработку газовых месторождений в то время еще не вели, а для освещения использовали газ, добываемый вместе с нефтью. Поэтому такой газ часто называли нефтяным. Таким нефтяным газом, например, долгое время освещалась Казань. Использовали его и для освещения Петербурга и Москвы.

В настоящее время газ играет все более значительную роль в энергетике мира. Спектр его применения очень широк. Он используется в промышленности, в быту, в котельных, ТЭЦ, в качестве моторного топлива для автомашин и как исходное сырье в химической промышленности.

Газ считается относительно чистым видом топлива. При сжигании газа образуется только углекислый газ и вода. При этом выбросы углекислого газа почти в два раза меньше, чем при сжигании угля и в 1,3 раза меньше, чем при сжигании нефти. Не говоря уже о том, что при сжигании нефти и угля остаются еще копоть и зола. Благодаря тому, что из всех ископаемых видов топлива газ является наиболее экологически чистым видом, в энергетике современных мегаполисов он занимает доминирующее положение.

Как добывают газ

Также как и нефть, природный газ добывают при помощи скважин, которые распределяют равномерно по всей площади газового месторождения. Добыча происходит за счет разницы давлений в газоносном пласте и на поверхности. Под действием пластового давления газ выталкивается через скважины на поверхность, где попадет в систему сбора. Далее газ подается на установку комплексной подготовки газа, где его очищают от примесей. Если примесей в добываемом газе незначительное количество, тогда его могут сразу направить на газоперерабатывающий завод, минуя установку комплексной подготовки.

Как транспортируют газ

Транспортировка газа осуществляется преимущественно по трубопроводам. Основные объемы газа транспортируют магистральными газопроводами, где давление газа может достигать 118 атм. Потребителям же газ попадает через распределительные и внутридомовые газопроводы. Сначала газ проходит через газораспределительную станцию, где его давление снижается до 12 атм. Затем по распределительным газопроводам он подается на газорегуляторные пункты, где его давление снова понижают, на этот раз уже до 0,3 атм. После чего по внутридомовым газопроводам газ попадает к нам на кухню.

Вся эта огромная газораспределительная инфраструктура представляет собой поистине масштабную картину. Сотни и сотни тысяч километров газопроводов, опутавших собой практически всю территорию России. Если всю эту паутину газопроводов вытянуть в одну линию, то ее длины хватит, чтобы достать от Земли до Луны и обратно. И это только газотранспортная система России. Если же говорить о всей мировой газотранспортной инфраструктуре, то речь будет идти уже о миллионах километров трубопроводов.

Поскольку природный газ не обладает ни запахом, ни цветом, то для того, чтобы можно было оперативно обнаружить утечки газа, ему искусственно придается неприятный запах. Этот процесс называется одоризацией и происходит на газораспределительных станциях. В качестве одорантов, то есть неприятно пахнущих веществ, обычно используют серосодержащие соединения, например этантиол (EtSH).

Потребление газа носит сезонный характер. Зимой его потребление увеличивается, а летом снижается. Чтобы сгладить сезонные колебания в потреблении газа, вблизи крупных промышленных центров создают подземные хранилища газа (ПХГ). Это могут быть истощившиеся газовые месторождения, приспособленные под хранение газа или искусственно созданные подземные соляные пещеры. Летом излишки транспортируемого газа направляют в ПХГ, а зимой наоборот, возможный недостаток мощностей трубопроводной системы компенсируют отбором газа из хранилищ.

В мировой практике помимо газопроводов природный газ часто транспортируют в сжиженном виде посредством специальных судов – газовозов (метановозов). В сжиженном виде объем природного газа уменьшается в 600 раз, что удобно не только для транспортировки, но и для хранения. Для сжижения газ охлаждают до температуры конденсации (-161,5 °С) в результате чего он превращается в жидкость. В таком охлажденном виде он и транспортируется. Основными производителями сжиженного природного газа являются Катар, Индонезия, Малайзия, Австралия и Нигерия.

Перспективы и тенденции

Благодаря своей экологической чистоте и постоянному совершенствованию техники и технологий, как в добыче, так и в использовании газа, этот вид топлива приобретает все большую популярность. Компания BP, например, прогнозирует опережающий рост спроса на газ по сравнению с другими видами ископаемого топлива.

Рост потребности в газе приводит к поиску новых, часто нетрадиционных, источников газа. Такими источниками могут быть:

• Газ из угольных пластов
• Сланцевый газ
• Газогидраты

♦ Газ из угольных пластов начали добывать только в конце 1980-х годов. Впервые это было сделано в США, где была доказана коммерческая целесообразность такого вида добычи. В России Газпром начал испытывать этот метод с 2003 года, начав пробную добычу метана из угольных пластов в Кузбассе. Добычу газа из угольных пластов осуществляют и в других странах - Австралии, Канаде и Китае.

♦ Сланцевый газ . Сланцевая революция в добыче газа, случившаяся в США в последнее десятилетие, не сходит с первых полос периодической печати. Развитие технологии горизонтального бурения и позволило добывать газ из низкопроницаемых сланцев в объемах окупающих затраты на его извлечение. Феномен бурного развития добычи сланцевого газа в США подстегивает и другие страны к развитию данного направления. Помимо США активные работы по добыче сланцевого газа ведутся в Канаде. Также значительным потенциалом по развитию масштабной добычи сланцевого газа обладает Китай.

♦ Газогидраты . Значительная часть природного газа находится в кристаллическом состоянии в виде так называемых газогидратов (гидратов метана). Крупные запасы газогидратов существуют в океанах и в зонах вечной мерзлоты материков. В настоящее время оцениваемые запасы газа в виде газогидратов превосходят вместе взятые запасы нефти, угля и обычного газа. Разработкой экономически целесообразных технологий по добыче газогидратов усиленно занимаются в Японии, США и некоторых других странах. Особенно этой теме уделяет внимание Япония, лишенная традиционных запасов газа и вынужденная закупать этот вид ресурса по чрезвычайно высоким ценам.

Природный газ в качестве топлива и источника химических элементов имеет большое будущее. В отдаленной перспективе именно его рассматривают в качестве основного вида топлива, который будет использоваться в период перехода мировой энергетики на более чистые возобновляемые ресурсы.