Природный газ способ получения

Природный газ: свойства, способы добычи и производства

Природный газ представляет собой газообразную смесь углеводородов естественного происхождения, находящую широкое применение в качестве горючего.

Способы добычи

Так как природный газ (очень часто его также называют голубым топливом) залегает на достаточно большой глубине под землёй: 1-6 км, то для его добычи требуется выполнение целого ряда инженерно-технических мероприятий.

Под естественным давлением

В земных недрах, газ располагается в пустотах, соединённых между собой трещинам. Причём находится он там под очень высоким давлением, значительно превышающим давление атмосферы на поверхности земли.

В результате бурения скважины (для выравнивания давления и увеличения потока, обычно бурят несколько равномерно расположенных скважин на территории месторождения), выкладываемой затем обсадными трубами, залитыми снаружи цементом, возникает естественная тяга. Тем самым ценнейшее природное топливо выходит наружу, где подвергается очистке и дальнейшей поставке потребителям.

Из угледобывающих шахт

С развитием прогресса, специалисты ищут возможности не только нейтрализовать некоторые опасные вредные производственные факторы, но и употреблять их для практической пользы.

Одним из таких достижений стала утилизация метана, выделяющегося в угольных шахтах. С углублением выработки, количество этого газа резко возрастает, создавая опасность взрывов и удушения персонала. Длительное время метан просто удаляли, вместо того чтобы использовать.

Однако столь ценное топливо гораздо лучше утилизировать и применять по прямому назначению, что и было осуществлено двумя следующими способами:

• Активной откачкой вакуумными насосами с дальнейшим накоплением в ёмкостях.
• Пассивным методом с помощью изоляции мест газовых выделений. Из них потом метан или выводят наружу, или доводят до безопасной концентрации путём разбавления.

Метод добычи метана из угольных шахт нашёл широкое применение в США.

Гидроразрыв

Способ, с помощью которого добытчики голубого топлива пытаются в значительной степени увеличить производительность скважин. Путём открытия доступа к неосвоенным или недостаточно освоенным участкам залежей в месте уже организованной добычи. Внутрь существующей скважины под высоким давлением поступает вода, песок, химикалии. Это приводит к гидравлическому разрыву пласта, сопровождающемуся бурным выходом природного газа.

Несмотря на свою высокую эффективность, данный метод вызывает сейсмическую активность, сильнейшее загрязнение почвенных вод, выход из-под земли вредных газов, повышение радиоактивности. Неудивительно, поэтому его запрещение на территории ряда государств мира.

Под водой

Огромные запасы голубого топлива расположены в прибрежных зонах морей и океанов. Хотя данный метод и требует строительства очень дорогих гравитационных платформ с развитой инфраструктурой, тем не менее, способ находит всё более широкое распространение.

Более того, осваивается добыча газа вообще без строительства надводных сооружений: напрямую от подводных установок к береговому комплексу. Примером может служить Киринское месторождение на шельфе острова Сахалин, запущенное несколько лет назад в эксплуатацию. Столь удачная уникальная разработка даёт возможность освоения подводных месторождений находящихся под толщей льда.

Если же залежи природного газа располагаются вблизи берегов, то уместным становится наклонное бурение, начатое на суше.

Газ, получаемый промышленными методами

Помимо естественных способов получения газообразного топлива, существуют и искусственные. В основе газов, получаемых промышленными методами, лежат природные углеводороды. Не удивительно, что свои названия они получили от исходных материалов, представляющих собой жидкое или твёрдое топливо:

• Нефтяные газы – продукты перегонки нефти или результат стабилизации газового бензина (газолина). В процессе нефтедобычи также выделяется значительное количество попутного газа. Хотя по своему химическому составу те и другие мало чем отличаются друг от друга (пропан, бутан, изобутан), природа их возникновения несколько различна.
• Коксовый газ – побочный продукт получения кокса путём высокотемпературной дегазации. При более низких температурах аналогичного процесса вырабатывается городской газ.
• Сланцевый газ также получается высокотемпературным воздействием на сланец без доступа воздуха.
• Генераторный газ получил своё название от газогенераторов, перерабатывающих древесину, каменный уголь или торф в газы под воздействием пара или воздуха при температуре в 1000 0 C.

Процессы переработки

Вспомогательные

Сепарация

Первоначальное нахождение природного газа в естественной природной среде приводит к загрязнению его разнообразными жидкостями и твёрдыми механическими образованиями. Понятно, что в таком виде он не пригоден для транспортировки и дальнейшего использования.

Для очистки голубого топлива используется сепарация, то есть разделение исходной массы на газообразную, жидкую и твёрдую составляющие с последующим удалением жидкости и твёрдых частиц. В основе физики этого процесса лежит силовое воздействие гравитации или инерции на движущиеся среды, обладающие различным удельным весом.

Абсорбционная сушка

Суть абсорбционной осушки природного газа заключается в использовании некоторых жидкостей (сорбентов) для поглощения находящейся в нём влаги. В качестве таких поглотителей используют гликоли (в России наибольшее распространение получил диэтиленгликоль – ДЭГ). Как правило, гликоли не токсичны, стабильны в своём использовании, не отказывают какого-либо вредного воздействия на само очищаемое вещество и обладают возможностью достаточного простой технологической схемы восстановления.

Внутри сосуда-абсорбера происходит противоток газа (движется вверх) и абсорбента (стекает вниз), в результате которого голубое топливо осушается, а впитавший в себя влагу абсорбент выходит из цилиндра и отправляется на регенерацию.

Основные

Выделения кислых компонентов

Находящийся в естественном состоянии природный газ подвержен всякого рода загрязнениям. В их числе: углекислый газ, сероводород, угарный газ, сернистый газ. Эти примеси провоцируют коррозию, а также снижают энергетические качества углеводородного топлива.

Для выделения кислых компонентов применяют сухие и мокрые способы. В первом способе используются:

• активированный уголь,
• гидрат окиси железа,
• марганцевые руды.

Во втором случае применяются:

Принцип очистки основывается на различной степени растворимости веществ в составе природного газа.

Разделение углеводородных газов на фракции

Разделение газов производится с целью получения целого набора компонентов: редких газов, лёгких углеводородов, топливных газов, сырья для изготовления продукции химической отрасли. Осуществляют данный процесс в местах добычи или на промышленных предприятиях. В основу технологии разделения положены следующие физико-химические процессы:

• Абсорбция.
• Адсорбция.
• Хемосорбция.
• Компрессия.
• Конденсация.
• Низкотемпературная ректификация.
• Комбинированные методы.

Современные газофракционирующие установки позволяют полностью автоматизировать процессы разделения с целью получения точного сырья должной степени концентрации.

Хранение и транспортировка

Хранение природного газа производится:

• В мокрых газгольдерах или газгольдерах высокого давления.Первые имеют стабильное давление при переменном объёме хранения. Вторые – наоборот. Так как, и те и другие требуют значительных капитальных затрат и не обеспечивают сезонные колебания уровня потребления, то в настоящее время строительство новых газгольдеров приостановлено.
• На концевых участках магистральных газопроводов, выступающих в качестве своеобразных временных накопителей в ночное время суток.
• В надземных и подземных хранилищах. Достаточно часто в качестве их используют пустые полости бывших месторождений, а также искусственно сооружённые пустоты на месте водоносных пластов.
• Кроме того, газ хранят в изотермических резервуарах и ёмкостях шарообразной или цилиндрической формы, которые изготавливают из материалов, обладающих малой степенью температурного расширения.

Транспортировку газа осуществляют в основном газопроводами, а также автотранспортом в цистернах или баллонах. В случае наличия удобных водных путей – пользуются танкерами.

Сфера применения

В основе всемирного глобального использования природного газа лежат две уникальные особенности этого набора углеводородов: выделение значительного количества тепла при сгорании – голубое топливо, возможность транспортировки на значительные расстояния гигантских объёмов при незначительных текущих затратах. Он также применяется в качестве сырья для получения целого набора веществ, употребляемых в химической отрасли.

Месторождения в России и мире

Пятёрку «супергигантских» мировых месторождений возглавляют:

• Южный парс/Северное, расположенное на территории Ирана и Катара – 28 трлн. м 3 .
• Галканыш (ЮжныйИолотань) – Туркмения. Запасы: 21,4 трлн. м 3 .
• Уренгойское – Россия. 10,2 трлн. м 3 .
• Хейнсвиль – США. 7 трлн. м 3 .
• Ямбургское – Россия. 5,2 трлн. м 3 .

Также крупнейшие месторождения (до 5 трлн. м 3 ) имеются на территориях Алжира, Нидерландов, Казахстана и Азербайджана.

Мировые запасы

Общий объём голубого топлива в мире на 2020 год оценивается в 196,8 трлн. м 3 . Значительная часть его расположена в странах Ближнего и Среднего Востока, на территории СНГ, а также в Африке. Не удивительно поэтому, что доказанные запасы России составляют по одним источникам 47,8 трлн. м 3 , по другим – 38,0 трлн. м 3 . Учитывая сложность оценки и большую погрешность, это нормально, и лишь доказывает, что наша страна располагает пятой частью мировых запасов голубого топлива.

Страны, добывающие газ

Крупнейшими странами по добыче природного газа на начало 2020 года являлись:

• США – 920,9 млрд. м 3 .
• Россия – 679 млрд. м 3 .
• Иран – 244,2 млрд. м 3 .
• Катар – 178,1 млрд. м 3 .
• Китай – 177,6 млрд. м 3 .

Выход в последние годы на первое место Соединённых Штатов можно объяснить политической конъюнктурой современности и сланцевой революцией. Однако сколь долго продлится такое соотношение объёмов газодобычи, покажет самое ближайшее будущее.

Источник

Добыча природного газа

Природный газ является углеводородной смесью, основу которой составляет метан. Помимо него, он включает другие компоненты: пропан, бутан, этан и вещества, не содержащие углеводородов. Он скапливается между горными напластованиями. Зачастую газовые запасы сопровождают нефтяные месторождения. Одним из интересных его свойств – у природного газа отсутствует цвет и запах. Добыча газа имеет огромное значение для современной промышленности и обеспечения быта населения.

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.

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:

• Сеноманского.
• Валанжинского.
• Туронского.
• Ачимовского.

Туронский слой относительно недавнего происхождения, глубина его залегания около 800 м. Он характеризуется неоднородным составом с большим количеством примесей, снижающих качество сырья.

Россия обладает огромными запасами газа Сеноманского яруса. Глубина месторождений составляет от 1 до 1,8 км. Эта разновидность свободного газа почти не содержит примесей, по большей части, включая метан. Добыча газа в данных условиях не требует его последующей очистки, поэтому наиболее целесообразно, с экономической точки зрения.

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.

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.

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.

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.

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.

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

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.

Хранение и транспортировка добытого топлива

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.

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.

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:

• залповый характер выброса (при продувке газопровода);
• при смазке дегазационного бака;
• в случае срабатывания пневматических кранов.

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.

Видео по теме: Добыча природного газа

Источник