Природный газ способы добычи краткое

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:

• минеральная (неорганическая);
• биогенная (органическая).

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:

• бутан (C4H10);
• пропан (C3H8);
• этан (C2H6);
• неуглеводородные вещества: водород (H2), гелий (Не), азот (N2).

Физические свойства вещества:

• бесцветное, без запаха (в чистом виде);
• плотность — 0,7 кг/м3 (в сухом газообразном виде) либо 400 кг/м3 (в жидком виде);
• температура возгорания — 650 градусов.

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:

• супергигантские (более 5 триллионов м3);
• гигантские (от 1 до 5 триллионов м3);
• крупные (100 миллиардов м3 — 1 триллион м3);
• средние (10–100 миллиардов м3);
• мелкие (до 10 миллиардов м3).

Крупнейшие месторождения природного газа находятся в территориальных водах Катара и Ирана, России, Туркмении и США.

Выделяют несколько разновидностей природного газа.

Сухой

В составе сухого газа преобладает метан, и в относительно небольших количествах содержатся этан и тяжелые углеводороды. Сухой газ также называют нефтяным, так как он является попутным на месторождениях нефти.

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

Тощий газ — еще одно название сухого газа, в котором преобладает метан на фоне невысокого содержания этана.

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:

1. Метан — бесцветное горючее вещество, легче воздуха, устойчив к температурам, без характерного запаха. Метан опасен для здоровья. Им заправляют газовые плиты. Газ может находиться в твердом агрегатном состоянии в виде газовых гидратов.
2. Этан. Бесцветный газ, без запаха. Немного тяжелее воздуха. Растворяется в спирте. Газ горюч, но не подлежит использованию по назначению. Этан применяют в химической реакции, чтобы в итоге получить этилен. Малотоксичен, представляет опасность для здоровья.
3. Пропан. Газ без запаха и цвета, обладает высокой степенью токсичности, плохо растворяется водой. Имеет свойство сжижаться, если показатели температуры находятся в пределах комнатной, а также в условиях невысокого давления. Благодаря этому он без труда транспортируется и хранится. Пропан используют в качестве топлива в некоторых автомобилях.
4. Бутан. Бесцветный газ, который имеет специфический запах. Токсичен. Тяжелее воздуха в 2 раза. Плотность его выше, чем у пропана. Используется для заправки некоторых автомобилей.
5. Углекислый газ. Без цвета, практически не имеет запаха. Не горюч. В 1,5 раза тяжелее воздуха. Опасен для здоровья человека, хотя является одним из наименее токсичных газов.
6. Гелий. Бесцветный газ, очень легкий и инертный, специфического запаха не имеет. В нормальных условиях не вступает в реакцию ни с одним из веществ. В отличие от любого другого газа, не существует в твердом состоянии. Не горюч, не токсичен. Представляет опасность для здоровья. Гелием заполняют дирижабли, аэростаты.
7. Сероводород. Тяжелый бесцветный газ, имеет специфический запах тухлых яиц. Горючий, взрывоопасный, опасен для здоровья.

Наиболее ценный элемент в составе газа — метан.

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:

1. Бурение. После разведочных работ скважины бурят на глубину, где размещаются пласты полезного ископаемого, а затем укрепляют при помощи обсадных труб и цементирования. Подъем газа на поверхность осуществляется естественным путем: он перемещается к зоне меньшего давления.
2. Метод гидроразрыва. В этом случае бурят скважины, а затем нагнетают в них мощный водный или воздушный поток, который разрушает перегородки в горной породе. В результате газ под действием давления выходит наружу. В некоторых государствах такой способ добычи природного газа запрещен, так как гидроразрыв может стать причиной сейсмической неустойчивости разрушенных пород.
3. Подводная добыча. Если газовые запасы находятся под водой, то для их добычи прибегают к использованию гравитационных платформ с бетонным основанием, которое упирается в дно. Оно содержит колонны, с помощью которых осуществляется бурение. На этих же платформах есть резервуары для временного хранения добытого газа. После завершения работ топливо подают на сушу через трубопровод.

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:

• металлургическая промышленность (экономит до 15 % кокса, снижает себестоимость стали и чугуна, повышает производительность труда на 10 % и более);
• электроснабжение (природный газ, используемый на электростанциях, уменьшает затраты на топливо и тем самым снижает себестоимость электроэнергии);
• цементная, текстильная, стекольная, пищевая (газ повышает производительность труда и снижает себестоимость продукции).

На основе газа изготавливают:

• моторное топливо;
• полимеры и каучуки (сырьем для них становятся выделенные из газа легкие углеводороды);
• сложные химические вещества (лаки, краски, изоляционные материалы, формальдегид).

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:

• высокая скорость перемещения газа;
• бесперебойная работа;
• минимальные потери газа в процессе транспортировки;
• автоматический режим перемещения ресурса.

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.

Источник

Как добывают газ

Природный газ является энергетическим достоянием России, большие запасы залежей этого топлива позволяют стране обеспечивать им как собственное население и промышленность, так и экспортировать за рубеж. Россия занимает второе место в мире по количеству добытого природного газа среди всех стран, которые имеют запасы подобного топлива.

Объемы добычи в России

Российским природным газом пользуется не только наша страна. Мы обеспечиваем голубым топливом такие государства: Германия, Голландия, Турция, Италия. Также сюда относятся бывшие братские республики: Литва, Латвия, Эстония, Беларусь и Армения.

По данным геологических служб, нашей стране принадлежит около 25% всех мировых запасов голубого топлива. В объемном исчислении это равно примерно 45 трлн м 3 . Если бы мы не экспортировали его в друге местности, то могли использовать сами на протяжении 70-90 лет.

Из общего числа добытого нашей страной газа, а это около 640 млрд кубических метров, примерно 35% идет на экспорт, что приносит государству немалый и стабильный доход. Кроме финансовой стабильности благодаря продаже газа мы имеем много дружески настроенных государств в Европе, а это очень важно при решении различных споров.

Если рассчитать объемы добычи голубого топлива на душу населения, то получится около 4 000 кубометров на одного жителя страны. При этом необходимая потребность составляет около 2800 кубических метров на человека.

Газовым царством называют Сибирь: там добывают примерно около 90% всего объема голубого топлива в России. Остальные месторождения почти равномерно разбросаны по Северному Кавказу, Сахалину, Поволжью, в Астраханской и Иркутской областях.

Вот список крупнейших месторождений:

• Сахалин-3 – около 18 млрд м 3 добывается за год;
• Заполярное – самое большое и мощное хранилище природного газа в стране, около 130 млрд. м 3 в год;
• Штокмановское – около 24 млрд м 3 ;
• Уренгойское – 36,8 млрд м 3 ;
• Бованенковское – 67, 5 млрд м 3 , в основном идет на экспорт в Европу;
• Ковыктинское – 23 млрд м 3 кубометров в год.

Из всех 250 газодобывающих компаний страны:

• 80 – из состава ВИНК (холдингов);
• Газпром и его 15 дочерних предприятий;
• НОВАТЭК – 9 подразделений;
• 3 предприятия системы СРП;
• 144 частные и независимые компании.

Добыча голубого топлива в России – это миллиардные прибыли страны и стабильная экономика.

Классификации залежей газа

Природный газ, который добывается на просторах нашей родины, классифицируют по следующим признакам:

• по местоположению – это атмосферные, гидросферные, литосферные и переходные (газопроявления);
• по их физическому состоянию – свободные, которые образуют самостоятельную фазу, и сорбированные (в горных породах и пластовых водах – это водорастворенный и нефтей – нефтяной газ);
• по составу – углеводородные, углекислые, азотные, сероводородные.

Еще существуют генетическая классификация, по происхождению:

• органогенные;
• литогенные;
• биогенные;
• метаморфогенные.

Промышленные классификации различают газы исходя из их товарных качеств – гелионосные, сероводородные. Это зависит от того, какая у них теплота сгорания и какие в них содержатся компоненты. Различают газы осадочной толщи, сухие и жирные, попутные нефтяные, каменноугольных шахт, конденсатных месторождений.

Классификация по геологическому строению (ее сложности):

• Простое – однофазные залежи, которые связаны с ненарушенными либо слабонарушенными слоями. Пласты с характерной выдержанностью толщин и свойств (коллекторских) по разрезу и площади;
• Сложное – одно- или двухфазные залежи, у которых невыдержанные толщины и коллекторские свойства. Иногда у них имеются тектонические нарушения или литологические замещения непроницаемыми породами;
• Очень сложного строения – одно- или двухфазные залежи, в которых наблюдаются тектонические нарушения, литологические замещения или невыдержанность толщин.

Природный газ можно разделить на три группы:

• Которые добываются из газовых месторождений, они сухие и не имеют в своем составе тяжелых углеродов;
• Которые добывают вместе с нефтью. Это смеси сухого газа, жидкого (пропан-бутан) и газолина (газового бензина);
• Которые добываются из газоконденсатных месторождений. Это смесь углеродного конденсата (жидкого) и сухого газа. Конденсат состоит, в основном, из тяжелых углеродов, из которых можно выделить масляные фракции.

Процесс добычи голубого топлива

После определения выгодного месторождения полезного ископаемого и вычисления примерных объемов его добычи начинается процесс извлечения. Производится бурение скважин на нужную глубину, ту, на которой проходит слой добываемого материала. Чтобы давление голубого топлива распределялось равномерно, бурение производят особым способом – телескопическим (поэтапным, с периодическим уменьшением диаметра бурения).

Скважину укрепляют специальными обсадными трубами и заливают цементным раствором. Чтобы давление было равномерным, бурят сразу две-три скважины, а поднимается газ естественным путем, по законам физики. После этого добытый продукт подвергается очистке, чтобы отделить его от ненужных примесей.

Добыча с использованием угольных шахт

Существует одна из форм природного газа – метан угольных пластов. О нем известно давно – это большая проблема шахтеров, из-за угольного метана в шахтах часто происходят взрывы, вызывающие обвалы пород. Концентрация метана возрастает с глубиной шахты, поэтому с глубиной прохода увеличивается риск аварии.

Находится метан в нескольких видах: свободном, растворенном и абсорбированном. Взрывоопасным он становится после того, как смешается с воздухом и угольной пылью, поэтому его стараются отвести от угольных пластов, тем самым обезопасив шахтеров. Чтобы зря не терять «отходы» угольного производства, отведенный газ научились применять с большой пользой.

У дегазации (процесса отвода метана) есть два способа: активный и пассивный. Пассивная дегазация – это когда место выделения газа изолируют от шахты, а потом выводят наружу либо, если это невозможно, потоком воздуха разбавляют его до безопасной консистенции. Активная дегазация (основной способ получения метана) происходит специальными вакуумными насосами (искрозащищенными) по вентиляционным каналам, выводят его в накопительные резервуары.

Метод гидроразрыва

Гидравлический разрыв пласта (ГРП) – один из способов сделать газовую скважину более выгодной, он является основной частью так называемого «метода Фрекинга». ГРП основан на создании специальной трещины в пласте с целью сделать его более эффективным, обеспечить дополнительный приток необходимого флюида (в данном случае – природного газа).

Специальным оборудованием под давлением в скважину подается вода, песок и необходимые химикаты. Эта смесь создает трещины в породе и оживляет те скважины, которые уже не могут работать в обычном режиме. Рабочей жидкостью (химией) выступает специальная смесь, состоящая из высокомолекулярных полимеров.

Особенности подводной добычи

Но не только земля обладает несметными запасами природного газа, моря и океаны также переполнены столь ценным ресурсом. Морская добыча данного полезного ископаемого имеет свои особенности, здесь требуется особое оборудование – специальные буровые платформы гравитационного типа. Они громадные, тяжелые и приспособлены для длительного проживания буровой команды. Стоят они на крепком бетонном основании и устойчивы к большим волнам. В основание платформы встроены буровые установки, также имеются специальные резервуары для добытого газа, а с сушей платформы соединяют трубопроводы.

Влияние на экологию

Проблемы газовой промышленности заключаются в сжигании природного газа. Хотя он считается одним из экологических видов топлива, у него есть одна очень плохая особенность: при горении сжигает много кислорода.

Кроме этого, происходит минимальный выброс вредных веществ в окружающую среду. Процент сравнительно небольшой, но использование газа настолько популярно, что вред природе наносится огромный.

В связи с этим в 1997 году в Японии был подписан международный договор, ограничивающий выброс вредных веществ в воздух при использовании природного газа, документ подписала 181 страна.

Перспективы газодобывающей промышленности России

Прогнозы на рост газодобывающей промышленности России весьма различаются в зависимости от общих будущих перспектив развития экономической ситуации в стране. При благоприятном экономическом росте аналитики прогнозируют 645-665 млрд м 3 в 2019 году, а к 2020 г. вырасти до 720.

Умеренный вариант предполагает довести добычу голубого топлива в 2020 году до 680 млрд м 3 в год. Критический же допускает временное резкое понижение объемов добычи, но полную ее стабилизацию к 2020 году.

Источник