Способы добычи сырья газовой промышленности

Газодобывающая промышленность России

Газодобывающая промышленность является самой молодой отраслью топливно-энергетической промышленности России. Ее основные составляющие – это добыча, хранение и транспортировка природного газа. На территории страны сосредоточены самые большие запасы этого топлива – 1/3 мировых запасов.

Что представляет собой природный газ

Простейшим определением природного газа можно назвать смесь углеводородов, основу которой составляет метан (химическая формула СН₄). Кроме метана, в составе часто встречаются этан, бутан, пропан, а также некоторые неуглеводородистые вещества.

В природе газ встречается в пластах горных пород, часто его месторождения близки к нефтяным. Залежи газа могут быть в виде шапки над нефтью, а также в растворенной и кристаллической форме. Интересный факт – газ не имеет запаха и цвета.

Тот характерный и неприятный запах, который присущий бытовому топливу получается после обогащения сырья – одорации – это процесс насыщения газа серосодержащими соединениями, чаще всего используют этантиол. Одна часть этого вещества способна раствориться в 50 миллионах частей воздуха. Делается такое обогащение для того, чтобы предотвратить утечку газа.

Учеными до сих пор решается спор о природе появления газовых залежей в земной коре. Не сегодня существуют две основные теории:

• биогенная – подразумевается, что газ является следствием разложения живых организмов в безвоздушном пространстве;
• минеральная – предполагает, что газ является результатом динамики в глубоких слоях земли, в процессе дегазации вещества поднимаются в зоны наименьшего давления и образуют нефтяные и газовые залежи.

В России газ долгое время считался побочным продуктом при нефтедобыче, понятий о месторождениях этого топлива не существовало. Постепенно, когда промышленники стали обращать внимание на полезные свойства этого сырья, стали разделять добычу нефти и газа, и осваивать новые месторождения голубого топлива. Газовой промышленности в России чуть более 200 лет.

Основные классификации залежей газа

Считается, что практически все полезные ископаемые, в том числе и природный газ, были образованы в меловом периоде, именно тогда на земле жили крупнейшие животные, которые вымерли по непонятным до сих пор причинам. На этом основываются сторонники биогенной теории происхождения газа. В зависимости от того на какой глубине залегает природное топливо, его относят и классифицируют по временным периодам. Самые нижние ярусы мелового периода, они получили названия замков и населенных пунктов, вблизи которых были обнаружены:

Динамика добычи Сеноманского газа по месторождениям ЯНАО

• Туронский;
• Сеноманский;
• Валанжинский;
• Ачимовский.

Туронский ярус считается самым молодым, залежи в земной коре обнаружены на глубине 800 м, его состав неоднороден, в нем много примесей, которые снижают качество.

На территории России большие залежи Сеноманского газа. Его месторождения располагаются на глубине 1000 – 1800 метров, он более чистый, содержит главным образом метан, поэтому его добыча экономически выгодна, не требуется дальнейшая очистка.

Залежи Валанжинского газа более глубокие, до 3000 метров, в составе в значительной мере присутствует пропан, этан и газовый конденсат. В мире прослеживается тенденция к постепенному истощению залежей этого яруса.

Ачимовские залежи до сих пор являются предметом глубокого изучения, их состав характеризуется высоким содержанием парафинов, а строение яруса – высоким давлением внутри пласта. В России месторождения этого яруса также разрабатываются в промышленных масштабах.

Богатые месторождения газа в России

Самые значимые залежи природного газа – 84,4% территориально расположены в восточной части страны, преимущественно в Ямало-Ненецком автономном округе. Здесь разведаны и активно используются такие месторождения, как:

• Уренгой;
• Медвежье;
• Ямбург;
• Заполярное.

На карте обозначены места природного газа и кол-во их скопления

Гигантским, по объемам залежей, считается Уренгойское месторождение, оно входит в тройку мировых лидеров, запасы здесь оцениваются в 16 триллионов м 3 . Название было дано по одноименному близлежащему городу – Уренгой.

Освоение и промышленная добыча газа здесь началась в 1978 году. С 1984 года добытое сырье начинает уходить на экспорт в страны Западной Европы. С 2008 года здесь стали добывать газ из ачимовских ярусов, а в дальнейшем планируется разрабатывать ярусы юрского периода, которые располагаются ниже 4000 метров.

Месторождения Заполярное и Ямбург расположены на Тазовском полуострове. Это Заполярная часть Западносибирской равнины. Здесь достаточно суровые погодные условия, температура иногда опускается ниже 55 о С, а толщина земного пласта вечной мерзлоты 400 метров.

Природные запасы газа в Западной Сибири составляют 60% общероссийских залежей. Среди прочих месторождений можно выделить особо значимые:

• Вуктыльское (Северный район);
• Астраханское (Поволжье);
• Оренбургское (Урал);
• Северо-Ставропольское (Кавказ);
• Усть-Вилюйское (Дальний Восток);
• Тунгор (остров Сахалин);
• Ленинградское, Русановское, Штокмановское (Карское и Баренцево моря).

Как осуществляется добыча голубого топлива

Процессу добычи природного топлива предшествуют геолого-разведывательные работы, в ходе которых точно устанавливаются залежи. На сегодняшний день используют следующие способы геологической разведки местности:

• гравитационная – основана на определении силы тяжести горных пород, насыщенные газом пласты характеризуются более низкой плотностью;
• магнитная – основана на магнитной проницаемости различных пород, при этом используется аэромагнитная съемка, которая дает развернутую картину на глубине до 7000 метров;
• сейсмическая – основанная на использовании упругих колебаний, волн, которые проходя через земные слои, издают эхо, улавливаемое специальными аппаратами;
• геохимическая – основана на изучении подземных вод на предмет концентрации в них химических веществ, присущих газовым залежам;
• бурение – самый достоверный способ геолого-разведывательных мероприятий, однако, применение его дорогостоящее, поэтому целесообразно провести предварительные исследования, затем бурить пробную скважину.

Добыча природного газа

После определения месторождения и оценки его объемов начинается добыча природного газа. Для этого бурятся скважины, глубина которых должна достигать яруса залегания природного топлива. Для обеспечения распределения давления поднимающегося газа, скважину делают лесенкой или по типу подзорной трубы.

Стенки укрепляются обсадными трубами и цементируются. На одном месторождении располагаются несколько скважин. Таким образом, снижается давление, и процесс добычи значительно ускоряется. По скважине газ поднимается за счет собственной энергии – стремится в зону с меньшим давлением.

Далее, добытое топливо необходимо очистить от примесей и органических веществ. Для этих целей вблизи месторождений строятся газоперерабатывающие заводы или устанавливаются комплексы по обработке природного газа.

Особенность подводной добычи

Месторождения обнаружены не только на суше, добыча газа и нефти осуществляется и в акватории океанов и морей. В России на шельфе Баренцева, Охотского и Карского морей. Активно идет добыча в месторождениях Лунское, Сахалин-2, в близлежащей перспективе – Сахалин-3.

Здесь расположены самые сложные и тяжеловесные платформы гравитационного типа. Такие платформы имеют устойчивое бетонное основание, которое достигает дна. Именно в это основание встроены колонны, которые осуществляют бурение скважин, а также имеют резервуары для добытого топлива, от них на сушу ведет трубопровод. Над поверхностью воды располагаются буровые вышки.

Такие платформы полностью оборудованы для длительного пребывания на борту обслуживающего персонала, часто их численность достигает 100 человек. Платформы имеют собственную электростанцию, вертолетную площадку, жилые помещения.

Если месторождение расположено недалеко от берега, то для бурения используют наклонные скважины, основание которых погружено вглубь шельфа, а выход осуществляется на сушу. Дальнейшая обработка добытого топлива осуществляется на суше по стандартной схеме.

Как происходит доставка газа потребителям

Из районов добычи голубое топливо транспортируется в районы потребления по магистральному трубопроводу. Это основной элемент газотранспортной системы страны. Он состоит из стальных труб, диаметр которых в пределах 700 – 1420 мм, в нем создается высокое давление, благодаря которому и осуществляется движение.

Давление может достигать 11,8 МПа, а пропускная способность до 35 млрд м 3 топлива в год. Магистральный трубопровод может быть подземный, наземный и подводный. Глубина залегания зависит от рельефа местности, но в большинстве случаев не превышает одного метра.

Следующим звеном в транспортной системе являются распределительные станции ГРС. Их основное предназначение снизить давление и провести одоризацию, а в некоторых случаях провести дополнительную очистку и осушку топлива.

Далее, топливо направляется к конечным потребителям. Здесь происходит дальнейшее снижение давления, в зависимости от конкретного потребителя:

• для жилых домов – 0,003 МПа;
• для предприятий I категории – 1,6 МПа;
• для предприятий II категории – 1,2 МПа;
• для предприятий III категории – 0,6 МПа.

Многоэтажные жилые дома и крупные промышленные предприятия оборудованы внутренним газопроводом, который осуществляет подачу топлива непосредственно к газоиспользующему оборудованию.

Видео: Газ России

Источник

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