Природный газ образовывается в результате смешивания различных газов в земной коре. В большинстве случаев глубина залегания колеблется от нескольких сотен метров до пары километров. Стоит заметить, что газ может образовываться при высоких температурах и давлении. При этом доступ кислорода к месту отсутствует. На сегодняшний день добыча газа реализована несколькими способами, каждый из них мы рассмотрим в данной статье. Но давайте обо всем по порядку.
Общие сведения
Необходимо понимать, что природный газ примерно на 98% состоит из метана. Помимо этого, в его состав может входить этан, пропан, бутан и др. Существует еще и термин «нетрадиционный газ». Он обозначает природный газ, который в основном добывают из глинистых пород. Он залегает глубоко под землей в угольных пластах, песчаниках и других геозонах, под крайне высоким давлением. На сегодняшний день доля нетрадиционного газа несколько меньше половины, а уже к 2030 году планируется увеличить этот показатель до 56%. В настоящее время почти все страны по добыче газа имеют буровые установки. Но большая их часть, примерно 40%, принадлежит США. Ведь именно это государство продает огромное количество газа каждый год. Давайте более подробно поговорим на данную тему и разберемся с интересующими нас вопросами.
Добыча газа в мире
В течение многих сотен лет люди стремились усовершенствовать способы что в принципе вполне нормально. Потребности человека с каждым днем растут, и появляется необходимость в новых технологиях добычи. На сегодняшний день такое как природный газ, добывается во всем мире из нефтегазовых месторождений, а также его можно найти в растворенном состоянии в нефти или воде. Если говорить конкретно о России, то в нашей стране его добывают из недр планеты Земля. Примечательно то, что газ в чистом виде не имеет ни цвета ни запаха. Чтобы максимально быстро определять утечку газа, в него добавляют одоранты, которые имеют резкий неприятный запах. Такой подход позволяет сократить смертность среди населения в результате утечки газа. Безусловно, добыча газа в мире подразумевает использование безопасного оборудования, так как любой открытый огонь может привести к большому количеству жертв на месте скважины.
Газогидратные залежи
Не так давно было определено, что газ может находиться под землей в твердом состоянии. Если раньше ученые знали только о жидком и газообразном состоянии, то сегодня известно о твердых залежах, которые тоже имеют большое значение для промышленности. С каждым днем все больше и больше говорят о том, что на дне океана есть большие скопления парниковых газов, которые находятся там в виде гидратов. Гидраты еще не нашли широкого применения, однако уже используются для опреснения воды, кроме того, планируется использовать такие залежи для хранения газов. По сути, районы добычи газа могут несколько расшириться, так как где есть гидраты, могут быть и другие залежи полезных ископаемых. Ну а сейчас давайте пойдем дальше и рассмотрим кое-что еще интересное.
Залежи природного газа
Есть данные, которые свидетельствуют о том, что в осадочной оболочке земной коры есть просто огромные залежи природного газа. Существует биогенная теория, которая говорит о том, что газ, как собственно и нефть, образуется в результате длительного разложения живых организмов под воздействием высоких температур и давления. Кроме того, температурный режим обычно несколько выше, точно так же, как и давление, нежели в нефтяных залежах. Обусловлено это тем, что газ располагается ниже нефти. На сегодняшний день самыми большими залежами обладает Россия. По большому счету, запасов данного природного ископаемого может хватить на долгие годы. Добыча газа в России налажена практически во всех местах. По данным Минприроды Российской Федерации общие объемы оцениваются в 48,8 трлн.м 3 .
Запасы природного газа по странам
В настоящее время можно говорить о том, что по официальным данным 101 страна имеет на своей территории запасы данного полезного ископаемого. На последнем месте идет Бенин - 0, 0011 трлн.м 3 , а на первом месте Россия - 47,800 трлн.м 3 . Но это цифры приведенные ЦРУ, поэтому в реальности данные могут незначительно отличаться. Еще одна страна, обладающая неиссякаемыми запасами - Иран. Помимо этого, страны персидского залива, такие как США и Канада, тоже могут похвастаться богатыми месторождениями природного газа. Если перечислять страны Европы, то на первых местах будут Норвегия и Нидерланды. Примечательно и то, что страны, некогда входящие в состав СССР, такие как Казахстан, Азербайджан, Узбекистан, тоже имеют много природного газа. Как уже было отмечено несколько выше, во второй половине 20-го века были открыты газогидраты. Сегодня известно, что их залежи просто огромны. Причем запасы есть как на больших глубинах, так и под дном океана.
Способы добычи газа
В настоящее время залежи располагаются на глубине 1-3 километра. Одна из находится около города Новый Уренгой, она уходит под землю на 6 километров. В недрах он находится в порах под высоким давлением. Постепенно он переходит в поры с меньшим давлением и так до тех пор, пока не попадет непосредственно в скважину.
Основной способ добычи - это бурение скважин. Обычно на территории месторождения располагается несколько скважин. Причем их стараются бурить равномерно для того, чтобы примерно одинаково распределялось на несколькие скважины. Если скважина будет всего одна, то вполне вероятно ее преждевременное обводнение. На сегодняшний день практически отсутствуют другие способы добычи газа. По большому счету обусловлено это тем, что нецелесообразно придумывать что-то новое, особенно если технология будет усложняться. Вряд ли в ближайшее время что-то заменит скважины.
Подготовка газа к транспортировке
После того как природное ископаемое поступило по скважине из недр земли, его необходимо доставить пользователю. Это может быть химический завод, ТЭЦ и другие газовые сети. Его подготовка к транспортировке обусловлена тем, что помимо необходимых компонентов в составе есть и прочие примеси, которые затрудняют его дальнейшее использование и перемещение по магистралям. Необходимо удалить пары воды, которые могут скапливаться в магистралях и затруднять перемещение. Также нужно удалять и сероводород, который представляет серьезную угрозу газовому оборудованию (вызывают коррозию). Для подготовки могут использоваться различные схемы. Наиболее целесообразной считается та, при которой очистная станция располагается в непосредственной близости от месторождения. Тут осуществляется сушка и очистка. В случае большого содержания сероводорода или гелия, ископаемое отправляют на газоперерабатывающий завод. В принципе, добыча газа в России обычно реализуется через заводы, так как качество исходного продукта не всегда на должном уровне.
Транспортировка газа
В настоящее время основным видом транспорта является трубопровод. Диаметр трубы может достигать 1,4 метра, а давление в системе 75 Атмосфер. Однако в ходе продвижения по магистрали давление теряется, а продукт нагревается. По этой простой причине через определенные промежутки сооружают компрессорные станции. Там повышают давление газа до 55-120 атм и охлаждают. Несмотря на то, что проложить газовую магистраль стоит очень дорого, сегодня - это самый целесообразный метод подачи природного ископаемого на средние и небольшие расстояния. В некоторых случаях применяются газовозы, их еще очень часто называют танкерами. Газ находится в специальных емкостях в сжиженном состоянии. Температура при транспортировке должна быть в диапазоне 150-160 градусов по Цельсию. Данный метод обладает существенным преимуществом, таким как безопасность
Заключение
В данной статье вкратце была рассмотрена технология добычи газа. В принципе, скважинный метод является самым популярным. Другие способы, если и внедрялись, то не нашли применения по различным причинам. Что же касается сферы применения газа, то в первую очередь - это горючее. В качестве топлива он используется для обогрева жилых помещений, а также подогрева воды, приготовления пищи и т.п. Ввиду высоких цен на электроэнергию - это один из самых дешевых способов отопления. Используется газ и в качестве топлива для автотранспорта, ТЭЦ, а также котельных. используют его для получения пластмасс и других органических веществ. Ну вот и все по данной теме. Помните о том, что неправильное обращение с газом может привести к летальному исходу.
Энергетика - основная «пища» экономики, от нее зависит жизнеобеспечение любой страны. Для каждого государства нехватка природных энергоресурсов становится весомым основанием для разработки новых альтернативных источников энергии. Хотя, справедливости ради, следует отметить, что существующие на сегодняшний день виды топлива, нефть, газ, уголь и атом, сохранят статус основных видов получения энергии еще надолго.
И в этом смысле трудно переоценить роль газовой промышленности. Разработки и добыча газа в России, а также поставки его на мировой рынок вывели страну на лидерские позиции. Хоть этим видом сырья Россия наделена весьма щедро, такая роль им обретена далеко не сразу.
Но прежде чем познакомиться с историей активных газовых разработок на территории Российской Федерации, поговорим о месте, которое отводится природному газу в мире.
Голубое топливо на планете Земля
По добыче природного газа более четверти мирового объема принадлежит США, которые по итогам 2016 года остаются безусловным лидером. На втором месте - Россия с объемом около 20% суммарного производства десяти лидирующих регионов.
Рис. 1. Мировые лидеры по добыче природного газа по результатам 2016 года, млрд куб. метров
Источник: сайт promdevelop.ru
Но нахождение в списке лидеров по производству газа не означает лидерство в мировой торговле топливом. Согласно данным Организации стран-экспортеров нефти, экспортоориентированными из них являются лишь восемь.
Рис. 2. Лидеры мировой торговли газом, 2016 г.
Источник: сайт promdevelop.ru
Основные районы добычи
На карте отражена география распространения крупнейших мест добычи газа на всем земном шаре. Считается, что таковых на планете 20 - крупнейших газовых месторождений, с запасами газа около 1200 млрд куб. метров.
- 4 в США - в Мексиканском заливе и на Аляске;
- 9 в районах Западной Сибири, Дальнего Востока и Сахалина, шельфы двух морей — Баренцева и Карского в Российской Федерации;
- 2 месторождения в пределах Ирана, Катара и Саудовской Аравии в Персидском заливе;
- 1 в южных районах Туркменистана;
- 3 в Алжире и Нигерии;
- 1 в Тариском бассейне Китая.
Крупные месторождения есть также в Северном море Норвегии и на землях Канады в пределах острова Ньюфаундленд северных провинций, включая шельф Западно-Канадского бассейна.
Конечно, основные залежи сосредоточены на территориях государств-лидеров добычи данного ресурса.
Рис. 3. Местоположение крупнейших газовых месторождений
Источник: сайт promdevelop.ru
Согласно сведениям, опубликованным ОПЕК, во всех государственных месторождениях не больше 180 трлн куб. метров газа. Еще не меньше 120 трлн пока не разведанных запасов и для глобальной добычи недоступных по причине слишком большой глубины залегания. Так что оставшиеся запасы в условиях, когда потребление голубого топлива неустанно растет, в ближайшие 65 лет будут использованы.
Способы добычи газа
Природный газ извлекается из земных глубин с помощью скважин:
- под естественным давлением (устранение примесей в таком газе позже происходит на газоперерабатывающем заводе или на специальной станции);
- из угледобывающих шахт (в практике работы угледобывающих шахт в Штатах для предотвращения взрыва);
- гидроразрыв (считается, что такой способ может спровоцировать землетрясение, потому под запретом в некоторых странах);
- под водой (при маленькой глубине устанавливаются высокие сваи, при больших глубинах - плавучие, а при особо больших, выше 3000 м - полупогруженные платформы с буровой вышкой в центре).
Добыча природного газа в РФ
В экономике России газовой отрасли отводится стратегическая роль. А для ее бюджета экспорт природного газа входит в список основополагающих статей. Свою роль сыграло большое количество месторождений этого горючего топлива, инновационные технологии, на них применяемые, и обширные запасы ископаемых в недрах.
Только вот складывалась история газовой отрасли непросто.
Истоки
В отсутствие добычи природного газа в России газоснабжение городов до революции осуществлялось искусственным путем. Он получил название «светильного». Получали его на газовых заводах сухой перегонкой из каменного угля и использовали для бытовых целей и освещения городов. Первое такое предприятие было образовано в Петербурге в 1835 году, а сырье для него доставлялось из-за границы. Так зарождалась российская газовая промышленность.
В 1855-м немцем Бунзеном изобретена газовая горелка, а в 1865-м - газовый завод построен в Москве, а в 1891 в России было уже тридцать таких заводов, не считая 180 газогенераторных установок малой мощности. И все же это было значительно меньше, чем в главных капиталистических странах мира. В одной только Великобритании газовых заводов было около 600.
С открытием месторождений природного газа, который куда экономичней искусственного, системе газоснабжения предстояло начать переход на естественный горючий ресурс.
Первые открытия были бессистемными. Это и выделение вместе с водой газа с сероводородом на глубине 112 метров, когда в районе Астрахани бурили скважины на воду (1840). И выход газа на Апшеронском полуострове, в Саратове, Мелитополе и др. при бурении скважин на воду.
Набирала обороты нефтедобыча, а вместе с нефтью пришлось соприкоснуться с постоянным ее спутником - попутным нефтяным газом (ПНГ). Котельные Баку и Грозного первыми в 1880-м начали использовать его в качестве топлива. Нефтяной газ постепенно получал все большее применение для бытовых и промышленных нужд.
Развитие газовой промышленности
Так называют период с 1922 года, когда забил газовый фонтан в Сураханах. Нашлись бакинские нефтедобывающие фирмы в Баку, заинтересовавшиеся этим событием и начавшие бурить скважины на газ. В промышленности уже применялись металлические трубы, а здесь по ним газ, добытый из скважин, подавался на НПЗ, где его использовали как топливо при переработке нефти.
В 20-х годах в молодой Советской России насчитывалось лишь 5 газовых месторождений:
- «Дагестанские Огни»;
- Мелитопольское;
- Мельниковское;
- Ставропольское;
- Сураханское.
Добывалось на них около 15 млн куб. метров в год. Тогда, после Гражданской войны, и начались плановые изыскания природного газа.
А искусственный газ стал применяться для отопления, на нем готовили пищу. Его (коксовый, доменный, генераторный) получали из бурого и каменного угля, горючих сланцев, древесины и торфа.
И хоть появился уже в 1923-м в Баку первый газобензинный завод, природный газ еще не был оценен по достоинству. Ситуация изменилась с созданием в 1933 году «Главгаза». Одно за другим открывались новые, чисто газовые месторождения в Коми:
- «Седельское» (июль 1935);
- «Войвожское» (1943);
- «Нибельское» (1945).
В Саратовской области в годы войны:
- «Елнашское»;
- «Курдюмское»,
А также в Ставропольском и Краснодарском краях, Куйбышевской, Оренбургской областях, на Северном Кавказе, Средней Азии, Азербайджане, Украине и др.
Даже построен прямо перед началом Великой Отечественной войны первый в стране газопровод (20 см в диаметре, 68 км в длину) от Дашавского газового месторождения до г. Львова, в 1943-м - газопроводы Похвистнево - Куйбышев, Елшанка - Саратов, Бугуруслан - Куйбышев, Курдюм - Князевка и другие, а в 1944 году начало строительства магистрального газопровода Саратов - Москва.
Не зря саратовцы свой родной город считают колыбелью газовой промышленности России. Во-первых, именно здесь в 1906 году был получен природный газ, который стал топливом на кирпичном и стекольном заводах, построенных хозяином хутора, где собственно бурилась та самая артезианская скважина на воду. А само месторождение получило название Мельниковского (Дергачевского), только запасы газа на сегодня здесь уже иссякли.
Во-вторых, появилась знаменитая монография академика И. М. Губкина «Урало-Волжская либо Восточная нефтеносная область», а в кратком ее изложении в «Технике молодежи» в 1939-м этот регион Нижнего Поволжья был назван «Вторым Баку».
В-третьих, с пуском в июле 1946-го магистрального газопровода, первого в стране, «Саратов-Москва» в России началась история «большого газа».
Рис. 4. Даешь газопровод!
Источник: сайт ibirzha.kz
И пусть в самостоятельную отрасль народного хозяйства она выделилась из нефтяной промышленности только в 1956-м, своим днем рождения отечественная газовая промышленность вправе считать 11 июля 1946 года, когда природный газ, что горел в квартирах москвичей, заменил собой:
- 1 000 000 кубов дров;
- 650 000 тонн угля;
- 150 000 тонн керосина;
- 100 000 тонн топочного мазута.
Топливная промышленность страны окончательно поменяла дрова, уголь и торф на газ.
К тому же, открывались новые, уникальные по составу и запасам газовые месторождения Западной Сибири. Их освоение давалось непросто: заболоченные территории, вечная мерзлота, суровый климат
Рис. 5. Легендарный газовый проект - строительство газопровода «Бухара-Урал» 1961
Источник: сайт ura.news
Поворотным для экономики страны стал год 1966. Начинаются поставки советского газа во многие страны.
«Природный газ находит широкое применение в качестве дешевого сырья в химической промышленности и экономичного вида топлива в черной металлургии и других отраслях промышленности»
(Издание ЦСУ РСФСР 1967 года «РСФСР за 50 лет»).
Месторождения Узбекистана, Азербайджана, Казахстана (Карачаганакское месторождение) и Туркмении в истории советской газовой отрасли играли значительную роль. Они и сегодня в числе крупнейших. Но к моменту распада СССР добыча на территории бывшей РСФСР достигала 75% общего объема, добываемого в стране голубого топлива, и с 6,2 млрд куб. м выросла до 727,4 млрд.
Рис. 6. Доля Российской Федерации в добыче газа СССР
Источник: Росстат (сборники ЦСУ СССР и РСФСР, Госкомстата)
Не миновал отрасль и известный кризис 1998 года. Кризисные явления удалось преодолеть. На рынке появилось новое акционерное общество «Газпром», которое занимается добычей и транспортом газа в современной России, которое является сегодня не просто одним из , но и крупнейшим игроком мирового рынка газодобычи.
Рис. 7. Газовый гигант ПАО «Газпром»
Источник: сайт contrpost.bosenko.info
С этим холдингом неразрывно связан современный период газовой промышленности.
Современность
Отрасли никогда не быть столь важной и прибыльной, если бы не огромные запасы указанного топлива, на которых она базируется. При этом российское голубое топливо в Европе сейчас самое дешевое.
«Газпром» назвал текущую себестоимость добычи газа. Сейчас она на уровне $20 за 1000 куб. м - это самый низкий показатель в мире» («Ведомости», июнь 2016).
Месторождения и запасы
По оценкам, запасы российского газа составляют порядка 200 трлн куб. метров, а к 2030 году его будет добываться уже более 800 млрд куб. метров в год (для справки: за 2016 год этот показатель равнялся 641 млрд), что позволяет и собственные потребности обеспечить, и экспортируют значительное его количество.
Рис. 8. Запасы природного газа в Российской Федерации
Источник: сайт promdevelop.ru
Лидером по добыче остается Западная Сибирь. Это основной район добычи газа в России, важнейшее звено отечественной газодобычи, где добывается 90% этого горючего топлива. Если говорить о российских регионах, это Ямало-Ненецкий АО (сосредоточено 4/5 добычи), Астраханская и Иркутская области, а также Красноярский край и др., это шельфы Баренцевого и Карского морей.
На территории России расположены крупнейшие в мире, даже самые уникальные месторождения:
- Уренгойское.
Оно относится к супергигантским и прочно удерживает третье место на планете. Объём газа - 16 трлн куб. метров - и это лишь примерная оценка. Обнаружено оно в 1966-м, капитальная добыча началась в 1978-м, а появился на мировом рынке в 1984-м.
- Ямбургское.
В числе крупнейших мировых месторождений, с запасами почти в 8,2 трлн куб. метров газа, где он добывается в условиях вечной мерзлоты (40-50 м промерзшей земли). Открыто в 1969 году на полуострове Тазовский в Ямало-Ненецком АО, добыча в промышленных масштабах начата в 1980-м.
- Бованенковское.
Также не уступает многим мировым месторождения. Объем оценивается в 4,9 трлн кубометров. Открыто в 1971-м на Ямале. Постоянная добыча начата в 2012-м. Газ поставляется на экспорт, в основном, в Китай.
- Штокмановское.
Считается одним из самых богатых по запасам газа и газового конденсата. Объёмы газа и конденсата исчисляются цифрами в 3,94 трлн куб. метров и 56 млн тонн соответственно. Обнаружено в 1981 году в Баренцевом море на глубине 300-400 метров, а уже в 1988-м произведена первая пробная добыча. В планах пуск месторождения на полную мощность в 2019-м.
- Ленинградское.
Газоконденсатное месторождение на юго-западной части Карского моря открыто в 1992-м и сразу оценено как гигантское. Количество газа в нем может быть порядка 3 трлн куб. метров, конденсата - почти 3 млн тонн.
- Русановское.
Уникальное месторождение в Карском море на континентальном шельфе Северо-Западной платформы открыто в 1992 году на глубинах от полутора до двух с половиной километров. По оценкам, запасы - 779 млрд тонн газа (предполагается, что цифра эта может достичь 3 трлн куб. метров) и 7,8 млн тонн газового конденсата.
- Заполярное.
Газоконденсатное месторождение, пятое в мире по запасам газа. Открыто в 1965 году между Уренгоем и посёлком Тазовский, запущено в эксплуатацию в 2001-м. Запасы оценены в 2,6 трлн куб. метров.
- Медвежье.
Уникальное газовое месторождение в Ямало-Ненецком округе. Выдаёт около 4% газовой добычи России. Открыто в 1967-м, а с 1972-го - в постоянной эксплуатации, но выработано лишь вполовину. Начальные запасы газа, по оценкам, 4,7 трлн кубометров.
- Астраханское.
Берёт начало с 1976 года. Обнаружено рядом с Астраханью. Запасы оцениваются в 2,5 трлн куб. метров газа и 400 млн тонн конденсата. Эксплуатация началась в 1987-м. А новое открытие в 2014-м в этом районе ещё одного крупного месторождения газа лишь служит подтверждением, сюрпризов в регионе еще хватает.
- Сахалин-3.
Перспективный проект по освоению и разработке сразу нескольких крупных газовых месторождений, которые открываются в Тихом океане с конца 1970-х. Основные из них: Киринское, Южно-Киринское и Мынгинское. Добыча газа планируется на уровне 1,1 млрд куб. метров газа. Начальные запасы оценивались на уровне 162,5 млрд куб. метров газа.
Природный газ - полезное ископаемое группы осадочных горных пород, которое являет собой смесь газов. Этот ресурс возник в результате разложения органических веществ в недрах Земли. Экологи признают природный газ самым чистым видом органического топлива.
Характеристики и виды природного газа
Характеристика природного газа зависит от его состава. Он легче воздуха в 1,8 раза, температура самовозгорания 650°C. Сухой газ имеет плотность от 0,68 кг/м 3 до 0,85 кг/м 3 , а жидкий 400 кг/м 3 . Смесь газа с воздухом от 5% до 15% объёма - является взрывоопасной. Удельная теплота сгорания от 8-12 квт-ч/м 3 . При использовании природного газа в двигателях внутреннего сгорания октановое число равняется от 120 до 130.
Большая часть природного газа - это смесь газоподобных углеводородов. Основную часть составляет метан (СН 4 - до 98%), а также тяжелые углеводороды - этан С 2 Н 6 , пропан С 3 Н 8 , бутан С 4 Н 10 . В состав входят и другие неуглеродные вещества: водород Н 2 , сероводород Н 2 S, диоксид углерода СО 2 , азот N 2 , гелий Не.
В чистом виде природный газ не имеет ни цвета, ни запаха. Для облегчения определения места утечки, к нему подмешивают одоранты, вещества с неприятным запахом.
Виды природного газа:
- сжиженный (СУГ);
- болотный;
- нефтяной;
- угольный;
- газовые гидраты;
- сланцевый;
- светильный;
- коксовый;
- компримированный или сжатый (КПГ);
- попутный нефтяной;
- по ярусам и подъярусам земляного пласта мелового периода, откуда он добывается сегодня - туронский, сеноманский, валанжинский, ачимовский.
Месторождение природного газа
В основном, залежи природного газа находятся в осадочной оболочке земной коры. Огромными запасами природного газа владеет Россия (Уренгойское месторождение), в Европе - Норвегия, Нидерланды, большинство стран Персидского залива, Иран, Канада, США, большие залежи есть в Азербайджане, Узбекистане, Туркмении и Казахстане. Газовые гидраты в огромном количестве присутствуют на большой глубине под морским дном, также и под землей.
Добыча природного газа
Перед проведением добычи, сначала проводят разведку - гравитациоанную, магнитную, сейсмическую или геохимическую. Однако единственный достоверный способ выяснить, есть ли под вами запас газа, - бурение скважины. Природный газ находится на глубине от одного километра. В недрах Земли газ находится в микроскопических порах, которые соединены между собой каналами - трещинами, по них под высоким давлением этот важный ресурс проникает в поры более низкого давления до тех пор, пока не окажется внутри скважин. Все это осуществляется в соответствии с законом Дарси - фильтрации газов и жидкостей в пористой среде. Газ выходит из недр в результате того, что в скважинах он находится под давлением, что в несколько раз превышает атмосферное.
Газ добывают с помощью скважин, которые равномерно распределяют по всей площади месторождения. Это делается для равномерного падения пластового давления в залежи. Добытый газ подготавливают к транспортировке. Транспортируют газ трубопроводами, специальными танкерами-газовозами, железнодорожными цистернами.
Использование природного газа
Природный газ используют как высокоэкономичное топливо для электростанций, для цементной и стеклянной промышленности, черной и цветной металлургии, производства стройматериалов, получения различных органических соединений. Этот важный ресурс используется для и для коммунально-бытовых нужд. Источник энергии для мегаполисов, моторное топливо, краска, клей, уксус, аммиак - все это мы имеем благодаря природному газу.
Природный газ - это смесь газов, которая образовывается при анаэробном разложении органических веществ в недрах земли.
Природный газ относится к группе полезных ископаемых. В пластовых условиях (то есть условиях залегания в земных недрах) природный газ находится в газообразном состоянии - в форме отдельных скоплений (залежи газа) или в форме газовой шапки нефтегазовых месторождений, или в воде или в нефти в растворённом состоянии. Также газ может быть в состоянии в форме естественных газогидратов.
Методы и технологии добычи природного газа
Добыча природного газа осуществляется лишь методом фонтанной эксплуатации скважин. Эксплуатацию скважин проводят через подъёмные трубы, но при отсутствии твёрдых примесей или агрессивных компонентов в газе, скважины одновременно используются благодаря затрубному пространству и подъёмным
Работа газовой скважины полностью контролируется за счет регистрации рабочих параметров, соответствующих замеров и анализа результатов периодических исследований. Из отдельных скважин газ после сепарации от твердых примесей, влаги и замера отправляется в промышленный газосборный коллектор, а затем в газосборный пункт, а оттуда после необходимой подготовки его для последующего транспортирования направляется в магистральный газопровод.
Технологический процесс добычи природного газа
Основное оборудование для добычи природного газа - это буровой станок. Он представляет собой долото, подвешенное на канате, который то опускали, то поднимали благодаря вороту. Их называли ударно-канатными машинами. Но сейчас такие машины уже практически не используются: они медленно пробивают отверстие в камне, при этом много энергии расходуется впустую.
Более выгодный и быстрый другой метод бурения - роторный, при нем скважина высверливается. К специальной ажурной четырехногой вышке из металла высотой 20-30 метров подвешена стальная толстая труба. Она вращается с помощью ротора. На нижнем конце этой трубы находится бур. Постепенно, по мере увеличения глубины скважины, трубу удлиняют. Для того чтобы разрушенная порода не забивала скважину, то в нее через трубу с помощью насоса нагнетают специальный глинистый раствор. И этот раствор промывает скважину, удаляет из нее вверх по щели между стенами и трубой скважины разрушенные песчаник, глину, известняк. Плотная жидкость одновременно поддерживает стенки скважины, и не дает им обрушиться.
Но у роторного бурения есть свои минусы. Чем глубже будет скважина, тем труднее работать двигателю ротора, и тем медленнее будет происходить бурение. Но со временем та вода, которая лишь вымывала разрушенную породу из скважины, начала и вращать бур. Сейчас до того как достигается дно скважины, этот глинистый раствор вращает турбину, которая прикреплена к буровому оборудованию.
Этот инструмент назвали турбобуром, усовершенствовали, и сейчас опускают в скважину несколько турбин, которые насажены на один общий вал. Природный газ на поверхность земли поднимается благодаря естественной энергии - стремления в зону с самым меньшим давлением. Так как газ, который получен из скважины, имеет большое количество примесей, то сначала он отправляется на обработку. Возле некоторых месторождений сооружаются установки комплексной подготовки газа, и тогда газ из скважин сразу же отправляется на газоперерабатывающий завод.
Это основная работа при добыче газа. Газ не требует отделения от окружающего массива взрывчаткой или машинами, не требует поднятия на поверхность земли в вагонетках или конвейером.
Кроме бурения скважин, газ можно получить и методом добычи "вслепую". Газ заключен в очень мелкие поры, ими обладают некоторые горные породы. Природный газ находится на глубине от 1000 метров до нескольких километров. После того, как проведены геологоразведочные работы, когда известно, где расположены залежи, начинается процесс добычи газа, извлечение его из недр, сбор и подготовка к транспортировке.
Транспортировка природного газа на нефтеперерабатывающие заводы и электростанции осуществляется по автомобильным и железным дорогам, газ перевозят в танкерах или в цистернах. Но часто газ можно подавать по трубам на любые расстояния. Газопроводы, представляющие собой магистрали из стальных труб, которые уложены не очень глубоко в земле, могут протягиваться на тысячи километров.
Оборудование для добычи природного газа
Для добычи природного газа необходимо иметь специальное оборудование:
- Стационарные газоанализаторы. Используются для осуществления контроля при технологических измерениях состава газа и контроля выбросов в энергетике, металлургии, цементной промышленности, нефтехимии
- Газовый тестовый сепаратор. Используется для определения количества жидкости, которая добывается из нефтяной скважины, для того чтобы подогреватели нефти были обеспечены топливным газом. Газовый тестовый сепаратор необходим для того чтобы определять количества газа, количество жидкости, подачи топливного газа в специальные подогреватели, а также для обеспечения безаварийной и непрерывной работы подключенного подогревателя
- Газовый сетчатый сепаратор. Используется для полной очистки в промысловых установках попутного нефтяного и природного газа от жидкости (ингибитора гидратообразования, конденсата, воды), для подготовки газа к транспортировке, к хранению в подземных хранилищах и на газоперерабатывающих заводах.
- Подогреватель газа. Используется для автоматического поддержания необходимой температуры и для нагрева попутного нефтяного, природного и искусственного газов, которые не содержат агрессивных примесей, перед дросселированием на компрессорных станциях, на газораспределительных станциях, на магистральных газопроводах и для других потребителей теплого газа для увеличения надежности работы технологических инструментов.
- Газовый фильтр. Используется для очистки горизонтальных участках газопроводов от смолистых веществ, песка, пыли, металлической окалины, и других твердых частиц, а также механических примесей, которые содержатся в проходящем через них природном газе и воздухе.
- Аппараты колонные. Используются для осуществления массо- и теплообмена (абсорбция, ректификация, десорбция) при температурах от - 40°С до +200°С при избыточном давлении.
Хранение добытого природного газа
Для того чтобы хранить добытый природный газ нужны специальные газонепроницаемые, герметичные резервуары. А чтобы газ занимал при хранении и перевозке меньше места, то его сжижают, для этого охлаждают до температуры - 160° С. Такой сжиженный газ хранится в емкостях из специальной стали и прочных алюминиевых сплавов. Стенки делаются двойными, а между стенками устанавливают материал, который плохо проводит тепло, для того чтобы газ не нагревался.
Но наибольшие хранилища природного газа дешевле и удобнее создавать под землей. В таких подземных газохранилищах стенками будут служить непроницаемые пласты горных пород. Для того чтобы такие породы не могли вывалиться и обрушиться, их бетонируют. Есть несколько основных способов хранения под землей сжиженных газов. Хранилище может представлять собой полость - горную выработку, которая расположена очень глубоко. Также хранилищем может быть котлован или яма, закрытая герметичной крышкой из металла.
Подземные газовые хранилища бывают двух видов: в полостях горных пород и в пористых породах. К первому виду относятся такие хранилища, которые созданы в старых туннелях, заброшенных шахтах, в пещерах, в специальных горных выработках, сооруженных в плотных горных породах (гранитах, известняках, каменной соли, глине). В полостях горных пород хранятся газы, в основном, в сжиженном состоянии. Чаще всего это бутан, пропан и их смеси. Ко второму виду относятся хранилища в истощённых газовых и нефтяных месторождениях, в водоносных пластах. В них обычно природный газ хранится в газообразном состоянии.
Самыми удобными и дешевыми газохранилищами являются такие, которые созданы в истощённых газовых и нефтяных залежах. Чтобы использовать такие ёмкости под хранилища, необходимо устанавливать дополнительное оборудование, прокладывать необходимые коммуникации, ремонтировать скважины. В тех местах, где необходимы резервы газа, а таких истощённых газовых и нефтяных залежей нет, газохранилища сооружают в водоносных пластах. Газохранилище в водоносном пласте - это искусственно созданная газовая залежь, используемая циклически.
Добыча природного газа - это важнейшая отрасль добывающей промышленности, и это основная отрасль формирующая профицит государственногог бюджета.
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.
