Использование нефти и природного газа. Общие сведения о природном газе
Цена на природный газ для стран Евросоюза пересмотрена. В 2016-ом за 1 000 кубометров топлива просили 167 долларов. В 2017-ом, по февральским заявлениям председателя «Газпрома», запросят уже около 180-ти условных единиц.
При этом, доля европейского рынка российской корпорации растет. В прошлом году показатель составлял 31%, в текущем – уже 34%. В частности, на 12,5% увеличены поставки в дальнее зарубежье.
В общем, есть и спрос, и перспективы. Отсутствие конкурентов позволяет поднять цены, оставляя Европу приоритетным рынком. О масштабах потребности в топливе не только Запада, но и самой говорят объемы газопроводов.
Их общая длина в Федерации, к примеру, равна 20-ти экваторам. Причем, этого не хватает. Планируют строить новые сети. Так что, нелишне поговорить о перспективном топливе. Узнаем, чем оно является, отличается и как получается.
Свойства природного газа
Герой имеет смешанный состав. Объем природного газа складывается из нескольких . Основной – метан. Его в состав природного газа входит более 90%.
Оставшиеся 10% приходятся на пропан, бутан, , углекислый газ, и . Объединяя их под одним названием, эксперты ставят природный газ на 3-е место по распространенности на Земле. По сути же, бронза достается метану.
Природным топливо зовется, поскольку не синтетическое. Газ рождается под землей из продуктов разложения органики. Однако, есть в топливе и неорганическая составляющая, к примеру, .
Точный состав зависит от местности, присутствующих в ее почвах ресурсах. Изначально же, запасы природного газа зарождались в илистых отложениях водоемов. В них оседали отмершие микроорганизмы и растения.
Ни окислиться, ни разложиться они не могли, поскольку микробов в среде не было, да и кислород туда не проникал. В итоге, отложения органики дожидались подвижек земной коры, к примеру, разлома в ней.
Ил проваливался, оказываясь в новой ловушке. В земных недрах на органику воздействовали давление и жар. Схема похожа на образование нефти. Но, для нее достаточно более низких температур и меньшего давления.
К тому же, у крупные молекулы углеводородов. Природный газ – метан низкомолекулярный, как и прочие компоненты топлива. Его частицы микроскопические.
Взаимодействие между молекулами природного газа слабое. Это-то и отличает вещество от прочих агрегатных состояний, то есть жидкостей и камней. Именно от строения зависят главные свойства природного газа. Горючий .
Вещество легко воспламеняется, а при 600-700-от градусах Цельсия самовозгорается. При этом, октановое число топлива равно 120-130-ти. Этот параметр характеризует детонационную стойкость.
Способность противостоять самовозгоранию важна при сжатии. Не секрет, что используют, в основном, сжиженный природный газ . Его создают из обычного при низких температурах и высоком давлении.
Октановое число газа рассчитывается по соотношению легковоспламеняющихся компонентов к тем, которые при сжатии с трудом окисляются. В бензине это, к примеру, н-гептан и изооктан. Отсюда, собственно, и название числа.
Теплотворность героя статьи приближена к 12 000 килокалорий на кубический метр. То есть, сгорание природного газа дает в 4 раза больше энергии, чем сжигание и в 2 раза больше, чем при работе с .
Теплотворность газа равна нефти. При этом, герой статьи выигрывает перед высокомолекулярным углеводородом. В частности, применение природного газа бездымно. И нефть, и коптят. К тому же, газ сгорает без остатка. У углей, к примеру, остается непереработанная зола.
Несмотря на экологичность, природный газ опасен. Если добавить 5-15% героя статьи к воздуху, он самовоспламениться. Процесс, естественно, протекает в закрытых помещениях. Дома природный газ , как и в цехах, поднимается к потолкам.
Возгорание начинается оттуда. Причина – легкость метана. Воздух тяжелее почти в 2 раза. Вот молекулы природного газа и поднимаются к потолкам. Распознать явление сложно, ведь ни цвета, ни запаха, ни вкуса у природного газа нет.
С химической точки зрения герой статьи отвечает параметрам метана, то есть, вступает в реакции замещения, пиролиза и дегидрирования. Первые основываются на обмене двух и более веществ атомами. Пиролиз – это разложение при нагреве и в отсутствии кислорода. Дегидрированием же именуют реакции отщепления от органики водорода.
Уже при 4-процентном содержании в природном газе примесей тяжелых углеводородов, свойства героя статьи меняются. Указанные в статье параметры усреднены. Однако, практическую ценность имеет любой газ. Какой природный материал идет вход зависит от целей.
На топливо пускают составы с преобладанием метана. Газ, в котором его меньше 90%, считают техническим, применяют в химической промышленности. Подробности процесса расскажем в отдельной главе. Пока же, разберемся с местами дислокации газа в природе.
Добыча и месторождения природного газа
В природе газ – именно газ. Сжижают его после добычи. Поэтому, мировые запасы топлива исчисляются не в килограммах или литрах, а кубометрах. Разведаны на планете 200 триллионов и 363 миллиона.
Ежегодная добыча достигла 3,6 миллиардов кубометров. Их поставляют , Иран, Катар, Туркмения, США, Аравия, Объединенные эмираты и Венесуэла. Страны перечислены в порядке убывания запасов газа.
Как лидер списка, обладает супергигантским «Уренгойским» месторождением природного газа . Названа залежь в честь поселка, рядом с которым найдена еще в 1966-ом. По запасам топлива «Уренгойское» месторождение занимает 3-е место на Земле.
В недрах сокрыты 16 триллионов кубометров газа. Разрабатывают их с 1978-го, с 1984-го экспортируют в Европу. К 2017-му выработаны 70% запасов, то есть от 16 триллионов кубов осталось около 5-ти.
К гигантским относят и «Ямбурское» месторождение. Находится в том же Ямало-Немецком округе, открыто 2-мя годами позже «Уренгойского». Добыча природного газа в промышленных масштабах ведется с 1980-го. Изначально, запасы месторождения исчислялись 8,2 триллионами кубов. К 2017-му кладовые газа оскудели на 4 триллиона кубометров.
Расход природного гага из месторождения, где скважины бурят в условиях вечной мерзлоты, указывает на важность ресурса. Чтобы добыть ямбурское топливо, преодолевают от 1-го до 3-ех километров грунта. 50 метров из них приходятся на мерзлоту.
На полуострове Ямал находится еще одно северное месторождение газа – «Бованенковское». Его запасы равны 4,9 триллионам кубов. Открыли их еще в 1971-ом, но добывать начали лишь в 2012-ом. Поэтому, по текущим запасам залежь сравнима с «Ямбурским» и «Уренгойским» месторождениями.
На «Бованенковском» промысле ежегодно добывают около 90-та миллиардов кубов природного газа. Для населения полуострова предприятие – доход и место занятости. Хотя, некоторые уезжают на промысел за пределы материка.
Природный газ в России найден и на ее морских просторах. Так, «Штокмановское» месторождение разрабатывается меж Мурманском и Новой землей. Иначе говоря, запасы газа базируются на дне Баренцева моря.
Глубина в месте добычи газа не превышает 400-от метров. В полном объеме месторождение не разрабатывается. Пока, процесс отложен до 2019-го года. Объемы залежи исчисляются почти 4-мя триллионами кубометров газа.
Еще одно морское месторождение природного газа находится на юге Карского моря. За близость к Санкт-Петербургу названо «Ленинградским», открыто еще во времена СССР. Запасы топлива залежи оцениваются в 3 триллиона кубометров.
На континентальном шельфе Карского моря обнаружено «Русановское» месторождение природного газа. Пока, речь идет о 779-ти миллиардах кубических метров топлива. Прогнозы прочат увеличение цифры до 3-ех триллионов кубов. Осложняет добычу глубина залегания газа. Извлекать его приходится с 1,5-2-ух километров.
Поставка природного газа из недр в скважины ведется естественным путем. Легкая субстанция попросту просачивается через поры в породе. В скважине создается область низкого давления.
Там, где базируется природный газ, оно высокое. Естественно, что топливо стремится в пробуренные человеком отверстия. Самая глубокая скважина в уходит на 6-километровую глубину, находится на «Уренгойском» месторождении.
На крупные залежи газа приходится по нескольку скважин. Их бурят на одинаковом удалении друг от друга, делают равноценными. Иначе, давление природного газа в пластах земной коры распределяется неравномерно.
Часть скважин просто останется незаполненной. Если же сделать лишь одно отверстие в грунте, оно быстро обводняется, то есть, заполняется водой. Влага устремляется в поры пород, ранее занятые топливом, в общем, идет за ним попятам.
Применение природного газа
Очевидное применение героя статьи – топливо. Чтобы транспортировать газ по трубам, его осушают. Влага в составе газа вызывает коррозию труб, а при минусовых температурах образует пробки льда, закупоривая проходы.
Освобождают героя статьи и от сероводорода с углекислым газом. Последний не регламентируется , но невыгоден экономически. Сероводорода должно быть не более 2-ух граммов на 100 кубометров.
Для предотвращения несчастных случаев, природный газ одоризируют. Иначе говоря, топливо насыщают пахучими компонентами. Они сигнализируют об утечке газа. Поскольку само топливо запаха не имеет, без обработки можно потерять миллионы кубометров.
Кроме топлива в машинах и котельных, газ служит горючим. На нем работают отопительные котлы, кухонные плиты. Некоторые обзаводятся газовыми лампами, освещая ими дома и дворы.
Добыча природного газа на море
В химической промышленности природный газ, точнее метан из него, служит сырьем для получения и ряда пластификаторов. Ацетилен, метанол и цианистый водород – тоже синтезируются из природного газа. Из ацетилена, к примеру, делают ацетатный шелк. Цианистый водород тоже, во многом, идет на синтетические волокна.
Они добывали газ без скважин. На ископаемое наткнулись в поисках подземных растворов поваренной . Искали ее с помощью связок стеблей бамбука. К их концам прикрепляли металлические копья. Вот и замена буров.
Наружу раствор соли выкачивали клапанами из . Они напоминали кузнечные меха. Газ пришел на поверхность вместе с раствором . Китайцы смекнули сжигать его, дабы выпаривать минерал.
После осушения соли, решили проводить топливо по трубам из бамбука в свои хижины. В общем, простейший вариант газопровода существовал еще 8 веков назад. В те поры за природное топливо не платили. В современности каждый кубометр – . Ознакомимся с ценниками.
Цена природного газа
Газа, во многом, определяет политический фактор. , как монополист рынка, диктует правила. Из объективных факторов на топлива влияет форма его транспортировка. Сжижение и перевозка в баллонах дорогостояща. Поставка газа в его естественном виде напрямую по трубам выгоднее.
Порой, на стоимость газа влияет природа. После урагана «Катрин», к примеру, в США сократили добычу топлива. Соответственно, ценник на него подскочил. Ураган прошелся по газодобывающим местностям.
Газа, как правило, делится на стоимость для чужих и своих. Так, стоимость кубометра российского газа внутри страны не превышает 8 80 копеек. Таков тариф 2017-го года в Саратовской области.
В Псковской, для сравнения, платят 5 рублей 46 копеек. Этот тариф близок к действующему в большинстве газифицированных регионах. Соответственно, 1 000 кубометров стоит не более 8 800-от рублей, а обычно, около 5 500-от.
Минимальный ценник на текущий год для европейцев – около 11 000 рублей. Это цена покупки у россиян. За топливо в своих домах жители Запада, естественно, заплатят больше.
Нефть, природный газ и их производные — горючие полезные ископаемые — приурочены к бассейнам, сложенным толщами осадочных и вулканогенно-осадочных пород с разнообразными составом и структурой.
Нефтегазоносные комплексы, являющиеся составными частями бассейнов, представляют собой природные (материальные) системы, в которых возможна аккумуляция углеводородов, а иногда и их генерация. Основные элементы комплексов — породы-коллекторы, слагающие природные резервуары, породы-флюидоупоры, нефтегазоматеринские породы.
Коллекторы нефти и газа — это горные породы, обладающие способностью вмещать подвижные вещества (воду, нефть, газ) и отдавать их в процессе эксплуатации.
На схеме 1 предложена общая характеристика типов изучаемых пород-коллекторов.
Для образования залежей необходимым условием служит наличие слабо проницаемых пород — флюпдоупоров. которые препятствуют миграции нефти и газа, что способствует накоплению и сохранению углеводородов, поступающих в коллектор. Флюидоупоры. которые перекрывают залежь, называют покрышками.
Важнейшим свойством флюидоупоров является их экранирующая способность, которая зависит от ряда факторов — мощности и выдержанности. минерального состава. структурно-текстурных и тектонических особенностей и др.
Лучшими покрышками, вследствие их повышенной пластичности (до определенных пределов температуры и давления), считают соленосные и глинистые толщи, последние наиболее распространены. Помимо них экранирующей способностью могут обладать другие разновидности осадочных и даже магматических пород, имеющие большую плотность (прочность пород) — сцементированные песчаники, пласты карбонатных пород, глинистые сланцы, аргиллиты.
В зависимости от минерального состава глин, их мощности, возраста изолирующая способность будет различна. Большое влияние на характер экранирующих свойств глинистых пород оказывает наличие в них примесей, а также воды и органических веществ. Эффективность глинистых флюидоупоров сохраняется в определенном интервале глубин, давлений и температур, механических свойств.
В таблице 1 показана зависимость экранирующей способности глин от параметров, характеризующих фильтрующие свойства пород — изменения структуры порового пространства, проницаемости и давления прорыва газа.|
Существуют попытки создания общей классификации покрышек, которая сводится к разделению их по вещественному составу (глинистые, хемогенные и др.) и по широте распространения (региональные, общебассейновые, зональные, локальные). Наиболее крупные залежи нефти и газа обычно располагаются ниже региональных покрышек, которые надежно преграждают путь флюидам. Именно покрышки часто определяют масштабность скоплений и устойчивость существования залежей.
Под природным резервуаром понимают естественное вместилище нефти, газа и воды определенной формы, во всем объеме которого происходит циркуляция флюидов. Исходя из того, что форма природного резервуара определяется соотношением пород-коллекторов с вмещающими их флюидоупорами. то были выделены три крупных группы: пластовые, массивные и литологически ограниченные природные резервуары.
В таблице 2 приведена краткая характеристика основных типов природных резервуаров.
Основное условие, необходимое для образования залежи нефти и газа — наличие ловушки. где происходит улавливание углеводородов, мигрирующих (перемещающихся в земной коре) в природных резервуарах.
Ловушка — это часть природного резервуара, в которой в результате экранирования флюидов начинается формирование их скопления, а также при отсутствии движения нефти, газа и воды устанавливается их относительное равновесие согласно закону гравитации.
Под воздействием гравитационного фактора подвижные вещества распределяются в ловушке по их плотностям, т.е. нефть и газ всплывают в воде. Распределение флюидов в ловушке выглядит следующим образом — газ сосредотачивается в кровельной части природного резервуара, непосредственно под флюидоупором, ниже поровое пространство заполняется нефтью, вода занимает самое нижнее положение. Ловушка чаще всего представляет собой участок резервуара с застойными условиями, даже если в остальной части резервуара вода находится в движении. При движении воды наблюдается нактонный водонефтяной раздел, иногда вся нефть может быть вытеснена из ловушки водой.
В зависимости от причин, обуславливающих возникновение ловушек, выделяют следующие наиболее широко распространенные типы: структурный, стратиграфический и литологический. Последние два типа называют неструктурными ловушками.
Большинство пород-коллекторов имеют вид пластов или слоев, которые на сколько-нибудь значительных расстояниях отклоняются от горизонтального положения. Образование ловушки вследствие изменения направления наклона пластов пород обычно обусловлено движениями земной породы: такие ловушки относятся к структурному типу. Углеводороды, мигрируя в коллекторах по восстанию слоев или перпендикулярно к их напластованию по тектоническим нарушениям, попадают в ловушки — своды антиклинальных структур, где и формируются промышленные скопления нефти и газа. Скопления нефти и газа в антиклиналях происходит за счет улавливания движущихся вверх капелек жидкости и пузырьков газа аркой смятых в складку пластов. Одним из специфических видов антиклиналей являются соляные купола. Они частично прорывают слои осадочных пород, а залегающие над ними пласты изгибаются в виде антиклиналей или купола. Помимо антиклиналей и соляных куполов разновидностью структурных ловушек являются тектонически ограниченные (экранированные) ловушки. Ловушка этого типа образуется за счет того, что при сдвиге (взаимном перемещении пластов) проницаемые пласты вверх по восстанию в зоне разлома экранируются непроницаемым глинистым барьером, который эффективно преграждает движение нефти вверх наклонно залегающего пласта. Изменения проницаемости ведут к образованию стратиграфических ловушек.
При замещении пластов-коллекторов непроницаемыми породами возникает стратиграфическая ловушка. Причинами, по которым может измениться проницаемость и пористость пласта, служат изменения условий осадконакопления по площади, а также растворяющее действие пластовых вод. Известно, что стратиграфические ловушки образуются при срезании, эрозии серии наклонно залегающих пластов, в том числе пористых и проницаемых, и последующем их перекрытии плохо проницаемыми породами-покрышками.
Литологические ловушки формируются в связи с литологической изменчивостью пород-коллекторов, выклиниванием песков и песчаников по восстанию слоев, изменением пористости и проницаемости коллекторов, трещиноватостью пород и др.
Залежь — скопление нефти и газа в ловушке, все части которого гидродинамически связаны.
Залежи образуются обычно в таких местах, где высокопористые пески отлагались вслед за осаждением обогащенных органическим веществом илов. Флюиды в залежи обычно находятся под давлением, примерно соответствующим гидростатическому, т.е. равным давлению столба воды высотой от поверхности земли до кровли залежи (10 кПа/м). Таким образом, первоначальное давление нефти на глубине, например, 1500 м может составлять 15 ООО кПа. В случае появления коллекторских свойств пород одновременно с нефтеобразованием происходит возникновение ловушек вместе с залежью.
Форма и размер залежи в значительной степени определяются формой и размером ловушки. Основным параметром залежи являются ее запасы. Различают геологические и извлекаемые запасы. Под геологическими запасами нефти и газа понимают количество этих , находящихся в залежи.
Необходимым условием возникновения залежи является наличие замкнутого субгоризонтального контура (граница ловушки). Замкнутый контур рассматривается как линия, ограничивающая в плане максимальную возможную площадь залежи. Замкнутый контур представляет собой границу, ниже которой углеводороды не могут удержаться. Залежь нефти и (или) газа может распространяться во всем объеме резервуара внутри замкнутого контура или занимать часть его.
Залежи в основном подстилаются подошвенной водой. Если в них присутствуют нефть и газ. то залежи разделяются на газовые и нефтяные. Выделяются следующие границы раздела: водонефтяной контакт (ВНК), газонефтяной контакт (ГНК), газоводяной контакт (ГВК). Скопление свободного газа над нефтью в залежи называется газовой шапкой. Газовая шапка в пласте может присутствовать только в том случае, если давление в залежи равно давлению насыщения нефти газом при данной температуре. Если пластовое давление выше давления насыщения, то весь газ растворится в нефти.
На рисунке 1 показаны примеры изображения газонефтяной залежи на карте и геологическом разрезе.
Залежи нефти и газа типизируются и классифицируются по разным признакам.
По составу флюидов: чисто нефтяные, нефтяные с газовой шапкой, нефтегазовые, газовые с нефтяной оторочкой. газоконденсатные, газоконденсатно — нефтяные, чисто газовые и др.
Соотношения нефти, газа и воды в залежах приведены в таблице 3. В зависимости от объема нефти и газа, характера насыщения пластаколлектора. географического положения, глубины необходимого для добычи флюидов бурения и других показателей, по которым оценивается рентабельность разработки, залежи подразделяются на промышленные и непромышленные.
Буду благодарен, если Вы поделитесь этой статьей в социальных сетях:
Природный газ — это полезное ископаемое, которое залегает в недрах Земли в газообразном состоянии. Он может представлять либо отдельные скопления (газовые залежи), либо газовую шапку нефтегазовых месторождений. Природный газ и его компоненты широко используются в народном хозяйстве.
Состав природного газа
Природный газ на 98% состоит из метана СН4, свойства которого почти полностью определяют свойства и характеристики природного газа. Также в его составе присутствуют гомологи метана – пропан С3Н8, этан C2H6 и бутан С4Н10. Иногда природный газ может содержать сероводород, гелий и углекислый газ.
Метан (CH4) – газ без цвета и запаха, легче воздуха. Метан горюч, но достаточно легко хранится. Чаще всего используется как горючее в промышленности и быту.
Этан (C2H6) – газ, не обладающий цветом и запахом, слегка тяжелее воздуха. Горюч не менее, чем метан, но как топливо не применяется. Используется в основном для получения этилена, который является самым востребованным органическим веществом во всём мире. Это сырьё для производства полиэтилена.
Пропан (C3H8) – тоже газ, не имеющий запаха и цвета, ядовит. Обладает полезным свойством: при небольшом давлении пропан сжижается, что значительно облегчает процесс отделения от примесей и его транспортировку. Сжиженным пропаном заправляются зажигалки.
Бутан (C4H10) – очень схож по своим свойствам с пропаном, но обладает более высокой плотностью. Тяжелее воздуха в два раза. Пропан и бутан сегодня широко используются в качестве альтернативного топлива для автомобилей.
Углекислый газ (CO2) – малотоксичный бесцветный газ, не имеющий запаха, но обладающий кислым привкусом. В отличие от других компонентов состава природного газа (кроме гелия), углекислый газ не горюч.
Гелий (He) – инертный бесцветный газ, второй по лёгкости (после водорода), не имеет запаха. При нормальных условиях не вступает в реакцию ни с одним из веществ. Не горюч и не токсичен, но может вызывать наркоз при повышенном давлении. Лёгкость и не токсичность (в отличие от водорода) гелия нашли своё применение. Гелием заполняют дирижабли, аэростаты и воздушные шары.
Сероводород (H2S) – иногда может входить в состав природного газа. Это тяжелый бесцветный газ с резким запахом тухлых яиц. Крайне ядовит, даже небольшая концентрации может вызывать паралич обонятельного нерва. Несмотря на свою токсичность, сероводород используется в малых дозах для сероводородных ванн, так как обладает хорошими антисептическими свойствами.
Природный газ — лучший тип топлива
Природный газ – это важный источник энергии, позволяющий уменьшить загрязнения и способствующий поддержанию нормальной экологической обстановки. По сравнению с остальными источниками энергии, обладает рядом преимуществ:
- сгорая, выделяет только углекислый газ и водный пар, это смесь, которой мы обычно дышим на улице;
- при сгорании не выделяет копоти и дыма;
- быстро разжигается и процесс его горения легко контролировать;
- почти не содержит твёрдых примесей и других вредных компонентов;
- относительная дешевизна, благодаря более лёгкому способу добычи и транспортировки.
По своим энергетическим свойствам природный газ уступает лишь нефти, которая выделяет при сгорании больше энергии. Но в отличии от нефти, которую сначала нужно переработать, природный газ практически не требует предварительной обработки.
Есть смесь метана CH 4 с небольшим количеством азота N 2 и углекислого газа СО 2 - то есть, что он качественно тождественен по составу с газом, выделяющимся из болот .
Энциклопедичный YouTube
1 / 4
✪ Природный газ - Это Интересно
✪ Природный газ. Как это работает?
✪ Природный газ и нефть (загадка происхождения и проблема истощения)
✪ № 53. Органическая химия. Тема 14. Источники углеводородов. Часть 1. Природный газ
Субтитры
Химический состав
Основную часть природного газа составляет метан (CH 4) - от 70 до 98 %. В состав природного газа могут входить более тяжёлые углеводороды - гомологи метана :
- этан (C 2 H 6),
- пропан (C 3 H 8),
- бутан (C 4 H 10).
Природный газ содержит также другие вещества, не являющиеся углеводородами:
- гелий (Не) и другие инертные газы .
Чистый природный газ не имеет цвета и запаха. Для облегчения возможности определения утечки газа в него в небольшом количестве добавляют одоранты - вещества, имеющие резкий неприятный запах (гнилой капусты, прелого сена, тухлых яиц). Чаще всего в качестве одоранта применяется тиолы (меркаптаны), например, этилмеркаптан (16 г на 1000 м³ природного газа).
Физические свойства
Ориентировочные физические характеристики (зависят от состава; при нормальных условиях, если не указано иное):
Месторождения природного газа
В осадочной оболочке земной коры сосредоточены огромные залежи природного газа. Согласно теории биогенного (органического) происхождения нефти, они образуются в результате разложения останков живых организмов. Считается, что природный газ образуется в осадочной оболочке при бо́льших температурах и давлениях, чем нефть. С этим согласуется тот факт, что месторождения газа часто расположены глубже, чем месторождения нефти .
Огромными запасами природного газа обладают Россия (Уренгойское месторождение), Иран , большинство стран Персидского залива, США , Канада . Из европейских стран стоит отметить Норвегию , Нидерланды . Среди бывших республик Советского Союза большими запасами газа владеют Туркмения , Азербайджан , Узбекистан , а также Казахстан (Карачаганакское месторождение).
Метан и некоторые другие углеводороды широко распространены в космосе . Метан - третий по распространённости газ во Вселенной, после водорода и гелия. В виде метанового льда он участвует в строении многих удалённых от солнца планет и астероидов, однако такие скопления, как правило, не относят к залежам природного газа, и они до сих пор не нашли практического применения. Значительное количество углеводородов присутствует в мантии Земли , однако они тоже не представляют интереса.
Газогидраты
В науке долгое время считалось, что скопления углеводородов с молекулярным весом более 60 пребывают в земной коре в жидком состоянии, а более лёгкие - в газообразном. Однако во второй половине XX века группа сотрудников А. А. Трофимук, Н. В. Черский, Ф. А. Требин, Ю. Ф. Макогон, В. Г. Васильев обнаружили свойство природного газа в определённых термодинамических условиях переходить в земной коре в твёрдое состояние и образовывать газогидратные залежи . Позже выяснилось, что запасы природного газа в этом состоянии огромны.
Газ переходит в твёрдое состояние в земной коре, соединяясь с пластовой водой при гидростатических давлениях до 250 атм и сравнительно низких температурах (до +22 °C ). Газогидратные залежи обладают несравненно более высокой концентрацией газа в единице объёма пористой среды, чем в обычных газовых месторождениях, так как один объём воды при переходе её в гидратное состояние связывает до 220 объёмов газа. Зоны размещения газогидратных залежей сосредоточены главным образом в районах распространения многолетнемёрзлых пород , а также на небольшой глубине под океаническим дном .
Запасы природного газа
Добыча и транспортировка
Природный газ находится в земле на глубине от 1000 м до нескольких километров. Сверхглубокой скважиной недалеко от города Новый Уренгой получен приток газа с глубины более 6000 метров. В недрах газ находится в микроскопических пустотах (порах). Поры соединены между собой микроскопическими каналами - трещинами, по этим каналам газ поступает из пор с высоким давлением в поры с более низким давлением до тех пор, пока не окажется в скважине. Движение газа в пласте подчиняется определённым законам .
Газ добывают из недр земли с помощью скважин . Скважины стараются разместить равномерно по всей территории месторождения, для равномерного падения пластового давления в залежи. Иначе возможны перетоки газа между областями месторождения, а также преждевременное обводнение залежи.
Газ выходит из недр вследствие того, что в пласте находится под давлением, многократно превышающем атмосферное . Таким образом, движущей силой является разность давлений в пласте и системе сбора.
Мировая добыча природного газа в 2014 году составляла 3460,6 млрд м 3 . Лидирующее положение в добыче газа занимают Россия и США.
| Страна | 2010 | 2006 | ||
| Добыча, млрд м³ |
Доля мирового рынка (%) |
Добыча, млрд м³ |
Доля мирового рынка (%) |
|
| Россия | 647 | 673,46 | 18 | |
| США | 619 | 667 | 18 | |
| Канада | 158 | |||
| Иран | 152 | 170 | 5 | |
| Норвегия | 110 | 143 | 4 | |
| Китай | 98 | |||
| Нидерланды | 89 | 77,67 | 2,1 | |
| Индонезия | 82 | 88,1 | 2,4 | |
| Саудовская Аравия | 77 | 85,7 | 2,3 | |
| Алжир | 68 | 171,3 | 5 | |
| Узбекистан | 65 | |||
| Туркменистан | 66,2 | 1,8 | ||
| Египет | 63 | |||
| Великобритания | 60 | |||
| Малайзия | 59 | 69,9 | 1,9 | |
| Индия | 53 | |||
| ОАЭ | 52 | |||
| Мексика | 50 | |||
| Азербайджан | 41 | 1,1 | ||
| Остальные страны | 1440,17 | 38,4 | ||
| Мировая добыча газа | 100 | 3646 | 100 | |
Подготовка природного газа к транспортировке
Газ, поступающий из скважин, необходимо подготовить к транспортировке конечному пользователю - химический завод, котельная , ТЭЦ , городские газовые сети. Необходимость подготовки газа вызвана присутствием в нём, кроме целевых компонентов (целевыми для различных потребителей являются разные компоненты), также и примесей, вызывающих затруднения при транспортировке либо применении. Так, пары воды, содержащиеся в газе, при определённых условиях могут образовывать гидраты или, конденсируясь, скапливаться в различных местах (например, изгиб трубопровода), мешая продвижению газа; сероводород вызывает сильную коррозию газового оборудования (трубы, ёмкости теплообменников и т. д.). Помимо подготовки самого газа, необходимо подготовить и трубопровод. Широкое применение здесь находят азотные установки , которые применяются для создания инертной среды в трубопроводе.
Газ подготавливают по различным схемам. Согласно одной из них, в непосредственной близости от месторождения сооружается установка комплексной подготовки газа (УКПГ), на которой производится очистка и осушка газа в абсорбционных колоннах . Такая схема реализована на Уренгойском месторождении . Также целесообразна подготовка газа мембранной технологией.
Для подготовки газа к транспортировке применяются технологические решения с применением мембранного газоразделения, с помощью которого можно выделить тяжёлые углеводороды (C 3 H 8 и выше), азот, углекислый газ, сероводород, а также значительно снизить температуру точки росы по воде и углеводородам перед подачей в ГТС.
Если газ содержит в большом количестве гелий либо сероводород , то газ обрабатывают на газоперерабатывающем заводе, где выделяют серу на установках аминовой очистки и установках Клауса, а гелий - на криогенных гелиевых установках (КГУ). Эта схема реализована, например, на Оренбургском месторождении. Если в газе сероводорода менее 1,5 % об., то также целесообразно рассмотреть мембранную технологию подготовки природного газа, поскольку её применение позволяет снижать капитальные и эксплуатационные затраты в 1,5-5
Транспортировка природного газа
В настоящее время основным видом транспорта является трубопроводный. Газ под давлением 75 атм прокачивается по трубам диаметром до 1,42 м. По мере продвижения газа по трубопроводу он, преодолевая силы трения как между газом и стенкой трубы, так и между слоями газа, теряет потенциальную энергию, которая рассеивается в виде тепла. Поэтому через определённые промежутки необходимо сооружать компрессорные станции (КС), на которых газ обычно дожимается до давления от 55 до 120 атм и затем охлаждается. Сооружение и обслуживание трубопровода весьма дорогостоящи, но тем не менее это наиболее дешёвый с точки зрения начальных вложений и организации способ транспортировки газа на небольшие и средние расстояния.
Кроме трубопроводного транспорта широко используют специальные танкеры - газовозы . Это специальные суда, на которых газ перевозится в сжиженном состоянии в специализированных изотермических емкостях при температуре от −160 до −150 °С.
Для сжижения газ охлаждают при повышенном давлении. При этом степень сжатия достигает 600 раз в зависимости от потребностей. Таким образом, для транспортировки газа этим способом, необходимо протянуть газопровод от месторождения до ближайшего морского побережья, построить на берегу терминал, который значительно дешевле обычного порта, для сжижения газа и закачки его на танкеры, и сами танкеры . Обычная вместимость современных танкеров составляет от 150 000 до 250 000 м³ . Такой метод транспортировки является значительно более экономичным, чем трубопроводный, начиная с расстояний до потребителя сжиженного газа более 2000-3000 км, так как основную стоимость составляет не транспортировка, а погрузочно-разгрузочные работы, но требует более высоких начальных вложений в инфраструктуру, чем трубопроводный. К его достоинствам относится также тот факт, что сжиженный газ куда более безопасен при перевозке и хранении, чем сжатый.
В 2004 г. международные поставки газа по трубопроводам составили 502 млрд м³, сжиженного газа - 178 млрд м³.
Также есть и другие технологии транспортировки газа, например с помощью железнодорожных цистерн.
Разрабатывались также проекты транспортировки газа с использованием
Что мы знаем об углеводородах? Ну разве что что-то из школьной программы по химии, да периодически мелькающее в СМИ слово "метан"… Что мы знаем о природном газе, кроме его взрывоопасных свойств? Каково еще применение природного газа, кроме общеизвестных нам приготовления пищи и отопления жилых построек? Что нового происходит в мире энергопотребления и энергетической безопасности?
Основные свойства
Начнем с того, что известная фраза по поводу запаха газа в квартире или на улице не совсем правильна. У который подается нам в квартиры для приготовления пищи или для подогрева воды, нет ни вкуса, ни запаха. То, что мы ощущаем, есть не что иное, как специальная добавка, необходимая для определения утечек газа. Это так называемый одорант, добавляют его на специально оборудованных станциях в следующих пропорциях: 16 мг на одну тысячу кубометров газа.
Основным компонентом природного газа, безусловно, является метан. Его содержание в газовой смеси составляет порядка 89-95%, остальные компоненты - это бутан, пропан, сероводород и так называемые примеси - пыль и негорючие компоненты, кислород и азот. Процент содержания метана зависит от типа месторождения.
Энергия природного газа, выделяемая при сгорании одного кубометра топлива, называется теплотой сгорания. Данная величина является одной из начальных во всех вопросах проектирования газовых объектов, и в разных странах за основу берутся различные значения. В России расчет ведется по низшей теплоте сгорания, в странах Запада, таких как Франция и Великобритания, - по высшей.
Говоря о взрывоопасности природного газа, стоит упомянуть о таких понятиях, как пределы взрываемости и опасная концентрация. Газ взрывается при концентрации его в помещении от 5 до 15 % от объема. Если концентрация ниже, газ не горит, если концентрация более 15%, то газовоздушная смесь горит при дополнительной подаче воздуха. Опасной концентрацией принято называть 1/5 от нижнего предела взрываемости, то есть 1%.
Основы виды и применение природного газа
Бутан и пропан нашли свое применение как топливо для автомобилей (сжиженный газ). Также пропан используется для заправки зажигалок. Этан в качестве топлива применяется крайне редко, поскольку является сырьем для производства полиэтилена. Ацетилен крайне горюч и используется при сварке и резке металлов. Применение природного газа, а если быть точнее - метана, нами уже обговаривалось, он используется как горючее топливо в плитах, колонках и котлах.
Разновидности добываемого природного газа
По типам добываемого газа месторождения делятся на газовые или попутные. Основное различие между ними заключается в проценте содержания углеводородов. В газовых месторождениях содержание метана составляет около 80-90%, в попутных, или, как их принято еще называть, «нефтяных», содержание его не более 50%. Остальные 50% - и отделившаяся от газа нефть. Одним из самых больших минусов газа из попутного месторождения является обязательная его очистка от различных примесей. Получение природного газа бывает также связано с добычей гелия. Подобные месторождения встречаются достаточно редко, гелий считается оптимальным газом для охлаждения ядерных реакторов. Сера, выделяемая из сероводородов, добытых как примесь природного газа, также используется в промышленных целях.
Основным инструментом при добыче природного газа является буровая установка. Это четырехногая вышка высотой около 20-30 метров. К ней подвешивается труба с буром на конце. Труба эта увеличивается по мере увеличения глубины скважины, в процессе бурения в скважину добавляется специальная жидкость, чтобы разрушаемые породы ее не забили.
Осуществляется подача данной жидкости с помощью специальных насосов. Разумеется, стоимость природного газа включает в себя затраты на эксплуатацию и сооружение газодобывающих скважин. От 40 до 60% себестоимости составляют затраты именно на это.
Как к нам приходит газ?
Итак, покинув место добычи, очищенный природный газ поступает на первую компрессорную станцию, или, как ее еще называют, головную. Расположена она чаще всего в непосредственной близости от месторождения. Там с помощью установок газ с высоким давлением поступает в магистральные газопроводы. Для поддержания заданного давления на магистральных газопроводах устанавливаются станции. Поскольку прокладка труб с данной категорией давления внутри городов запрещена, перед каждым крупным городом устанавливается ответвление. Оно уже, в свою очередь, не повышает, а понижает давление. Часть его расходуется крупными потребителями газа - промышленными предприятиями, заводами, котельными. А другая часть поступает в так называемые ГРП - Там давление еще раз понижается. Где применение природного газа нам с вами наиболее знакомо и понятно? Это конфорки плит.
Как давно он с нами?
Активное применение природного газа берет свое начало в середине 19 века, после изобретения газовой горелки. Причем изначальное использование его сейчас для нас не совсем привычно. Сначала применялся он для освещения улиц.
В Советском Союзе до конца 30-х годов прошлого века самостоятельной газовой отрасли не существовало. Месторождения газа открывались случайно, лишь при разведке нефтяных скважин. Активное использование природного газа началось с времен Великой Отечественной войны. Нехватка топлива, в связи с потерей части угольных и нефтяных месторождений, дала мощный толчок развитию газовой отрасли. Уже после окончания войны газовая отрасль активно развивалась и постепенно стала одной из самых энергоэффективных.
Альтернативы нет
Пожалуй, лучшим доказательством преимущества природного газа как наиболее удобного источника энергии являются показатели Москвы. Подключение газа позволило ежедневно экономить один миллион кубов дров, 0,65 миллионов тонн угля, 150 тысяч тонн керосина и почти столько же И все это было заменено 1 млн. куб. м газа. Далее последовала постепенная газификация всей страны и поиск новых месторождений. Позже были найдены огромные запаса газа в Сибири, которые и эксплуатируются по сей день.
Промышленное использование
Использование природного газа не ограничивается только приготовлением пищи - хоть и опосредовано, он применяется для подачи тепла в жилые дома. Большинство крупных городских котельных в Европейской части России используют в качестве основного топлива именно природный газ.
Также все чаще природный газ используют в химической промышленности как сырье для получения различных органических веществ. Все большее количество автомобильных гигантов разрабатывают автомобили на альтернативных видах топлива, в том числе водороде и природном газе.
Только газ тому виной
С точки зрения экологии природный газ можно назвать одним из самых безопасных видов органического топлива. Однако подключение газа во многие сферы жизни человека и последующее сжигание привело к многократному увеличению содержания в атмосфере. Иначе этот процесс носит название "парниковый эффект". И это крайне негативно сказывается на климате нашей планеты. Однако новые технологии и уровень производства в последнее время максимально снижают уровень выбросов в атмосферу. Напомним, газ - один из наиболее безопасных видов топлива.
