Природный газ: свойства, способы добычи и производства

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 1000⁰C.

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:

• амины,
• раствор аммиака,
• слабые щёлочи.

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. м³.
• Галканыш (ЮжныйИолотань) – Туркмения. Запасы: 21,4 трлн. м³.
• Уренгойское – Россия. 10,2 трлн. м³.
• Хейнсвиль – США. 7 трлн. м³.
• Ямбургское – Россия. 5,2 трлн. м³.

Также крупнейшие месторождения (до 5 трлн. м³) имеются на территориях Алжира, Нидерландов, Казахстана и Азербайджана.

Мировые запасы

Общий объём голубого топлива в мире на 2020 год оценивается в 196,8 трлн. м³. 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. м³, по другим – 38,0 трлн. м³. 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. м³.
• Россия – 679 млрд. м³.
• Иран – 244,2 млрд. м³.
• Катар – 178,1 млрд. м³.
• Китай – 177,6 млрд. м³.

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.