Добыча

Как можно добывать природный газ из угольных пластов

Не из всех типов пластов его возможно извлечь; наиболее перспективными для добычи являются угли, занимающие промежуточное положение между бурыми и антрацитовыми. Таким углем богат, например, Кузбасс.

Самые распространенные варианты — нагнетание воды или геля для гидроразрыва пласта , закачка через скважину воздуха или воздухо-воздушной смеси, воздействие на пласт током.

Метан необходимо извлекать из шахт, чтобы не происходило взрывов. Превратить это в промысел впервые решили в США. Теперь 10% газа, который там добывается, имеет именно такое происхождение. В России добыча из угольных пластов тоже перспективна.

Газ внутри угля

В процессе метаморфизма угольного вещества, то есть изменения его строения, свойств и состава под воздействием температуры и давления, в угольных пластах образуются углеводородные газы. Основным их компонентом является метан , концентрация которого в смеси достигает 80–98%. Метан может находиться в угольных пластах в свободном, сорбированном или растворенном состояниях.

Метан — опасность в шахтах

Метан известен своей способностью образовывать взрывоопасные смеси с воздухом. Именно поэтому в шахтах, где добывают уголь, неотъемлемой частью разработки месторождения является дегазация, то есть извлечение метана. Это и есть первый способ добычи, который можно назвать шахтным. Объемы получаемого метана при этом невелики, и газ используется в основном для местных нужд — в районе угледобычи.

Промышленная добыча

Второй способ добычи является промышленным. Метан при этом рассматривается не как попутный продукт при добыче угля, а как самостоятельное полезное ископаемое. В случае промышленной добычи метана из угольных пластов появляется возможность обеспечить газом как энергоносителем и сырьем весь регион. Кроме того, дальнейшая работа в шахтах по добыче угля становится более безопасной.

Для получения больших объемов метана на одном из этапов строительства скважины используются технологии интенсификации газоотдачи угольных пластов.

Первый угольный газ

Впервые метан из угольных пластов стали добывать в США в конце 1980-х годов, установив экономическую целесообразность такого промысла. Эта отрасль до сих пор лучше всего развита именно там. В 2009 году добыча метана достигла 56 млрд куб. м, что составило около 10% от добычи традиционного газа в США. Добыча также ведется в Австралии, Канаде и Китае.

Целесообразность промышленной добычи угольного газа в России обусловлена благоприятными геологическими условиями и газоносностью угольных бассейнов. В 2003 году «Газпром» начал оценку перспектив добычи метана в Кузбассе, были пробурены первые экспериментальные скважины. На данный момент начата пробная эксплуатация разведочных скважин с подачей газа на АГНКС . Стабильный уровень добычи метана угольных пластов в Кузбассе планируется в объеме 4 млрд куб. м в год. В долгосрочной перспективе — в объеме 18–21 млрд куб. м в год для удовлетворения потребностей в газе других регионов юга Западной Сибири.

Источник

Хранение и способы транспортировки добытого топлива

Распространенный и относительно недорогой способ транспортировки добытого природного газа — перемещение по трубам. Предварительно его обязательно очищают от различных примесей, которые отрицательно влияют на оборудование. Также газ освобождают от влаги, которая в процессе транспортировки переходит в состояние кристаллогидратов и становится причиной закупорки труб.

Современные трубопроводы выдерживают давление в 75 атмосфер и более. Крупные магистрали транспортируют газ даже в отдаленные регионы страны.

Преимущества данного способа:

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

Трубопроводы современной конструкции способны перекачивать около 45 миллиардов м3 газа в год.

Также газ перевозят с помощью автоцистерн. Для этого он должен быть в сжиженном состоянии

Этот способ транспортировки требует особой внимательности и осторожности, и оправдан только в том случае, если газ нужно переместить на небольшое расстояние

Еще один способ перемещения газа — перевозка танкерами (специальными суднами). Вещество в них также транспортируют в сжиженном виде. Его температура должна находиться в пределах 160 градусов. Это безопасный и относительно недорогой, но медленный способ транспортировки.

Природный газ может храниться как в сжиженном состоянии, так и в форме гидратов. Практикуется подземное хранение газа в емкостях и газгольдерах низкого, среднего и высокого давления.

Транспортировка

Подготовка газа к транспортировке

Хотя в некоторых районах природный газ имеет отличное качество, он, как правило, не является конечным продуктом. Помимо содержания целевых компонентов (которое может варьироваться в зависимости от конечного потребителя), газ также содержит примеси, которые затрудняют его транспортировку и нежелательны в использовании.

Например, водяной пар может конденсироваться и скапливаться в различных точках трубопровода, обычно на поворотах, препятствуя потоку газа. Сероводород является сильным коррозионным агентом, который повреждает трубопроводы, оборудование и резервуары для хранения.

Поэтому перед отправкой в магистральный трубопровод или на нефтехимический завод газ проходит очистку на газоочистной установке (ГПУ).

Первым этапом переработки является удаление нежелательных примесей и сушка. Затем газ сжимается до давления, необходимого для переработки. Как правило, газ сжимается до 200-250 бар, что уменьшает его объем в 200-250 раз.

Затем следует этап зачистки: На специальных установках газ разделяется на нестабильный бензин и отбензиненный газ. Отделенный газ направляется в магистральные трубопроводы и на нефтехимические заводы.

Нестабильный бензин направляется на газофракционирующие установки, где он расщепляется на легкие углеводороды: Этан, пропан, бутан и пентан. Эти вещества также являются ценным сырьем, особенно для производства полимеров. А смесь бутана и пропана — это конечный продукт, который используется, в частности, в качестве бытового топлива.

Газопровод

Наиболее важными видами транспорта природного газа являются трубопроводы.

Типичный диаметр газопровода составляет 1,42 метра. Газ в трубопроводе перекачивается под давлением 75 атм. Двигаясь по трубе, газ постепенно теряет энергию, преодолевая силы трения, которая рассеивается в виде тепла. По этой причине вдоль трубопровода через равные промежутки строятся специальные станции повышения давления. Здесь газ сжимается и охлаждается до необходимого давления.

Для непосредственной доставки газа потребителю от магистрального газопровода отходят трубы меньшего диаметра — газораспределительные сети.

Транспортировка СПГ

Как быть с труднодоступными районами, находящимися вдали от магистральных газопроводов? Природный газ транспортируется в эти районы в сжиженном состоянии (Liquefied Natural Gas, LNG) в специальных криогенных резервуарах по морю и суше.

По морю СПГ перевозится на СПГ-танкерах, оборудованных изотермическими резервуарами.

СПГ также транспортируется по суше, как по железной дороге, так и по автомобильным дорогам. Для этого используются специальные двустенные резервуары, которые способны поддерживать необходимую температуру в течение определенного периода времени.

ГОС-1

Технология ГОС-1 базируется на использовании композитных наполнителей. Продуктивность метода подтверждена не только в тестовых условиях, но и прошла апробирование на производственных площадках.

В нагнетательную скважину закачиваются композитные наполнители, после чего туда же помещается дисперсная фаза с форсированной подачей подтоварной воды. После закачки раствор рассосредотачивается согласно плотности, проницаемости и размеров частиц композитного агента.

Применение композитных наполнителей позволяет включать в работу пропластки, которые ранее считались отработанными, и повышать ресурсоотдачу из скважины до 20%.

Объемы добычи в России

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

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

Из общего числа добытого нашей страной газа, а это около 640 млрд кубических метров, примерно 35% идет на экспорт, что приносит государству немалый и стабильный доход

Кроме финансовой стабильности благодаря продаже газа мы имеем много дружески настроенных государств в Европе, а это очень важно при решении различных споров

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

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

Вот список крупнейших месторождений:

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

Из всех 250 газодобывающих компаний страны:

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

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

Месторождения

В зависимости от количества запасов, пласты этого природного ресурса классифицируют на:

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

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

Выделяют несколько разновидностей природного газа.

Сухой

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

Бедный

Бедный газ получают на каждой стадии гидрогенизации. Его очищают от сероводорода и углекислого газа. В нем содержится около 55 % водорода, 30 % метана, до 6 % этана.

Полученная фракция отправляется на установку глубокого охлаждения и разделения газа.

Жирный

Это нефтерастворенный газ, в составе которого присутствует большое количество гомологов метана и тяжелых углеводородов (от С3 и выше). Жирный газ в естественном виде не подходит в качестве топлива: он подлежит переработке на заводах.

Сырой

Сырой газ — природное горючее вещество, относящееся к группе углеводородных. Отличительная особенность — повышенное содержание тяжелых углеводородов (более 15 %). К сырым газам относятся попутные газы нефтяных залежей, а также газоконденсатных.

Сырой газ подлежит осушке, отбензиниванию и последующей очистке на газоперерабатывающих заводах.

Месторождения природного газаправить | править код

Глубокое бурение для разведки нефти и газа в России, по данным Росстата.

В осадочной мантии земной коры находятся огромные залежи природного газа. Теория биогенного (органического) происхождения нефти гласит, что она образуется в результате разложения живых организмов. Предполагается, что природный газ образуется в осадочной мантии при более высоких температурах и давлении, чем нефть. Это согласуется с тем фактом, что газовые месторождения часто находятся глубже, чем нефтяные.

Наибольшими запасами газа обладают Россия (Уренгой, «Газпром» располагает 17% мировых запасов газа), Иран, большинство стран Персидского залива, США и Канада. Среди европейских стран — Норвегия и Нидерланды. В республиках бывшего Советского Союза, Туркменистане, Азербайджане, Узбекистане и Казахстане (Карачаганакское месторождение) имеются большие запасы газа.

Метан и некоторые другие углеводороды широко распространены в космосе. Метан — третий по распространенности газ во Вселенной после водорода и гелия. В виде метанового льда он участвует в строении многих планет и астероидов, удаленных от Солнца, но такие скопления обычно не классифицируются как газовые месторождения и пока не нашли практического применения. В мантии Земли имеется значительное количество углеводородов, но они тоже не представляют интереса.

Газогидратыправить | править код

Ученые давно считали, что углеводороды с молекулярным весом более 60 присутствуют в земной коре в жидком состоянии, а более легкие — в газообразном. В начале 20 века группа ученых из Московского института нефти и природного газа А.А. Трофимук, Н.В. Черский, Ф.А. Требин, Ю.Ф. Макогон и В.Г. Васильев обнаружили, что при определенных термодинамических условиях в земной коре природный газ переходит в твердое состояние и образует газогидратные месторождения. Позже было доказано, что запасы газа в этом штате огромны6.

Газ переходит в твердое состояние в земной коре, соединяясь с пластовой водой при гидростатическом давлении до 250 атм и относительно низких температурах (до +22 °C). Гидратированные газовые резервуары имеют несравненно более высокую концентрацию газа на единицу объема пористой среды, чем обычные газовые резервуары, поскольку один объем воды связывает до 220 объемов газа при переходе в гидратированное состояние. Районы с месторождениями газогидратов в основном расположены в местах распространения вечной мерзлоты и на небольшой глубине под морским дном6.

Нефть: история

Даже если кратко излагать историю использования нефти, начинать надо с древнейших времен. Раскопки археологов позволили узнать о том, что за 4 тысячи лет до нашей эры в Египте началась ее добыча. Об этом говорят найденные смеси для бальзамирования из нефтяного сырья. В средние века она входила в состав зажигательного средства, использующегося для освещения улиц и жилищ.

В XIX веке из нефти был получен керосин, благодаря чему осветительные лампы, работающие на этой жидкости, получили повсеместное распространение. Со второй половины XIX столетия развитие промышленности требовало больше смазочных материалов, производимых из нефти. Если до этого периода углеводороды добывались из неглубоких колодцев в местах их выхода на поверхность в незначительных количествах, то с началом нефтедобычи посредством бурения скважин объем добываемой нефти резко вырос. А изобретение двигателей внутреннего сгорания на рубеже XIX-XX веков вызвало резкое развитие нефтедобывающей промышленности.

Методы добычи газа

Природный газ относится к разряду полезных ископаемых, которые образуется в результате анаэробного разложения различных органических веществ на которые действуют высокие температуры и давления.

Природный газ может существовать в двух видах:

• кристаллическом;
• растворенном;

Стоит отметить, что природный газ это не однородная субстанция. Основная часть его состоит с метана — простейшего углеводорода. Также в его состав входит — этан, пропан, бутан. Также в составе могут содержаться примеси не углеродной категории — азот, гелий, сероводород, водород, диоксид углерода. В чистом виде природный газ полностью лишен запаха и цвета. Для того чтобы была возможность сразу выявлять утечку в него вводиться небольшая часть одорантов. Для этой цели чаще всего используется этил-меркаптан, который обладает достаточно резким неприятным запахом.

На мировом рынке добыча природного газа в России составляет 20% от всего количества. Основные места залегание природного газа расположены на Северном Кавказе, Дальнем Востоке, Волго-Уральской, Тимано-Печерской и Западно-Сибирской провинции.

К числу самых обеспеченных газовых стран также можно отнести Иран, Саудовская Аравия, Катар. Стоит отметить, что количество добычи природного газа в странах Европы значительно сократилось. В таких странах как Украина, Франция, Польша, Австрия, Германия, Великобритания проводятся разработки по добыче сланцевого газа, но это достаточно дорогостоящее мероприятие и экологически небезопасное.

США опережает Россию по уровню добыч природного газа и на сегодняшний день планируется расширения рынка сбыта.

Для того чтобы добыть природный газ с недров земли используются скважины. Во время процесса образования скважин пластовое давления спадает. Это связано с тем, что скважины равномерно распределяются по всей территории месторождения. Природный газ имеет свойство заполнять все микроскопические пустоты в недрах земли.

Добыча под естественным давлением характеризуется тем, что все пустоты в недрах земли соединены различными трещинами и каналами, по которым природный газ перемещается. При этом газ перемещается с пор с низким давлением, в поры с более высоким. Такой процесс продолжается до тех пор, пока газ не попадает в скважину и не начинает подыматься вверх. После того как газ достигает вершины он отправляется в специальные газоперерабатывающие заводы или на станции. В таких местах природный газ отделяется от различных примесей, и готовиться к дальнейшей транспортировке.

Природный газ может также добывается с угледобывающих шахт. В таком случае с шахты извлекается метан, такой способ дает возможность предотвратить взрывы. Такой метод добычи газа очень широко применяется в США. Образование газа в таком случае происходит только в определенном промежутке между бурым и антрацитовым углем.

Для добычи газа может быть использован метод гидроразрыва. Такой метод в некоторых районах запрещен, поскольку может привести к землетрясению. Принцип добычи основывается в нагнетании воздушного или водяного потока через скважину. Таким методом происходит разрыв перегородок, в результате чего природный газ поднимается наружу.

Достаточно большое количество местозарождений природного газа находиться под водой. Для того чтобы осуществить добычу в таком случае устанавливаются платформы. Если такая местность находиться не далеко от береговой линии устанавливаются наклонные скважины, направленные в сторону воды. Если глубина достигает 300 метров, требуется установка плавучей платформы. Для того чтобы сделать конструкцию более устойчивой на ее углах устанавливаются стабилизирующие элементы, которые напоминают колоны. В центре такой платформы располагается скважина с буровой вышкой. При глубине до 3000 метров необходимо устанавливать полупогружные колоны.

Источник

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.

Компоненты

В составе природного газа присутствуют:

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

Наиболее ценный элемент в составе газа — метан.

Химический состав природного газа зависит от того, на каком месторождении он был добыт.

Что необходимо знать о системе разработки скважин?

Под понятием системы разработки пластов нефти и газа подразумевают определенную форму организации добычи природного ископаемого. Ее характер определяется следующим:

• очередность введения в эксплуатацию технологических систем;
• сетка размещения мест разбуривания на промыслах;
• темпы внедрения в эксплуатацию систем выкачки газа и нефти;
• способы поддержания баланса;
• технологии применения пластовой энергии.

Что собой представляет сетка расположения скважин? Это определенный принцип размещения добывающих скважин и систем, подающих воду. Между ними должно выдерживаться определенное расстояние, которое называется плотностью сетки. Располагаются места для бурения равномерно или неравномерно, как правило, на нескольких линиях. Из рядов формируется квадратная, многоугольная либо треугольная система.

Под плотностью следует понимать отношение общей площади месторождения к количеству скважин, работающих на добычу сырья. Но само понятие достаточно непростое, а плотность нередко определяется, исходя из конкретных условий на определенных месторождениях.

Также важно различать промыслы, где ведется использование отдельно расположенных залежей и областей, состоящих из нескольких пластов. Объектом эксплуатации называется 1 или же несколько продуктивных слоев одной нефтеносной области

Как правило, они отличаются геолого-техническими условиями и целесообразностью с точки зрения экономики. При эксплуатации промыслов необходимо учитывать следующее:

• геолого-физические особенности области;
• физико-химические характеристики природных ископаемых и водоносного слоя;
• фазовое состояние сырья;
• предположительную технологию добычи, наличие технического оснащения;
• режим пластов природных ископаемых.

Объекты разделяются инженерами на самостоятельные и возвратные. Второй тип используется в качестве места для установки скважин для разбуривания других нефтяных и газовых месторождений.

Классификации залежей газа

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

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

Еще существуют генетическая классификация, по происхождению:

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

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

Классификация по геологическому строению (ее сложности):

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

Природный газ можно разделить на три группы:

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