Wszystko o gazie ziemnym: skład i właściwości, produkcja i wykorzystanie gazu ziemnego

Proces ekstrakcji niebieskiego paliwa

Wydobycie gazu poprzedza proces poszukiwań geologicznych. Pozwalają dokładnie określić wielkość i charakter występowania złoża. Obecnie stosuje się kilka metod rozpoznania.

Grawitacja - na podstawie obliczenia masy skał. Warstwy zawierające gaz charakteryzują się znacznie mniejszą gęstością.

Magnetyczny - uwzględnia przenikalność magnetyczną skały. Za pomocą badań aeromagnetycznych można uzyskać pełny obraz osadów o głębokości do 7 km.

Cel tej techniki

Sejsmiczne - wykorzystuje promieniowanie, które odbija się podczas przechodzenia przez jelita. To echo jest w stanie wychwycić specjalne przyrządy pomiarowe.

Geochemiczny - badany jest skład wód gruntowych z określeniem zawartości w nich substancji związanych z polami gazowymi.

Wiercenie jest metodą najskuteczniejszą, ale jednocześnie najdroższą z wymienionych. Dlatego przed jego użyciem wymagane są wstępne badania skał.

Metody wiercenia studni dla produkcja gazu ziemnego

Po zidentyfikowaniu złoża i oszacowaniu wstępnych wielkości złóż, proces wydobycia gazu przebiega bezpośrednio. Studnie wiercone są do głębokości warstwy mineralnej. Aby równomiernie rozłożyć ciśnienie wznoszącego się niebieskiego paliwa, studnię wykonuje się za pomocą drabiny lub teleskopowo (jak teleskop).

Studnia jest wzmocniona rurami osłonowymi i zacementowana. Aby równomiernie obniżyć ciśnienie i przyspieszyć proces wydobycia gazu, na jednym polu wierconych jest jednocześnie kilka odwiertów. Podnoszenie gazu przez odwiert odbywa się w sposób naturalny – gaz przemieszcza się do strefy o niższym ciśnieniu.

Ponieważ gaz po ekstrakcji zawiera różne zanieczyszczenia, kolejnym krokiem jest jego oczyszczenie. Aby zapewnić ten proces, w pobliżu pól budowane są odpowiednie instalacje przemysłowe do oczyszczania i przetwarzania gazu.

System oczyszczania gazu ziemnego

Wydobycie z wykorzystaniem kopalń węgla

Pokłady węgla zawierają dużą ilość metanu, którego wydobycie umożliwia nie tylko pozyskiwanie błękitnego paliwa, ale także zapewnia bezpieczną pracę przedsiębiorstw górniczych. Ta metoda jest szeroko stosowana w USA.

Główne kierunki wykorzystania i przetwarzania metanu

Metoda szczelinowania hydraulicznego

Kiedy gaz jest produkowany tą metodą, strumień wody lub powietrza jest wtłaczany przez studnię. W ten sposób gaz jest przemieszczany.

Ta metoda może powodować niestabilność sejsmiczną pokruszonych skał, dlatego w niektórych stanach jest zabroniona.

Cechy produkcji podwodnej

Po raz pierwszy w Rosji wydobycie gazu ze złoża Kirinskoye odbywa się za pomocą podwodnego kompleksu wydobywczego

Zasoby gazu są obecne, z wyjątkiem lądu i pod wodą. Nasz kraj posiada rozległe podwodne złoża. Produkcja podwodna prowadzona jest przy użyciu ciężkich platform grawitacyjnych. Znajdują się one na podstawie spoczywającej na dnie morskim. Wiercenie studni odbywa się za pomocą kolumn umieszczonych na podstawie. Na platformach umieszczane są zbiorniki do przechowywania wydobytego gazu. Następnie jest transportowany na ląd rurociągiem.

Platformy te zapewniają stałą obecność osób zajmujących się konserwacją kompleksu. Liczba może wynosić do 100 osób. Obiekty te wyposażone są w autonomiczne zasilanie, platformę dla śmigłowców oraz pomieszczenia dla personelu.

Gdy złoża znajdują się blisko brzegu, studnie wykonywane są ukośnie. Zaczynają na lądzie, opuszczając bazę pod szelfem morskim. Produkcja i transport gazu odbywa się w sposób standardowy.

Pochodzenie gazu ziemnego:

Istnieją dwie teorie pochodzenia gazu ziemnego: teoria biogeniczna (organiczna) i teoria abiogeniczna (nieorganiczna, mineralna).

Po raz pierwszy biogeniczna teoria pochodzenia gazu ziemnego została wyrażona w 1759 r. przez M.V. Łomonosow. W odległej przeszłości geologicznej Ziemi martwe organizmy żywe (rośliny i zwierzęta) opadały na dno zbiorników wodnych, tworząc muliste osady. W wyniku różnych procesów chemicznych rozkładały się w przestrzeni pozbawionej powietrza.W wyniku ruchu skorupy ziemskiej pozostałości te zapadały się coraz głębiej, gdzie pod wpływem wysokiej temperatury i wysokiego ciśnienia zamieniały się w węglowodory: gaz ziemny i ropę. Węglowodory o niskiej masie cząsteczkowej (tj. właściwy gaz ziemny) powstały w wyższych temperaturach i ciśnieniach. Węglowodory wielkocząsteczkowe - olej - przy mniejszych. Węglowodory, wnikając w puste przestrzenie skorupy ziemskiej, tworzyły złoża pól naftowych i gazowych. Z biegiem czasu te osady organiczne i złoża węglowodorów schodziły głęboko na głębokość od jednego kilometra do kilku kilometrów - były pokryte warstwami skał osadowych lub pod wpływem ruchów geologicznych skorupy ziemskiej.

Teorię mineralną pochodzenia gazu ziemnego i ropy naftowej sformułował w 1877 r. D.I. Mendelejew. Wyszedł z faktu, że węglowodory mogą powstawać we wnętrzu ziemi w wysokich temperaturach i ciśnieniach w wyniku interakcji przegrzanej pary i stopionych węglików metali ciężkich (głównie żelaza). W wyniku reakcji chemicznych powstają tlenki żelaza i innych metali, a także różne węglowodory w stanie gazowym. W tym przypadku woda wnika głęboko do wnętrzności Ziemi przez pęknięcia w skorupie ziemskiej. Powstałe w ten sposób węglowodory w stanie gazowym unoszą się z kolei przez te same pęknięcia i uskoki do strefy najmniejszego ciśnienia, ostatecznie tworząc złoża gazu i ropy. Ten proces, według D.I. Mendelejew i zwolennicy hipotezy, zdarzają się cały czas. Dlatego zmniejszenie rezerw węglowodorów w postaci ropy i gazu nie zagraża ludzkości.

Metan

Ponadto metan występuje również w kopalniach węgla, gdzie ze względu na swój wybuchowy charakter stanowi poważne zagrożenie dla górników. Metan znany jest również w postaci wydzieliny bagiennej – gazu bagiennego.

W zależności od zawartości metanu i innych (ciężkich) gazów węglowodorowych z serii metanowej, gazy dzielą się na suche (ubogie) i tłuste (bogate).

• Gazy suche to głównie gazy o składzie metanowym (do 95 - 96%), w których zawartość innych homologów (etanu, propanu, butanu i pentanu) jest nieznaczna (ułamki procentowe). Są one bardziej charakterystyczne dla złóż czysto gazowych, gdzie nie ma źródeł wzbogacenia ich ciężkich składników wchodzących w skład ropy.
• Gazy mokre to gazy o dużej zawartości „ciężkich” związków gazowych. Oprócz metanu zawierają kilkadziesiąt procent etanu, propanu i związków o wyższej masie cząsteczkowej aż do heksanu. Mieszanki tłuszczowe są bardziej charakterystyczne dla towarzyszących gazów towarzyszących złożom ropy.

Gazy palne są powszechnymi i naturalnymi towarzyszami ropy naftowej w prawie wszystkich jej znanych złożach, tj. Ropa naftowa i gaz są nierozłączne ze względu na związany z nimi skład chemiczny (węglowodór), wspólne pochodzenie, warunki migracji i akumulacji w różnego rodzaju naturalnych pułapkach.

Wyjątkiem są tak zwane „martwe” oleje. Są to oleje zbliżone do powierzchni dziennej, całkowicie odgazowane w wyniku odparowania (ulatniania) nie tylko gazów, ale także lekkich frakcji samej ropy.

Taki olej jest znany w Rosji w Uchcie. Jest to ciężki, lepki, utleniony, prawie niepłynny olej, który jest wytwarzany niekonwencjonalnymi metodami wydobywczymi.

Złoża czysto gazowe są szeroko rozpowszechnione na świecie, gdzie nie ma ropy, a pod spodem gazu znajdują się wody złożowe.W Rosji na Syberii Zachodniej odkryto supergigantyczne złoża gazu: Urengojskoje z rezerwami 5 bilionów metrów sześciennych. m3, Yamburgskoye - 4,4 biliona. m3, Zapolyarnoye - 2,5 biliona. m3, Medvezhye - 1,5 biliona. m3.

Najbardziej rozpowszechnione są jednak pola naftowe, gazowe i naftowe. Wraz z ropą gaz występuje albo w nasadkach gazowych, tj. nad olejem lub w stanie rozpuszczonym w oleju. Wtedy nazywa się to rozpuszczonym gazem. W swej istocie olej z rozpuszczonym w nim gazem jest podobny do napojów gazowanych. Przy wysokich ciśnieniach złożowych w ropie ulegają rozpuszczeniu znaczne ilości gazu, a gdy podczas procesu produkcyjnego ciśnienie spada do ciśnienia atmosferycznego, następuje odgazowanie ropy, tj. gaz jest szybko uwalniany z mieszanki gazowo-olejowej. Taki gaz nazywa się gazem towarzyszącym.

Naturalnymi towarzyszami węglowodorów są dwutlenek węgla, siarkowodór, azot i gazy obojętne (hel, argon, krypton, ksenon) obecne w nim jako zanieczyszczenia.

Transport

Przygotowanie gazu do transportu

Pomimo tego, że w niektórych złożach gaz ma wyjątkowo wysokiej jakości skład, generalnie gaz ziemny nie jest produktem gotowym. Oprócz docelowych poziomów składników (gdzie docelowe składniki mogą się różnić w zależności od użytkownika końcowego), gaz zawiera zanieczyszczenia, które utrudniają transport i są niepożądane w użyciu.

Na przykład para wodna może kondensować i gromadzić się w różnych miejscach rurociągu, najczęściej załamuje się, zakłócając w ten sposób ruch gazu. Siarkowodór jest środkiem silnie korozyjnym, który niekorzystnie wpływa na rurociągi, towarzyszące im urządzenia i zbiorniki magazynowe.

W tym celu gaz przed wysłaniem do głównego rurociągu naftowego lub do zakładu petrochemicznego poddawany jest procedurze przygotowania w zakładzie przeróbki gazu (GPP).

Pierwszym etapem przygotowania jest oczyszczenie z niepożądanych zanieczyszczeń i wysuszenie. Następnie gaz jest sprężany - sprężony do ciśnienia wymaganego do przetwarzania. Tradycyjnie gaz ziemny jest sprężany do ciśnienia 200-250 bar, co powoduje 200-250-krotne zmniejszenie zajmowanej objętości.

Następnie następuje etap uzupełniania: w specjalnych instalacjach gaz jest rozdzielany na niestabilną benzynę gazową i gaz z domieszką. To właśnie pozbawiony gazu gaz kierowany jest do głównych gazociągów i do produkcji petrochemicznej.

Benzyna naturalna niestabilna podawana jest do instalacji frakcjonowania gazu, skąd wydobywane są z niej lekkie węglowodory: etan, propan, butan, pentan. Substancje te są również cennymi surowcami, w szczególności do produkcji polimerów. A mieszanina butanu i propanu to gotowy produkt stosowany w szczególności jako paliwo domowe.

gazociąg

Głównym rodzajem transportu gazu ziemnego jest jego tłoczenie rurociągiem.

Standardowa średnica głównej rury gazociągu wynosi 1,42 m. Gaz w rurociągu jest pompowany pod ciśnieniem 75 atm. Przemieszczając się wzdłuż rury, gaz stopniowo traci energię na skutek pokonywania sił tarcia, która jest rozpraszana w postaci ciepła. W związku z tym, w określonych odstępach czasu, na gazociągu budowane są specjalne przepompownie tłoczni. Na nich gaz jest sprężany do wymaganego ciśnienia i chłodzony.

W celu dostarczenia bezpośrednio do konsumenta rury o mniejszej średnicy są kierowane z głównego gazociągu - sieci dystrybucji gazu.

gazociąg

Transport LNG

Co zrobić z trudno dostępnymi obszarami położonymi z dala od głównych głównych gazociągów? Na takich obszarach gaz jest transportowany w stanie skroplonym (skroplony gaz ziemny, LNG) w specjalnych zbiornikach kriogenicznych drogą morską i lądową.

Drogą morską gaz płynny jest transportowany gazowcami (tankowcami LNG), statkami wyposażonymi w zbiorniki izotermiczne.

LNG jest również transportowany transportem lądowym, zarówno kolejowym, jak i drogowym. W tym celu stosuje się specjalne dwuścienne zbiorniki, które mogą utrzymać wymaganą temperaturę przez określony czas.

Skąd bierze się gaz w trzewiach ziemi?

Chociaż ludzie nauczyli się używać gazu ponad 200 lat temu, wciąż nie ma zgody co do tego, skąd pochodzi gaz w jelitach ziemi.

Główne teorie pochodzenia

Istnieją dwie główne teorie dotyczące jego pochodzenia:

• mineralny, wyjaśniający powstawanie gazu procesami odgazowania węglowodorów z głębszych i gęstszych warstw ziemi i podniesienia ich do stref o niższym ciśnieniu;
• organiczny (biogeniczny), zgodnie z którym gaz jest produktem rozkładu szczątków organizmów żywych w warunkach wysokiego ciśnienia, temperatury i braku powietrza.

W terenie gaz może występować w postaci oddzielnej akumulacji, korka gazowego, roztworu w oleju lub wodzie lub hydratów gazowych. W tym ostatnim przypadku złoża znajdują się w porowatych skałach pomiędzy gazoszczelnymi warstwami gliny. Najczęściej takie skały to ubite piaskowce, węglany, wapienie.

Udział konwencjonalnych złóż gazu wynosi zaledwie 0,8%.Nieco większy procent stanowi gaz głębinowy, węglowy i łupkowy – od 1,4 do 1,9%. Najczęstsze rodzaje osadów to gazy i hydraty rozpuszczalne w wodzie - w przybliżeniu w równych proporcjach (po 46,9%)

Ponieważ gaz jest lżejszy od ropy, a woda cięższa, położenie skamielin w zbiorniku jest zawsze takie samo: gaz znajduje się na górze ropy, a woda podpiera od dołu całe pole naftowe i gazowe.

Gaz w zbiorniku jest pod ciśnieniem. Im głębszy depozyt, tym jest wyższy. Średnio na każde 10 metrów wzrost ciśnienia wynosi 0,1 MPa. Istnieją warstwy o nienormalnie wysokim ciśnieniu. Na przykład w złożach Achimov pola Urengoyskoye osiąga 600 atmosfer i więcej na głębokości od 3800 do 4500 m.

Interesujące fakty i hipotezy

Jeszcze nie tak dawno uważano, że światowe rezerwy ropy i gazu powinny się wyczerpać już na początku XXI wieku. Na przykład autorytatywny amerykański geofizyk Hubbert pisał o tym w 1965 roku.

Do tej pory wiele krajów nadal zwiększa tempo produkcji gazu. Nie ma żadnych oznak, że zasoby węglowodorów się wyczerpują

Według doktora nauk geologicznych i mineralogicznych V.V. Polevanov, takie nieporozumienia są spowodowane faktem, że teoria organicznego pochodzenia ropy i gazu jest nadal ogólnie akceptowana i posiada umysły większości naukowców. Chociaż D.I. Mendelejew uzasadnił teorię nieorganicznego głębokiego pochodzenia ropy, a następnie udowodnili to Kudryavtsev i V.R. Larina.

Ale wiele faktów przemawia przeciwko organicznemu pochodzeniu węglowodorów.

Oto niektóre z nich:

• osady odkryto na głębokości do 11 km, w podłożach krystalicznych, gdzie istnienie materii organicznej nie może być nawet teoretyczne;
• stosując teorię organiczną, tylko 10% rezerw węglowodorów można wyjaśnić, pozostałe 90% są niewytłumaczalne;
• Sonda kosmiczna Cassini odkryła w 2000 roku na księżycu Saturna Tytanie gigantyczne zasoby węglowodorów w postaci jezior o kilka rzędów wielkości większych niż na Ziemi.

Hipoteza pierwotnie wodorkowej Ziemi wysunięta przez Larina wyjaśnia pochodzenie węglowodorów w wyniku reakcji wodoru z węglem w głębi ziemi, a następnie odgazowania metanu.

Według niej nie ma starożytnych depozytów okresu jurajskiego. Cała ropa i gaz mogły powstać między 1000 a 15 000 lat temu. Gdy rezerwy są wycofywane, mogą się one stopniowo uzupełniać, co widać na od dawna wyeksploatowanych i opuszczonych polach naftowych.

Klasyfikacja i właściwości

Gaz ziemny dzieli się na 3 główne kategorie. Opisują je następujące cechy:

1. Wyklucza obecność węglowodorów z więcej niż 2 związkami węgla. Nazywa się je suchymi i uzyskuje się je tylko w tych miejscach, które są przeznaczone do ekstrakcji.
2. Wraz z surowcami pierwotnymi produkowany jest gaz płynny i suchy oraz zmieszane ze sobą gazowe benzyny.
3. Zawiera dużą ilość ciężkich węglowodorów i suchego gazu. Istnieje również niewielki procent zanieczyszczeń. Jest wydobywany ze złóż gazowo-kondensatowych.

Gaz ziemny jest uważany za mieszaną kompozycję, w której występuje kilka podgatunków substancji. Z tego powodu nie ma dokładnej formuły składnika. Głównym z nich jest metan, który zawiera ponad 90%. Jest najbardziej odporny na temperaturę. Lżejszy od powietrza i słabo rozpuszczalny w wodzie. Podczas spalania na wolnym powietrzu wytwarzany jest niebieski płomień. Najpotężniejsza eksplozja następuje, gdy połączysz metan z powietrzem w stosunku 1:10.Jeśli osoba wdycha duże stężenie tego pierwiastka, może to ucierpieć.

Jest stosowany jako surowiec i paliwo przemysłowe. Jest również aktywnie wykorzystywany do otrzymywania nitrometanu, kwasu mrówkowego, freonów i wodoru. Wraz z rozpadem wiązań węglowodorowych pod wpływem prądu i temperatury uzyskuje się acetylen stosowany w przemyśle. Kwas cyjanowodorowy powstaje podczas utleniania amoniaku metanem.

Skład gazu ziemnego ma następującą listę składników:

1. Etan jest bezbarwną substancją gazową. Podczas spalania świeci słabo. Praktycznie nie rozpuszcza się w wodzie, ale w alkoholu może w proporcji 3:2. Nie był używany jako paliwo. Głównym celem zastosowania jest produkcja etylenu.
2. Propan to dobrze stosowany rodzaj paliwa, który nie rozpuszcza się w wodzie. Podczas spalania uwalniana jest duża ilość ciepła.
3. Butan - o specyficznym zapachu, o niskiej toksyczności. Ma negatywny wpływ na zdrowie człowieka: może wpływać na układ nerwowy, powodować arytmię i asfiksję.
4. Azot można wykorzystać do utrzymania odpowiedniego ciśnienia w otworach wiertniczych. Aby uzyskać ten pierwiastek, konieczne jest upłynnienie powietrza i oddzielenie go przez destylację. Służy do produkcji amoniaku.
5. Dwutlenek węgla - związek może przejść w stan gazowy ze stanu stałego pod ciśnieniem atmosferycznym. Znajduje się w powietrzu i źródłach mineralnych, a także uwalnia się, gdy stworzenia oddychają. Jest dodatkiem do żywności.
6. Siarkowodór jest dość toksycznym pierwiastkiem. Może negatywnie wpływać na funkcjonowanie układu nerwowego człowieka.Ma zapach zgniłych jajek, słodkawy posmak i jest bezbarwny. Bardzo dobrze rozpuszczalny w etanolu. Nie reaguje z wodą. Niezbędny do produkcji siarczynów, kwasu siarkowego i siarki.
7. Hel jest uważany za wyjątkową substancję. Może gromadzić się w skorupie ziemskiej. Uzyskuje się go poprzez zamrożenie gazów, w których jest zawarty. W stanie gazowym nie objawia się na zewnątrz, w stanie płynnym może oddziaływać na żywe tkanki. Nie jest zdolny do wybuchu i zapłonu. Ale jeśli w powietrzu jest jej duże stężenie, może to doprowadzić do uduszenia. Służy do napełniania sterowców i balonów podczas pracy z powierzchniami metalowymi.
8. Argon to gaz bez cech zewnętrznych. Stosuje się go przy cięciu i spawaniu części metalowych, a także w celu wydłużenia trwałości produktów spożywczych (dzięki tej substancji woda i powietrze są wypierane).

Właściwości fizyczne zasobu naturalnego są następujące: temperatura samozapłonu wynosi 650 stopni Celsjusza, gęstość gazu ziemnego 0,68-0,85 (w stanie gazowym) i 400 kg/m3 (ciecz). Po zmieszaniu z powietrzem stężenia 4,4-17% są uważane za wybuchowe. Liczba oktanowa skamieniałości wynosi 120-130. Oblicza się ją na podstawie stosunku składników palnych do tych, które są trudne do utlenienia podczas kompresji. Wartość opałowa wynosi w przybliżeniu 12 tysięcy kalorii na 1 metr sześcienny. Przewodność cieplna gazu i oleju jest taka sama.

Po dodaniu powietrza naturalne źródło może szybko się zapalić. W warunkach domowych unosi się do sufitu. Tam zaczyna się pożar. Wynika to z lekkości metanu. Ale powietrze jest około 2 razy cięższe od tego pierwiastka.

Metody przetwarzania gazu ziemnego

Przed dostarczeniem gazu ziemnego do głównego gazociągu surowiec ten nie musi być dalej oczyszczany, ta przewaga nad ropą (która musi zostać poddana wstępnej obróbce przed wprowadzeniem do rurociągu), skutkuje znacznymi oszczędnościami w kosztach transportu.

Mieszanina gazowa przed otrzymaniem ostatecznego składu chemicznego i produkcyjnego poddawana jest wtórnemu przerobowi w zakładach przemysłu chemicznego, który w zależności od stosowanych technologii dzieli się na główne i wtórne metody przerobu gazu.

fizyczne przetwarzanie

Metoda ta opiera się na wskaźnikach fizycznych i energetycznych. Wydobyty materiał kopalny poddawany jest głębokiej kompresji i pod wpływem wysokich temperatur rozdzielany jest na frakcje.

Podczas przechodzenia od niskich do wysokich temperatur surowce są intensywnie oczyszczane z zanieczyszczeń. Zastosowanie wydajnych kompresorów umożliwia przetwarzanie w miejscu produkcji gazu. Podczas pompowania gazu z formacji roponośnej stosuje się pompy olejowe, które są stosunkowo tanie.

Właściwości gazu ziemnego

Wykorzystanie reakcji chemicznych

Podczas przetwarzania chemiczno-katalitycznego zachodzą procesy związane z przemianą metanu w gaz syntezowy, a następnie przetwarzanie. Metody chemiczne obejmują zastosowanie dwóch metod:

• para wodna, konwersja dwutlenku węgla;
• częściowe utlenianie.

Ta ostatnia metoda jest najbardziej energooszczędna i wygodna, ponieważ szybkość reakcji chemicznej podczas częściowego utleniania jest dość duża i nie ma potrzeby stosowania dodatkowych katalizatorów.

Wykorzystanie wysokich i niskich temperatur jako narzędzia oddziaływania na surowce kopalne nazywa się termochemiczną metodą przetwarzania gazu ziemnego. Pod wpływem temperatury na ten surowiec powstają związki chemiczne, takie jak etylen, propylen itp. Złożoność tego typu przetwarzania polega na zastosowaniu urządzeń zdolnych do wytwarzania ciepła do 11 tys. trzy atmosfery.

Nowoczesne technologie przetwarzania gazu ziemnego wykorzystują dodatkową syntezę metanu, co podwaja ilość produkowanego wodoru. Wodór to naturalny surowiec, z którego izoluje się amoniak, który jest materiałem do produkcji kwasu azotowego, składników amonowych, aniliny itp.