Добыча природного газа

Природный газ – это смесь газов, которая образовывается при анаэробном разложении органических веществ в недрах земли.

Природный газ относится к группе полезных ископаемых. В пластовых условиях (то есть условиях залегания в земных недрах) природный газ находится в газообразном состоянии — в форме отдельных скоплений (залежи газа) или в форме газовой шапки нефтегазовых месторождений, или в воде или в нефти в растворённом состоянии. Также газ может быть в состоянии в форме естественных газогидратов.

Методы и технологии добычи природного газа

Добыча природного газа осуществляется лишь методом фонтанной эксплуатации скважин. Эксплуатацию скважин проводят через подъёмные трубы, но при отсутствии твёрдых примесей или агрессивных компонентов в газе, скважины одновременно используются благодаря затрубному пространству и подъёмным обсадным трубам.

Работа газовой скважины полностью контролируется за счет регистрации рабочих параметров, соответствующих замеров и анализа результатов периодических исследований. Из отдельных скважин газ после сепарации от твердых примесей, влаги и замера отправляется в промышленный газосборный коллектор, а затем в газосборный пункт, а оттуда после необходимой подготовки его для последующего транспортирования направляется в магистральный газопровод.

Технологический процесс добычи природного газа

Основное оборудование для добычи природного газа – это буровой станок. Он представляет собой долото, подвешенное на канате, который то опускали, то поднимали благодаря вороту. Их называли ударно-канатными машинами. Но сейчас такие машины уже практически не используются: они медленно пробивают отверстие в камне, при этом много энергии расходуется впустую.

Более выгодный и быстрый другой метод бурения — роторный, при нем скважина высверливается. К специальной ажурной четырехногой вышке из металла высотой 20-30 метров подвешена стальная толстая труба. Она вращается с помощью ротора. На нижнем конце этой трубы находится бур. Постепенно, по мере увеличения глубины скважины, трубу удлиняют. Для того чтобы разрушенная порода не забивала скважину, то в нее через трубу с помощью насоса нагнетают специальный глинистый раствор. И этот раствор промывает скважину, удаляет из нее вверх по щели между стенами и трубой скважины разрушенные песчаник, глину, известняк. Плотная жидкость одновременно поддерживает стенки скважины, и не дает им обрушиться.

Но у роторного бурения есть свои минусы. Чем глубже будет скважина, тем труднее работать двигателю ротора, и тем медленнее будет происходить бурение. Но со временем та вода, которая лишь вымывала разрушенную породу из скважины, начала и вращать бур. Сейчас до того как достигается дно скважины, этот глинистый раствор вращает турбину, которая прикреплена к буровому оборудованию.

Этот инструмент назвали турбобуром, усовершенствовали, и сейчас опускают в скважину несколько турбин, которые насажены на один общий вал. Природный газ на поверхность земли поднимается благодаря естественной энергии — стремления в зону с самым меньшим давлением. Так как газ, который получен из скважины, имеет большое количество примесей, то сначала он отправляется на обработку. Возле некоторых месторождений сооружаются установки комплексной подготовки газа, и тогда газ из скважин сразу же отправляется на газоперерабатывающий завод.

Бурение – это основная работа при добыче газа. Газ не требует отделения от окружающего массива взрывчаткой или машинами, не требует поднятия на поверхность земли в вагонетках или конвейером.

Кроме бурения скважин, газ можно получить и методом добычи «вслепую». Газ заключен в очень мелкие поры, ими обладают некоторые горные породы. Природный газ находится на глубине от 1000 метров до нескольких километров. После того, как проведены геологоразведочные работы, когда известно, где расположены залежи, начинается процесс добычи газа, извлечение его из недр, сбор и подготовка к транспортировке.

Транспортировка природного газа на нефтеперерабатывающие заводы и электростанции осуществляется по автомобильным и железным дорогам, газ перевозят в танкерах или в цистернах. Но часто газ можно подавать по трубам на любые расстояния. Газопроводы, представляющие собой магистрали из стальных труб, которые уложены не очень глубоко в земле, могут протягиваться на тысячи километров.

Оборудование для добычи природного газа

Для добычи природного газа необходимо иметь специальное оборудование:

• Стационарные газоанализаторы. Используются для осуществления контроля при технологических измерениях состава газа и контроля выбросов в энергетике, металлургии, цементной промышленности, нефтехимии
• Газовый тестовый сепаратор. Используется для определения количества жидкости, которая добывается из нефтяной скважины, для того чтобы подогреватели нефти были обеспечены топливным газом. Газовый тестовый сепаратор необходим для того чтобы определять количества газа, количество жидкости, подачи топливного газа в специальные подогреватели, а также для обеспечения безаварийной и непрерывной работы подключенного подогревателя
• Газовый сетчатый сепаратор. Используется для полной очистки в промысловых установках попутного нефтяного и природного газа от жидкости (ингибитора гидратообразования, конденсата, воды), для подготовки газа к транспортировке, к хранению в подземных хранилищах и на газоперерабатывающих заводах.
• Подогреватель газа. Используется для автоматического поддержания необходимой температуры и для нагрева попутного нефтяного, природного и искусственного газов, которые не содержат агрессивных примесей, перед дросселированием на компрессорных станциях, на газораспределительных станциях, на магистральных газопроводах и для других потребителей теплого газа для увеличения надежности работы технологических инструментов.
• Газовый фильтр. Используется для очистки горизонтальных участках газопроводов от смолистых веществ, песка, пыли, металлической окалины, и других твердых частиц, а также механических примесей, которые содержатся в проходящем через них природном газе и воздухе.
• Аппараты колонные. Используются для осуществления массо- и теплообмена (абсорбция, ректификация, десорбция) при температурах от – 40°С до +200°С при избыточном давлении.

Хранение добытого природного газа

Для того чтобы хранить добытый природный газ нужны специальные газонепроницаемые, герметичные резервуары. А чтобы газ занимал при хранении и перевозке меньше места, то его сжижают, для этого охлаждают до температуры — 160° С. Такой сжиженный газ хранится в емкостях из специальной стали и прочных алюминиевых сплавов. Стенки делаются двойными, а между стенками устанавливают материал, который плохо проводит тепло, для того чтобы газ не нагревался.

Но наибольшие хранилища природного газа дешевле и удобнее создавать под землей. В таких подземных газохранилищах стенками будут служить непроницаемые пласты горных пород. Для того чтобы такие породы не могли вывалиться и обрушиться, их бетонируют. Есть несколько основных способов хранения под землей сжиженных газов. Хранилище может представлять собой полость — горную выработку, которая расположена очень глубоко. Также хранилищем может быть котлован или яма, закрытая герметичной крышкой из металла.

Подземные газовые хранилища бывают двух видов: в полостях горных пород и в пористых породах. К первому виду относятся такие хранилища, которые созданы в старых туннелях, заброшенных шахтах, в пещерах, в специальных горных выработках, сооруженных в плотных горных породах (гранитах, известняках, каменной соли, глине). В полостях горных пород хранятся газы, в основном, в сжиженном состоянии. Чаще всего это бутан, пропан и их смеси. Ко второму виду относятся хранилища в истощённых газовых и нефтяных месторождениях, в водоносных пластах. В них обычно природный газ хранится в газообразном состоянии.

Самыми удобными и дешевыми газохранилищами являются такие, которые созданы в истощённых газовых и нефтяных залежах. Чтобы использовать такие ёмкости под хранилища, необходимо устанавливать дополнительное оборудование, прокладывать необходимые коммуникации, ремонтировать скважины. В тех местах, где необходимы резервы газа, а таких истощённых газовых и нефтяных залежей нет, газохранилища сооружают в водоносных пластах. Газохранилище в водоносном пласте – это искусственно созданная газовая залежь, используемая циклически.

Добыча природного газа — это важнейшая отрасль добывающей промышленности, и это основная отрасль формирующая профицит государственногог бюджета.

Оборудование для добычи газа

На сегодняшний день важной задачей является определение расположения все новых газовых месторождений. Все более — менее доступные и поверхностно располагающиеся уже давно найдены и так ведутся разработки и добыча газа. В зависимости от глубины и сложности нахождения этого природного ресурса в пластах земли и подбирается газодобывающее оборудование.

Так как методика извлечения природного газа из недр Земли начинается с бурения скважины, то основным оборудованием здесь является станок для бурения. Изначально это было подвешенное на прочной веревке долото, попеременно то опускающееся, то поднимающееся. Такой станок носил название ударно – канатной машины, но на сегодняшний день такое оборудование совершенно не рентабельно, так как при огромном расходе энергии работа производится слишком медленно.

Быстрый метод бурения скважины – роторный, когда отверстие в грунте высверливается. Для этого к металлической устойчивой вышке высотой не менее 20 метров, прикрепляется стальная труба, вращающаяся посредством ротора. На нижней части трубы располагается бур, благодаря которому и получается ровное отверстие в толще земли. По мере того, как увеличивается высота скважины, добавляется труба. Чтобы отработанная порода не закрыла трубу, через нее подается глинистый раствор, нагнетающийся насосом высокой мощности. Раствор постоянно промывается скважину, вынося на поверхность известняк, песчаник, глину, которые вместе с раствором выходят через щель между стенками шахты и трубой. Одновременно стенки укрепляются при помощи постоянного потока жидкости высокой плотности, что и предупреждает их обрушение.

На сегодняшний день оборудование для газодобычи усовершенствовано – теперь в одну скважину опускается несколько турбин, закрепленных на общем валу. Поднятие наверх природного газа происходит при использовании законов естественной энергии, так внизу, в местах залежей этого ресурса, создается давление огромной силы, потому природный газ выбирает зону с наименьшим давлением — скважину – и поднимается по ней на поверхность. Только что добытый газ имеет множество примесей, которые требуют отделения для получения чистого сырья. Для этого газ перенаправляется на газоперерабатывающие заводы.

Оборудование

1. Газоанализаторы стационарные, необходимые для контроля за технологическими процессами во время работы и рассмотрения состава газа.
2. Тестовый сепаратор, который определяет объем жидкости и газа.
3. Сетчатый сепаратор применяется для очищения добытого природного газа в промышленных установках. Здесь происходит извлечение из сырья жидкостей: воды, конденсата, ингибитора гидрообразования, что необходимо для подготовки газа к транспортировке на газоперерабатывающие заводы и в хранилища.
4. Подогреватель газа автоматически поддерживает заданную температуру для добытого газа, не содержащего агрессивных примесей, что необходимо для потребителей, чтобы увеличить надежность работы всех инструментов на газораспределительных и компрессорных станциях, магистральных газопроводах и иных потребителей.
5. Газовый фильтр способствует очищению горизонтальных участков газопроводных труб от песка и смол, металлической окалины и пыли, механических примесей и самых разных твердых частиц, содержащихся в только что добытом газе.
6. Колонные аппараты осуществляют тепло- и массообмен: десорбцию, ректификацию, абсорбцию, что происходит при избыточном давлении и температурах от 200 градусов тепла до минус 40.
7. Для хранения газа применяются герметичные непроницаемые резервуары.

Как добывают газ

Природный газ является энергетическим достоянием России, большие запасы залежей этого топлива позволяют стране обеспечивать им как собственное население и промышленность, так и экспортировать за рубеж. Россия занимает второе место в мире по количеству добытого природного газа среди всех стран, которые имеют запасы подобного топлива.

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.

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.

Процесс добычи голубого топлива

После определения выгодного месторождения полезного ископаемого и вычисления примерных объемов его добычи начинается процесс извлечения. Производится бурение скважин на нужную глубину, ту, на которой проходит слой добываемого материала. Чтобы давление голубого топлива распределялось равномерно, бурение производят особым способом – телескопическим (поэтапным, с периодическим уменьшением диаметра бурения).

Скважину укрепляют специальными обсадными трубами и заливают цементным раствором. Чтобы давление было равномерным, бурят сразу две-три скважины, а поднимается газ естественным путем, по законам физики. После этого добытый продукт подвергается очистке, чтобы отделить его от ненужных примесей.

Добыча с использованием угольных шахт

Существует одна из форм природного газа – метан угольных пластов. О нем известно давно – это большая проблема шахтеров, из-за угольного метана в шахтах часто происходят взрывы, вызывающие обвалы пород. Концентрация метана возрастает с глубиной шахты, поэтому с глубиной прохода увеличивается риск аварии.

Находится метан в нескольких видах: свободном, растворенном и абсорбированном. Взрывоопасным он становится после того, как смешается с воздухом и угольной пылью, поэтому его стараются отвести от угольных пластов, тем самым обезопасив шахтеров. Чтобы зря не терять «отходы» угольного производства, отведенный газ научились применять с большой пользой.

У дегазации (процесса отвода метана) есть два способа: активный и пассивный. Пассивная дегазация – это когда место выделения газа изолируют от шахты, а потом выводят наружу либо, если это невозможно, потоком воздуха разбавляют его до безопасной консистенции. Активная дегазация (основной способ получения метана) происходит специальными вакуумными насосами (искрозащищенными) по вентиляционным каналам, выводят его в накопительные резервуары.

Метод гидроразрыва

Гидравлический разрыв пласта (ГРП) – один из способов сделать газовую скважину более выгодной, он является основной частью так называемого «метода Фрекинга». ГРП основан на создании специальной трещины в пласте с целью сделать его более эффективным, обеспечить дополнительный приток необходимого флюида (в данном случае – природного газа).

Специальным оборудованием под давлением в скважину подается вода, песок и необходимые химикаты. Эта смесь создает трещины в породе и оживляет те скважины, которые уже не могут работать в обычном режиме. Рабочей жидкостью (химией) выступает специальная смесь, состоящая из высокомолекулярных полимеров.

Особенности подводной добычи

Но не только земля обладает несметными запасами природного газа, моря и океаны также переполнены столь ценным ресурсом. Морская добыча данного полезного ископаемого имеет свои особенности, здесь требуется особое оборудование – специальные буровые платформы гравитационного типа. Они громадные, тяжелые и приспособлены для длительного проживания буровой команды. Стоят они на крепком бетонном основании и устойчивы к большим волнам. В основание платформы встроены буровые установки, также имеются специальные резервуары для добытого газа, а с сушей платформы соединяют трубопроводы.

Влияние на экологию

Проблемы газовой промышленности заключаются в сжигании природного газа. Хотя он считается одним из экологических видов топлива, у него есть одна очень плохая особенность: при горении сжигает много кислорода.

Кроме этого, происходит минимальный выброс вредных веществ в окружающую среду. Процент сравнительно небольшой, но использование газа настолько популярно, что вред природе наносится огромный.

В связи с этим в 1997 году в Японии был подписан международный договор, ограничивающий выброс вредных веществ в воздух при использовании природного газа, документ подписала 181 страна.

Перспективы газодобывающей промышленности России

Прогнозы на рост газодобывающей промышленности России весьма различаются в зависимости от общих будущих перспектив развития экономической ситуации в стране. При благоприятном экономическом росте аналитики прогнозируют 645-665 млрд м 3 в 2019 году, а к 2020 г. вырасти до 720.

Умеренный вариант предполагает довести добычу голубого топлива в 2020 году до 680 млрд м 3 в год. Критический же допускает временное резкое понижение объемов добычи, но полную ее стабилизацию к 2020 году.