Добыча природного газа: особенности и подводные камни.

Наша земля щедра на природные богатства и одним из таких богатств является природный газ. Он образуется в земных глубинах из органических субстанций животного происхождения под воздействием высоких температур.

Живые организмы, которые погибали и опускались на дно моря, проникали в такую среду, где они не распадались в результате окисления и не уничтожались микробами. Отложения таких организмов сформировали иловые осадки. В ходе геологических передвижений осадки осели на больших морских глубинах. Там под воздействием высокой температуры и давления, на протяжении нескольких миллионов лет, происходил процесс, при котором углерод, который присутствовал в осадках, перешел в углеводороды. Данное название они унаследовали из-за того, что в состав молекул входит углерод и водород. Высокомолекулярные углеводороды - это жидкие вещества, из которых получилась нефть, а с маленькими молекулами - газы. Они-то и создают природный газ. Но газ формируется под влиянием более высоких давлений и температур, нежели нефть.

По этой причине в месторождениях, где находится нефть, постоянно присутствует и природный газ.

Спустя некоторое время отложения осели еще более глубоко, так как они были покрыты большим слоем осадочных пород.

Природный газ включает в себя смесь газов. Основную его часть (около 98%) составляет метан. Помимо метана, в природный газ входят пропан, бутан, этан, а так же небольшое количество азота, углекислого газа, водорода и сероводорода.

Природный газ расположен в недрах земли, глубина которых может составлять от одного до нескольких километров. В земных глубинах газ находится в виде микроскопических пустотах так называемых порах. Поры соединяются между собой невидимыми невооруженным глазом каналами. По данным каналам газ попадает из пор с более высоким давлением в поры с низким давлением.

Добыча газа производится при помощи скважин. Он выходит наружу из земных недр сквозь скважины. Это происходит из-за того, что природный газ в прослойке находится под давлением, которое в несколько раз превышает атмосферное. Следовательно, рычагом добычи природного газа с больших глубин является разница в давлении в прослойке и системе сбора.

На данный момент природный газ широко применяется в топливно-энергетической, а так же химической индустрии.

Природный газ также широко используется в качестве недорогого горючего в домах для подогрева воды, отопления и приготовления еды. Он применяется как топливо для ТЭЦ, котельных и машин. Природный газ является одним из лучших видов горючего для промышленных и бытовых нужд. Ценность данного газа, как топлива, заключается еще и в том, что он является экологически чистым минеральным топливом. При сгорании образуется значительно меньшее количество вредных веществ по сравнению с другими видами горючего. Потому природный газ считается одним из основных источников энергии в деятельности человека.

В химической индустрии он применяется в качестве сырья для добывания разных органических веществ, например, таких как каучук, пластмасса и т.д. Именно применение природного газа дало возможность синтезировать большое количество химических веществ, которых не существуют в природе, например, полиэтилена.

Изначально люди не знали о полезных свойствах природного газа. При добыче нефти всегда присутствовал. Его раньше просто-напросто сжигали на месте добычи. В то время транспортировка и продажа природного газа была невыгодной, но спустя некоторое время были найдены эффективные способы перевозки природного газа до покупателя, основной из которых является трубопроводный. Помимо этого, применяется способ транспортировки сжиженного газа посредством специальных танкеров. Сжиженный газ считается более безопасным при транспортировке и хранении, нежели сжатый.

Топливо — необходимый человечеству ресурс. Одним из самых востребованных и нужных видов топлива является природный газ, который с каждым годом приобретает все больший спрос.

Однако в силу того, что газ относится к невозобновимым ресурсам, невозможно применять его вечно. Согласно последним расчетам специалистов, известные человечеству запасы природного газа иссякнут уже примерно через 40 лет. А потому неизбежно придется искать новые энергоисточники.

Отсутствие достаточного количества газа повлечет за собой рост цен на него и, как следствие, инфляцию и кризис экономики.

Велика вероятность того, что на Земле еще существуют не найденные газовые месторождения. Однако их обнаружение осложняется особенностями технологий поиска. Тем не менее, это возможно. И бизнес в этой области обещает хорошие перспективы развития.

Новые залежи природного газа и его последующая добыча помогут избежать кризиса в сфере газовой промышленности и обеспечат относительную стабильность экономики.

Процесс добычи газа

Так как природный газ находится в небольших трещинах земной коры или в подземных пещерах, его добывают посредством . Сейчас это единственный способ его получения, и состоит он из 2 основных этапов:

• Исследование местности

С помощью специального оборудования геологи тщательно обследуют и анализируют необходимое место. Аппаратура обладает сверхвысокой точностью, что дает возможность определить как расположение, так и объем газовых залежей.

В том случае, если количество газа небольшое, разработка месторождения не имеет смысла. Так как в конечном счете работы не окупятся в силу высокой стоимости установки техники и процесса бурения.

Добыча целесообразна лишь при обнаружении больших объемов газа. Только тогда переходят к следующему шагу.

• Разработка месторождения

Разработка также производится с помощью специального оборудования, которое позволяет добывать газ с больших глубин. Минимальная глубина залежей составляет около 1000 метров.

Для открытия газу доступа наружу применяют буры. В зависимости от глубины залежей выбирают подходящую длину инструмента и начинают бурение. Как правило, все буры производят из стали повышенной прочности, поэтому они позволяют проникнуть в любую разновидность грунта.

После процесса бурения образуется большая разница в давлении, и газ начинает поступать на поверхность. Так как он поднимается сам, в оборудовании для откачки нет необходимости.

В одной местности с газовыми залежами может находиться несколько скважин. Это позволяет добиться требуемых объемов ресурса.

Наиболее глубокая скважина расположена на территории России и превышает 6 километров.

Возможные трудности

Бизнес по добыче природного газа зачастую сопровождается многими сложностями. Вот только основные из них:

• Государственная монополия

В большинстве стран мира все полезные ископаемые, которые находятся в недрах земли, принадлежат государству.

По этой причине, прежде чем получить разрешение на анализ местности и добычу газа, необходимо пройти множество проверок и раздобыть все необходимые документы.

• Контроль со стороны государства

Даже в случае получения разрешения вся деятельность будет контролироваться государством. Его представитель обязательно будет следить за процессом работы, чтобы гарантировать соблюдение всех норм, а также мер технологической и экологической безопасности.

• Налоги

За использование месторождения государство взимает налог.

• Высокая степень опасности

Бурение скважин очень опасно и всегда сопровождается риском. Несоблюдение мер предосторожности и возможные ошибки во время работ способны привести к необратимым последствиям, которые могут стоить многих жизней.

Главная угроза — растрескивание земной коры в неподходящих местах, что неизбежно приведет к взрыву. Поднимаясь на поверхность в непредусмотренных точках земли, газ превысит допустимую концентрацию, и для огромного взрыва будет достаточно малейшей искры.

Чтобы этого избежать, перед бурением необходимы точные расчеты.

Альтернатива обыкновенному газу

Дефицит природного газа вполне можно компенсировать наличием сланцевого . Его запасы, в отличие от первого, еще не настолько истощены. И, согласно подсчетам исследователей, этого ресурса может хватить на более чем 100 лет.

Это временно решит проблему с энергетическими ресурсами. Поэтому тема с добычей сланцевого газа набирает популярность.

Однако добыча этого типа газа немного отличается. Здесь можно выделить несколько этапов:

• Исследование местности геологами

Местность так же анализируют на наличие газа.

• Бурение скважин

Количество скважин в этом случае меньше, чем при добыче природного газа.

• Извлечение газа

Чтобы газ вышел на поверхность, применяют способ гидроразрыва , во время которого газ вытесняют водой.

Серьезный недостаток добычи сланцевого газа — вред для экологии. Так как часть газа остается в земле и загрязнет грунтовые воды.

Технологии в газовой сфере не стоят на месте и постоянно совершенствуются. С их развитием увеличивается скорость добычи топливных ресурсов, а стоимость работ и потери, напротив, уменьшаются. И хотя бизнес в этой сфере имеет множество подводных камней, при должном и грамотном подходе он может быть достаточно высоколиквидным. Главное — правильные расчеты.

Природный газ, к которому мы все так привыкли у себя на кухне, является близким родственником нефти. Состоит он по большей части из метана с примесями более тяжелых углеводородов (этана, пропана, бутана). В естественных природных условиях он также часто содержит примеси других газов (гелия, азота, сероводорода, углекислого газа).

Типичный состав природного газа:

Углеводороды :

• Метан – 70-98%
• Этан – 1-10%
• Пропан – до 5%
• Бутан – до 2%
• Пентан – до 1%
• Гексан – до 0,5%

Примеси :

• Азот – до 15%
• Гелий – до 5%
• Углекислый газ – до 1%
• Сероводород – менее 0,1%

Природный газ исключительно широко распространен в недрах земли. Его можно встретить в толще земной коры на глубине от нескольких сантиметров до 8 километров. Также как и нефть, природный газ, в процессе миграции в земной коре, попадает в ловушки (проницаемые пласты ограниченные непроницаемой толщей пород), в результате чего формируются газовые месторождения.

Пять крупнейших газовых месторождений России:

• Уренгойское (газовое)
• Ямбургское (нефтегазоконденсатное)
• Бованенковское (нефтегазоконденсатное)
• Штокмановское (газоконденсатное)
• Ленинградское (газовое)

Природный (углеводородный) газ – частый спутник нефтяных месторождений. Обычно он содержится в нефти в растворенном виде, а в некоторых случаях скапливается в верхней части месторождений, образуя так называемую газовую шапку. В течение длительного времени газ, выделяющийся при добыче нефти, и называемый попутным газом, был нежелательной составляющей процесса добычи. Чаще всего его просто сжигали в факелах.

Только за последние несколько десятков лет человечество научилось достаточно полно использовать все преимущества природного газа. Такая задержка в освоении этого чрезвычайно ценного вида топлива во многом связана с тем, что транспортировка газа и его использование в промышленности и быту требуют достаточно высокого технического и технологического уровня развития. Кроме того, природный газ, смешиваясь с воздухом, образует взрывоопасную смесь, что требует повышенных мер безопасности при его использовании.

Применение газа

Некоторые попытки применения газа предпринимались еще в XIX веке. Светильный газ, как его тогда называли, служил в качестве источника освещения. Разработку газовых месторождений в то время еще не вели, а для освещения использовали газ, добываемый вместе с нефтью. Поэтому такой газ часто называли нефтяным. Таким нефтяным газом, например, долгое время освещалась Казань. Использовали его и для освещения Петербурга и Москвы.

В настоящее время газ играет все более значительную роль в энергетике мира. Спектр его применения очень широк. Он используется в промышленности, в быту, в котельных, ТЭЦ, в качестве моторного топлива для автомашин и как исходное сырье в химической промышленности.

Газ считается относительно чистым видом топлива. При сжигании газа образуется только углекислый газ и вода. При этом выбросы углекислого газа почти в два раза меньше, чем при сжигании угля и в 1,3 раза меньше, чем при сжигании нефти. Не говоря уже о том, что при сжигании нефти и угля остаются еще копоть и зола. Благодаря тому, что из всех ископаемых видов топлива газ является наиболее экологически чистым видом, в энергетике современных мегаполисов он занимает доминирующее положение.

Как добывают газ

Также как и нефть, природный газ добывают при помощи скважин, которые распределяют равномерно по всей площади газового месторождения. Добыча происходит за счет разницы давлений в газоносном пласте и на поверхности. Под действием пластового давления газ выталкивается через скважины на поверхность, где попадет в систему сбора. Далее газ подается на установку комплексной подготовки газа, где его очищают от примесей. Если примесей в добываемом газе незначительное количество, тогда его могут сразу направить на газоперерабатывающий завод, минуя установку комплексной подготовки.

Как транспортируют газ

Транспортировка газа осуществляется преимущественно по трубопроводам. Основные объемы газа транспортируют магистральными газопроводами, где давление газа может достигать 118 атм. Потребителям же газ попадает через распределительные и внутридомовые газопроводы. Сначала газ проходит через газораспределительную станцию, где его давление снижается до 12 атм. Затем по распределительным газопроводам он подается на газорегуляторные пункты, где его давление снова понижают, на этот раз уже до 0,3 атм. После чего по внутридомовым газопроводам газ попадает к нам на кухню.

Вся эта огромная газораспределительная инфраструктура представляет собой поистине масштабную картину. Сотни и сотни тысяч километров газопроводов, опутавших собой практически всю территорию России. Если всю эту паутину газопроводов вытянуть в одну линию, то ее длины хватит, чтобы достать от Земли до Луны и обратно. И это только газотранспортная система России. Если же говорить о всей мировой газотранспортной инфраструктуре, то речь будет идти уже о миллионах километров трубопроводов.

Поскольку природный газ не обладает ни запахом, ни цветом, то для того, чтобы можно было оперативно обнаружить утечки газа, ему искусственно придается неприятный запах. Этот процесс называется одоризацией и происходит на газораспределительных станциях. В качестве одорантов, то есть неприятно пахнущих веществ, обычно используют серосодержащие соединения, например этантиол (EtSH).

Потребление газа носит сезонный характер. Зимой его потребление увеличивается, а летом снижается. Чтобы сгладить сезонные колебания в потреблении газа, вблизи крупных промышленных центров создают подземные хранилища газа (ПХГ). Это могут быть истощившиеся газовые месторождения, приспособленные под хранение газа или искусственно созданные подземные соляные пещеры. Летом излишки транспортируемого газа направляют в ПХГ, а зимой наоборот, возможный недостаток мощностей трубопроводной системы компенсируют отбором газа из хранилищ.

В мировой практике помимо газопроводов природный газ часто транспортируют в сжиженном виде посредством специальных судов – газовозов (метановозов). В сжиженном виде объем природного газа уменьшается в 600 раз, что удобно не только для транспортировки, но и для хранения. Для сжижения газ охлаждают до температуры конденсации (-161,5 °С) в результате чего он превращается в жидкость. В таком охлажденном виде он и транспортируется. Основными производителями сжиженного природного газа являются Катар, Индонезия, Малайзия, Австралия и Нигерия.

Перспективы и тенденции

Благодаря своей экологической чистоте и постоянному совершенствованию техники и технологий, как в добыче, так и в использовании газа, этот вид топлива приобретает все большую популярность. Компания BP, например, прогнозирует опережающий рост спроса на газ по сравнению с другими видами ископаемого топлива.

Рост потребности в газе приводит к поиску новых, часто нетрадиционных, источников газа. Такими источниками могут быть:

• Газ из угольных пластов
• Сланцевый газ
• Газогидраты

♦ Газ из угольных пластов начали добывать только в конце 1980-х годов. Впервые это было сделано в США, где была доказана коммерческая целесообразность такого вида добычи. В России Газпром начал испытывать этот метод с 2003 года, начав пробную добычу метана из угольных пластов в Кузбассе. Добычу газа из угольных пластов осуществляют и в других странах - Австралии, Канаде и Китае.

♦ Сланцевый газ . Сланцевая революция в добыче газа, случившаяся в США в последнее десятилетие, не сходит с первых полос периодической печати. Развитие технологии горизонтального бурения и позволило добывать газ из низкопроницаемых сланцев в объемах окупающих затраты на его извлечение. Феномен бурного развития добычи сланцевого газа в США подстегивает и другие страны к развитию данного направления. Помимо США активные работы по добыче сланцевого газа ведутся в Канаде. Также значительным потенциалом по развитию масштабной добычи сланцевого газа обладает Китай.

♦ Газогидраты . Значительная часть природного газа находится в кристаллическом состоянии в виде так называемых газогидратов (гидратов метана). Крупные запасы газогидратов существуют в океанах и в зонах вечной мерзлоты материков. В настоящее время оцениваемые запасы газа в виде газогидратов превосходят вместе взятые запасы нефти, угля и обычного газа. Разработкой экономически целесообразных технологий по добыче газогидратов усиленно занимаются в Японии, США и некоторых других странах. Особенно этой теме уделяет внимание Япония, лишенная традиционных запасов газа и вынужденная закупать этот вид ресурса по чрезвычайно высоким ценам.

Природный газ в качестве топлива и источника химических элементов имеет большое будущее. В отдаленной перспективе именно его рассматривают в качестве основного вида топлива, который будет использоваться в период перехода мировой энергетики на более чистые возобновляемые ресурсы.

Природный газ поднимается по скважине за счет естественной энергии. Его добычей занимаются в Америке, Европе, Африке и других регионах. Седьмая часть всей мировой добычи приходится на долю «Газпрома».

Добыча «вслепую»

Природный газ заключен в мельчайшие поры, которыми обладают некоторые горные породы. Глубина, на которой находится природный газ, колеблется от 1000 метров до нескольких километров. После проведения геологоразведочных работ , когда установлено, где именно находятся залежи, начинается процесс добычи газа , то есть его извлечения из недр, сбора и подготовки к транспортировке.

Главной особенностью добычи газа по сравнению с добычей твердых полезных ископаемых является то, что газ остается скрытым в герметичных конструкциях на всех этапах - с момента извлечения из пласта и до момента, когда попадает к потребителю.

Бурение скважин

Газ извлекается из недр при помощи специально пробуренных скважин, которые называются добывающими или эксплуатационными. Вообще разновидностей скважин существует множество - они используются не только для добычи, но и для изучения геологического строения недр, поиска новых месторождений, вспомогательных работ и так далее.

Зачем бурить «лесенкой»

Трубы для укрепления стенок скважин могут вкладываться одна в другую - по принципу подзорной трубы. Так они занимают гораздо меньше места и хранить их удобнее.

Давление должно распределяться равномерно.

Глубина скважины может достигать 12 км. Такая глубина может быть использована для исследования литосферы.

Ствол скважины укрепляют специальными обсадными трубами и цементируют.

После скважины

Природный газ поднимается на поверхность за счет естественной энергии - стремления в зону с наименьшим давлением. Поскольку газ, полученный из скважины, содержит множество примесей, его сначала отправляют на обработку. Недалеко от некоторых месторождений строятся установки комплексной подготовки газа , в некоторых случаях газ из скважин сразу попадает на газоперерабатывающий завод.

Объемы добычи

Сегодня на долю «Газпрома» приходится 74% российской и 14% мировой добычи газа.

В таблице, приведенной ниже, сопоставлены объемы добычи газа во всем мире, в России в целом и объемы добычи «Газпрома»:

	Мир в целом, млрд куб. м	Россия, млрд куб. м	ОАО «Газпром», млрд куб. м
2001	2493	581	512
2002	2531	595	525,6
2003	2617	620	547,6
2004	2692	633	552,5
2005	2768	641	555
2006	2851	656	556
2007	2951	654	548,6
2008	3065	665	549,7
2009	2976	584	461,5
2010	3193	649	508,6
2011	3291,3	640	513,2
2012	3363,9	655	487

Данные о мировой добыче газа взяты из отчета BP.

Природный газ является смесью из определенных разновидностей газа, которые образуются глубоко в земле после разложения осадочных органических пород. Это полезное ископаемое, которое должно добываться вместе с нефтью или в качестве самостоятельного вещества.

Свойства природного газа

В естественном состоянии газ представлен в виде отдельных скоплений. Их принято называть газовыми залежами, которые скапливаются в земных недрах, как газовые шапки. Природный газ в некоторых случаях может находиться в глубоких слоях земли в состоянии полного растворения - это нефть или вода. Стандартные условия для образования газа - это наличие температурного режима в двадцать градусов и давление около 0,101325 Паскаля. Стоит отметить, что представленное полезное ископаемое из природного месторождения добывается только в газообразном состоянии - газогидраты.

Главные свойства природного газа - это отсутствие всякого запаха и цвета. Чтобы определить утечку, можно добавить такие вещества, как одоранты, которые имеют сильно выраженный и характерно неприятный запах. В большинстве случаев одорант заменяют на этил-меркаптан. Природный газ достаточно широко используют в качестве топлива на электрических станциях, в черной и цветной металлургии, цементных и стекольных промышленных предприятиях. Он может пригодиться во время производства строительных материалов, для коммунальных и бытовых нужд, а также в качестве уникального сырья для получения органических соединений при синтезе.

В каком состоянии транспортируется газ?

Чтобы значительно упростить задачу транспортировки и дальнейшего хранения газа, его необходимо сжижать. Дополнительное условие - это охлаждение природного газа, если есть постоянное повышенное давление. Свойства природного газа предоставляют возможности для перевозки его в обычных баллонах.

Для транспортировки газа в баллоне его необходимо разделить, после чего он будет состоять в большей части из пропана, а также включать в себя более тяжелые углеводороды. Это происходит потому, что метан и этан не могут находиться в жидких состояниях, особенно если воздух достаточно теплый (18-20 градусов). При транспортировке природного газа необходимо соблюдать все требования и установленные нормы. В противном случае можно столкнуться с взрывоопасными ситуациями.

Что собой представляет сжиженный природный газ?

Сжиженный газ является определенным состоянием природного газа, который охладили при помощи давления. Сжиженный природный газ приводится в такое состояние для того, чтобы его было легче хранить, и он не занимал много места при транспортировке. Таким образом, его можно доставить до конечного потребителя. Плотность газа в два раза меньше плотности бензина. В зависимости от состава его температура кипения может достигать до 160 градусов. Коэффициент сжижения или экономический режим составляет до 95 процентов.

Газ, который находится в скважинах, необходимо тщательным образом подготовить для дальнейшей транспортировки, чтобы привезти его на предприятия. Это могут быть химические заводы, котельные, а также городские газовые сети. Важность правильной подготовки заключается в том, что в природном газе находятся разнообразные примеси, которые вызывают определенные затруднения во время его транспортировки и применения.

Как добывается газ на территории России

Природный газ образуется в процессе смешивания разнообразных видов газа, которые находятся в земной коре. Глубина может достигать почти 2-3 километра. Газ может появиться в результате высокого температурного режима, а также давления. Но доступ кислорода к месту добычи должен полностью отсутствовать.

Добыча природного газа на территории Российской Федерации осуществляется сегодня в самой глубокой скважине. Она располагается возле города Новый Уренгой, где скважина уходит вглубь почти на шесть километров. Газ в этих недрах находится под сильным и высоким давлением. Правильная добыча природного вещества - это бурение скважин. В местах, где есть газ, ставят несколько скважин. Специалисты стараются выполнить бурение равномерно, чтобы пластовые давления имели одинаковое распределение.

Химический состав природного газа

Газ, который добывают из природных месторождений, состоит из углеводородных и не углеводородных компонентов. Природный газ - это метан, который включает в себя более тяжелые гомологи - этан, пропан и бутан. В некоторых случаях можно встретить природное вещество, в котором есть пары пентана и гексана. Углеводород, который содержится в залежах, принято считать тяжелым. Он может образовываться исключительно в процессе образования нефти, а также при преобразовании рассеянных органических веществ.

Помимо углеводородных компонентов, в природном газе имеются примеси диоксида углерода, азота, сероводорода, гелия и аргона. В газонефтяных месторождениях в некоторых случаях присутствуют жидкие пары.