Что является природным газом. Как добывается газ на территории России. Происхождение природного газа

Природный газ - газообразные углеводороды, образующиеся в недрах земли. Его относят к полезным ископаемым, а составляющие используются в качестве топлива.

Свойства и состав природного газа

Природный газ горюч и взрывоопасен в соотношении примерно с 10% объемом воздуха. Он легче воздуха в 1,8 раз, бесцветен и не имеет запаха, эти свойства обусловлены высоким содержанием газообразных алканов (СН4 - С4Н10). В составе природного газа преобладает метан (СH4), он занимает от 70 до 98%, остальной объем заполнен его гомологами, углекислым газом, сероводородом, меркаптанами, ртутью и инертными газами.

Классификация природных газов

Существует всего 3 группы:

• Первая из них - почти исключающие содержание углеводородов с более чем двумя углеродными соединениями, так называемые сухие газы, получаемые исключительно в месторождениях, предназначенных только для добычи газов.
• Вторая - газы, добываемые одновременно с первичным сырьем. Это сухой, сжиженный газы и газовый бензин, смешанные между собой.
• К третьей группе относятся газы, состоящие из сухого газа и значительного объема тяжелых углеводородов, из коих выделяют бензиновые, лигроиновые и керосиновые. К тому же в составе присутствует незначительное количество других веществ. Добываются эти вещества из газоконденсатных месторождений.

Свойства составляющих веществ

Четыре первых члена гомологического ряда при обычных условиях - горючие газы, не обладающие цветом и запахом, взрывоопасны и горючи:

Метан

Первое вещество ряда алканов наиболее устойчиво к температурам. Оно малорастворимо в воде и легче воздуха. Горение метана в воздухе знаменуется появлением голубого пламени. Самый мощный взрыв происходит, при смешивании одного объема метана с десятью объемами воздуха. При других объемных соотношениях тоже происходит взрыв, но меньшей силы. Помимо этого, человеку может быть нанесен непоправимый вред при вдыхании газа высокой концентрации.

Метан может находиться в твердом агрегатном состоянии в виде газовых гидратов.

Применение:

Его используют в качестве промышленного топлива и сырья. Метан применяют для получения ряда важных продуктов - водорода, фреонов, муравьиной кислоты, нитрометана и многих других веществ. С помощью для производства метилхлорида и его гомологичных соединений, метан подвергают хлорированию. При незаконченном сгорании метана получается мелкодисперсный углерод:

CH4 + O2 = C + 2H2O

Формальдегид появляется посредством протекания реакции окисления, а при реакции с серой - сероуглерод.

Разлом углеродных связей метана под воздействием температур и тока реализует получение ацетилена, используемого в промышленности. Синильная кислота производится посредством окисления метана с аммиаком. Метан - производное водорода в генерации аммиака, а также получения синтез-газа происходит с его участием:

CH4 + H2O -> CO+ 3H2

Используемого для связки углеводородов, спиртов, альдегидов и других веществ. Метан активно используют в качестве горючего для транспортных средств.

Этан

Углеводород предельного ряда С2Н6 - это бесцветное вещество в газообразном состоянии, слабо освещающее при горении. Растворяется в спирте в отношении 3:2, как говорится, «подобное в подобном», но почти нерастворим в воде. При температуре свыше 600° С, в отсутствие ускорителя реакции этан разлагается на этилен и водород:

CH4 + H2O -> CO+ 3H2

Этан не используют топливной промышленности, основная цель его использования в промышленности - получение этилена.

Пропан

Этот газ плохо растворяется водой и является широко используемым видом топлива. Он производит много тепла при сгорании, практичен в использовании. Пропан - побочный продукт процесса kracking в нефтепромышленности.

Бутан

Имеет малую токсичность,специфический запах, обладает одурманивающими свойствами, вдыхание бутана вызывает асфиксию и сердечную аритмию, негативно влияет на нервную систему. Появляется при крекинге попутного нефтяного газа.

Применение:

Неоспоримыми достоинствами пропана являются низкая стоимость простота транспортировки. Пропан-бутановую смесь используют в качестве топлива в населенных пунктах, где не подведен природный газ, при обработке легкоплавких материалов с небольшой толщиной, вместо ацетилена. Пропан зачастую применим при заготовке сырья и переработке металлолома. В быту сферой необходимости является отопление помещений и приготовление пищи на газовых плитах.

Помимо предельных алканов в состав природного газа входят:

Азот

Азот состоит из двух изотопов 14A и 15A, используется для поддержания давления в скважинах при бурении. Для получения азота сжижают воздух и разделяют его разгонкой, этот элемент составляет 78% состава воздуха. В основном его используют для производства аммиака, из которого получают азотную кислоту, удобрения и взрывчатые вещества.

Диоксид углерода

Соединение, переходящее при атмосферном давлении из твердого (сухой лед) в газообразное состояние. Оно выделяется при дыхании живых существ, также содержится в минеральных источниках и воздухе. Диоксид углерода является пищевой добавкой, используется в баллонах огнетушителей и пневматическом оружии.

Сероводород

Очень токсичный газ - самый активный из серосодержащих соединений, а потому очень опасен для человека прямым воздействием на нервную систему. Бесцветный газ в нормальных условиях, характеризующийся сладковатым вкусом и отвратительным запахом протухших яиц. Хорошо растворим в этаноле, в отличие от воды. Из него получают серу, серную кислоту и сульфиты.

Гелий

Это уникальный продукт, медленно накапливающийся в коре Земли.Его получают методом глубокой заморозки содержащих гелий газов. В газообразном состоянии - инертный газ, не обладающий внешним выражением. Гелий в жидком состоянии, также не имеющая ни запаха, ни цвета, но может поражать живые тканей. Гелий не токсичный, не может взорваться или воспламениться, однако при высоких концентрациях в воздухе вызывает удушье. Его используют при работе с металлами и в качестве наполнителя воздушных шаров и дирижаблей.

Аргон

Благородный негорючий, не ядовитый, не имеющий вкусовых и цветовых качеств. Добывается как эскортный разделению воздуха на кислород и азот газ. Используется для вытеснения воды и кислорода, с целью продлить срок хранения продуктов питания, его также используют при сварке металлов и резке.

Природный газ, основную часть которого составляет метан (92-98%), на сегодняшний день является самым перспективным альтернативным топливом для автомобилей. Природный газ может быть использован в виде топлива как в сжатом (компримированном), так и в сжиженном виде.

Метан - простейший углеводород, бесцветный газ (в нормальных условиях) без запаха, химическая формула — CH4. Малорастворим в воде, легче воздуха. При использовании в быту, промышленности в метан обычно добавляют одоранты (обычно тиолы) со специфическим «запахом газа». Метан нетоксичен и неопасен для здоровья человека.

Добыча и транспортировка

Газ находится в недрах Земли на глубине от одного до нескольких километров. Перед началом добычи газа необходимо провести геологоразведочные работы, которые позволяют установить местонахождение залежей. Добывается газ с помощью скважин, специально для этого пробуренных одним из возможных способов. Транспортируют газ чаще всего по газопроводам. Общая протяженность газораспределительных газопроводов в России составляет более 632 тысячи километров - это расстояние почти в 20 раз больше окружности Земли. Длина магистральных газопроводов на территории России - 162 тысячи километров.

Использование природного газа

Область применения природного газа достаточно широка: его используют для отопления помещений, приготовления пищи, подогрева воды, производства красок, клея, уксусной кислоты и удобрений. Помимо этого природный газ в сжатом или сжиженном виде может использоваться в качестве моторного топлива на автотранспорте, специальной и сельскохозяйственной технике, железнодорожном и водном транспорте.

Природный газ - экологичное моторное топливо

90% загрязнения атмосферы приходится на долю транспортных средств.

Перевод транспорта на экологически чистое моторное топливо - природный газ - позволяет сократить выбросы в атмосферу сажи, высокотоксичных ароматических углеводородов, окиси углерода, непредельных углеводородов и окислов азота.

При сжигании 1000 л жидкого нефтяного моторного топлива в воздух вместе с отработавшими газами выбрасывается 180-300 кг оксида углерода, 20-40 кг углеводородов, 25-45 кг окислов азота. При использовании природного газа вместо нефтяного топлива выброс токсичных веществ в окружающую среду снижается приблизительно в 2-3 раза по оксиду углерода, по окислам азота - в 2 раза, по углеводородам - в 3 раза, по задымленности - в 9 раз, а образование сажи, свойственное дизельным двигателям, отсутствует.

Природный газ - экономичное моторное топливо

Природный газ - самое экономичное моторное топливо. Для его переработки требуются минимальные затраты. По сути, все что нужно сделать с газом перед заправкой автомобиль - это сжать в компрессоре. Сегодня средняя розничная цена 1 куб.м метана (который по своим энергетическим свойситвам равен 1 литру бензина) - 13 рублей. Это в 2-3 раза дешевле бензина или дизельного топлива.

Природный газ - безопасное моторное топливо

Концентрационные* и температурные** пределы воспламенения природного газа значительно выше, чем у бензина и дизельного топлива. Метан в два раза легче воздуха и при утечке быстро растворяется в атмосфере.

Согласно «Классификации горючих веществ по степени чувствительности» МЧС России,компримированный природный газ отнесен к самому безопасному, четвертому классу, а пропан-бутан - ко второму.

* Образование взрывоопасной концентрации происходит при содержании паров газа в воздухе от 5 % до 15 %. В открытом пространстве образование взрывоопасной смеси не происходит.
** Нижний предел самовоспламенения метана - 650°C.

Природный газ - технологичное моторное топливо

Природный газ не образует отложений в топливной системе, не смывает масляную пленку со стенок цилиндров, тем самым снижая трение и уменьшая
износ двигателя.

При сгорании природного газа не образуется твердых частиц и золы, вызывающих повышенный износ цилиндров и поршней двигателя

Таким образом использование природного газа в качестве моторного топлива позволяет увеличить срок службы двигателя в 1,5-2 раза.

В таблице ниже приведено несколько фактов о КПГ и СПГ:

Погибшие живые организмы опускались на дно моря и попадали в такие условия, где они не могли распадаться ни в результате окисления (на дне моря практически нет воздуха и кислорода), ни под действием . В итоге эти организмы образовывали илистые осадки.

Под действием геологических движений эти осадки опускались на все большие глубины, проникали в недра земли. В течение миллионов лет осадки подвергались действию высоких давлений и температур. В результате этого воздействия в этих отложениях проходил процесс, при котором углерод, в них содержащийся, перешел в соединения, которые называются углеводородами.

Высокомолекулярные углеводороды (с большими молекулами) – это жидкие вещества. Из них и образовалась нефть. А вот низкомолекулярные углеводороды – это газы. Из последних как раз и образуется природный газ. Только для образования газа требуются более высокие температуры и давление. Поэтому на месторождении нефти всегда есть и природный газ.

Со временем отложения нефти и газа ушли на большую глубину. За миллионы лет их перекрыли осадочные породы.

Природный газ – это смесь газов, а не однородная субстанция. Основную часть этой смеси, порядка 98%, составляет газ метан. Кроме метана в состав природного газа входят этан, пропан, бутан и немного неуглеводородных элементов – водород, азот, углекислый газ, сероводород.

Где располагается природный газ

Природный газ находится в недрах земли на глубине порядка 1000 м и глубже. Там он заполняет микроскопические пустоты – поры, которые соединены между собой трещинами. По этим трещинам газ в земле может двигаться от пор с высоким давлением в поры с низким.

Также газ может располагаться в виде газовой шапки над месторождением нефти. Кроме того, он может находиться и в растворенном состоянии – в нефти или воде. Чистый природный газ не имеет цвета и запаха.

Добыча и транспортировка газа

Газ добывается из земли при помощи скважин. За счет того, что на глубине давление больше, газ вырывается из скважин через трубу.

Для облегчения транспортировки и хранения природный газ сжижают, воздействуя низкими температурами при повышенном давлении. Метан и этан не могут существовать в жидком состоянии, поэтому газ разделяют. В результате в баллонах перевозят только смесь пропана и более тяжелых углеводородов.

Нефть, природный газ и их производные — горючие полезные ископаемые — приурочены к бассейнам, сложенным толщами осадочных и вулканогенно-осадочных пород с разнообразными составом и структурой.

Нефтегазоносные комплексы, являющиеся составными частями бассейнов, представляют собой природные (материальные) системы, в которых возможна аккумуляция углеводородов, а иногда и их генерация. Основные элементы комплексов — породы-коллекторы, слагающие природные резервуары, породы-флюидоупоры, нефтегазоматеринские породы.

Коллекторы нефти и газа — это горные породы, обладающие способностью вмещать подвижные вещества (воду, нефть, газ) и отдавать их в процессе эксплуатации.

На схеме 1 предложена общая характеристика типов изучаемых пород-коллекторов.

Для образования залежей необходимым условием служит наличие слабо проницаемых пород — флюпдоупоров. которые препятствуют миграции нефти и газа, что способствует накоплению и сохранению углеводородов, поступающих в коллектор. Флюидоупоры. которые перекрывают залежь, называют покрышками.

Важнейшим свойством флюидоупоров является их экранирующая способность, которая зависит от ряда факторов — мощности и выдержанности. минерального состава. структурно-текстурных и тектонических особенностей и др.

Лучшими покрышками, вследствие их повышенной пластичности (до определенных пределов температуры и давления), считают соленосные и глинистые толщи, последние наиболее распространены. Помимо них экранирующей способностью могут обладать другие разновидности осадочных и даже магматических пород, имеющие большую плотность (прочность пород) — сцементированные песчаники, пласты карбонатных пород, глинистые сланцы, аргиллиты.

В зависимости от минерального состава глин, их мощности, возраста изолирующая способность будет различна. Большое влияние на характер экранирующих свойств глинистых пород оказывает наличие в них примесей, а также воды и органических веществ. Эффективность глинистых флюидоупоров сохраняется в определенном интервале глубин, давлений и температур, механических свойств.

В таблице 1 показана зависимость экранирующей способности глин от параметров, характеризующих фильтрующие свойства пород — изменения структуры порового пространства, проницаемости и давления прорыва газа.|

Существуют попытки создания общей классификации покрышек, которая сводится к разделению их по вещественному составу (глинистые, хемогенные и др.) и по широте распространения (региональные, общебассейновые, зональные, локальные). Наиболее крупные залежи нефти и газа обычно располагаются ниже региональных покрышек, которые надежно преграждают путь флюидам. Именно покрышки часто определяют масштабность скоплений и устойчивость существования залежей.

Под природным резервуаром понимают естественное вместилище нефти, газа и воды определенной формы, во всем объеме которого происходит циркуляция флюидов. Исходя из того, что форма природного резервуара определяется соотношением пород-коллекторов с вмещающими их флюидоупорами. то были выделены три крупных группы: пластовые, массивные и литологически ограниченные природные резервуары.

В таблице 2 приведена краткая характеристика основных типов природных резервуаров.

Основное условие, необходимое для образования залежи нефти и газа — наличие ловушки. где происходит улавливание углеводородов, мигрирующих (перемещающихся в земной коре) в природных резервуарах.

Ловушка — это часть природного резервуара, в которой в результате экранирования флюидов начинается формирование их скопления, а также при отсутствии движения нефти, газа и воды устанавливается их относительное равновесие согласно закону гравитации.

Под воздействием гравитационного фактора подвижные вещества распределяются в ловушке по их плотностям, т.е. нефть и газ всплывают в воде. Распределение флюидов в ловушке выглядит следующим образом — газ сосредотачивается в кровельной части природного резервуара, непосредственно под флюидоупором, ниже поровое пространство заполняется нефтью, вода занимает самое нижнее положение. Ловушка чаще всего представляет собой участок резервуара с застойными условиями, даже если в остальной части резервуара вода находится в движении. При движении воды наблюдается нактонный водонефтяной раздел, иногда вся нефть может быть вытеснена из ловушки водой.

В зависимости от причин, обуславливающих возникновение ловушек, выделяют следующие наиболее широко распространенные типы: структурный, стратиграфический и литологический. Последние два типа называют неструктурными ловушками.

Большинство пород-коллекторов имеют вид пластов или слоев, которые на сколько-нибудь значительных расстояниях отклоняются от горизонтального положения. Образование ловушки вследствие изменения направления наклона пластов пород обычно обусловлено движениями земной породы: такие ловушки относятся к структурному типу. Углеводороды, мигрируя в коллекторах по восстанию слоев или перпендикулярно к их напластованию по тектоническим нарушениям, попадают в ловушки — своды антиклинальных структур, где и формируются промышленные скопления нефти и газа. Скопления нефти и газа в антиклиналях происходит за счет улавливания движущихся вверх капелек жидкости и пузырьков газа аркой смятых в складку пластов. Одним из специфических видов антиклиналей являются соляные купола. Они частично прорывают слои осадочных пород, а залегающие над ними пласты изгибаются в виде антиклиналей или купола. Помимо антиклиналей и соляных куполов разновидностью структурных ловушек являются тектонически ограниченные (экранированные) ловушки. Ловушка этого типа образуется за счет того, что при сдвиге (взаимном перемещении пластов) проницаемые пласты вверх по восстанию в зоне разлома экранируются непроницаемым глинистым барьером, который эффективно преграждает движение нефти вверх наклонно залегающего пласта. Изменения проницаемости ведут к образованию стратиграфических ловушек.

При замещении пластов-коллекторов непроницаемыми породами возникает стратиграфическая ловушка. Причинами, по которым может измениться проницаемость и пористость пласта, служат изменения условий осадконакопления по площади, а также растворяющее действие пластовых вод. Известно, что стратиграфические ловушки образуются при срезании, эрозии серии наклонно залегающих пластов, в том числе пористых и проницаемых, и последующем их перекрытии плохо проницаемыми породами-покрышками.

Литологические ловушки формируются в связи с литологической изменчивостью пород-коллекторов, выклиниванием песков и песчаников по восстанию слоев, изменением пористости и проницаемости коллекторов, трещиноватостью пород и др.

Залежь — скопление нефти и газа в ловушке, все части которого гидродинамически связаны.

Залежи образуются обычно в таких местах, где высокопористые пески отлагались вслед за осаждением обогащенных органическим веществом илов. Флюиды в залежи обычно находятся под давлением, примерно соответствующим гидростатическому, т.е. равным давлению столба воды высотой от поверхности земли до кровли залежи (10 кПа/м). Таким образом, первоначальное давление нефти на глубине, например, 1500 м может составлять 15 ООО кПа. В случае появления коллекторских свойств пород одновременно с нефтеобразованием происходит возникновение ловушек вместе с залежью.

Форма и размер залежи в значительной степени определяются формой и размером ловушки. Основным параметром залежи являются ее запасы. Различают геологические и извлекаемые запасы. Под геологическими запасами нефти и газа понимают количество этих , находящихся в залежи.

Необходимым условием возникновения залежи является наличие замкнутого субгоризонтального контура (граница ловушки). Замкнутый контур рассматривается как линия, ограничивающая в плане максимальную возможную площадь залежи. Замкнутый контур представляет собой границу, ниже которой углеводороды не могут удержаться. Залежь нефти и (или) газа может распространяться во всем объеме резервуара внутри замкнутого контура или занимать часть его.

Залежи в основном подстилаются подошвенной водой. Если в них присутствуют нефть и газ. то залежи разделяются на газовые и нефтяные. Выделяются следующие границы раздела: водонефтяной контакт (ВНК), газонефтяной контакт (ГНК), газоводяной контакт (ГВК). Скопление свободного газа над нефтью в залежи называется газовой шапкой. Газовая шапка в пласте может присутствовать только в том случае, если давление в залежи равно давлению насыщения нефти газом при данной температуре. Если пластовое давление выше давления насыщения, то весь газ растворится в нефти.

На рисунке 1 показаны примеры изображения газонефтяной залежи на карте и геологическом разрезе.

Залежи нефти и газа типизируются и классифицируются по разным признакам.

По составу флюидов: чисто нефтяные, нефтяные с газовой шапкой, нефтегазовые, газовые с нефтяной оторочкой. газоконденсатные, газоконденсатно — нефтяные, чисто газовые и др.

Соотношения нефти, газа и воды в залежах приведены в таблице 3. В зависимости от объема нефти и газа, характера насыщения пластаколлектора. географического положения, глубины необходимого для добычи флюидов бурения и других показателей, по которым оценивается рентабельность разработки, залежи подразделяются на промышленные и непромышленные.

Буду благодарен, если Вы поделитесь этой статьей в социальных сетях:

Природный газ - полезное ископаемое группы осадочных горных пород, которое являет собой смесь газов. Этот ресурс возник в результате разложения органических веществ в недрах Земли. Экологи признают природный газ самым чистым видом органического топлива.

Характеристики и виды природного газа

Характеристика природного газа зависит от его состава. Он легче воздуха в 1,8 раза, температура самовозгорания 650°C. Сухой газ имеет плотность от 0,68 кг/м 3 до 0,85 кг/м 3 , а жидкий 400 кг/м 3 . Смесь газа с воздухом от 5% до 15% объёма - является взрывоопасной. Удельная теплота сгорания от 8-12 квт-ч/м 3 . При использовании природного газа в двигателях внутреннего сгорания октановое число равняется от 120 до 130.

Большая часть природного газа - это смесь газоподобных углеводородов. Основную часть составляет метан (СН 4 - до 98%), а также тяжелые углеводороды - этан С 2 Н 6 , пропан С 3 Н 8 , бутан С 4 Н 10 . В состав входят и другие неуглеродные вещества: водород Н 2 , сероводород Н 2 S, диоксид углерода СО 2 , азот N 2 , гелий Не.

В чистом виде природный газ не имеет ни цвета, ни запаха. Для облегчения определения места утечки, к нему подмешивают одоранты, вещества с неприятным запахом.

Виды природного газа:

• сжиженный (СУГ);
• болотный;
• нефтяной;
• угольный;
• газовые гидраты;
• сланцевый;
• светильный;
• коксовый;
• компримированный или сжатый (КПГ);
• попутный нефтяной;
• по ярусам и подъярусам земляного пласта мелового периода, откуда он добывается сегодня - туронский, сеноманский, валанжинский, ачимовский.

Месторождение природного газа

В основном, залежи природного газа находятся в осадочной оболочке земной коры. Огромными запасами природного газа владеет Россия (Уренгойское месторождение), в Европе - Норвегия, Нидерланды, большинство стран Персидского залива, Иран, Канада, США, большие залежи есть в Азербайджане, Узбекистане, Туркмении и Казахстане. Газовые гидраты в огромном количестве присутствуют на большой глубине под морским дном, также и под землей.

Добыча природного газа

Перед проведением добычи, сначала проводят разведку - гравитациоанную, магнитную, сейсмическую или геохимическую. Однако единственный достоверный способ выяснить, есть ли под вами запас газа, - бурение скважины. Природный газ находится на глубине от одного километра. В недрах Земли газ находится в микроскопических порах, которые соединены между собой каналами - трещинами, по них под высоким давлением этот важный ресурс проникает в поры более низкого давления до тех пор, пока не окажется внутри скважин. Все это осуществляется в соответствии с законом Дарси - фильтрации газов и жидкостей в пористой среде. Газ выходит из недр в результате того, что в скважинах он находится под давлением, что в несколько раз превышает атмосферное.

Газ добывают с помощью скважин, которые равномерно распределяют по всей площади месторождения. Это делается для равномерного падения пластового давления в залежи. Добытый газ подготавливают к транспортировке. Транспортируют газ трубопроводами, специальными танкерами-газовозами, железнодорожными цистернами.

Использование природного газа

Природный газ используют как высокоэкономичное топливо для электростанций, для цементной и стеклянной промышленности, черной и цветной металлургии, производства стройматериалов, получения различных органических соединений. Этот важный ресурс используется для и для коммунально-бытовых нужд. Источник энергии для мегаполисов, моторное топливо, краска, клей, уксус, аммиак - все это мы имеем благодаря природному газу.