Первое упоминание об использовании газа в приготовлении еды относится к первому веку нашей эры.
Первая газовая плита установлена в Персии. По приказу царя на месте выхода газа построена дворцовая кухня. Это первый случай, когда уголь и древесина были заменены летучим топливом. Нецелесообразность использования этого топлива заключалась лишь в расточительстве, ведь перекрыть, подожжённый единожды, природный источник невозможно.
Более экономично использовался газ в России для освещения улиц. Только добывался он не из природных недр, а из угля. Для чего в Санкт-Петербурге в 1835 году специально построили завод по производству газа, называвшегося светильным, что отражает его назначение.
Очевидно, метод выделения газа из твёрдого топлива в закрытых резервуарах, послужил прототипом котла Павлова, использующегося в качестве тепловой пушки сотрудниками МЧС. Этот принцип используется в производстве экономичных, экологичных топок для каминов.
Подача осветительного газа к фонарям осуществлялась по магистралям, сильно напоминающим нынешнюю централизованную систему газопровода.
История использования природного газа
Голландский врач и химик Ван Гельмонт в начале 17 века лабораторным путем сумел разложить воздух на две составляющие части, назвав эти части газами.
Под газом подразумевалось вещество, способное распространяться по всему доступному объему. Широкую известность слово газ получило после опубликования французским химиком Лавуазье «Начального учебника химии» в 1789 году.
История в древнейшие времена
О горючих газах было известно с древнейших времен. Горящие газовые факелы называли «вечным огнем», им поклонялись, рядом с ними строили храмы и святилища.
«Священные огни» существовали во многих странах древнего мира – в Иране, на Кавказе, в Северной Америке, Индии, Китае, и т. д. Еще Марко Поло описывал использование природного газа в Китае, где его применяли для освещения, отопления, для выпаривания соли.
Что такое природный газ
Природным газом считают смесь газов, образовавшихся в результате разложения органических веществ в недрах Земли. Обычно природный газ собирается на глубинах от одного до нескольких километров, хотя существуют скважины глубиной более 6 км.
В стандартных условиях это газообразное вещество в виде:
- отдельных скоплений (газовые залежи);
- газовой шапки нефтегазовых месторождений.
Большими запасами обладают: Россия, Иран, Туркмения, Азербайджан, страны Персидского залива, США.
Использование природного газа
Практическое использование горючего газа
, началось в середине 19 века после изобретения немецким химиком Робертом Бунзеном газовой горелки.
Бунзеновские горелки работали на искусственном «светильном газе», полученном в процессе переработки каменного угля или горючих сланцев. Очень быстро газовые горелки осветили улицы и жилые дома многих столиц и крупных городов мира.
В Российской Империи газовые горелки одновременно с Петербургом появились во Львове, Варшаве, Москве, Одессе, Харькове и Киеве.
Некоторые разновидности природного газа
Различают природный газ и «попутный» или «нефтяной» газ. Различие между ними заключается в количестве содержащихся в них тяжелых углеводородов. В природном тяжелый углеводород (метан) составляет более 80% от общего состава газа, в «попутном» газе – не более 40%, а остальное – этан, пропан, бутан, и прочие.
«Попутный» газ содержится в нефтяных залежах поверх нефти, образуя газовую шапку, которая собирается в пористой породе, покрытой глинистым сланцем.
Глинистый сланец препятствует выходу газа. Иногда во время буровых работ в результате резкого изменения давления газ отделяется от нефти и может происходить его утечка. Недостатком «попутного» газа, является необходимость очистки его от примесей, тогда как природный газ в очистке не нуждается.
Примерный состав природного газа
Газ различных месторождений может иметь различный состав.
В среднем, содержание компонентов таково:
- метан 80-99%
- этан 0,5-0,4 %
- пропан 0,2-1,5%
- бутан 0,1-1%
- пентан 0-1%
- благородные газы (гелий, аргон) – сотые и тысячные доли процента.
Чрезвычайно редко встречаются месторождения горючих веществ с содержанием гелия 5 -8%. Гелий – очень ценный, обладает ярко выраженной химической пассивностью.
В сжиженном состоянии гелий используется для охлаждения ядерных реакторов. В атмосфере гелия выплавляют металлы высокой чистоты. Природный газ – единственный источник получения гелия. В состав может входить сероводород, из которого получают серу, используемую в промышленности. Прочие вещества могут составлять от 2% до 13% всего объема. Каждое пятое месторождение нефти – нефтегазовое, причем часто это месторождение содержит не попутный, а природный газ, имеющий такую же ценность, как и нефть.
Газовая промышленность России
В дореволюционной России природный газ не использовался, хотя отмечалось его наличие.
Только после Октябрьской революции 1917 года советское правительство поставило задачу о возможностях использования газа, добываемого вместе с нефтью. До конца 30-х годов 20-го века Советская Россия не имела самостоятельной газовой промышленности, она была сопутствующей нефтяной промышленности, а месторождения газа открывались исключительно в процессе разведки и добычи нефти.
Разведка газовых месторождений началась в 1939 году в Саратовской области: в 1940-м году нашли газ, а в 1941-м году была поставлена первая рабочая скважина.
Нехватка топлива, возникшая в начале Великой Отечественной войны 1941-1945 гг.. (были временно «потеряны» угольные месторождения Донбасса и нефтяные месторождения Северного Кавказа), заставила с максимальной интенсивностью заняться разведкой и добычей природного газа. Уже в 1941 году в Саратовской и Куйбышевской областях началась промышленная добыча природного газа. Суточная производительность одной газовой скважины равнялась 800 тыс.
куб.м. газа. Эксплуатация этих месторождений положила начало газовой индустрии. Вначале газ использовался для работы Саратовской ГРЭС, а в 1942 году началось строительство газопровода Саратов – Москва.
Строительством руководил Лаврентий Берия, его закончили в июле 1946 года. На газопроводе ежесуточно работало более 30 тысяч человек. От Саратова до Москвы через 487 преград было вручную проложено 840 км газопровода. Было построено:
- 84 перехода через реки и каналы;
- 250 переходов через железнодорожные пути;
- шесть поршневых компрессорных станций;
- вынуто более 3,5 миллионов кубов грунта.
Газопровод проходил по территориям Саратовской, Пензенской, Тамбовской, Рязанской и Московской областей.
Для информации
Подача 1 млн.
Что такое природный газ, каков его состав и как его добывают?
м. газа в Москву заменила ежедневный расход:
- миллиона кубов дров;
- 650 тысяч тонн угля;
- 150 тысяч тонн керосина;
- 100 тысяч тонн топочного мазута.
В послевоенное время были открыты крупные промышленные месторождения в Ставропольском крае, на севере России и в Сибири.
Значение газовой отрасли в экономике России
Значение газовой промышленности определяется, прежде всего, тем, что в структуре мирового потребления топлива и энергии природный газ занимает третье место после нефти и угля - примерно 20%. Большое значение имеет и то, что из трех этих видов первичных энергоресурсов природный газ - самый чистый в экологическом отношении.
Газ – лучший вид топлива. Его отличают полнота сгорания без дыма и копоти; отсутствие золы после сгорания; легкость розжига и регулирования процесса горения; высокий коэффициент полезного действия топливоиспользующих установок; экономичность и простота транспортировки к потребителю; возможность хранения в сжатом и сжиженном состоянии; отсутствие вредных веществ.
Использование газа разнообразно: основная часть направляется на нужды энергетики (топливо для тепловых электростанций, котельных); другая используется как технологическое топливо для сушки различной продукции (выпаривания водных растворов); на бытовое потребление в коммунальном хозяйстве.
Газ в сжиженном или сжатом виде применяется в двигателях внутреннего сгорания в автомобилях, и возможно его использование в самолетах. Энергетическое использование природного газа определяется высокой теплотворной способностью, простотой технологического оборудования для сжигания газа и минимальным загрязнением среды.
Он - самый перспективный вид топлива в мире.
Со второй половины XX в. природный газ получает очень широкое применение как сырье для ряда отраслей промышленности.
Самым крупным потребителем газа как технологического сырья стала химическая промышленность, в которой выделяется азотное производство.
На использовании природного газа основаны производства аммиака и всех видов азотных удобрений, метилового спирта, мировое получение которых уже достигает десятков миллионов тонн и продолжает расти быстрыми темпами. Значительное количество газа идет на изготовление сажи для резины и многих других химикатов.
Кормовые белковые вещества (кормовые дрожжи) также вырабатываются из природного газа. Он участвует в процессах прямого восстановления железа (бездоменное получение металла), а также в доменном процессе при выплавке чугуна.
Природный газ - также источник химического сырья, в том числе - получение серы газовой из сероводорода ряда месторождений. Газовая сера существенно увеличила общие мировые ресурсы серосодержащего сырья.
Попутно с природным газом в некоторых месторождениях извлекают гелий, относящийся к благородным газам. Он широко применяется в криогенной технике, для создания инертных сред, а также в аэронавтике.
При разработке газоконденсатных залежей природного газа выделяют газоконденсат (смесь жидких углеводородов) - моторное топливо и ценное сырье для производства органических химических продуктов. В этом отношении он близок к попутному газу нефтедобычи. Некоторые месторождения природного газа содержат чистый азот, который также утилизируется в ряде производств. Кроме того, как природный, так и попутный нефтяной газ при необходимости закачивается обратно в нефтяные пласты для поддержания высокого давления в процессе добычи нефти.
Попутный нефтяной газ, извлекаемый в процессе добычи нефти, также является высококалорийным топливом, но еще большую ценность представляет как сырье для нефтехимической и химической промышленности.
Он содержит много этана, пропана, бутана и т.д., идущих па получение пластмасс, синтетических каучуков и других продуктов. В отличие от целевой добычи природного газа попутный зачастую сжигается в факелах в местах добычи нефти.
Он требует разделения на фракции на специальных газоперерабатывающих заводах (ГПЗ), строительство которых или не предусматривается или запаздывает к началу добычи нефти.
Газовая промышленность – отрасль топливной промышленности, охватывающая разведку и эксплуатацию месторождений природного газа, дальнее газоснабжение по газопроводам, производство искусственного газа из угля и сланцев, переработку газа, использование его в различных отраслях промышленности и коммуникально – бытового хозяйства.
Газовая промышленность является одной из составных частей топливно-энергетического комплекса (ТЭК), в состав которого входят предприятия по добыче и переработке всех видов топлива (топливная промышленность), производству электроэнергии и её транспортировке (электроэнергетика).
Развитие топливной промышленности, казалось бы, обусловлено в первую очередь имеющимися запасами различных видов топлива: ведь если их нет, то не может быть их добычи.
Однако действительность сложнее. Огромным размерам территории России мы обязаны тем, что в нашей стране имеются большие запасы топлива, причём всех его видов. Поэтому решающий критерий разработки месторождений — экономический. Надо решить, какое именно из имеющихся месторождений целесообразно и наиболее эффективно разрабатывать.
Роль отдельных видов топлива в экономике России менялась. В начале века большое значение имели дрова.
Затем они постепенно начали вытесняться углём (к 50-м гг. угольная промышленность давала более половины всего топлива). А позже начался рост нефти и газа. В 1994 г. общее производство первичной энергии в России составило 1410 млн. т. условного топлива. Доля газа, как самого дешёвого топлива, в последние годы быстро росла (за счёт сокращения добычи нефти и угля).
Газ в больших количествах используется в качестве топлива в металлургической, стекольной, цементной, керамической, легкой и пищевой промышленности, полностью или частично заменяя такие виды топлива, как уголь, кокс, мазут, или является сырьем в химической промышленности.
Крупнейшим потребителем газа в промышленности является черная металлургия. В доменных печах частичное применение природного газа дает экономию дефицитного кокса до 15% (1 куб.
м природного газа заменяет 0,9 – 1,3 кг кокса), повышает производительность печи, улучшает качество чугуна, снижает его стоимость. В вагранках применение газа снижает расход кокса вдвое.
Способ прямого восстановления железа из руд также основан на использовании газового топлива.
В металлургии и машиностроении природный газ используется также для отопления прокатных, кузнечных, термических и плавильных печей и сушил. В металлообработке использование газа повысило коэффициент полезного действия печей почти в 2 раза, а время нагрева деталей сократилось на 40%.
Применение газа в металлургии, кроме того, удлиняет сроки службы футеровки. Снижается количество серы в чугуне.
Применение природного газа в стекольной промышленности взамен генераторного газа повышает производительность стекловаренных печей на 10 – 13% при одновременном снижении удельного расхода топлива на 20 – 30%. Себестоимость цемента снижается на 20 – 25%.
В кирпичном производстве цикл сокращается на 20%, а производительность труда возрастает на 40%.
При внедрении природного газа в стекловарении требуются специальные меры по доведению светимости газа (то есть по повышению теплоотдачи от факела к стекломассе) до уровня светимости факела на жидком топливе, то есть в 2 – 3 раза, что достигается путем сажеобразования в газовой среде.
В пищевой промышленности газ применяется для сушки пищевых продуктов, овощей, фруктов, выпечки хлебобулочных и кондитерских изделий.
При использовании газа на электростанциях уменьшаются эксплуатационные расходы, связанные с хранением, приготовлением и потерями топлива и эксплуатацией системы золоудаления, увеличивается межремонтный пробег котлов, не занимаются земли для золоотвалов, снижается расход электроэнергии на собственные нужды, уменьшается количество эксплуатационного персонала, снижаются капитальные затраты.
Итак, продукция рассматриваемой отрасли обеспечивает промышленность (около 45% общего народнохозяйственного потребления), тепловую электроэнергетику (35%), коммунальное бытовое хозяйства (более 10%). Газ – самое экологически чистое топливо и ценное сырье для производства химической продукции. Теперь рассмотрим, каков состав газовой промышленности.
В её состав входят следующие элементы:
— добыча природного газа; добыча попутного газа;
— производство горючего газа из угля и сланцев; хранение газа.
Попутные газы не могут быть направлены в магистральный газопровод, потому что тяжелые углеводороды при охлаждении или сжатии выделяются в трубе в виде жидкости, которая при контакте с влагой образует гидратную пробку, уменьшающую сечение газопровода или полностью закупоривающую его.
Поэтому эти газы направляются на газоперерабатывающие (газобензиновые) заводы, где из них извлекаются тяжелые углеводороды и другие компоненты, после чего отбензиненный (сухой) газ, состоящий в основном из метана, направляется потребителям.
Потребление газа не бывает равномерным в течение года, снижается в летние месяцы и повышается в зимние.
Для сглаживания неравномерного потребления и создания аварийного запаса газа у крупных потребителей, например в городах, строили специальные хранилища – газгольдеры, в которых накапливался избыточный газ.
Газгольдеры имеют ряд существенных недостатков – они дороги, занимают большие площади и недостаточны по объему.
Проблема накопления газа в больших количествах была решена, когда был разработан способ создания подземных хранилищ газа.
Газовая промышленность не является чисто монопродуктовой отраслью.
Как используют газ?
Наряду с поставками по магистральным трубопроводам природного газа производятся нефть, конденсат, сера, сжиженные газы, машиностроительная и сельскохозяйственная продукция и т.п. Однако основу отрасли, обеспечивающую ее конкурентные преимущества, составляет Единая система газоснабжения (ЕСГ), которая объединяет добычу и транспорт природного газа в единую технологическую, техническую и экономическую систему в рамках России, связанную с газоснабжающими системами центрально-азиатских и закавказских республик СНГ и имеющую свое продолжение в системах поставки российского газа в три европейские страны СНГ и двадцать других государств Европы.
ОАО «Газпром» – крупнейшая газовая компания в мире.
Основные направления деятельности – геологоразведка, добыча, транспортировка, хранение, переработка и реализация газа и других углеводородов. Государство является собственником контрольного пакета акций Газпрома – 50,002%.
Газпром видит свою миссию в максимально эффективном и сбалансированном газоснабжении потребителей Российской Федерации, выполнении с высокой степенью надежности долгосрочных контрактов по экспорту газа.
Стратегической целью является становление ОАО «Газпром» как лидера среди глобальных энергетических компаний, посредством освоения новых рынков, диверсификации видов деятельности, обеспечения надежности поставок.
Природный газ — состав и основные свойства
Многие из нас подвержены заблуждению, что природный газ – прозрачный газ с резкий запахом, горящий голубым пламенем.
Природный газ. Свойства, добыча, применение и цена природного газа
Самое время эти заблуждения развеять, узнать больше про основные свойства природного газа и изучить его состав.
Состав природного газа
Мы привыкли ассоциировать понятие «природный газ» с метаном, однако оно вмещает в себя целую смесь газов и различных примесей.
Так называемый «дикий» метан, только что вырвавшийся из толщи земных пород, представляет смесь газов: метан (90-98%), углекислый газ и азот.
Также в этом потоке могут присутствовать пропан, бутан, водород, этан, сероводород и гелий.
Переработка природного газа, помимо метана, позволяет извлечь целый ряд других продуктов, широко используемых в промышленности и в хозяйстве: сера, пропан и бутан, мазут, дизельное топливо, бензин 92 и 95.
Физико-химические характеристики природного газа:
- очищенный метан не имеет запаха и вкуса, а тот резкий запах, что мы чувствуем при утечке газа – результат одоризации (ароматизации) метана перед подачей потребителю;
- самовозгорается при температуре 650-700 С;
- почти в 2 раза легче воздуха, поэтому при утечке концентрируется в верхних слоях постройки.
Плотность газа в обычном его состоянии – 0,68-0,85 кг/м3.
- при понижении температуры до -160 градусов способен сжиматься до 600 раз (сжиженный газ);
- становится взрывоопасным при смешении с воздухом в объёме 5-15 %;
- при сгорании выделяет углекислый газ и водород;
- способен находиться в твёрдом состоянии в виде газо-гидратных залежей.
Виды природного газа:
тощий (самый распространенный вид, содержащий достаточную долю метана и незначительный процент тяжелых углеводородов);
жирный (вмещающий в себя значительное количество тяжелых углеводородов и элементов неорганической материи – азот, аргон, сероводород, гелий, углекислый газ).
Области применения:
Природный газ – настоящее сокровище, необходимое во множестве сфер жизнедеятельности человека, например:
- газовые двигатели;
- топливо для наземного транспорта;
- хозяйственные нужды (обогрев помещения и приготовление пищи);
- производство оружия;
- производство удобрений;
- создание инертных сред;
- нефтяная и горнодобывающая промышленность;
- производство пластмасс.
Влияние на экологию:
Казалось бы, всем хорош природный газ, однако есть у него и “тёмная” сторона.
При сгорании он выделяет значительное количество углекислого газа, тем самым оказывая разрушительное действие на озоновый слой Земли. Также в атмосфере накапливается такое вещество, как диоксид углерода – ещё один “побочный эффект” реакции горения газа, классифицируемый как парниковый газ. Следовательно, ситуация с угрожающим нам парниковым эффектом усугубляется ещё и из-за газовой промышленности.
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:
Смесь углеводородов, предмет религиозного культа, спора ученых и важнейший сырьевой ресурс. Он невидим и не имеет запаха. В России его больше, чем где-либо в мире.
Из чего состоит природный газ
Основу природного газа составляет метан (CH 4) - простейший углеводород (органическое соединение, состоящее из атомов углерода и водорода). Обычно в его состав также входят более тяжелые углеводороды , гомологи метана: этан (C 2 H 6), пропан (C 3 H 8), бутан (C 4 H 10) и некоторые неуглеводородные примеси.
Природный газ может существовать в виде газовых залежей, находящихся в пластах некоторых горных пород, в виде газовых шапок (над нефтью), а также в растворенном или кристаллическом виде.
Запах газа
Что интересно, ни один из названных газов не имеет ни цвета, ни запаха. Характерный неприятный запах, с которым в быту сталкивался практически каждый человек, придается газу искусственно и называется одорацией. В качестве одорантов , то есть неприятно пахнущих веществ, обычно используют серосодержащие соединения. Человек может уловить запах одного из самых распространенных одорантов - этантиола - даже если одна часть этого вещества придется на 50 миллионов частей воздуха. Именно благодаря одорации можно легко устанавливать утечки газа.
Этап добавления одоранта
с неприятным запахом.
Природный газ без запаха
Природный газ
с неприятным запахом
Спор ученых
Относительно происхождения природного газа (как, впрочем, и нефти) среди ученых до сих пор не существует единого мнения. Две основные концепции - биогенная и минеральная - утверждают разные причины образования углеводородных полезных ископаемых в недрах Земли.
Минеральная теория
Образование полезных ископаемых в пластах горных пород - часть процесса дегазации Земли. Из-за внутренней динамики Земли углеводороды, находящиеся на больших глубинах, поднимаются в зону наименьшего давления, образуя в результате газовые и нефтяные залежи.
Биогенная теория
Живые организмы, погибшие и опустившиеся на дно водоемов, разлагались в безвоздушном пространстве. Опускаясь все глубже из-за геологических движений, остатки разложившейся органики превратились под воздействием термобарических факторов (температуры и давления) в углеводородные полезные ископаемые, в том числе - в природный газ.
Невидимые поры
Довольно распространено ложное представление о том, что газ находится под землей в неких пустотах, из которых легко полностью извлекается. На самом деле газ может находиться внутри горной породы, имеющей пористую структуру настолько мелкую, что человеческим глазом ее увидеть нельзя. Держа в руках кусок песчаника, извлеченного с огромной глубины, достаточно сложно представить, что внутри заключен природный газ.
Поклонение газу
Человечество знает о существовании природного газа давно. И, хотя уже в IV веке до н. э. в Китае его научились использовать для отопления и освещения, долгое время яркое пламя, не оставляющее пепла, являлось предметом мистического и религиозного культа для некоторых народов. Например, на Апшеронском полуострове (современная территория Азербайджана) в VII веке был воздвигнут храм огнепоклонников Атешгях, служения в котором проходили вплоть до XIX века.
Кстати, недалеко от храма Атешгях в 1859 году была совершена первая в России попытка (довольно кратковременная) использовать природный газ в промышленных целях - на нефтеперегонном заводе в Баку.
Термоламп и первый газ в России
История российской газовой промышленности начинается в 1811 году. Тогда изобретатель Петр Соболевский создал первую установку для получения искусственного газа - термоламп. Выступив с докладом об этом на заседании Всероссийского общества любителей словесности, наук и художеств, по указу Александра I Соболевский был награжден орденом за свое изобретение. А несколькими годами позже, в 1819 году, на Аптекарском острове в Санкт-Петербурге зажглись первые газовые фонари. Таким образом, история газовой промышленности в России началась почти 200 лет назад - в 2011 году у нее был юбилей.
В середине 20-х годов XX века во всем СССР было добыто 227,7 млн кубометров газа. В 2010 году Группой «Газпром» было добыто 508,6 млрд кубометров газа.
Россия занимает первое место в мире по объему запасов природного газа. Доля «Газпрома» в этих запасах составляет около 70%. Таким образом, «Газпром» располагает самыми богатыми в мире запасами природного газа.
С наступлением XX века началось активное развитие российской газовой промышленности: впервые разрабатывались газовые месторождения, утилизировался попутный (нефтяной) газ.
Русская смекалка
Однако до XX века в России природный газ являлся побочным продуктом при добыче нефти и назывался попутным газом. Не существовало даже самих понятий газового или газоконденсатного месторождений. Обнаруживались они случайно, например при бурении артезианских скважин. Однако известен случай, когда во время бурения такой скважины находчивый саратовский купец, увидев вместо воды пламя, построил на этом месте стекольный и кирпичный заводы. Промышленники постепенно начали осознавать, что природный газ может быть крайне полезен.
Нефть и природный газ, подобно углю, находятся в осадочных породах и состоят главным образом из химических соединений, называемых углеводородами. Компоненты нефти и газа, образовавшиеся одними из первых, имеют высокие молекулярные массы, подобные массам компонентов твердого материала, от которого они произошли, и представляют собой очень вязкие нефти. По мере роста температуры и давления большие молекулы непрерывно разрушаются на более легкие и более подвижные. Однако элементарный химический состав нефти и природного газа изменился не сильно и остался в пределах сравнительно узкого ряда химических смесей (см. табл.)
Энергетический эквивалент оцененных потенциальных ресурсов нефти составляет 1,5·10 22 Дж и газа 1,1 ·10 22 Дж. (Данные Всемирной энергетической конференции).
Из имеющихся сведений о ресурсах нефти и газа можно вывести ряд важных заключений.
Во-первых, ресурсы нефти и газа, так же как и угля распространены на земном шаре очень неравномерно.
Во-вторых, регионы, которые сейчас являются главными производителями нефти и газа, обладают и наибольшим потенциалом для новых открытий.
В-третьих, при сохранении существующей скорости роста потребления, все ресурсы нефти и газа могут иссякнуть через несколько десятилетий.
Когда из скважины выкачивается нефть, не менее 60% ее первоначального количества остается в недрах. Особенно густая нефть называется тяжелой или более обыденно – битумом, гудроном. Многие гудроны так вязки, что могут извлекаться только шахтным способом с последующей переработкой на поверхности. Открыты достаточно большие залежи битуминозных песков (Канада, США, СНГ, Венесуэла). По мнению многих специалистов, потенциал тяжелой нефти и битуминозных песков будет примерно равен потенциалу сырой нефти вместе с природным газом, однако потребуется принципиально новые более энергоемкие технологи их добычи.
На территории Украины можно выделить следующие нефтегазоносные регионы:
Восточный (Днепровско - Донецкая впадина и северо – западная часть Донбасса;
Западный (Волынско – Подольская плита, Прикарпатье и Закарпатье);
Южный (Причерноморье, Крым и границы исключительной (морской) экономической зон Черного и Азовского морей).
Государственным балансом Украины учтены запасы нефти, газа и газового конденсата за 323 – я месторождениями: 138 283 тыс. т нефти, 1117936 млн.м 3 газа и 79 483 тыс т. конденсата. Основное количество месторождений (191 шт) располагаются в Восточном регионе, 9 – в Западном, 36 – в Южном.
Ежегодно добыча углеводородов за последние годы в среднем 4 млн.т. нефти и конденсата 18-20 млрд. м 3 газа, что равно приблизительно 10 и 20 % от потребности страны соответственно.
Нерешенной проблемой остается увеличение извлечения нефти. На месторождениях Днепровско -Донецкой впадины, уровень извлечения нефти достиг только 30% против 45,5% проектных,а в Предкарпатском прогибе 16.4 и 22,6 % соответственно. Объемы остаточных геологических запасов нефти в Украине составляет более 800 млн.т. Увеличение извлечения лишь на 1 % дает возможность получить дополнительно 8 млн. т нефти. Необходимо отметить, что Украина владеет огромными объемами нетрадиционных источников углеводородов. Так объемы шахтного метода составляют 11 трл. м 3 , природного газа у газогидротах Черного моря 7-10 трлн. м 3 .
Одним из ископаемых органических топлив являются горючие сланцы, ресурсы которых превышают даже угольные, хотя большая их часть вряд ли станет осваиваться. Если органический материал, содержащийся во всех сланцах мира, преобразовать и использовать в качестве топлива, то такие ресурсы могли бы обеспечить, по меньшей мере, 10 26 Дж энергии, а возможно и больше.
При переработке сланцев используется энергия на их добычу и нагревание. На переработку 1 т сланцев потребуется затратить столько энергии, сколько её получается при сжигании 40 л. нефти или эквивалентного количества газа, поэтому обычные сланцы не могут рассматриваться в качестве потенциального энергетического ресурса до тех пор, пока не будут найдены новые или улучшены старые способы извлечения энергии из этих пород. Несомненный интерес представляют только те сланцы, которые при переработке 1т сырья могут дать более 40 л нефтяного эквивалента.
Большие месторождения таких сланцев, расположенные в Эстонии, дают 320 л. нефтяного эквивалента на 1т сырья.
Общие потенциальные ресурсы горючих сланцев в мире оценены в 650 трлн. т (26 трлн.т сланцевой смолы). Основные ресурсы – около 430 – 450 трлн.т (24-25 трлн.т сланцевой смолы) сосредоточены в США (штаты Колорадо, Юта, Вайоминг) и связаны с формацией Грин-Ривер. Большие запасы горючих сланцев есть в Бразилии, КНР, меньшие – в Болгарии, Украине, Великобритании, Германии, Франции, Испании, Австрии, Канаде, Австралии, Италии, Швеции, на территории бывшей Югославии.
В Украине исследования по определению геологического строения и запасов месторождений сланцев продолжаются. Но также месторождения как Болтинское (Кировоградская обл.) – 3,4 млрд.т., Карпатские сланцевые месторождения (1500 млрд.) говорят о перспективах использования этого нетрадиционного источника энергии. Огромные запасы сланцев имеются на Юзовской площадке (Харьковская и Донецкая обл.).
Определение
Природный газ
– это полезное ископаемое в газообразном состоянии. Оно используется в очень широких пределах в качестве топлива. Но сам природный газ как таковой не используется как топливо, из него выделяют его составляющие для отдельного использования.
Состав природного газа
До 98% природного газа составляет метан, также в его состав входят гомологи метана - этан, пропан и бутан. Иногда могут присутствовать углекислый газ, сероводород и гелий. Таков состав природного газа.
Физические свойства
Природный газ бесцветен и не имеет запаха (в том случае, если не имеет в своём составе сероводорода), он легче воздуха. Горюч и взрывоопасен.
Ниже приведены более подробные свойства компонентов природного газа.
Свойства отдельных составляющих природного газа (рассмотрим подробный состав природного газа)
Метан (CH4) – это бесцветный газ без запаха, легче воздуха. Горюч, но всё же его можно хранить с достаточной лёгкостью.
Этан (C2H6) – бесцветный газ без запаха и цвета, чуть тяжелее воздуха. Также горюч, но не используется как топливо.
Пропан (C3H8) – бесцветный газ без запаха, ядовит. У него имеется полезное свойство: пропан сжижается при небольшом давлении, что позволяет легко отделять его от примесей и транспортировать.
Бутан (C4H10) – по свойствам близок к пропану, но имеет более высокую плотность. Вдвое тяжелее воздуха.
Углекислый газ (CO2) – бесцветный газ без запаха, но с кислым вкусом. В отличие от других компонентов природного газа (за исключением гелия), углекислый газ не горит. Углекислый газ – один из самых малотоксичных газов.
Гелий (He) – бесцветный, очень лёгкий (второй из самых лёгкий газов, после водорода) без цвета и запаха. Крайне инертен, при нормальных условиях не реагирует ни с одним из веществ. Не горит. Не токсичен, но при повышенном давлении может вызывать наркоз, как и другие инертные газы.
Сероводород
(H2S) – бесцветный тяжелый газ с запахом тухлых яиц. Очень ядовит, даже при очень маленькой концентрации вызывает паралич обонятельного нерва.
Свойства некоторых других газов, не входящих в состав природного газа, но имеющих применение, близкое к применению природного газа
Этилен (C2H4) – Бесцветный газ с приятным запахом. По свойствам близок к этану, но отличается от него меньшей плотностью и горючестью.
Ацетилен (C2H2) – чрезвычайно горючий и взрывоопасный бесцветный газ. При сильном сжатии способен взрываться. Он не используется в быту из-за очень большого риска пожара или взрыва. Основное применение – в сварочных работах.
Применение
Метан используется как горючее в газовых плитах.
Пропан и бутан – в качестве топлива в некоторых автомобилях. Также сжиженным пропаном заполняют зажигалки.
Этан в качестве горючего используют редко, основное его применение – получение этилена.
Этилен является одним из самых производимых органических веществ в мире. Он является сырьём для получения полиэтилена.
Ацетилен используется для создания очень высокой температуры в металлургии (сверка и резка металлов). Ацетилен очень горюч, поэтому в качестве топлива в автомобилях не используется, да и без этого условия его хранения должны строго соблюдаться.
Сероводород , несмотря на его токсичность, в малых количествах применяется в т.н. сероводородных ваннах. В них используются некоторые антисептические свойства сероводорода.
Основным полезным свойством гелия является его очень маленькая плотность (в 7 раз легче воздуха). Гелием заполняют аэростаты и дирижабли. Водород ещё более лёгок, чем гелий, но в то же время горюч. Большую популярность среди детей имеют воздушные шарики, надуваемые гелием.
Токсичность
Углекислый газ. Даже большие количества углекислого газа никак не влияют на здоровье человека. Однако он препятствует поглощению кислорода при содержании в атмосфере от 3% до 10% по объёму. При такой концентрации начинается удушье и даже смерть.
Гелий. Гелий абсолютно нетоксичен при нормальных условиях из-за его инертности. Но при повышенном давлении возникает начальная стадия наркоза, похожая на воздействие веселящего газа*.
Сероводород . Токсичные свойства этого газа велики. При длительном воздействии на обоняние возникает головокружение, рвота. Также парализуется обонятельный нерв, поэтому возникает иллюзия отсутствия сероводорода, а на самом деле организм его уже просто не ощущает. Отравление сероводородом наступает при концентрации 0,2–0,3 мг/м3, концентрация выше 1 мг/м3 - смертельна.
Процесс горения
Все углеводороды при полном окислении (избыток кислорода) выделяют углекислый газ и воду. Например:
CH4 + 3O2 = CO2 + 2H2O
При неполном (недостаток кислорода) - угарный газ и воду:
2CH4 + 6O2 = 2CO + 4H2O
При ещё меньшем количестве кислорода выделяется мелкодисперсный углерод (сажа):
CH4 + O2 = C + 2H2O.
Метан горит голубым пламенем, этан - почти бесцветным, как спирт, пропан и бутан - жёлтым, этилен - светящимся, угарный газ - светло-голубым. Ацетилен - желтоватым, сильно коптит. Если у Вас дома стоит газовая плита и вместо обычного голубого пламени вы видите жёлтое - знайте, это метан разбавляют пропаном.
Примечания
Гелий
, в отличие от любого другого газа, не существует в твёрдом состоянии.
Веселящий газ
– это тривиальное название закиси азота N2O.
Замечания и дополнения к статье - в комментарии.
