Allt om naturgas: sammansättning och egenskaper, produktion och användning av naturgas

Blå bränsleutvinningsprocess

Före gasproduktion är processen för geologisk utforskning. De låter dig exakt bestämma volymen och arten av förekomsten av insättningen. För närvarande används flera metoder för spaning.

Gravity - baserat på beräkningen av massan av stenar. Gashaltiga skikt kännetecknas av en betydligt lägre densitet.

Magnetisk - tar hänsyn till bergets magnetiska permeabilitet. Med hjälp av flygmagnetisk undersökning är det möjligt att få en helhetsbild av fyndigheter upp till 7 km djupa.

Syftet med denna teknik

Seismisk - använder strålning som reflekteras när den passerar genom tarmarna. Detta eko kan fånga speciella mätinstrument.

Geokemisk - grundvattnets sammansättning studeras med bestämning av innehållet i dem av ämnen associerade med gasfält.

Borrning är den mest effektiva metoden, men samtidigt den dyraste av de listade. Därför krävs en förstudie av stenarna innan dess användning.

Brunnsborrningsmetoder för naturgasproduktion

Efter att fältet har identifierats och de preliminära volymerna av fyndigheter har uppskattats, fortsätter processen för gasproduktion direkt. Brunnar borras till djupet av mineralskiktet. För att jämnt fördela trycket från det stigande blåa bränslet görs brunnen med en stege eller teleskopiskt (som ett teleskop).

Brunnen är förstärkt med höljesrör och cementerad. För att jämnt minska trycket och påskynda processen för gasproduktion borras flera brunnar samtidigt i ett fält. Gasstigningen genom brunnen utförs på ett naturligt sätt - gasen rör sig till en zon med lägre tryck.

Eftersom gasen innehåller olika föroreningar efter extraktion är nästa steg dess rening. För att säkerställa denna process byggs lämpliga industrianläggningar för gasrening och gasbearbetning nära fälten.

System för rening av naturgas

Gruvdrift med hjälp av kolgruvor

Kolsömmar innehåller en stor mängd metan, vars utvinning inte bara gör det möjligt att få blått bränsle, utan säkerställer också säker drift av kolgruveföretag. Denna metod används flitigt i USA.

De viktigaste anvisningarna för användning och bearbetning av metan

Hydraulisk spräckningsmetod

När gas produceras med denna metod injiceras en ström av vatten eller luft genom brunnen.Därmed förskjuts gasen.

Denna metod kan orsaka seismisk instabilitet hos brutna stenar, så det är förbjudet i vissa stater.

Funktioner av undervattensbrytning

För första gången i Ryssland utförs gasproduktionen på Kirinskoyefältet med hjälp av ett undervattensproduktionskomplex

Gasreserver finns, förutom land, och under vatten. Vårt land har omfattande undervattensavlagringar. Undervattensproduktion utförs med hjälp av tunga gravitationsplattformar. De ligger på en bas som vilar på havsbotten. Brunnsborrning utförs med kolonner placerade på basen. Tankar placeras på plattformarna för att lagra den utvunna gasen. Den transporteras sedan till land via en rörledning.

Dessa plattformar ger ständig närvaro av personer som utför underhåll av komplexet. Antalet kan vara upp till 100 personer. Dessa anläggningar är utrustade med autonom kraftförsörjning, en plattform för helikoptrar och personalutrymmen.

När avlagringar är belägna nära stranden, utförs brunnar snett. De börjar på land och lämnar basen under havshyllan. Gasproduktion och -transporter utförs på ett standardmässigt sätt.

Naturgas ursprung:

Det finns två teorier om naturgasens ursprung: den biogena (organiska) teorin och den abiogena (oorganiska, mineraliska) teorin.

För första gången uttrycktes den biogena teorin om naturgasens ursprung 1759 av M.V. Lomonosov. I jordens avlägsna geologiska förflutna sjönk döda levande organismer (växter och djur) till botten av vattendrag och bildade siltiga sediment. Som ett resultat av olika kemiska processer bröts de ner i ett luftlöst utrymme.På grund av jordskorpans rörelse sjönk dessa rester djupare och djupare, där de under inverkan av hög temperatur och högt tryck förvandlades till kolväten: naturgas och olja. Kolväten med låg molekylvikt (dvs naturgas i själva verket) bildades vid högre temperaturer och tryck. Högmolekylära kolväten - olja - vid mindre. Kolväten, som trängde in i tomrummen i jordskorpan, bildade avlagringar av olje- och gasfält. Med tiden gick dessa organiska avlagringar och kolväteavlagringar djupt ner till ett djup av en kilometer till flera kilometer - de var täckta med lager av sedimentära bergarter eller under påverkan av geologiska rörelser av jordskorpan.

Mineralteorin om ursprunget till naturgas och olja formulerades 1877 av D.I. Mendelejev. Han utgick från det faktum att kolväten kan bildas i jordens tarmar vid höga temperaturer och tryck som ett resultat av växelverkan mellan överhettad ånga och smälta tungmetallkarbider (främst järn). Som ett resultat av kemiska reaktioner bildas oxider av järn och andra metaller, liksom olika kolväten i gasformigt tillstånd. I detta fall kommer vatten djupt in i jordens tarmar genom sprickor-förkastningar i jordskorpan. De resulterande kolvätena, som är i gasformigt tillstånd, stiger i sin tur upp genom samma sprickor och förkastningar till zonen med minst tryck, och bildar så småningom gas- och oljeavlagringar. Denna process, enligt D.I. Mendeleev och anhängare av hypotesen, händer hela tiden. Därför hotar inte minskningen av kolvätereserverna i form av olja och gas mänskligheten.

Metan

Dessutom finns metan även i kolgruvor, där det på grund av sin explosiva natur utgör ett allvarligt hot mot gruvarbetare. Metan är också känt i form av utsöndringar i träsk - träskgas.

Beroende på innehållet av metan och andra (tunga) kolvätegaser i metanserien delas gaserna in i torr (fattig) och fet (rik).

• Torra gaser inkluderar gaser huvudsakligen av metansammansättning (upp till 95 - 96%), i vilka innehållet av andra homologer (etan, propan, butan och pentan) är obetydligt (bråkdelar av en procent). De är mer karakteristiska för rena gasfyndigheter, där det inte finns några anrikningskällor i deras tunga komponenter som ingår i oljan.
• Våta gaser är gaser med hög halt av "tunga" gasföreningar. Förutom metan innehåller de tiotals procent etan, propan och föreningar med högre molekylvikt upp till hexan. Fettblandningar är mer karakteristiska för associerade gaser som åtföljer oljeavlagringar.

Brännbara gaser är vanliga och naturliga följeslagare till olja i nästan alla dess kända fyndigheter, d.v.s. olja och gas är oskiljaktiga på grund av deras relaterade kemiska sammansättning (kolväte), gemensamma ursprung, migrationsförhållanden och ackumulering i naturliga fällor av olika slag.

Ett undantag är de så kallade "döda" oljorna. Dessa är oljor nära dagytan, helt avgasade på grund av avdunstning (avdunstning) av inte bara gaser utan även lätta fraktioner av själva oljan.

Sådan olja är känd i Ryssland vid Ukhta. Det är en tung, trögflytande, oxiderad, nästan icke-flytande olja som framställs med okonventionella gruvmetoder.

Rena gasfyndigheter, där det inte finns någon olja, och gas ligger under formationens vatten, är utbredda i världen. I Ryssland har supergigantiska gasfält upptäckts i västra Sibirien: Urengoyskoye med reserver på 5 biljoner kubikmeter. m3, Yamburgskoye - 4,4 biljoner. m3, Zapolyarnoye - 2,5 biljoner. m3, Medvezhye - 1,5 biljoner. m3.

Men olja och gas och oljefält är de mest utbredda. Tillsammans med olja förekommer gas antingen i gaslock, d.v.s. över olja, eller i ett tillstånd löst i olja. Då kallas det för löst gas. I sin kärna liknar olja med gas löst i kolsyrade drycker. Vid höga reservoartryck löses betydande mängder gas i oljan och när trycket sjunker till atmosfärstryck under produktionsprocessen avgasas oljan, d.v.s. gas frigörs snabbt från gasoljeblandningen. Sådan gas kallas associerad gas.

De naturliga följeslagarna till kolväten är koldioxid, vätesulfid, kväve och inerta gaser (helium, argon, krypton, xenon) som finns i det som föroreningar.

Transport

Gasberedning för transport

Trots att gasen inom vissa områden har en exceptionellt hög kvalitetssammansättning är naturgas i allmänhet inte en färdig produkt. Förutom målkomponentnivåer (där målkomponenter kan variera beroende på slutanvändare) innehåller gasen föroreningar som gör den svår att transportera och är oönskade vid användning.

Till exempel kan vattenånga kondensera och ackumuleras på olika ställen i rörledningen, oftast böjer sig, vilket stör gasens rörelse.Svavelväte är ett mycket frätande medel som negativt påverkar rörledningar, tillhörande utrustning och lagringstankar.

I detta avseende, innan gasen skickas till huvudoljeledningen eller till den petrokemiska anläggningen, genomgår gasen beredningsproceduren vid gasbearbetningsanläggningen (GPP).

Det första steget i förberedelsen är rengöring från oönskade föroreningar och torkning. Därefter komprimeras gasen - komprimeras till det tryck som krävs för bearbetning. Traditionellt komprimeras naturgas till ett tryck på 200-250 bar, vilket resulterar i en 200-250 gångers minskning av den upptagna volymen.

Därefter kommer toppstadiet: vid speciella installationer separeras gasen i instabil naturbensin och strippad gas. Det är den strippade gasen som skickas till huvudgasledningar och petrokemisk produktion.

Instabil naturbensin matas till gasfraktioneringsanläggningar, där lätta kolväten utvinns från den: etan, propan, butan, pentan. Dessa ämnen är också värdefulla råvaror, särskilt för framställning av polymerer. Och en blandning av butan och propan är en färdig produkt som används i synnerhet som hushållsbränsle.

gasledning

Den huvudsakliga typen av naturgastransport är dess pumpning genom rörledningen.

Standarddiametern på huvudgasledningens rör är 1,42 m. Gasen i rörledningen pumpas under ett tryck på 75 atm. När den rör sig längs röret, förlorar gasen, på grund av att övervinna friktionskrafter, gradvis energi, som försvinner i form av värme. I detta avseende byggs med vissa intervaller speciella pumpkompressorstationer på gasledningen. På dem komprimeras gasen till önskat tryck och kyls.

För leverans direkt till konsumenten avleds rör med mindre diameter från huvudgasledningen - gasdistributionsnätverk.

gasledning

LNG-transport

Vad ska man göra med svåråtkomliga områden som ligger långt från huvudgasledningarna? I sådana områden transporteras gas i flytande tillstånd (flytande naturgas, LNG) i speciella kryogena tankar till sjöss och på land.

Till sjöss transporteras flytande gas på gasfartyg (LNG-tankers), fartyg utrustade med isotermiska tankar.

LNG transporteras även med landtransporter, både på järnväg och väg. För detta används speciella dubbelväggiga tankar som kan hålla den erforderliga temperaturen under en viss tid.

Var kommer gasen i jordens tarmar ifrån?

Även om människor lärde sig att använda gas för mer än 200 år sedan, finns det fortfarande ingen konsensus om var gasen i jordens tarmar kommer ifrån.

Stora ursprungsteorier

Det finns två huvudsakliga teorier om dess ursprung:

• mineral, som förklarar bildandet av gas genom processerna för avgasning av kolväten från djupare och tätare lager av jorden och höjer dem till zoner med lägre tryck;
• organisk (biogen), enligt vilken gas är en nedbrytningsprodukt av resterna av levande organismer under förhållanden med högt tryck, temperatur och brist på luft.

På fältet kan gas vara i form av en separat ansamling, ett gaslock, en lösning i olja eller vatten eller gashydrater. I det senare fallet finns avlagringar i porösa bergarter mellan gastäta lerlager.Oftast är sådana stenar komprimerad sandsten, karbonater, kalksten.

Andelen konventionella gasfält är endast 0,8 %. En något större andel står för djup-, kol- och skiffergas - från 1,4 till 1,9%. De vanligaste typerna av avlagringar är vattenlösta gaser och hydrater - ungefär i lika stora proportioner (46,9% vardera)

Eftersom gas är lättare än olja och vatten är tyngre, är fossilernas position i reservoaren alltid densamma: gas ligger ovanpå olja och vatten stöttar upp hela olje- och gasfältet underifrån.

Gasen i behållaren är under tryck. Ju djupare insättningen är, desto högre är den. I genomsnitt, för varje 10:e meter, är tryckökningen 0,1 MPa. Det finns lager med onormalt högt tryck. Till exempel, i Achimov-avlagringarna i Urengoyskoye-fältet når den 600 atmosfärer och högre på ett djup av 3800 till 4500 m.

Intressanta fakta och hypoteser

För inte så länge sedan trodde man att världens olje- och gasreserver borde vara uttömda redan i början av 2000-talet. Till exempel skrev den auktoritativa amerikanske geofysikern Hubbert om detta 1965.

Hittills fortsätter många länder att öka takten i gasproduktionen. Det finns inga riktiga tecken på att kolvätereserverna håller på att ta slut

Enligt doktorn i geologiska och mineralogiska vetenskaper V.V. Polevanov, sådana missuppfattningar orsakas av det faktum att teorin om det organiska ursprunget för olja och gas fortfarande är allmänt accepterad och äger de flesta forskares sinnen. Även om D.I. Mendeleev underbyggde teorin om oljans oorganiska djupa ursprung, och sedan bevisades det av Kudryavtsev och V.R. Larin.

Men många fakta talar emot kolvätens organiska ursprung.

Här är några av dem:

• avlagringar upptäcktes på djup av upp till 11 km, i kristallina fundament, där existensen av organiskt material inte ens teoretiskt kan existera;
• med organisk teori kan endast 10 % av kolvätereserverna förklaras, de återstående 90 % är oförklarliga;
• Rymdsonden Cassini upptäcktes år 2000 på Saturnus måne Titan gigantiska kolväteresurser i form av sjöar flera storleksordningar större än de på jorden.

Hypotesen om en ursprungligen hydridjord som Larin lade fram förklarar kolvätens ursprung genom reaktionen mellan väte och kol i jordens djup och den efterföljande avgasningen av metan.

Enligt henne finns det inga gamla fyndigheter från juraperioden. All olja och gas kunde ha bildats för mellan 1 000 och 15 000 år sedan. När reserverna dras in kan de gradvis fyllas på, vilket märks i sedan länge uttömda och övergivna oljefält.

Klassificering och egenskaper

Naturgas delas in i 3 huvudkategorier. De beskrivs av följande egenskaper:

1. Utesluter förekomst av kolväten i vilka fler än 2 kolföreningar. De kallas torra och erhålls endast på de platser som är avsedda för produktion.
2. Tillsammans med primära råvaror produceras flytande och torr gas och gasformig bensin, blandade med varandra.
3. Den innehåller en stor mängd tunga kolväten och torr gas. Det finns också en liten andel föroreningar. Det utvinns från avlagringar av gaskondensattyp.

Naturgas anses vara en blandad sammansättning, där det finns flera underarter av ämnet. Det är av denna anledning som det inte finns någon exakt formel för komponenten. Den främsta är metan, som innehåller mer än 90 %. Det är den mest motståndskraftiga mot temperatur. Lättare än luft och något lösligt i vatten.Vid förbränning i friluft bildas en blå låga. Den kraftigaste explosionen uppstår om man kombinerar metan med luft i förhållandet 1:10. Om en person andas in en stor koncentration av detta element, kan hans hälsa skadas.

Det används som råmaterial och industribränsle. Det används också aktivt för att erhålla nitrometan, myrsyra, freoner och väte. Med nedbrytning av kolvätebindningar under påverkan av ström och temperaturer erhålls acetylen som används i industrin. Blåvätesyra bildas när ammoniak oxideras med metan.

Sammansättningen av naturgas har följande lista över komponenter:

1. Etan är ett färglöst gasformigt ämne. När den brinner lyser den svagt. Det löser sig praktiskt taget inte i vatten, men i alkohol kan det i förhållandet 3:2. Det har inte använts som bränsle. Det huvudsakliga syftet med användningen är framställning av eten.
2. Propan är en välanvänd typ av bränsle som inte löser sig i vatten. Vid förbränning frigörs en stor mängd värme.
3. Butan - med en specifik lukt, låg toxicitet. Det har en negativ effekt på människors hälsa: det kan påverka nervsystemet, orsakar arytmi och asfyxi.
4. Kväve kan användas för att hålla borrhål vid ett lämpligt tryck. För att erhålla detta element är det nödvändigt att göra luften flytande och separera den genom destillation. Det används för tillverkning av ammoniak.
5. Koldioxid - föreningen kan gå in i ett gasformigt tillstånd från ett fast tillstånd vid atmosfärstryck.Det finns i luften och i mineralkällor, och frigörs också när varelser andas. Det är en livsmedelstillsats.
6. Svavelväte är ett ganska giftigt element. Det kan negativt påverka funktionen hos det mänskliga nervsystemet. Den har en doft av ruttna ägg, en sötaktig eftersmak och är färglös. Mycket löslig i etanol. Reagerar inte med vatten. Nödvändigt för framställning av sulfiter, svavelsyra och svavel.
7. Helium anses vara ett unikt ämne. Det kan ansamlas i jordskorpan. Den erhålls genom att frysa de gaser som den ingår i. När det är i ett gasformigt tillstånd manifesterar det sig inte utåt, i ett flytande tillstånd kan det påverka levande vävnader. Den kan inte explodera och antändas. Men om det finns en stor koncentration av det i luften kan det leda till kvävning. Används för att fylla luftskepp och ballonger vid arbete med metallytor.
8. Argon är en gas utan yttre egenskaper. Det används vid skärning och svetsning av metalldelar, såväl som för att öka hållbarheten för livsmedelsprodukter (på grund av detta ämne förskjuts vatten och luft).

De fysiska egenskaperna hos en naturresurs är som följer: den spontana förbränningstemperaturen är 650 grader Celsius, naturgasens densitet är 0,68-0,85 (i gasformigt tillstånd) och 400 kg / m3 (vätska). Vid blandning med luft anses koncentrationer på 4,4-17 % vara explosiva. Fossilens oktantal är 120-130. Den beräknas utifrån förhållandet mellan brandfarliga komponenter och de som är svåra att oxidera under kompression. Värmevärdet är ungefär lika med 12 tusen kalorier per 1 kubikmeter. Värmeledningsförmågan hos gas och olja är densamma.

När luft tillsätts kan en naturlig källa snabbt antändas. Under inhemska förhållanden stiger det till taket. Det är där branden börjar. Detta beror på hur lätt metan är. Men luft är ungefär 2 gånger tyngre än detta element.

Bearbetningsmetoder för naturgas

Innan naturgas tillförs huvudgasledningen behöver detta råmaterial inte renas ytterligare, denna fördel gentemot olja (som måste utsättas för primär behandling innan den matas in i oljeledningen), vilket resulterar i betydande besparingar i transportkostnader.

Innan den slutliga kemiska och produktionssammansättningen erhålls, utsätts gasblandningen för sekundär bearbetning vid kemiska industrianläggningar, som, beroende på vilken teknik som används, är uppdelad i huvudsakliga och sekundära gasbearbetningsmetoder.

fysisk återvinning

Denna metod är baserad på fysiska och energiindikatorer. Det utvunna fossila materialet utsätts för djup kompression och separeras i fraktioner genom exponering för höga temperaturer.

Under övergången från låga till höga temperaturer rengörs råvaror intensivt från föroreningar. Användningen av kraftfulla kompressorer möjliggör bearbetning på gasproduktionsplatsen. Vid pumpning av gas från en oljeförande formation används oljepumpar som är relativt billiga.

Naturgasens egenskaper

Användning av kemiska reaktioner

Under kemisk-katalytisk bearbetning sker processer i samband med övergången av metan till syntetiserad gas, följt av bearbetning. Kemiska metoder innebär användning av två metoder:

• ånga, koldioxidomvandling;
• partiell oxidation.

Den senare metoden är den mest energibesparande och bekväma, eftersom hastigheten för kemisk reaktion under partiell oxidation är ganska hög och det finns inget behov av att använda ytterligare katalysatorer.

Användningen av höga och låga temperaturer som ett verktyg för att påverka fossila råvaror kallas en termokemisk metod för att bearbeta naturgas. Under påverkan av temperaturen på detta råmaterial bildas kemiska föreningar som eten, propen etc. Komplexiteten i denna typ av bearbetning ligger i användningen av utrustning som kan producera värme upp till 11 tusen grader samtidigt som trycket ökar upp till tre atmosfärer.

Modern teknik för bearbetning av naturgas använder den extra syntesen av metan, vilket gör det möjligt att fördubbla mängden väte som produceras. Väte är en naturlig råvara från vilken ammoniak isoleras, vilket är ett material för framställning av salpetersyra, ammoniumkomponenter, anilin m.m.