Alt om naturgass: sammensetning og egenskaper, produksjon og bruk av naturgass

Blå drivstoffutvinningsprosess

Før gassproduksjon er prosessen med geologisk leting. De lar deg nøyaktig bestemme volumet og arten av forekomsten av innskuddet. For tiden brukes flere metoder for rekognosering.

Tyngdekraft - basert på beregning av massen av bergarter. Gassholdige lag er preget av en betydelig lavere tetthet.

Magnetisk - tar hensyn til bergartens magnetiske permeabilitet. Ved hjelp av aeromagnetisk undersøkelse er det mulig å få et fullstendig bilde av forekomster på opptil 7 km dyp.

Hensikten med denne teknikken

Seismisk - bruker stråling som reflekteres når den passerer gjennom tarmene. Dette ekkoet er i stand til å fange opp spesielle måleinstrumenter.

Geokjemisk - sammensetningen av grunnvann studeres med bestemmelse av innholdet i dem av stoffer assosiert med gassfelt.

Boring er den mest effektive metoden, men samtidig den dyreste av de oppførte. Derfor, før bruk, er det nødvendig med en forundersøkelse av bergartene.

Brønnboringsmetoder for naturgassproduksjon

Etter at feltet er bestemt og de foreløpige volumene av forekomster er estimert, fortsetter prosessen med gassproduksjon direkte. Brønner bores til dybden av minerallaget. For å jevnt fordele trykket til det stigende blå drivstoffet, er brønnen laget med en stige eller teleskopisk (som et teleskop).

Brønnen er forsterket med foringsrør og sementert. For jevnt å redusere trykket og fremskynde prosessen med gassproduksjon, bores flere brønner samtidig i ett felt. Gassstigningen gjennom brønnen utføres på en naturlig måte - gassen beveger seg til en sone med lavere trykk.

Siden gassen inneholder forskjellige urenheter etter ekstraksjon, er neste trinn dens rensing. For å sikre denne prosessen bygges passende industrianlegg for gassrensing og prosessering i nærheten av feltene.

Rensesystem for naturgass

Gruvedrift ved hjelp av kullgruver

Kullsømmer inneholder en stor mengde metan, hvis utvinning ikke bare gjør det mulig å få blått drivstoff, men sikrer også sikker drift av kullgruvebedrifter. Denne metoden er mye brukt i USA.

De viktigste retningene for bruk og prosessering av metan

Hydraulisk fraktureringsmetode

Når gass produseres ved denne metoden, injiseres en strøm av vann eller luft gjennom brønnen.Dermed blir gassen fortrengt.

Denne metoden kan forårsake seismisk ustabilitet av ødelagte steiner, så det er forbudt i noen stater.

Funksjoner ved undervannsgruvedrift

For første gang i Russland utføres gassproduksjonen på Kirinskoye-feltet ved å bruke et undervannsproduksjonskompleks

Gassreserver er tilstede, bortsett fra land, og under vann. Landet vårt har omfattende undervannsforekomster. Undervannsproduksjon utføres ved hjelp av tunge gravitasjonsplattformer. De er plassert på en base som hviler på havbunnen. Brønnboring utføres med søyler plassert på basen. Tanker er plassert på plattformene for å lagre den utvunnede gassen. Den fraktes deretter til land via en rørledning.

Disse plattformene sørger for konstant tilstedeværelse av personer som utfører vedlikehold av komplekset. Antallet kan være opptil 100 personer. Disse fasilitetene er utstyrt med autonom strømforsyning, en plattform for helikoptre og personalkvarter.

Når avsetninger er lokalisert nær kysten, utføres brønner på skrå. De begynner på land, og forlater basen under havhyllen. Gassproduksjon og -transport utføres på standard måte.

Opprinnelse til naturgass:

Det er to teorier om opprinnelsen til naturgass: den biogene (organiske) teorien og den abiogene (uorganiske, mineralske) teorien.

For første gang ble den biogene teorien om opprinnelsen til naturgass uttrykt i 1759 av M.V. Lomonosov. I jordens fjerne geologiske fortid sank døde levende organismer (planter og dyr) til bunnen av vannforekomster og dannet siltige sedimenter. Som et resultat av ulike kjemiske prosesser spaltes de i et luftfritt rom.På grunn av bevegelsen av jordskorpen sank disse restene dypere og dypere, hvor de under påvirkning av høy temperatur og høyt trykk ble til hydrokarboner: naturgass og olje. Lavmolekylære hydrokarboner (dvs. egentlig naturgass) ble dannet ved høyere temperaturer og trykk. Høymolekylære hydrokarboner - olje - på mindre. Hydrokarboner, som trengte inn i hulrommene i jordskorpen, dannet forekomster av olje- og gassfelt. Over tid gikk disse organiske forekomstene og hydrokarbonavsetningene dypt ned til en dybde på en kilometer til flere kilometer - de var dekket med lag av sedimentære bergarter eller under påvirkning av geologiske bevegelser av jordskorpen.

Mineralteorien om opprinnelsen til naturgass og olje ble formulert i 1877 av D.I. Mendeleev. Han tok utgangspunkt i at hydrokarboner kan dannes i jordens tarmer ved høye temperaturer og trykk som følge av samspillet mellom overopphetet damp og smeltede tungmetallkarbider (først og fremst jern). Som et resultat av kjemiske reaksjoner dannes oksider av jern og andre metaller, samt ulike hydrokarboner i gassform. I dette tilfellet kommer vann dypt inn i jordens tarm gjennom sprekker-forkastninger i jordskorpen. De resulterende hydrokarbonene, som er i gassform, stiger i sin tur opp gjennom de samme sprekker og forkastninger til sonen med minst trykk, og danner til slutt gass- og oljeavsetninger. Denne prosessen, ifølge D.I. Mendeleev og tilhengere av hypotesen, skjer hele tiden. Derfor truer ikke reduksjonen av hydrokarbonreserver i form av olje og gass menneskeheten.

Metan

I tillegg finnes metan også i kullgruver, der det på grunn av sin eksplosive natur utgjør en alvorlig trussel for gruvearbeidere. Metan er også kjent i form av utskillelser i sumper - sumpgass.

Avhengig av innholdet av metan og andre (tunge) hydrokarbongasser i metanserien, deles gasser inn i tørr (fattig) og fet (rik).

• Tørre gasser inkluderer gasser hovedsakelig av metansammensetning (opptil 95 - 96%), hvor innholdet av andre homologer (etan, propan, butan og pentan) er ubetydelig (brøkdeler av en prosent). De er mer karakteristiske for rene gassforekomster, hvor det ikke er noen kilder til anrikning i deres tunge komponenter som er en del av oljen.
• Våte gasser er gasser med høyt innhold av "tunge" gassforbindelser. I tillegg til metan inneholder de titalls prosent etan, propan og forbindelser med høyere molekylvekt opp til heksan. Fettblandinger er mer karakteristiske for assosierte gasser som følger med oljeforekomster.

Brennbare gasser er vanlige og naturlige følgesvenner av olje i nesten alle dens kjente forekomster, dvs. olje og gass er uatskillelige på grunn av deres relaterte kjemiske sammensetning (hydrokarbon), felles opprinnelse, migrasjonsforhold og akkumulering i naturlige feller av ulike typer.

Et unntak er de såkalte "døde" oljene. Dette er oljer nær dagoverflaten, fullstendig avgasset på grunn av fordampning (fordampning) av ikke bare gasser, men også lette fraksjoner av selve oljen.

Slik olje er kjent i Russland ved Ukhta. Det er en tung, viskøs, oksidert, nesten ikke-flytende olje som produseres ved ukonvensjonelle gruvemetoder.

Rene gassforekomster, hvor det ikke er olje, og gass er underlagt formasjonsvann, er vidt distribuert i verden. I Russland er det oppdaget supergigantiske gassfelt i Vest-Sibir: Urengoyskoye med reserver på 5 billioner kubikkmeter. m3, Yamburgskoye - 4,4 billioner. m3, Zapolyarnoye - 2,5 billioner. m3, Medvezhye - 1,5 billioner. m3.

Imidlertid er olje og gass og oljefelt de mest utbredte. Sammen med olje oppstår gass enten i gasskapper, d.v.s. over olje, eller i en tilstand oppløst i olje. Da kalles det oppløst gass. I kjernen ligner olje med gass oppløst i kullsyreholdige drikker. Ved høye reservoartrykk løses betydelige mengder gass i oljen, og når trykket faller til atmosfæretrykk under produksjonsprosessen, avgasses oljen, d.v.s. gass ​​frigjøres raskt fra gass-oljeblandingen. Slik gass kalles assosiert gass.

De naturlige følgesvennene til hydrokarboner er karbondioksid, hydrogensulfid, nitrogen og inerte gasser (helium, argon, krypton, xenon) som er tilstede i det som urenheter.

Transport

Gassforberedelse for transport

Til tross for at gassen i enkelte felt har en eksepsjonelt høy kvalitetssammensetning, er naturgass generelt ikke et ferdig produkt. I tillegg til målkomponentnivåer (der målkomponenter kan variere avhengig av sluttbruker), inneholder gassen urenheter som gjør den vanskelig å transportere og er uønsket i bruk.

For eksempel kan vanndamp kondensere og samle seg på forskjellige steder i rørledningen, oftest bøyes, og dermed forstyrre bevegelsen av gass.Hydrogensulfid er et sterkt etsende middel som påvirker rørledninger, tilhørende utstyr og lagertanker negativt.

I denne forbindelse, før den sendes til hovedoljerørledningen eller til det petrokjemiske anlegget, gjennomgår gassen prosedyren for forberedelse ved gassbehandlingsanlegget (GPP).

Den første fasen av forberedelsen er rengjøring fra uønskede urenheter og tørking. Etter det blir gassen komprimert - komprimert til trykket som kreves for prosessering. Tradisjonelt komprimeres naturgass til et trykk på 200-250 bar, noe som resulterer i en 200-250 ganger reduksjon i det okkuperte volumet.

Deretter kommer toppingsstadiet: ved spesielle installasjoner separeres gassen i ustabil gassbensin og toppet gass. Det er den strippede gassen som sendes til hovedgassrørledninger og petrokjemisk produksjon.

Ustabil naturbensin mates til gassfraksjoneringsanlegg, hvor lette hydrokarboner ekstraheres fra den: etan, propan, butan, pentan. Disse stoffene er også verdifulle råvarer, spesielt for fremstilling av polymerer. Og en blanding av butan og propan er et ferdig produkt som spesielt brukes som husholdningsdrivstoff.

gassrørledning

Hovedtypen for naturgasstransport er dens pumping gjennom rørledningen.

Standarddiameteren på et hovedgassrørledningsrør er 1,42 m. Gassen i rørledningen pumpes under et trykk på 75 atm. Når den beveger seg langs røret, mister gassen gradvis energi på grunn av å overvinne friksjonskrefter, som spres i form av varme. I denne forbindelse bygges det med visse intervaller spesielle pumpekompressorstasjoner på gassrørledningen. På dem blir gassen komprimert til det nødvendige trykket og avkjølt.

For levering direkte til forbrukeren blir rør med mindre diameter avledet fra hovedgassrørledningen - gassdistribusjonsnettverk.

gassrørledning

LNG-transport

Hva skal man gjøre med vanskelig tilgjengelige områder som er langt fra hovedgassrørledningene? I slike områder transporteres gass i flytende tilstand (flytende naturgass, LNG) i spesielle kryogene tanker til sjøs og på land.

Sjøveien transporteres flytende gass på gassskip (LNG-tankere), skip utstyrt med isotermiske tanker.

LNG transporteres også med landtransport, både jernbane og vei. For dette brukes spesielle dobbeltveggede tanker som kan opprettholde den nødvendige temperaturen i en viss tid.

Hvor kommer gassen i jordens tarmer fra?

Selv om folk lærte å bruke gass for mer enn 200 år siden, er det fortsatt ingen konsensus om hvor gassen i jordens tarm kommer fra.

Store opprinnelsesteorier

Det er to hovedteorier om opprinnelsen:

• mineral, som forklarer dannelsen av gass ved prosessene med avgassing av hydrokarboner fra dypere og tettere lag av jorden og heve dem til soner med lavere trykk;
• organisk (biogent), ifølge hvilken gass er et nedbrytningsprodukt av restene av levende organismer under forhold med høyt trykk, temperatur og mangel på luft.

I felt kan gass være i form av en separat akkumulering, en gasshette, en løsning i olje eller vann, eller gasshydrater. I sistnevnte tilfelle ligger avsetninger i porøse bergarter mellom gasstette leirlag.Oftest er slike bergarter komprimert sandstein, karbonater, kalksteiner.

Andelen konvensjonelle gassfelt er kun 0,8 %. En litt større prosentandel står for dyp-, kull- og skifergass – fra 1,4 til 1,9 %. De vanligste typene avleiringer er vannoppløste gasser og hydrater - omtrent i like proporsjoner (46,9% hver)

Siden gass er lettere enn olje og vann er tyngre, er posisjonen til fossiler i reservoaret alltid den samme: gass er på toppen av olje, og vann støtter opp hele olje- og gassfeltet nedenfra.

Gassen i reservoaret er under trykk. Jo dypere innskuddet er, jo høyere er det. I gjennomsnitt, for hver 10. meter, er trykkøkningen 0,1 MPa. Det er lag med unormalt høyt trykk. For eksempel, i Achimov-avsetningene i Urengoyskoye-feltet, når det 600 atmosfærer og høyere på en dybde på 3800 til 4500 m.

Interessante fakta og hypoteser

For ikke så lenge siden trodde man at verdens olje- og gassreserver burde være oppbrukt allerede på begynnelsen av det 21. århundre. For eksempel skrev den autoritative amerikanske geofysikeren Hubbert om dette i 1965.

Til dags dato fortsetter mange land å øke hastigheten på gassproduksjonen. Det er ingen reelle tegn på at hydrokarbonreservene er i ferd med å ta slutt

I følge doktoren i geologiske og mineralogiske vitenskaper V.V. Polevanov, slike misoppfatninger er forårsaket av det faktum at teorien om den organiske opprinnelsen til olje og gass fortsatt er generelt akseptert og eier sinnet til de fleste forskere. Selv om D.I. Mendeleev underbygget teorien om den uorganiske dype opprinnelsen til olje, og deretter ble den bevist av Kudryavtsev og V.R. Larin.

Men mange fakta taler imot den organiske opprinnelsen til hydrokarboner.

Her er noen av dem:

• avsetninger ble oppdaget på dybder på opptil 11 km, i krystallinske fundamenter, hvor eksistensen av organisk materiale ikke engang kan være teoretisk;
• ved bruk av organisk teori kan bare 10% av hydrokarbonreservene forklares, de resterende 90% er uforklarlige;
• Cassini-romsonden oppdaget i 2000 på Saturns måne Titan gigantiske hydrokarbonressurser i form av innsjøer flere størrelsesordener større enn de på jorden.

Hypotesen om en opprinnelig hydridjord fremsatt av Larin forklarer opprinnelsen til hydrokarboner ved reaksjonen av hydrogen med karbon i jordens dyp og den påfølgende avgassingen av metan.

Ifølge henne er det ingen eldgamle forekomster fra juraperioden. All olje og gass kunne ha blitt dannet for mellom 1 000 og 15 000 år siden. Etter hvert som reservene trekkes ut, kan de gradvis fylles opp, noe som sees i lenge utarmede og forlatte oljefelt.

Klassifisering og egenskaper

Naturgass er delt inn i 3 hovedkategorier. De er beskrevet av følgende egenskaper:

1. Utelukker tilstedeværelsen av hydrokarboner med mer enn 2 karbonforbindelser. De kalles tørre og fås bare på de stedene som er beregnet for produksjon.
2. Sammen med primære råvarer produseres flytende og tørr gass og gassformig bensin blandet med hverandre.
3. Den inneholder en stor mengde tunge hydrokarboner og tørr gass. Det er også en liten prosentandel urenheter. Det utvinnes fra avleiringer av gasskondensattype.

Naturgass regnes som en blandet sammensetning, der det er flere underarter av stoffet. Det er av denne grunn at det ikke er noen eksakt formel for komponenten. Den viktigste er metan, som inneholder mer enn 90 %. Det er den mest motstandsdyktige mot temperatur. Lettere enn luft og lett løselig i vann.Når den brennes i friluft, dannes en blå flamme. Den kraftigste eksplosjonen skjer hvis du kombinerer metan med luft i forholdet 1:10. Hvis en person inhalerer en stor konsentrasjon av dette elementet, kan helsen hans bli skadet.

Det brukes som råstoff og industrielt drivstoff. Det brukes også aktivt for å oppnå nitrometan, maursyre, freoner og hydrogen. Ved nedbrytning av hydrokarbonbindinger under påvirkning av strøm og temperatur oppnås acetylen, som brukes i industrien. Blåsyre dannes når ammoniakk oksideres med metan.

Sammensetningen av naturgass har følgende liste over komponenter:

1. Etan er et fargeløst gassformig stoff. Ved brenning lyser den svakt. Det oppløses praktisk talt ikke i vann, men i alkohol kan det i forholdet 3:2. Den har ikke blitt brukt som drivstoff. Hovedformålet med bruken er produksjon av etylen.
2. Propan er en godt brukt type drivstoff som ikke løses opp i vann. Ved forbrenning frigjøres en stor mengde varme.
3. Butan - med en spesifikk lukt, lav toksisitet. Det har en negativ effekt på menneskers helse: det kan påvirke nervesystemet, forårsaker arytmi og asfyksi.
4. Nitrogen kan brukes for å holde borehull på et passende trykk. For å oppnå dette elementet er det nødvendig å gjøre luften flytende og separere den ved destillasjon. Den brukes til fremstilling av ammoniakk.
5. Karbondioksid - forbindelsen kan gå inn i en gassform fra en fast tilstand ved atmosfærisk trykk.Den finnes i luften og i mineralkilder, og frigjøres også når skapninger puster. Det er et mattilsetningsstoff.
6. Hydrogensulfid er et ganske giftig element. Det kan påvirke funksjonen til det menneskelige nervesystemet negativt. Den har lukten av råtne egg, en søtlig ettersmak og er fargeløs. Meget løselig i etanol. Reagerer ikke med vann. Nødvendig for produksjon av sulfitter, svovelsyre og svovel.
7. Helium regnes som et unikt stoff. Det kan samle seg i jordskorpen. Den oppnås ved å fryse gassene den inngår i. Når den er i gassform, manifesterer den seg ikke utad, i flytende tilstand kan den påvirke levende vev. Den er ikke i stand til å eksplodere og antennes. Men hvis det er en stor konsentrasjon av det i luften, kan det føre til kvelning. Brukes til å fylle luftskip og ballonger ved arbeid med metalloverflater.
8. Argon er en gass uten ytre egenskaper. Den brukes ved skjæring og sveising av metalldeler, samt for å øke holdbarheten til matvarer (på grunn av dette stoffet fortrenges vann og luft).

De fysiske egenskapene til en naturressurs er som følger: den spontane forbrenningstemperaturen er 650 grader Celsius, tettheten av naturgass er 0,68-0,85 (i gassform) og 400 kg / m3 (væske). Ved blanding med luft anses konsentrasjoner på 4,4-17 % som eksplosive. Oktantallet til fossilet er 120-130. Det beregnes basert på forholdet mellom brennbare komponenter og de som er vanskelige å oksidere under kompresjon. Brennverdien er omtrent lik 12 tusen kalorier per 1 kubikkmeter. Den termiske ledningsevnen til gass og olje er den samme.

Når luft tilføres, kan en naturlig kilde raskt antennes. Under hjemlige forhold stiger det til taket. Det er der brannen starter. Dette skyldes lettheten til metan. Men luft er omtrent 2 ganger tyngre enn dette elementet.

Naturgassbehandlingsmetoder

Før tilførsel av naturgass til hovedgassrørledningen, trenger ikke dette råmaterialet å renses ytterligere, denne fordelen fremfor olje (som må underkastes primær behandling før den mates inn i oljerørledningen), noe som resulterer i betydelige besparelser i transportkostnader.

Før den endelige kjemiske sammensetningen og produksjonssammensetningen oppnås, blir gassblandingen utsatt for sekundær prosessering ved kjemiske industrianlegg, som, avhengig av teknologiene som brukes, er delt inn i hoved- og sekundærgassbehandlingsmetoder.

fysisk behandling

Denne metoden er basert på fysiske og energiindikatorer. Utvunnet fossilt materiale utsettes for dyp kompresjon og separeres i fraksjoner ved eksponering for høye temperaturer.

Under overgangen fra lave til høye temperaturer blir råvarene intensivt renset for urenheter. Bruken av kraftige kompressorer tillater prosessering på gassproduksjonsstedet. Ved pumping av gass fra en oljeførende formasjon brukes oljepumper som er relativt billige.

Egenskaper til naturgass

Bruk av kjemiske reaksjoner

Under kjemisk-katalytisk prosessering oppstår prosesser knyttet til overgangen av metan til syntetisert gass, etterfulgt av prosessering. Kjemiske metoder innebærer bruk av to metoder:

• damp, karbondioksid konvertering;
• delvis oksidasjon.

Sistnevnte metode er den mest energibesparende og praktiske, siden hastigheten på kjemisk reaksjon under delvis oksidasjon er ganske høy, og det er ikke nødvendig å bruke ytterligere katalysatorer.

Bruk av høye og lave temperaturer som verktøy for å påvirke fossile råvarer kalles en termokjemisk metode for å behandle naturgass. Under påvirkning av temperatur på dette råstoffet dannes det kjemiske forbindelser som etylen, propylen etc. Kompleksiteten til denne typen prosessering ligger i bruken av utstyr som er i stand til å produsere varme opp til 11 tusen grader samtidig som man øker trykket opp til tre atmosfærer.

Moderne teknologier for behandling av naturgass bruker ekstra syntese av metan, som gjør det mulig å doble mengden produsert hydrogen. Hydrogen er et naturlig råstoff som ammoniakk isoleres fra, som er et materiale for produksjon av salpetersyre, ammoniumkomponenter, anilin m.m.