Многие люди ошибочно считают, что сланцевый газ является чуть ли не отдельным энергоносителем, но приставку «сланцевый» он получил лишь потому, что залегает в сланцевом слое осадочной породы, а по своему составу отличается от природного газа повышенным содержанием метана, углекислого газа, аммиака и сероводорода. Как же все-таки добывается этот источник топлива и чем технология его добычи отличается от традиционного газа?
Главное отличие - особенности его залегания. Традиционный газ добывается из пористых коллекторов, глубина залегания которых колеблется от 700 до 4000 метров. Из-за большого количества пор коллекторы имеют высокую проницаемость (около 25%) и голубое топливо легко выкачивать после того, как скважина будет пробурена.
Сланцевый газ в свою очередь залегает на глубине от 2500 до 5000 метров в породах с низкой пористостью (3–4%), поэтому его разведка обходится гораздо дороже, а технология добычи намного сложнее.
Краткий экскурс в историю
Впервые добывать газ из сланцевого слоя осадочной породы начали почти 200 лет назад. Это произошло в США в 1821 году. Этот вид топлива использовался и в СССР: после окончания Великой Отечественной Войны он добывался в Эстонии и поставлялся по газопроводу в Ленинград. Но вскоре советские власти, как и правительства многих других стран мира, поняли, что добыча и транспортировка сланцевого газа обходится значительно дороже традиционного природного, поэтому разработка месторождений была остановлена.
Вторую жизнь идея добычи сланцевого газа обрела в начале двухтысячных годов, когда стали активно применяться технологии горизонтального бурения и многостадийного гидроразрыва пласта, которые позволили значительно увеличить объемы добычи, снизив ее себестоимость.
Технология разведки
Поиск месторождений сланцевого газа требует гораздо больших затрат по сравнению с разработкой традиционного голубого топлива, а технология разведки пока далека от совершенства. Из-за большой глубины залегания многие традиционные методы исследования оказываются неэффективны.
Если смотреть упрощенно, разведка сланцевого газа происходит следующим образом:
в предполагаемом районе его залегания бурится скважина, в которой производится гидроразрыв;
полученный газ анализируется, и на основании результатов анализа определяются оборудование и технология, которые необходимо будет применять для его добычи;
продуктивность скважин определяется опытным путем, а не при помощи точных гидродинамических исследований, как при добыче обычного природного газа.
Мировая статистика запасов
Прогнозируемые запасы сланцевого газа составляют 760 триллионов кубометров, доказанные, по данным американского агентства EIA , - 187,5 триллионов кубометров. Для сравнения, мировые запасы газа, по мнению самого читаемого журнала в мире по нефтегазовой тематике Oil & Gas Journal , составляют чуть более 36 триллионов баррелей.
Крупнейшими месторождениями сланцевого газа обладают КРН - 19,3 % от мировых запасов, США - 13%, Аргентина - 11,7%, Мексика - 10,3%, ЮАР - 7,3%, Австралия - 6%, Канада - 5,9%. Эти оценки с течением времени могут кардинально измениться, ведь, как уже упоминалось, разведка запасов сланцевого газа только начинает развиваться и пока продуктивность скважин определяется только опытным путем.
Бурение и прокладка труб
Особенностью добычи сланцевого газа является технология горизонтального бурения. Ее суть заключается в том, что после того, как была пробурена одна вертикальная скважина до глубины залежей сланцевого газа, бур начинает идти горизонтально. Однако существует множество нюансов, которые необходимо соблюдать при бурении, например, необходимо следить, чтобы уровень наклона бура соответствовал углу наклона сланцевого пласта и т. д.
Добывающие компании вынуждены применять такую технологию, так как газ залегает на значительной глубине в изолированных карманах в очень небольших объемах. Срок эксплуатации скважин невелик - от 5 до 12 лет. Для справки, срок эксплуатации скважины природного газа - от 30 до 50 лет. На крупнейшем разрабатываемом месторождении СГ в мире - BarnettShale - количество скважин уже превысило 17 тысяч.
Горизонтальная длина скважины может достигать 12 километров (этот рекорд был установлен при бурении на Сахалине).
В пробуренную скважину устанавливаются стальные трубы в несколько слоев. В пространство между ними и почвой заливается цемент, чтобы изолировать газ и жидкости для гидроразрыва пласта от пластов почвы, в которых содержится вода.
Гидроразрыв
Поскольку сланцевый газ залегает в породе, имеющей низкую пористость, извлекать его традиционными методами невозможно. Именно поэтому для добычи сланцевого газа активно применяется технология гидравлического разрыва пласта (фрекинга). По трубам к залежам газа закачивается вода, химические реагенты (ингибаторы коррозии, загустители, кислоты, биоциды и множество других химических элементов, общее число которых может доходить до 90 наименований) и специальные гранулы диаметром 0,5–1,5 миллиметра, которые могут состоять из керамики, стали, пластика или песчинок. Вся эта смесь создает химическую реакцию, которая и приводит к гидроразрыву. В результате в породе, которая содержит газ, образуется множество мелких трещин, в которых застревают гранулы, чтобы трещины уже не могли сойтись. Затем вода откачивается назад (она фильтруется и повторно используется для нового ГРП), а сланцевый газ, благодаря перепаду давления, выкачивается через трубы на поверхность.
Жидкости для гидроразрыва
Основой жидкости для гидроразрыва является вода (98,5% от общего объема). Порядка 1% состава - «расклинивающий» трещины элемент (обычно им является песок). Оставшиеся 0,5% - химические соединения, воздействующие на водопроницаемость породы. Без них гидроразрыв просто невозможен.
В течение последних лет велось много споров о вреде для экологии жидкостей для ГРП. Поднятая шумиха привела к тому, что многие европейские страны (Франция, Болгария, Италия) запретили проводить на своей территории гидроразрывы, а в США законодатели вынудили компании, занимающиеся добычей сланцевого газа, публиковать информацию о составе жидкостей для ГРП.
Но технология гидроразрыва, а соответственно и жидкости для них, используются и при добыче обычного природного газа. Например, ее активно применяет компания «Роснефть» , производившая две тысячи гидроразрывов в год еще несколько лет назад.
Транспортировка и очистка
Доставлять сланцевый газ обычными способами до конечных потребителей невозможно, так как стандартные газопроводы рассчитаны на давление в 75 атмосфер. В сланцевом газе этот показатель гораздо ниже из-за повышенного содержания аммиака, сероводорода, азота и углекислого газа и при прокачке его через газопроводы для природного газа может произойти взрыв.
Существует два решения проблемы транспортировки: cтроить заводы по очистке, что позволит сделать состав сланцевого газа приближенным к природному и затем доставлять его по уже существующим газопроводам, или создавать отдельную инфраструктуру для транспортировки сланцевого газа.
Первый вариант требует значительных расходов и делает добычу сланцевого газа просто нерентабельной. А вот второй способ все более активно используется странами, добывающими сланцевое топливо. Причем все они предпочитает доставлять газ на небольшие расстояния потребителям, которые находятся недалеко от месторождения, что делает транспортировку сланцевого газа максимально дешевой.
Именно так поступают в США, где добытый газ транспортируется пока только по коротким локальным газопроводам низкого давления или закачивается в баллоны. Такой же политики придерживается и Китай, начавший строительство первого сланцевого газопровода в провинцию Юньнань, длина которого составляет всего 93 километра.Что касается транспортировки сланцевого газа на дальние расстояния, то при отсутствии разветвленной сети газопроводов наиболее перспективным способом на данный момент является его преобразование в специальных терминалах в сжиженный газ и отправка покупателям при помощи танкеров. По прибытии в пункт назначения продукт перекачивается в резервуары для хранения, а затем преобразуется обратно в газообразное состояние и доставляется по газопроводам конечным потребителям. В настоящий момент строительством подобных терминалов активно занимаются в США. Первый объект, через который будет производится экспорт топлива в страны Юго-Восточной Азии, планируется ввести в эксплуатацию уже в конце 2015 года. Ожидается, что все построенные к 2020 году терминалы позволят экспортировать 118 миллиардов кубометров сланцевого газа.
Главное ноу-хау современной добычи
Экологический вред от гидроразрыва можно свести к минимуму при помощи применения технологии пропанового фрекинга. От обычного гидроразрыва она отличается тем, что вместо воды и химикатов к местам залежей сланцевого газа закачивается пропан, который, в отличие от традиционных жидкостей для ГРП, не оседает в почве после гидроразрыва, а полностью испаряется, поэтому загрязнять землю или воду он никак не может.
Эта технология серьезно изменила отношение многих европейских стран, заботящихся о своей экологии, к проведению гидроразрывов. Британские власти уже сняли запрет на ГРП, другие страны ЕС только рассматривают эту возможность.
Правда, у пропанового фрекинга есть и существенный минус, перечеркивающий всю его хваленую экологичность. Применение этого метода обходится в полтора раза дороже обычного гидроразрыва. Поэтому использовать подобную технологию можно только на месторождениях, имеющих высокую рентабельность.
Цена на природный газ для стран Евросоюза пересмотрена. В 2016-ом за 1 000 кубометров топлива просили 167 долларов. В 2017-ом, по февральским заявлениям председателя «Газпрома», запросят уже около 180-ти условных единиц.
При этом, доля европейского рынка российской корпорации растет. В прошлом году показатель составлял 31%, в текущем – уже 34%. В частности, на 12,5% увеличены поставки в дальнее зарубежье.
В общем, есть и спрос, и перспективы. Отсутствие конкурентов позволяет поднять цены, оставляя Европу приоритетным рынком. О масштабах потребности в топливе не только Запада, но и самой говорят объемы газопроводов.
Их общая длина в Федерации, к примеру, равна 20-ти экваторам. Причем, этого не хватает. Планируют строить новые сети. Так что, нелишне поговорить о перспективном топливе. Узнаем, чем оно является, отличается и как получается.
Свойства природного газа
Герой имеет смешанный состав. Объем природного газа складывается из нескольких . Основной – метан. Его в состав природного газа входит более 90%.
Оставшиеся 10% приходятся на пропан, бутан, , углекислый газ, и . Объединяя их под одним названием, эксперты ставят природный газ на 3-е место по распространенности на Земле. По сути же, бронза достается метану.
Природным топливо зовется, поскольку не синтетическое. Газ рождается под землей из продуктов разложения органики. Однако, есть в топливе и неорганическая составляющая, к примеру, .
Точный состав зависит от местности, присутствующих в ее почвах ресурсах. Изначально же, запасы природного газа зарождались в илистых отложениях водоемов. В них оседали отмершие микроорганизмы и растения.
Ни окислиться, ни разложиться они не могли, поскольку микробов в среде не было, да и кислород туда не проникал. В итоге, отложения органики дожидались подвижек земной коры, к примеру, разлома в ней.
Ил проваливался, оказываясь в новой ловушке. В земных недрах на органику воздействовали давление и жар. Схема похожа на образование нефти. Но, для нее достаточно более низких температур и меньшего давления.
К тому же, у крупные молекулы углеводородов. Природный газ – метан низкомолекулярный, как и прочие компоненты топлива. Его частицы микроскопические.
Взаимодействие между молекулами природного газа слабое. Это-то и отличает вещество от прочих агрегатных состояний, то есть жидкостей и камней. Именно от строения зависят главные свойства природного газа. Горючий .
Вещество легко воспламеняется, а при 600-700-от градусах Цельсия самовозгорается. При этом, октановое число топлива равно 120-130-ти. Этот параметр характеризует детонационную стойкость.
Способность противостоять самовозгоранию важна при сжатии. Не секрет, что используют, в основном, сжиженный природный газ . Его создают из обычного при низких температурах и высоком давлении.
Октановое число газа рассчитывается по соотношению легковоспламеняющихся компонентов к тем, которые при сжатии с трудом окисляются. В бензине это, к примеру, н-гептан и изооктан. Отсюда, собственно, и название числа.
Теплотворность героя статьи приближена к 12 000 килокалорий на кубический метр. То есть, сгорание природного газа дает в 4 раза больше энергии, чем сжигание и в 2 раза больше, чем при работе с .
Теплотворность газа равна нефти. При этом, герой статьи выигрывает перед высокомолекулярным углеводородом. В частности, применение природного газа бездымно. И нефть, и коптят. К тому же, газ сгорает без остатка. У углей, к примеру, остается непереработанная зола.
Несмотря на экологичность, природный газ опасен. Если добавить 5-15% героя статьи к воздуху, он самовоспламениться. Процесс, естественно, протекает в закрытых помещениях. Дома природный газ , как и в цехах, поднимается к потолкам.
Возгорание начинается оттуда. Причина – легкость метана. Воздух тяжелее почти в 2 раза. Вот молекулы природного газа и поднимаются к потолкам. Распознать явление сложно, ведь ни цвета, ни запаха, ни вкуса у природного газа нет.
С химической точки зрения герой статьи отвечает параметрам метана, то есть, вступает в реакции замещения, пиролиза и дегидрирования. Первые основываются на обмене двух и более веществ атомами. Пиролиз – это разложение при нагреве и в отсутствии кислорода. Дегидрированием же именуют реакции отщепления от органики водорода.
Уже при 4-процентном содержании в природном газе примесей тяжелых углеводородов, свойства героя статьи меняются. Указанные в статье параметры усреднены. Однако, практическую ценность имеет любой газ. Какой природный материал идет вход зависит от целей.
На топливо пускают составы с преобладанием метана. Газ, в котором его меньше 90%, считают техническим, применяют в химической промышленности. Подробности процесса расскажем в отдельной главе. Пока же, разберемся с местами дислокации газа в природе.
Добыча и месторождения природного газа
В природе газ – именно газ. Сжижают его после добычи. Поэтому, мировые запасы топлива исчисляются не в килограммах или литрах, а кубометрах. Разведаны на планете 200 триллионов и 363 миллиона.
Ежегодная добыча достигла 3,6 миллиардов кубометров. Их поставляют , Иран, Катар, Туркмения, США, Аравия, Объединенные эмираты и Венесуэла. Страны перечислены в порядке убывания запасов газа.
Как лидер списка, обладает супергигантским «Уренгойским» месторождением природного газа . Названа залежь в честь поселка, рядом с которым найдена еще в 1966-ом. По запасам топлива «Уренгойское» месторождение занимает 3-е место на Земле.
В недрах сокрыты 16 триллионов кубометров газа. Разрабатывают их с 1978-го, с 1984-го экспортируют в Европу. К 2017-му выработаны 70% запасов, то есть от 16 триллионов кубов осталось около 5-ти.
К гигантским относят и «Ямбурское» месторождение. Находится в том же Ямало-Немецком округе, открыто 2-мя годами позже «Уренгойского». Добыча природного газа в промышленных масштабах ведется с 1980-го. Изначально, запасы месторождения исчислялись 8,2 триллионами кубов. К 2017-му кладовые газа оскудели на 4 триллиона кубометров.
Расход природного гага из месторождения, где скважины бурят в условиях вечной мерзлоты, указывает на важность ресурса. Чтобы добыть ямбурское топливо, преодолевают от 1-го до 3-ех километров грунта. 50 метров из них приходятся на мерзлоту.
На полуострове Ямал находится еще одно северное месторождение газа – «Бованенковское». Его запасы равны 4,9 триллионам кубов. Открыли их еще в 1971-ом, но добывать начали лишь в 2012-ом. Поэтому, по текущим запасам залежь сравнима с «Ямбурским» и «Уренгойским» месторождениями.
На «Бованенковском» промысле ежегодно добывают около 90-та миллиардов кубов природного газа. Для населения полуострова предприятие – доход и место занятости. Хотя, некоторые уезжают на промысел за пределы материка.
Природный газ в России найден и на ее морских просторах. Так, «Штокмановское» месторождение разрабатывается меж Мурманском и Новой землей. Иначе говоря, запасы газа базируются на дне Баренцева моря.
Глубина в месте добычи газа не превышает 400-от метров. В полном объеме месторождение не разрабатывается. Пока, процесс отложен до 2019-го года. Объемы залежи исчисляются почти 4-мя триллионами кубометров газа.
Еще одно морское месторождение природного газа находится на юге Карского моря. За близость к Санкт-Петербургу названо «Ленинградским», открыто еще во времена СССР. Запасы топлива залежи оцениваются в 3 триллиона кубометров.
На континентальном шельфе Карского моря обнаружено «Русановское» месторождение природного газа. Пока, речь идет о 779-ти миллиардах кубических метров топлива. Прогнозы прочат увеличение цифры до 3-ех триллионов кубов. Осложняет добычу глубина залегания газа. Извлекать его приходится с 1,5-2-ух километров.
Поставка природного газа из недр в скважины ведется естественным путем. Легкая субстанция попросту просачивается через поры в породе. В скважине создается область низкого давления.
Там, где базируется природный газ, оно высокое. Естественно, что топливо стремится в пробуренные человеком отверстия. Самая глубокая скважина в уходит на 6-километровую глубину, находится на «Уренгойском» месторождении.
На крупные залежи газа приходится по нескольку скважин. Их бурят на одинаковом удалении друг от друга, делают равноценными. Иначе, давление природного газа в пластах земной коры распределяется неравномерно.
Часть скважин просто останется незаполненной. Если же сделать лишь одно отверстие в грунте, оно быстро обводняется, то есть, заполняется водой. Влага устремляется в поры пород, ранее занятые топливом, в общем, идет за ним попятам.
Применение природного газа
Очевидное применение героя статьи – топливо. Чтобы транспортировать газ по трубам, его осушают. Влага в составе газа вызывает коррозию труб, а при минусовых температурах образует пробки льда, закупоривая проходы.
Освобождают героя статьи и от сероводорода с углекислым газом. Последний не регламентируется , но невыгоден экономически. Сероводорода должно быть не более 2-ух граммов на 100 кубометров.
Для предотвращения несчастных случаев, природный газ одоризируют. Иначе говоря, топливо насыщают пахучими компонентами. Они сигнализируют об утечке газа. Поскольку само топливо запаха не имеет, без обработки можно потерять миллионы кубометров.
Кроме топлива в машинах и котельных, газ служит горючим. На нем работают отопительные котлы, кухонные плиты. Некоторые обзаводятся газовыми лампами, освещая ими дома и дворы.
Добыча природного газа на море
В химической промышленности природный газ, точнее метан из него, служит сырьем для получения и ряда пластификаторов. Ацетилен, метанол и цианистый водород – тоже синтезируются из природного газа. Из ацетилена, к примеру, делают ацетатный шелк. Цианистый водород тоже, во многом, идет на синтетические волокна.
Они добывали газ без скважин. На ископаемое наткнулись в поисках подземных растворов поваренной . Искали ее с помощью связок стеблей бамбука. К их концам прикрепляли металлические копья. Вот и замена буров.
Наружу раствор соли выкачивали клапанами из . Они напоминали кузнечные меха. Газ пришел на поверхность вместе с раствором . Китайцы смекнули сжигать его, дабы выпаривать минерал.
После осушения соли, решили проводить топливо по трубам из бамбука в свои хижины. В общем, простейший вариант газопровода существовал еще 8 веков назад. В те поры за природное топливо не платили. В современности каждый кубометр – . Ознакомимся с ценниками.
Цена природного газа
Газа, во многом, определяет политический фактор. , как монополист рынка, диктует правила. Из объективных факторов на топлива влияет форма его транспортировка. Сжижение и перевозка в баллонах дорогостояща. Поставка газа в его естественном виде напрямую по трубам выгоднее.
Порой, на стоимость газа влияет природа. После урагана «Катрин», к примеру, в США сократили добычу топлива. Соответственно, ценник на него подскочил. Ураган прошелся по газодобывающим местностям.
Газа, как правило, делится на стоимость для чужих и своих. Так, стоимость кубометра российского газа внутри страны не превышает 8 80 копеек. Таков тариф 2017-го года в Саратовской области.
В Псковской, для сравнения, платят 5 рублей 46 копеек. Этот тариф близок к действующему в большинстве газифицированных регионах. Соответственно, 1 000 кубометров стоит не более 8 800-от рублей, а обычно, около 5 500-от.
Минимальный ценник на текущий год для европейцев – около 11 000 рублей. Это цена покупки у россиян. За топливо в своих домах жители Запада, естественно, заплатят больше.
Энергетика - основная «пища» экономики, от нее зависит жизнеобеспечение любой страны. Для каждого государства нехватка природных энергоресурсов становится весомым основанием для разработки новых альтернативных источников энергии. Хотя, справедливости ради, следует отметить, что существующие на сегодняшний день виды топлива, нефть, газ, уголь и атом, сохранят статус основных видов получения энергии еще надолго.
И в этом смысле трудно переоценить роль газовой промышленности. Разработки и добыча газа в России, а также поставки его на мировой рынок вывели страну на лидерские позиции. Хоть этим видом сырья Россия наделена весьма щедро, такая роль им обретена далеко не сразу.
Но прежде чем познакомиться с историей активных газовых разработок на территории Российской Федерации, поговорим о месте, которое отводится природному газу в мире.
Голубое топливо на планете Земля
По добыче природного газа более четверти мирового объема принадлежит США, которые по итогам 2016 года остаются безусловным лидером. На втором месте - Россия с объемом около 20% суммарного производства десяти лидирующих регионов.
Рис. 1. Мировые лидеры по добыче природного газа по результатам 2016 года, млрд куб. метров
Источник: сайт promdevelop.ru
Но нахождение в списке лидеров по производству газа не означает лидерство в мировой торговле топливом. Согласно данным Организации стран-экспортеров нефти, экспортоориентированными из них являются лишь восемь.
Рис. 2. Лидеры мировой торговли газом, 2016 г.
Источник: сайт promdevelop.ru
Основные районы добычи
На карте отражена география распространения крупнейших мест добычи газа на всем земном шаре. Считается, что таковых на планете 20 - крупнейших газовых месторождений, с запасами газа около 1200 млрд куб. метров.
- 4 в США - в Мексиканском заливе и на Аляске;
- 9 в районах Западной Сибири, Дальнего Востока и Сахалина, шельфы двух морей — Баренцева и Карского в Российской Федерации;
- 2 месторождения в пределах Ирана, Катара и Саудовской Аравии в Персидском заливе;
- 1 в южных районах Туркменистана;
- 3 в Алжире и Нигерии;
- 1 в Тариском бассейне Китая.
Крупные месторождения есть также в Северном море Норвегии и на землях Канады в пределах острова Ньюфаундленд северных провинций, включая шельф Западно-Канадского бассейна.
Конечно, основные залежи сосредоточены на территориях государств-лидеров добычи данного ресурса.
Рис. 3. Местоположение крупнейших газовых месторождений
Источник: сайт promdevelop.ru
Согласно сведениям, опубликованным ОПЕК, во всех государственных месторождениях не больше 180 трлн куб. метров газа. Еще не меньше 120 трлн пока не разведанных запасов и для глобальной добычи недоступных по причине слишком большой глубины залегания. Так что оставшиеся запасы в условиях, когда потребление голубого топлива неустанно растет, в ближайшие 65 лет будут использованы.
Способы добычи газа
Природный газ извлекается из земных глубин с помощью скважин:
- под естественным давлением (устранение примесей в таком газе позже происходит на газоперерабатывающем заводе или на специальной станции);
- из угледобывающих шахт (в практике работы угледобывающих шахт в Штатах для предотвращения взрыва);
- гидроразрыв (считается, что такой способ может спровоцировать землетрясение, потому под запретом в некоторых странах);
- под водой (при маленькой глубине устанавливаются высокие сваи, при больших глубинах - плавучие, а при особо больших, выше 3000 м - полупогруженные платформы с буровой вышкой в центре).
Добыча природного газа в РФ
В экономике России газовой отрасли отводится стратегическая роль. А для ее бюджета экспорт природного газа входит в список основополагающих статей. Свою роль сыграло большое количество месторождений этого горючего топлива, инновационные технологии, на них применяемые, и обширные запасы ископаемых в недрах.
Только вот складывалась история газовой отрасли непросто.
Истоки
В отсутствие добычи природного газа в России газоснабжение городов до революции осуществлялось искусственным путем. Он получил название «светильного». Получали его на газовых заводах сухой перегонкой из каменного угля и использовали для бытовых целей и освещения городов. Первое такое предприятие было образовано в Петербурге в 1835 году, а сырье для него доставлялось из-за границы. Так зарождалась российская газовая промышленность.
В 1855-м немцем Бунзеном изобретена газовая горелка, а в 1865-м - газовый завод построен в Москве, а в 1891 в России было уже тридцать таких заводов, не считая 180 газогенераторных установок малой мощности. И все же это было значительно меньше, чем в главных капиталистических странах мира. В одной только Великобритании газовых заводов было около 600.
С открытием месторождений природного газа, который куда экономичней искусственного, системе газоснабжения предстояло начать переход на естественный горючий ресурс.
Первые открытия были бессистемными. Это и выделение вместе с водой газа с сероводородом на глубине 112 метров, когда в районе Астрахани бурили скважины на воду (1840). И выход газа на Апшеронском полуострове, в Саратове, Мелитополе и др. при бурении скважин на воду.
Набирала обороты нефтедобыча, а вместе с нефтью пришлось соприкоснуться с постоянным ее спутником - попутным нефтяным газом (ПНГ). Котельные Баку и Грозного первыми в 1880-м начали использовать его в качестве топлива. Нефтяной газ постепенно получал все большее применение для бытовых и промышленных нужд.
Развитие газовой промышленности
Так называют период с 1922 года, когда забил газовый фонтан в Сураханах. Нашлись бакинские нефтедобывающие фирмы в Баку, заинтересовавшиеся этим событием и начавшие бурить скважины на газ. В промышленности уже применялись металлические трубы, а здесь по ним газ, добытый из скважин, подавался на НПЗ, где его использовали как топливо при переработке нефти.
В 20-х годах в молодой Советской России насчитывалось лишь 5 газовых месторождений:
- «Дагестанские Огни»;
- Мелитопольское;
- Мельниковское;
- Ставропольское;
- Сураханское.
Добывалось на них около 15 млн куб. метров в год. Тогда, после Гражданской войны, и начались плановые изыскания природного газа.
А искусственный газ стал применяться для отопления, на нем готовили пищу. Его (коксовый, доменный, генераторный) получали из бурого и каменного угля, горючих сланцев, древесины и торфа.
И хоть появился уже в 1923-м в Баку первый газобензинный завод, природный газ еще не был оценен по достоинству. Ситуация изменилась с созданием в 1933 году «Главгаза». Одно за другим открывались новые, чисто газовые месторождения в Коми:
- «Седельское» (июль 1935);
- «Войвожское» (1943);
- «Нибельское» (1945).
В Саратовской области в годы войны:
- «Елнашское»;
- «Курдюмское»,
А также в Ставропольском и Краснодарском краях, Куйбышевской, Оренбургской областях, на Северном Кавказе, Средней Азии, Азербайджане, Украине и др.
Даже построен прямо перед началом Великой Отечественной войны первый в стране газопровод (20 см в диаметре, 68 км в длину) от Дашавского газового месторождения до г. Львова, в 1943-м - газопроводы Похвистнево - Куйбышев, Елшанка - Саратов, Бугуруслан - Куйбышев, Курдюм - Князевка и другие, а в 1944 году начало строительства магистрального газопровода Саратов - Москва.
Не зря саратовцы свой родной город считают колыбелью газовой промышленности России. Во-первых, именно здесь в 1906 году был получен природный газ, который стал топливом на кирпичном и стекольном заводах, построенных хозяином хутора, где собственно бурилась та самая артезианская скважина на воду. А само месторождение получило название Мельниковского (Дергачевского), только запасы газа на сегодня здесь уже иссякли.
Во-вторых, появилась знаменитая монография академика И. М. Губкина «Урало-Волжская либо Восточная нефтеносная область», а в кратком ее изложении в «Технике молодежи» в 1939-м этот регион Нижнего Поволжья был назван «Вторым Баку».
В-третьих, с пуском в июле 1946-го магистрального газопровода, первого в стране, «Саратов-Москва» в России началась история «большого газа».
Рис. 4. Даешь газопровод!
Источник: сайт ibirzha.kz
И пусть в самостоятельную отрасль народного хозяйства она выделилась из нефтяной промышленности только в 1956-м, своим днем рождения отечественная газовая промышленность вправе считать 11 июля 1946 года, когда природный газ, что горел в квартирах москвичей, заменил собой:
- 1 000 000 кубов дров;
- 650 000 тонн угля;
- 150 000 тонн керосина;
- 100 000 тонн топочного мазута.
Топливная промышленность страны окончательно поменяла дрова, уголь и торф на газ.
К тому же, открывались новые, уникальные по составу и запасам газовые месторождения Западной Сибири. Их освоение давалось непросто: заболоченные территории, вечная мерзлота, суровый климат
Рис. 5. Легендарный газовый проект - строительство газопровода «Бухара-Урал» 1961
Источник: сайт ura.news
Поворотным для экономики страны стал год 1966. Начинаются поставки советского газа во многие страны.
«Природный газ находит широкое применение в качестве дешевого сырья в химической промышленности и экономичного вида топлива в черной металлургии и других отраслях промышленности»
(Издание ЦСУ РСФСР 1967 года «РСФСР за 50 лет»).
Месторождения Узбекистана, Азербайджана, Казахстана (Карачаганакское месторождение) и Туркмении в истории советской газовой отрасли играли значительную роль. Они и сегодня в числе крупнейших. Но к моменту распада СССР добыча на территории бывшей РСФСР достигала 75% общего объема, добываемого в стране голубого топлива, и с 6,2 млрд куб. м выросла до 727,4 млрд.
Рис. 6. Доля Российской Федерации в добыче газа СССР
Источник: Росстат (сборники ЦСУ СССР и РСФСР, Госкомстата)
Не миновал отрасль и известный кризис 1998 года. Кризисные явления удалось преодолеть. На рынке появилось новое акционерное общество «Газпром», которое занимается добычей и транспортом газа в современной России, которое является сегодня не просто одним из , но и крупнейшим игроком мирового рынка газодобычи.
Рис. 7. Газовый гигант ПАО «Газпром»
Источник: сайт contrpost.bosenko.info
С этим холдингом неразрывно связан современный период газовой промышленности.
Современность
Отрасли никогда не быть столь важной и прибыльной, если бы не огромные запасы указанного топлива, на которых она базируется. При этом российское голубое топливо в Европе сейчас самое дешевое.
«Газпром» назвал текущую себестоимость добычи газа. Сейчас она на уровне $20 за 1000 куб. м - это самый низкий показатель в мире» («Ведомости», июнь 2016).
Месторождения и запасы
По оценкам, запасы российского газа составляют порядка 200 трлн куб. метров, а к 2030 году его будет добываться уже более 800 млрд куб. метров в год (для справки: за 2016 год этот показатель равнялся 641 млрд), что позволяет и собственные потребности обеспечить, и экспортируют значительное его количество.
Рис. 8. Запасы природного газа в Российской Федерации
Источник: сайт promdevelop.ru
Лидером по добыче остается Западная Сибирь. Это основной район добычи газа в России, важнейшее звено отечественной газодобычи, где добывается 90% этого горючего топлива. Если говорить о российских регионах, это Ямало-Ненецкий АО (сосредоточено 4/5 добычи), Астраханская и Иркутская области, а также Красноярский край и др., это шельфы Баренцевого и Карского морей.
На территории России расположены крупнейшие в мире, даже самые уникальные месторождения:
- Уренгойское.
Оно относится к супергигантским и прочно удерживает третье место на планете. Объём газа - 16 трлн куб. метров - и это лишь примерная оценка. Обнаружено оно в 1966-м, капитальная добыча началась в 1978-м, а появился на мировом рынке в 1984-м.
- Ямбургское.
В числе крупнейших мировых месторождений, с запасами почти в 8,2 трлн куб. метров газа, где он добывается в условиях вечной мерзлоты (40-50 м промерзшей земли). Открыто в 1969 году на полуострове Тазовский в Ямало-Ненецком АО, добыча в промышленных масштабах начата в 1980-м.
- Бованенковское.
Также не уступает многим мировым месторождения. Объем оценивается в 4,9 трлн кубометров. Открыто в 1971-м на Ямале. Постоянная добыча начата в 2012-м. Газ поставляется на экспорт, в основном, в Китай.
- Штокмановское.
Считается одним из самых богатых по запасам газа и газового конденсата. Объёмы газа и конденсата исчисляются цифрами в 3,94 трлн куб. метров и 56 млн тонн соответственно. Обнаружено в 1981 году в Баренцевом море на глубине 300-400 метров, а уже в 1988-м произведена первая пробная добыча. В планах пуск месторождения на полную мощность в 2019-м.
- Ленинградское.
Газоконденсатное месторождение на юго-западной части Карского моря открыто в 1992-м и сразу оценено как гигантское. Количество газа в нем может быть порядка 3 трлн куб. метров, конденсата - почти 3 млн тонн.
- Русановское.
Уникальное месторождение в Карском море на континентальном шельфе Северо-Западной платформы открыто в 1992 году на глубинах от полутора до двух с половиной километров. По оценкам, запасы - 779 млрд тонн газа (предполагается, что цифра эта может достичь 3 трлн куб. метров) и 7,8 млн тонн газового конденсата.
- Заполярное.
Газоконденсатное месторождение, пятое в мире по запасам газа. Открыто в 1965 году между Уренгоем и посёлком Тазовский, запущено в эксплуатацию в 2001-м. Запасы оценены в 2,6 трлн куб. метров.
- Медвежье.
Уникальное газовое месторождение в Ямало-Ненецком округе. Выдаёт около 4% газовой добычи России. Открыто в 1967-м, а с 1972-го - в постоянной эксплуатации, но выработано лишь вполовину. Начальные запасы газа, по оценкам, 4,7 трлн кубометров.
- Астраханское.
Берёт начало с 1976 года. Обнаружено рядом с Астраханью. Запасы оцениваются в 2,5 трлн куб. метров газа и 400 млн тонн конденсата. Эксплуатация началась в 1987-м. А новое открытие в 2014-м в этом районе ещё одного крупного месторождения газа лишь служит подтверждением, сюрпризов в регионе еще хватает.
- Сахалин-3.
Перспективный проект по освоению и разработке сразу нескольких крупных газовых месторождений, которые открываются в Тихом океане с конца 1970-х. Основные из них: Киринское, Южно-Киринское и Мынгинское. Добыча газа планируется на уровне 1,1 млрд куб. метров газа. Начальные запасы оценивались на уровне 162,5 млрд куб. метров газа.
Природный газ является смесью из определенных разновидностей газа, которые образуются глубоко в земле после разложения осадочных органических пород. Это полезное ископаемое, которое должно добываться вместе с нефтью или в качестве самостоятельного вещества.
Свойства природного газа
В естественном состоянии газ представлен в виде отдельных скоплений. Их принято называть газовыми залежами, которые скапливаются в земных недрах, как газовые шапки. Природный газ в некоторых случаях может находиться в глубоких слоях земли в состоянии полного растворения - это нефть или вода. Стандартные условия для образования газа - это наличие температурного режима в двадцать градусов и давление около 0,101325 Паскаля. Стоит отметить, что представленное полезное ископаемое из природного месторождения добывается только в газообразном состоянии - газогидраты.
Главные свойства природного газа - это отсутствие всякого запаха и цвета. Чтобы определить утечку, можно добавить такие вещества, как одоранты, которые имеют сильно выраженный и характерно неприятный запах. В большинстве случаев одорант заменяют на этил-меркаптан. Природный газ достаточно широко используют в качестве топлива на электрических станциях, в черной и цветной металлургии, цементных и стекольных промышленных предприятиях. Он может пригодиться во время производства строительных материалов, для коммунальных и бытовых нужд, а также в качестве уникального сырья для получения органических соединений при синтезе.
В каком состоянии транспортируется газ?
Чтобы значительно упростить задачу транспортировки и дальнейшего хранения газа, его необходимо сжижать. Дополнительное условие - это охлаждение природного газа, если есть постоянное повышенное давление. Свойства природного газа предоставляют возможности для перевозки его в обычных баллонах.
Для транспортировки газа в баллоне его необходимо разделить, после чего он будет состоять в большей части из пропана, а также включать в себя более тяжелые углеводороды. Это происходит потому, что метан и этан не могут находиться в жидких состояниях, особенно если воздух достаточно теплый (18-20 градусов). При транспортировке природного газа необходимо соблюдать все требования и установленные нормы. В противном случае можно столкнуться с взрывоопасными ситуациями.
Что собой представляет сжиженный природный газ?
Сжиженный газ является определенным состоянием природного газа, который охладили при помощи давления. Сжиженный природный газ приводится в такое состояние для того, чтобы его было легче хранить, и он не занимал много места при транспортировке. Таким образом, его можно доставить до конечного потребителя. Плотность газа в два раза меньше плотности бензина. В зависимости от состава его температура кипения может достигать до 160 градусов. Коэффициент сжижения или экономический режим составляет до 95 процентов.
Газ, который находится в скважинах, необходимо тщательным образом подготовить для дальнейшей транспортировки, чтобы привезти его на предприятия. Это могут быть химические заводы, котельные, а также городские газовые сети. Важность правильной подготовки заключается в том, что в природном газе находятся разнообразные примеси, которые вызывают определенные затруднения во время его транспортировки и применения.
Как добывается газ на территории России
Природный газ образуется в процессе смешивания разнообразных видов газа, которые находятся в земной коре. Глубина может достигать почти 2-3 километра. Газ может появиться в результате высокого температурного режима, а также давления. Но доступ кислорода к месту добычи должен полностью отсутствовать.
Добыча природного газа на территории Российской Федерации осуществляется сегодня в самой глубокой скважине. Она располагается возле города Новый Уренгой, где скважина уходит вглубь почти на шесть километров. Газ в этих недрах находится под сильным и высоким давлением. Правильная добыча природного вещества - это бурение скважин. В местах, где есть газ, ставят несколько скважин. Специалисты стараются выполнить бурение равномерно, чтобы пластовые давления имели одинаковое распределение.
Химический состав природного газа
Газ, который добывают из природных месторождений, состоит из углеводородных и не углеводородных компонентов. Природный газ - это метан, который включает в себя более тяжелые гомологи - этан, пропан и бутан. В некоторых случаях можно встретить природное вещество, в котором есть пары пентана и гексана. Углеводород, который содержится в залежах, принято считать тяжелым. Он может образовываться исключительно в процессе образования нефти, а также при преобразовании рассеянных органических веществ.
Помимо углеводородных компонентов, в природном газе имеются примеси диоксида углерода, азота, сероводорода, гелия и аргона. В газонефтяных месторождениях в некоторых случаях присутствуют жидкие пары.
Природный газ, к которому мы все так привыкли у себя на кухне, является близким родственником нефти. Состоит он по большей части из метана с примесями более тяжелых углеводородов (этана, пропана, бутана). В естественных природных условиях он также часто содержит примеси других газов (гелия, азота, сероводорода, углекислого газа).
Типичный состав природного газа:
Углеводороды :
- Метан – 70-98%
- Этан – 1-10%
- Пропан – до 5%
- Бутан – до 2%
- Пентан – до 1%
- Гексан – до 0,5%
Примеси :
- Азот – до 15%
- Гелий – до 5%
- Углекислый газ – до 1%
- Сероводород – менее 0,1%
Природный газ исключительно широко распространен в недрах земли. Его можно встретить в толще земной коры на глубине от нескольких сантиметров до 8 километров. Также как и нефть, природный газ, в процессе миграции в земной коре, попадает в ловушки (проницаемые пласты ограниченные непроницаемой толщей пород), в результате чего формируются газовые месторождения.
Пять крупнейших газовых месторождений России:
- Уренгойское (газовое)
- Ямбургское (нефтегазоконденсатное)
- Бованенковское (нефтегазоконденсатное)
- Штокмановское (газоконденсатное)
- Ленинградское (газовое)
Природный (углеводородный) газ – частый спутник нефтяных месторождений. Обычно он содержится в нефти в растворенном виде, а в некоторых случаях скапливается в верхней части месторождений, образуя так называемую газовую шапку. В течение длительного времени газ, выделяющийся при добыче нефти, и называемый попутным газом, был нежелательной составляющей процесса добычи. Чаще всего его просто сжигали в факелах.
Только за последние несколько десятков лет человечество научилось достаточно полно использовать все преимущества природного газа. Такая задержка в освоении этого чрезвычайно ценного вида топлива во многом связана с тем, что транспортировка газа и его использование в промышленности и быту требуют достаточно высокого технического и технологического уровня развития. Кроме того, природный газ, смешиваясь с воздухом, образует взрывоопасную смесь, что требует повышенных мер безопасности при его использовании.
Применение газа
Некоторые попытки применения газа предпринимались еще в XIX веке. Светильный газ, как его тогда называли, служил в качестве источника освещения. Разработку газовых месторождений в то время еще не вели, а для освещения использовали газ, добываемый вместе с нефтью. Поэтому такой газ часто называли нефтяным. Таким нефтяным газом, например, долгое время освещалась Казань. Использовали его и для освещения Петербурга и Москвы.
В настоящее время газ играет все более значительную роль в энергетике мира. Спектр его применения очень широк. Он используется в промышленности, в быту, в котельных, ТЭЦ, в качестве моторного топлива для автомашин и как исходное сырье в химической промышленности.
Газ считается относительно чистым видом топлива. При сжигании газа образуется только углекислый газ и вода. При этом выбросы углекислого газа почти в два раза меньше, чем при сжигании угля и в 1,3 раза меньше, чем при сжигании нефти. Не говоря уже о том, что при сжигании нефти и угля остаются еще копоть и зола. Благодаря тому, что из всех ископаемых видов топлива газ является наиболее экологически чистым видом, в энергетике современных мегаполисов он занимает доминирующее положение.
Как добывают газ
Также как и нефть, природный газ добывают при помощи скважин, которые распределяют равномерно по всей площади газового месторождения. Добыча происходит за счет разницы давлений в газоносном пласте и на поверхности. Под действием пластового давления газ выталкивается через скважины на поверхность, где попадет в систему сбора. Далее газ подается на установку комплексной подготовки газа, где его очищают от примесей. Если примесей в добываемом газе незначительное количество, тогда его могут сразу направить на газоперерабатывающий завод, минуя установку комплексной подготовки.
Как транспортируют газ
Транспортировка газа осуществляется преимущественно по трубопроводам. Основные объемы газа транспортируют магистральными газопроводами, где давление газа может достигать 118 атм. Потребителям же газ попадает через распределительные и внутридомовые газопроводы. Сначала газ проходит через газораспределительную станцию, где его давление снижается до 12 атм. Затем по распределительным газопроводам он подается на газорегуляторные пункты, где его давление снова понижают, на этот раз уже до 0,3 атм. После чего по внутридомовым газопроводам газ попадает к нам на кухню.
Вся эта огромная газораспределительная инфраструктура представляет собой поистине масштабную картину. Сотни и сотни тысяч километров газопроводов, опутавших собой практически всю территорию России. Если всю эту паутину газопроводов вытянуть в одну линию, то ее длины хватит, чтобы достать от Земли до Луны и обратно. И это только газотранспортная система России. Если же говорить о всей мировой газотранспортной инфраструктуре, то речь будет идти уже о миллионах километров трубопроводов.
Поскольку природный газ не обладает ни запахом, ни цветом, то для того, чтобы можно было оперативно обнаружить утечки газа, ему искусственно придается неприятный запах. Этот процесс называется одоризацией и происходит на газораспределительных станциях. В качестве одорантов, то есть неприятно пахнущих веществ, обычно используют серосодержащие соединения, например этантиол (EtSH).
Потребление газа носит сезонный характер. Зимой его потребление увеличивается, а летом снижается. Чтобы сгладить сезонные колебания в потреблении газа, вблизи крупных промышленных центров создают подземные хранилища газа (ПХГ). Это могут быть истощившиеся газовые месторождения, приспособленные под хранение газа или искусственно созданные подземные соляные пещеры. Летом излишки транспортируемого газа направляют в ПХГ, а зимой наоборот, возможный недостаток мощностей трубопроводной системы компенсируют отбором газа из хранилищ.
В мировой практике помимо газопроводов природный газ часто транспортируют в сжиженном виде посредством специальных судов – газовозов (метановозов). В сжиженном виде объем природного газа уменьшается в 600 раз, что удобно не только для транспортировки, но и для хранения. Для сжижения газ охлаждают до температуры конденсации (-161,5 °С) в результате чего он превращается в жидкость. В таком охлажденном виде он и транспортируется. Основными производителями сжиженного природного газа являются Катар, Индонезия, Малайзия, Австралия и Нигерия.
Перспективы и тенденции
Благодаря своей экологической чистоте и постоянному совершенствованию техники и технологий, как в добыче, так и в использовании газа, этот вид топлива приобретает все большую популярность. Компания BP, например, прогнозирует опережающий рост спроса на газ по сравнению с другими видами ископаемого топлива.
Рост потребности в газе приводит к поиску новых, часто нетрадиционных, источников газа. Такими источниками могут быть:
- Газ из угольных пластов
- Сланцевый газ
- Газогидраты
♦ Газ из угольных пластов начали добывать только в конце 1980-х годов. Впервые это было сделано в США, где была доказана коммерческая целесообразность такого вида добычи. В России Газпром начал испытывать этот метод с 2003 года, начав пробную добычу метана из угольных пластов в Кузбассе. Добычу газа из угольных пластов осуществляют и в других странах - Австралии, Канаде и Китае.
♦ Сланцевый газ . Сланцевая революция в добыче газа, случившаяся в США в последнее десятилетие, не сходит с первых полос периодической печати. Развитие технологии горизонтального бурения и позволило добывать газ из низкопроницаемых сланцев в объемах окупающих затраты на его извлечение. Феномен бурного развития добычи сланцевого газа в США подстегивает и другие страны к развитию данного направления. Помимо США активные работы по добыче сланцевого газа ведутся в Канаде. Также значительным потенциалом по развитию масштабной добычи сланцевого газа обладает Китай.
♦ Газогидраты . Значительная часть природного газа находится в кристаллическом состоянии в виде так называемых газогидратов (гидратов метана). Крупные запасы газогидратов существуют в океанах и в зонах вечной мерзлоты материков. В настоящее время оцениваемые запасы газа в виде газогидратов превосходят вместе взятые запасы нефти, угля и обычного газа. Разработкой экономически целесообразных технологий по добыче газогидратов усиленно занимаются в Японии, США и некоторых других странах. Особенно этой теме уделяет внимание Япония, лишенная традиционных запасов газа и вынужденная закупать этот вид ресурса по чрезвычайно высоким ценам.
Природный газ в качестве топлива и источника химических элементов имеет большое будущее. В отдаленной перспективе именно его рассматривают в качестве основного вида топлива, который будет использоваться в период перехода мировой энергетики на более чистые возобновляемые ресурсы.