Газы природные горючие. Общие сведения о природном газе. Обзор природного газа

Газы природные горючие

газообразные углеводороды, образующиеся в земной коре.

Общие сведения и геология . Промышленные месторождения Г. п. г. встречаются в виде обособленных скоплений, не связанных с каким-либо др. полезным ископаемым; в виде газонефтяных месторождений, в которых газообразные углеводороды полностью или частично растворены в нефти или находятся в свободном состоянии и заполняют повышенную часть залежи (газовые шапки) или верхние части сообщающихся между собой горизонтов газонефтяной свиты; в виде газоконденсатных месторождений, в которых газ обогащен жидкими, преимущественно низкокипящими углеводородами.

Г. п. г. состоят из метана, этана, пропана и бутана, иногда содержат примеси легкокипящих жидких углеводородов - пентана, гексана и др.; в них присутствуют также углекислый газ, азот, сероводород и инертные газы. Многие месторождения Г. п. г., залегающие на глубине не более 1,5 км, состоят почти из одного метана с небольшими примесями его гомологов (этапа, пропана, бутана), азота, аргона, иногда углекислого газа и сероводорода; с глубиной содержание гомологов метана обычно растет. В газоконденсатных месторождениях содержание гомологов метана значительно выше, чем метана. Это же характерно для газов нефтяных попутных (См. Газы нефтяные попутные). В отдельных газовых месторождениях наблюдается повышенное содержание углекислого газа, сероводорода и азота. Встречаются Г. п. г. в отложениях всех геологических систем начиная с конца протерозоя (рис. 1 ) и на различных глубинах, но чаще всего до 3 км. Образуются Г. п. г. в основном в результате катагенетического преобразования органического вещества осадочных горных пород (см. Газы земной коры). Залежи Г. п. г. формируются в природных ловушках на путях миграции газа.

Миграция происходит в результате статической или динамической нагрузки пород, выжимающих газ, а также при свободной диффузии газа из областей высокого давления в зоны меньшего давления. Различают внерезервуарную региональную миграцию сквозь мощные толщи пород различной проницаемости по капиллярам, порам, разломам и трещинам и внутрирезервуарную локальную миграцию внутри хорошо проницаемых пластов, коллектирующих газ.

Газовые залежи по особенностям их строения разделяются на две группы: пластовые и массивные (рис. 2 ). В пластовых залежах скопления газа приурочены к определённым пластам-коллекторам. Массивные залежи не подчиняются в своей локализации определённым пластам. Наиболее распространены среди пластовых сводовые залежи, сохраняемые мощной глинистой или галогенной покрышкой. Подземными природными резервуарами для 85% общего числа газовых и газоконденсатных залежей служат песчаные, песчано-алевритовые и алевритовые породы, нередко переслоённые глинами; в остальных 15% случаев коллекторами газа являются карбонатные породы. Серия залежей, подчинённых единой геологической структуре, составляет отдельные месторождения. Структуры месторождений различны для складчатых и платформенных условий. В складчатых районах выделяются две группы структур, связанные с антиклиналями и моноклиналями. В платформенных районах намечаются 4 группы структур: куполовидных и брахиантиклинальных поднятий, эрозионных и рифовых массивов, моноклиналей, синклинальных прогибов. Все газовые и газонефтяные месторождения приурочены к тому пли иному газонефтеносному осадочному (осадочно-породному) бассейну, представляющему собой автономные области крупного и длительного погружения в современной структуре земной коры. Среди них различают 4 группы: приуроченные к внутриплатформенным прогибам (например, Мичиганский и Иллинойсский бассейн Сев. Америки, Волго-Уральская обл. СССР); приуроченные к прогнутым краевым частям платформ (например, Зап.-Сибирский в СССР); контролируемые впадинами возрожденных гор (бассейны Скалистых гор в США, бассейны Ферганской и Таджикской впадин в СССР); связанные с предгорными и внутренними впадинами молодых альпийских горных сооружений (Калифорнийский бассейн в США, сахалинский бассейн в СССР). Всё больше открывается газовых залежей в зоне шельфа и в мелководных бассейнах (например, в Северном море крупные газовые месторождения - Уэст-Сол, Хьюит, Леман-Банк).

Мировые геологические запасы горючих газов на континентах, в зоне шельфов и мелководных морей, по прогнозной оценке, достигают 10 15 м 3 , что эквивалентно 10 12 т нефти.

СССР обладает огромными ресурсами Г. п. г. Наиболее крупными месторождениями являются: Уренгойское (4 триллиона м 3 ) и Заполярное (1,5 триллиона м 3 ), приуроченные к меловым отложениям Зап.-Сибирского бассейна Вуктыльское (750 млрд. м 3 ) и Оренбургское (650 млрд. м 3 ) в Волго-Уральской обл.; Газли (445 млрд. м 3 ) в Средней Азии; Шебслинское (390 млрд. м 3 ) на Украине; Ставропольское (220 млрд. м 3 ) на Сев. Кавказе. Среди зарубежных стран наиболее крупными запасами Г. п. г. располагают (оценка общих запасов в триллионах м 3 ): США (8,3), Алжир (4,0), Иран (3,1), Нидерланды (2,3); крупнейшими месторождениями за рубежом являются (в триллионах м 3 ): в США - Панхандл-Хьюготон (1,96); в Нидерландах - Слохтерен (Гронинген) (1,65); в Алжире - Хасси-Рмель (около 1).

Н. Б. Вассоевич.

Применение. Г. п. г. - высокоэкономичное энергетическое топливо, теплота сгорания 32,7 Мдж/м 3 (7800 ккал/м 3 ) и выше, широко применяется как топливо на электростанциях, в чёрной и цветной металлургии, цементной и стекольной промышленности, при производстве стройматериалов и для коммунально-бытовых нужд.

Углеводороды, входящие в состав Г. п. г., - сырьё для производства метилового спирта, формальдегида, ацетальдегида, уксусной кислоты, ацетона и др. органических соединений. Конверсией кислородом или водяным паром из метана - основного компонента Г. п. г. - получают синтез-газ (CO+H 2), широко применяемый для получения аммиака, спиртов и др. органических продуктов. Пиролиз ом и дегидрогенизацией (см. Гидрогенизация) метана получают ацетилен, сажу и водород, используемый главным образом для синтеза аммиака. Г. п. г. применяют также для получения олефиновых углеводородов, и в первую очередь этилена и пропилена, которые в свою очередь являются сырьём для дальнейшего органического синтеза. Из них производят пластические массы, синтетические каучуки, искусственные волокна и др. продукты.

С. Ф. Гудков.

Добыча Г. п. г. включает извлечение газов из недр, их сбор, учёт и подготовку к транспортировке потребителю (т. н. разработка газовых месторождений), а также эксплуатацию скважин и наземного оборудования. Особенность добычи Г. п. г. из недр по сравнению с добычей твёрдых полезных ископаемых состоит в том, что весь сложный путь газа от пласта до потребителя герметизирован.

Выходы Г. п. г. из естественных источников (например, «вечные огни» в Дагестане, Азербайджане, Иране и др.) использовались человеком с незапамятных времён. Позже нашёл применение природный газ, получаемый из колодцев и скважин (например, в 1-м тыс. н. э. в Китае, в провинции Сычуань, при бурении скважин на соль было открыто месторождение Цзылюцзин, газ которого служил для выпаривания соли из растворов). Эпизодическое использование природного газа, добываемого из случайно открытых залежей, продолжалось на протяжении многих столетий. К середине 19 в. относят применение природного газа как технологического топлива (например, на базе месторождения Дагестанские Огни было организовано стекольное производство). Поисками и разработкой газовых залежей не занимались вплоть до 20-х гг. 20 в., когда начинается промышленная разработка чисто газовых месторождений: вначале залегающих на малых (около сотен м ), а затем на всё больших глубинах. В этот период разработка месторождений велась примитивно: буровые скважины размещались на залежи по равномерной сетке с расстоянием между ними в среднем в 1 милю (1,6 км ). Добыча Г. п. г. из скважины составляла 10-20% от потенциальной производительности скважины (абсолютно свободного её дебита), а в отдельных случаях (при благоприятных геологических условиях и характеристике пласта) рабочие дебиты были большие.

В 30-х гг. благодаря развитию техники бурения (См. Бурение) скважин и переходу на большие глубины (1500-3000 м и более) был открыт новый тип залежи - газоконденсатный; разработка этих залежей потребовала создания новой технологии.

Конец 40-х гг. характеризуется интенсивным развитием отечественной газовой промышленности и внедрением в практику научных методов разработки газовых и газоконденсатных месторождений. В 1948 под руководством сов. учёного Б. Б. Лапука создан первый научно обоснованный проект разработки газового месторождения (Султангулово Куйбышевской обл.). В последующие годы промышленные месторождения Г. п. г. разрабатываются по проектам, составленным на основе последних достижений промысловой геологии, гидродинамики и др. Важным этапом освоения месторождения является его разведка. Детальная разведка газовой залежи требует бурения большого числа глубоких скважин (См. Скважина), часто количество разведочных скважин превышает необходимое число эксплуатационных.

Советскими учёными в послевоенный период созданы и внедрены новые методы разработки месторождений газа. На первой стадии освоения газовой залежи происходит её опытно-промышленная эксплуатация, в ходе которой (2-5 лет) уточняются характеристики залежи - свойства пласта, запасы газа, продуктивность скважин, степень подвижности пластовых вод и т. д. Месторождение подключается к ближайшему газопроводу или служит для газоснабжения местных потребителей. Вторая стадия - промышленная эксплуатация, основанная на достаточно полных сведениях о месторождении, полученных в ходе опытно-промышленной разработки. В этой стадии различают три основных периода - нарастающей, постоянной и падающей добычи. Первый период занимает 3-5 лет. Он связан с бурением скважин и оснащением газового промысла. За это время добывается 10-20% от общих запасов газа. Второй период продолжается около 10 лет, в течение которых из залежи отбирается 55-60% запасов газа. Количество скважин в это время растет, т. к. продуктивность каждой из них в отдельности падает, а общий отбор газа по залежи остаётся неизменным. Когда давление в пласте понижается до 5-6 Мн/м 2 (50-60 кгс/см 2 ), вводится в эксплуатацию дожимная Газокомпрессорная станция , повышающая давление газа, отбираемого из залежей, до значения, при котором обычно работает магистральный газопровод. Третий период - падающей добычи - не ограничен во времени. Разработка газовой залежи происходит в основном 15-20 лет. За это время извлекается 80-90% запасов газа.

В себестоимости добычи Г. п. г. 40-60% составляют затраты на сооружение эксплуатационных скважин. Чтобы скважина, пробурённая на газоносный пласт, дала газ, достаточно её открыть, однако высокодебитные скважины полностью открывать нельзя, т. к. при свободном истечении газа может произойти разрушение пласта и ствола скважины, обводнение скважины за счёт притока пластовой воды, нерационально будет расходоваться энергия газа, находящегося в пласте под давлением. Поэтому расход газа ограничивается, для чего обычно используется штуцер (местное сужение трубы), устанавливаемый чаще всего на головке скважины. Суточный рабочий дебит скважин составляет от десятков м 3 до нескольких млн. м 3 .

С конца 60-х гг. в СССР впервые в мировой практике пробурены сверхмощные скважины с диаметром эксплуатационной колонны 8-12 дюймов (200-300 мм ).

Продуктивность газовых скважин зависит от свойств пласта, метода его вскрытия и конструкции забоя скважины. Чем более проницаем пласт, чем он мощнее и чем лучше сообщается пласт с внутренней частью скважины, тем более продуктивна скважина. Для увеличения продуктивности газовой скважины в карбонатных породах (известняки, доломиты) забой обрабатывают соляной кислотой, которая, реагируя с породой, расширяет каналы притока газа; в крепких породах применяют торпедирование забоя, в результате которого призабойная зона пласта приобретает сеть трещин, облегчающих движение газа. Интенсификация притока газа достигается также с помощью т. и. гидропескоструйной перфорации колонны обсадных труб, улучшающей степень сообщаемости пласта со скважиной, и путём гидравлического разрыва пласта (См. Гидравлический разрыв пласта), при котором в пласте образуются одна или несколько больших трещин, заполненных крупным песком, имеющим низкое фильтрационное сопротивление. При выборе системы размещения скважин на газовом месторождении учитываются не только свойства пласта, но и топография местности, система сбора газа, характер истощения залежи, сроки ввода в эксплуатацию компрессорной станции и др. Скважины располагаются на площади месторождения равномерно по квадратной или треугольной сетке либо неравномерно - группами. Чаще применяется групповое размещение (рис. 3 ), при котором облегчается обслуживание скважин, возможна комплексная автоматизация процессов сбора, учёта и обработки продукции -Эта система обычно оказывается самой выгодной и по экономическим показателям Например, на Северо-Ставропольском газовом месторождении групповое расположение скважин в центральной части залежи позволило сократить (по сравнению с равномерным размещением) более чем вдвое число эксплуатационных скважин, что дало экономию около 10 млн. руб.

Разработка газоконденсатных месторождений осуществляется тремя основными способами. Первый, широко применяемый в США, состоит в том, что в пласте посредством обратной закачки в него газа, из которого на поверхности выделены тяжёлые углеводороды, поддерживается достаточно высокое давление (т. н. сайклинг-процесс); благодаря этому конденсат не выпадает в пласте и подаётся на поверхность в газообразном состоянии. Извлечение конденсата и обратная закачка тощего (с содержанием тяжёлых углеводородов - не больше 10%) газа в пласт продолжается, пока большая часть конденсата из залежи не извлечена. При этом запасы газа консервируются в течение длительного времени. Второй способ состоит в том, что для поддержания пластового давления в газоносные пласты закачивается вода. Это позволяет использовать извлекаемый газ немедленно после выделения из него конденсата. Однако закачка воды может привести к потерям как газа, так и конденсата вследствие т. н. защемления газа (неполное вытеснение газа водой). Этот способ применяется редко. По третьему способу газоконденсатные месторождения разрабатываются как чисто газовые. Этот способ используется в тех случаях, когда содержание конденсата в газе невелико или если общие запасы газа в месторождении малы.

Разработку газового месторождения осуществляет газовый промысел, который представляет собой сложное, размещенное на большой территории хозяйство. На среднем по масштабу газовом промысле имеются десятки скважин, которые расположены на территории, исчисляемой сотнями км 2 . Основные технологические задачи газового промысла - обеспечение запланированного режима работы скважин, сбор газа по скважинам, учёт его и подготовка к транспортировке (выделение из газа твёрдых и жидких примесей, конденсата тяжёлых углеводородов, осушка газа и очистка от сероводорода, содержание которого не должно превосходить 2 г на 100 м 3 ).

Способ выделения конденсата зависит от температуры, давления, состава газа и от того, обрабатывается ли газ чисто газового месторождения или газоконденсатного. Поступающий из залежи природный газ всегда содержит некоторое количество воды; соединяясь с углеводородами, она образует снеговидное вещество - гидраты углеводородов (см. Гидратообразование). Гидраты осложняют добычу и транспорт газа.

Прежде чем транспортировать Г. п. г. к местам потребления, их подвергают переработке, имеющей целью удаление из Г. п. г. механических примесей, вредных компонентов (H 2 S), тяжёлых углеводородных газов (пропана, бутана и др.) и водяных паров. Для удаления механических примесей применяются сепараторы различной конструкции. Удаление влаги из газов осуществляется низкотемпературной сепарацией, т. е. конденсацией водяных паров при низких температурах (до - 30 °С), развивающихся в сепараторах вследствие дросселирования газа (снижение давления газа в 2-4 раза), или поглощением водяных паров твёрдыми (см. Адсорбция) или жидкими (см. Абсорбция) веществами. Такими же способами выделяются из газов и тяжёлые углеводородные газы с получением сырого газового бензина, который затем разделяется (см. Ректификация) на стабильный газовый бензин и товарные лёгкие углеводороды (технический пропан, технический бутан, пропан-бутановая смесь и др. фракции). При необходимости из Г. п. г. удаляются и вредные вещества, главным образом сероводород. Для удаления серы из газов используется ряд твёрдых и жидких веществ, связывающих серу. Газ после обработки на промысле под давлением 4,5-5,5 Мн/м 2 (45-55 кгс/см 2 ) подаётся по коллектору для осушки на промысловый газосборный пункт или на головные сооружения магистрального газопровода. Г. п. г. чисто газовых месторождений обычно подвергаются лишь осушке и очистке от твёрдых примесей.

Переход к комплексному проектированию разработки газовых месторождений, интенсификация притока газа к скважинам, автоматизация установок на газовых промыслах позволили значительно увеличить рабочие дебиты скважин, улучшить подготовку газа к транспортировке и снизить себестоимость природного газа.

Лит.: Газовые месторождения СССР. Справочник, 2 изд., М., 1968; Еременко Н. А., Геология нефти и газа, М., 1968; Смирнов А. С., Ширковский А. И., Добыча н транспорт газа, М., 1957; Коротаев Ю. П., Полянскии А. П., Эксплуатация газовых скважин, 2 изд., М., 1961: Шмыгля П. Т., Разработка газовых и газоконденсатных месторождений (теория и практика), М., 1967; Базлов М. Н., Жуков А. И., Алексеев Т. С., Подготовка природного газа и конденсата к транспорту, М., 1968; Разработка газового месторождения системой неравномерно расположенных скважин, М., 1968; Гудков С. ф., Переработка углеводородов природных и попутных газов, М., 1960.

Е. В. Левыкин.

- (a. combustible natural gases; н. naturliche Brenngase; ф. gaz naturels combustibles; и. gases combustibles naturales) смеси углеводородов метанового ряда и неуглеводородных компонентов, встречающиеся в осадочном чехле земной коры в виде… … Геологическая энциклопедия

Смеси углеводородов метанового ряда и неуглеводородных компонентов, встречающиеся в осадочном чехле земной коры в виде свободных скоплений, а также в растворенном (в нефти и пластовых водах), рассеянном (сорбированные породами) и твердом (в… … Большой Энциклопедический словарь

Смеси углеводородов метанового ряда и неуглеводородных компонентов, встречающиеся в осадочном чехле земной коры в виде свободных скоплений, а также в растворённом (в нефти и пластовых водах), рассеянном (сорбированные породами) и твердом (в… … Энциклопедический словарь

Смеси углеводородов метанового ряда и неуглеводородных компонентов, встречающиеся в осадочном чехле земной коры в виде свободных скоплений, а также в растворённом (в нефти и пластовых водах), рассеянном (сорбированные породами) и тв. (в… … Естествознание. Энциклопедический словарь

- (классификация) встречаются и проявляют себя в разл. геол. и геохим. условиях, весьма разнообразны по хим. сост. и физ. свойствам. Известны классификации Г. п.: Вернадского (1912, 1934), Соколова (1930), Хлопина и Черепенникова (1935), Белоусова… … Геологическая энциклопедия

Невозобновимые горючие углеводородные газы, образующиеся в земной коре. Основной компонент природных газов метан (около 98%); входят также этан, пропан, бутан, изобутан и пентан. Мировые запасы природных газов, по прогнозной оценке, составляют… … Экологический словарь

Совокупность газовых компонентов, встречающихся в различных состояниях: свободном (гл. обр. в атмосфере Земли, в пористых и трещиноватых горных породах), растворённом (в нефти, подземных водах) и твёрдом (в кристаллогидратах). По условиям… … Энциклопедия техники

Газы, встречающиеся в земной коре в свободном состоянии, в виде раствора в воде и нефти и в состоянии, сорбированном породами, особенно ископаемыми углями. Количество газов в геосферах Земли возрастает в глубь планеты (табл. 1). В… …

Газообразные вещества, способные гореть. В широком смысле слова к Г. г. относятся водород, окись углерода, сероводород, газообразные углеводороды (например, метан, этан, этилен). В технике под Г. г. обычно понимают природные и… … Большая советская энциклопедия

Все знают, что природный газ - одно из важнейших горючих ископаемых, занимающее ключевые позиции в топливно-энергетических балансах многих государств, важное сырье для химической промышленности. Существуют факты, из которых можно узнать много интересного и полезного о газе, о чем многие из нас даже не догадываются.

1. Природный газ не имеет ни цвета, ни вкуса, ни запаха. Характерный же запах, напоминающий запах тухлых яиц, говорит о том, что после добычи в газ добавляют специальное вещество - одорант, запах которого как раз напоминает тухлые яйца. Одорант необходим, чтобы предупредить человека об утечке.

2. В 1971 году при бурении разведочной скважины в Туркменистане геологи наткнулись на подземную полость. Образовался провал, заполненный газом, в который опустилась буровая вышка со всем оборудованием. Чтобы вредный газ не выходил наружу, его решили поджечь. Предполагали, что через несколько дней пожар потухнет, однако газ горит и по сей день. Путешественники дали этому месту название «Дверь в преисподнюю».

3. Канарейки очень чувствительны к содержанию в воздухе метана. Эту особенность использовали в свое время шахтеры, которые, спускаясь под землю, брали с собой клетку с канарейкой. Если пения давно не было слышно, значит следовало подниматься наверх как можно быстрее.

4. Во время Первой мировой войны кошек держали в окопах, чтобы они заранее предупреждали о газовой атаке. А в годы Второй мировой их брали на борт субмарин в качестве живых детекторов качества воздуха.

5. В некоторых штатах американцы добавляют в газ, идущий по газопроводам, химическое вещество с запахом тухлого мяса. Это позволяет легко находить место утечки, над которым начинают кружиться грифы.

6. В XIX веке в России и Европе для освещения улиц использовали искусственный светильный газ, который производили из каменного угля. Этот газ выделялся при нагревании угля в специальных закрытых сосудах - ретортах. Его накапливали в хранилищах и по системе трубопроводов доставляли к уличным газовым фонарям. В России первый завод по производству светильного газа был построен в Петербурге в 1835 году.

7. Еще в древности природный газ начали использовать для домашних нужд. Например, в I веке н.э. персидский царь приказал построить дворцовую кухню на месте, где газ выходил на поверхность. Огонь там горел день и ночь, и не нужно было тратить ни дрова, ни уголь на то, чтобы его поддерживать

8. Длина самого большого в мире танкера для перевозки сжиженного природного газа составляет 345 метров - это в три с половиной раза длиннее, чем футбольное поле.

9. Самый длинный в мире подводный газопровод проложен между Норвегией и Великобританией по дну Северного моря. Называется он «Лангелед». Его длина составляет 1200 км.

10. Общая протяженность газопроводов в России в два раза больше, чем расстояние от Земли до Луны или в 20 раз больше, чем протяженность экватора.

Общие сведения о природном газе. Обзор природного газа.

Природный газ - общая информация

Природный газ, он же газ натуральный - это наиболее экологически чистый и экономически эффективный энергоноситель современности, не имеющей ни цвета, ни запаха. Характерный аромат бытового газа придается ему искусственно с целью возможности предотвращения его утечки и дальнейших неприятных последствий, связанных с взрывоопасностью данного вещества. Операция по введению в газ пахучих веществ называется одоризацией, а вводимое вещество - одорантом - В РФ это тиолы, в частности, этантиол = этилмеркаптан, часто просто "меркаптан".

Две основные концепции происхождения - 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 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.

Природный газ может существовать:

• в виде газовых залежей, находящихся в пластах некоторых горных пород,
• в виде газовых шапок (над нефтью),
• в растворенном или кристаллическом виде,
• а также природный газ может находиться в виде газогидратов (гидраты природных газов - это газовые гидраты или клатраты - кристаллические соединения, образующиеся при определенных термобарических условиях из воды и газа).

Природный газ имеет ряд преимуществ по сравнению с другими видами топлива и сырья :

• стоимость добычи природного газа значительно ниже, чем других видов топлива; производительность труда при его добыче выше, чем при добыче нефти и угля;
• при газовом отоплении городов и населенных пунктов гораздо меньше загрязняется воздушный бассейн;
• при работе на природном газе обеспечивается возможность автоматизации процессов горения, достигаются высокие КПД;
• высокие температуры в процессе горения (более 2000°С) и удельная теплота сгорания позволяют эффективно применять природный газ в качестве энергетического и технологического топлива.

Химический состав (подробнее про природный газ -)

Химический состав природного газа достаточно прост. Основную часть этого вида газа составляет метан (CH4) - простейший углеводород (органическое соединение, состоящее из атомов углерода и водорода), его доля в среднем 92%.

В зависимости от содержания метана выделяются две основные группы природного газа:

• Природный газ группы H (Н-газ, т.е. высококалорийный газ) в связи с высоким содержанием метана (от 87% до 99%) является самым высококачественным. Российский природный газ относится к группе Н и отличается высокой теплотворной способностью. Ввиду высокого содержания метана (~ 98%) он является самым высококачественным природным газом мира.
• Природный газ группы L (L-газ, т.е. низкокалорийный газ) - это природный газ с менее высоким содержанием метана - от 80% до 87%. Если требования по качеству не выполняются (11,1 кВт-ч/куб.м), то часто газ нельзя поставлять непосредственно конечному потребителю без дополнительной переработки.

Помимо метана в состав природного газа могут входить более тяжелые углеводороды, гомологи метана: этан (C2H6), пропан (C3H8), бутан (C4H10) и некоторые неуглеводородные примеси. В то же время важно, что состав природного газа не постоянен и меняется от месторождения к месторождению.

Физические свойства (подробнее про природный газ - )

Ориентировочные физические характеристики (зависят от состава):

• Плотность: от 0,7 до 1,0 кг/м3 (сухой газообразный, при нормальных условиях) либо 400 кг/м3 (жидкий).
• Температура возгорания: t = 650°C .
• Теплота сгорания одного м3 природного газа в газообразном состоянии при н.у.: 28-46 МДж, или 6,7-11,0 Мкал.
• Октановое число при использовании в двигателях внутреннего сгорания: 120-130.
• Легче воздуха в 1,8 раз, поэтому при утечке не собирается в низинах, а поднимается вверх.

Что такое природный газ?

Природный газ (natural gas) – один из наиболее распространенных и востребованных первичных энергоносителей на планете Земля. Эксперты Международного энергетического агентства считают, что на его долю приходится и в перспективе до 2040 года будет приходиться порядка 22% - 25%. При этом физические объемы мирового потребления природного газа могут вырасти в 1,5 раза до 190 – 200 квадриллионов BTU.

Доля первичных энергоносителей в мировом топливном балансе в 2013 году
Источник: BP Statistical Review of World Energy. June 2014, 63rd edition

Метан – третий по распространенности во Вселенной газ после водорода и гелия. Именно поэтому, он может стать компонентом ракетного топлива при дальних космических перелетах.

СУГ - сжиженный углеводородный газ (liquefied petroleum gas - LPG)- представляет собой смесь пропана и бутана, а основой природного газа является метан. Поэтому для простоты СУГ часто называют «пропаном», а КПГ и СПГ – «метаном». В некоторых странах пропан ещё называют «автомобильным газом = autogas».

Пропан и метан относятся к одной «семье»: газы природные горючие . А компримированный и сжиженный природный газы (КПГ и СПГ) – вообще «родные братья». И все же, как это часто бывает в семье, у них разные характеры, точнее – физико-химические свойства . Эти различия определяют особенности конструкции двигателей газовых автомобилей, бортовых систем хранения топлива, заправочных станций, правил безопасности и эксплуатации.

Природный газ - уникальное по своим экологическим и экономическим свойствам сырье и энергоноситель - эффективно применяется для производства тепла и электричества, приготовления пищи, освещения, кондиционирования, а также в качестве топлива для транспортных средств и стационарных двигателей. Из природного газа можно получать много полезных продуктов, включая синтетическое жидкое моторное топливо.

Основу природного газа, как уже сказано, составляет метан (СН4). Он не имеет цвета и запаха; легче воздуха; химически неактивен, легко растворяется в газовых и жидких средах, например в воздухе, воде или нефти.

Состав природного газа зависит от его месторождения и происхождения. Так содержание метана в нем может колебаться от 75% до 99%. В нем также может содержаться от 1% до 15% этана, от 1% до 10% пропана, присутствуют фракции бутана и этана. В природном газе может содержаться значительное количество серы, гелия, углекислоты, ртути.

В Германии, например, на АГНКС можно заправиться различными «сортами» природного газа, различающимися составом и энергетической ценностью. КПГ с меньшим содержанием метана (L-Gas – например, из месторождений Северного моря) стоит несколько дешевле, чем КПГ из России (H-Gas ), в котором содержание метана выше.

В зависимости от состава природного газа (в газооборазном состоянии) плотность метана (по данным GIIGNL - International Group of Liquefied Natural Gas Importers) может варьироваться от 0,72 (газ из меторождений Аляски) до 0,86 (ливийский газ) кг на 1 м 3 . Для газа Сахалина этот показатель составляет 0,79 кг на 1 м 3 . Соответственно, меняется и количество метана в кубическом метре сжиженного газа: от 478,72 кг (Аляска) до 421,39 (Ливия); в сахалинском СПГ 450,67 кг.

Состав природного газа различных поставщиков
Источник: Energiewirtschaft. Einfuhrung in Energie und Politik

Природный газ имеет главным образом органическое происхождение . Также как и торф, уголь и нефть, природный газ является продуктом разложения многолетних накоплений остатков биомассы растительного и животного происхождения.

Для образования ископаемых видов топлива потребовались сотни миллионов лет, высокие температуры, огромные давления и отсутствие кислорода. Сказанное не относится только к торфу, формирование которого на планете продолжается и сейчас (примерно по 260 - 280 миллионов тонн в год).

Природные газы на основе метана сопровождают месторождения других видов ископаемого топлива: с нефтью соседствует попутный газ (associated gas); в залежах угля присутствует метан угольных пластов (рудничный газ - coal gas;, шахтный метан - coal bed methane); в топях рождается болотный газ (marsh gas).

Есть в природе и такой ресурс как сланцевый газ (shale gas). Технологии его получения вызывают много вопросов с точки зрения экологии, безопасности и стоимости, однако исключать этот ресурс нельзя.

Ну и наконец, можно сказать, что люди и животные также являются «мини-заводами» по производству биометана. В процессе переваривания (разложения) органических продуктов участвуют бактерии, продуктом жизнедеятельности части которых является СН4.

Шутливые концепции использования биометана для заправки автомобилей

Известны технологии ускоренного получения природного газа. Наиболее распространено получение биогаза в процессе анаэробного (без доступа кислорода) разложения (сбраживания) твердой или жидкой органической массы растительного или животного происхождения. Так, например, биогаз получают из канализационных отходов (sewage gas), на мусорных полигонах (landfill gas), фермах для скота и птицы.

Биогаз (biogas) нельзя применять в качестве моторного топлива, поскольку он беден собственно метаном, но содержит большое количество примесей. Такой газ может применяться для получения тепла и электроэнергии. Для эффективного использования в двигателях биогаз нужно обогатить метаном не менее чем до 90%. В результате этого недешевого процесса биогаз превращается в биометан (biomethane).

Существуют технологии искусственного синтеза природного газа (синтезгаз = synthetic gas = syngas). Так, например, используя ветровую или солнечную энергию, вырабатывают электричество для выделения водорода из воды, который в свою очередь соединяют с углеродом, извлекаемым из углекислого газа. Такие проекты в экспериментальном порядке осуществляют, например, концерны ENI и Audi. Эту разновидность природного газа стали называть e-gas .

Синтез газа можно осуществлять и с применением традиционного сетевого электричества. Эту технологию называют «электричество в газ = power to gas» - процесс обратный давно известному “газ в электричество = gas to power”. Считается, что таким образом можно эффективно (т.е. рентабельно) аккумулировать и транспортировать электроэнергию для автономного энергообеспечения недоступных районов или компенсации пиковых нагрузок в периоды повышенного спроса на энергоносители.

Совсем необязательно использовать водород для синтеза природного газа. Его можно использоваться в качестве моторного топлива и в чистом виде. Пока эти работы находятся на стадии исследований и экспериментов. Водород, также как и биометан дорог и может конкурировать с традиционными видами топлива только при поддержке государства или спонсоров. Нередко говорят, что природный газ – переходный период к водородной энергетике. Заправочная инфраструктура для КПГ и СПГ может после некоторой доработки применяться для водорода.

Комплекс производства, компримирования и заправки водорода
Многотопливная АЗС Agip, Коллесалветти, Ливорно, Италия

Нельзя не упомянуть еще одну газовую технологию: получение синтетического жидкого топлива – СЖТ. Эта технология известна за рубежом как «газ в жидкость » (gas-to-liquid = GTL). Идея также не новая. Однако задача заключается в том, чтобы сделать её рентабельной. Вероятно, в недалеком будущем эта задача будет решена.

Что такое газ, химический состав, физические свойства, месторождения природного газа, синтез природного газа, и т.д.

Исторические факты о природном газе:

Еще три века назад слова “газ” не существовало. Его впервые ввел в XVII веке голландский ученый Ван-Гельмонт. Оно определяло вещество, в отличии от жидких и твердых тел способное распространятся по всему доступному ему пространству (в обычных условиях) без скачкообразного изменения своих свойств, то есть занимать весь предоставленный ему объем. С тех пор слово “газ” во все основные языки мира. Из истории развития человечества известно, что природный горючий газ был известен с древнейших времен, но использование его не имело широкого распространения. В местах выхода его на поверхность земли он иногда загорался, и такой факел существовал долгое время. Эти факелы называли вечным огнем, и первые сведения о них находим у Масуди (X в.), Катдиб-Челяби и др. А вот жители Ирака и Индии были убеждены, что когда из расщелин среди скал поднимаются в высь языки пламени, то происходит это по велению бога огня. Поэтому этот огонь считается здесь священным. Так же в своих записках о путешествиях Марко Поло упоминает о том, что природные газы использовались для освещения и отопления в некоторых районах Китая. Путешественник Кемпфер в своих отчетах о посещении Апшерона в 1682-1686 гг. писал, что местные аборигены данного полуострова для приготовления пищи и обжига известняков широко используют горючие газы. В XIX веке природный газ использовался в первых светофорах, а для освещения улиц городов применялись газовые лампы. В ряде других литературных источниках часто упоминаются “вечные огни” в Сураханах (на Апшеронском полуострове), существовавшие еще в начале XX в. и привлекавшие большое внимание исследователей.

Химический состав и физические свойства природного газа:

Все газообразные, в большинстве своем неочищенные углеводородные соединения, которые добываются из недр земли и являются горючими и называются природным газом (п.г.). Они не имеют запаха (чтобы можно было определить утечку по запаху, в газ добавляют небольшое количество меркаптанов, имеющих резкий неприятный запах, это - т. н. одоранты) и содержат множество примесей. Большинство топливных газов являются смесью горючих и негорючих газов, с преобладанием горючих компонентов: метана, этана, пропана и бутана, (в порядке уменьшения их содержания). П. г. не содержит свободного водорода, монооксида углерода, кислорода, олефинов или ацетилена, хотя во многих залежах имеются диоксид углерода (углекислый газ), азот, сероводород и инертные газы. Ряд месторождений п. г., содержит промышленные концентрации гелия. Составную часть п. г. составляет метан (CH4) - до 98 %. В состав природного газа могут также входить более тяжёлые углеводороды т.к. этан (C2H6), пропан (C3H8), бутан (C4H10), гомологи метана (соединения, принадлежащие к одному классу, но отличающиеся друг от друга по составу на целое число групп СН2). Также в состав п.г. входят другие не углеводородные вещества (ухудшают качество природного газа): водород (H2), сероводород (H2S), диоксид углерода (СО2), азот (N2), гелий (Не). П. г. относится к полезным ископаемым, и является высокоэкономичным энергетическим топливом.
Относительные физические характеристики п. г.:
Плотность: ρ = 0,7 кг/м³ (сухой газообразный) либо 400 кг/м³ (жидкий);
Температура самовозгорания: t = 650 °C;
Взрывоопасные концентрации смеси газа с воздухом: от 5 % до 15 % объёмных;
Удельная теплота сгорания: от 16 до 42 МДж/м³ (газообразного).

Применение

Энергетическая и химическая ценность п. г. определяется содержанием в нём углеводородов. П. г. в пластовых условиях (условиях залегания в земных недрах) находится в газовом состоянии в виде отдельных скоплений (газовых залежей) или в виде газовой шапки нефтегазовых месторождений - это свободный газ, либо в растворённом состоянии в нефти или воде (в пластовых условиях), а в стандартных условиях (0,101325 МПа при 20 °С) - только в газовом состоянии. Также природный газ может находиться в виде газогидратов (газовые гидраты или клатраты - кристаллические соединения, образующиеся при определённых термобарических условиях из воды и газа.). Разница в составе природного и попутного нефтяного газа имеется. В последнем, как правило, больше сравнительно тяжёлых углеводородов, которые обязательно отделяются, прежде чем использовать газ. Природный газ называется «сухим», если почти не содержит бензина (менее 1 л на 25 м3 газа). «Жирный» газ может содержать бензина в 10 раз больше. Смесь жидких углеродов может быть получена, как путем сжатия и охлаждения газа, так и путем его абсорбции нефтью. Полученные жидкости называются сжиженным нефтяным газом (газоконденсатом) и имеют разнообразное применение.
Главное использование п.г. - в качестве топлива (октановое число при использовании в двс: 105-110, используется сильно сжатый метан, точнее п. г.) в промышленности и быту. В промышленности он применяется как топливо на электростанциях, цементной и стекольной промышленности, при производстве стройматериалов и для коммунально-бытовых нужд, в цветной и чёрной металлургии, при выплавке металлов, при выплавке стекла, так же как сырье для получения органических соединений при синтезе, производстве извести и цемента, приготовлении хлеба и другой пищи и во многих других случаях. Он используется также в производстве бензина, сажи и некоторых важных химических продуктов, т.к. метиловый спирт, формальдегид, синтетический аммиак. Г. п. применяют для получения олефиновых углеводородов, и в первую очередь этилена и пропилена, которые в свою очередь являются сырьём для дальнейшего органического синтеза. Из них производят пластические массы, синтетические каучуки, искусственные волокна и др. продукты. В домашнем хозяйстве газ служит горючим в печах, нагревательных приборах, газовых плитах и т.п. В качестве газообразного топлива обычно используются природный газ, нефтяной (попутный) газ и остаточные газы технических процессов, например, коксовый газ, доменный газ, газ получаемый в генераторе с отсасыванием и т.д. П. г. одно из важнейших горючих ископаемых, занимающие ключевые позиции в топливно-энергетических балансах многих государств. На сегодняшний день п. г. является наиболее важным первичным источником энергии.

Топливные газы разделяются на четыре группы в соответствии с теплотворной способностью (Hu) следующим образом:

Г еология природного газа:

Залежи п.г. как и угля, и нефти, образовались в местах отложений простых организмов, которые преобразовались под воздействием высоких давлений и температур. Серия залежей, подчинённых единой геологической структуре, составляет отдельные месторождения. Месторождения природного газа находятся в пористых горных породах, образовавшихся в результате тектонических сдвигов. Структуры месторождений различны для складчатых и платформенных условий. В складчатых районах выделяются две группы структур, связанные с антиклиналями и моноклиналями. В платформенных районах намечаются четыре группы структур: куполовидных и брахиантиклинальных поднятий, эрозионных и рифовых массивов, моноклиналей, синклинальных прогибов. Все газовые и газонефтяные месторождения приурочены к тому пли иному газо-нефтеносному осадочному (осадочно-породному) бассейну, представляющему собой автономные области крупного и длительного погружения в современной структуре земной коры. Состав природного газа существенно отличается от одного месторождения к другому. Газовые залежи по особенностям их строения разделяются на две группы: пластовые и массивные. В пластовых залежах скопления газа приурочены к определённым пластам-коллекторам. Массивные залежи не подчиняются в своей локализации определённым пластам. Наиболее распространены среди пластовых сводовые залежи, сохраняемые мощной глинистой или галогенной покрышкой. Подземными природными резервуарами для 85% общего числа газовых и газоконденсатных залежей служат песчаные, песчано-алевритовые и алевритовые породы, нередко переслоённые глинами; в остальных 15% случаев коллекторами газа являются карбонатные породы.
Многие месторождения п. г., залегающие на глубине не более 1,5 км, состоят почти из одного метана с небольшими примесями его гомологов (этапа, пропана, бутана), азота, аргона, иногда углекислого газа и сероводорода; с глубиной содержание гомологов метана обычно растет. В газоконденсатных месторождениях содержание гомологов метана значительно выше, чем метана. Это же характерно для газов нефтяных попутных. В отдельных газовых месторождениях наблюдается повышенное содержание углекислого газа, сероводорода и азота. Поэтому перед использованием природный газ должен проходить обработку, позволяющую удалить ненужные компоненты, например, сернистокислую соль, воду и т.д. Обработка, как правило, осуществляется на месте добычи. При этом особую сложность представляет удаление серных соединений, поскольку при их сжигании выделяется токсичный сернистый газ (SO2).Встречаются п. г. в отложениях всех геологических систем начиная с конца протерозоя и на различных глубинах, но чаще всего до 3 км. Образуются п. г. в основном в результате катагенетического преобразования органического вещества осадочных горных пород. Залежи п. г. формируются в природных ловушках на путях миграции газа. Миграция происходит в результате статической или динамической нагрузки пород, выжимающих газ, а также при свободной диффузии газа из областей высокого давления в зоны меньшего давления. Различают внерезервуарную региональную миграцию сквозь мощные толщи пород различной проницаемости по капиллярам, порам, разломам и трещинам и внутрирезервуарную локальную миграцию внутри хорошо проницаемых пластов, коллектирующих газ.
Часть мирового запаса газа сосредоточена в виде так называемых газовых гидратов состава М*nH2O (где М-молекула газа, а величина n колеблется от 5.75 до 17), или клатратов. Внешне они напоминают спрессованный снег. Их месторождения существуют в условия вечной и многолетней мерзлоты и представляют собой потенциальный источник добычи газа методами, сходными с традиционными способами добычи твёрдых горючих ископаемых. Но пока газовые гидраты осложняют работы газодобытчиков Севера - забивают скважины и трубопроводы, уменьшают их пропускную способность. Для борьбы с ними в скважины закачивают некоторые химикаты или сжигают часть газа.