2020-01-14
254
Природные газы представляют собой смесь, состоящую из нескольких чистых веществ, химически не взаимодействующих между собой: метана СН4, этана С2Н6, пропана С3Н8, бутана С4Н10 и других углеводородов.
Технологические характеристики природных газов и их компонентов.
В природных газах чисто газовых месторождений страны основным компонентом смеси является метан СН4 содержание которого в смеси составляет от 92 до 98% по объему. Остальные 2—8% приходится на «производные» метана — гомологи метана и азота. Как отмечалось выше, кроме чисто газовых месторождений, имеются так называемые газоконденсатные месторождения. Конденсат состоит из легких бензиновых фракций и сжиженных углеводородных газов, обладающих способностью к выпадению из смеси.
Кроме двух названных типов газовых месторождений, различают еще понятие нефтепромысловых газов, сопутствующих месторождениям нефти. Содержание метана в таких газах колеблется от 30 до 90% по объему. Этот газ выделяется из нефти, поднимаемой на поверхность, в специальных ловушках-трапах. Обычно в 1 тонне добываемой нефти содержится 200^400 м3 газа при нормальных физических условиях.
|
|
|
Теплофизические свойства метана, содержащегося в большом количестве в природных газах, перекачиваемых по газопроводам, практически полностью и определяют свойства природных газов.
Метан СН4 - наиболее легкий из углеводородов, плотность его при
нормальных физических условиях составляет 0,717 кг/м3. Отношение его плотности к плотности воздуха равно 0,554.
Метан - это бесцветный газ, не имеющий запаха. Он нетоксичен, но при большой концентрации в воздухе вызывает удушье. При давлении 0,1 МПа и температуре-162 °С он сжижается.
Вслед за метаном в гомологическом ряду идет этан С2Н6. По плотности этот газ близок к воздуху; при давлении 0,1 МПа и температуре 20 °С он может рассматриваться как идеальный газ. В природных газах чисто газовых месторождений содержатся лишь доли процента этана. Увеличение содержания этана в составе природного газа повышает его теплоту сгорания. В соответствии с этим этан является ценным компонентом газообразования топлива.
Следующий насыщенный углеводород — пропан С3Н6. Пропан в 1,5 раза тяжелее воздуха. Различие в составе пропана и этана сводится к наличию в молекуле пропана одной группы СН2. Каждый последующий углеводород данного гомологического ряда отличается от предыдущего на одну группу СН2, называемую группой гомологической разности. Пропан содержится в сравнительно незначительном количестве в природных газах чисто газовых месторождений. Значительно больше его содержится в природных газах газоконденсатных месторождений. Пропан легко сжижается. Температура сжижения его при атмосферном давлении равна -43 °С. При снижении давления сжиженный пропан легко испаряется, что позволяет хранить и транспортировать его в сжиженном виде при небольшом давлении, а перед использованием регазифицировать и сжигать в газообразном состоянии.
|
|
|
Бутан С4Н10- газ, имеющий два изомера - н. бутан и изобутан. Оба изомера при давлении 0,1 МПа легко переходят в жидкое состояние. При этом давлении н. бутан становится жидкостью при температуре -0,5 "С, а изобутан при температуре -10,5 °С. Следовательно, бутан, как и пропан, легко сжижаются и составляют основу сжиженных углеводородных газов. Парциальные давления этана, пропана и бутана очень малы, и в газовой смеси они могут рассматриваться как идеальные газы. Кроме углеводородов, в состав природных газов входят негорючие газы, к которым относятся азот, диоксид углерода, или углекислый газ, и кислород.
Азот N является двухатомным бесцветным газом, не имеющим запаха и вкуса. Азот практически не реагирует с кислородом, поэтому его рассматривают как инертный газ. В большинстве природных газов его содержание составляет 0,5-3%.
Диоксид углерода С02 является бесцветным тяжелым газом со слегка кисловатым запахом и вкусом. Этот газ не способен к горению. При высоком содержании углекислого газа в воздухе (5—10% по объему) этот газ вызывает удушье. Содержание диоксида углерода в природном газе обычно не превышает 1% по объему.
При давлении 0,1 МПа диоксид углерода, минуя жидкое состояние, переходит в твердое состояние при температуре - 78 0С. Твердый диоксид углерода называют сухим льдом и используют для хранения пищевых продуктов.
Кислород О, является бесцветным газом без запаха и вкуса. Плотность кислорода при нормальных физических условиях равна 1,34 кг/м3. В процессе горения кислород играет роль окислителя. Примесь кислорода в газообразном топливе допускается не более 1 % по объему как по соображениям взрывобезопасности, так и в целях предохранения оборудования от коррозии.
Таблица 1
Физические характеристики компонентов природного газа.
| Компонент состава газа | Формула | Мольная масса | Плотность, кг/м3 | Плотность по отношению к воздуху | Температура сжижения, 0С |
| Метан | сн4 | 16,04 | 0,72 | 0,55 | -161,5 |
| Этан | с2н6 | 30,07 | 1,36 | 1,05 | -89 |
| Пропан | с3н8 | 44,09 | 2,02 | 1,55 | -42 |
| Бутан | с4н10 | 58,12 | 2,70 | 2,08 | -1 |
| Пентан | с5н12 | 72,15 | 3,22 | 2.50 | + 36 |
| Гексан | с6н14 | 86,18 | - | 3.00 | + 68 |
| Этилен | с2н4 | 28,05 | 1,26 | 0,98 | -104 |
| Пропен | с3н6 | 42,08 | 1,92 | 1,48 | -48 |
| Бутен | с4н8 | 56,10 | 2,60 | 2,00 | -6 |
| Пентен | с5н10 | 70,13 | 3,13 | - | - |
| Ацетилен | с2н2 | 26,04 | 1,17 | 0,31 | -84 |
| Бензол | с6н6 | 78,11 | 3,48 | - | - |
| Оксид углер. | со | 28,01 | 1,25 | 0,97 | -192 |
| Углекис.газ | со2 | 44,01 | 1,98 | 1,53 | -78 |
| Сероводород | H2S | 34,08 | 1,54 | 1,19 | +46 |
| Азот | N2 | 28,02 | 1,25 | 0,97 | -196 |
| Кислород | о2 | 32,0 | 1,43 | 1,10 | -186 |
| Водород | Н2 | 2,02 | 0,09- | 0,07 | -253 |
| Водяной пар | н2о | 18,02 | 0,77 | 0,59 | + 100 |
Углеводородные газы — один из важнейших видов энергетических ресурсов, а также источников сырья для нефтехимии. Доля нефти и газа, используемая в нефтехимической и химической промышленности составляет 4–10 % от мирового потребления. Доля газа в топливно-энергетическом комплексе непрерывно возрастает. По прогнозу общее потребление энергоресурсов в мире в 2020 г. составит 17–23 млрд т. условного топлива (теплотворной способностью 29,5 кДж/т). Из них на газ придется 26,2 %.
Природные газы в зависимости от условий происхождения и залегания в земной коре подразделяются на три группы:
- чисто газовые месторождения,
- газонефтяные (газ растворен в нефти или находится в виде газовой шапки над нефтяной залежью),
- газоконденсатные (при давлении в пласте свыше 30–60 МПа в газах растворяются углеводороды, кипящие до 360 °С.
|
|
|
При выходе газа из скважины на поверхность и сброса давления жидкие углеводороды конденсируются и отделяются от газа).
Газы чисто газовых месторождений называют природными газами. Газы газонефтяных месторождений — попутным газом. В состав природных газов входят метан и его гомологи. При содержании гомологов метана менее 15 об. % газы называются сухими, более 15 об. % — жирными.
Доказанные мировые запасы природных газов на 2001 г. составляют 149,5 трлн м3. Общее количество газа, включая прогнозные запасы, оцениваются в 296,7 трлн м3.
Ниже приведено распределение доказанных мировых запасов газа по регионам и по странам (об. %):
Таблица 2
| Центральная Европа и СССР | 37,3 | Китай | 0,9 |
| Ближний Восток | 35,2 | Туркменистан | 1,9 |
| Африка | 7,9 | Нигерия | 2,3 |
| Азия | 7,2 | Венесуэла | 2,8 |
| Северная Америка | 5,0 | Алжир | 3,0 |
| Центральная и Южная Америка | 4,4 | США | 3,2 |
| Другие страны | 3,0 | Саудовская Аравия | 4,0 |
| ОАЕ | 4,0 | ||
| Катар | 7,5 | ||
| Иран | 15,4 | ||
| Другие страны | 20,7 | ||
| Россия | 32,2 |
Таблица 3
Добыча газа в мире и прогноз являет собой следующее (млрд м3):
| 1990 г. | 1995 г. | 2000г. | 2010г. | 2020 г. | |
| Северная Америка | 638 | 712 | 741 | 1080 | 1420 |
| Западная Европа | 205 | 249 | 280 | 240 | 226 |
| Страны СНГ | 853 | 734 | 719 | 693 | — |
| Ближний Восток | 105 | 141 | 193 | 226 | 254 |
| Всего в мире, включая остальные регионы | 2083 | 2208 | 2400 | 3398 | 4588 |
Таблица 4
Добыча газа в России (млрд м3):
| СССР | 1960 г. | 45,3 |
| СССР | 1968 г. | 169,1 |
| СССР | 1980 г. | 435,2 |
| СССР | 1986 г. | 686,0 |
| Россия | 1995 г. | 595,0 |
| Россия | 2000 г. | 584,2 |
| Россия | 2010 г. | 580,0 |
Экспорт газа из России в 1995 г. — 191 млрд м3, 2000 г. — 208 млрд м3, 2010 г. (прогноз) — 255 млрд м3, 2020 г. (прогноз) — 255 млрд м3.
К основным газовым месторождениям относят: Уренгойское, Ямбургское, Медвежье, Заполярное, Астраханское, Вуктыльское, Оренбургское, Шатлыкское, Шебелинское, Ставропольское (Россия); Парс, Канган (Иран); Панхандл-Хьюготон (США); Слохтерен (Нидерланды); Хасси-Рмель (Алжир).
Природный газ образует самостоятельные месторождения. Химический состав природных газов, полученных из чисто газовых месторождений, приведен в табл. 6. В составе природных газов в основном присутствует метан. Такие газы можно отнести к сухим газам. Состав природного газа может колебаться в зависимости от условий, связанных с эксплуатацией месторождений.
|
|
|
Газоконденсатные месторождения (табл.7 и 8) образуются при определенных сочетаниях термобарических, качественных и количественных параметров газовой и жидкой фаз. При этом проявляются процессы испарения жидкой фазы в газовую. Это приводит к образованию в сжатых газах газоконденсатных растворов. Содержание конденсата в газе от 40 г/м3 до 1400 г/м3 и более. При снижении давления в процессе добычи газа конденсат выпадает в жидком виде. По своему составу газы газоконденсатных месторождений близки к природному газу. Газовый конденсат содержит бензиновые и керосино-газойлевые фракции. Чем выше давление в пласте, тем тяжелее фракционный состав конденсата. Газовый конденсат передается на нефтеперерабатывающие заводы для получения из него сжиженных газов, бензина и дизельного топлива. Выделение растворенного газа начинается уже в стволе скважины, а затем происходит в сепараторах различной конструкции. Попутный газ выделяется из нефти при подъеме ее на поверхность и снижении давления. Количество попутных газов (в м3), приходящееся на 1 т добытой нефти, называется газовым фактором. Газовый фактор зависит от условий формирования и залегания нефтяных пластов. Значения газового фактора для некоторых нефтей составляют (м3/т):
Таблица 5
| Ромашкинское месторождение | 49,0 |
| Самотлорское месторождение | 70,0 |
| Усинское месторождение | 57,0 |
| Ставропольское месторождение | 137,0 |
| Арланское месторождение | 10,0 |
Попутные газы содержат большие количества гомологов метана. Характеристика составов попутных газов нефтей различных месторождений приведена в табл. 9.
В табл. 10. дан состав попутных газов некоторых зарубежных месторождений.
Таблица6
Химический состав (об. %) природных газов различных месторождений
| Месторождение | СН4 | С2Н6 | С3Н8 | С4Н10 | С5Н12 | С6 + высшие | N2 + редкие | СО2 |
| Уренгойское | 98,5 | 0,1 | следы | следы | — | — | 1,1 | 0,21 |
| Тазовское | 99,0 | 0,15 | 0,03 | 0,005 | 0,002 | — | 0,50 | 0,37 |
| Заполярное | 98,5 | 0,2 | 0,05 | 0,012 | следы | — | 0,70 | 0,50 |
| Губкинское | 98,5 | 0,12 | 0,015 | следы | следы | — | 1,2 | 0,10 |
| Мессояхское | 98,87 | следы | — | — | — | — | 0,45 | 0,68 |
| Ныдинское | 98,2 | 0,8 | 0,003 | 0,05 | 0,002 | — | 0,62 | 0,30 |
| Медвежье | 98,63 | 0,35 | 0,02 | 0,003 | 0,04 | — | 0,73 | 0,22 |
| Комсомольское | 97,8 | 0,15 | 0,004 | 0,001 | — | — | 1,74 | 0,28 |
| Северо-Ставропольское | — | 0,1 | 0,03 | 0,01 | — | — | 1,0 | 2,0 |
| Саратовское | 94,7 | 1,8 | 0,2 | 0,1 | — | — | 3,0 | 0,2 |
| Елман-Курфомское | 93,3 | 2,0 | 0,5 | 0,8 | 0,1 | — | 3,8 | 0,1 |
| Нибельское | 87,9 | 1,3 | 0,15 | 0,09 | 0,03 | — | 10,5 | 0,04 |
| Введеновское | 70,87 | 8,0 | 4,3 | 1,2 | 0,32 | 0,01 | 15,1 | 0,2 |
| Ухтинское | 88,0 | 1,9 | 0,2 | 0,3 | — | — | 9,3 | 0,3 |
| Тюменское | 98,64 | 0,2 | 0,04 | 0,1 | — | — | 0,22 | 0,8 |
Таблица 7
Химический состав (об. %) газов некоторых газоконденсатных месторождений
| Месторождение | СН4 | С2Н6 | С3Н8 | С4Н10 | С5Н12 + высшие | СО2 | N2 + редкие |
| Вуктыльское | 75,7 | 9,1 | 3,1 | 0,7 | 7,5 | 0,2 | 3,8 |
| Березнянское | 87,7 | 4,9 | 1,9 | 0,9 | 1,0 | 2,5 | 1,1 |
| Оренбургское | 82,2 | 5,2 | 1,85 | 1,0 | 1,88 | 2,4* | 5,5 |
| Шебелинское | 93,6 | 4,0 | 0,6 | 0,7 | 0,4 | 0,1 | 0,6 |
| Краснодарское | 86,0 | 6,0 | 2,0 | 1,0 | 1,5 | 1,5 | 2,0 |
| Газлинское | 94,2 | 3,0 | 0,9 | 0,4 | 0,4 | 0,4 | 0,6 |
Таблица8
Характеристика газовых конденсатов различных месторождений
| Месторождение | Выход конденсата, мл/м3 | Фракционный состав, об. % | Групповой состав фракции | ||||||
| начало кипения | 100 °С | 150 °С | 200 °С | конец кипения | ароматические | нафтеновые | парафиновые | ||
| Вуктыльское | 500 | 31 | 30 | 57 | 73 | 360 | 15 | 25 | 60 |
| Оренбургское | 70 | 33 | 58 | 83 | 89 | 248 | — | — | — |
| Шебелинское | 12 | 44 | 27 | 63 | 80 | 289 | 14 | 32 | 54 |
| Газлинское | 20 | 54 | 36 | 83 | 92 | 220 | 26 | 29 | 45 |
| Коробковское | 140 | 31 | 65 | 92 | — | 173 | — | — | — |
| Краснодарское | — | 40 | 30 | 65 | 83 | 300 | 25 | 35 | 40 |
| Березнянское | — | 47 | 22 | 64 | 78 | 315 | 33 | 44 | 23 |
Таблица9
Химический состав (об. %) попутных газов различных месторождений
| Месторождение | СН4 | С2Н6 | С3Н8 | С4Н10 | С5Н12 + высшие | CО2 | Н2S | N2 + редкие |
| Ромашкинское | 40,0 | 19,5 | 18,0 | 7,5 | 4,9 | 0,1 | — | 10,0 |
| Туймазинское | 42,0 | 21,0 | 18,4 | 6,8 | 4,6 | 0,1 | — | 7,1 |
| Кусимовское (Самарская область) | 76,8 | 4,4 | 1,7 | 0,8 | 0,6 | 0,2 | 1,0 | 14,5 |
| Сагайдагское (Украина) | 96,19 | 0,75 | 0,20 | — | — | 0,43 | — | 2,43 |
| Прилукское (Украина) | 32,34 | 14,6 | 21,83 | 12,23 | 5,88 | 0,92 | — | 12,2 |
| Ишимбаевское | 42,4 | 12,0 | 20,5 | 7,2 | 3,1 | 1,0 | 2,8 | 11,0 |
| Аргединское (Волгоградская область) | 96,3 | 1,2 | 0,5 | 0,1 | — | 0,1 | — | 1,8 |
| Яблоневый овраг (Самарская область) | 29,6 | 16,0 | 16,5 | 8,8 | 3,5 | 0,6 | — | 27,0 |
| Шаимское | 73,4 | 7,1 | 7,9 | 3,2 | 1,0 | 2,3 | — | 5,1 |
| Усть-Балыкское | 87,7 | 3,9 | 3,2 | 1,6 | 0,9 | — | — | 2,7 |
| Мухановское | 31,4 | 19,0 | 22,0 | 9,5 | 5,0 | 4,0 | 0,1 | 9,0 |
| Анастасиевско-Троицкое | 85,1 | 5,0 | 1,0 | 1,0 | 2,8 | 5,0 | — | 0,1 |
| Уренгойское: Горизонт валанжин Горизонт юра. Горизонт сеноман | 92,5 87,0 98,8 | 2,00 6,20 0,07 | 0,66 3,40 ---- | 0,50 1,98 ---- | 0,15 0,76 0,01 | 0,33 0,12 0,29 | - - - | 3,7 1,1 0,8 |
| Заполярное | 98,4 | 0,07 | 0,01 | -- | 0,01 | 0,20 | - | 1,3 |
| Губкинское | 98,4 | 0,13 | 0,01 | 0,005 | 0,01 | 0,15 | - | 1,3 |
| Юбилейное | 98,4 | 0.07 | 0,01 | -- | -- | 0,40 | -- | 1,1 |
| Мессояхское | 97,6 | 0,1 | 0,03 | 0,01 | 0,01 | 0,6 | -- | 1,6 |
| Соленинское | 95,8 | 2,9 | 0,07 | 0,20 | 0,15 | 0,40 | -- | 0,5 |
| Березовское | 94,8 | 1,20 | 0,3 | 0,1 | 0,06 | 0,5 | -- | 0,3 |
| Вуктыльское | 81,8 | 8,8 | 2,8 | 0,94 | 0,30 | 0,30 | -- | 5,1 |
| Ачакское: Горизонт нижний мел Горизонт верхняя юра | 93,7 89,2 | 3,80 4,60 | 0,90 1,50 | 0,37 0,44 | 0,84 0,37 | 0,30 0,50 | - - | 0,70 3,30 |
| Шатлыкское | 94,6 | 2,20 | 0,27 | 0,20 | 0,18 | 1,40 | - | 1,2 |
Таблица10
Химический состав (об. %) попутных газов некоторых зарубежных месторождений
| Месторождение | СН4 | С2Н6 | С3Н8 | С4Н10 | С5Н12 + + высшие | СО2 | Н2S | N2 + + редкие |
| Бони-Глен (Канада) | 74,55 | 11,1 | 4,83 | 2,37 | 1,56 | 0,93 | 0,34 | 2,87 |
| Варадеро (Мексика) | 65,41 | 3,11 | 5,49 | 4,72 | 2,94 | 13,44 | 2,14 | 2,34 |
| Кулебра (Мексика) | 90,6 | 5,0 | 2,1 | 1,1 | 0,6 | 0,2 | — | 0,2 |
| Прудхо-Бей (Аляска) | 44,13 | 5,1 | 3,03 | 2,18 | 35,98 | 9,11 | — | 0,1 |
| Чико (Калифорния) | 66,2 | 1,8 | — | — | — | 0,6 | — | 30,6 |
| Лас-Марседес (Венесуэла) | 99,59 | 0,09 | — | — | — | 0,2 | — | 0,12 |
| Лунчан (Китай) | 89,7 | 6,13 | — | — | — | 0,52 | — | 3,65 |
| Рэнкин (Австралия) | 84,8 | 7,0 | 2,5 | 1,01 | 0,81 | — | 2,6 (О2) | 1,2 |
