Tot sobre el gas natural: composició i propietats, producció i ús del gas natural

Procés d'extracció de combustible blau

Abans de la producció de gas és el procés d'exploració geològica. Us permeten determinar amb precisió el volum i la naturalesa de l'aparició del dipòsit. Actualment, s'utilitzen diversos mètodes de reconeixement.

Gravetat - basat en el càlcul de la massa de les roques. Les capes que contenen gas es caracteritzen per una densitat significativament menor.

Magnètic - té en compte la permeabilitat magnètica de la roca. Mitjançant l'estudi aeromagnètic és possible obtenir una imatge completa de dipòsits de fins a 7 km de profunditat.

La finalitat d'aquesta tècnica

Sísmica: utilitza la radiació que es reflecteix en passar per les entranyes. Aquest eco és capaç de captar instruments de mesura especials.

Geoquímica: la composició de les aigües subterrànies s'estudia amb la determinació del contingut en elles de substàncies associades als jaciments de gas.

La perforació és el mètode més eficaç, però alhora el més car dels enumerats. Per tant, abans de la seva utilització, cal un estudi previ de les roques.

Mètodes de perforació de pous per producció de gas natural

Després d'identificar el camp i estimar els volums preliminars de jaciments, el procés de producció de gas continua directament. Els pous es foren fins a la profunditat de la capa mineral. Per distribuir uniformement la pressió del combustible blau ascendent, el pou es fa amb una escala o telescòpicament (com un telescopi).

El pou està reforçat amb tubs de revestiment i cimentat. Per reduir uniformement la pressió i accelerar el procés de producció de gas, es foren diversos pous alhora en un camp. L'augment del gas a través del pou es realitza de manera natural: el gas es mou a una zona de menor pressió.

Com que el gas conté diverses impureses després de l'extracció, el següent pas és la seva purificació. Per garantir aquest procés, s'estan construint instal·lacions industrials adequades per a la depuració i processament de gasos prop dels camps.

Sistema de depuració de gas natural

Mineria amb mines de carbó

Les vetes de carbó contenen una gran quantitat de metà, l'extracció del qual no només permet obtenir combustible blau, sinó que també garanteix el funcionament segur de les empreses mineres de carbó. Aquest mètode s'utilitza àmpliament als EUA.

Les principals direccions d'ús i processament del metà

Mètode de fracturació hidràulica

Quan es produeix gas mitjançant aquest mètode, s'injecta un corrent d'aigua o aire a través del pou.Així, el gas es desplaça.

Aquest mètode pot provocar inestabilitat sísmica de les roques trencades, per la qual cosa està prohibit en alguns estats.

Característiques de la mineria submarina

Per primera vegada a Rússia, la producció de gas al jaciment de Kirinskoye es realitza mitjançant un complex de producció submarí

Hi ha reserves de gas, excepte la terra, i sota l'aigua. El nostre país té extensos dipòsits submarins. La producció submarina es realitza mitjançant plataformes de gravetat pesada. Estan situats sobre una base que descansa sobre el fons marí. La perforació del pou es realitza amb columnes situades a la base. Els dipòsits es col·loquen a les plataformes per emmagatzemar el gas extret. Després es transporta a terra mitjançant una canonada.

Aquestes plataformes preveuen la presència constant de persones que realitzen el manteniment del complex. El nombre pot ser de fins a 100 persones. Aquestes instal·lacions estan equipades amb font d'alimentació autònoma, una plataforma per a helicòpters i un quart de personal.

Quan els dipòsits es troben prop de la costa, els pous es realitzen obliquament. Comencen a terra, deixant la base sota la plataforma marina. La producció i el transport de gas es realitza de manera estàndard.

Origen del gas natural:

Hi ha dues teories sobre l'origen del gas natural: la teoria biogènica (orgànica) i la teoria abiogènica (inorgànica, mineral).

Per primera vegada, la teoria biogènica de l'origen del gas natural va ser expressada l'any 1759 per M.V. Lomonosov. En el llunyà passat geològic de la Terra, els organismes vius morts (plantes i animals) es van enfonsar al fons dels cossos d'aigua, formant sediments llimosos. Com a resultat de diversos processos químics, es van descompondre en un espai sense aire.A causa del moviment de l'escorça terrestre, aquestes restes s'enfonsaven cada cop més, on sota la influència de les altes temperatures i les altes pressions es van convertir en hidrocarburs: gas natural i petroli. Els hidrocarburs de baix pes molecular (és a dir, el gas natural pròpiament dit) es van formar a temperatures i pressions més altes. Hidrocarburs d'alta molècula -oli- en menors. Els hidrocarburs, penetrant als buits de l'escorça terrestre, van formar dipòsits de jaciments de petroli i gas. Amb el temps, aquests dipòsits orgànics i d'hidrocarburs es van aprofundir fins a una profunditat d'un quilòmetre a diversos quilòmetres: estaven coberts amb capes de roques sedimentàries o sota la influència dels moviments geològics de l'escorça terrestre.

La teoria mineral de l'origen del gas natural i del petroli va ser formulada l'any 1877 per D.I. Mendeleiev. Va partir del fet que els hidrocarburs es poden formar a les entranyes de la terra a altes temperatures i pressions com a resultat de la interacció de vapor sobreescalfat i carburs de metalls pesants fosos (principalment ferro). Com a resultat de reaccions químiques, es formen òxids de ferro i altres metalls, així com diversos hidrocarburs en estat gasós. En aquest cas, l'aigua entra profundament a les entranyes de la Terra a través d'esquerdes-falles de l'escorça terrestre. Els hidrocarburs resultants, en estar en estat gasós, al seu torn ascendeixen per les mateixes esquerdes i falles fins a la zona de menor pressió, formant finalment dipòsits de gas i petroli. Aquest procés, segons D.I. Mendeleiev i partidaris de la hipòtesi, passa tot el temps. Per tant, la reducció de les reserves d'hidrocarburs en forma de petroli i gas no amenaça la humanitat.

metà

A més, el metà també es troba a les mines de carbó, on, per la seva naturalesa explosiva, suposa una greu amenaça per als miners. El metà també es coneix en forma d'excrecions als pantans: gas de pantà.

Segons el contingut de metà i altres gasos d'hidrocarburs (pesats) de la sèrie metà, els gasos es divideixen en secs (pobres) i grassos (rics).

• Els gasos secs inclouen gasos de composició principalment metà (fins al 95-96%), en els quals el contingut d'altres homòlegs (etan, propà, butà i pentà) és insignificant (fraccions d'un percentatge). Són més característics dels jaciments purament gasosos, on no hi ha fonts d'enriquiment en els seus components pesats que formen part del petroli.
• Els gasos humits són gasos amb un alt contingut de compostos gasosos "pesats". A més del metà, contenen desenes de per cent d'etan, propà i compostos de pes molecular superior fins a l'hexà. Les mescles grasses són més característiques dels gasos associats que acompanyen els dipòsits de petroli.

Els gasos combustibles són acompanyants habituals i naturals del petroli en gairebé tots els seus jaciments coneguts, és a dir. El petroli i el gas són inseparables per la seva composició química relacionada (hidrocarburs), origen comú, condicions de migració i acumulació en trampes naturals de diversos tipus.

Una excepció són els anomenats olis "morts". Es tracta d'olis propers a la superfície del dia, completament desgasificats a causa de l'evaporació (volatilització) no només de gasos, sinó també de fraccions lleugeres del propi petroli.

Aquest petroli es coneix a Rússia a Ukhta. Es tracta d'un oli pesat, viscós, oxidat, gairebé sense fluir que es produeix mitjançant mètodes d'extracció no convencionals.

Els jaciments de gas purament estan molt estesos al món, on no hi ha petroli, i el gas és subjacent per aigües de formació. A Rússia s'han descobert jaciments de gas supergegants a Sibèria occidental: Urengoyskoye amb reserves de 5 bilions de metres cúbics. m3, Yamburgskoye - 4,4 bilions. m3, Zapolyarnoye - 2,5 bilions. m3, Medvezhye - 1,5 bilions. m3.

Tanmateix, els jaciments de petroli i gas i petroli són els més estesos. Juntament amb el petroli, el gas es troba en els taps de gas, és a dir. sobre oli, o en estat dissolt en oli. Aleshores s'anomena gas dissolt. En el seu nucli, el petroli amb gas dissolt és similar a les begudes carbonatades. A altes pressions del dipòsit, es dissolen volums significatius de gas al petroli, i quan la pressió baixa a la pressió atmosfèrica durant el procés de producció, el petroli es desgasifica, és a dir. El gas s'allibera ràpidament de la barreja de gasoil. Aquest gas s'anomena gas associat.

Els acompanyants naturals dels hidrocarburs són el diòxid de carboni, el sulfur d'hidrogen, el nitrogen i els gasos inerts (heli, argó, criptó, xenó) presents en ell com a impureses.

Transport

Preparació del gas per al transport

Malgrat que en alguns camps el gas té una composició de qualitat excepcionalment alta, en general, el gas natural no és un producte acabat. A més dels nivells de components objectiu (on els components objectiu poden variar en funció de l'usuari final), el gas conté impureses que dificulten el transport i no són desitjables en el seu ús.

Per exemple, el vapor d'aigua es pot condensar i acumular en diversos llocs de la canonada, sovint es doblega, interferint així amb el moviment del gas.El sulfur d'hidrogen és un agent altament corrosiu que afecta negativament les canonades, els equips associats i els dipòsits d'emmagatzematge.

En aquest sentit, abans de ser enviat a l'oleoducte principal o a la planta petroquímica, el gas se sotmet al procediment de preparació a la planta de processament de gas (GPP).

La primera etapa de la preparació és netejar les impureses no desitjades i assecar-se. Després d'això, el gas es comprimeix, es comprimeix a la pressió necessària per al processament. Tradicionalment, el gas natural es comprimeix a una pressió de 200-250 bar, la qual cosa comporta una reducció de 200-250 vegades del volum ocupat.

A continuació ve l'etapa de topping: en instal·lacions especials, el gas es separa en gasolina natural inestable i gas depurat. És el gas despullat que s'envia als principals gasoductes i a la producció petroquímica.

La gasolina natural inestable s'alimenta a les plantes de fraccionament de gas, d'on s'extreuen hidrocarburs lleugers: etan, propà, butà, pentà. Aquestes substàncies també són matèries primeres valuoses, en particular per a la producció de polímers. I una barreja de butà i propà és un producte preparat que s'utilitza, en particular, com a combustible domèstic.

gasoducte

El principal tipus de transport de gas natural és el seu bombeig a través del gasoducte.

El diàmetre estàndard de la canonada del gasoducte principal és d'1,42 m. El gas a la canonada es bombeja sota una pressió de 75 atm. A mesura que es mou per la canonada, el gas, a causa de la superació de les forces de fricció, va perdent energia gradualment, que es dissipa en forma de calor. En aquest sentit, a determinats intervals s'estan construint estacions especials de bombeig de compressors al gasoducte. Sobre ells, el gas es comprimeix a la pressió necessària i es refreda.

Per al lliurament directament al consumidor, les canonades de menor diàmetre es desvien del gasoducte principal: xarxes de distribució de gas.

gasoducte

Transport de GNL

Què fer amb les zones de difícil accés que es troben allunyades dels principals gasoductes? En aquestes zones, el gas es transporta en estat liquat (gas natural liquat, GNL) en tancs criogènics especials per mar i per terra.

Per mar, el gas liquat es transporta en gaseros (GNL), vaixells equipats amb dipòsits isotèrmics.

El GNL també es transporta per via terrestre, tant per ferrocarril com per carretera. Per a això, s'utilitzen dipòsits especials de doble paret que poden mantenir la temperatura requerida durant un temps determinat.

D'on prové el gas de les entranyes de la terra?

Tot i que la gent va aprendre a utilitzar el gas fa més de 200 anys, encara no hi ha consens sobre d'on prové el gas a les entranyes de la terra.

Principals teories de l'origen

Hi ha dues teories principals sobre el seu origen:

• mineral, explicant la formació de gas mitjançant els processos de desgasificació d'hidrocarburs de les capes més profundes i denses de la terra i elevar-los a zones amb menor pressió;
• orgànic (biogènic), segons el qual el gas és un producte de descomposició de les restes dels organismes vius en condicions d'alta pressió, temperatura i manca d'aire.

Al camp, el gas pot ser en forma d'acumulació separada, una tapa de gas, una solució en petroli o aigua, o hidrats de gas. En aquest darrer cas, els dipòsits es localitzen en roques poroses entre capes d'argila estanques al gas.Molt sovint, aquestes roques són arenisques compactades, carbonats, calcàries.

La quota dels jaciments de gas convencional és només del 0,8%. Un percentatge lleugerament més gran el representen els gasos profunds, de carbó i d'esquist, de l'1,4 a l'1,9%. Els tipus de dipòsits més comuns són els gasos i els hidrats dissolts en aigua, aproximadament en proporcions iguals (46,9% cadascun)

Com que el gas és més lleuger que el petroli i l'aigua és més pesada, la posició dels fòssils a l'embassament és sempre la mateixa: el gas està a la part superior del petroli i l'aigua apuntala tot el jaciment de petroli i gas des de sota.

El gas del dipòsit està sota pressió. Com més profund és el dipòsit, més alt és. De mitjana, per cada 10 metres, l'augment de pressió és de 0,1 MPa. Hi ha capes amb una pressió anormalment alta. Per exemple, als dipòsits d'Achimov del camp d'Urengoyskoye, arriba a 600 atmosferes i més a una profunditat de 3800 a 4500 m.

Dades i hipòtesis interessants

No fa molt, es creia que les reserves mundials de petroli i gas s'havien d'esgotar ja a principis del segle XXI. Per exemple, l'autoritzat geofísic nord-americà Hubbert va escriure sobre això el 1965.

Fins ara, molts països continuen augmentant el ritme de producció de gas. No hi ha indicis reals que les reserves d'hidrocarburs s'esgotin

Segons el doctor en ciències geològiques i mineralògiques V.V. Polevanov, aquestes idees errònies són causades pel fet que la teoria de l'origen orgànic del petroli i el gas encara és generalment acceptada i és propietari de la ment de la majoria dels científics. Encara que D.I. Mendeleiev va corroborar la teoria de l'origen profund inorgànic del petroli, i després va ser provada per Kudryavtsev i V.R. Larin.

Però molts fets parlen en contra de l'origen orgànic dels hidrocarburs.

Aquests són alguns d'ells:

• es van descobrir jaciments a profunditats de fins a 11 km, en fonaments cristal·lins, on l'existència de matèria orgànica ni tan sols pot ser teòrica;
• utilitzant la teoria orgànica només es pot explicar el 10% de les reserves d'hidrocarburs, el 90% restant són inexplicables;
• La sonda espacial Cassini va descobrir l'any 2000 a la lluna de Saturn Tità recursos d'hidrocarburs gegants en forma de llacs diversos ordres de magnitud més grans que els de la Terra.

La hipòtesi d'una Terra originàriament d'hidrur proposada per Larin explica l'origen dels hidrocarburs per la reacció de l'hidrogen amb el carboni a les profunditats de la terra i la posterior desgasificació del metà.

Segons ella, no hi ha jaciments antics del període Juràssic. Tot el petroli i el gas es podrien haver format fa entre 1.000 i 15.000 anys. A mesura que es retiren les reserves, es poden reposar gradualment, cosa que s'observa en jaciments de petroli abandonats i esgotats des de fa temps.

Classificació i propietats

El gas natural es divideix en 3 categories principals. Es descriuen per les següents característiques:

1. Exclou la presència d'hidrocarburs en què hi ha més de 2 compostos de carboni. S'anomenen secs i només s'obtenen en aquells llocs destinats a la producció.
2. Juntament amb les matèries primeres primàries, es produeix gas liquat i sec i gasolina gasosa barrejades entre si.
3. Conté una gran quantitat d'hidrocarburs pesats i gas sec. També hi ha un petit percentatge d'impureses. S'extreu de dipòsits de tipus gas condensat.

El gas natural es considera una composició mixta, en la qual hi ha diverses subespècies de la substància. És per aquest motiu que no hi ha una fórmula exacta per al component. El principal és el metà, que en conté més del 90%. És el més resistent a la temperatura. Més lleuger que l'aire i lleugerament soluble en aigua.Quan es crema a l'aire lliure, es produeix una flama blava. L'explosió més potent es produeix si combineu metà amb aire en una proporció d'1:10. Si una persona inhala una gran concentració d'aquest element, la seva salut es pot veure perjudicada.

S'utilitza com a matèria primera i com a combustible industrial. També s'utilitza activament per obtenir nitrometà, àcid fòrmic, freons i hidrogen. Amb la ruptura dels enllaços d'hidrocarburs sota la influència del corrent i les temperatures, s'obté acetilè utilitzat en la indústria. L'àcid cianhídric es forma quan l'amoníac s'oxida amb metà.

La composició del gas natural té la següent llista de components:

1. L'etan és una substància gasosa incolora. Quan es crema, il·lumina dèbilment. Pràcticament no es dissol en aigua, però en alcohol sí en una proporció de 3:2. No s'ha utilitzat com a combustible. L'objectiu principal d'ús és la producció d'etilè.
2. El propà és un tipus de combustible ben utilitzat que no es dissol a l'aigua. Durant la combustió, s'allibera una gran quantitat de calor.
3. Butà - amb una olor específica, baixa toxicitat. Té un efecte negatiu en la salut humana: pot afectar el sistema nerviós, provoca arítmies i asfíxia.
4. El nitrogen es pot utilitzar per mantenir la pressió adequada als forats. Per obtenir aquest element, cal licuar l'aire i separar-lo per destil·lació. S'utilitza per a la fabricació d'amoníac.
5. Diòxid de carboni: el compost pot passar a un estat gasós des d'un estat sòlid a pressió atmosfèrica.Es troba a l'aire i a les aigües minerals, i també s'allibera quan les criatures respiren. És un additiu alimentari.
6. El sulfur d'hidrogen és un element força tòxic. Pot afectar negativament el funcionament del sistema nerviós humà. Té una olor a ous podrits, un regust dolç i és incolor. Molt soluble en etanol. No reacciona amb l'aigua. Necessari per a la producció de sulfits, àcid sulfúric i sofre.
7. L'heli es considera una substància única. Es pot acumular a l'escorça terrestre. S'obté congelant els gasos en què s'inclou. Quan està en estat gasós, no es manifesta a l'exterior, en estat líquid pot afectar els teixits vius. No és capaç d'explotar i encendre. Però si hi ha una gran concentració a l'aire, pot provocar l'ofec. S'utilitza per omplir aeronaus i globus, quan es treballa amb superfícies metàl·liques.
8. L'argó és un gas sense característiques externes. S'utilitza per tallar i soldar peces metàl·liques, així com per augmentar la vida útil dels productes alimentaris (a causa d'aquesta substància, es desplaça l'aigua i l'aire).

Les propietats físiques d'un recurs natural són les següents: la temperatura de combustió espontània és de 650 graus centígrads, la densitat del gas natural és de 0,68-0,85 (en estat gasós) i 400 kg / m3 (líquid). Quan es barreja amb aire, concentracions del 4,4-17% es consideren explosives. El nombre d'octà del fòssil és 120-130. Es calcula a partir de la relació entre components inflamables i els que són difícils d'oxidar durant la compressió. El poder calorífic és aproximadament igual a 12 mil calories per metre cúbic. La conductivitat tèrmica del gas i del petroli és la mateixa.

Quan s'afegeix aire, una font natural es pot encendre ràpidament. En condicions domèstiques, s'eleva fins al sostre. Allà és on comença el foc. Això es deu a la lleugeresa del metà. Però l'aire és aproximadament 2 vegades més pesat que aquest element.

Mètodes de processament de gas natural

Abans de subministrar gas natural al gasoducte principal, aquesta matèria primera no necessita ser més purificada, aquest avantatge respecte al petroli (que s'ha de sotmetre a un tractament primari abans d'introduir-lo a l'oleoducte), resultant en un important estalvi en costos de transport.

Abans d'obtenir la composició química i de producció final, la mescla de gas se sotmet a un processament secundari a les plantes de la indústria química, que, en funció de les tecnologies utilitzades, es divideix en mètodes de processament de gas principal i secundari.

reciclatge físic

Aquest mètode es basa en indicadors físics i energètics. El material fòssil extret està sotmès a una compressió profunda i es divideix en fraccions per exposició a altes temperatures.

Durant la transició de temperatures baixes a altes, les matèries primeres es netegen intensivament d'impureses. L'ús de compressors potents permet el processament al lloc de producció de gas. Quan es bombeja gas d'una formació amb petroli, s'utilitzen bombes de petroli, que són relativament barates.

Propietats del gas natural

Ús de reaccions químiques

Durant el processament químic-catalític, es produeixen processos associats a la transició del metà al gas sintetitzat, seguit del processament. Els mètodes químics impliquen l'ús de dos mètodes:

• vapor, conversió de diòxid de carboni;
• oxidació parcial.

Aquest últim mètode és el més convenient i que estalvia energia, ja que la velocitat de reacció química durant l'oxidació parcial és bastant alta i no cal utilitzar catalitzadors addicionals.

L'ús de temperatures altes i baixes com a eina per influir en les matèries primeres fòssils s'anomena mètode termoquímic de processament de gas natural. Sota la influència de la temperatura sobre aquesta matèria primera es formen compostos químics com l'etilè, el propilè, etc.. La complexitat d'aquest tipus de processament rau en l'ús d'equips capaços de produir calor fins a 11 mil graus alhora que augmenta la pressió fins a tres atmosferes.

Les tecnologies modernes per processar gas natural utilitzen la síntesi addicional de metà, que permet duplicar la quantitat d'hidrogen produït. L'hidrogen és una matèria primera natural de la qual s'aïlla l'amoníac, que és un material per a la producció d'àcid nítric, components d'amoni, anilina, etc.