Добыча и транспортирование газа по газопроводам

Как добывают природный газ

Природный газ поднимается по скважине за счет естественной энергии. Его добычей занимаются в Америке, Европе, Африке и других регионах. Седьмая часть всей мировой добычи приходится на долю «Газпрома».

Добыча «вслепую»

Природный газ заключен в мельчайшие поры, которыми обладают некоторые горные породы. Глубина, на которой находится природный газ, колеблется от 1000 метров до нескольких километров. После проведения геологоразведочных работ , когда установлено, где именно находятся залежи, начинается процесс добычи газа , то есть его извлечения из недр, сбора и подготовки к транспортировке.

Главной особенностью добычи газа по сравнению с добычей твердых полезных ископаемых является то, что газ остается скрытым в герметичных конструкциях на всех этапах — с момента извлечения из пласта и до момента, когда попадает к потребителю.

Бурение скважин

Газ извлекается из недр при помощи специально пробуренных скважин, которые называются добывающими или эксплуатационными. Вообще разновидностей скважин существует множество — они используются не только для добычи, но и для изучения геологического строения недр, поиска новых месторождений, вспомогательных работ и так далее.

Зачем бурить «лесенкой»

Трубы для укрепления стенок скважин могут вкладываться одна в другую — по принципу подзорной трубы. Так они занимают гораздо меньше места и хранить их удобнее.

Давление должно распределяться равномерно.

Добывающие скважины располагаются по всей территории месторождения, чтобы пластовое давление спадало равномерно.

Глубина скважины может достигать 12 км. Такая глубина может быть использована для исследования литосферы.

После скважины

Природный газ поднимается на поверхность за счет естественной энергии — стремления в зону с наименьшим давлением. Поскольку газ, полученный из скважины, содержит множество примесей, его сначала отправляют на обработку. Недалеко от некоторых месторождений строятся установки комплексной подготовки газа , в некоторых случаях газ из скважин сразу попадает на газоперерабатывающий завод.

Объемы добычи

Сегодня на долю «Газпрома» приходится 74% российской и 14% мировой добычи газа.

В таблице, приведенной ниже, сопоставлены объемы добычи газа во всем мире, в России в целом и объемы добычи «Газпрома»:

Данные о мировой добыче газа взяты из отчета BP.

Данные о российской добыче газа взяты из отчетов Федеральной службы государственной статистики, ЦДУ ТЭК и Минэнерго РФ.

Добыча и транспортирование газа по газопроводам

Природный газ добывают на газовых промыслах, которые состоят из эксплуатационных скважин, промысловых газосборных сетей и головных сооружений подготовки газа к дальнейшему транспортированию.

Скважины бурят быстровращающимися бурами (долотами). В настоящее время получили распространение шарошечные долота, которые напоминают зубчатые колеса. Шарошки, вращаясь вокруг своих осей, дробят и разрушают породу.

При роторном бурении скважин долото крепится к бурильным трубам. По этим трубам с помощью насоса нагнетается промывочный глинистый раствор, который через специальные отверстия в долоте направляется в забой скважины, откуда по зазору между бурильными трубами и стенками скважины поднимается на поверхность, вынося с собой из забоя частицы разрушенной породы. Промывочный раствор, заполняя скважину, герметизирует ее, предохраняя от выброса газа, а глина, входящая в состав раствора, укрепляет стенки скважины.

При турбинном бурении буровой двигатель (турбобур) опускается в скважину и крепится непосредственно над долотом на бурильных трубах. Турбобур вращается под действием промывочного раствора, который под большим давлением подается по бурильным трубам и выполняет дополнительную и очень важную функцию носителя энергии. В процессе бурения бурильные трубы неподвижны, вращаются только вал турбобура и долото.

На рис. 1.3 дана схема газовой скважины. Оборудование скважины включает надземную и подземную части. Подземная часть состоит из забоя, колонны обсадных труб 3 и колонны фонтанных труб 5. Надземная часть представляет собой обвязку устья скважины комплектом запорной арматуры. Колонна обсадных труб 3 предохраняет ствол скважины от обвалов породы и проникновения пластовых вод. Зазор между наружными стенками обсадных труб и породой пласта уплотняется цементным раствором 17. Нижняя часть обсадной колонны опирается на цементный башмак 1.

Рис. 1.3. Схема газовой скважины: 1 — башмак; 2— перфорация;

• 3 — колонна обсадных труб;
• 4 — межтрубное пространство;
• 5 — колонна фонтанных труб;
• 6 — крестовина; 7 — переходная катушка; 8 — коренная задвижка;
• 9 — тройник; 10— буферная задвижка; 11 — буфер; 12 — манометр;
• 13 — регулирующий штуцер;
• 14 — рабочая выкидная струна фонтанных труб; 15 — термометр;
• 16 — рабочая выкидная струна из межтрубья; 77—цемент; /#—кровля; 19- подошва

Устройство забоя скважины зависит от характера пород, из которых сложен продуктивный пласт. Если продуктивный пласт состоит из крепких пород, то нижняя часть колонны обсадных труб размещается над кровлей 18 продуктивного пласта и газ поступает в скважину через открытый забой. Если продуктивный пласт состоит из рыхлых пород, то обсадная колонна пропускается через весь продуктивный пласт, а в нижней части колонны устраивают перфорацию 2 — отверстия для доступа газа в скважину.

При подаче газа на поверхность по стволу скважины возникают большие потери давления. Чтобы их уменьшить, увеличивают диаметры фонтанных труб или ведут добычу газа по обсадной колонне: колонну фонтанных труб с фильтром опускают до забоя так, чтобы отверстия фильтра находились против продуктивного пласта.

После окончания бурения газовая скважина обычно заполнена глинистым раствором. Перед отбором газа глинистый раствор заменяют водой, вследствие понижения давления столба жидкости происходит приток газа из пласта в забой скважины.

Подача природного газа от газовых скважин до мест его потребления производится по магистральным газопроводам.

Магистральный газопровод представляет собой сложное сооружение, состоящее из газопроводов, установок по очистке и осушке газа, компрессорных и газораспределительных станций и одоризационных установок.

На рис. 1.4 показана схема транспорта газа от газовых скважин до городских потребителей. Газ из скважин 1 поступает в сепараторы 2, где от него отделяются механические и жидкие примеси. Далее по промысловым газопроводам Згаз поступает в коллекторы и промысловые газораспределительные станции 4. Здесь газ еще раз очищается в масляных пылеуловителях, осушается и одорируется. После такой подготовки газ направляется в магистральный газопровод 5. Для преодоления сил трения и местных сопротивлений в газопроводе и поддержания в нем давления на заданном уровне на трассе газопровода сооружают компрессорные станции 6. На магистральном трубопроводе для облегчения ремонтных работ устанавливают запорную арматуру 7.

Рис. 1.4. Принципиальная схема транспорта газа от скважин до городских потребителей:

• 1 — скважины; 2 — сепараторы; 3 — промысловые газопроводы; 4- промысловая газораспределительная станция; 5 — магистральный газопровод;
• 6 — промежуточная компрессорная станция; 7- линейная запорная арматура;
• 8- буферный потребитель; 9- газораспределительная станция;
• 10- подземное хранилище газа

Для транспортирования больших количеств газа по магистральным газопроводам используют трубы диаметром 1220 и 1420 мм, повышают рабочее давление до 7,5 МПа, прокладывают газопроводы в две нити и более.

Режим работы магистрального газопровода предусматривает равномерную подачу газа от газовых промыслов до потребителей газа. Однако потребность в газовом топливе для многих потребителей неравномерна: летом потребность в газе уменьшается, а зимой — возрастает. Для выравнивания сезонной неравномерности потребления газа строят подземные хранилища газа 10 (на рис. 1.4) или подключают к газопроводу потребителей 8, которым в летнее время можно подавать излишки газа, например электростанции. Таких потребителей называют буферными (промежуточными).

На подходе к городу сооружают газораспределительные станции (ГРС), из которых газ после замера его количества и снижения давления подается в распределительные сети города. Газораспределительная станция является конечным участком магистрального газопровода и как бы границей между городскими и магистральными газопроводами.

Как добывают газ

Природный газ является энергетическим достоянием России, большие запасы залежей этого топлива позволяют стране обеспечивать им как собственное население и промышленность, так и экспортировать за рубеж. Россия занимает второе место в мире по количеству добытого природного газа среди всех стран, которые имеют запасы подобного топлива.

Объемы добычи в России

Российским природным газом пользуется не только наша страна. Мы обеспечиваем голубым топливом такие государства: Германия, Голландия, Турция, Италия. Также сюда относятся бывшие братские республики: Литва, Латвия, Эстония, Беларусь и Армения.

По данным геологических служб, нашей стране принадлежит около 25% всех мировых запасов голубого топлива. В объемном исчислении это равно примерно 45 трлн м 3 . Если бы мы не экспортировали его в друге местности, то могли использовать сами на протяжении 70-90 лет.

Из общего числа добытого нашей страной газа, а это около 640 млрд кубических метров, примерно 35% идет на экспорт, что приносит государству немалый и стабильный доход. Кроме финансовой стабильности благодаря продаже газа мы имеем много дружески настроенных государств в Европе, а это очень важно при решении различных споров.

Если рассчитать объемы добычи голубого топлива на душу населения, то получится около 4 000 кубометров на одного жителя страны. При этом необходимая потребность составляет около 2800 кубических метров на человека.

Газовым царством называют Сибирь: там добывают примерно около 90% всего объема голубого топлива в России. Остальные месторождения почти равномерно разбросаны по Северному Кавказу, Сахалину, Поволжью, в Астраханской и Иркутской областях.

Вот список крупнейших месторождений:

• Сахалин-3 – около 18 млрд м 3 добывается за год;
• Заполярное – самое большое и мощное хранилище природного газа в стране, около 130 млрд. м 3 в год;
• Штокмановское – около 24 млрд м 3 ;
• Уренгойское – 36,8 млрд м 3 ;
• Бованенковское – 67, 5 млрд м 3 , в основном идет на экспорт в Европу;
• Ковыктинское – 23 млрд м 3 кубометров в год.

Из всех 250 газодобывающих компаний страны:

• 80 – из состава ВИНК (холдингов);
• Газпром и его 15 дочерних предприятий;
• НОВАТЭК – 9 подразделений;
• 3 предприятия системы СРП;
• 144 частные и независимые компании.

Добыча голубого топлива в России – это миллиардные прибыли страны и стабильная экономика.

Классификации залежей газа

Природный газ, который добывается на просторах нашей родины, классифицируют по следующим признакам:

• по местоположению – это атмосферные, гидросферные, литосферные и переходные (газопроявления);
• по их физическому состоянию – свободные, которые образуют самостоятельную фазу, и сорбированные (в горных породах и пластовых водах – это водорастворенный и нефтей – нефтяной газ);
• по составу – углеводородные, углекислые, азотные, сероводородные.

Еще существуют генетическая классификация, по происхождению:

• органогенные;
• литогенные;
• биогенные;
• метаморфогенные.

Промышленные классификации различают газы исходя из их товарных качеств – гелионосные, сероводородные. Это зависит от того, какая у них теплота сгорания и какие в них содержатся компоненты. Различают газы осадочной толщи, сухие и жирные, попутные нефтяные, каменноугольных шахт, конденсатных месторождений.

Классификация по геологическому строению (ее сложности):

• Простое – однофазные залежи, которые связаны с ненарушенными либо слабонарушенными слоями. Пласты с характерной выдержанностью толщин и свойств (коллекторских) по разрезу и площади;
• Сложное – одно- или двухфазные залежи, у которых невыдержанные толщины и коллекторские свойства. Иногда у них имеются тектонические нарушения или литологические замещения непроницаемыми породами;
• Очень сложного строения – одно- или двухфазные залежи, в которых наблюдаются тектонические нарушения, литологические замещения или невыдержанность толщин.

Природный газ можно разделить на три группы:

• Которые добываются из газовых месторождений, они сухие и не имеют в своем составе тяжелых углеродов;
• Которые добывают вместе с нефтью. Это смеси сухого газа, жидкого (пропан-бутан) и газолина (газового бензина);
• Которые добываются из газоконденсатных месторождений. Это смесь углеродного конденсата (жидкого) и сухого газа. Конденсат состоит, в основном, из тяжелых углеродов, из которых можно выделить масляные фракции.

Процесс добычи голубого топлива

После определения выгодного месторождения полезного ископаемого и вычисления примерных объемов его добычи начинается процесс извлечения. Производится бурение скважин на нужную глубину, ту, на которой проходит слой добываемого материала. Чтобы давление голубого топлива распределялось равномерно, бурение производят особым способом – телескопическим (поэтапным, с периодическим уменьшением диаметра бурения).

Скважину укрепляют специальными обсадными трубами и заливают цементным раствором. Чтобы давление было равномерным, бурят сразу две-три скважины, а поднимается газ естественным путем, по законам физики. После этого добытый продукт подвергается очистке, чтобы отделить его от ненужных примесей.

Добыча с использованием угольных шахт

Существует одна из форм природного газа – метан угольных пластов. О нем известно давно – это большая проблема шахтеров, из-за угольного метана в шахтах часто происходят взрывы, вызывающие обвалы пород. Концентрация метана возрастает с глубиной шахты, поэтому с глубиной прохода увеличивается риск аварии.

Находится метан в нескольких видах: свободном, растворенном и абсорбированном. Взрывоопасным он становится после того, как смешается с воздухом и угольной пылью, поэтому его стараются отвести от угольных пластов, тем самым обезопасив шахтеров. Чтобы зря не терять «отходы» угольного производства, отведенный газ научились применять с большой пользой.

У дегазации (процесса отвода метана) есть два способа: активный и пассивный. Пассивная дегазация – это когда место выделения газа изолируют от шахты, а потом выводят наружу либо, если это невозможно, потоком воздуха разбавляют его до безопасной консистенции. Активная дегазация (основной способ получения метана) происходит специальными вакуумными насосами (искрозащищенными) по вентиляционным каналам, выводят его в накопительные резервуары.

Метод гидроразрыва

Гидравлический разрыв пласта (ГРП) – один из способов сделать газовую скважину более выгодной, он является основной частью так называемого «метода Фрекинга». ГРП основан на создании специальной трещины в пласте с целью сделать его более эффективным, обеспечить дополнительный приток необходимого флюида (в данном случае – природного газа).

Специальным оборудованием под давлением в скважину подается вода, песок и необходимые химикаты. Эта смесь создает трещины в породе и оживляет те скважины, которые уже не могут работать в обычном режиме. Рабочей жидкостью (химией) выступает специальная смесь, состоящая из высокомолекулярных полимеров.

Особенности подводной добычи

Но не только земля обладает несметными запасами природного газа, моря и океаны также переполнены столь ценным ресурсом. Морская добыча данного полезного ископаемого имеет свои особенности, здесь требуется особое оборудование – специальные буровые платформы гравитационного типа. Они громадные, тяжелые и приспособлены для длительного проживания буровой команды. Стоят они на крепком бетонном основании и устойчивы к большим волнам. В основание платформы встроены буровые установки, также имеются специальные резервуары для добытого газа, а с сушей платформы соединяют трубопроводы.

Влияние на экологию

Проблемы газовой промышленности заключаются в сжигании природного газа. Хотя он считается одним из экологических видов топлива, у него есть одна очень плохая особенность: при горении сжигает много кислорода.

Кроме этого, происходит минимальный выброс вредных веществ в окружающую среду. Процент сравнительно небольшой, но использование газа настолько популярно, что вред природе наносится огромный.

В связи с этим в 1997 году в Японии был подписан международный договор, ограничивающий выброс вредных веществ в воздух при использовании природного газа, документ подписала 181 страна.

Перспективы газодобывающей промышленности России

Прогнозы на рост газодобывающей промышленности России весьма различаются в зависимости от общих будущих перспектив развития экономической ситуации в стране. При благоприятном экономическом росте аналитики прогнозируют 645-665 млрд м 3 в 2019 году, а к 2020 г. вырасти до 720.

Умеренный вариант предполагает довести добычу голубого топлива в 2020 году до 680 млрд м 3 в год. Критический же допускает временное резкое понижение объемов добычи, но полную ее стабилизацию к 2020 году.

Источник https://www.gazprominfo.ru/articles/production-of-natural-gas/

Источник https://studref.com/422778/stroitelstvo/dobycha_transportirovanie_gaza_gazoprovodam

Источник https://fabricators.ru/article/kak-dobyvayut-gaz