Природні горючі гази

Виробники природного газу (країни позначені коричневим та червоним кольорами є найбільшими виробниками природного газу)

Гази природні горючі (рос.газы природные горючие, англ. combustible natural gases; нім. natürliche Brenngase n pl) — суміші газів земної кори — вуглеводні метанового ряду і невуглеводневих компонентів — здатних горіти.

Поширення

Зустрічаються в осадовому чохлі земної кори у вигляді вільних скупчень, а також у розчиненому (в нафті і пластових водах), розсіяному (сорбовані породами) і твердому (в газогідратних покладах) станах.

Склад

Природні горючі гази являють собою суміш газоподібних сполук і елементів, таких, як вуглеводні парафінового ряду від СН₄ до С₅Н₁₂, СО₂, N₂, H₂, CO, SO₂ і рідкісних газів — аргону, ксенону, неону, криптону, гелію.

Найчастіше вони представлені метаном (вміст до 85-90%), етаном, пропаном, бутаном і пентаном (сумарний вміст 0,1-20%), а також парами легких рідких вуглеводнів.

Вуглеводні, важчі від пентану, наявні в основному в газах нафтових і газоконденсатних родовищ. Теплотворна здатність 32,7 МДж/м³.

Невуглеводневі компоненти представлені головним чином азотом, вуглекислим газом, водяними парами, сполуками сірки (сірководень, меркаптани, сірчистий оксид вуглецю тощо), гелієм, аргоном, зустрічаються водень, ртуть, пари летких жирних к-т.

Вміст вуглекислого газу змінюється від часток відсотка до 10-15%, часом більше, наприклад, в Астраханському родовищі концентрація СО₂ 22%. Концентрація азоту в Г.п.г. звичайно не перевищує 10% (часто 2-3%), в газах окремих нафтогазоносних басейнів його вміст може сягати 30-50% (наприклад, у Волго-Уральському) і більше; відомі родовища з переважним вмістом азоту (Чу-Сарисуйська газоносна область: Амангельдинське родовище — 80% N₂ і 16% CH₄; Учаральське родовище 99% N₂).

Кількість сірководню звичайно не перевищує 2-3%, як виняток відомі газові поклади із вмістом сірководню 15-20% і більше (Астраханське родовище — 22,5%). Концентрації гелію переважно складають соті і тисячні частки відсотка; в США і Канаді є родовища із вмістом гелію 5-8% (Ратлснейк — 7,6%; Модл-Дом — 7,2%).

Класифікація

Різні шляхи генезису і різний склад утруднюють класифікацію природних горючих газів. Так, наприклад, класифікація К. П. Кофанова не об'єднує всі природні гази, а торкається тільки вуглеводневої їх частини. Автор підрозділяє всі поклади газів за вмістом в них етану і пропану на такі групи:

• 1) етан-пропанова (С2>С4);
• 2) пропан-етанова (С4>С2);
• 3) змішана, що характеризується однаковими або близькими співвідношеннями С2 і С4.

Перша група найбільш поширена і зустрічається у всіх видах покладів «сухих» газових, газонафтових і газоконденсатних родовищ. Друга група властива тільки газоконденсатним покладам. Третя — змішана — поширена менше і зустрічається як в нафтових, так і в газових родовищах.

Генетична класифікація природних газів, зокрема вуглеводневих, будується авторами залежно від їх погляду на походження нафти і газу. Тому будь-яка генетична класифікація є суб'єктивною. Дж. Амікс і ін. виділяють 5 різновидів пластових флюїдів (за фазовим станом).

• 1. «Сухий газ», який характеризується відсутністю в сепараторі рідини, що конденсується.
• 2. «Жирний газ» з газовим чинником 10 000-18 000 м³/м³ рідиною густиною менше 0,74 г/см³.
• 3. «Конденсатний газ» з газовим чинником від 1400 до 12 500 м³/м³ і рідиною густиною між 0,78 і 0,74 г/см³.
• 4. «Нафта з високою усадкою» з газовим чинником від 180 до 1400 м³/м³ і густиною 0,74-0,80 г/см³.
• 5. «Нафта з низькою усадкою» з газовим чинником менше 180 м³/м³ і густиною більше 0,80 г/см³.

«Сухий газ» складається в переважній більшості випадків з метану з домішкою етану і дуже невеликої кількості важких вуглеводневих газів. Азотно-метанові і азотні гази також можна віднести до цієї групи. Рідка фаза в «сухих газах» може утворитися тільки за рахунок конденсації водяної пари, оскільки «сухий газ» може містити воду. Єдиним виключенням є скупчення азотних газів які потрапляють в групу «сухий газ». «Жирний газ» містить набагато більше важких вуглеводнів, ніж «сухий газ». Тому при збереженні пластової температури цей флюїд знаходиться в однофазному газоподібному стані. Термін «жирний газ» виник у зв'язку з тим, що умови, існуючі в сепараторі, відповідають для цього флюїду двофазній області і в сепараторі конденсується рідка вуглеводнева фаза. При природній міграції флюїду, у випадку попадання його в пласти неглибокого залягання, «жирний газ» може утворити рідку вуглеводневу фазу.

Таким чином, «жирні гази» є проміжною ланкою між «сухими» і «конденсатними газами». З «сухими газами» їх зближує неможливість утворення рідкої фази в системі при температурі пласта, з «конденсатними» — поява рідкої фази в сепараторі і можливість її появи в надрах Землі в процесі субвертикальної міграції флюїду або здіймання товщі при тектонічних переміщеннях. «Конденсатний газ» в порівнянні з «жирним» містить більше важких компонентів; кількість рідини, що виділяється в сепараторі на 1 м³ газу, і її густина також збільшуються. Головна різниця між «конденсатним газом» та «сухим» і «жирним» — це можливість ретроградної ізотермічної конденсації в пластових умовах.

Характеристики

Факторами, які визначають вологість газу, є тиск, температура, склад, а також кількість солей, розчинених у воді, яка контактує з даним газом. Чим більше в Г.п.г. важких вуглеводнів і азоту, тим нижча його вологість. Наявність сірководню і вуглекислого газу збільшує його вологість. При промисловій обробці, транспортуванні і переробці Г.п.г. наявність пари води в них зумовлює утворення конденсату водяної пари і льодяних пробок, що ускладнює експлуатацію газопроводів і апаратів.

Наявність вологи в газах при підвищеному тиску і зниженій температурі зумовлює утворення і відкладання в газопроводах і технологічних апаратах гідратів вуглеводневих газів. Для видалення вологи з газів використовують різні фізичні і фізико-хімічні методи осушування газів.

Походження

Станом на початок ХХІ ст. походження природних горючих газів пояснюється органічною і неорганічною теоріями походження вуглеводнів. Згідно з першою теорією газоподібні вуглеводні ґенеруються, головним чином в процесі перетворення гумусової і сапропелевої органіч. речовини.

Згідно з неорганічною або абіогенною теорією, яка розвинута в основному на початку ХХІ ст., нафта і газ утворюються внаслідок синтезу з вуглецю і водню в умовах високих т-р і тиску глибинних зон земної кори. Формування газових покладів відбувається внаслідок міграції газу з материнських товщ і акумуляції їх в природних резервуарах.

На початку ХХІ ст. більшість вчених вважають, що в походженні природного газу задіяні обидва механізми — біогенний і абіогенний.

Геологічні запаси

Переважна частина розвіданих запасів природного газу (понад 90%) укладена в чисто газових або газоконденсатних родовищах. Розвідані запаси газу у світі — понад 80 трлн м³. З надр видобуто бл. 50 трлн м³. Щорічно видобувається бл. 2 трлн м³ газу.

За оцінками Світового енергетичного конгресу (1998) розвідані запаси газу складають в млрд т. у.п.: світові 172,8; Європа — 6,5; Україна — 1,1.

За прогнозами «Римського клубу» вичерпання планетарних запасів Г.п.г. з урахуванням нових розвіданих ресурсів слід очікувати бл.2050 р. Усього у світі відомо більше 10 тис. газових родов., однак осн. запаси газу зосереджені в невеликому числі унікальних (більше за 1 трлн м3) і найбільших (0,1-1,0 трлн м³) газових і газоконденсатних родовищ.

Аналіз розподілу початкових запасів газу по 180 найбільших родов. світу показує, що в кайнозойських відкладах зосереджено 11%, в мезозойських — 65,5% і палеозойських 23,5%. На глиб. до 1000 м міститься 13,6% запасів газу, в інтервалі 1000-3000 м — 73,4%, 3000-5000 м — 12,9% і нижче за 5000 м — 1,1%.

З піщаними колекторами пов'язано 76,3% запасів, з карбонатними — 23,7%. Глинистими покришками контролюється 65,7% запасів газу, соленосними — 34,3%. Переважна більшість запасів газу (91%) зосереджена в пастках структурного типу.

На території України відкрито понад 120 родовищ Г.п.г. — у Придніпровсько-Донецькій і Передкарпатській нафтогазоносних областях та Причорномор'ї і акваторії Азовського моря.

Застосування

Г.п.г. — високоефективний енергоносій і цінна хім. сировина. Вони дозволяють здійснювати принципово нові технол. процеси — швидкісне конвекційне і радіаційне нагрівання, безпосереднє спалення в рідинах і розплавах, безокиснювальне нагрівання металів і т.і.

З Г.п.г. виробляють метанол, формальдегід, оцтову кислоту, ацетон і т. д. Г.п.г. широко застосовують для отримання аміаку, спиртів, олефінових вуглеводнів, передусім етилену і пропілену, які в свою чергу є сировиною для пластич. мас, синтетич. каучуків, шт. волокна і т.і. Сірчисті природні гази використовують для отримання елементарної сірки.

У багатьох технологічних процесах дуже ефективна заміна електроенергії і пари продуктами згоряння Г.п.г. Так, при заміні електроенергії коефіцієнт використання первинного палива зростає з 0,35 до 0,6-0,7. Застосування Г.п.г. скорочує питому витрату палива в доменному виробництві на 10% (з підвищенням продуктивності на 2-4%), в мартенівському виробництві на 5-7% (з підвищенням продуктивності на 7-10%), в процесах нагрівання металу на 2-5%, при виробництві метанолу на 8-10%. Г.п.г. дають змогу здійснити принципово нові технологічні процеси — швидкісне конвективне і радіаційне нагрівання, спалювання безпосередньо в рідинах і розплавах, безокислювальне нагрівання металів і т. д. Г.п.г. — цінна хімічна сировина для виробництва метанолу, формальдегіду, оцтової кислоти, ацетону та інших органічних сполук. Конверсією киснем або водяною парою з метану (основного компонента Г.п.г) отримують синтез-газ (СО+Н₂), широко застосовуваний для отримання аміаку, спиртів та інших органічних продуктів; піролізом і дегідрогенізацією метану — ацетилен, сажу і водень.

Г.п.г. застосовують також для отримання олефінових вуглеводнів, перш за все етилену і пропилену, які в свою чергу є сировиною для подальшого органічного синтезу. З них виробляють пластичні маси, синтетичні каучуки, штучні волокна та ін. Сірководневмісні гази використовують для отримання елементарної сірки.

Див. також

• Природний газ
• Горючий газ
• Природні пластові вуглеводневі гази
• Сухий газ
• Жирний газ
• Нафта

Література

• Мала гірнича енциклопедія : у 3 т. / за ред. В. С. Білецького. — Д. : Донбас, 2007. — Т. 2 : Л — Р. — 670 с. — ISBN 57740-0828-2.
• В. І. Саранчук, М. О. Ільяшов, В. В. Ошовський, В. С. Білецький. Хімія і фізика горючих копалин. — Донецьк: Східний видавничий дім, 2008. — с. 600. ISBN 978-966-317-024-4