Природный газ

Природный газ состоит из молекул углеводородов, содержащих от одного до четырех атомов углерода. Газ с одним атомом углерода в молекуле называется метан (CH4), с двумя — этан (C2H6), с тремя — пропан (C3H8), с четырьмя — бутан (C4H10). Все они относятся к классу алканов. Состав обычного природного газа представлен в таблице 1.5.

Процентные соотношения углеводородов различаются от месторождения к месторождению, но метан всегда является преобладающим. Многие месторождения природного газа содержат практически чистый метан. Газ, который поступает из газопровода и используется в промышленности и быту, — тоже метан. Пропан и бутан при сгорании дают больше тепла, обычно их отделяют от природного газа и продают отдельно. Сжиженный нефтяной газ получают из пропана.

Включения в природном газе, не являющиеся углеводородами и негорящие, называются инертными компонентами. Одним из них может быть водяной пар, другим — диоксид углерода (CO2) — газ, не имеющий цвета и запаха. Углекислый газ не горит, поэтому чем больше его в природном газе, тем ниже стоимость последнего. В некоторых газовых коллекторах содержание углекислого газа составляет > 99%. Большие месторождения практически чистого диоксида углерода, возможно, образовались в результате химического воздействия вулканического тепла на известняковую породу. Углекислый газ можно использовать при закачке в пласт инертного газа для повышения нефтеотдачи в истощенных месторождениях. Еще одной примесью является азот (N2) — бесцветный, не имеющий запаха газ, его также можно использовать при закачке в пласт. Гелий — это легкий газ, его применяют в электронной промышленности и как наполнитель для дирижаблей. Газ из гелионосного месторождения Хьюготон в Западном Техасе, Оклахоме и Канзасе содержит от 0,5 до 2% гелия, который, как предполагают, образовался в результате распада радиоактивного изотопа 40K, содержащегося в граните. Город Амарилло (штат Техас), расположенный около гигантского месторождения, называют гелиевой столицей мира.

Сероводород (H2S) — это газ, встречающийся в природе и как составляющая природного газа, и сам по себе. Газ неинертен, чрезвычайно ядовит и может быть смертоносным даже при очень низких концентрациях. Он имеет неприятный запах тухлых яиц, который чувствуется даже в малых количествах. Сероводород очень характерен для соляных куполов Мексиканского залива, а также древних известняковых рифов Мексики, Западного Техаса и Луизианы. Этот газ часто встречается в Альберте, складчатом поясе Вайоминга, Юте, на побережье Южной Калифорнии и Ближнем Востоке. Он очень коррозионно-агрессивен, поэтому в качестве примеси в природном газе приводит к коррозии металлических труб, фонтанной арматуры, а также вентилей в скважине. Сероводород необходимо удалять, прежде чем природный газ поступит в трубопровод. В малосернистом (нейтральном) природном газе он практически или вообще не содержится, а в сернистом — присутствует.



Вследствие высокого давления в подземном коллекторе заметное количество природного газа присутствует в виде раствора в сырой нефти. Газовый фактор пласта — это объем природного газа (куб, фут.), растворенного в одном барреле нефти в данном коллекторе и в условиях этого коллектора. Указанные объемы измерены при обычных условиях. В общем случае в коллекторе по мере повышения давления с увеличением глубины объем природного газа, который может быть растворен в нефти, повышается. Когда сырая нефть поднимается по скважине к поверхности (см. рис. 1.6), давление падает и природный газ, растворенный в нефти коллектора, выходит наружу. Эксплуатационный газовый фактор скважины — это объем природного газа (куб. фут.), добываемого из скважины, в расчете на баррель нефти.

Природный газ газового коллектора непосредственно не соприкасается с нефтью под землей и состоит почти целиком из метана. Попутный газ находится под землей в контакте с сырой нефтью, пребывая одновременно и в виде газовой шапки над нефтью, и в виде раствора в сырой нефти. Попутный газ содержит кроме метана и другие углеводороды.



В некоторых подземных коллекторах при высоких температурах углеводороды с относительно короткими цепями (в основном от пяти до семи атомов углерода) существуют в виде газа. При добыче газа температура снижается и жидкие углеводороды конденсируются. Такая жидкость, называемая газоконденсатом, представляет собой практически чистый бензин; его цвет изменяется от желтоватого до голубого, а плотность — от 45 до 62°АРI. Конденсат обычно называют газовым бензином, ловушечным бензином или белым газом. Конденсат можно добавить в сырую нефть на промысле в процессе, называемом укреплением. Органы государственного регулирования рассматривают газоконденсат, выделенный из природного газа, как сырую нефть.

Для переработчиков стоимость газоконденсата почти равна стоимости сырой нефти. Газоконденсат не является высокооктановым, и его необходимо смешивать с высокооктановым крекинг-бензином. Именно из-за низкого октанового числа стоимость газоконденсата все-таки несколько ниже, чем стоимость сырой нефти. Природный газ, содержащий конденсат, называется жирным, не содержащий — сухим. Газоконденсат вместе с другими компонентами, которые можно выделить из природного газа (бутан, пропан, этан), называют широкой фракцией легких углеводородов.



Английская единица измерения объемов природного газа — кубический фут (cf). Так как газ расширяется и сжимается при изменении температуры и давления, измерения либо осуществляют при стандартных условиях, либо приводят к принятым стандартным условиям в соответствии с законом. Обычно это 60°F и 14,65 psi (15°С и 101,325 кПа), в этом случае кубический фут называют стандартным кубическим футом (scf). Используют следующие сокращения: 1000 куб. фут. — Mcf, миллион — MMcf, миллиард — Bcf, триллион — Tcf. Содержание газоконденсата измеряют в баррелях на миллион кубических футов газа.

Единица измерения теплотворной способности топлива в английской системе — это британская тепловая единица (б.т.е.), Одна б.т.е. приблизительно соответствует теплоте, выделяемой при сгорании одной деревянной спички. Теплотворная способность природного газа, поступающего по газопроводу, изменяется от 900 до 1200 б.т.е., обычно она равна примерно 1000 б.т.е. Теплотворная способность зависит от состава углеводородов, а также от количества инертных примесей в природном газе. При продаже газопроводный газ измеряют по объему (в тысячах кубических футов), по количеству теплоты при сгорании (в б.т.е.) или по комбинации обоих параметров. Если в контракте присутствует пункт об урегулировании б.т.е., то газ поставляют по конкретной цене за 1 тыс. куб. фут., а уже позже цены регулируются в зависимости от его теплотворной способности.

В метрической системе объем добываемого газа измеряют в кубических метрах (1 куб. м соответствует 35,315 куб. фут.), а теплоту — в килоджоулях (около 1 б.т.е.).

В среднем теплотворная способность одного барреля сырой нефти эквивалентна величине 6040 куб. фут. среднего природного газа и называется баррель в нефтяном эквиваленте (БНЭ). В разных компаниях величина БНЭ обычно несколько различается вследствие различного состава нефти и газа.