Todo sobre el gas natural: composición y propiedades, producción y uso del gas natural

Proceso de extracción de combustible azul

Antes de la producción de gas es el proceso de exploración geológica. Le permiten determinar con precisión el volumen y la naturaleza de la ocurrencia del depósito. Actualmente, se utilizan varios métodos de reconocimiento.

Gravedad: basado en el cálculo de la masa de las rocas. Las capas que contienen gas se caracterizan por una densidad significativamente menor.

Magnético: tiene en cuenta la permeabilidad magnética de la roca. Mediante levantamiento aeromagnético es posible obtener una imagen completa de depósitos de hasta 7 km de profundidad.

El objetivo de esta técnica

Sísmica: usa radiación que se refleja al pasar por los intestinos. Este eco es capaz de captar instrumentos de medición especiales.

Geoquímica: la composición de las aguas subterráneas se estudia con la determinación del contenido en ellas de sustancias asociadas con los campos de gas.

La perforación es el método más efectivo, pero al mismo tiempo el más costoso de los enumerados. Por ello, previo a su uso, se requiere un estudio previo de las rocas.

Métodos de perforación de pozos para producción de gas natural

Una vez que se identifica el campo y se estiman los volúmenes preliminares de los depósitos, el proceso de producción de gas procede directamente. Los pozos se perforan hasta la profundidad de la capa mineral. Para distribuir uniformemente la presión del combustible azul ascendente, el pozo se hace con una escalera o telescópicamente (como un telescopio).

El pozo está reforzado con tubos de revestimiento y cementado. Para reducir uniformemente la presión y acelerar el proceso de producción de gas, se perforan varios pozos a la vez en un campo. El ascenso del gas a través del pozo se lleva a cabo de forma natural: el gas se traslada a una zona de menor presión.

Dado que el gas contiene varias impurezas después de la extracción, el siguiente paso es su purificación. Para garantizar este proceso, cerca de los campos se están construyendo instalaciones industriales apropiadas para la purificación y el procesamiento de gases.

Sistema de purificación de gas natural

Minería usando minas de carbón

Las vetas de carbón contienen una gran cantidad de metano, cuya extracción no solo permite obtener combustible azul, sino que también garantiza la operación segura de las empresas mineras de carbón. Este método es ampliamente utilizado en los Estados Unidos.

Las principales direcciones de uso y procesamiento de metano.

Método de fracturamiento hidráulico

Cuando se produce gas por este método, se inyecta una corriente de agua o aire a través del pozo. Así, el gas es desplazado.

Este método puede causar inestabilidad sísmica de rocas rotas, por lo que está prohibido en algunos estados.

Características de la minería submarina.

Por primera vez en Rusia, la producción de gas en el campo Kirinskoye se lleva a cabo utilizando un complejo de producción submarino.

Las reservas de gas están presentes, excepto en tierra y bajo el agua. Nuestro país cuenta con extensos depósitos submarinos. La producción submarina se lleva a cabo utilizando plataformas de gravedad pesada. Están situados sobre una base que descansa sobre el fondo marino. La perforación de pozos se realiza con columnas ubicadas en la base. En las plataformas se colocan tanques para almacenar el gas extraído. Luego se transporta a tierra a través de un oleoducto.

Estas plataformas prevén la presencia constante de personas que realizan el mantenimiento del complejo. El número puede ser de hasta 100 personas. Estas instalaciones están equipadas con suministro eléctrico autónomo, plataforma para helicópteros y alojamiento para el personal.

Cuando los depósitos están ubicados cerca de la costa, los pozos se realizan de forma oblicua. Comienzan en tierra, dejando la base bajo la plataforma marina. La producción y transporte de gas se realiza de manera estándar.

Origen del gas natural:

Existen dos teorías sobre el origen del gas natural: la teoría biogénica (orgánica) y la teoría abiogénica (inorgánica, mineral).

Por primera vez, la teoría biogénica del origen del gas natural fue expresada en 1759 por M.V. Lomonosov. En el lejano pasado geológico de la Tierra, los organismos vivos muertos (plantas y animales) se hundieron en el fondo de los cuerpos de agua, formando sedimentos limosos. Como resultado de varios procesos químicos, se descompusieron en un espacio sin aire.Debido al movimiento de la corteza terrestre, estos remanentes se hundieron cada vez más, donde, bajo la influencia de altas temperaturas y altas presiones, se convirtieron en hidrocarburos: gas natural y petróleo. Los hidrocarburos de bajo peso molecular (es decir, el gas natural propiamente dicho) se formaron a temperaturas y presiones más altas. Hidrocarburos de alto peso molecular - petróleo - a menor escala. Los hidrocarburos, al penetrar en los vacíos de la corteza terrestre, formaron depósitos de yacimientos de petróleo y gas. Con el tiempo, estos depósitos orgánicos y depósitos de hidrocarburos se hundieron hasta una profundidad de un kilómetro a varios kilómetros; estaban cubiertos con capas de rocas sedimentarias o bajo la influencia de movimientos geológicos de la corteza terrestre.

La teoría mineral del origen del gas natural y del petróleo fue formulada en 1877 por D.I. Mendeleev. Partió del hecho de que los hidrocarburos pueden formarse en las entrañas de la tierra a altas temperaturas y presiones como resultado de la interacción del vapor sobrecalentado y los carburos de metales pesados ​​fundidos (principalmente hierro). Como resultado de reacciones químicas, se forman óxidos de hierro y otros metales, así como diversos hidrocarburos en estado gaseoso. En este caso, el agua penetra profundamente en las entrañas de la Tierra a través de grietas-fallas en la corteza terrestre. Los hidrocarburos resultantes, al estar en estado gaseoso, ascienden a su vez por las mismas fisuras y fallas hasta la zona de menor presión, formando eventualmente yacimientos de gas y petróleo. Este proceso, según D.I. Mendeleev y los partidarios de la hipótesis, sucede todo el tiempo. Por lo tanto, la reducción de las reservas de hidrocarburos en forma de petróleo y gas no amenaza a la humanidad.

Metano

Además, el metano también se encuentra en las minas de carbón, donde, debido a su naturaleza explosiva, representa una seria amenaza para los mineros. El metano también se conoce en forma de excreciones en pantanos: gas de pantano.

Según el contenido de metano y otros gases de hidrocarburos (pesados) de la serie del metano, los gases se dividen en secos (pobres) y grasos (ricos).

• Los gases secos incluyen gases principalmente de composición de metano (hasta 95 - 96%), en los que el contenido de otros homólogos (etano, propano, butano y pentano) es insignificante (fracciones de un porcentaje). Son más característicos de yacimientos puramente gasíferos, donde no existen fuentes de enriquecimiento en sus componentes pesados ​​que forman parte del petróleo.
• Los gases húmedos son gases con un alto contenido de compuestos de gases "pesados". Además de metano, contienen decenas de por ciento de etano, propano y compuestos de mayor peso molecular hasta hexano. Las mezclas grasas son más características de los gases asociados que acompañan a los depósitos de petróleo.

Los gases combustibles son compañeros comunes y naturales del petróleo en casi todos sus depósitos conocidos, es decir, el petróleo y el gas son inseparables por su composición química relacionada (hidrocarburo), origen común, condiciones de migración y acumulación en trampas naturales de diversa índole.

Una excepción son los llamados aceites "muertos". Estos son petróleos cercanos a la superficie diurna, completamente desgasificados debido a la evaporación (volatilización) no solo de gases, sino también de fracciones ligeras del propio petróleo.

Tal aceite se conoce en Rusia en Ukhta. Es un petróleo pesado, viscoso, oxidado, casi no fluido, que se produce mediante métodos de minería no convencionales.

Los depósitos de gas puro están muy extendidos en el mundo, donde no hay petróleo, y el gas está sustentado por aguas de formación.En Rusia, se han descubierto yacimientos de gas supergigantes en Siberia occidental: Urengoyskoye con reservas de 5 billones de metros cúbicos. m3, Yamburgskoye - 4,4 billones. m3, Zapolyarnoye - 2,5 billones. m3, Medvezhye - 1,5 billones. m3.

Sin embargo, los yacimientos de petróleo, gas y petróleo son los más extendidos. Junto con el petróleo, el gas se encuentra en los casquetes de gas, es decir. sobre aceite, o en estado disuelto en aceite. Entonces se llama gas disuelto. En esencia, el aceite con gas disuelto es similar a las bebidas carbonatadas. A altas presiones de yacimiento, se disuelven volúmenes significativos de gas en el petróleo, y cuando la presión cae a la presión atmosférica durante el proceso de producción, el petróleo se desgasifica, es decir, el gas se libera rápidamente de la mezcla de gas y petróleo. Tal gas se llama gas asociado.

Los acompañantes naturales de los hidrocarburos son el dióxido de carbono, el sulfuro de hidrógeno, el nitrógeno y los gases inertes (helio, argón, criptón, xenón) presentes en él como impurezas.

Transportación

Preparación de gas para el transporte.

A pesar de que en algunos campos el gas tiene una composición de calidad excepcionalmente alta, en general, el gas natural no es un producto terminado. Además de los niveles de los componentes objetivo (donde los componentes objetivo pueden variar según el usuario final), el gas contiene impurezas que dificultan el transporte y su uso no es deseable.

Por ejemplo, el vapor de agua puede condensarse y acumularse en varios lugares de la tubería, la mayoría de las veces se dobla, lo que interfiere con el movimiento del gas. El sulfuro de hidrógeno es un agente altamente corrosivo que afecta negativamente a las tuberías, los equipos asociados y los tanques de almacenamiento.

En ese sentido, antes de ser enviado al oleoducto principal oa la planta petroquímica, el gas pasa por el procedimiento de preparación en la planta de procesamiento de gas (GPP).

La primera etapa de preparación es la limpieza de impurezas no deseadas y el secado. Después de eso, el gas se comprime, se comprime a la presión requerida para el procesamiento. Tradicionalmente, el gas natural se comprime a una presión de 200-250 bar, lo que resulta en una reducción de 200-250 veces en el volumen ocupado.

Luego viene la etapa de topping: en instalaciones especiales, el gas se separa en gasolina gas inestable y gas tope. Es el gas despojado que se envía a los principales gasoductos ya la producción petroquímica.

La gasolina natural inestable se alimenta a las plantas de fraccionamiento de gas, donde se extraen los hidrocarburos ligeros: etano, propano, butano, pentano. Estas sustancias también son valiosas materias primas, en particular para la producción de polímeros. Y una mezcla de butano y propano es un producto listo para usar que se usa, en particular, como combustible doméstico.

tubería de gas

El principal tipo de transporte de gas natural es su bombeo a través de la tubería.

El diámetro estándar de una tubería de gasoducto principal es de 1,42 m El gas en la tubería se bombea a una presión de 75 atm. A medida que se mueve a lo largo de la tubería, el gas pierde gradualmente energía debido a la superación de las fuerzas de fricción, que se disipa en forma de calor. En este sentido, en ciertos intervalos, se están construyendo estaciones compresoras de bombeo especiales en el gasoducto. En ellos, el gas se comprime a la presión requerida y se enfría.

Para la entrega directa al consumidor, las tuberías de menor diámetro se desvían del gasoducto principal: redes de distribución de gas.

tubería de gas

Transporte de GNL

¿Qué hacer con las zonas de difícil acceso y alejadas de los principales gasoductos? En tales áreas, el gas se transporta en estado licuado (gas natural licuado, GNL) en tanques criogénicos especiales por mar y por tierra.

Por mar, el gas licuado se transporta en gaseros (tanques LNG), barcos equipados con tanques isotérmicos.

El GNL también se transporta por transporte terrestre, tanto ferroviario como por carretera. Para esto, se utilizan tanques especiales de doble pared que pueden mantener la temperatura requerida durante un tiempo determinado.

¿De dónde viene el gas en las entrañas de la tierra?

Aunque la gente aprendió a usar el gas hace más de 200 años, todavía no hay consenso sobre el origen del gas en las entrañas de la tierra.

Principales teorías de origen

Hay dos teorías principales sobre su origen:

• mineral, que explica la formación de gas por los procesos de desgasificación de hidrocarburos de capas más profundas y densas de la tierra y su elevación a zonas de menor presión;
• orgánico (biogénico), según el cual el gas es un producto de descomposición de los restos de organismos vivos en condiciones de alta presión, temperatura y falta de aire.

En el campo, el gas puede estar en forma de una acumulación separada, un casquete de gas, una solución en aceite o agua, o hidratos de gas. En este último caso, los depósitos se ubican en rocas porosas entre capas de arcilla herméticas a los gases. Muy a menudo, tales rocas son areniscas compactadas, carbonatos, calizas.

La participación de los campos de gas convencionales es solo del 0,8%.Un porcentaje ligeramente mayor corresponde al gas de esquisto, el carbón y el gas de esquisto profundo, del 1,4 al 1,9%. Los tipos de depósitos más comunes son los gases e hidratos disueltos en agua, aproximadamente en proporciones iguales (46,9% cada uno)

Dado que el gas es más liviano que el petróleo y el agua es más pesada, la posición de los fósiles en el yacimiento es siempre la misma: el gas está encima del petróleo y el agua sostiene todo el campo de petróleo y gas desde abajo.

El gas en el depósito está bajo presión. Cuanto más profundo es el depósito, más alto es. En promedio, por cada 10 metros, el aumento de presión es de 0,1 MPa. Hay capas con una presión anormalmente alta. Por ejemplo, en los depósitos Achimov del campo Urengoyskoye, alcanza 600 atmósferas y más a una profundidad de 3800 a 4500 m.

Datos e hipótesis interesantes.

No hace mucho tiempo, se creía que las reservas mundiales de petróleo y gas ya deberían agotarse a principios del siglo XXI. Por ejemplo, el geofísico estadounidense autorizado Hubbert escribió sobre esto en 1965.

A la fecha, muchos países continúan aumentando el ritmo de producción de gas. No hay señales reales de que las reservas de hidrocarburos se estén agotando

Según el doctor en ciencias geológicas y mineralógicas V.V. Polevanov, tales conceptos erróneos son causados ​​por el hecho de que la teoría del origen orgánico del petróleo y el gas todavía es generalmente aceptada y posee la mente de la mayoría de los científicos. Aunque D. I. Mendeleev justificó la teoría del origen inorgánico profundo del petróleo, y luego fue probada por Kudryavtsev y V.R. Larín.

Pero muchos hechos hablan en contra del origen orgánico de los hidrocarburos.

Aquí hay algunos de ellos:

• se descubrieron yacimientos a profundidades de hasta 11 km, en cimientos cristalinos, donde la existencia de materia orgánica ni siquiera teóricamente puede existir;
• usando la teoría orgánica solo se puede explicar el 10% de las reservas de hidrocarburos, el 90% restante son inexplicables;
• La sonda espacial Cassini descubrió en 2000 en la luna de Saturno, Titán, recursos de hidrocarburos gigantes en forma de lagos varios órdenes de magnitud más grandes que los de la Tierra.

La hipótesis de una Tierra originalmente hidrurada propuesta por Larin explica el origen de los hidrocarburos por la reacción del hidrógeno con el carbono en las profundidades de la tierra y la posterior desgasificación del metano.

Según ella, no existen yacimientos antiguos del período Jurásico. Todo el petróleo y el gas podrían haberse formado hace entre 1.000 y 15.000 años. A medida que se retiran las reservas, pueden reponerse gradualmente, lo que se nota en los campos petroleros abandonados y agotados hace mucho tiempo.

Clasificación y propiedades

El gas natural se divide en 3 categorías principales. Se describen por las siguientes características:

1. Se excluye la presencia de hidrocarburos en los que haya más de 2 compuestos de carbono. Se llaman secos y se obtienen solo en aquellos lugares destinados a la extracción.
2. Junto con las materias primas primarias, se producen gas licuado y seco y gasolina gaseosa, mezclados entre sí.
3. Contiene una gran cantidad de hidrocarburos pesados ​​y gas seco. También hay un pequeño porcentaje de impurezas. Se extrae de yacimientos del tipo gas condensado.

El gas natural se considera una composición mixta, en la que hay varias subespecies de la sustancia. Es por esta razón que no existe una fórmula exacta para el componente. El principal es el metano, que contiene más del 90%. Es el más resistente a la temperatura. Más ligero que el aire y ligeramente soluble en agua. Cuando se quema al aire libre, se produce una llama azul. La explosión más poderosa ocurre si combinas metano con aire en una proporción de 1:10.Si una persona inhala una gran concentración de este elemento, su salud puede verse perjudicada.

Se utiliza como materia prima y combustible industrial. También se usa activamente para obtener nitrometano, ácido fórmico, freones e hidrógeno. Con la ruptura de los enlaces de hidrocarburos bajo la influencia de la corriente y las temperaturas, se obtiene acetileno, que se usa en la industria. El ácido cianhídrico se forma cuando el amoníaco se oxida con metano.

La composición del gas natural tiene la siguiente lista de componentes:

1. El etano es una sustancia gaseosa incolora. Al arder, ilumina débilmente. Prácticamente no se disuelve en agua, pero en alcohol sí en una proporción de 3:2. No se ha utilizado como combustible. El principal propósito de uso es la producción de etileno.
2. El propano es un tipo de combustible muy utilizado que no se disuelve en agua. Durante la combustión, se libera una gran cantidad de calor.
3. Butano: con un olor específico, baja toxicidad. Tiene un efecto negativo en la salud humana: puede afectar el sistema nervioso, provoca arritmia y asfixia.
4. El nitrógeno se puede utilizar para mantener los pozos a una presión adecuada. Para obtener este elemento es necesario licuar el aire y separarlo por destilación. Se utiliza para la fabricación de amoníaco.
5. Dióxido de carbono: el compuesto puede pasar a estado gaseoso desde un estado sólido a presión atmosférica. Se encuentra en el aire y en manantiales minerales, y también se libera cuando las criaturas respiran. Es un aditivo alimentario.
6. El sulfuro de hidrógeno es un elemento bastante tóxico. Puede afectar negativamente el funcionamiento del sistema nervioso humano.Tiene olor a huevos podridos, un regusto dulzón y es incoloro. Muy soluble en etanol. No reacciona con el agua. Necesario para la producción de sulfitos, ácido sulfúrico y azufre.
7. El helio se considera una sustancia única. Puede acumularse en la corteza terrestre. Se obtiene congelando los gases en los que se incluye. Cuando está en estado gaseoso no se manifiesta hacia el exterior, en estado líquido puede afectar tejidos vivos. No es capaz de explotar y encenderse. Pero si hay una gran concentración en el aire, puede provocar asfixia. Se utiliza para llenar dirigibles y globos, cuando se trabaja con superficies metálicas.
8. El argón es un gas sin características externas. Se utiliza para cortar y soldar piezas metálicas, así como para aumentar la vida útil de los productos alimenticios (debido a esta sustancia, se desplaza el agua y el aire).

Las propiedades físicas de un recurso natural son las siguientes: la temperatura de combustión espontánea es de 650 grados centígrados, la densidad del gas natural es de 0,68-0,85 (en estado gaseoso) y 400 kg/m3 (líquido). Cuando se mezcla con aire, las concentraciones de 4.4-17% se consideran explosivas. El octanaje del fósil es 120-130. Se calcula en base a la relación de componentes inflamables a aquellos que son difíciles de oxidar durante la compresión. El poder calorífico es aproximadamente igual a 12 mil calorías por 1 metro cúbico. La conductividad térmica del gas y del petróleo es la misma.

Cuando se agrega aire, una fuente natural puede encenderse rápidamente. En condiciones domésticas, se eleva hasta el techo. Ahí es donde comienza el fuego. Esto se debe a la ligereza del metano. Pero el aire es aproximadamente 2 veces más pesado que este elemento.

Métodos de procesamiento de gas natural

Antes de suministrar gas natural al gasoducto principal, esta materia prima no necesita ser purificada más, esta ventaja sobre el petróleo (que debe someterse a un tratamiento primario antes de ser alimentado al oleoducto), se traduce en un importante ahorro en los costos de transporte.

Antes de obtener la composición química y de producción final, la mezcla de gases se somete a un procesamiento secundario en plantas de la industria química, que, según las tecnologías utilizadas, se divide en métodos de procesamiento de gases principales y secundarios.

procesamiento físico

Este método se basa en indicadores físicos y energéticos. El material fósil extraído se somete a una compresión profunda y se separa en fracciones por exposición a altas temperaturas.

Durante la transición de bajas a altas temperaturas, las materias primas se limpian intensamente de impurezas. El uso de potentes compresores permite el procesamiento en el sitio de producción de gas. Cuando se bombea gas de una formación petrolífera, se utilizan bombas de petróleo, que son relativamente baratas.

Propiedades del gas natural

Uso de reacciones químicas.

Durante el procesamiento químico-catalítico, ocurren procesos asociados con la transición de metano a gas sintetizado, seguido por el procesamiento. Los métodos químicos implican el uso de dos métodos:

• vapor, conversión de dióxido de carbono;
• oxidación parcial.

El último método es el que ahorra más energía y es el más conveniente, ya que la tasa de reacción química durante la oxidación parcial es bastante alta y no es necesario utilizar catalizadores adicionales.

El uso de altas y bajas temperaturas como herramienta para influir en las materias primas fósiles se denomina método termoquímico de procesamiento de gas natural. Bajo la influencia de la temperatura sobre esta materia prima, se forman compuestos químicos como etileno, propileno, etc.. La complejidad de este tipo de procesamiento radica en el uso de equipos capaces de producir calor hasta 11 mil grados aumentando la presión hasta tres atmósferas.

Las tecnologías modernas para procesar gas natural utilizan la síntesis adicional de metano, lo que permite duplicar la cantidad de hidrógeno producido. El hidrógeno es una materia prima natural de la que se aísla el amoníaco, que es un material para la producción de ácido nítrico, componentes de amonio, anilina, etc.