Как добывают газ?
Природный и сланцевый газы являются высокоэффективными энергоносителями. Применение газового топлива позволяет внедрять все новые эффективные методы передачи теплоты, формировать более экономичные и высокопроизводительные тепловые агрегаты.
Как добывают газ (природный)?
Природный газ является самым эффективным, а самое главное экологически чистым топливом.
Поиск газовых залежей начинается с составления геологической карты, на которой указывается строение участков верхней земной коры.
Газоносные пласты формируются из пород, характеризующихся своей пористой структурой (пески, пористые известняки и т.д.). Залежи газа представляют собой сосредоточение углеводородов, заполняющих поры в газоносных пластах.
Большинство газовых залежей имеют вид складки земной коры, куполообразной кверху. Газ содержится в куполообразном пласте под землей. В виде шапки газ скоплен в верхних горизонтах пласта. В нижних горизонтах располагается нефть либо пластовая 
вода.
Для добычи газа из недр земли необходимо пробурить скважину, которая состоит из:
- устья (верх скважины);
- забоя (низ скважины).
Пробурить скважину можно электробуром, который быстро вращается и разрушает породы.
Затем внутрь образовавшейся скважины опускают колонну фонтанных труб, по которым газ движется от забоя к устью.
- осушке - отделение газа от влаги;
- очистке - выделение сероводорода и углекислого газа;
- одоризации - придание запаха газу.
Как добывают сланцевый газ?
Сланцевый газ считается искусственным газом, который получается вследствие термической переработки горючих сланцев в печах. Сланцевый газ характеризуется высоким содержанием диоксида углерода.
По физическим свойствам очищенный сланцевый газ практически не отличается от природного газа. Не очищенный сланцевый газ несет в себе огромное количество примесей, что усложняет процесс его обработки.
Основным способом добычи сланцевого газа является гидроразрыв пласта. Данная технология добычи наносит колоссальный вред окружающей среде из-за химического состава бурового раствора.
В газоносный пласт под большим давлением (500-1500 атм.) вводят буровой раствор. 
После чего происходит образование трещин в породе размером до 20 м. Теперь газ может свободно выходить по каналу, проделанному для ввода раствора. Эти трещины могут пропадать под массой пород, поэтому такие разломы проделывают до 10 раз ежегодно.
Обработка сланцевого газа по технологии не отличается от обработки природного газа.
Недостатки добычи сланцевого газа:
- загрязнение грунтовых вод;
- сейсмическая угроза;
- загрязнения почвы и поверхностных вод;
- выбросы в атмосферу.
Перспективы добычи сланцевого газа очень велики. В данный момент целесообразность добычи сланцевого газа является мировой проблемой. Стоит ли загрязнять окружающую среду и наносить вред здоровью человека ради высокоэффективного топлива - вопрос, скорее, риторический.
Если вы хотя бы раз "загорались" идеей найти газ или нефть у себя на даче, либо вам просто интересно, как устроена газодобывающая промышленность, то вы обязательно должны быть в курсе того, что будет освещаться в этой статье – как добывают газ, и где именно добывают газ в России.
Немного истории
Начало газовой промышленности в России пришлось на середину 19 века – 1835 год. Именно тогда в Санкт-Петербурге впервые включили газовые фонари на Аптекарском острове. Правда, газ тот был произведён путём перегонки каменного угля, и по сей день мы знаем его, как "светильный". Именно с его помощью в дореволюционной России осуществлялась газификация Москвы.
Ближе к концу 19 века, в 80-ых годах, стало больше интереса проявляться к нефтяному газу (попутному продукту нефтяной промышленности), и он активно использовался для бытовых нужд и в промышленности.
Вплоть до 30-ых годов 20 века к природному газу относились снисходительно, никто не преследовал цели отыскать его залежи.
Всё изменилось с учреждением "Главгаза", и уже к концу 30-ых годов было открыто более 50 месторождений на территории СССР.
Забавно, ведь когда-то люди даже не могли предположить, какое значение окажет продукт, который они и вовсе не воспринимали всерьёз, для промышленности и жизнедеятельности человека, для экономики и политики страны.
Где искать природный газ в России
На Данный момент на территории РФ открыто несколько десятков месторождений, где добывается природный газ. В зависимости от состава пласта они делятся на газовые, газоконденсатные, нефтегазовые и нефтегазоконденсатные. Большинство газовых залежей располагается на территории Западной Сибири, Дальнего Востока, Северном Кавказе и Волго-Уральской провинции.
Наверняка вы уже не раз слышали о таких месторождениях, как Уренгойское, Ковыктинское, Штокмановское, Ямбургское, Бованенковское. Все они являются представителями класса "гигантских" месторождений, про них знает весь мир, и немалая часть этого мира также греется нашим газом, ведь Россия – ведущий экспортер вышеназванного ресурса, а на её территории, на глубине от 700 до 6000 километров, залегает четверть общемировых его запасов.
Тонкости процесса
Во всём мире практикуется, по большому счёту, только один основной метод добычи газа – скважинный. После проведения геологоразведочных работ на месте предполагаемого местонахождения коллектора (слоя газоносной породы), возводится прочная металлическая вышка, на которой крепится буровая колонна в долотом (буровой головкой) на конце. Буровая колонна наращивается путём навинчивания друг на друга 25-метровых труб, долото вращается всё глубже и глубже, а буровой раствор, заливаемый в забой, охлаждает его и вымывает раздробленную породу. Когда бур достигает намеченной глубины, забой взрывают, и природный газ, метан, томившийся миллионы лет под землёй, мощным потоком (в среднем, 170 атмосфер) вырывается на поверхность. Теперь скважину обжигают в течение 3 суток (да, газ сгорает вхолостую, и 50 миллионов рублей улетают "в трубу"), а после – устанавливают фонтанную арматуру типа "елка".
На месторождении разбросано множество групп таких скважин (такая группа называется "куст"), от них тянутся сотни метров тонких труб, собирая весь, только что добытый, газ, в УКПГ – установке комплексной подготовки газа. Здесь наш дикий, необузданный газ очищается от примесей (сероводород, пропан, бутан, азот и т.д.), осушается, подвергается охлаждению и сжатию в 600 раз, и теперь он готов отправиться в длинное путешествие по магистральному газопроводу (диаметр труб – 1420 мм).
Каждые 100 километров поток газа проходит через компрессорную станцию, которая не даёт ему утратить свою степень сжатия. В конце пути, уже находясь в нужном регионе и городе, метан отправляется на распределительную станцию, где его отогревают (до 28 градусов), понижают и придают ему тот самый едкий запах (одоризация). Теперь можете повернуть вентиль, чиркнуть спичкой, и у вас на кухне засияет теплое голубое метановое пламя.
То, что описано так легко и лаконично, в действительности требует усилий миллионов людей, таких же миллионных затрат, долгие месяцы и даже годы на проведение всех необходимых работ, чтобы ввести в запуск и оптимизировать работу оборудования, найти "подход" к каждому конкретному месторождению.
Деньги, нервы, здоровье – всё это бросается под ноги стихии, чтобы воспользоваться её благами. Природный газ – это наш рок, и наша благодать, и наказание, и награда.
Природный газ является смесью из определенных разновидностей газа, которые образуются глубоко в земле после разложения осадочных органических пород. Это полезное ископаемое, которое должно добываться вместе с нефтью или в качестве самостоятельного вещества.
Свойства природного газа
В естественном состоянии газ представлен в виде отдельных скоплений. Их принято называть газовыми залежами, которые скапливаются в земных недрах, как газовые шапки. Природный газ в некоторых случаях может находиться в глубоких слоях земли в состоянии полного растворения - это нефть или вода. Стандартные условия для образования газа - это наличие температурного режима в двадцать градусов и давление около 0,101325 Паскаля. Стоит отметить, что представленное полезное ископаемое из природного месторождения добывается только в газообразном состоянии - газогидраты.
Главные свойства природного газа - это отсутствие всякого запаха и цвета. Чтобы определить утечку, можно добавить такие вещества, как одоранты, которые имеют сильно выраженный и характерно неприятный запах. В большинстве случаев одорант заменяют на этил-меркаптан. Природный газ достаточно широко используют в качестве топлива на электрических станциях, в черной и цветной металлургии, цементных и стекольных промышленных предприятиях. Он может пригодиться во время производства строительных материалов, для коммунальных и бытовых нужд, а также в качестве уникального сырья для получения органических соединений при синтезе.
В каком состоянии транспортируется газ?
Чтобы значительно упростить задачу транспортировки и дальнейшего хранения газа, его необходимо сжижать. Дополнительное условие - это охлаждение природного газа, если есть постоянное повышенное давление. Свойства природного газа предоставляют возможности для перевозки его в обычных баллонах.
Для транспортировки газа в баллоне его необходимо разделить, после чего он будет состоять в большей части из пропана, а также включать в себя более тяжелые углеводороды. Это происходит потому, что метан и этан не могут находиться в жидких состояниях, особенно если воздух достаточно теплый (18-20 градусов). При транспортировке природного газа необходимо соблюдать все требования и установленные нормы. В противном случае можно столкнуться с взрывоопасными ситуациями.
Что собой представляет сжиженный природный газ?
Сжиженный газ является определенным состоянием природного газа, который охладили при помощи давления. Сжиженный природный газ приводится в такое состояние для того, чтобы его было легче хранить, и он не занимал много места при транспортировке. Таким образом, его можно доставить до конечного потребителя. Плотность газа в два раза меньше плотности бензина. В зависимости от состава его температура кипения может достигать до 160 градусов. Коэффициент сжижения или экономический режим составляет до 95 процентов.
Газ, который находится в скважинах, необходимо тщательным образом подготовить для дальнейшей транспортировки, чтобы привезти его на предприятия. Это могут быть химические заводы, котельные, а также городские газовые сети. Важность правильной подготовки заключается в том, что в природном газе находятся разнообразные примеси, которые вызывают определенные затруднения во время его транспортировки и применения.
Как добывается газ на территории России
Природный газ образуется в процессе смешивания разнообразных видов газа, которые находятся в земной коре. Глубина может достигать почти 2-3 километра. Газ может появиться в результате высокого температурного режима, а также давления. Но доступ кислорода к месту добычи должен полностью отсутствовать.
Добыча природного газа на территории Российской Федерации осуществляется сегодня в самой глубокой скважине. Она располагается возле города Новый Уренгой, где скважина уходит вглубь почти на шесть километров. Газ в этих недрах находится под сильным и высоким давлением. Правильная добыча природного вещества - это бурение скважин. В местах, где есть газ, ставят несколько скважин. Специалисты стараются выполнить бурение равномерно, чтобы пластовые давления имели одинаковое распределение.
Химический состав природного газа
Газ, который добывают из природных месторождений, состоит из углеводородных и не углеводородных компонентов. Природный газ - это метан, который включает в себя более тяжелые гомологи - этан, пропан и бутан. В некоторых случаях можно встретить природное вещество, в котором есть пары пентана и гексана. Углеводород, который содержится в залежах, принято считать тяжелым. Он может образовываться исключительно в процессе образования нефти, а также при преобразовании рассеянных органических веществ.
Помимо углеводородных компонентов, в природном газе имеются примеси диоксида углерода, азота, сероводорода, гелия и аргона. В газонефтяных месторождениях в некоторых случаях присутствуют жидкие пары.
Многие люди ошибочно считают, что сланцевый газ является чуть ли не отдельным энергоносителем, но приставку «сланцевый» он получил лишь потому, что залегает в сланцевом слое осадочной породы, а по своему составу отличается от природного газа повышенным содержанием метана, углекислого газа, аммиака и сероводорода. Как же все-таки добывается этот источник топлива и чем технология его добычи отличается от традиционного газа?
Главное отличие - особенности его залегания. Традиционный газ добывается из пористых коллекторов, глубина залегания которых колеблется от 700 до 4000 метров. Из-за большого количества пор коллекторы имеют высокую проницаемость (около 25%) и голубое топливо легко выкачивать после того, как скважина будет пробурена.
Сланцевый газ в свою очередь залегает на глубине от 2500 до 5000 метров в породах с низкой пористостью (3–4%), поэтому его разведка обходится гораздо дороже, а технология добычи намного сложнее.
Краткий экскурс в историю
Впервые добывать газ из сланцевого слоя осадочной породы начали почти 200 лет назад. Это произошло в США в 1821 году. Этот вид топлива использовался и в СССР: после окончания Великой Отечественной Войны он добывался в Эстонии и поставлялся по газопроводу в Ленинград. Но вскоре советские власти, как и правительства многих других стран мира, поняли, что добыча и транспортировка сланцевого газа обходится значительно дороже традиционного природного, поэтому разработка месторождений была остановлена.
Вторую жизнь идея добычи сланцевого газа обрела в начале двухтысячных годов, когда стали активно применяться технологии горизонтального бурения и многостадийного гидроразрыва пласта, которые позволили значительно увеличить объемы добычи, снизив ее себестоимость.
Технология разведки
Поиск месторождений сланцевого газа требует гораздо больших затрат по сравнению с разработкой традиционного голубого топлива, а технология разведки пока далека от совершенства. Из-за большой глубины залегания многие традиционные методы исследования оказываются неэффективны.
Если смотреть упрощенно, разведка сланцевого газа происходит следующим образом:
в предполагаемом районе его залегания бурится скважина, в которой производится гидроразрыв;
полученный газ анализируется, и на основании результатов анализа определяются оборудование и технология, которые необходимо будет применять для его добычи;
продуктивность скважин определяется опытным путем, а не при помощи точных гидродинамических исследований, как при добыче обычного природного газа.
Мировая статистика запасов
Прогнозируемые запасы сланцевого газа составляют 760 триллионов кубометров, доказанные, по данным американского агентства EIA , - 187,5 триллионов кубометров. Для сравнения, мировые запасы газа, по мнению самого читаемого журнала в мире по нефтегазовой тематике Oil & Gas Journal , составляют чуть более 36 триллионов баррелей.
Крупнейшими месторождениями сланцевого газа обладают КРН - 19,3 % от мировых запасов, США - 13%, Аргентина - 11,7%, Мексика - 10,3%, ЮАР - 7,3%, Австралия - 6%, Канада - 5,9%. Эти оценки с течением времени могут кардинально измениться, ведь, как уже упоминалось, разведка запасов сланцевого газа только начинает развиваться и пока продуктивность скважин определяется только опытным путем.
Бурение и прокладка труб
Особенностью добычи сланцевого газа является технология горизонтального бурения. Ее суть заключается в том, что после того, как была пробурена одна вертикальная скважина до глубины залежей сланцевого газа, бур начинает идти горизонтально. Однако существует множество нюансов, которые необходимо соблюдать при бурении, например, необходимо следить, чтобы уровень наклона бура соответствовал углу наклона сланцевого пласта и т. д.
Добывающие компании вынуждены применять такую технологию, так как газ залегает на значительной глубине в изолированных карманах в очень небольших объемах. Срок эксплуатации скважин невелик - от 5 до 12 лет. Для справки, срок эксплуатации скважины природного газа - от 30 до 50 лет. На крупнейшем разрабатываемом месторождении СГ в мире - BarnettShale - количество скважин уже превысило 17 тысяч.
Горизонтальная длина скважины может достигать 12 километров (этот рекорд был установлен при бурении на Сахалине).
В пробуренную скважину устанавливаются стальные трубы в несколько слоев. В пространство между ними и почвой заливается цемент, чтобы изолировать газ и жидкости для гидроразрыва пласта от пластов почвы, в которых содержится вода.
Гидроразрыв
Поскольку сланцевый газ залегает в породе, имеющей низкую пористость, извлекать его традиционными методами невозможно. Именно поэтому для добычи сланцевого газа активно применяется технология гидравлического разрыва пласта (фрекинга). По трубам к залежам газа закачивается вода, химические реагенты (ингибаторы коррозии, загустители, кислоты, биоциды и множество других химических элементов, общее число которых может доходить до 90 наименований) и специальные гранулы диаметром 0,5–1,5 миллиметра, которые могут состоять из керамики, стали, пластика или песчинок. Вся эта смесь создает химическую реакцию, которая и приводит к гидроразрыву. В результате в породе, которая содержит газ, образуется множество мелких трещин, в которых застревают гранулы, чтобы трещины уже не могли сойтись. Затем вода откачивается назад (она фильтруется и повторно используется для нового ГРП), а сланцевый газ, благодаря перепаду давления, выкачивается через трубы на поверхность.
Жидкости для гидроразрыва
Основой жидкости для гидроразрыва является вода (98,5% от общего объема). Порядка 1% состава - «расклинивающий» трещины элемент (обычно им является песок). Оставшиеся 0,5% - химические соединения, воздействующие на водопроницаемость породы. Без них гидроразрыв просто невозможен.
В течение последних лет велось много споров о вреде для экологии жидкостей для ГРП. Поднятая шумиха привела к тому, что многие европейские страны (Франция, Болгария, Италия) запретили проводить на своей территории гидроразрывы, а в США законодатели вынудили компании, занимающиеся добычей сланцевого газа, публиковать информацию о составе жидкостей для ГРП.
Но технология гидроразрыва, а соответственно и жидкости для них, используются и при добыче обычного природного газа. Например, ее активно применяет компания «Роснефть» , производившая две тысячи гидроразрывов в год еще несколько лет назад.
Транспортировка и очистка
Доставлять сланцевый газ обычными способами до конечных потребителей невозможно, так как стандартные газопроводы рассчитаны на давление в 75 атмосфер. В сланцевом газе этот показатель гораздо ниже из-за повышенного содержания аммиака, сероводорода, азота и углекислого газа и при прокачке его через газопроводы для природного газа может произойти взрыв.
Существует два решения проблемы транспортировки: cтроить заводы по очистке, что позволит сделать состав сланцевого газа приближенным к природному и затем доставлять его по уже существующим газопроводам, или создавать отдельную инфраструктуру для транспортировки сланцевого газа.
Первый вариант требует значительных расходов и делает добычу сланцевого газа просто нерентабельной. А вот второй способ все более активно используется странами, добывающими сланцевое топливо. Причем все они предпочитает доставлять газ на небольшие расстояния потребителям, которые находятся недалеко от месторождения, что делает транспортировку сланцевого газа максимально дешевой.
Именно так поступают в США, где добытый газ транспортируется пока только по коротким локальным газопроводам низкого давления или закачивается в баллоны. Такой же политики придерживается и Китай, начавший строительство первого сланцевого газопровода в провинцию Юньнань, длина которого составляет всего 93 километра.Что касается транспортировки сланцевого газа на дальние расстояния, то при отсутствии разветвленной сети газопроводов наиболее перспективным способом на данный момент является его преобразование в специальных терминалах в сжиженный газ и отправка покупателям при помощи танкеров. По прибытии в пункт назначения продукт перекачивается в резервуары для хранения, а затем преобразуется обратно в газообразное состояние и доставляется по газопроводам конечным потребителям. В настоящий момент строительством подобных терминалов активно занимаются в США. Первый объект, через который будет производится экспорт топлива в страны Юго-Восточной Азии, планируется ввести в эксплуатацию уже в конце 2015 года. Ожидается, что все построенные к 2020 году терминалы позволят экспортировать 118 миллиардов кубометров сланцевого газа.
Главное ноу-хау современной добычи
Экологический вред от гидроразрыва можно свести к минимуму при помощи применения технологии пропанового фрекинга. От обычного гидроразрыва она отличается тем, что вместо воды и химикатов к местам залежей сланцевого газа закачивается пропан, который, в отличие от традиционных жидкостей для ГРП, не оседает в почве после гидроразрыва, а полностью испаряется, поэтому загрязнять землю или воду он никак не может.
Эта технология серьезно изменила отношение многих европейских стран, заботящихся о своей экологии, к проведению гидроразрывов. Британские власти уже сняли запрет на ГРП, другие страны ЕС только рассматривают эту возможность.
Правда, у пропанового фрекинга есть и существенный минус, перечеркивающий всю его хваленую экологичность. Применение этого метода обходится в полтора раза дороже обычного гидроразрыва. Поэтому использовать подобную технологию можно только на месторождениях, имеющих высокую рентабельность.
В 2017 году «Газпром» добыл (без учета доли в добыче организаций, инвестиции в которые классифицированы как совместные операции):
- 471,0 млрд куб. м природного и попутного газа;
- 15,9 млн т газового конденсата;
- 41,0 млн т нефти.
Стратегия в добыче газа
В своей стратегии ПАО «Газпром» придерживается принципа добычи такого объема газа, который обеспечен спросом.
Стратегическими регионами добычи газа на долгосрочную перспективу являются полуостров Ямал , Восточная Сибирь и Дальний Восток, континентальный шельф России.
В основе стратегии «Газпрома» в освоении перспективных месторождений лежит экономическая эффективность, определяемая синхронным развитием мощностей по добыче газа и возможностей его транспортировки, комплексной переработки и хранения.
Стратегия в добыче нефти
Развитие нефтяного бизнеса является одной из стратегических задач «Газпрома». Основу нефтедобычи в Группе «Газпром» составляет ПАО «Газпром нефть» .
К 2020 году «Газпром нефть» намерена увеличить объемы добычи углеводородов до 100 млн тонн нефтяного эквивалента в год и поддерживать этот уровень до 2025 года.
Для достижения этих целей «Газпром нефть» будет стремиться к максимально рентабельному извлечению остаточных запасов на текущей ресурсной базе за счет распространения применяемых лучших практик оптимизации разработки, снижения себестоимости опробованных технологий, а также привлечения и массового внедрения новых технологий. Предусматривается создание нового центра добычи на севере Ямало-Ненецкого автономного округа и развитие активов по разработке нетрадиционных запасов.
Производственные мощности Группы «Газпром» на территории России
По состоянию на 31 декабря 2017 года на территории России Группой «Газпром» разрабатывалось 154 месторождения углеводородов. Основным центром добычи газа «Газпромом» остается Надым-Пур-Тазовский нефтегазоносный район в ЯНАО. Деятельность по освоению нефтяных запасов Группы ведется преимущественно на территории ЯНАО и ХМАО-Югры, а также в Томской, Омской, Оренбургской и Иркутской областях, в Печорском море.
Мощности Группы «Газпром» в добыче углеводородов на территории России по состоянию на 31 декабря 2017 г. (без учета компаний, инвестиции в которые классифицированы как совместные операции)
Показатели добычи газа, конденсата и нефти
На долю «Газпрома» приходится 68% российского объема добычи газа и 12% всего добываемого в мире газа.
В 2017 году Группой «Газпром» (без учета доли в добыче организаций, инвестиции в которые классифицированы как совместные операции) добыто 471,0 млрд куб. м природного и попутного газа.
По итогам 2017 года «Газпромом» (без учета доли в добыче организаций, инвестиции в которые классифицированы как совместные операции) добыто 41,0 млн т нефти и 15,9 млн т газового конденсата.
С учетом доли Группы «Газпром» в объемах добычи организаций, инвестиции в которые классифицированы как совместные операции (1,1 млрд куб. м природного и попутного газа и 7,6 млн т нефти), добыча углеводородов Группой составила 472,1 млрд куб. м природного и попутного газа, 15,9 млн т газового конденсата и 48,6 млн т нефти.
Освоение углеводородных ресурсов за рубежом
На территории зарубежных стран Группа «Газпром» ведет поиск и разведку месторождений углеводородов, участвует в ряде нефтегазовых проектов, вошедших в стадию добычи, а также оказывает сервисные услуги, связанные со строительством скважин. Работа ведется на территории стран бывшего Советского Союза, государств Европы, Юго-Восточной Азии, Африки, Ближнего Востока и Южной Америки.