3.7.5. Технологія видобутку газу

Види пальних газів. В Україні створена і розвивається нова велика галузь промисловості – газова, що використовує величезні запаси природних пальних газів Прикарпаття і Південного Сходу України (Шебелинка), а також штучні (промислові) пальні гази. До штучних належать гази, одержувані переробкою (газифікацією) твердого палива, а також коксівні гази, крекінг-гази, доменні гази й ін. Хоча виробництво штучних газів має досить значні обсяги, їх питома вага у загальному видобутку і споживанні газів у країні невелика.

До природних газів відносять насамперед гази, своїм походженням пов’язані з нафтою. Разом із нафтою завжди добувають нафтові або побіжні гази. У багатьох випадках насиченість нафти газом дуже висока: на одну тонну нафти попутно видобувають 100-150 м² газу. Родовища, у яких нафта має високий вміст газів, називають нафтогазовими.

Найбільше значення мають чисто газові й газоконденсатні родовища, своїм походженням також пов’язані з нафтою. Будучи дуже рухливими, гази легко переміщуються по пористих і тріщинуватих породах і в зручних для цього місцях часто накопичуються у величез­них кількостях. Такі вільні (на відміну від нафтових) гази складають переважну частину ресурсів природного газу.

Практичне значення мають і шахтні або рудничні гази. Вони виділяються з вугільних пластів і накопичуються в шахтах. Дегазація шахт, тобто видалення з них газу, є однією з найважливіших умов їх нормальної експлуатації (рудничні гази, що містять метан, шкідливі для здоров’я людей і небезпечні стосовно вибухів і пожеж). З вугільних шахт щорічно видаляють десятки мільйонів кубометрів газу. Використання цього пального газу набуває великого промислового і комунально-побутового значення, особливо в таких найбільших ву­гільних басейнах, як Донецький, Придніпровський і Львівсько-Волинський.

Проте основу сучасної газової промисловості складає видобуток і транспортування вільних природних газів, бо вони є найдешевшим і водночас високотеплотворним паливом. На 1 т умовного палива у виді природного газу витрачається в 20 разів менше праці, чим на видобуток такої ж кількості палива у виді вугілля, і в 5 разів менше, ніж на видобуток 1 т умовного палива у виді нафти. Економічно дуже ефективне і транспортування газу газопроводами, собівартість якого набагато нижче собівартості перевезення будь-якого іншого виду палива (особливо твердого).

Склад природних газів і їхнє використання. Природні гази – це суміш різноманітних газоподібних вуглеводнів, із яких до 98 % складає метан СН₄. У попутних нафтових газах вміст метану нижче (50-90 %) і відповідно вищий вміст інших вуглеводнів: метану, пропану і бутану.

Крім вуглеводнів, у природному газі міститься деяка кількість азоту, кисню, водню, окису вуглецю, вуглекислого газу, сірководню й інших речовин у газоподібному стані.

Природні гази, будучи дешевим і зручним у використанні паливом, у даний час широко використовуються як промисловістю, так і комунально-побутовими споживачами.

Найбільше значення має використання газу як палива на електростанціях і в промисловій енергетиці, де зараз споживається більша частина газу, що видобувається у країні. З кожним роком розширюється застосування газу в металургії, цементній промисловості, машинобудуванні й інших галузях. Заміна газом інших видів палива на теплових електростанціях і в технологічних процесах багатьох вироб­ництв дає економію палива і праці, спрощує й інтенсифікує виробничі процеси, зменшує забруднення атмосфери продуктами горіння і т. ін.

Великі перспективи має використання природних газів як сировини для хімічної промисловості. Вуглеводні, що містяться в газі, можна переробити в найважливіші хімічні продукти (аміак, ацетилен, метанол, сажу й ін.). На основі природного газу виготовляють найдешевші азотні добрива.

Видобуток, транспортування і збереження природного газу. Простота передачі газів на великі відстані дозволяє значну їх частину використовувати вдалині від місць видобутку. Для цієї цілі споруджують магістральні газопроводи протяжністю в сотні й тисячі кілометрів.

Перші магістральні газопроводи прокладали з труб малого діаметра (300-500 мм). Нові газопроводи споруджують із труб діаметром 1000-1400 мм і більше. Збільшення діаметра газопроводу різко підвищує його пропускну спроможність і скорочує відносну витрату металу і капіталовкладень на одиницю потужності (пропускної спроможності) газопроводу, знижує собівартість транспортування газу.

Технічний прогрес значно прискорив будівництво газопроводів, які споруджують тепер у декілька разів швидше, ніж 20-30 років тому. Спеціальні машини (роторні екскаватори) риють траншеї, інші машини підвозять труби, зварюють їх, очищають від іржі, покривають особливим антикорозійним розчином і прошарком ізоляції (бітумом, синтетич­ною плівкою, спеціальним папером), укладають в траншеї і засипають їх.

Видобуток, транспортування і збереження природного газу здійснюють таким чином. Для розкриття газоносного шару пробурюють свердловини, через котрі завдяки шаровому тиску (що сягає іноді 20-24 МПа і більше) газ викидається на поверхню. Якщо на газовому родовищі є декілька свердловин, то їх зв’язують спеціальним газо­збірним кільцем, до якого залучені окремі газові свердловини. Газ з усіх свердловин надходить на головну компресорну станцію. Тут його сушать і очищають від сірководню.

Протягом перших 2-5 років відбувається дослідно-промислова експлуатація газового покладу, в процесі якої уточнюють властивості шару, запаси газу, продуктивність свердловини, ступінь рухливості шарових вод. У цей час бурять свердловини і ведуть освоєння газового промислу. Для вилучення газу з надр, його збирання, урахування і транспортування готують до експлуатації свердловини і наземне устаткування. Одночасно добувають 10-20 % від загальних запасів газу.

Протягом другого періоду тривалістю до 10 років йде промислова розробка, під час якої добувають біля 60 % запасу газу. Для підтримки обсягу видобутку на визначеному рівні бурять нові експлуатаційні свердловини, тому що відбір газу з раніше пробурених поступово зменшується. При зниженні тиску в свердловині вводять у дію додаткову компресорну станцію, яка підвищує тиск газу, що відбирається з покладу.

Третій період розробки родовищ не обмежений у часі і триває до вичерпання запасів. У цей період здійснюють заходи щодо збільшення видобутку газу із свердловин: розширюють канали свердловин за допомогою обробки соляною кислотою або гідропіскоструменевим методом; роблять зворотну закачку газу, з якого видалені важкі вуглеводні, у поклади по нагнітальних свердловинах закачують воду (обводню­вання).

Загальна розробка газового покладу триває 15-20 років. На відміну від твердого і рідкого палива природний газ необхідно відразу направляти безпосередньо до споживача. Тому видобуток газу являє собою комплексний процес, що складається з його видобутку і транспортування.

Очищений газ під тиском у 5,5-7,5 МПа, що створюється компресорами головної станції (якщо шаровий тиск недостатньо великий), спрямовують у магістральний газопровід. Компресорні станції розташовують на газопроводі через кожні 100-150 км. Пройшовши цю відстань, газ має тиск уже тільки в 3-4 МПа. Чергова компресорна станція знову піднімає тиск газу в магістралі. Так від однієї компресорної станції до іншої газ передається на тисячі кілометрів.

На підході до великого міста газопровід звичайно розгалужується на два півкільця, що покращує розподіл газу по міських газових мережах і сприяє підтримці в них рівномірного тиску. Перед надходженням у міську газову мережу природний газ, що не має запаху, проходить через спеціальну установку, в якій він набуває визначеного запаху. Це необхідно для швидкого виявлення випадків витоку газу з мережі, що робить безпечним користування ним. Іноді одорування здійснюють на промисловій газорозподільній станції.

Для збереження пального газу іноді споруджують величезні резервуари – газгольдери. Проте зручніше берегти гази в зрідженому стані. При температурі –160ºС і великому тиску природний газ переходить у рідкий стан і займає при цьому обсяг у 600 разів менший, ніж у газоподібному стані. Значно легше (якщо температура звичайна і порівняно невисокий тиск) зріджуються пропан і бутан, що виділяються з нафтових газів.

Перевозиться зріджений газ у спеціальних цистернах і балонах. Застосування зрідженого газу дозволяє газифікувати міста, до яких газопроводи ще не прокладені, і постачати газом невеликих споживачів, до яких через невеликий обсяг споживання газу прокладання газопроводу недоцільне.

Найємнішими і зручними є підземні сховища газу. Збереження газу в них коштує в 250 разів дешевше, ніж у газгольдерах. Як сховища можна використовувати різноманітні підземні виробки, у які під великим тиском закачують газ, що герметично ізолюється від атмо­сфери.

Більш економічними газосховищами є вироблені газові й нафтові родовища, у пористі шари яких можна закачувати величезну кількість стисненого газу. Знаходячись під великим тиском, цей газ легко виділяється і по свердловині надходить у газопровідну мережу.

Для збереження газу використовують також і водоносні шари, в які закачують газ, що витискує із шару воду. Газосховища у водоносних шарах найпоширеніші в країнах СНД. Вони створені біля най­більших міст.

Крупні газосховища мають велике значення в регулюванні видобутку і споживання газу: при зниженні споживання газу його надлишки спрямовують у сховище, звідки він надходить у газопровідну мережу, коли витрата газу значно зростає.