Добив и преработка на природен газ

Природният газ представлява смес от горими газове, образувала се в земните недра при анаеробното разлагане на органични вещества от растителен и животински произход. В газовите находища природният газ се намира в газообразно състояние под формата на отделни залежи или под формата на газови шапки при нефтогазовите находища, а също така и разтворен във вода или нефт. Природният газ може да бъде и в кристално състояние под формата на естествени газови хидрати.

Природният газ, използван от консуматорите, по състав се различава в немалка степен от добивания от газовите находища природен газ. Известно е, че подаваният към потребителите природен газ съдържа основно метан. Въпреки че в добивания от находищата природен газ също се съдържа основно метан, в състава му се включват още етан, пропан, бутан и много други горими въглеводороди. Необработеният природен газ може да съдържа също водни пари, сероводород, въглероден двуокис, азот и хелий.

В процеса на обработка голяма част от тези компоненти биват премахнати. Някои като етана, пропана, сероводорода и хелия могат да бъдат частично или напълно премахнати и да бъдат обработени и реализирани като отделни продукти. Други компоненти, като водната пара, въглеродният двуокис и азотът, обикновено се премахват, за да се повиши качеството на природния газ и да се улесни транспортирането му на значителни разстояния посредством магистрални газопроводи.

След като бъде обработен, природният газ обикновено съдържа предимно метан и етан. В същото време към газа могат да бъдат добавени допълнителни добавки, които да му предадат специфични качества. Например, в процеса на обработка към него се прибавя меркаптан, който му предава специфичния мирис.

Природен газ може да се добива от три вида находища - нефтени, газови и газокондензатни. Газът, добиван от нефтени находища, често се нарича асоцииран газ. В нефтеното находище този газ може да съществува отделно от петрола или да бъде разтворен в суровия петрол. От газовите находища се добива основно природен газ. Добивът от газокондензатните находища е природен газ заедно с полутечен въглеводороден кондензат.

Методите, използвани за добив, обработка, транспортиране, съхранение и разпределение, зависят от мястото и състава на природния газ, както и от вида на потребителите и къде се намират те.

Добив на природен газ

За добив на природен газ се използват различни методи. Тъй като много често находищата на природен газ се формират там, където има и находище на нефт, то за добива им се използват едни и същи технологии. Традиционен метод за добив на природен газ са различните сондажни технологии като например наклонено роторно сондиране, при което по предварително зададен ъгъл на сондажния ствол се достига до избраната позиция в желания хоризонт, различна от перпендикулярната проекция на наземната площадка, както и групово сондиране, при което сондажите се извършват на групи от плъзгаща се сонда.

При сондирането се използва промивна течност, с помощта на която се изнасят на повърхността скални частици, охлажда се и се смазва сондажното длето. Течността се използва и за да компенсира пластовото налягане на сондираната скална формация с цел да се предотврати нежелано проникване на флуиди от тези формации в сондажа, както и за да предпази откритите стени на сондажа от обрушаване. Необходимо условие е в промивната течност да не се съдържат вещества, които евентуално биха били вредни за околната среда.

В САЩ широко използвани методи за добив на газ са хоризонталното сондиране, което позволява чрез многобройни разклонения в радиус от няколко километра да бъдат сондирани обширни територии от една входна точка, и хидравличното разбиване, при което природният газ се добива от шисти посредством инжектирането под високо налягане на смес от вода, пясък и химикали. По отношение на технологията на хидравлично разбиване, все още съществуват известни съмнения относно нейната безопасност за околната среда, поради използването на химикали, които евентуално биха могли да замърсят водоносните пластове.

Методи за обработка

Независимо от вида на находището, природният газ съдържа замърсявания, пясък и водни пари, които трябва да бъдат премахнати преди по-нататъшната преработка, за да се избегне евентуално замърсяване и корозия на оборудването и тръбопроводите. Процесът на обработка на природния газ включва отстраняването на всички примеси, съдържащи се в добивания природен газ до получаването на природен газ с очаквания от потребителите състав. Основните транспортни газопроводи обикновено налагат известни ограничения по отношение на състава на транспортирания по тръбите природен газ.

Отстранените от природния газ съставки като етан, пропан, бутан, изобутан и т.н., обикновено се предлагат като отделни продукти и имат много различни приложения. Често използвани са в петролните рафинерии и нефтохимическите заводи като суровина, използват се и за повишаване добива на петрол, а така също и като енергиен източник.

Някои етапи от обработката на добивания природен газ могат да бъдат проведени в близост до сондажа, но повечето се извършват в разположено в близост преработвателно предприятие. Транспортирането на природния газ до мястото на преработка обикновено е по нисконапорни тръбопроводи, изградени от тръби със сравнително малък диаметър.

Използвани съоръжения

Разнообразието от примеси, съдържащи се в добивания природен газ, определя и немалкото методи и съоръжения, използвани при обработката на добивания природен газ.

Обикновено за отстраняване на съдържащите се прах и пясък се използват филтри, разположени в близост до сондажа. За отстраняването на пясъка и други едри частици, използвани съоръжения са и скруберите.

Ако добиваният природен газ е разтворен в нефт, то този нефт също трябва да бъде отстранен.

Често газът се разтваря в нефта поради силното налягане. При добива е възможно по естествен път те да се разделят в резултат от понижаване на налягането. В тези случаи разделянето на природния газ и нефта е сравнително лесно и те биват отвеждани по отделно за по-нататъшната им обработка. В случай че това не е възможно, за разделянето на природния газ и нефта се използват различни съоръжения. Едно от най-елементарните е сепаратор, представляващ обикновен резервоар, в които под действието на гравитацията по тежките течности се утаяват, а по-леките газове се издигат. В някои случаи обаче може да се наложи използването на специално оборудване като например нискотемпературен сепаратор.

Нискотемпературните сепаратори са често използвани за находища, от които се добива газ с високо налягане заедно с лек суров петрол или кондензат. В тези сепаратори се използва разликата в налягането, за да се охлади природният газ и да се отделят нефтът и кондензатът.

За отстраняване на свободната вода често се използва изпарение в близост до сондажния кладенец. Отстраняването на водните пари, съдържащи се в природния газ, обаче може да изисква по-комплексен подход. Това включва дехидратация на природния газ, като за целта се използват процес на абсорбция или десорбция. Сред използваните методи за отстраняването на водната пара е и преминаването на газа през кула, запълнена с гранули на твърд изсушител като алуминиев оксид или силициев гел, или течен изсушител като например гликол.

След като е почистен и подсушен, суровият газ може да се обработва допълнително или да бъде изпратен директно в компресорна станция и подаден към основния газопровод за транспортиране.

Ако суровият природен газ съдържа голямо количество по-тежки въглеводородни газове като пропан и бутан, те обикновено се отстраняват и се предлагат като самостоятелни продукти. Най-често срещаният метод е разпенването на суровия газ през висока затворена кула, съдържаща студено абсорбционно масло, подобно на керосина. При контакт на газа със студеното масло, по-тежките въглеводородни газове кондензират и се улавят от маслото. Леките въглеводородни газове, като метан и етан, не кондензират и се отвеждат от върха на кулата. По този начин могат да се отстранят около 85% от пропана и почти всичкият бутан и по-тежки въглеводороди. Абсорбционното масло се дестилира, за да се отстранят уловените въглеводороди, които се разделят на съставящите ги компоненти в ректификационна колона.

След този етап природният газ обикновено съдържа все още метан, етан и малко количество пропан, които не са уловени. Той може да съдържа и различни количества въглероден диоксид, сероводород, азот и други. Част от етана понякога се премахва, за да се използва като суровина в различните химични процеси. За да се постигне това, съдържанието на водни пари в газа се намалява допълнително с помощта на различни методи и газът се подлага на повтарящи се цикли на компресиране и разширяване, за да се охлади етанът и да се улови като течност.

Природният газ може да съдържа и висок процент въглероден диоксид и сероводород. Тези химикали могат да реагират с останалите водни пари в газа и да се образува киселина, която може да доведе до корозия. От друга страна, извличането на сярата позволява тя да бъде продавана като отделен продукт. Сред използваните методи е отстраняването им чрез преминаване на газа през кула, докато през дюзи от върха на кулата се впръсква смес от вода и разтворител, например моноетаноламин. Разтворителят реагира с химичните вещества, а полученият разтвор се оттича от дъното на кулата за по-нататъшна обработка. Разтворът може да бъде регенериран и използван повторно.

Съдържащият се в природния газ азот се отстранява, тъй като той не изгаря и оказва негативно влияние върху калоричността на природния газ. Обикновено той се отстранява след отстраняването на въглеродния диоксид и сероводорода чрез преминаването на газа през нискотемпературен дестилационен процес, при който азотът се втечнява и се отвежда.

След като се премахне азотът, ако в газа се установи наличието на хелий, това налага използването на по-сложни процеси на дестилация и пречистване, за да се изолира хелият от другите газове.

При добива и обработката на природния газ се използват и подгреватели, с които автоматично се поддържа необходимата температура на газа. Те се използват и за: загряване на съпътстващите нефтени, природни и изкуствени газове, които не съдържат агресивни примеси; преди дроселиране в компресорната станция; в газоразпределителната станция; в магистралните газопроводи и т. н.