Что такое попутный газ определение
Попутный нефтяной газ
Попутный нефтяной газ (ПНГ) — смесь различных газообразных углеводородов, растворенных в нефти; они выделяются в процессе добычи и перегонки (это так называемые попутные газы, главным образом состоят из пропана и изомеров бутана). К нефтяным газам также относят газы крекинга нефти, состоящие из предельных и непредельных (этилена, ацетилена) углеводородов. Нефтяные газы применяют как топливо и для получения различных химических веществ. Из нефтяных газов путем химической переработки получают пропилен, бутилены, бутадиен и др., которые используют в производстве пластмасс и каучуков.
Содержание
Состав
Попутный нефтяной газ — смесь газов, выделяющаяся из углеводородов любого фазового состояния, состоящая из метана, этана, пропана, бутана и изобутана, содержащая растворенные в ней высокомолекулярные жидкости (от пентанов и выше по росту гомологического ряда) и различного состава и фазового состояния примеси.
Приблизительный состав ПНГ
| Компоненты газа | Объемная доля, % | |
| Метан | (CH4) | 81 |
|---|---|---|
| Этан | (C2H6) | 5 |
| Пропан | (C3H8) | 6 |
| Изо-бутан | (i-C4H10) | 2.5 |
| Н-бутан | (n-C4H10) | 1.5 |
| Азот | (N2) | 1 |
| Углекислый газ | (CO2) | 0.15 |
| Другие | — | 2.85 |
Получение
ПНГ является ценным углеводородным компонентом, выделяющимся из добываемых, транспортируемых и перерабатываемых содержащих углеводороды минералов на всех стадиях инвестиционного цикла жизни до реализации готовых продуктов конечному потребителю. Таким образом, особенностью происхождения нефтяного попутного газа является то, что он выделяется на любой из стадий от разведки и добычи до конечной реализации, из нефти, газа, (другие источники опущены) и в процессе их переработки из любого неполного продуктового состояния до любого из многочисленных конечных продуктов.
Получают ПНГ путем сепарирования от нефти в многоступенчатых сепараторах. Давление на ступенях сепарации значительно отличается и составляет 16—30 бар на первой ступени и до 1,5—4,0 бар на последней. Давление и температура получаемого ПНГ определяется технологией сепарирования смеси вода—нефть—газ, поступающей со скважины.
Специфической особенностью ПНГ является обычно незначительный расход получаемого газа, от 100 до 5000 нм³/час. [источник не указан 127 дней] Содержание углеводородов СЗ+ может изменяться в диапазоне от 100 до 600 г/м³. При этом состав и количество ПНГ не является величиной постоянной. Возможны как сезонные, так и разовые колебания (нормальное изменение значений до 15 %).
Газ первой ступени сепарации, как правило, отправляется непосредственно на газоперерабатывающий завод. Значительные трудности возникают при попытках использовать газ с давлением менее 5 бар. До недавнего времени такой газ в подавляющем большинстве случаев просто сжигался на факелах, однако, сейчас ввиду изменений политики государства в области утилизации ПНГ и ряда других факторов ситуация значительно изменяется. В соответствии с Постановлением Правительства России от 8 января 2009 г. № 7 «О мерах по стимулированию сокращения загрязнения атмосферного воздуха продуктами сжигания попутного нефтяного газа на факельных установках» был установлен целевой показатель сжигания попутного нефтяного газа в размере не более 5 процентов от объема добытого попутного нефтяного газа. В настоящий момент объемы добываемого, утилизируемого и сжигаемого ПНГ невозможно оценить в связи с отсутствием на многих месторождениях узлов учета газа. Но по приблизительным оценкам это порядка 25 млрд м³.
Пути утилизации
Основными путями утилизации ПНГ являются переработка на ГПЗ, генерация электроэнергии, сжигание на собственные нужды, закачка обратно в пласт для интенсификации нефтеотдачи (поддержание пластового давления), закачка в добывающие скважины — использование «газлифта».
В России до сих пор значительная часть попутного нефтяного газа в связи со сложностями по его сбору и утилизации сжигается в факелах прямо на месторождениях. Так, в 2009 году, по данным Счётной палаты РФ, только семь крупнейших нефтяных компаний («Роснефть», «Лукойл», ТНК-BP, «Газпром нефть», «Русснефть», «Башнефть» и «Славнефть») сожгли в факелах 19,96 млрд м³ попутного нефтяного газа, что составило 64,3 % общей его добычи. [1]
Технология утилизации ПНГ
Основная проблема при утилизации попутного газа заключается в высоком содержании тяжелых углеводородов. На сегодняшний день существует несколько технологий, повышающих качество ПНГ за счет удаления значительной части тяжелых углеводородов. Одна из них — подготовка ПНГ с помощью мембранных установок. При применении мембран метановое число газа значительно повышается, низшая теплотворная способность (LHV), тепловой эквивалент и температура точки росы (как по углеводородам, так и по воде) снижаются.
Мембранные углеводородные установки позволяют значительно снизить концентрацию сероводорода и диоксида углерода в потоке газа, что позволяет использовать их для очистки газа от кислых компонентов.
Конструкция
По своей конструкции углеводородная мембрана представляет собой цилиндрический блок с выходами пермеата, продуктового газа и входа ПНГ. Внутри блока находится трубчатая структура селективного материала, который пропускает только определенный вид молекул. Общая схема потока внутри картриджа показана на рисунке.
Принцип работы
Конфигурация установки в каждом конкретном случае определяется специально, так как исходный состав ПНГ может сильно разниться.
Схема установки в принципиальной конфигурации:
Контейнер должен быть изготовлен в соответствии с требованиями пожаро- взровобезопасности в нефтяной и газовой промышленности.
Существует две схемы подготовки ПНГ: напорная и вакуумная.
Попутный нефтяной газ, состав, использование и переработка
Попутный нефтяной газ, состав, использование и переработка.
Попутный нефтяной газ – это полезное ископаемое, природный углеводородный газ, растворенный в нефти или находящийся в «шапках» нефтяных и газоконденсатных месторождений.
Попутный нефтяной газ:
Для обозначения попутного нефтяного газа используют аббревиатуру ПНГ.
В английском языке попутный нефтяной газ называется как «associated petroleum gas», сокращённо – APG. В дословном переводе означает «связанный, объединённый нефтяной газ».
По сути, попутный нефтяной газ этот тот же самый природный газ, но с большим количеством примесей. Поэтому по своим физическим свойствам попутный нефтяной газ аналогичен природному газу.
ПНГ не имеет ни цвета, ни запаха. Легче воздуха в 1,8 раза. Горюч и взрывоопасен. При утечке не собирается в низинах, а поднимается вверх.
ПНГ является побочным продуктом при добыче нефти. Так, только на одну тонну извлекаемой нефти в зависимости от района добычи и месторождения приходится от 25 до 800 м 3 извлекаемого ПНГ.
Долгое время его считали вредной примесью нефти, и ПНГ просто сжигался непосредственно в месте добычи нефти на нефтеносной скважине, загрязняя окружающую среду. Однако не так давно признали, что попутный нефтяной газ, хотя и сопутствует добыче нефти, является ценным сырьем для дальнейшей переработки. Поэтому нефтяные компании стали все больше уделять внимание рациональному использованию попутного газа.
Попутный нефтяной газ подразделяется на:
– типы – по содержанию целевых компонентов – углеводородов от С3 и выше: тощий, средний, жирный и особо жирный,
– классы – по содержанию содержанию сернистых соединений: бессернистый, малосернистый, сернистый и высокосернистый,
– группы – по содержанию негорючих компонентов: безбалластный, малобалластный, среднебалластный и высокобалластный,
– виды – по содержанию механических примесей: чистый, слабозагрязненный, загрязненный и сильнозагрязненный.
Химический состав попутного нефтяного газа:
Попутный нефтяной газ, как и природный газ, является газообразной смесью углеводородных и неуглеводородных компонентов.
Его состав разнится от месторождения к месторождению, от характера самого месторождения, от стадии освоения месторождения. Кроме того, одно и то же месторождение в течение нескольких лет способно существенно поменять процентное соотношение входящих в него компонентов. Попутный нефтяной газ, находящийся в газовых «шапках» и извлекаемый в начале эксплуатации месторождения, является более «легким» по составу (с большим содержанием метана и с меньшей долей – тяжелых углеводородных газов) в отличие от растворенного в нефти газа. В дальнейшем при эксплуатации месторождения газ из газовых шапок сокращается и уступает место растворенному в нефти попутному газу, содержащему большую долю тяжелых углеводородов.
Так как попутный газ извлекается из нефти (или газового конденсата) при ее (его) сепарации (3 ступени), то состав получаемого попутного нефтяного газа также будет отличаться после каждой ступени сепарации.
Возможны как сезонные, так и разовые колебания состава ПНГ.
Углеводородные компоненты попутного нефтяного газа представлены метаном СН4 и его гомологами: этаном С2Н6, пропаном С3Н8, бутаном С4Н10, пентаном С5Н12, гексаном С6Н14, гептаном С7Н16, октаном С8Н18, нонаном С9Н20, деканом С10Н22 и т.д. вплоть до доказана С22Н46.
Неуглеводородные компоненты попутного нефтяного газа: Ar, H2, He, N2, H2S, водяные пары – H2O, CO, CO2 и пр. серосодержащие соединения и инертные газы.
От обычного природного газа ПНГ отличается большим разнообразием и большой долей содержащихся в нем тяжелых углеводородов.
Примерный состав попутного нефтяного газа, извлекаемого из нефтяного месторождения, приведен ниже в таблице.
* В таблице приведен один из примеров. Реальный состав добываемого ПНГ из конкретного нефтяного месторождения может существенно отличаться от приведенного примера.
Таким образом, получается, что ПНГ, извлекаемый из нефтяного месторождения в представленном примере, – это жирный (сырой) природный газ.
В газонефтяных и нефтегазоконденсатных месторождениях доля метана значительно больше, а доля тяжелых углеводородов соответственно меньше.
Получение и добыча попутного нефтяного газа:
Добыча попутного нефтяного газа осуществляется на любой стадии добычи и переработки нефти. Эта особенность обусловлена неразрывной связью ПНГ с нефтью.
В первую очередь извлекается попутный нефтяной газ, который содержится в нефтяных «шапках». Он сам выходит из скважины из-за разницы давления. После этого, происходит извлечение газа из самой нефти путем ее сепарации на специальных установках – многоступенчатых сепараторах за счет различного давления и температуры.
Переработка, использование и применение попутного нефтяного газа:
Извлеченный из нефти попутный нефтяной газ представляет собой смесь различных легких и тяжелых углеводородов, а также механических примесей (частиц пыли и грунта). Причем доля тяжелых углеводородов высока, а механические и неуглеводородные примеси снижают функциональные свойства ПНГ.
Соответственно они могут быть использованы следующим образом:
– как ценное химическое сырье в химической, нефтехимической и фармацевтической промышленности.
Кроме того, попутный нефтяной газ может быть использован путем его обратной закачки в нефтеносный пласт с целью интенсификации нефтеотдачи. К сожалению, после извлечения нефти и этот закаченный газ также следует переработать, т.к. обратная закачка лишь отсрочивает проблему утилизации и рационального использования газа.
Утилизация и сжигание попутного нефтяного газа:
Сжигание попутного нефтяного газа в факелах нефтеносных скважин не только причиняет непоправимый вред окружающей среде, нарушает экологическую обстановку в нефтепромысловых районах и в целом по всем мире, но и приводит к существенным экономическим потерям, составляющим сотни миллиардов рублей в год.
Во-первых, при сжигании газа помимо диоксида углерода образуется твердые отходы в виде активной сажи, объем которой за год накапливается до 0,5 миллионов тонн.
В-четвертых, вокруг факела нефтеносной скважины радиус термического разрушения почв колеблется в пределах 10-25 метров, растительности – от 50 до 150 метров.
В итоге, такое нерациональное использование – утилизация попутного нефтяного газа приводит к значительным выбросам твердых загрязняющих веществ, к ухудшению экологической обстановки в нефтепромысловых районах и во всем мире, к увеличению заболеваемости местного населения: раком легких, бронхов, поражениям печени и желудочно-кишечного тракта, нервной системы, зрения.
Постановлением Правительства России от 8 января 2009 г. № 7 «О мерах по стимулированию сокращения загрязнения атмосферного воздуха продуктами сжигания попутного нефтяного газа на факельных установках» был установлен целевой показатель сжигания попутного нефтяного газа в размере не более 5 процентов от объема добытого попутного нефтяного газа. По предварительным оценкам экспертов ежегодно в России сжигается порядка 25 миллиардов м3 попутного нефтяного газа. Хотя и эта цифра может быть существенно занижена из-за отсутствия на многих месторождениях узлов учета газа.
Использование попутного нефтяного газа: мировой опыт
Попутный нефтяной газ (ПНГ) — проблема для нефтяников по всему миру или ценный ресурс? И то и другое. Основным стимулом для рационального использования ПНГ зачастую становятся экологические ограничения и связанные с ними финансовые риски. Тем не менее при грамотном подходе к утилизации попутного газа нефтяным компаниям удается не только избежать штрафов за нарушение экологического законодательства, но и неплохо заработать
В поисках midstream
Попутный нефтяной газ — смесь, которая растворена в самой нефти. По составу ПНГ богаче традиционного природного газа. Помимо метана и этана в нефтяном газе есть пропан, бутан и другие углеводороды. В одной тонне нефти содержится от одного до нескольких тысяч кубометров ПНГ. Сжечь все это на факеле с точки зрения макроэкономики роскошь, хотя пока и позволительная. Но помимо экономического фактора есть и не менее важный экологический. При сжигании попутного нефтяного газа в воздух попадают значительные объемы диоксида углерода (СО2) и метана, относящихся к парниковым газам, а также сажа, оксиды азота, бензапирен, сероводород и другие опасные для окружающей среды компоненты.
К сожалению, в СССР с его курсом на экстенсивное наращивание добычи нефти переработка попутного нефтяного газа не входила в число приоритетных задач и никак не регулировалась на законодательном уровне. ПНГ считался побочным (то есть ненужным) продуктом нефтедобычи. Как правило, его просто сжигали на факельных установках на месторождениях. До 1 января 2001 года ПНГ не отражался в финансовой отчетности российских компаний. Сейчас подход меняется концептуально. Серьезная борьба против сжигания попутного нефтяного газа на факелах началась в России в 2008–2009 годах во многом благодаря присоединению России к Киотскому протоколу, направленному на сокращение выбросов парниковых газов. По данным Минприроды, благодаря принятым мерам по итогам 2016 года полезное использование ПНГ достигло в среднем по крупным отечественным нефтяным компаниям 90%.
Киотский протокол
Киотский протокол (КП) был принят в дополнение к Рамочной конвенции ООН об изменении климата в Киото (Япония) в 1997 году. Данный протокол стал первым глобальным соглашением об охране окружающей среды, основанным на рыночном механизме регулирования, который предполагал торговлю квотами на выбросы парниковых газов (ПГ) между развитыми странами и странами с переходной экономикой с целью сокращения или стабилизации уровня выбросов в атмосферу. Страны, подписавшие протокол, определили для себя количественные обязательства по сокращению выбросов шести видов парниковых газов: диоксида углерода (CO₂), метана (CH₄), закиси азота (N₂O), гидрофторуглеродов (ГФУ), перфторуглеродов (ПФУ) и гексафторида серы (SF₆)₂₈. Первые три входят в состав попутного нефтяного газа и продуктов его сгорания. Наибольшее влияние на парниковый эффект оказывают СО₂ и СН₄. Первый период обязательств по КП длился 5 лет: с 1 января 2008 года до 31 декабря 2012 года. На этот период Россия поставила перед собой обязательство сохранить среднегодовые выбросы на уровне 1990 года. По данным РИА «Новости», 27 сентября 2015 года на саммите по глобальному развитию в рамках Генеральной Ассамблеи ООН глава МИД РФ Сергей Лавров заявил о перевыполнении Россией своих обязательств по Киотскому протоколу, приводя данные об уменьшении выбросов от энергетического сектора в России за последние 20 лет на 37%.
Сжечь или заработать
Варианты утилизации попутного нефтяного газа универсальны по всему миру, но используются в разных пропорциях. Сжигание на факелах месторождений долгое время было основным способом, ценное углеводородное сырье и энергия горючих компонентов уходили в воздух с ущербом для окружающей среды. С середины прошлого века развитые страны начали серьезно ограничивать сжигание ПНГ.
Столь же удобный с точки зрения логистики, как и сжигание, но экологичный способ утилизации попутного нефтяного газа — его закачка обратно в пласт. Нередко этот метод применяют для повышения нефтеотдачи пласта, хотя эффективным он оказывается не всегда. Газ при дальнейшей добыче все равно вернется, но гидродинамика залежи может быть уже хуже. Еще один вариант использования попутного нефтяного газа на месторождении — промысловая генерация электроэнергии: ПНГ направляется на газотурбинные и газопоршневые установки. Выхлопной газ можно использовать в системах теплоснабжения объектов месторождения или опять-таки закачивать в пласт для повышения нефтеотдачи. Промысловая генерация электроэнергии очень широко используется в России.
Газоперерабатывающие заводы изначально строились возле крупных месторождений, позже для малых месторождений были предложены компактные блочные решения для переработки сырья.
Существует и сложная технология химической переработки ПНГ gas-to-liquids (GTL), позволяющая получать из газа жидкие нефтепродукты, характерные для традиционной нефтепереработки, а также метанол и базовые химические полуфабрикаты. В качестве альтернативы применяют мягкий паровой риформинг. Это, по сути, обратная GTL: жидкие остатки переработки нефтяного газа и газоконденсата трансформируются в газ, который затем можно использовать как топливо для генерации электроэнергии или транспортировать по обычному газопроводу.
«Выбор наиболее экономически привлекательных опций утилизации попутного нефтяного газа зависит от конкретных факторов в привязке к конкретному месторождению. В целом глубокая переработка ПНГ наиболее экономически эффективна, но, например, при малых объемах доступного газа предпочтительна утилизация на месторождении, — говорит руководитель аналитического центра интегрированной газоперерабатывающей и нефтехимической компании „СИБУР“ Ксения Каретина. — Также имеет значение состав ПНГ, спрос на локальных рынках и нетбэки на газ, электричество, тепло, дизель и т. д. Существенным фактором становится наличие инфраструктуры для транспортировки и переработки газа и расстояние до целевых рынков. К примеру, рост сжигания в мире в последние годы отчасти как раз и связан с освоением новых удаленных месторождений и развитием сланцевой добычи».
Альтернативы обязательны
Уровень утилизации попутного нефтяного газа во многом определяет эффективность развития всего нефтегазового комплекса той или иной страны. Использование ПНГ — маркер квалификации государства и бизнеса в вопросе комплексного освоения недр, использования сырья и экологической безопасности.
В США, Канаде, Норвегии полезное использование ПНГ достигает 99–100%. При разработке новых месторождений запускаются обязательные процедуры принятия решений об утилизации газа — дерево альтернатив. Государственные регуляторы требуют рассматривать различные варианты, и только в том случае, если ни один из вариантов рациональной утилизации не отвечает критериям эффективности, разрешается сжигать часть нефтяного газа.
В принципе, сжигать попутный газ в Канаде и США запрещено, в Техасе такой запрет был введен еще в 1946 году. Там, где мощностей по переработке нет, например на Аляске, ПНГ полностью закачивается обратно в пласт. В Северной Дакоте быстро развивается бизнес по сжижению ПНГ, который используется как автомобильное топливо. В ряде регионов США существует сеть специальных трубопроводов, куда частные компании могут сдавать ПНГ практически без подготовки, существуют лишь ограничения по содержанию влаги. Далее сырье направляется на газоперерабатывающие и химические предприятия. В Канаде построена развитая инфраструктура для газовой энергогенерации.
Наличие развитой газотранспортной инфраструктуры и близость к рынкам ЕС позволяет норвежцам эффективно экспортировать подготовленный нефтяной газ, но применяется и закачка ПНГ в пласт для увеличения нефтеотдачи. Газовой энергогенерацией Норвегия практически не занимается.
В Саудовской Аравии, пятой в мире по запасам газа, порядка 60% этих запасов — попутный нефтяной газ. Мощности по его переработке в целом соответствуют уровню добычи, на сухой газ — продукт газоперерабатывающих заводов — приходится 40% энергобаланса страны. В качестве побочного продукта саудовцы получают этан, который по регулируемым и очень низким тарифам предоставляется на переработку нефтехимикам. Такая конструкция привела и продолжает приводить огромные инвестиции в нефтехимию Саудовской Аравии, сейчас эта страна — мировой нефтехимический лидер вместе с США и Китаем. Лишь рост спроса на электричество в прошлом году заставил Saudi Aramco задуматься над увеличением добычи собственного природного газа, не связанного с объемами добычи нефти (тут действуют ограничения ОПЕК).
«Стоит обратить внимание на опыт Саудовской Аравии, где драйверами поиска решений утилизации ПНГ стали избыток попутного газа и активность государства: основаны индустриальные города Эль-Джубайль и Янбу-эль-Бахр, государственная компания Saudi Aramco строила необходимую инфраструктуру для сбора и транспортировки ПНГ, была основана специализированная нефтехимическая компания SABIC », — отмечает Ксения Каретина. По словам эксперта, для Саудовской Аравии характерно не только большое количество доступных объемов нефтяного газа, но и высокое содержание жирных фракций в составе ПНГ, что делает его ценным нефтехимическим сырьем. «Сейчас Россия и Ближний Восток являются крупнейшими регионами мира, где осуществляется глубокая переработка ПНГ в полимеры», — заключает Ксения Каретина.
Старается не отставать от соседей и Иран. В стране ежедневно транспортируется почти 40 млн кубометров ПНГ с нефтяных месторождений в провинции Хузестан на перерабатывающие предприятия. За последние годы здесь было построено и запущено множество небольших частных химических заводов, использующих в основном европейское оборудование и достаточно современные технологии. Благодаря дешевому местному сырью они имеют серьезное конкурентное преимущество.
Для России может быть интересен опыт Казахстана, где система газопереработки формировалась в рамках плановой экономики СССР. Казахстан обошел Россию в законодательном регулировании утилизации попутного нефтяного газа. Законами «О нефти» и «О недрах и недропользовании» и последующими подзаконными актами введен запрет на промышленную эксплуатацию нефтегазовых месторождений без рациональной утилизации попутного нефтяного газа.
Большой проект сбора попутного нефтяного газа с морских платформ на Каспии ведет государственная нефтекомпания Азербайджана SOCAR в партнерстве с BP и международной организацией по ограничению сжигания ПНГ. Ежегодно с морских месторождений компании собирается и передается в газотранспортную систему около 1 млрд кубометров нефтяного газа.
Законодательное регулирование не всегда единственный фактор влияния на нефтяников. Так, в Индонезии нет развитой трубопроводной инфраструктуры или законов, запрещающих факельное сжигание. При этом страна — четвертый в мире экспортер сжиженного нефтяного газа, а интерес местного бизнеса к монетизации ПНГ растет.
Свой путь — в Анголе. Еще в 2002 году компания Sonangol обязала всех партнеров, разрабатывающих месторождения, предусматривать план коммерциализации нефтяного газа. Договоры на разработку ангольских недр содержат пункт о том, что партнеры Sonangol имеют право сжигать попутный газ только до завершения строительства завода по переработке нефтяного газа.
Не опоздать с переработкой
В организации отмечают те выгоды, которые может получить государство, акцентированно стимулируя сегмент переработки ПНГ. Во-первых, это снятие технологических ограничений при вводе новых нефтяных и газовых месторождений, в том числе географически удаленных от основной газовой инфраструктуры и со сложным составом газа. Во-вторых, рост общей доходности добычи углеводородов для добывающих компаний, которые могли бы реинвестировать дополнительную маржу в новые проекты.
Аналитики также видят возможность синхронного с развитием переработки ПНГ роста инвестиций в основной капитал. Более активная переработка нефтяного газа создаст новые источники спроса на труд в регионах, а также спроса на высокотехнологичную продукцию российского химического и транспортного машиностроения, металлургии и т. п.