Виробники природного газу (країни позначені коричневим та червоним кольорами є найбільшими виробниками природного газу)
Гази природні горючі (рос.газы природные горючие, англ. combustible natural gases; нім. natürliche Brenngase n pl) — суміші газівземної кори — вуглеводні метанового ряду і невуглеводневих компонентів — здатних горіти.
Природні горючі гази являють собою суміш газоподібних сполук і елементів, таких, як вуглеводні парафінового ряду від СН4 до С5Н12, СО2, N2, H2, CO, SO2 і рідкісних газів — аргону, ксенону, неону, криптону, гелію.
Вміст вуглекислого газу змінюється від часток відсотка до 10–15 %, часом більше, наприклад, в Астраханському родовищі концентрація СО2 22 %. Концентрація азоту в природних горючих газах зазвичай не перевищує 10 % (часто 2–3 %), в газах окремих нафтогазоносних басейнів його вміст може сягати 30–50 % (наприклад, у Волго-Уральському) і більше; відомі родовища з переважним вмістом азоту (Чу-Сарисуйська газоносна область: Амангельдинське родовище — 80 % N2 і 16 % CH4; Учаральське родовище 99 % N2).
Кількість сірководню зазвичай не перевищує 2–3 %, як виняток відомі газові поклади із вмістом сірководню 15–20 % і більше (Астраханське родовище — 22,5 %). Концентрації гелію переважно складають соті і тисячні частки відсотка; в США і Канаді є родовища із вмістом гелію 5–8 % (Ратлснейк — 7,6 %; Модл-Дом — 7,2 %).
Класифікація
Різні шляхи генезису і різний склад утруднюють класифікацію природних горючих газів. Так, наприклад, класифікація К. П. Кофанова не об'єднує всі природні гази, а торкається тільки вуглеводневої їх частини. Автор підрозділяє всі поклади газів за вмістом в них етану і пропану на такі групи:
1) етан-пропанова (С2>С4);
2) пропан-етанова (С4>С2);
3) змішана, що характеризується однаковими або близькими співвідношеннями С2 і С4.
Перша група найбільш поширена і зустрічається у всіх видах покладів «сухих» газових, газонафтових і газоконденсатних родовищ. Друга група властива тільки газоконденсатним покладам. Третя — змішана — поширена менше і зустрічається як в нафтових, так і в газових родовищах.
Генетична класифікація природних газів, зокрема вуглеводневих, будується авторами залежно від їх погляду на походження нафти і газу. Тому будь-яка генетична класифікація є суб'єктивною.
Дж. Амікс і ін. виділяють 5 різновидів пластових флюїдів (за фазовим станом).
1. «Сухий газ», який характеризується відсутністю в сепараторі рідини, що конденсується.
2. «Жирний газ» з газовим чинником 10 000–18 000 м³/м³ рідиною густиною менше 0,74 г/см³.
3. «Конденсатний газ» з газовим чинником від 1400 до 12 500 м³/м³ і рідиною густиною між 0,78 і 0,74 г/см³.
4. «Нафта з високою усадкою» з газовим чинником від 180 до 1400 м³/м³ і густиною 0,74–0,80 г/см³.
5. «Нафта з низькою усадкою» з газовим чинником менше 180 м³/м³ і густиною більше 0,80 г/см³.
«Сухий газ» складається в переважній більшості випадків з метану з домішкою етану і дуже невеликої кількості важких вуглеводневих газів. Азотно-метанові і азотні гази також можна віднести до цієї групи. Рідка фаза в «сухих газах» може утворитися тільки за рахунок конденсації водяної пари, оскільки «сухий газ» може містити воду. Єдиним виключенням є скупчення азотних газів які потрапляють в групу «сухий газ». «Жирний газ» містить набагато більше важких вуглеводнів, ніж «сухий газ». Тому при збереженні пластової температури цей флюїд знаходиться в однофазному газоподібному стані. Термін «жирний газ» виник у зв'язку з тим, що умови, існуючі в сепараторі, відповідають для цього флюїду двофазній області і в сепараторі конденсується рідка вуглеводнева фаза. При природній міграції флюїду, у випадку попадання його в пласти неглибокого залягання, «жирний газ» може утворити рідку вуглеводневу фазу.
Таким чином, «жирні гази» є проміжною ланкою між «сухими» і «конденсатними газами». З «сухими газами» їх зближує неможливість утворення рідкої фази в системі при температурі пласта, з «конденсатними» — поява рідкої фази в сепараторі і можливість її появи в надрах Землі в процесі субвертикальної міграції флюїду або здіймання товщі при тектонічних переміщеннях.
«Конденсатний газ» в порівнянні з «жирним» містить більше важких компонентів; кількість рідини, що виділяється в сепараторі на 1 м³ газу, і її густина також збільшуються.
Головна різниця між «конденсатним газом» та «сухим» і «жирним» — це можливість ретроградної ізотермічної конденсації в пластових умовах.
Характеристики
Факторами, які визначають вологість газу, є тиск, температура, склад, а також кількість солей, розчинених у воді, яка контактує з даним газом. Чим більше в природному горючому газі важких вуглеводнів і азоту, тим нижча його вологість. Наявність сірководню і вуглекислого газу збільшує його вологість. При промисловій обробці, транспортуванні і переробці природного горючого газу наявність пари води в них зумовлює утворення конденсату водяної пари і льодяних пробок, що ускладнює експлуатацію газопроводів і апаратів.
Наявність вологи в газах при підвищеному тиску і зниженій температурі зумовлює утворення і відкладання в газопроводах і технологічних апаратах гідратів вуглеводневих газів. Для видалення вологи з газів використовують різні фізичні і фізико-хімічні методи осушування газів.
Походження
Станом на початок ХХІ ст. походження природних горючих газів пояснюється органічною і неорганічною теоріями походження вуглеводнів. Згідно з першою теорією газоподібні вуглеводні ґенеруються, головним чином в процесі перетворення гумусової і сапропелевої органічної речовини.
Згідно з неорганічною або абіогенною теорією, яка розвинута в основному на початку ХХІ ст., нафта і газ утворюються внаслідок синтезу з вуглецю і водню в умовах високих температур і тиску глибинних зон земної кори. Формування газових покладів відбувається внаслідок міграції газу з материнських товщ і акумуляції їх в природних резервуарах.
На початку ХХІ ст. більшість вчених вважають, що в походженні природного газу задіяні обидва механізми — біогенний і абіогенний.
Геологічні запаси
Переважна частина розвіданих запасів природного газу (понад 90 %) укладена в чисто газових або газоконденсатних родовищах. Розвідані запаси газу у світі — понад 80 трлн м³. З надр видобуто близько 50 трлн м³. Щорічно видобувається близько 2 трлн м³ газу.
За прогнозами «Римського клубу» вичерпання планетарних запасів природних горючих газів з урахуванням нових розвіданих ресурсів слід очікувати близько 2050 р. Усього у світі відомо більше 10 тис. газових родовищ, однак основні запаси газу зосереджені в невеликому числі унікальних (більше за 1 трлн м³) і найбільших (0,1-1,0 трлн м³) газових і газоконденсатних родовищ.
Аналіз розподілу початкових запасів газу по 180 найбільших родовищ світу показує, що в кайнозойських відкладах зосереджено 11 %, в мезозойських — 65,5 % і палеозойських 23,5 %. На глибині до 1000 м міститься 13,6% запасів газу, в інтервалі 1000-3000 м — 73,4 %, 3000-5000 м — 12,9 % і нижче за 5000 м — 1,1 %.
З піщаними колекторами пов'язано 76,3 % запасів, з карбонатними — 23,7 %. Глинистими покришками контролюється 65,7 % запасів газу, соленосними — 34,3 %. Переважна більшість запасів газу (91 %) зосереджена в пастках структурного типу.
На території України відкрито понад 120 родовищ природного горючого газу — у Придніпровсько-Донецькій і Передкарпатській нафтогазоносних областях та Причорномор'ї і акваторії Азовського моря.
Застосування
Природні горючі гази — високоефективний енергоносій і цінна хімічна сировина. Вони дозволяють здійснювати принципово нові технологічні процеси — швидкісне конвекційне і радіаційне нагрівання, безпосереднє спалення в рідинах і розплавах, безокиснювальне нагрівання металів і т.і.
З них виробляють метанол, формальдегід, оцтову кислоту, ацетон і т. д. Природні горючі гази широко застосовують для отримання аміаку, спиртів, олефінових вуглеводнів, передусім етилену і пропілену, які в свою чергу є сировиною для пластичних мас, синтетичних каучуків, штучного волокна і т.і. Сірчисті природні гази використовують для отримання елементарної сірки.
У багатьох технологічних процесах дуже ефективна заміна електроенергії і пари продуктами згоряння природних горючих газів. Так, при заміні електроенергії коефіцієнт використання первинного палива зростає з 0,35 до 0,6–0,7. Застосування природних горючих газів скорочує питому витрату палива в доменному виробництві на 10 % (з підвищенням продуктивності на 2–4 %), в мартенівському виробництві на 5–7 % (з підвищенням продуктивності на 7–10 %), в процесах нагрівання металу на 2–5%, при виробництві метанолу на 8–10 %. Природні горючі гази дають змогу здійснити принципово нові технологічні процеси — швидкісне конвективне і радіаційне нагрівання, спалювання безпосередньо в рідинах і розплавах, безокислювальне нагрівання металів і т. д. Природні горючі гази — цінна хімічна сировина для виробництва метанолу, формальдегіду, оцтової кислоти, ацетону та інших органічних сполук. Конверсією киснем або водяною парою з метану (основного компонента природних горючих газів) отримують синтез-газ (СО+Н2), широко застосовуваний для отримання аміаку, спиртів та інших органічних продуктів; піролізом і дегідрогенізацією метану — ацетилен, сажу і водень.
Природні горючі гази застосовують також для отримання олефінових вуглеводнів, перш за все етилену і пропилену, які в свою чергу є сировиною для подальшого органічного синтезу. З них виробляють пластичні маси, синтетичні каучуки, штучні волокна та ін. Сірководневмісні гази використовують для отримання елементарної сірки.
