Tout sur le gaz naturel : composition et propriétés, production et utilisation du gaz naturel

Processus d'extraction de carburant bleu

Avant la production de gaz est le processus d'exploration géologique. Ils vous permettent de déterminer avec précision le volume et la nature de l'occurrence du dépôt. Actuellement, plusieurs méthodes de reconnaissance sont utilisées.

Gravité - basée sur le calcul de la masse des roches. Les couches contenant du gaz se caractérisent par une densité nettement inférieure.

Magnétique - prend en compte la perméabilité magnétique de la roche. Au moyen d'un levé aéromagnétique, il est possible d'obtenir une image complète des gisements jusqu'à 7 km de profondeur.

Le but de cette technique

Sismique - utilise le rayonnement réfléchi lors du passage dans les intestins. Cet écho est capable d'attraper des instruments de mesure spéciaux.

Géochimique - la composition des eaux souterraines est étudiée avec la détermination de leur teneur en substances associées aux gisements de gaz.

Le forage est la méthode la plus efficace, mais en même temps la plus chère de celles répertoriées. Par conséquent, avant son utilisation, une étude préalable des roches est requise.

Méthodes de forage de puits pour production de gaz naturel

Une fois le champ identifié et les volumes préliminaires de gisements estimés, le processus de production de gaz se poursuit directement. Les puits sont forés jusqu'à la profondeur de la couche minérale. Pour répartir uniformément la pression du carburant bleu montant, le puits est réalisé avec une échelle ou de manière télescopique (comme un télescope).

Le puits est renforcé avec des tubes de tubage et cimenté. Pour réduire uniformément la pression et accélérer le processus de production de gaz, plusieurs puits sont forés à la fois dans un champ. La montée du gaz à travers le puits s'effectue de manière naturelle - le gaz se déplace vers une zone de plus basse pression.

Étant donné que le gaz contient diverses impuretés après extraction, la prochaine étape est sa purification. Pour assurer ce processus, des installations industrielles appropriées pour la purification et le traitement du gaz sont en cours de construction à proximité des champs.

Système de purification de gaz naturel

Exploitation minière à l'aide de mines de charbon

Les veines de charbon contiennent une grande quantité de méthane, dont l'extraction permet non seulement d'obtenir du combustible bleu, mais assure également le fonctionnement sûr des entreprises minières de charbon. Cette méthode est largement utilisée aux États-Unis.

Les principales directions d'utilisation et de traitement du méthane

Méthode de fracturation hydraulique

Lorsque le gaz est produit par cette méthode, un courant d'eau ou d'air est injecté à travers le puits. Ainsi, le gaz est déplacé.

Cette méthode peut provoquer une instabilité sismique des roches brisées, elle est donc interdite dans certains États.

Caractéristiques de l'exploitation minière sous-marine

Pour la première fois en Russie, la production de gaz sur le champ de Kirinskoye est réalisée à l'aide d'un complexe de production sous-marin

Des réserves de gaz sont présentes, à l'exception de la terre et sous l'eau. Notre pays possède d'importants gisements sous-marins. La production sous-marine est réalisée à l'aide de plates-formes gravitaires lourdes. Ils sont situés sur un socle reposant sur le fond marin. Le forage de puits est effectué avec des colonnes situées à la base. Des réservoirs sont placés sur les plates-formes pour stocker le gaz extrait. Il est ensuite transporté à terre via un pipeline.

Ces plates-formes assurent la présence constante des personnes assurant l'entretien du complexe. Le nombre peut aller jusqu'à 100 personnes. Ces installations sont équipées d'une alimentation électrique autonome, d'une plate-forme pour hélicoptères et de logements pour le personnel.

Lorsque les gisements sont situés près du rivage, les puits sont réalisés en oblique. Ils commencent sur terre, laissant la base sous le plateau marin. La production et le transport du gaz s'effectuent de manière standard.

Origine du gaz naturel :

Il existe deux théories sur l'origine du gaz naturel : la théorie biogénique (organique) et la théorie abiogénique (inorganique, minérale).

Pour la première fois, la théorie biogénique de l'origine du gaz naturel a été exprimée en 1759 par M.V. Lomonosov. Dans le passé géologique lointain de la Terre, des organismes vivants morts (plantes et animaux) ont coulé au fond des plans d'eau, formant des sédiments limoneux. À la suite de divers processus chimiques, ils se sont décomposés dans un espace sans air.En raison du mouvement de la croûte terrestre, ces restes se sont enfoncés de plus en plus profondément, où, sous l'influence de hautes températures et de hautes pressions, ils se sont transformés en hydrocarbures : gaz naturel et pétrole. Des hydrocarbures de faible poids moléculaire (c'est-à-dire le gaz naturel proprement dit) se sont formés à des températures et des pressions plus élevées. Hydrocarbures de haut poids moléculaire - pétrole - à plus petit. Les hydrocarbures, pénétrant dans les vides de la croûte terrestre, ont formé des gisements de champs de pétrole et de gaz. Au fil du temps, ces dépôts organiques et gisements d'hydrocarbures se sont enfoncés profondément jusqu'à une profondeur d'un kilomètre à plusieurs kilomètres - ils ont été recouverts de couches de roches sédimentaires ou sous l'influence de mouvements géologiques de la croûte terrestre.

La théorie minérale de l'origine du gaz naturel et du pétrole a été formulée en 1877 par D.I. Mendeleev. Il est parti du fait que des hydrocarbures peuvent se former dans les entrailles de la terre à des températures et des pressions élevées en raison de l'interaction de la vapeur surchauffée et des carbures de métaux lourds fondus (principalement du fer). À la suite de réactions chimiques, des oxydes de fer et d'autres métaux se forment, ainsi que divers hydrocarbures à l'état gazeux. Dans ce cas, l'eau pénètre profondément dans les entrailles de la Terre par des fissures-failles de la croûte terrestre. Les hydrocarbures résultants, étant à l'état gazeux, remontent à leur tour par les mêmes fissures et failles jusqu'à la zone de moindre pression, formant éventuellement des gisements de gaz et de pétrole. Ce procédé, selon D.I. Mendeleev et les partisans de l'hypothèse, arrive tout le temps. Par conséquent, la réduction des réserves d'hydrocarbures sous forme de pétrole et de gaz ne menace pas l'humanité.

Méthane

De plus, le méthane se trouve également dans les mines de charbon où, en raison de sa nature explosive, il constitue une menace sérieuse pour les mineurs. Le méthane est également connu sous la forme d'excrétions dans les marais - gaz des marais.

En fonction de la teneur en méthane et en autres gaz d'hydrocarbures (lourds) de la série des méthanes, les gaz sont divisés en gaz secs (pauvres) et gras (riches).

• Les gaz secs comprennent les gaz principalement composés de méthane (jusqu'à 95 - 96%), dans lesquels la teneur en autres homologues (éthane, propane, butane et pentane) est insignifiante (fractions de pour cent). Ils sont plus caractéristiques des gisements purement gaziers, où il n'y a pas de sources d'enrichissement en leurs composants lourds qui font partie du pétrole.
• Les gaz humides sont des gaz à forte teneur en composés gazeux "lourds". En plus du méthane, ils contiennent des dizaines de pour cent d'éthane, de propane et de composés de poids moléculaire plus élevé jusqu'à l'hexane. Les mélanges gras sont plus caractéristiques des gaz associés accompagnant les gisements pétroliers.

Les gaz combustibles sont des compagnons courants et naturels du pétrole dans presque tous ses gisements connus, c'est-à-dire le pétrole et le gaz sont indissociables en raison de leur composition chimique (hydrocarbure), de leur origine commune, de leurs conditions de migration et d'accumulation dans des pièges naturels de natures diverses.

Une exception concerne les huiles dites "mortes". Ce sont des huiles proches de la surface du jour, complètement dégazées en raison de l'évaporation (volatilisation) non seulement des gaz, mais aussi des fractions légères de l'huile elle-même.

Une telle huile est connue en Russie à Ukhta. Il s'agit d'un pétrole lourd, visqueux, oxydé, presque non fluide, produit par des méthodes d'exploitation minière non conventionnelles.

Les gisements purement gazeux sont répandus dans le monde, où il n'y a pas de pétrole, et le gaz repose sur des eaux de formation.En Russie, des gisements de gaz super-géants ont été découverts en Sibérie occidentale : Urengoyskoye avec des réserves de 5 000 milliards de mètres cubes. m3, Yamburgskoye - 4,4 billions. m3, Zapolyarnoye - 2,5 billions. m3, Medvezhye - 1,5 billion. m3.

Cependant, les gisements de pétrole et de gaz et de pétrole sont les plus répandus. Avec le pétrole, le gaz se produit soit dans les bouchons de gaz, c'est-à-dire sur l'huile ou à l'état dissous dans l'huile. On parle alors de gaz dissous. À la base, le pétrole contenant du gaz dissous est similaire aux boissons gazeuses. À des pressions de réservoir élevées, des volumes importants de gaz sont dissous dans l'huile, et lorsque la pression chute à la pression atmosphérique pendant le processus de production, l'huile est dégazée, c'est-à-dire le gaz est rapidement libéré du mélange gazole. Ce gaz est appelé gaz associé.

Les compagnons naturels des hydrocarbures sont le dioxyde de carbone, le sulfure d'hydrogène, l'azote et les gaz inertes (hélium, argon, krypton, xénon) qui y sont présents sous forme d'impuretés.

Transport

Préparation du gaz pour le transport

Malgré le fait que dans certains domaines, le gaz a une composition de qualité exceptionnelle, en général, le gaz naturel n'est pas un produit fini. En plus des niveaux de composants cibles (où les composants cibles peuvent varier en fonction de l'utilisateur final), le gaz contient des impuretés qui le rendent difficile à transporter et dont l'utilisation est indésirable.

Par exemple, la vapeur d'eau peut se condenser et s'accumuler à divers endroits du pipeline, le plus souvent dans des coudes, interférant ainsi avec le mouvement du gaz. Le sulfure d'hydrogène est un agent hautement corrosif qui affecte négativement les pipelines, les équipements associés et les réservoirs de stockage.

A cet égard, avant d'être envoyé à l'oléoduc principal ou à l'usine pétrochimique, le gaz subit la procédure de préparation à l'usine de traitement du gaz (GPP).

La première étape de la préparation est le nettoyage des impuretés indésirables et le séchage. Après cela, le gaz est comprimé - comprimé à la pression requise pour le traitement. Traditionnellement, le gaz naturel est comprimé à une pression de 200 à 250 bars, ce qui entraîne une réduction de 200 à 250 fois du volume occupé.

Vient ensuite l'étape d'étêtage : dans des installations spéciales, le gaz est séparé en essence gaz instable et en gaz étêté. C'est le gaz strippé qui est envoyé aux principaux gazoducs et à la production pétrochimique.

L'essence naturelle instable est acheminée vers des usines de fractionnement de gaz, d'où en sont extraits des hydrocarbures légers: éthane, propane, butane, pentane. Ces substances sont également des matières premières précieuses, notamment pour la production de polymères. Et un mélange de butane et de propane est un produit prêt à l'emploi utilisé, notamment, comme combustible domestique.

gazoduc

Le principal type de transport de gaz naturel est son pompage dans le pipeline.

Le diamètre standard d'un tuyau de gazoduc principal est de 1,42 m.Le gaz dans le gazoduc est pompé sous une pression de 75 atm. Au fur et à mesure qu'il se déplace le long du tuyau, le gaz perd progressivement de l'énergie en surmontant les forces de frottement, qui est dissipée sous forme de chaleur. À cet égard, à certains intervalles, des stations de pompage et de compression spéciales sont en cours de construction sur le gazoduc. Sur eux, le gaz est comprimé à la pression requise et refroidi.

Pour être livrés directement au consommateur, les tuyaux de plus petit diamètre sont détournés du gazoduc principal - réseaux de distribution de gaz.

gazoduc

Transport de GNL

Que faire des zones difficiles d'accès éloignées des principaux gazoducs ? Dans ces zones, le gaz est transporté à l'état liquéfié (gaz naturel liquéfié, GNL) dans des réservoirs cryogéniques spéciaux par voie maritime et terrestre.

Par voie maritime, le gaz liquéfié est transporté sur des méthaniers (méthaniers), navires équipés de citernes isothermes.

Le GNL est également transporté par voie terrestre, ferroviaire et routière. Pour cela, des réservoirs spéciaux à double paroi sont utilisés qui peuvent maintenir la température requise pendant un certain temps.

D'où vient le gaz dans les entrailles de la terre ?

Bien que les gens aient appris à utiliser le gaz il y a plus de 200 ans, il n'y a toujours pas de consensus sur l'origine du gaz dans les entrailles de la terre.

Principales théories d'origine

Il existe deux théories principales sur son origine :

• minéral, expliquant la formation de gaz par les processus de dégazage des hydrocarbures des couches plus profondes et plus denses de la terre et de les élever vers des zones à plus basse pression;
• organique (biogène), selon lequel le gaz est un produit de décomposition des restes d'organismes vivants dans des conditions de haute pression, de température et de manque d'air.

Sur le terrain, le gaz peut se présenter sous la forme d'une accumulation séparée, d'un bouchon de gaz, d'une solution dans l'huile ou l'eau, ou d'hydrates de gaz. Dans ce dernier cas, les gisements sont localisés dans des roches poreuses entre des couches argileuses étanches aux gaz. Le plus souvent, ces roches sont du grès compacté, des carbonates, des calcaires.

La part des gisements de gaz conventionnels n'est que de 0,8 %.Un pourcentage légèrement plus élevé est représenté par le gaz profond, le charbon et le gaz de schiste - de 1,4 à 1,9 %. Les types de dépôts les plus courants sont les gaz et les hydrates dissous dans l'eau - à peu près dans des proportions égales (46,9 % chacun)

Étant donné que le gaz est plus léger que le pétrole et que l'eau est plus lourde, la position des fossiles dans le réservoir est toujours la même : le gaz est au-dessus du pétrole et l'eau soutient l'ensemble du champ pétrolier et gazier par le bas.

Le gaz dans le réservoir est sous pression. Plus le dépôt est profond, plus il est élevé. En moyenne, tous les 10 mètres, l'augmentation de pression est de 0,1 MPa. Il y a des couches avec une pression anormalement élevée. Par exemple, dans les gisements d'Achimov du champ Urengoyskoye, il atteint 600 atmosphères et plus à une profondeur de 3800 à 4500 m.

Faits intéressants et hypothèses

Il n'y a pas si longtemps, on croyait que les réserves mondiales de pétrole et de gaz devraient déjà être épuisées au début du XXIe siècle. Par exemple, le géophysicien américain faisant autorité Hubbert a écrit à ce sujet en 1965.

À ce jour, de nombreux pays continuent d'augmenter le rythme de la production de gaz. Il n'y a aucun signe réel que les réserves d'hydrocarbures s'épuisent

Selon le docteur en sciences géologiques et minéralogiques V.V. Polevanov, de telles idées fausses sont causées par le fait que la théorie de l'origine organique du pétrole et du gaz est encore généralement acceptée et occupe l'esprit de la plupart des scientifiques. Bien que D.I. Mendeleev a étayé la théorie de l'origine profonde inorganique du pétrole, puis elle a été prouvée par Kudryavtsev et V.R. Larine.

Mais de nombreux faits plaident contre l'origine organique des hydrocarbures.

En voici quelques-uns :

• des gisements ont été découverts jusqu'à 11 km de profondeur, dans des fondations cristallines, où l'existence de matière organique ne peut même pas théoriquement exister ;
• selon la théorie organique, seuls 10 % des réserves d'hydrocarbures peuvent être expliquées, les 90 % restants sont inexplicables ;
• La sonde spatiale Cassini a découvert en 2000 sur la lune de Saturne Titan des ressources en hydrocarbures géants sous forme de lacs de plusieurs ordres de grandeur plus grands que ceux de la Terre.

L'hypothèse d'une Terre originellement hydrure avancée par Larin explique l'origine des hydrocarbures par la réaction de l'hydrogène avec le carbone dans les profondeurs de la terre et le dégazage ultérieur du méthane.

Selon elle, il n'y a pas de gisements anciens de la période jurassique. Tout le pétrole et le gaz auraient pu se former il y a entre 1 000 et 15 000 ans. Au fur et à mesure que les réserves sont retirées, elles peuvent se reconstituer progressivement, ce qui est remarqué dans les champs pétrolifères épuisés et abandonnés depuis longtemps.

Classement et propriétés

Le gaz naturel est divisé en 3 catégories principales. Ils sont décrits par les caractéristiques suivantes :

1. Exclut la présence d'hydrocarbures dans lesquels plus de 2 composés carbonés. Ils sont appelés secs et ne sont obtenus que dans les endroits destinés à l'extraction.
2. Outre les matières premières primaires, du gaz liquéfié et sec et de l'essence gazeuse, mélangés les uns aux autres, sont produits.
3. Il contient une grande quantité d'hydrocarbures lourds et de gaz sec. Il y a aussi un petit pourcentage d'impuretés. Il est extrait de gisements de type condensats de gaz.

Le gaz naturel est considéré comme une composition mixte, dans laquelle il existe plusieurs sous-espèces de la substance. C'est pour cette raison qu'il n'y a pas de formule exacte pour le composant. Le principal est le méthane, qui en contient plus de 90 %. C'est le plus résistant à la température. Plus léger que l'air et légèrement soluble dans l'eau. Lorsqu'il est brûlé à l'air libre, une flamme bleue est produite. L'explosion la plus puissante se produit si vous combinez du méthane avec de l'air dans un rapport de 1:10.Si une personne inhale une grande concentration de cet élément, sa santé peut en être affectée.

Il est utilisé comme matière première et combustible industriel. Il est également activement utilisé pour obtenir du nitrométhane, de l'acide formique, des fréons et de l'hydrogène. Avec la rupture des liaisons hydrocarbonées sous l'influence du courant et des températures, l'acétylène, qui est utilisé dans l'industrie, est obtenu. L'acide cyanhydrique se forme lorsque l'ammoniac est oxydé avec du méthane.

La composition du gaz naturel a la liste de composants suivante:

1. L'éthane est une substance gazeuse incolore. Lorsqu'il brûle, il éclaire faiblement. Il ne se dissout pratiquement pas dans l'eau, mais dans l'alcool, il peut le faire dans un rapport de 3:2. Il n'a pas été utilisé comme carburant. Le but principal de l'utilisation est la production d'éthylène.
2. Le propane est un type de carburant bien utilisé qui ne se dissout pas dans l'eau. Lors de la combustion, une grande quantité de chaleur est dégagée.
3. Butane - avec une odeur spécifique, une faible toxicité. Il a un effet négatif sur la santé humaine: il peut affecter le système nerveux, provoquer des arythmies et une asphyxie.
4. L'azote peut être utilisé pour maintenir les forages à une pression appropriée. Pour obtenir cet élément, il faut liquéfier l'air et le séparer par distillation. Il est utilisé pour la fabrication d'ammoniac.
5. Dioxyde de carbone - le composé peut passer d'un état solide à l'état gazeux à la pression atmosphérique. On le trouve dans l'air et dans les sources minérales, et il est également libéré lorsque les créatures respirent. C'est un additif alimentaire.
6. Le sulfure d'hydrogène est un élément plutôt toxique. Il peut affecter négativement le fonctionnement du système nerveux humain.Il a une odeur d'œufs pourris, un arrière-goût sucré et est incolore. Très soluble dans l'éthanol. Ne réagit pas avec l'eau. Nécessaire à la production de sulfites, d'acide sulfurique et de soufre.
7. L'hélium est considéré comme une substance unique. Il peut s'accumuler dans la croûte terrestre. Il est obtenu en congelant les gaz dans lesquels il est inclus. Lorsqu'il est à l'état gazeux, il ne se manifeste pas extérieurement, à l'état liquide, il peut affecter les tissus vivants. Il n'est pas capable d'exploser et de s'enflammer. Mais s'il y en a une grande concentration dans l'air, cela peut entraîner une suffocation. Utilisé pour remplir des dirigeables et des ballons, lorsque vous travaillez avec des surfaces métalliques.
8. L'argon est un gaz sans caractéristiques externes. Il est utilisé pour couper et souder des pièces métalliques, ainsi que pour augmenter la durée de conservation des produits alimentaires (à cause de cette substance, l'eau et l'air sont déplacés).

Les propriétés physiques d'une ressource naturelle sont les suivantes: la température de combustion spontanée est de 650 degrés Celsius, la densité du gaz naturel est de 0,68-0,85 (à l'état gazeux) et de 400 kg / m3 (liquide). En cas de mélange avec de l'air, des concentrations de 4,4 à 17 % sont considérées comme explosives. L'indice d'octane du fossile est de 120-130. Il est calculé en fonction du rapport des composants inflammables à ceux qui sont difficiles à oxyder lors de la compression. La valeur calorifique est approximativement égale à 12 000 calories par mètre cube. La conductivité thermique du gaz et du pétrole est la même.

Lorsque de l'air est ajouté, une source naturelle peut rapidement s'enflammer. Dans des conditions domestiques, il monte au plafond. C'est là que le feu commence. Cela est dû à la légèreté du méthane. Mais l'air est environ 2 fois plus lourd que cet élément.

Méthodes de traitement du gaz naturel

Avant de fournir du gaz naturel au gazoduc principal, cette matière première n'a pas besoin d'être purifiée davantage, cet avantage par rapport au pétrole (qui doit être soumis à un traitement primaire avant d'être introduit dans l'oléoduc), ce qui entraîne des économies importantes sur les coûts de transport.

Avant d'obtenir la composition chimique et de production finale, le mélange gazeux est soumis à un traitement secondaire dans des usines de l'industrie chimique qui, selon les technologies utilisées, est divisé en méthodes de traitement des gaz principales et secondaires.

traitement physique

Cette méthode est basée sur des indicateurs physiques et énergétiques. Les matériaux fossiles extraits sont soumis à une compression profonde et sont séparés en fractions par exposition à des températures élevées.

Lors du passage des basses aux hautes températures, les matières premières sont intensément nettoyées des impuretés. L'utilisation de compresseurs puissants permet le traitement sur le site de production de gaz. Lors du pompage de gaz à partir d'une formation pétrolifère, des pompes à huile sont utilisées, qui sont relativement bon marché.

Propriétés du gaz naturel

Utilisation de réactions chimiques

Au cours du traitement chimique-catalytique, des processus se produisent associés à la transition du méthane en gaz de synthèse, suivis du traitement. Les méthodes chimiques impliquent l'utilisation de deux méthodes:

• vapeur, conversion du dioxyde de carbone ;
• oxydation partielle.

Cette dernière méthode est la plus économe en énergie et la plus pratique, car la vitesse de réaction chimique lors de l'oxydation partielle est assez élevée et il n'est pas nécessaire d'utiliser des catalyseurs supplémentaires.

L'utilisation de températures élevées et basses comme outil pour influencer les matières premières fossiles est appelée une méthode thermochimique de traitement du gaz naturel. Sous l'influence de la température sur cette matière première, se forment des composés chimiques tels que l'éthylène, le propylène, etc.. La complexité de ce type de traitement réside dans l'utilisation d'équipements capables de produire de la chaleur jusqu'à 11 000 degrés tout en augmentant la pression jusqu'à trois ambiances.

Les technologies modernes de traitement du gaz naturel utilisent la synthèse supplémentaire de méthane, ce qui permet de doubler la quantité d'hydrogène produite. L'hydrogène est une matière première naturelle à partir de laquelle l'ammoniac est isolé, qui est un matériau pour la production d'acide nitrique, de composants d'ammonium, d'aniline, etc.