Магистральный транспорт газа - учебный фильм
Отличный учебный фильм для широкой аудитории, сжато поясняющий, как происходит процесс добычи и транспортировки природного газа.
Отличный учебный фильм для широкой аудитории, сжато поясняющий, как происходит процесс добычи и транспортировки природного газа.
На уроках химии мы слышали об инертных газах. Их еще называют благородными, такое красивое название было дано не с проста, ведь все инертные газы, а именно гелий, неон, аргон, криптон, ксенон, а также радиоактивные радон и оганесон обладают очень низкой химической активностью, их соединения с другими веществами существуют лишь в специальных, экстремальных условиях, а значит, эти газы не горят и не поддерживают горение, более того, не имея цвета, запаха и вкуса они не токсичны для человека, их вообще как будто нет, настоящее благородство!)
Но это не совсем так, инертные газы хоть и не отравляют человека, но наркотически действуют на него, однако это не относится к гелию и неону, поскольку их наркотический эффект проявляется при очень повышенном давлении, впрочем, поэтому наркоманы и не дышат шариками с гелием.
Все благородные газы одноатомны. То есть в одной молекуле газа содержится один атом. Причем химические оболочки атомов полностью заполнены электронами. Что это значит? Вспомните уроки химии - на каждой оболочке атома может быть лишь определенное число электронов: на первой 2, на второй 8 и так далее. Полная заполненность оболочек у благородных газов и объясняет то, что они почти не вступают в химические реакции, потому что просто не способны присоединить к себе больше электронов.
Интересным фактом является то, что инертные газы переходят в жидкое состояние при экстремально низких температурах, при этом почти сразу после переходя в твердое состояние. Таким образом разница между температурой кипения и плавления у веществ состовляющих инертные газы 2-5, максимум 10 градусов.
Правда вот гелий при обычном давлении в твердое состояние так и не переходит. Он кипит при температуре -270 градусов, то есть температуре космического пространства, ниже которой ничего нет, поэтому кристаллизация гелия проходит под давлением в 25 раз больше атмосферного!
Вообще гелий удивителен. Во Вселенной он второй по распространенности после водорода, но на Земле существует в совсем малых количествах, однако не беспокойтесь, на надувание шариков всем хватит). Из за практически самого малого размера атомов гелия, они почти не сталкиваются друг с другом, когда гелий находится в газообразном состоянии, что делает гелий идеальным газом (идеальный газ это такая теоретическая модель, можете посмотреть о ней в Википедии подробнее).
Еще одна занимательная вещь, что гелий, как и все инертные газы светится при пропускании через него электрического тока. Причем при изменении давления внутри газа, можно менять его цвет. Это связанно с тем, что с увеличением давления, электроны начинают чаще сталкиваться с атомами гелия и общая энергия вещества увеличивается, приводя к изменению цвета. Так гелий может светиться желтым, розовым, оранжевым и зеленым цветами.
Но мы то все знает гелий как веселый газ, смешно изменяющий наш голос. Почему так происходит? Тут нужно разобраться, что вообще такое звук, издаваемый нами при выдохе.
По простому звук есть колебание молекул или других мельчайших частиц среды, улавливаемое нашим ухом. Такой средой является воздух. Когда мы издаем какие либо звуки, наши голосовые связки вибрируют, создавая колебания среды, то есть воздуха. Чем чаще колеблятся связки, тем выше высота звука. Если мы вдохнем вместо воздуха гелий, он станет средой для распространения звука. Но из за гораздо меньшей плотности гелия, он создает меньшее давление на голосовые связки, чем воздух, позволяя им вибрировать быстрее и издавать более тонкий звук.
Так, для понижения голоса можно вдохнуть плотный газ, например фторид серы, он в 5 раз тяжелее воздуха и сильно понижает частоту колебаний голосовых связок, позволяя Вам говорить как Халк:).
Предыдущая тема: Просто о сложном: О движении нефти под землёй. Пористость
Под проницаемостью коллектора понимается способность пористой горной породы пропускать сквозь себя жидкость или газ при разнице давлений.
Надо понимать, что непроницаемых пород не существует. При сверхвысоких давлениях все горные породы способны пропускать через себя жидкость и газ. Но вот в реальных условиях такие давления неосуществимы. Некоторые породы с мелкими порами, плотной упакованной структурой, такие как глины с упорядоченной пакетной упаковкой, мергели, глинистые сланцы практически непроницаемы, не смотря на то, что их пористость может быть высокой. А вот породы с крупными порами, например известняки, доломиты, песчаники хорошо проницаемы для нефти, воды и/или газа
Проницаемость горных пород при линейной фильтрации описывается законом Дарси. Был такой ученый Анри Фелибер Гаспар Дарси, который изучал гидравлику и описал закономерности движения жидкости в пористой среде. Также в честь него названа внесистемная единица проницаемости. 1 Дарси (Д) соответствует проницаемости горной породы, через поперечное сечение которой, равное 1 см2, при ламинарном (струйном, линейном, без завихрений и пульсаций) режиме фильтрации, при перепаде давления в 1 атм на протяжении 1 см в 1 сек проходит 1 см3 жидкости, вязкость которой 1 сП (сантипуаз, примерно равен динамической вязкости воды).
Хоть единица и внесистемная, есть и дольные единицы, чаще всего применяется для измерения проницаемости используют тысячную долю миллидарси (мД).
За свой вклад в науку Анри Дарси был удостоен памятника во французском Дижоне
Различают абсолютную, фазовую и относительную проницаемость.
Абсолютная проницаемость - проницаемость пористой среды, заполненной лишь одной фазой (жидкостью, газом), инертной к пористой среде.
Обычно абсолютную проницаемость определяют в лабораторных условиях путем фильтрации азота через породу.
В реальных условиях породы насыщены не исключительно нефтью, а сложной смесью нефти, воды и газа (флюидом), то есть представляют собой многофазную систему.
Фазовая (эффективная) проницаемость - проницаемость породы для отдельно взятого флюида (например газа) при наличии в ней многофазных систем.
Относительная проницаемость - отношение эффективной проницаемости к абсолютной.
В следующий раз речь пойдет о режимах работы месторождений - движущих силах, заставляющих двигаться нефть в пластовых условиях
Чтобы понять этот пост, рекомендую прочитать основы: Просто о сложном. Как под землей залегает нефть
Итак, любой коллектор - порода, содержащая нефть, газ или воду, имеет пористое строение. Именно это определяет ее фильтрационно-емкостые свойства - способность удерживать жидкость и газ, а также из проводить.
По величине поровых каналов пористость условно подразделяется на три группы:
Сверхкапиллярные – диаметр 2 – 0,5 мм;
Капиллярные – диаметр 0,5 – 0,0002 мм;
Субкапиллярные – диаметр менее 0,0002
мм.
Кроме пор ещё выделяют каверны - большие полости, и трещины
От размера пор зависит проницаемость коллектора. По сверхкапиллярным каналам нефть и газ движутся свободно, по капиллярным со значительным сопротивлением капиллярных сил и извлечь всю нефть из них невозможно. А по субкапиллярным жидкость и/или газ практически не движется, не смотря на та, что пор этих быть может очень много, например в глине.
Общее число пор в породе называется общей пористостью. Это общий объем пор пласта. Он, теоретически, может быть от 0 до 1 (0-100 процентов), в реальности редко превышает 30-40 процентов.
Но общая пористость не так важна для добычи, как открытая пористость. Под Под этим понимается объем пор, соединённых между собой, именно по ним и движется жидкость и/или газ.
Эффективная пористость - важнейший показатель, под этим понимается поровое пространство, которое занято пластовой жидкостью и/или газом.
В следующий раз напишу про проницаемость и единицы ее измерения
В прошлой статье я дал определение флюиду - сложной многокомпонентной смеси пластовой воды, нефти и газа.
Пришло время рассказать подробнее про них
Начну с нефти, кто ее не видел может посмотреть, что она из себя представляет (видео мое)
Нефть - это природная жидкость преимущественно темного цвета (бывает цветная нефть), различной степени вязкости (от легкотекучей как вода до состояния солидола) и разного запаха (от омерзительного запаха при наличии серосодержащих соединений до приятного при наличии лёгких аренов). Представляет собой смесь различных углеводородов, преимущественно алифатических предельных (алканов), жидких в нормальных условиях.
Природный газ - это смесь лёгких предельных углеводородов, летучих в нормальных условиях. Природный газ не имеет цвета и запаха, он определяется только наличием примесей
Разрядка скважины, на выходе попутный газ (видео мое)
Основа природного газа - метан. Также в нем может быть порядка 10% этана, а также пропана и бутана. Их количество определяет степень жирности газа. Если их в сумме не более 2 процентов, то газ сухой, если 2-5 процентов -полужирный, если свыше пяти процентов - жирный.
Газ может быть свободным, часть газа растворена в нефти, он выделяется из нее при добыче, такой газ называют попутным. Но больше всего газа в связанной с водой твердой форме, напоминающей снег или лёд. Такая форма газа называется газовым гидратом
Также часто встречается газовый конденсат. Это очень интересное вещество, его смело можно назвать попутной нефтью. Если попутный газ растворен в нефти, то бывает и обратный вариант - растворение нефти в газе при сочетании определенных условий - относительно небольшого количества нефти, высокой температуры и давления. Такое явление - растворение жидкости в газовой фазе - называется ретроградным (обратным) испарением. При подъёме газа на поверхность растворенная в нем нефть выпадает в жидкий осадок, это и есть газовый конденсат. Такое явление называется ретроградной (обратной) конденсацией
Если интересуют подробности, то можно прочитать эти статьи:
Легко ли добыть нефть. Природный газ
Легко ли добыть нефть. Что такое газовый конденсат и чем он отличается от нефти
Легко ли добыть нефть Что такое нефть и какой она бывает
В следующий раз рассмотрим проницаемость - фильтрацию нефти в пластовых условиях
В предыдущей теме я кратко описал о формировании месторождений нефти и газа. Они приурочены к т. н. ловушкам. Скопление нефти и газа в ловушках называется залежью, одна или несколько залежей в недрах одной и той же ограниченной по размерам площади
образует месторождение.
Месторождения имеют разное строение, большинство нефтяных и газовых залежей мира, более 80%, приурочены к антиклинальным складкам.
Давайте рассмотрим подробнее, что это такое. Большинство пластов осадочных пород, в которых и формируется нефть и газ, изначально имели горизонтальное строение. В результате воздействия давлений, температур, глубинных разрывов поднимались или опускались в целом либо относительно друг друга, а так же изгибались в складки различной формы.
Обычно одна складчатая система слоев (пластов) представляет собой чередование выпуклостей (антиклиналей) и вогнутостей (синклиналей)
В верхней части купола антиклинали при благоприятных условиях может накаливаться нефть и газ
Давайте посмотрим схему строения наиболее часто встречающейся сводовой залежи, которая приурочена к антиклинальной складке. В нижней части залежи находится вода, она обладает наибольшей плотностью. Если вся площадь подстилается водой, то такая залежь называется водоплавающая. На иллюстрации именно такой тип залежи. Бывают еще полнопластовые залежи, если вся толща пласта занята нефтью и газом.
Верхняя часть пласта занята легким природным газом, а между водой и газом находится нефть. Условная поверхность, разделяющая воду и нефть называется водонефтяным контактом (ВНК), еще есть газонефтяной контакт(ГНК) и газоводяной контакт(ГВК).
В месторождениях нефти и газа находится сложная смесь нефти, газа и воды, ее называют флюид. В зависимости от преобладания того или иного компонента месторождения делят на нефтяные, газовые и газоконденсатные. Но в чистом виде они встречаются редко, большинство месторождений содержат не только нефть или газ, а и то, и другое в разных пропорциях, поэтому обычно речь идет о нефтегазовых (нефти больше 50%), газонефтяных (газа более 50%) и нефтегазоконденсатных месторождениях.
В следующей части я расскажу, что же такое нефть, газ и газовый конденсат
Само понятие месторождения автоматически подразумевает, что в этом месте зарождается то или иное минеральное вещество. Но к месторождениям нефти и газа это чаще всего не относится, они могут формироваться в одном месте, а накапливаться в другом, поэтому уместнее был бы термин местохранение
Согласно общепринятой биогенной теории происхождения углеводородов, они появились из остатков органического вещества
Правда это не остатки динозавров, а скопления мелких одноклеточных растений (преимущественно) и животных - планктона. Их так много, что они не успевают разлагаться. Этот процесс называется седиментогенез
Тут зарождается нефть будущего
После этого остатки органики подвергаются сначала диагенезу - биохимическому преобразованию в условиях ограниченного доступа воздуха. Постепенно формируются горючие сланцы, которые богаты органическим веществом керогеном
Горючий сланец
После этого осадочные породы погружаются на глубину 1,5-6 километров и попадают в нефтяное окно - место с температурой 70-190 градусов. Сланцы преобразовываются в нефтематеринскую породу. Начинается катагенез (процесс преобразования органического вещества), состоящий изнескольких стадий - протокатогенез, мезокатогенез и апокатогенез. На входе кератоген, на выходе всевозможные углеводороды, из которых потом формируется нефть, газ и газовый конденсат. Этот процесс длится обычно десятки миллионов лет, но на территории Азербайджана находили нефть, сформировавшуюся в четвертичный период, "всего" каких-то два миллиона лет назад
Углеводороды летучи и подвижны. По разным причинам нефть и газ "отжимаются" из нефтематеринской породы и мигрируют по коллектору. В какой-то момент они могут упереться в непроницаемый экран, о котором я уже писал ранее - флюидоупор. Формируется ловушка. Она бывает нескольких типов, чаще всего встречаются ловушки структурного типа, например сводовые ловушки
Скопление нефти/газа/газового конденсата в одной или нескольких ловушках и являются месторождением углеводородов.
Подробнее можно прочитать тут: Легко ли добыть нефть. Откуда есть пошла нефть и газ. Часть-1
и тут: Легко ли добыть нефть. Откуда есть пошла нефть и газ. Часть-2
В следующей статье рассмотрим, что такое флюид и какие бывают месторождения углеводородов.
PS. Большое спасибо тем, кто задонатил предыдущий пост. Деньги мелочь, а вот благодарность приятна, собенно получить ее от Сергея Александровича, геофизика из Радужного
При словах "нефтяное месторождение" многие представляют огромные озера нефти, которые расположены глубоко под землей. Примерно как в этой иллюстрации
Может отсюда и корни растут, смотрят на картинку и видят нефтяную реку, пробурил, спустил трубу -и черпай народное достояние. Но все немного сложнее.
Нефть приурочена к породам, которые называются коллекторы. Они могут быть разного состава, строения, но их объединяет одно - они все имеют пустоты. Пустоты могут быть разными, как большие, которые называются каверны, могут иметьвид длинных и узких трещин, а третьи имеют массу мелких пор. Именно в этих полостях и накапливается нефть. Возьмите кухонную губку, уменьшите размер пор в несколько раз, представьте, что вместо полиуретана твердая основа - вот вам и коллектор
В реальности эта порода выглядит так
Керн из известнякового коллектора
Кстати, во время бурения первых скважин на поверхность поднимают образец породы-коллектора и тщательно изучают. Добывают образец с помощью специальной бурильной головки для отбора керна -образца породы цилиндрической формы
Бурильная головка
Благодаря пористому строению нефть может накапливаться в коллекторе и фильтроваться (проникать) от толщи породы к скважине благодаря так называемой депрессии на пласт - давление в скважине ниже, чем в пласте, и нефть движется из него в скважину. Обратное явление, когда давление в скважине выше пластового и жидкость поступает из скважины в пласт называется репрессией на пласт. И как при депрессии все определяется пористым строением коллектора.
Схема породы-коллектора
Пористость пород обеспечивает фильтрационно-емкостные свойства пласта, которые определяются пористостью и проницаемостью.
Но для "хранения" нефти недостаточно накопления ее в коллекторе. Коллектор, как я писал, проницаем, газ может из него полностью испариться, что касается нефти, то тут происходит другое. Из нефти испаряются наиболее легкие фракции. Под фракцией понимают совокупность углеводородов, выкипающих при определенной температуре. Этот термин пошел из процесса перегонки нефти. Так первыми выкипают петролейные фракции (пентан и гексан), они улетучиваются еще до ста градусов по Цельсию. Пр температуре от 33 до 205 по Цельсию - бензины и так далее. То же самое происходит в пластовых условиях. Многие из них не имеют высокой температуры, но приходит на помощь другой фактор - время. За тысячи, миллионы лет улетучиваются легкие фракции, более тяжелые окисляются и подвергаются биологической деструкции, в результате получается тягучий и вязкий битум
Венесуэльское битумное озеро Пич-Лейк
Сам по себе битум тое является ценным сырьем, но явно уступает нефти и гораздо дороже в переработке. И чтобы не произошло такого казуса, вторым обязательным условием сохранения нефти и газа под землей является наличие пород-покрышек, или как их еще называют флюидоупор.
Это плотные породы, которые практически не имеют пор, очень плотные и пе пропускают нефть и газ. Они расположены над скоплениями пород-коллекторов и создают непроницаемый экран. Покрышки бывают разного строения, лучшими считаются толщи галита - - всем известной каменной соли
В следующей статье я напишу о строении, типах месторождений и как измеряют их запасы