Природный газ

Природный газ — это полезное ископаемое, представляющее собой смесь газообразных углеводородов и неуглеводородных компонентов, находящуюся в недрах Земли в газообразном состоянии или в виде газогидратов. Относится к осадочным горючим полезным ископаемым. Является важнейшим энергоносителем и сырьём для химической промышленности.

История

Древние времена и раннее использование

Первые упоминания об использовании природного газа относятся к Древнему Китаю (IV век до н. э.), где его применяли для выпаривания соли из рассолов. Газ по бамбуковым трубам подавался к местам солеварения. В Персии и на Кавказе выходы газа на поверхность (газовые факелы) почитались как священные огни.

Промышленная эпоха

Систематическая добыча природного газа началась в XIX веке. В 1821 году в США (Фредония, штат Нью-Йорк) была пробурена первая газовая скважина. В 1859 году полковник Эдвин Дрейк при бурении на нефть в Пенсильвании случайно обнаружил значительные запасы газа. В России первые газовые месторождения были открыты в середине XIX века в Бакинском районе (Азербайджан), однако промышленная добыча началась позже. В 1906 году в Саратове был построен первый в России газопровод для подачи газа на электростанцию.

Развитие в XX веке

Ключевым этапом стало строительство магистральных газопроводов. В 1920-х годах в СССР началось освоение газовых месторождений Поволжья и Северного Кавказа. В 1946 году введён в эксплуатацию первый в СССР магистральный газопровод «Саратов — Москва». В 1960-1970-е годы открыты крупнейшие месторождения Западной Сибири (Уренгойское, Ямбургское, Медвежье), что сделало СССР одним из мировых лидеров по добыче газа. В 1980-х годах построены газопроводы «Уренгой — Помары — Ужгород» и «Ямал — Европа». В 2000-е годы началось освоение шельфовых месторождений (Штокмановское, Сахалин-2).

Состав и свойства

Химический состав

Природный газ представляет собой смесь газов. Основной компонент — метан (CH₄), содержание которого в зависимости от месторождения составляет от 70 % до 98 %. Другие углеводороды:

Этан (C₂H₆) — до 10 %.
Пропан (C₃H₈) — до 5 %.
Бутан (C₄H₁₀) — до 2 %.
Пентан и более тяжёлые углеводороды — до 1 %.

Неуглеводородные компоненты:

Азот (N₂) — до 15 %.
Углекислый газ (CO₂) — до 10 %.
Сероводород (H₂S) — до 5 % (в кислых газах).
Гелий (He) — до 0,5 % (в некоторых месторождениях).
Водяной пар — в зависимости от условий.

Физические свойства

Агрегатное состояние — газ (при нормальных условиях).
Плотность — меньше плотности воздуха (0,7–0,9 кг/м³ при н.у.).
Температура кипения — -161,5 °C (для метана).
Температура самовоспламенения — 537 °C.
Пределы взрываемости — 4,4–17 % объёмных в смеси с воздухом.
Теплота сгорания — 33–50 МДж/м³ (в зависимости от состава).

Классификация

По фазовому состоянию в залежи

Свободный газ — находится в газообразном состоянии в порах и трещинах пород.
Газ из газоконденсатных залежей — содержит тяжёлые углеводороды, которые при снижении давления конденсируются.
Газ из нефтяных залежей (попутный нефтяной газ) — растворён в нефти или находится в газовой шапке.
Газогидраты — твёрдые кристаллические соединения газа с водой (встречаются в вечной мерзлоте и на дне океана).

По составу

Сухой газ — содержит преимущественно метан (более 95 %).
Жирный газ — содержит значительное количество этана, пропана, бутана.
Кислый газ — содержит сероводород и углекислый газ (требует очистки).
Тощий газ — с низким содержанием тяжёлых углеводородов.

Добыча

Геологоразведка

Поиск месторождений природного газа включает сейсморазведку, гравиразведку, магниторазведку, бурение поисковых и разведочных скважин. Наиболее перспективными считаются осадочные бассейны, особенно в районах с мощным чехлом осадочных пород.

Бурение скважин

Для добычи газа бурят вертикальные, наклонные или горизонтальные скважины. Глубина скважин может достигать 6–8 км (на суше) и 3–4 км (на шельфе). После бурения скважину обсаживают стальными трубами и цементируют для изоляции водоносных горизонтов.

Методы добычи

Фонтанный способ — газ поступает на поверхность под собственным пластовым давлением (наиболее распространён).
Компрессорный способ — применяется при падении пластового давления, газ откачивается компрессорами.
Гидроразрыв пласта (ГРП) — создание трещин в породе для увеличения притока газа (широко применяется в сланцевых месторождениях).
Горизонтальное бурение — позволяет извлекать газ из низкопроницаемых коллекторов.

Крупнейшие месторождения

Уренгойское (Россия, ЯНАО) — одно из крупнейших в мире, запасы около 10 трлн м³.
Ямбургское (Россия, ЯНАО) — запасы около 7 трлн м³.
Бованенковское (Россия, ЯНАО) — основное месторождение на полуострове Ямал.
Штокмановское (Россия, шельф Баренцева моря) — крупное шельфовое месторождение.
Южный Парс (Катар/Иран) — крупнейшее газовое месторождение в мире, запасы около 14 трлн м³.
Гронинген (Нидерланды) — крупное месторождение в Европе (истощено, добыча прекращена в 2023 году).

Транспортировка и хранение

Магистральные газопроводы

Основной способ транспортировки газа на суше. Газопроводы состоят из стальных труб диаметром до 1,4 м, работающих под давлением 5–12 МПа. Для поддержания давления через каждые 100–150 км устанавливаются компрессорные станции. Крупнейшие газотранспортные системы:

Единая система газоснабжения (ЕСГ) России — объединяет все магистральные газопроводы страны.
«Сила Сибири» — газопровод из Восточной Сибири в Китай.
«Северный поток» и «Северный поток — 2» — подводные газопроводы из России в Германию (частично повреждены в 2022 году).
«Турецкий поток» — газопровод из России в Турцию.

Сжиженный природный газ (СПГ)

Для транспортировки на большие расстояния (особенно морским путём) газ сжижают при температуре -162 °C, уменьшая объём в 600 раз. СПГ перевозят в специальных танкерах-газовозах. Крупнейшие заводы по сжижению газа расположены в Катаре, Австралии, США, России (заводы «Ямал СПГ», «Сахалин-2»). Приёмные терминалы СПГ находятся в Японии, Южной Корее, Китае, странах Европы.

Подземные хранилища газа (ПХГ)

Для компенсации сезонных колебаний спроса газ закачивают в истощённые месторождения или соляные пещеры. Крупнейшие ПХГ в России — «Касимовское», «Совхозное», «Кущёвское».

Применение

Энергетика

Тепловые электростанции — газ используется для выработки электроэнергии и тепла (ГРЭС, ТЭЦ, ГТУ, ПГУ).
Отопление и горячее водоснабжение — в жилых и промышленных зданиях.
Автотранспорт — компримированный (КПГ) и сжиженный (СПГ) природный газ используется как моторное топливо (газомоторное топливо).

Химическая промышленность

Производство метанола — из синтез-газа (CO + H₂), получаемого из метана.
Производство аммиака — для азотных удобрений (карбамид, аммиачная селитра).
Производство водорода — паровой риформинг метана.
Производство ацетилена — пиролизом метана.
Производство сажи — для резинотехнических изделий.
Производство этана, пропана, бутана — для пластмасс, каучуков, растворителей.

Бытовое использование

Приготовление пищи — газовые плиты и духовки.
Отопление — газовые котлы и конвекторы.
Горячее водоснабжение — газовые колонки и водонагреватели.

Другие области

Металлургия — для нагрева печей и плавки металлов.
Стекольная промышленность — для варки стекла.
Производство строительных материалов — обжиг кирпича, цемента.
Сельское хозяйство — для обогрева теплиц и сушки зерна.

Экологические аспекты

Преимущества

При сжигании природного газа образуется меньше углекислого газа (CO₂) на единицу энергии, чем при сжигании угля или нефти.
Практически не образуется твёрдых частиц (сажи) и оксидов серы (SOₓ).
Меньше выбросов оксидов азота (NOₓ) по сравнению с углём.

Недостатки

Метан — сильный парниковый газ (в 25–80 раз сильнее CO₂ по парниковому эффекту за 100-летний период). Утечки при добыче, транспортировке и распределении газа существенно снижают его экологическое преимущество.
Сероводород — токсичен и коррозионно-активен, требует очистки.
Факельное сжигание попутного газа — приводит к выбросам CO₂ и сажи.
Водозабор — для гидроразрыва пласта требуются большие объёмы воды (в сланцевых месторождениях).

Экономика и геополитика

Мировой рынок

Природный газ является одним из основных товаров мировой торговли. Крупнейшие производители (2023 год): США, Россия, Иран, Катар, Китай, Канада. Крупнейшие потребители: США, Россия, Китай, Иран, Япония, Германия. Цены на газ определяются по долгосрочным контрактам (часто с привязкой к нефтяным котировкам) и на спотовых рынках (биржи в Европе, Азии, США).

Роль России

Россия занимает одно из ведущих мест в мире по запасам, добыче и экспорту природного газа. Основные компании-операторы: ПАО «Газпром» (монополист на экспорт трубопроводного газа), ПАО «Новатэк» (СПГ), ПАО «Роснефть» (попутный газ). Экспорт осуществляется в страны Европы (через газотранспортную систему Украины, «Северный поток», «Турецкий поток»), Китай («Сила Сибири»), а также в виде СПГ в страны Азиатско-Тихоокеанского региона.

Геополитическое значение

Природный газ является инструментом внешней политики. Строительство газопроводов, перебои с поставками, ценовые споры и санкции оказывают влияние на международные отношения. В 2022–2024 годах на фоне конфликта на Украине произошло резкое сокращение поставок российского газа в Европу, что привело к энергетическому кризису и росту цен. Европейские страны начали активно диверсифицировать источники поставок (СПГ из США, Катара, Норвегии, Алжира).

Интересные факты

Самый длинный в мире газопровод — «Уренгой — Помары — Ужгород» (4451 км).
Первый в мире завод по сжижению природного газа был построен в 1941 году в США (Кливленд, Огайо).
Газовые гидраты на дне океана содержат, по оценкам, больше углерода, чем все известные запасы нефти, газа и угля вместе взятые.
В некоторых странах (например, в Исландии) природный газ не используется, так как вся энергетика базируется на геотермальных источниках и гидроэнергии.

Источники

Большая российская энциклопедия, статья «Газ природный».
«Нефтегазовая геология и геофизика», учебник для вузов.
Данные Международного энергетического агентства (IEA) — World Energy Outlook 2023.
Отчёты ПАО «Газпром» и ПАО «Новатэк» за 2023 год.
«Энергетическая стратегия Российской Федерации на период до 2035 года».
«Природный газ. Свойства, добыча, переработка, транспорт», справочное издание.

BFOmetr — база данных и аналитика по компаниям России.

На главную BFOmetr →