Природный газ

Приро́дный газ — смесь углеводородов, преимущественно метана, с небольшими примесями других газов, добываемая из осадочных горных пород Земли.

    С середины XX века природный газ является важным полезным ископаемым, широко используемым в энергетике как энергоноситель и в крупнотоннажной химии как источник углеводородного сырья для синтеза полимеров и азотных удобрений. Природный газ в пластовых условиях (условиях залегания в земных недрах) находится в газообразном состоянии — в виде отдельных скоплений (газовые залежи) или в виде газовой шапки нефтегазовых месторождений, либо в растворённом состоянии в нефти или воде. При нормальных условиях (101,325 кПа и 0 °C) природный газ находится только в газообразном состоянии. Также природный газ может находиться в кристаллическом состоянии в виде естественных газогидратов.

    Ориентировочные физические характеристики (зависят от состава; приведены при нормальных условиях, если не указано иное):

• Плотность: от 0,68 до 0,85 кг/м3 (сухой газообразный), 400 кг/м3 (жидкий);
• Температура самовоспламенения: 600—800 °C;
• Температуры конденсации-испарения: −161,5 °С;
• Взрывоопасные концентрации смеси газа с воздухом от 4,4 % до 17 % объёмных;
• Удельная теплота сгорания: 28—46 МДж/м3 (6,7—11,0 Мкал/м3) или 8-12 кВт·ч/м3;
• Октановое число при использовании в двигателях внутреннего сгорания: 120—130.
• Легче воздуха в 1,8 раза, поэтому при утечке не собирается в низинах, а поднимается вверх

    В экологическом отношении природный газ является самым чистым видом органического топлива. При его сгорании образуется значительно меньшее количество вредных веществ по сравнению с другими видами топлива.Природный газ широко применяется в качестве горючего в жилых, частных и многоквартирных домах для отопления, подогрева воды и приготовления пищи; как топливо для котельных, ТЭЦ, различной техники, в том числе и автомобильной, и др. Сейчас он используется в химической промышленности, как исходное сырьё для получения различных органических веществ, например, пластмасс. Для обнаружения утечек газа без использования специальных приборов в него добавляют в безвредных концентрациях этантиол, обладающий резким характерным запахом.

Добыча

   Природный газ находится в земле на глубине от 1000 м до 6000 метров). В недрах газ находится в микроскопических пустотах (порах). Поры соединены между собой микроскопическими каналами — трещинами, по этим каналам газ поступает из пор с высоким давлением в поры с более низким давлением до тех пор, пока не окажется в скважине. Из недр газ выходит вследствие того, что в пласте находится под давлением, многократно превышающем атмосферное; таким образом, движущей силой является разность давлений в пласте и системе сбора.
   Газ добывают из недр земли с помощью скважин. Скважины стараются разместить равномерно по всей территории месторождения для равномерного падения пластового давления в залежи. Иначе возможны перетоки газа между областями месторождения, а также преждевременное обводнение залежи.
   Фрекинг — высвобождение природного газа из подземных пористых горных пород может быть осуществлено с помощью процесса, называемого гидравлическим разрывом пласта или «разрывом пласта». По оценкам, на гидроразрыв пласта в конечном итоге будет приходиться почти 70% добычи природного газа в Северной Америке.
   С момента первой коммерческой операции по гидроразрыву пласта в 1949 году в Соединенных Штатах было проведено около миллиона скважин с гидроразрывом пласта. При добыче природного газа из скважин с гидроразрывом пласта использовались технологические разработки наклонно-направленного и горизонтального бурения, которые улучшили доступ к природному газу в плотных горных породах. Сильный рост добычи нетрадиционного газа из скважин с ГРП произошел в период с 2000 по 2012 год, названной в СМИ — «сланцевой революцией»

Транспортировка

Подготовка природного газа к транспортировке
   Газ, поступающий из скважин, необходимо подготовить к транспортировке конечному пользователю — химический завод, котельная, ТЭЦ, городские газовые сети. Необходимость подготовки газа вызвана присутствием в нём, кроме целевых компонентов, также и примесей, вызывающих затруднения при транспортировке либо применении. Так, пары воды, содержащиеся в газе, при определённых условиях могут образовывать гидраты или, конденсируясь, скапливаться в различных местах (например, изгиб трубопровода), мешая продвижению газа; сероводород вызывает сильную коррозию газового оборудования (трубы, ёмкости теплообменников и т. д.). Помимо подготовки самого газа, необходимо подготовить и трубопровод. Широкое применение здесь находят азотные установки, которые применяются для создания инертной среды в трубопроводе.

   Газ подготавливают по различным схемам. Согласно одной из них, в непосредственной близости от месторождения сооружается установка комплексной подготовки газа (УКПГ), на которой производится очистка и осушка газа в абсорбционных колоннах. Такая схема реализована на Уренгойском месторождении. Также целесообразна подготовка газа мембранной технологией.

   Для подготовки газа к транспортировке применяются технологические решения с применением мембранного газоразделения, с помощью которого можно выделить тяжёлые углеводороды (C3H8 и выше), азот, углекислый газ, сероводород, а также значительно снизить температуру точки росы по воде и углеводородам перед подачей в ГТС.

Транспортировка природного газа

   Одним из основных видом транспорта является трубопроводный. Газ под давлением 75 атм прокачивается по трубам диаметром до 1,42 м. По мере продвижения газа по трубопроводу он, преодолевая силы трения как между газом и стенкой трубы, так и между слоями газа, теряет потенциальную энергию, которая рассеивается в виде тепла. Поэтому через определённые промежутки необходимо сооружать компрессорные станции, на которых газ обычно дожимается до давления от 55 до 120 атм и затем охлаждается. Сооружение и обслуживание трубопровода весьма дорогостоящи, но тем не менее это наиболее дешёвый с точки зрения начальных вложений и организации способ транспортировки газа на небольшие и средние расстояния.

   Кроме трубопроводного транспорта широко используют специальные танкеры — газовозы. Это специальные суда, на которых газ перевозится в сжиженном состоянии в специализированных изотермических ёмкостях при температуре от −160 до −150 °С. Для сжижения газ охлаждают при повышенном давлении. При этом степень сжатия достигает 600 раз в зависимости от потребностей. Таким образом, для транспортировки газа этим способом, необходимо протянуть газопровод от месторождения до ближайшего морского побережья, построить на берегу терминал, который значительно дешевле обычного порта, для сжижения газа и закачки его на танкеры, и сами газовозы. Обычная вместимость современных танкеров составляет от 125 000 до 250 000 м³. Такой метод транспортировки является значительно более экономичным, чем трубопроводный, начиная с расстояний до потребителя сжиженного газа более 2000—3000 км, так как основную стоимость составляет не транспортировка, а погрузочно-разгрузочные работы, но требует более высоких начальных вложений в инфраструктуру, чем трубопроводный. К его достоинствам относится также тот факт, что сжиженный газ куда более безопасен при перевозке и хранении, чем сжатый.   Есть также и другие технологии транспортировки газа, например с помощью железнодорожных цистерн.

Мировой рынок и ценообразование

   Мировая добыча природного газа в 2021году составляла 4000 млрд м3. Лидирующее положение в добыче газа занимают США и Российская Федерация.

   Рынок газа по своей сути всегда был региональным, сильно привязанным к трубопроводам и месторождениям в отличие от глобального охвата нефти. Сейчас это разделение меняется благодаря транспортировке сжиженного природного газа. Это превратило природный газ в глобальный товар.

    
мировое распределение газопроводов и транспортных путей СПГ


   На рынке природного газа существуют несколько способов ценообразования:

• Привязка к ценам нефти
• Ценообразование «нэтбек» от конечной продукции
• Спотовое ценообразование
• Цены, устанавливающиеся в результате двусторонних переговоров между монополиями
• Затратный принцип ценообразования
• Государственное регулирование на основе социальных и политических соображений

   Данные модели могут использоваться на одном и том же рынке как в комбинации, так и параллельно друг другу.   

    Со временем, спотовое ценообразование характерезующася формированием цены в результате торга, на основе взаимного соглашения между продавцом и покупателем, в ходе взаимодействия спроса и предложения, приобретает всё большее распространение. Распространению спотового ценообразования способствовало развитие торговли сжиженным газом. При дальнейшем развитии СПГ, спотовый метод ценообразования станет ключевым на рынке газа.
    На основе данной концепции образовались спотовые рынки – рынки для торговли фиксированными объемами газа на краткосрочной основе по рыночным ценам, формируемым на основе торгов, которые обычно развиваются в «хабах» – пересечениях нескольких газопроводов. В данной модели торговля осуществляется в физических хабах, например, в Henry Hub, расположенном в США или в виртуальных, например, в NBP.    
    Реальная стоимость СПГ состоит из следующих составляющих:

• непосредственная цена на бирже — $ за 1MMBtu;
• стоимость транспортировки газа от хаба, до терминала по сжижению газа — 15% от стоимости газа;
• расходы на сжижение — около 3$ за 1MMBtu
• транспортировка СПГ-танкерами — при стоимости фрахта в 200тыс.$ в сутки, по маршруту из Техаса в Европу, составит примерно 1.8$ за 1MMBtu;
• регазификация — 0.5$ за 1 MMBtu

   В итоге общая стоимость газа, при средней цене в 6$ за 1MMBtu, составит 12,2$ за 1MMBtu, или в пересчёте на 1000м3 — 440$. Что в 1,5-2 раза дороже газпромовского газа времён до 2021 года, но в 2 раза ниже нынешних цен. Таким образом, рано или поздно, цена на товар придёт к условному равновесию, аналогично цене на нефть.