Химический состав природного, попутного нефтяного газа и газоконденсата

МиНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«тюменский государственный нефтегазовый университет»

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

 

Кафедра «Переработка нефти и газа»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

РЕФЕРАТ

на тему:

 

“Химический состав природного, попутного нефтяного газа и газоконденсата “

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил: ст. гр. ……

 

Проверил: ….

 

 

 

 

 

 

 

Тюмень 2013 г

 

Содержание

 

 

 

 

Введение

 

Природный газ - одно из важнейших  горючих ископаемых , занимающие ключевые позиции в топливно-энергетических балансах многих государств , важное сырьё для химической промышленности.

Почти на 90% он состоит  из углеводородов , главным образом  метана СН4. Содержит и более тяжёлые  углеводороды-этан , пропан , бутан , а так же меркаптаны и сероводород (обычно эти примеси вредны) , азот и углекислый газ (они в принципе бесполезны , но и не вредны) , пары воды , полезные примеси гелия и других инертных газов.

Энергетическая и химическая ценность природного газа определяется содержанием в нём углеводородов.

Попутный нефтяной газ по своему происхождению тоже является природным газом. Особое название он получил потому, что находится в залежах вместе с нефтью - он растворен в ней и находится над нефтью, образуя газовую «шапку». При извлечении нефти на поверхность он вследствие резкого падения давления отделяется от нее¹.

Газовый конденсат представляет собой ценное для нефтеперерабатывающей  промышленности химическое сырьё. По составу  эта химическая продукция является смесью высококипящих углеводородов различного строения, которые выделяются из природных газов в процессе их добычи на газоконденсатных месторождениях. После отделения от газа конденсат перекачивается потребителям по трубопроводу. Конденсат бывает стабильным и нестабильным. Нестабильный конденсат – широкая фракция лёгких углеводородов – отличается большим давлением насыщенных паров. При высоком давлении и температуре в пластовых условиях в парообразном состоянии находятся бензино-керосиновые фракции и более высокомолекулярные жидкие нефтяные компоненты. В процессе разработки месторождений давление падает, и из газа выделяется нестабильный газовый конденсат, содержащий растворённые газы метан-бутановой фракции (стабильный же конденсат содержит только углеводороды С5 и выше).

Газовый конденсат по своему составу сходен с нефтью, однако не имеет смол и асфальтенов. По мере расходования газа, давление уменьшается, конденсат выделяется в пластовых  условиях и пропадает для потребителя. Так что для поддержания давления в геологическом пласте фракцию С1-С2 закачивают обратно, а углеводороды С3 и выше выделяют из газа, добытого на поверхность земли.

Природные газы, добываемые из газовых, газоконденсатных и нефтяных месторождений, состоят из углеводородов (СН₄ - С₄Н_10, и выше), а также неуглеводородных компонентов (H₂S, N₂, CO, CO₂, Ar, H₂, He и др.).

 

Глава 1. Составляющие природного газа

 

Основная составная часть природного газа - метан. Кроме метана, в природном газе присутствуют этан, пропан, бутан.

Обычно чем выше молекулярная масса углеводорода, тем меньше его содержится в природном газе.

Состав природного газа различных месторождений неодинаков. Средний состав его (в процентах по объему) следующий: а) СН4 - 80-97; б) С2Н6 - 0,5-4,0; в) С3Н8 - 0,2-1,5²(Приложение 1). Для большинства месторождений содержание метана в природном газе составляет более 90% (иногда - 98-99%), гомологи метана - этан, пропан, бутан (и более тяжелые углеводороды) содержатся в природном газе в гораздо меньших количествах - проценты или доли процента. Кроме углеводородов природный газ из разных месторождений содержит углекислый газ, азот, сероводород, аргон, водород, гелий. Например состав газа из газопровода Саратов-Горький: CH4 - 91.9%, C2H6 - 2.1%, C3H8 - 1.3%, C4H10 - 0.4%, C5H12 (и более тяжелые) - 0.1%, N2 - 3.0%, CO2 - 1.2%.

Процентный состав природного газа выражается уравнением, в котором все составляющие выражены в процентах по объему ³:

 

СН4 + SCmHn + N2 + СО2 + H2S + ... = 100%,

(1)

 

Природные газы чаще или не содержат сероводород, или в нем обнаруживаются лишь его следы⁴ .

В составе природных газов наряду с сероводородом встречаются и другие сернистые соединения, которые разделяются на две группы - активные и неактивные. К активным сернистым соединениям относятся сероводород, элементарная сера, сернистый ангидрид, меркаптаны и т.п. К неактивным соединениям серы - сульфиды, дисульфиды, тиофен и тиофаны. Из сернистых соединений газа наиболее активен сероводород, он вызывает коррозию металлов с образованием сульфидов. Наличие влаги в газе резко усиливает коррозионное действие сероводорода и других кислых компонентов⁵.

В составе природных газов в значительном количестве содержатся также этан, пропан, бутан, пентан и более тяжелые углеводороды. В состав газов всегда входят водяные пары и довольно часто такие компоненты, как азот, сероводород, двуокись углерода и гелий.

Газы, добываемые из чисто  газовых месторождений, содержат более 95% метана (таблица 1.1).

Таблица 1.1. Химический состав газа газовых месторождений, об. %

Месторождение	СН4	С2Н6	С3Н8	С4Н10	С5Н12	N2	СО2	Относит. плотность
Северо-Ставропольское	98,9	0,29	0,16	0,05	–	0,4	0,2	0,56
Уренгойское	98,84	0,1	0,03	0,02	0,01	1,7	0,3	0,56
Шатлыкское	95,58	1,99	0,35	0,1	0,05	0,78	1,15	0,58
Медвежье	98,78	0,1	0,02	–	–	1,0	0,1	0,56

 

В составе природных газов всегда присутствует гелий. Концентрация его обычно невелика, но иногда достигает 1 - 2 % и выше. Этилен входит в состав природных газов.

Химические особенности  и состав природного газа определяют лабораторным путём с помощью  хроматографического анализа. На предприятиях состав сжигаемого газа определяется экспериментально газоанализаторами.

 

 

 

Глава 2. Компоненты попутного нефтяного газа

 

Попутный газ - легкая углеводородная часть нефти, выделяющаяся из нее в процессе снижения давления от пластового (десятки МПа) до давления в сепараторах установок промысловой подготовки нефти (около 1,0 МПа)⁶.

Выделение газа начинается уже в стволе скважины и затем продолжается на поверхности Земли в сепарирующих устройствах установок комплексной подготовки нефти.

Углеводородный состав попутного газа на каждой ступени его отделения устанавливается в соответствии с законами фазового равновесия сложных смесей и зависит от температуры и давления.

Пo составу нефтяные газы подразделяют на⁷:

• преимущественно углеводородные (углеводородов 95-100%),
• углеводородные c примесью углекислого газа (CO₂ 4-20%),
• углеводородные c примесью азота (N₂ 3-15%),
• углеводородно-азотные (N₂ до 50%);

По соотношению метана и его гомологов делятся на:

• сухие (CH₄ св. 85%, C₂H₆ + высшие 10-15%)
• жирные (CH₄ 60-85%, C₂H₆ + высшие 20-35%).

Средний состав нефтяных попутных газов некоторых нефтяных месторождений приведен в таблице 2.1.

В отличие от природных  состав нефтяных (попутных) газов сложнее: большинство из них содержит углеводороды СбН₁₄ и выше. Доля метана и этана в этих газах колеблется от 33% (об.) (Гнединцевское месторождение) до 92% (Узеньское), хотя типичное суммарное содержание этих двух углеводородов составляет 60 - 75%(об.), а суммарное содержание углеводородов от пентанов и выше в них - от 1,5 до 3,0%(об.). Углеводороды от пропана и выше (Сз+) считаются для газов конденсируемыми и обычно при переработке газов удаляются. В нефтяных газах содержание этой группы углеводородов составляет от 300 до 1200 г/м³, в то время как в природных газах - в основном от 20 до 100 г/м³.

Так же как и природные  газы, нефтяные содержат инертные компоненты - азот и диоксид углерода [1 - 10%] и в отдельных случаях - сероводород.

 

 

 

Таблица 2.1 Состав нефтяных (попутных) газов некоторых месторождений⁸

 

 

Глава 3. Состав газоконденсата

 

Газ многих месторождений в тех или иных количествах (от 5 до 400 г/м³) выносит газовый конденсат, содержащий углеводороды от С5Н12 до С20Н42. Такие месторождения называют газоконденсатными. Газовые конденсаты (таблица 2) выкипают в большинстве случаев в пределах 40 - 350 °С, хотя в отдельных случаях они более тяжелые - температура начала кипения 103 и 210 °С, а в других - более легкие, температура конца кипения 200 - 230 °С⁹.

Cодержание конденсата в газе зависит¹⁰:

• от пластовых термобарических условий (чем выше давление и температура, тем большее количество жидких углеводородов может быть растворено в газе),
• от состава пластового газа (гомологи метана и CO₂ способствуют растворению в газе бензиново-керосиновых компонентов и росту содержания газового конденсата),
• от наличия нефтяных оторочек и концентрации в них лёгких фракций,
• от условий миграции газоконденсатных смесей при формировании залежи.

Kонцентрация газового конденсата в пластовых газах колеблется в пределах 0,4-10 молекулярных % (от 5-10 до 500-1000 г/м³).

Фракционный и углеводородный состав газового конденсата варьирует в широком диапазоне и зависит от условий залегания, отбора и времени эксплуатации залежи.

Газовый конденсат состоит из бензиновых (интервал кипения от 30-80 до 200°C), керосиновых (200-300°C) и, в меньшей степени, более высококипящих компонентов.

Для большинства газовых  конденсатов выход бензиновых фракций  превышает 50% (чаще 70-85%); газовый конденсат  из залежей, расположенных на значительной глубинах, состоят в основном из керосино-газойлевых фракций.

Hаиболее распространены  газовые конденсаты c преобладанием  метановых при значительной доле  нафтеновых углеводородов (метано-нафтеновый  тип). Pедко встречаются газовые  конденсаты, состоящие главным образом из ароматических (65% на низкокипящую фракцию) или нафтеновых углеводородов (до 70-85% на указанную фракцию).

Плотность конденсатов 660-840 кг/ м³, содержание общей серы сотые, реже десятые доли %. Pазличают сырой (первичный продукт, выделяющийся из газа газоконденсатной залежи в промысловых условиях) и стабильный газовый конденсат, из которого удалены растворённые газы (метанбутановая фракция).

 

Таблица 2.2Состав природных газов некоторых газовых н газоконденсатных месторождений¹¹

 

 

Из таблицы видно, что конденсаты разных месторождений сильно различаются по групповому химическому составу и содержанию серы. По содержанию серы резко выделяются конденсаты Оренбургского (1,18%), Астраханского (1,37%) и Карачаганакского (0,8%) месторождений.

 

Заключение

 

Состав природных газов по основным газовым и газоконденсатным месторождениям имеет высокое содержание метана [85 - 99%(об.)] и соответственно высокую теплоту сгорания. Содержание тяжелых углеводородов (2С5+) невелико [0,02 - 0,20%(об.)] и лишь в отдельных случаях достигает 1,5 и 4,0%(об.). Большинство газов содержит 1 - 5% (об.) неуглеводородных примесей инертных газов (азот и диоксид углерода) и сероводород. Кроме этих примесей природные газы содержат в небольших количествах сероуглеродные (COS и CS2), а также сероорганические - меркаптаны (R-SH)- соединения¹².

Газовые конденсаты являются существенным ресурсом углеводородного сырья.

Нефтяной газ или нефтяной попутный газ  - газ, растворённый в нефти при пластовых условиях; выделяется при эксплуатации нефтяных залежей в результате снижения пластового давления ниже давления насыщения нефти. Содержание нефтяного газа (м³/т) в нефтях (газовый фактор) колеблется от 3-5 в самых верхних горизонтах до 200-250 и более в глубокозалегающих пластах при хорошей сохранности залежей. Состав нефтяного газа, как и газовый фактор, зависит от состава нефти, в которой он растворен, условий залегания и формирования залежей, определяющих устойчивость природных нефтегазовых систем и возможность их естественной дегазации¹³.