О хорошем и плохом газе

[mikhai1-t.livejournal.com]

Оригинал взят у mirvn в О хорошем и плохом газе

Совместно с plaksiva9tr9pka сделали разбор популярного в рунете мэма, про плохой сланцевый газ.

Часть 1. Состав газа. Теория.

Поскольку природный газ различных месторождений и даже различных скважин всегда отличается по составу, а оборудование которое в конечном счете должно сжигать газ построено под определенные стандарты теплоты сгорания и чистоты, то очень важным фактором становится уравнивание разношерстного природного газа до одного стандарта.

Это проблема стара как само использование природного газа, я для примера дам таблицу из советского учебника для геологов от 1967 года. Как видно даже в то время вариация между месторождениями была очень существенная:

Месторождения отличаются по содержанию метана, гомологов метана и неуглеводородных примесей

По смыслу состав стоит разделить на четыре группы.

Первая группа - это метан (Ch4), который по сути и называется “сухим” газом и именно добыча “сухого” газа обычно отражается во всех стат. данных (dry production). Например в США “сухой” газ торгуется около $4.6 за мбте.

Вторая группа - газоконденсаты. Тут есть некоторые разночтения, но обычно это этан-пропан-бутан (c2h4-с3h8-c4h10) и торгуются они обычно около $20-30 за мбте.

Третья группа - конденсаты, обычно обозначаются как с5+, т.е. пентан и выше. По сути это уже нефть и торгуются они по ценам около нефти (т.е. ещё выше предыдущих двух групп), удельная теплота сгорания (т.е. по массе) всех трёх групп примерно одинакова, а вот объёмная у второй и третьей группы выше в разы. Стоит отметить, что различаются данные о том, что включать, а что нет во вторую и третью группы и как всё это называть. К счастью, на суть и на реальный состав названия не влияют, а для понимания вопроса удобнее вариант выше.

Четвёртая группа - неуглеводородные примеси (в основном азот и углекислый газ), наличие которых снижает удельную теплоту сгорания природного газа. Все четыре группы варьируются в газе, поэтому в газовой индустрии есть такое понятие как взаимозаменимость газа, отслеживаемое по нескольким параметрам. Важнейшим из них является число Воббе:

число Воббе = объёмная теплота сгорания [т.е. сколько джоулей даст один кубометр газа], поделённая на корень из относительной плотности газа

Физический смысл этого индекса заключается в том, что при одинаковом давлении газы с одинаковым числом Воббе дадут одинаковый приток энергии. Размерность - мегаджоуль/кубометр (т.к. знаменатель безразмерен).

В Англии для визуализации взаимозаменяемости газа принято использовать следующую диаграмму. По Y тут расположено число Воббе, а по Х доля суммы пропанового и азотного эквивалента:

Как видно, вариация параметров разрешенного газа достаточно большая (площадь с надписью “acceptable”). Энергетическая ёмкость от 46.5 до 51 МДж/куб.м., а сумма пропанового и азотного эквивалента от 0% до 45%. Оставить газ в нужных рамках при высокой доле азота получается за счёт газоконденсатов, которые имеют бОльшую теплоту сгорания. Газ не соответствующий этим параметрам, как понимаете, не выбрасывается, а обрабатывается и очищается до необходимого уровня. Но это именно разрешенные параметры. Очистка газа происходит географически на месторождениях и в магистральные газопроводы подаётся нужный газ.

Часть 2. Состав газа. Практика.

В реальности качество газа варьируется в более скромных рамках. На диаграмме ниже, зеленым пятном помечено типичное качество газа в Англии. По нему видно, что рамки широкие - может быть и 15% суммарно пропанового эквивалента и азота, из которых азота будет около 4%. Желтой линией помечен сжиженный газ, как видно содержание энергии гораздо выше допустимого в Англии, поэтому его как правило разбавляют азотом в пропорции 2%-5% сразу в терминале регазификации, чтобы он был в удобном технологическом диапазоне.

Высокая энергетическая ёмкость сжиженного газа происходит от необходимости транспортировки на большие расстояния. Чтобы минимизировать потери, СПГ должен практически не содержать азота и других примесей. Поэтому сжижение газа подразумевает удаление примесей до уровня ниже используемого для других целей. Соответственно, неминуемы дополнительные энергетические затраты.

Для примерного понимания величин можно посмотреть таблицу сравнения усредненного “типичного” природного газа и “типичного” СПГ:

Стоит отметить: в природном газе содержание неуглеводородных примесей около 5%, гомологов метана (этан и далее) - около 6%.

Но на самом деле и СПГ даже после этой усиленной очистки всё ещё очень неоднородное вещество, при желании по составу можно точно определить терминал сжижения:

Часть 3. Сланцевый газ и состав.

Перейдем к теме статьи - сланцевому газу в США. Логично, что разные сланцевые месторождения имеют разный состав, давайте рассмотрим этот вопрос. Перечислены сланцевые месторождения и их состав:

Колонки это метан, этан, пропан, н-бутан, изобутан, конденсаты (пентан и выше), углекислый газ, азот и нефть.

Как видно, все крупные сланцевые месторождения имеют минимальное количество неуглеводородных примесей (0-5%), углеводороды составляют долю 95-100%. Содержание гомологов метана составляет обычные 0-18%. Крупнейший на сегодняшний день “Марселлус” после отделения “вкусного” и дорогого этана практически не нуждается в дополнительной обработке. Всё это означает, что по составу сланцевый газ принциально не отличается от традиционного. Стоит напомнить из таблицы выше, что доля неуглеводородных примесей в традиционном газе составляет в среднем 5,1%.

Единственное плохое месторождение это Antrim, где доля неуглеводородных газов составляет 33%. Однако стоит узнать долю добычи Antrim от всего сланцевого газа. Посмотрим на доли различных месторождений в добыче:

Все желающие могут попытаться найти долю Antrim на графике добычи. Да, это вон та тонюсенькая, практически не различимая бледно-голубая линия в самом низу графика.

Антрим - это, наверно, часть ответа почему сланцевый газ получил свою репутацию. Ведь в начале этого тысячелетия на Антриме  добывали четверть всего сланцевого газа, но с тех пор его доля снизилась до 0.7%.

Есть и второй способ оценить вопрос неуглеводородных примесей в сланцевом газе. EIA публикует данные о содержании неуглеводородных примесей в добываемом природном газе США. Т.к. доля сланцевого газа в природном газе США растёт (на сегодня это 50%), то “ужасный” сланцевый газ был бы заметен ростом доли неуглеводородов в добываемом газе.

Начало сланцевой революции это примерно 2006-2008 года, тогда доля сланцевого газа в добыче природного составляла единицы процентов. На конец 2012-го доля сланцевого составила 35%. Как видно, за период сланцевой революции неуглеводороды не увеличили свою долю. Вообще. Вывод, опять же, очевиден - состав сланцевого газа не имеет особых отличий от традиционного газа как США, так и мира.

Часть 4. Насколько крупной проблемой является очистка газа?

Выше мы убедились, что количество неуглеводородных примесей не отличается у сланцевого и традиционного газа, да и в целом состав. Однако, было бы интересным разобрать вопрос, который ошибочно, но всё-таки приписывается сланцевому газу - затраты на очистку.

Верёмся к Antrim. Для нас месторождение сланцевого газа Антрим, географически находящееся на севере штата Мичиган, является хорошим объектом для исследования и мы можем проверить на сколько примерно снижается энергетическая рентабельность, если приходится очищать такой плохой газ.

Благодаря EIA у нас есть данные о добыче газа и самопотреблении газа добывающей индустрией в штате Мичиган. Поскольку в Мичигане практически нет других месторождений, то агрегация на уровне штата даёт достаточно точную картину для Антрим. Для сравнения возьмём также Пенсильванию где находится месторождение Марселлус - это даст нам возможность сравнить потребление энергии на очистку и переработку одного и худших и одного их лучших месторождений.

	Мичиган	Пенсильвания	Разница
Добыча газа	129 333	2 256 696	17
Потребление “в поле”	7 428	79 783	10
Потребление на переработку газа	1 174	2 529	2
Доля всего потребления от добычи	6.65%	3.65%
Доля затрат на переработку от добычи	0.92%	0.11%

Потребление “в поле”, это все затраты которые происходят непосредственно рядом с буровыми. Потребление на переработку - это газ потраченный на перерабатывающих заводах, которые и выполняют функции очистки и разделения. Как видно, переработка газа достаточно мизерная величина в обоих случаях, но попробуем проанализировать глубже. Потребление в поле растет достаточно схоже с количеством добытого газа и, судя по всему, зависит от количества скважин с которых собирается газ и бурения.

Более интересны расходы на переработку газа: в Пенсильвании они составляют 0.11% от добычи, а в Мичигане 0.92% - доля в 9 раз выше. Можно предположить, что гораздо более плохое качество газа в Антрим существенно увеличивает затраты. Но в любом случае, даже для такого плохого месторождения как Антрим затраты на переработку мизерны по сравнению с другими затратами и составляют менее 1% добычи. Поэтому даже если другие месторождения в США или за его пределами будут качества Антрима, что крайне маловероятно ибо антрим в США такой уникальный, то это не сильно повлияет на энергетическую или экономическую рентабельность газа.

Надеюсь эта заметка сможет забить гвоздь в гроб мифа о хорошем традиционном и плохом сланцевом газе.

Источники:

http://www.hks.harvard.edu/var/ezp_site/storage/fckeditor/file/cohen_awp_14x.pdf

http://web2.geo.msu.edu/geogmich/oil_and_gasII.html

http://www.eia.gov/dnav/ng/ng_prod_sum_dcu_NUS_a.htm

http://www.igu.org/gas-knowhow/publications/igu-publications/Gas%20Interchangeability%202011%20v6%20HighRes.pdf

Comments

[nasty-naz.livejournal.com]

Спасибо, хороший обзор.

Немного не подчеркнут, по-моему, тот факт, что при ценах на метан ниже 4 долл. за мбте добыча сухого газа нерентабельна, это оптимистично, я видел и оценки в 5,5-6 долл. И высокий процент конденсата или нефти (тогда сланцевый газ фактически-то - ПНГ, но тоже попадает в США в статистику добычи газа) делает добычу газа вкусной вишенкой, но не более. Так, на Баккене газ могут отдавать бесплатно, буквально, бесплатно)

[plaksiva9tr9pka.livejournal.com]

при ценах на метан ниже 4 долл. за мбте добыча сухого газа нерентабельна, это оптимистично, я видел и оценки в 5,5-6 долл

там диапазон. ситуация примерно такова:



по данным МЭА тоже $3-7 за мбте. http://www.worldenergyoutlook.org/media/weowebsite/2012/goldenrules/weo2012_goldenrulesreport.pdf (стр.73)

можно таких картинок, на которых $3-7 за мбте ещё кучу накидать)

И высокий процент конденсата или нефти (тогда сланцевый газ фактически-то - ПНГ, но тоже попадает в США в статистику добычи газа)

честно говоря, не совсем понял вас тут. но если что: в статистику газа попадает только "сухой" газ.

[Илья Шершин (from livejournal.com)]

И всё бы ничего, если бы не лютое и бешеное уничтожение экологии в процессе добычи сланцевого газа. Газовая компания разграбит недра и свалит, оставив местных жителей один на один с краном, который можно использовать как экзотический светильник, если включить воду и поджечь газ..., водой из этого крана, которую даже для технических нужд пользовать стрёмно, не то, что пить и армией юристов газодобывающей компании, у которой отсудить денег хотябы на фильтр и то - подвиг, вот только ни один фильтр весь спектр той отравы из воды не удаляет.

[nasty-naz.livejournal.com]

На баккене весь газ - фактически, попутный. Главная цель жидкие ув, газ добывают походя)

[plaksiva9tr9pka.livejournal.com]

не спорил с этим)

[affidavid.livejournal.com]

Это хорошая иллюстрация того, что если развенчать один дурацкий миф, то папуасы немедленно выдумают другой.

[plaksiva9tr9pka.livejournal.com]

экологические риски у добычи сланцевого газа и нефти есть, но они принципиально не отличаются от традиционной добычи. Использование ГРП при современной добыче традиционной нефти абсолютно обычная процедура. например: http://www.oilru.com/news/393020/

Поэтому в технологии добычи сланцевых УВ нет ничего такого, чего нет в традиционной добыче. Поэтому и риски не могут особо отличаться.

Академическая среда США под экологические риски от добычи нефти и газа (замечу - любой, т.е. и трад. и сланц.) подводит только землетрясения. например: http://dx.doi.org/10.1126/science.1225942

Аналогичная проблема встала и в нидерландах, там тоже начались землетрясения. Причём ГРП там не применялось вообще.

[kuznetsov-vv.livejournal.com]

экологию уничтожить невозможно, экология это, так сказать, наука. "Билли, искусство - не горит"

[divan-on.livejournal.com]

Вы как будто кого-то пугаете. Так, добывайте сланцевый газ или кому то станет от этого хуже? :-)

[h14th.livejournal.com]

Говорят про плохой сланцевый газ, ИМХО, имеют ввиду, прежде всего, методы его добычи и продолжительность функционирования скважины. К качеству претензий пока не было.

[h14th.livejournal.com]

Когда все вопросы можно решить за деньги, то не вижу никаких трудностей в стимулировании "Академической среды" в нужную в данный момент сторону.
Например, на данный момент вредно выбрасывать СО2, но не вредно добывать из сланцев всякое.

[dimrych.livejournal.com]

Интересно.

Только вот куда девается водяной пар из реагентов, котрые служать для гидроразрыва? Сразу же конденсирют?

Не думал, что разница большая в хим составе. А вот интересно бы подсчитать затраты на:
1. Сжижение (200ат ещё не сжиженный)
2. Доставку (постройка газовозов и тд)
3. редуцирование и доведение до кондиций
3. Врезку в начало сети (чтоб исплользовать имеющуюся)
4. Систему вентилей и компрессоров, логистику, хранилища

по 140 долл/1000 куб получается 14 млн долл ходка среднего на 100 млн кубов. Мног это или мало? Через сколько лет окупится затея?

[plaksiva9tr9pka.livejournal.com]

К качеству претензий пока не было
лично я систематически вижу.

методы добычи по современным меркам не такие уж и особенные - горизонтальное бурение и ГРП. насчёт ГРП я выше ссылку для примера кидал.

продолжительность функционирования скважины
Когда газ добывают и скважины бурят, целью ставят добыть максимальное количество газа. Ибо добывая и продавая некоторое количество газа добытчик получает денежки, а общество - "джоули" на своё развитие. Я к тому, что сама по себе продолжительность функционирования скважины не имеет никакого значения ни для кого. Ну например:
Первая скважина функционирует 30 лет и даст за 30 лет 10 млн. куб. м.
Вторая 10 лет и даст 70 млн. куб. м.
И для добытчика и для общества второй вариант, конечно, выгоднее и никто не посмотрит на продолжительность функционирования.

Продолжительность функционирования у сланцевых скважин да, скорее меньше, чем у традиционных. Лично я, честно говоря, не изучал точно этот вопрос. Но накопленная добыча больше, хоть и за менее короткую жизнь, если сравнивать США.

Вот для примера:



http://mirvn.livejournal.com/9386.html

[konfuzij.livejournal.com]

НТВ смотришь? И Кисилёва?
И Миллер также говорил про пузырь и голливуд.

[konfuzij.livejournal.com]

Правда странно.
В РФ ПНГ жгут, а на Баккене делают деньги.
Два мира - два Шапиро.

[techen.livejournal.com]

стоит добавить, что состав любого товарного газа зависит от технической спецификации покупателя

[lev-evgenevi4.livejournal.com]

В Вашм каменте не раскрыта тема жидомасонов.

[mr_lomp (from livejournal.com)]

Почему же нельзя? Побольше православия, физкультуры и ГТО…

[kuznetsov-vv.livejournal.com]

Х-й с ним православием, физкультура чем не угодила? Вы не умеете в здоровый образ жизни?

[mr_lomp (from livejournal.com)]

Количество часов в школе на нее растет. причем за счет других предметов.

[kuznetsov-vv.livejournal.com]

если за счет уроков толерантности, обществознания, религиоведения и основ современной "культуры", то пуркуа бы не па? если за счет математики, русского языка и естественных наук - это не айс.

[mr_lomp (from livejournal.com)]

Уроки толерантности — это прекрасно, ящитаю.

[kuznetsov-vv.livejournal.com]

[mr_lomp (from livejournal.com)]

xD

[nasty-naz.livejournal.com]

Ради справедливости, в штатах попутку тоже жгут будь здоров - спутниковые фотки показывают тот же баккен светит не хуже флориды)
Ну и у них ПНГ в 100 км от потребителя, а у нас - в 2000.. И те проходят сами знаете по какой трубе)

[22sobaki.livejournal.com]

Познавательно, спасибо.

[plaksiva9tr9pka.livejournal.com]

ПНГ у нас: http://www.eprussia.ru/news/base/2014/99393.htm?rassylka
по баккену можно накопать тут: https://www.dmr.nd.gov/oilgas/stats/Gas1990ToPresent.pdf
но стоит сказать, что в сев. дакоте всё-таки есть скважины на газ, хоть их и мало.

[22sobaki.livejournal.com]

К слову:
Структура стоимости производства Мексики и США значительно улучшились по отношению ко всем остальным странам-экспортерам в мире.
Основные причины: замороженные зарплаты, рост продуктивности, стабильность валюты, и резкое снижение цен на энергию благодаря 50%-му снижению цен на природный газ начиная с 2005го года, с введением в эксплуатацию месторождений сланцевого газа (http://pora-valit.livejournal.com/2309066.html)

[mikhai1-t.livejournal.com]

Да есть такое, но пока масштаб явления не очень впечатляет

[ermiak.livejournal.com]

Правильно ли я понимаю, что вот те первоначальные выкладки объясняют, почему в конфорках время от времени газ горит по-разному и иногда откровенно пахнет сгоревшим бензином?

[http://users.livejournal.com/_iga/]

Чтобы опровергать какой-то миф, его сначала надо сформулировать и внятно изложить.

[shortyless.livejournal.com]

внятно сформулировать миф? ) какоето легкое противоречие в самом вопросе

[deadmanru.livejournal.com]

Рашка катится в сранное говно, это говорю я-Паниковский из Израиля!

[deadmanru.livejournal.com]

Газ это не топливо, это сырьё для химпрома, из которого делают всякие компьютеры, резины и т.д. и т.п. А то что это сжигают так это его побочное назначение.