Утилизация попутного нефтяного газа

Введение

Современные пути модернизации и стабильное развитие нашей страны неразрывно связаны с эффективным и грамотным использованием общего потенциала ресурсов, полагаясь на реализацию перспективных технологий, используемых для добычи нефти, в процессе чего образуется попутный нефтяной газ (ПНГ).
Этот сопутствующий нефти продукт, растворен в ней, поэтому и их добыча осуществляется одновременно. Ранее над вопросами утилизации попутного нефтяного газа работали институты Миннефтепрома и Мингазпрома СССР. По геологическим свойствам к попутным нефтяным газам еще принято причислять газовые шапки нефтяных ресурсов. Из этого следует, что понятие попутный нефтяной газ интерпретируется как смесь газов, состав которых предполагает пары углеводородов в основной своей части, а также примеси, которые способны синтезироваться из пластов нефтяных месторождений в процессе ее разделения, а также нефтяные газы могут самопроизвольно выделяться из скважин в ходе добычи.
Различное региональное расположение нефтяных скважин, а также тип нефтяного ресурса предполагает значительную разницу объема извлеченного попутного нефтяного газа из конкретного месторождения (25мі - 800 мі). Недостаточная организация или низкий уровень утилизации попутного газа неизбежно приводят к снижению его количества.
Главным аспектом, влекущим потери нефтяного газа являются отсутствие оборудования для надлежащего его сбора, перемещения и дальнейшей переработки, а зачастую, отсутствием лица, заинтересованного в его добыче. В случае если объёмы выделяемого газа достаточно велики, то найти потребителя становится ещё сложнее.
В таких обстоятельствах попутный нефтяной газ попросту сжигается при помощи специальных факелов, поскольку обычный и бесконтрольный его выпуск в атмосферу крайне опасен и влечёт за собой значимый вред.
О глобальности и размахе проблем, связанных с грамотным использованием попутного нефтяного газа свидетельствуют показатели об упущенной выгоде, равной 285 миллионов долларов ежегодно.
На сегодняшний день правительство Российской Федерации указывает на особую значимость переработки нефтяного газа как для нефтедобывающих производств, так и для государства в целом. Однако, это лишь одна сторона негативных обстоятельств.
Гораздо масштабнее выглядит проблема сжигания попутного нефтяного газа в рамках нанесения непоправимого вреда окружающей среде и благоприятной жизнедеятельности человека.
В связи с данным обстоятельством, еще с 2007 года в России была разработана и начала свою реализацию программа мероприятий, основным назначением которой являлось установление рациональных и грамотных решений, которые способствовали значительному снижению объемов сжигания попутного нефтяного газа на факелах и повышение количества его утилизации в рамках российской газонефтехимии, области выработки электроэнергии и закачки в пласты с целью увеличения нефтеотдачи.
Основными задачами нефтегазововой сферы деятельности на ближайшее время является утилизация попутного нефтяного газа. В течение продолжительного времени нефтегазовая промышленность представляла собой главный загрязнитель атмосферы в ходе сжигания значительных количеств попутного нефтяного газа. Доля вредных веществ от общего объема составила 30% выбросов нефтегазового производства. Отсутствие целевой инфраструктуры также способствовало нерациональному использованию. Нефтяного газа на протяжении длительного времени.
1 Понятие и методы утилизации попутного нефтяного газа
Базовой основой попутного нефтяного газа является комплекс лёгких углеводородов, который предоставляет собой совокупность метана, этана, пропана, бутана и иных углеводородсодержащих паров, все они находятся в нефти в растворенном виде посредством сил давления.
Попутные нефтяные газы выделяются в процессе сокращения давления в ходе нефтеотдачи, либо сепарации. Название этого газа говорит само за себя, попутным он называется в следствие того, что получается попутно в процессе добычи нефти и представляет собой побочный продукт.
Количество образующегося попутного нефтяного газа и его структурные составляющие полностью зависят от места добычи и специфических особенностей месторождения. В ходе переработки 1 тонны нефти возможно синтезировать от 25 до 800 м3 нефтяного газа.
Процесс утилизации посредством сжигания попутного газа на специализированных промысловых факелах представляет собой самый нерациональный метод его применения. Такая методика превращает попутный нефтяной газ в отходы нефтепроизводства. Процесс сжигания становится оправданным при наличии определенных обстоятельств, тем не менее, мировой опыт нефтедобычи указывает, что рамками государственных структур установлен максимальный объем сжигания попутного нефтяного газа в размере нескольких процентов от общего количества добываемого газа в России.

Рисунок 1. Сжигание газа на промысловых факелах
На сегодняшний день имеются лишь два метода утилизации попутного нефтяного газа, которые могут заменить технологию его сжигания посредством факелов.
Первый способ. Закачка попутных нефтяных газов в нефтенасосные пласты для усиления процесса нефтеотдачи, либо сохранение его как вида потенциального ресурса.
Второй способ. Применение нефтяного газа в виде топливного ресурса для осуществления процесса электрогенерации и обеспечения необходимых потребностей предприятия на территориях добычи нефти, при возможности выработки электроэнергии посредством попутного нефтяного газа ею обеспечивают как прилегающие к территории объекты, так и пускают в общую сеть потребления.
Способ применения нефтяных газов с целью получения электроэнергии предполагает все то же сжигание, однако, он является наиболее рациональным, поскольку процесс сжигания сопровождается получением полезного продукта и немного сократить влияние на атмосферу.
Для сравнения можно оценить состав природного газа по количеству метана, оно варьируется от 92 до 98%, однако, практически не содержит других углеводов, а попутный нефтяной газ структурируется сниженным объемом метана, но достаточно обогащён другими компонентами, которые составляют практически половину при пересчёте на процентный эквивалент, в том числе, это могут быть соединения неуглеводородного характера. К ним относятся углекислый газ, азот, а также и сероводород. Именно по этой причине попутный газ в том виде, в котором он добывается, на может быть хорошим видом топлива.
Достаточно большей эффективностью обладает метод переработки попутных нефтяных газов, применение которого может осуществляться в виде сырья для газонефтехимии, деятельность которой даёт человечеству достаточно значимые виды ресурсов. К ним относятся полиэтилен, полипропилен, каучук и другие подобные материалы. Данные разновидности материалов являются важной составляющей разнообразного спектра товаров, к которым так привык человек. Это одежда, обувь, предметы первой необходимости, товары медицинского, промышленного и технического назначения.
Отдельно акцентирует внимание, что попутный нефтяной газ может быть сырьем для синтеза сухого отбензиненного газа, который представляет собой близкий аналог природного газа, который, в свою очередь применим в виде наиболее высококачественного топлива, чем даёт попутный газ.
Количество добытого нефтяного газа, применяемого газонефтехимической промышленности является показателем совершенствования деятельности нефтяной сферы деятельности, другими словами, показателем рационального распределения углеводородного потенциала в рамках российской экономики.
Однако, эффективное применение попутных нефтяных газов предполагает функционирование определенного рода инфраструктуры, строгого государственного контроля, регулятивной системы прогнозирования и оценки, методик наказаний и поощрений субъектов рынка. Таким образом, объем применяемого в промышленности попутного нефтяного газа является показателем степени экономического развития страны.
Использование 95-98 процентов попутного газа в рамках размаха Российской Федерации и практически полная его переработка с последующим синтезом ценных ресурсов представляет собой одно из значимых сторон развития и совершенствования области нефтедобычи в мире в общем. Такое направление свойственно развитым странам, которые обладают большими запасами углеводородного сырья. К ним относится Норвегия, США и Канада, в том числе данный аспект имеет отношение для Казахстана, который относится к странам с переходной экономикой. Отдельно акцентируем внимание на Саудовской Аравии, которая на сегодняшний день является лидером мировой нефтедобычи.
На сегодняшний день наша страна занимает первое место по количеству нефтяного газа, который подвергается сжиганию. По данным 2018 года объем нефтяного газа составил 15,7 млрд м3, однако, опыт практического производства абсолютно однозначно утверждает, что данная цифра вполне может возрасти до 35 млрд м3, хотя согласно статистическим данным наша страна идёт впереди, по отношению к другим странам, по количеству сжигаемого газа.
В России государственным аппаратом постоянно ведутся работы по увеличению доли перерабатываемого нефтяного газа, соответственно, сокращению объёмов попутного газа, который подвергается сжиганию. Однако, практические исследования показывают, что объем сжигаемого попутного газа постоянно варьируется и на самом деле в переработку идёт лишь 30 % попутного газа, что значительно ниже предоставленных статистических данных, при этом значительная часть этого объёма идёт на обеспечение электроэнергией, и только значительно меньшая доля перерабатывается посредством газонефтехимического производства

. Следовательно, практическая доля переработки попутного нефтяного газа не превышает 20% от общего объема добываемого попутного нефтяного газа.
Исходя из вы изложенного, опираясь на статистические данные, касающиеся утилизации попутного газа посредством промышленных факелов, каждый год в нашей стране теряется свыше 12 миллионов тонн значимого нефтехимического ресурса, которых является упущенной выгодой при переработке попутного газа, которая могла бы обеспечить нашу страну дополнительными товарами и ресурсами человеческой необходимости. Для российской экономики это достаточно значимый фактор развития существующих и новых производств, организации дополнительных рабочих мест, а также в рамках замещения импортируемых товаров. Опираясь на данные Всемирного банка, нереализованная прибыль российской экономики от возможной переработки попутных газов равна приблизительно 7 миллиардам долларов за год, Министерство природных ресурсов и экологии, теряет 13 миллиардов долларов в течение периода, равному один год.
Отдельно отметим, что сжигание нефтяного газа на нефтепромыслах для обеспечения потребностей собственного производства электроэнергией позволило бы увеличить экономическую выгоду страны почти вдвое.
Имеющиеся на сегодняшний день причины неэффективного использования попутного нефтяного газа весьма разнообразны. Одной из них является слишком длительная удалённость объекта нефтедобычи от возможного нахождения инфраструктуры переработки нефтяного газа.


Рисунок 2. Предприятие по переработке попутного нефтяного газа
Отсутствие системы свободного доступа к магистралям газопроводов представляет собой вторую значимую причину. Ещё одна острая причина заключается в том, что в конкретном регионе места нефтедобычи нет потребителей продуктов переработки попутного нефтяного газа, соответственно, в конкретном регионе отсутствуют организованные рациональные предпосылки для возможности его переработки. Все указанные обстоятельства целенаправленно ведут к созданию специфических условий, при которых переработка нефтяного газа нецелесообразна, либо невозможна, что в конечном итоге приводит к необходимости его сжигания на промышленных специализированных факелах. Такое положение в нашей стране существовало ещё с советских времён и до настоящего времени вопрос остаётся нерешённым и требует решительных действий в сторону увеличения объёмов переработки попутного нефтяного газа.
Стоит отдельно отметить, что нерациональное использование нефтяного газа не только влечёт потери в области экономики нашей страны, но и наносит значительный ущерб экологической обстановке в нашей стране. Вредоносные выбросы в окружающую среду имеют характер постепенного накопления, а когда вредоносное воздействие набирает достаточные силы, остановить такой процесс зачастую бывает крайне сложно или вовсе невозможно.
Для интерпретации реальной оценки экологического вреда и экономических потерь достаточно важно не опираться на усреднённые и односторонние аспекты, проблему нужно решать детально на каждой предпосылки ее возникновения, поэтому необходимо учитывать вредоносное воздействие в общем мировом масштабе с соблюдением интересов всех участвующих сторон.

2 Влияние процесса утилизации попутных нефтяных газов на экологию страны
Исследование ситуации последствий сжигания попутных нефтяных газов на факелах указывает, что данный процесс достаточно пагубно влияет на состояние природной среды, как следствие, мы получаем следующие факторы:
- Значительное загрязнение окружающей среды продуктами горения нефтяного газа.
- Частичная деградация и вывод из сельскохозяйственной деятельности части земель в следствие теплового влияния.
- Сокращение количества разновидностей животного и растительного мира.

Рисунок 3. Выделение в атмосферу вредоносных продуктов горения газа
Уменьшение качественных показателей природной среды целенаправленно ведёт к ухудшению условий жизни людей, что влечет за собой:
- увеличение процента заболеваемости жителей различными типами болезней;
- увеличение скорости деградации и разрушении предметов инфраструктуры.
Детальное рассмотрение вредоносного воздействия процесса сжигания попутного нефтяного газа на промышленных факелах указывает на несколько аспектов воздействия. К ним относятся: воздух, почва и вода.
Воздух. В процессе сжигания нефтяного газа выделяется сажа, оксиды азота, монооксид углерода, бензол, фосген, толуол, тяжелые металлы (ртуть, мышьяк, хром), сернистый ангидрид, иногда сероводород, сероуглерод, меркаптаны. В том числе, немаловажное значение имеет образование углекислого газа.
Это источник значительного вредоносного воздействия на воздух нашей атмосферы, особенно данный фактор сказывается на регионах, которые располагаются вблизи нефтедобывающих территорий. По данным статистики выбросы углекислого газа в атмосферу в нашей стране в 2018 году посредством процесса сжигания превышают 100 миллионов тонн.
Почва. Общая площадь почв, подвергнутых полному или частичному разрушению от пагубного влияния продуктов горения попутных нефтяных газов в процессе сжигания на промышленных факелах составляет 115 тысяч гектар. При этом, почвы, находящиеся в приближенном радиусе, варьирующимся от 20 до 200 метров, подвергаются полному выжиганию имеющегося потенциала органического вещества.
Количество бензпирена в почвах, а также грунтах, находящихся в непосредственной близости промышленных факелов, в том числе участков горизонтального выжигания углеводородов превышает 26 предельно допустимых концентраций.
Постепенное увеличение количества токсикантов в почвах при регулярном сжигании предполагает образование геохимических аномалий, по- другому их ещё называют химическими бомбами замедленного действия.
Вода. От регулярных выбросов в воду продуктов горения попутного нефтяного газа в процессе сжигания его на промышленных факелах в зависимости от типа загрязняющего элемента начинается его скопление в виде плёнки или осадка в растворенном и эмульгированном виде.
Образование нефтяной плёнки на поверхности воды неизбежно способствует так называемому закупориванию воды, а этот процесс ограничивает проникновение кислорода, так происходит разрушение водных экосистем.
В случае попадания в водяные системы тяжёлых фракций нефти, они попадают на дно, и способствуют модификации структуры донных отложений, которые являются причиной значительного загрязнения иловых масс, данное обстоятельство приводит к отравлению обитателей водоёмов, вплоть до полного их вымирания в местах скопления нефтяных осадков, растительный мир водоёма также испытывает серьёзные пагубные нагрузки, которые в целом приводят к полному отравлению водной системы.
Изучение аналитической составляющей Мирового банка, относящемуся к вопросам переработки углеводородного сырья, указало, что при сжигание попутного нефтяного газа на промышленных факелах, особенно в случаях частичного нарушения технологии сжигания в силу различных обстоятельств, предполагается, что в воздух, почвы и воду попадает огромное количество вредоносных химических соединений, особенно если горение произошло не полностью. Среди них:
- более 265 опасных тяжёлых солей нефтепромышленности;
- тяжёлых металлов;
- оксидов азота и серы.
Как показывает практика полный список вредоносных химических соединений на самом деле не такой уж и полный. Достаточно часто руководство нефтяной промышленности указывает лишь содержание СО2 в выбросах, остальной перечень умалчивается, в силу того, чтобы не повредить существующей репутации крупной организации, поскольку уже само по себе нефтеперерабатывающее производство предполагает вредоносное воздействие.
Однако, достаточно часто месторождения добычи нефти находится в районах, где численность населения невелика, поэтому экологический надзор зачастую закрывает глаза на это обстоятельство.
Ещё один не малозначимый фактор заключается в сложности организации систем переработки попутного нефтяного газа, а также дороговизны ее постройки.
На основании вышеизложенного делаем вывод, что именно сжигание попутного нефтяного газа является серьёзнейшей проблемой нефтеперерабатывающих производств в частности и государства в целом в части поиска рациональных методик утилизации попутного нефтяного газа. Одновременно, попутный нефтяной газ является достаточно значимым ресурсом потенциала нашей страны, который неизбежно сопровождает на всей ее стадии процесс добычи и переработки нефти, поэтому нахождение методик эффективного его применения необходим.
Данная проблема накапливалась постепенно, поскольку первоначальная добыча нефти производилась на заведомо безжизненных просторах нашей страны, поэтому этот процесс изначально не был таким вредоносным. В том числе, ранее к попутному нефтяному газу не относились как к ценному ресурсу, а считали его попутным обстоятельством процесса переработки нефти. В следствие чего сжигалась лишь малая его доля в рамках необходимости, потому и не давала такого колоссального выброса в окружающую атмосферу. С течением развития цивилизации и модернизации предприятий нефтехимического производства рамки его деятельности значительно расширились, а попутный нефтяной газ стал самостоятельным ресурсом. Следовательно, в настоящее время крайне важно заниматься вопросами утилизации попутного нефтяного газа во избежание глобального его накапливания в атмосфере воздуха, почве и воде, что может привести к наступлению экологической катастрофы.
3 Мероприятия по улучшению экологической ситуации в процессе утилизации попутного газа
Поскольку утилизация попутного нефтяного газа является достаточно значимой и острой проблемой экологической ситуации нашей страны в рамках нефтедобывающей промышленности, крайне необходимо грамотно и четко установить масштабы вредоносного воздействия с целью разработки мероприятий по снижению и локализации экологического вреда, наносимого природной среде.
Рамками данной работы уже установлено, что утилизация попутного нефтяного газа посредством сжигания его на промышленных факелах является равнозначно острой и для экологии, и для экономики Российской Федерации, поэтому просматривается общая заинтересованность решения вопросов рациональной и экологически чистой утилизации попутных газов. Поскольку специфика нефтедобывающей промышленности полностью экологически чистой быть не может, то назревает вопрос в разработке и внедрении мероприятий по снижению вредоносного воздействия нефтеперерабатывающих предприятий на природу нашей страны.
Одной из самых глобальных причин львиной доли попутных газов признана недостаточность, а в некоторых случаях и полное отсутствие общественного вмешательства и контроля.
В связи с данным обстоятельством еще начиная с 2009 года Всемирный фонд дикой природы дал старт ныне действующей общественной кампании по активному принятию участия в решении создавшейся проблемной ситуации