Природні горючі гази зустрічаються у вільному виді, у виді скупчень у гірських породах земної кори, у розчиненому вигляді ( в підземних водах, нафті), а також у вигляді газових потоків, що переміщаються в земній корі.

Природні гази, в залежності від їхнього складу, поділяють на наступні чотири групи: а) вуглеводні, б) вуглекислі, в) азотні і г) змішані.

До вуглеводневих відносять гази, що містять у своєму складі не менш 50% різних вуглеводнів.

Природні горючі (вуглеводневі) гази, як уже вказувалося, умовно поділяються на власне природні, тобто гази, що добуваються з чисто газових родовищ, і попутні, що добуваються попутно з нафтою у нафтогазових родовищах.

Природні вуглеводневі гази, у залежності від вмісту в них метану, поділяються на сухі, що містять 95-99% метану, і жирні, що містять, крім метану, також і його гомологи (етан, пропан, бутан і ін.).

Природні гази, тобто гази, що добуваються з чисто газових родовищ, відносяться до сухих газів, тому що вміст у них гомологів метану, за рідкісним винятком, незначний.

Усі попутні гази належать до жирних газів, тому що в їхньому складі, крім метану, міститься значна кількість етану, пропану, бутану й ін.

Природні вуглеводневі гази накопичуються в гірських породах, що мають порожнини (піски, вапняки й ін.). В інших породах (глинах, вугіллі) газ накопичується менше через їхню високу щільність і відсутність порожнин (пор, тріщин).

Породи, здатні вміщати і віддавати газ, називаються газовими колекторами. Вони утворюють в товщах гірських порід величезні підземні природні резервуари, зверху і знизу обмежені непроникними породами.

Такі підземні резервуари мають широке горизонтальне розташування й в основному заповнені водою. Газові скупчення займають лише незначну частину таких резервуарів, розташовуючись над водою і притискаючись до верхнього малопроникної границі (породи) підземного резервуара (Рис. 4.1).

Рис. 4.1 Родовище газу.

Так як газ у підземних резервуарах знаходиться під значним тиском, то при його розкритті свердловиною газ здатний притікати (фонтанувати) до поверхні з величезною швидкістю. Деякі газові свердловини здатні дати до 6 млн. м3 газу на добу.

Основними проблемами, що виникають при експлуатації газових свердловин, є регулювання тиску і встановлення оптимального режиму добору газу.

Досвід експлуатації газових свердловин показав, що зі свердловини повинна відбиратися тільки частина тієї кількості газу, що вона в стані дати при вільному фонтануванні.

Як уже вказувалося, природні горючі гази складаються в основному з метану і його гомологів. Крім цих компонентів, у природних вуглеводневих газах, як правило, містяться вуглекислота й азот. Вміст вуглекислоти в більшості випадків не перевищує 6-7%. Однак зустрічаються природні гази, у яких вміст вуглекислого газу доходить до 35% і більше. Такі гази називають вуглеводнево-вуглекислими. Наприклад, на Тамані, у районі Карабетовки, відзначений вихід природного вуглеводневого газу, що складається з метану (65,6%), вуглекислоти (31,4%) і азоту (3,0%). В Угорщині є родовище (Тоткомлош), газ якого складається з 50% метану і 50% вуглекислоти.

Вміст азоту в природних вуглеводневих газах, як правило, не перевищує 10%. Однак зустрічаються гази, у яких вміст азоту доходить до 45% вище. Такі гази називаються вуглеводнево-азотними.

Кисень в вуглеводневих газах міститься в незначних кількостях і, як правило, не перевищує 2%.

Вміст сірководню в вуглеводневих газах рідко перевищує 5-6%. Оксид вуглецю і водню в природних газах практично не зустрічається; у деяких попутних газах ці компоненти є, але в незначних кількостях.

Характерною домішкою природних газів є рідкісні гази і, насамперед гелій (у деяких газах вміст гелію доходить до 2%); як правило, у природних газах можна знайти лише сліди рідкісних газів.

Теплота згоряння (Qн) природних газів коливається в межах 25,1-33,5 Мдж/м3, густина по повітрю - у межах 0,56-0,65.

При розгляді закону Генрі видно, що будь-який газ має здатність тією чи іншою мірою розчинятися в рідині. Відповідно до закону Генрі, кількість газу, здатного розчинитися, залежить від природи рідини і газу і від зовнішніх умов (тиску, температури).

Утворившись одночасно нафта і розчинений в ній газ, утворюють нафтогазові пласти.

Так як температура в покладі нафти змінюється мало, то кількість розчинених у нафті газів залежить в основному від тиску в пласті і властивостей розчинених газів.

Розчинність газоподібних вуглеводнів у нафті підвищується зі збільшенням молекулярної маси газу. Різна розчинність вуглеводневих газів приводить до того, що в природних умовах, коли нафта і газ укладені в одному підземному резервуарі, гази сепаруються за рахунок майже повного розчинення в нафті при високих тисках більш важких вуглеводнів.Тому в підземному резервуарі, у якому нафта залягає разом з газом, частина вуглеводневих газів (більш важких) буде знаходитися в розчиненому вигляді, а частина (головним чином, більш легка: метан, етан) буде знаходитися над нафтою, утворюючи так звану газову шапку (Рис. 3.2). При розкритті пласта свердловиною спочатку починає фонтанувати газ газової шапки, а потім уже, унаслідок падіння тиску, буде виділятися газ з розчину (нафти).

Рис.4.2 Родовище нафти з газовим прошарком.

При цьому спочатку з'являться гази, що мають найменшу розчинність, а при значному зниженні тиску почнуть виділятися гази з максимальною розчинністю.

Деяка частина цих газів виділяється з нафти тільки після виходу її на поверхню. Газова шапка є складовою частиною нафтового покладу, що експлуатується з урахуванням максимального використання пластової енергії газу (його тиску) для фонтанного видобутку. Іншими словами, газові шапки газонафтових родовищ не є самостійними об'єктами видобутку газу.

У деяких випадках газ цілком розчинений у нафті; цей газ експлуатується (добувається) разом з нею. Звичайно газу міститься 200 - 400 м3 на 1 т нафти (цю величину називають газовим фактором). Найбільш часто зустрічаємо прості форми нафтогазових покладів показані на рис. 4.3.

Рис. 4.3 Газонафтові родовища

Наявність у нафті розчиненого газу є позитивним чинником, тому що цей газ трохи збільшує обсяг нафти, знижує її питому і в'язкість, сприяє більш швидкому її припливу до вибою свердловини.

Орієнтовно можна прийняти, що на кожну атмосферу тиску при розчиненні газу в нафті питома вага її зменшується на 0.0001- 0.0002, а обсяг збільшується на 0.1-0.15%.

Газовий фактор видобутку для різних родовищ неоднаковий і залежить від природи родовища і режиму його експлуатації.

Газ, що надходить на поверхню землі разом з нафтою, відокремлюється від неї в декількох пунктах нафтовидобувного і нафтопереробного господарства. Найбільш легкі компоненти вуглеводневих газів відокремлюються від нафти в нафтових трапах, колонках і мерніках.

Найважчі вуглеводневі гази відокремлюються від нафти в газових сепараторах. Трап призначений для відділення (сепарації) нафти і газу і для очищення газу від нафтового пилу.

Відділення газу від нафти і пилу в трапі відбувається в результаті зміни тиску і швидкості газонафтового потоку, що рухається.

Для поліпшення процесу сепарації суміш, що надходить у трап, розприскують, для чого в трапі встановлюють ґрати, відбійники, тарілки й інші пристосування.

Але навіть після проходження трапа в нафті залишається деяка кількість газу, вміст якого буде тим більшим, чим вище тиск у трапі.

Для поділу продукції фонтанів високого тиску (вище 20 атм.) застосовують східчасту сепарацію.

Склад попутних газів залежить від природи нафти, у якій вони укладені в природних підземних резервуарах, а також від прийнятої схеми відділення газу від нафти при виході з свердловини. Застосування чотири ступінчатої системи сепарації дозволяє в значній мірі звільнитися від більш важких газоподібних гомологів метану й одержати попутний газ, близький за складом до природного. Застосування менш опрацьованих схем сепарації і поганий режим їхньої роботи приводить до одержання жирних попутним газом, тобто газів, багатих гомологами метану -- пропаном, бутаном.

Тип нафти і природа розчинених у ній чи газів, що залягають разом з нею, також впливає на склад одержуваних попутних газів.

Попутні гази, отримані з газових шапок нафтового покладу, як правило, будуть містити менше важких вуглеводневих газів, ніж гази, отримані з чисто нафтових родовищ, де вони були цілком розчинені в нафті.

Багато попутних газів є цінною сировиною для одержання зріджених газів і для хімічної переробки. Густина побіжних газів, як і всіх вуглеводневих газів, зменшується з підвищенням вмісту метану. Теплота згоряння попутних газів значно вище ніж газів з чисто газових родовищ і коливається від 39 до 58 МДж/м3.

ЛІТЕРАТУРA

1. Саранчук В.И., Айруни А.Т., Ковалев К.Е. Надмолекулярная организация, структура и свойства углей.- К.: Наукова думка.

2. Саранчук В.И., Бутузова Л.Ф., Минкова В.Н. Термохимическая деструкция бурых углей.- К.: Наукова думка, 1984.

3. Нестеренко Л.Л., Бирюков Ю.В., Лебедев В.А. Основы химии и физики горючих ископаемых.- К.: Вища шк., 1987.-359с.

4. Бухаркина Т.В., Дигуров Н.Г. Химия природных энергоносителей и углеродных материалов.-Москва, РХТУ им. Д.И. Менделеева,-1999.-195с.

5. Агроскин А. А., Глейбман В. Б. Теплофизика твердого топлива.-- М. Недра 1980.-- 256 с.

6. Глущенко И. М. Теоретические основы технологии твердых горючих ископаемых.-- К. : Вища шк. Головное изд-во, 1980.-- 255 с.

7. Еремин И. В., Лебедев В. В., Цикарев Д. А. Петрография и физические свойства углей. -- М. : Недра, 1980. -- 266 с.

8. Касаточкин В. И., Ларина Н. К. Строение и свойства природных углей.-- М : Недра, 1975.-- 159 с.

9. Раковский В. Е., Пигулееская Л. В. Химия и генезис торфа.--М. : Недра, 1978.--231 с.10. Саранчук В. И. Окисление и самовозгорание угля.-- К. : Наук. думка, 1982.-- 166 с.

11. Стрептихеев А. А., Деревицкая В. А. Основы химии высокомолекулярных соединений.-- 3-е изд., перераб. и доп.-- М. : Химия, 1976.-- 436 с.