книги из ГПНТБ / Амиян, В. А. Добыча газа [учеб. пособие]
.pdf
В. А. АМИЯН, Н. П. ВАСИЛЬЕВА
ДОБЫЧА
ГАЗА
ИЗДАТЕЛЬСТВО «Н Е Д Р Аа
М о с к в а 1974
УДК 622.324.5
Л ? |
Г~7ос . nvS.T |
||
|
1 |
.-,0с |
|
j& p d r y |
|
‘ь-!'; |
азЕмпл -р |
|
дльнфио ЗАЛА |
||
Амиян В. |
А ., |
Васильева Н. П. Добыча газа. М. |
|
«Недра», 1974, 312 с. |
|||
В книге |
изложены современные представления |
||
о разработке и эксплуатации газовых и газоконденсат ных месторождений; рассмотрен состав и классифика ция природных газов, их физические свойства, а также свойства газоносных пластов; описаны способы иссле дования, освоения газовых и газоконденсатных сква жин, повышения их производительности; приведены системы сбора и подготовки природного газа на про мысле до подачи его в магистральные газопроводы; изложены принципиальные схемы сбора и переработки попутных нефтяных газов.
Книга предназначена для учащихся профессио нально-технических училищ как учебное пособие, а также может быть использована для повышения ква лификации работников газовых промыслов.
Таблиц — 39, иллюстраций — 160, |
список литера |
туры — И названий. |
|
Рецензенты Г. А. З о т о в п М. Я. |
Р о з и н . |
0382—83 А 043 (0 1 )-7 4 266—73
© Издательство «Недра», 1974.
ПРЕДИСЛОВИЕ
За последние 10 лет накоплен большой опыт разра ботки газовых и газоконденсатных месторождений. С уче том этого авторы изложили современные представления о разработке и эксплуатации газовых и газоконденсат ных месторождений, рассмотрели вопросы освоения и ис следования скважин, описали методы повышения их про изводительности, технологии и техники добычи газа, способы ремонта газовых и газоконденсатных скважин, кратко описали системы сбора газа и его очистки на про мыслах. В книге изложены также вопросы переработки попутного нефтяного газа.
В доступной форме для мастеров и квалифицирован ных рабочих газовых промыслов авторами изложен весь комплекс вопросов, относящихся к разработке и эксплу атации газовых и газоконденсатных месторождений. По этому книга может служить практическим пособием для указанной наиболее многочисленной категории работни ков газовых промыслов. Ее можно рекомендовать также в качестве учебного пособия для повышения квалифика ции мастеров, операторов и рабочих. Учитывая отсут ствие подобного рода учебных изданий для подготовки новых кадров для газовой промышленности, ее можно рекомендовать в качестве учебного пособия в системе профтехобразования.
Издательство
ВВЕДЕНИЕ
Разведанные и потенциальные запасы газа, высокие технико экономические показатели его использования в народном хозяйстве и многие другие положительные качества газа как топлива и техно логического сырья предопределяют дальнейшее ускоренное развитие газовой индустрии.
В 1975 г. добыча газа достигнет 300—320 млрд. м3. Основной при рост добычи газа будет получен за счет освоения новых уникальных месторождений в Оренбургской области, Коми АССР, Тюменской области, а также в Туркмении и Узбекистане. Эти районы станут крупнейшими базами газоснабжения страны.
Основным направлением дальнейшего развития магистрального транспорта газа будет концентрация производственных мощностей. Крупные системы газопроводов будут создаваться на основе труб больших диаметров (1020—1420 мм), повысится единичная мощность компрессорных агрегатов, широко будет внедряться автоматизация и телемеханизация как отдельных объектов, так и целых систем от промысла до потребителя.
Важным направлением в транспорте газа является также повы шение рабочего давления в газопроводе с 55 до 75 кгс/см2, а в даль нейшем — до 100 кгс/см2.
Выпуск труб повышенной прочности позволит максимально сократить расход металла при строительстве трубопроводов. При повышении прочности металла труб до 55—65 кгс/мм2 расход его сократится соответственно на 8—20%, до 75 кгс/мм2 — на 25—30%, а объем сварочных работ на трассе — почти вдвое.
Важным элементом магистрального транспорта газа являются компрессорные станции. За последние 10 лет число компрессорных станций возросло почти в 7 раз, а их мощность — в 23 раза.
Значительно повысился к. п. д. газотурбинных агрегатов. В бли жайшие годы планируется выпуск газотурбинных агрегатов мощ ностью 25 тыс. кВт. В газовой промышленности найдут применение газоперекачивающие агрегаты.
Разрабатываются новые перспективные методы транспорта газа — передача его в сжиженном и охлажденном состоянии. Эти методы будут наиболее эффективными при транспорте больших количеств газа на дальние расстояния.
4
В связи с дальнейшим развитием газовой промышленности, ростом газотранспортных систем важное значение приобретает за дача обеспечения надежности газоснабжения с учетом использо вания газа подземных хранилищ.
Природный и особенно попутный газы являются ценным сырьем химической промышленности. Так, в попутных, нефтезаводских и
природных газах |
содержание углеводородов колеблется от 84 |
до 98%, в коксовых |
же газах оно не превышает 25%, а в других — |
1,5 -3,5% . |
|
Комплексная переработка природного и попутного газов с из влечением всех ценных компонентов позволяет получать одновре менно несколько видов сырья и таких чистых химических продук тов, как метан, этан, бутан, этилен, пропилен, бутилен, а также ароматические углеводороды — бензол, толуол, ксилол и другие (более 200 разнообразных видов химических продуктов).
Ацетилен, являющийся исходным сырьем для получения боль шого количества синтетических веществ, производства пластмасс, синтетических каучуков, искусственных и синтетических волокон, растворителей и т. д., до последнего времени получали из карбида кальция. На производство 1 т ацетилена из карбида кальция тре буется 1,6 т известняка, 0,6 т углеродистых материалов, 12 тыс. кВт электроэнергии. При производстве ацетилена из углеводородных газов значительно снижаются капиталовложения и себестоимость производимой продукции. Так, удельные капиталовложения, вклю чая создание энергобазы, ниже на 30%, а себестоимость на 40%, чем при производстве из карбида кальция. Кроме того, с каждой тонной ацетилена попутно получается такое количество сырья, которое достаточно для выработки 4 т аммиака, необходимого для производ ства азотных удобрений.
Народнохозяйственное значение химической переработки угле водородных газов заключается еще и в высвобождении большого количества пищевого сырья, на основе которого долгое время бази ровалось производство ряда химических продуктов.
Строящиеся и проектируемые заводы синтетического спирта и синтетического каучука будут перерабатывать в основном сжижен ные газы, а также использовать пентан, содержащийся в газовом бензине, для производства изопренового каучука. Сырьем для по лучения этилена могут служить низкооктановые бензины, а также конденсаты газоконденсатных месторождений.
Потребности химической промышленности могут быть полностью удовлетворены природным и попутным газами, что ликвидирует использование для этих целей пищевых продуктов (картофель, зерно, растительное масло и др.), а также значительно снизит себестоимость продукции.
Газ широко применяется для термической и термохимической обработки металла, в сушильных камерах литейных цехов при плавке бронзовых и алюминиевых сплавов, а также многих других цветных металлов, для резки углеродистой и специальной сталей в процессах
5
сварки и т. д. Установлено, что наиболее эффективно использование газа в качестве технологического топлива в мартеновских печах, в печах для плавки ковкого чугуна, для нагрева металла под про катку, ковку и штамповку, в закалочных печах и вагранках для плавки чугуна, обжига доломита и известняка. Перевод действующих мартеновских печей на природный газ увеличит их производитель ность примерно на 5—10% и сократит расход кокса на 12—14%.
Перевод на газ плавильных или кузнечных печей ускоряет плавку металла и улучшает его качество. Так, на ряде саратовских предприятий в результате замены мазута газом для отопления пла вильных и кузнечных печей производительность в литейных цехах повысилась более чем на 30%, а в кузнечных — на 15—20%.
Большой экономический эффект получается при переводе враща ющихся печей цементной промышленности с твердого топлива на газ: выпуск цемента увеличивается примерно на 7—10%.
При работе на газе значительно улучшается технологическая характеристика работы котлоагрегатов, что способствует повышению их к. п. д. Это объясняется тем, что при использовании газообраз ного топлива температура отходящих газов и, следовательно, потери тепла с ним меньше, чем при работе на пылевидном топливе. Требо ваниям высокой эффективности тепловых агрегатов лучше всего отвечает газообразное топливо, и в первую очередь — природный газ. Использование его способствует внедрению автоматики и непре рывно-поточных методов в процессе тепловой обработки. Автома тизация управления тепловыми процессами повышает производитель ность тепловых агрегатов. Так, на многих промышленных предприя тиях после автоматизации теплового режима производительность печей повысилась на 8—10%, а расход топлива снизился до 10%.
Электростанции являются крупными потребителями газового топлива. В общем объеме газопотребления их удельный вес соста вляет около 30%.
В структуре себестоимости электроэнергии топливо имеет наиболь ший удельный вес — до 70%. Поэтому замена газом более дорогих видов топлива вызовет снижение себестоимости электроэнергии, которое в среднем составляет 30—40%.
Наряду с природным газом возросло использование сжиженных газов.
Технико-экономические расчеты показывают, что использование сжиженных газов для газификации квартир и коммунально-бытовых предприятий сельской местности очень эффективно. Это позволяет улучшать бытовые условия трудящихся и коренным образом улуч шает технологию сушки зерна, хлопка, выпечки хлеба.
Главное достоинство сжиженных газов состоит в том, что он занимает объем в 600 раз меньший того, в котором он находился до сжижения.
Сжиженные газы, как и моторное топливо, используются в авто мобилях, тракторах и стационарных двигателях.
Г л а в а I
СОСТАВ И КЛАССИФИКАЦИЯ ПРИРОДНЫХ ГАЗОВ
Природные газы нефтяных, газовых и газоконденсатных место рождений в основном состоят из углеводородов. В небольшом коли честве они содержат также азот, углекислый газ, сероводород, редкие газы — гелий и аргон.
§ 1. УГЛЕВОДОРОДНЫЕ КОМПОНЕНТЫ ПРИРОДНЫХ ГАЗОВ
Природные газы представляют собой смесь различных углеводо родов: метана СН4, этана С2Н6, пропана С3Н8, бутана С4Н 10 и др. Эти углеводороды называются предельными или насыщенными. Название этих веществ обусловлено их неспособностью присоеди нять другие атомы, так как все единицы валентности атомов в их молекулах насыщены до предела. Насыщенные соединения способны только к реакциям замещения. Каждый член этого ряда отличается от предыдущего члена ряда на группу СН2.
Вещества, сходные по своему строению и отличающиеся друг от друга по составу на одну или несколько групп СН2, называются гомологами. Группа гомологов составляет гомологический ряд. Предположим, что имеется предельный углеводород из п атомов углерода:
И |
Н |
II |
Н |
Н |
Н |
|
I |
I |
! |
I |
l |
l |
|
Н - С - С —С----------- |
С—С—С—II или Н(СН 2)„Н |
|||||
I |
I |
I |
I |
I |
I |
н |
Н |
II |
Н |
Н |
|
II |
|
Каждый из этих углеродных атомов связан с двумя атомами во дорода; кроме того, каждый из двух крайних атомов углерода связан еще с одним атомом водорода. Следовательно, число всех атомов водорода равно 2п + 2, и общий состав предельных углеводородов может быть выражен формулой С„Н2„+2. В сравнении с другими углеводородами предельные углеводороды наиболее богаты водоро дом; каждый углеродный атом в молекуле углеводорода соединен с максимально возможным числом водородных атомов. Таким обра зом, достигается высший предел насыщения углерода водородом.
7
Предельные углеводороды называют также парафинами; смысл этого слова заключается в их малой химической активности. Пре дельные углеводороды называются еще углеводородами жирного ряда. Это обусловлено тем, что производные некоторых высших углеводородов этого ряда являются жирами.
Поскольку первым представителем гомологического ряда пре дельных углеводородов является метан, то предельные углеводо роды называются углеводородами ряда метана. Общее название углеводородов ряда метана — алканы.
Если от молекулы предельного углеводорода отнять один атом водорода, то получится остаток, называемый одновалентным ради калом. Названия радикалов образуются из названий соответству ющих предельных углеводородов заменой окончания «ан» на «ил».
Углеводород |
Радикал |
||
сн4 |
метан |
СН3 |
метил |
с2нв |
этан |
С2н5 |
этил |
С3н 8 |
пропан |
C3H7 |
пропил |
С4Н10 |
бутан |
с4н9 |
бутил |
СбН12 |
пентан |
С6Н ц |
амил |
CeHj4 |
гексан |
СвНхз |
гексил |
С7Н 10 |
гептан |
С7Н15 |
гептил |
Каждый предельный углеводород можно получить от соответ ствующего предыдущего члена гомологического ряда путем заме щения одного атома водорода метилом.
Таким путем от метана получаем этан и от этана — пропан:
II |
И |
Н |
II |
II |
II |
Н - С —II |
I |
1 |
I |
I |
I |
н - с - с - н |
н—С—с - с —н |
||||
I |
I |
I |
I |
I |
I |
н |
н |
н |
н |
н |
н |
метан |
этан |
пропан |
|||
В молекулах метана и этана все атомы водорода совершенно равно ценны и безразлично, какой из них заместить метилом. Поэтому первые три члена гомологического ряда парафинов не имеют изо меров.
У соединений углерода одна и та же молекулярная формула отвечает не одному, а нескольким соединениям, различающимся по физическим и химическим свойствам. Это явление называется изо мерией. Причиной изомерии является различие в порядке связей
вмолекуле.
Вотличие от первых двух членов гомологического ряда в моле куле пропана не все атомы водорода равноценны. Атомы водорода, связанные с крайними углеродными атомами, отличаются по своему положению от атомов водорода, связанных со средним углеродным атомом. Поэтому в молекуле пропана атом водорода можно заместить метилом или у среднего атома углерода или у крайнего.
8
При замещении атома водорода у одного из крайних атомов угле рода получается нормальный бутан
нН Н „
Н\ I I / Н
Н—С—С--С —С—н
н/ и н Хн
При замещении атома водорода у среднего атома углерода обра зуется изобутан
Н Н Н
ХК
Н| /Н
II—С—С—С—н
н / i N 1
Состав этих веществ выражается одной и той же формулой С4Н10. Нормальный бутан и изобутан являются изомерами. Нормальный бутан — газ, сгущающийся в жидкость при —0,5° С; изобутан — также газ, переходящий в жидкость только при —11,7° С.
В органической химии часто применяется другой способ изобра жения формул строения — отмечают черточкой только связи между углеродными атомами :
Этан СН3-СН3
Пропан СН3—СН2— СН3
Бутан СН3- С Н 2- С Н 2-С Н з
Пентан СН3— СН 2— СН2- С Н 2- С Н 3
СНз
Изобутан ^ С Н — СН3
СН3
СН3
Изопентан ХСН—СН2—СН3
СН3
сн3 сн3
Тетраметилметан
СН3 СН3
Соединения с неразветвленной углеродной цепью, например бутан, пентан, называют соединениями нормального строения; если цепь имеет разветвления, то говорят об изостроении, например изобутан, изопентан.
9