Методика расчета выбросов вредных веществ в атмосферу при сжигании попутного нефтяного газа на факельных установках

Состав

Попутный нефтяной газ – смесь газов, выделяющаяся из углеводородов любого фазового состояния, состоящая из Метана , Этана , Пропана , Изобутана и Бутан , содержащая растворенные в ней высокомолекулярные жидкости (от пентанов и выше по росту гомологического ряда) и различного состава и фазового состояния примеси.

Приблизительный состав ПНГ

Получение

ПНГ является ценным углеводородным компонентом, выделяющимся из добываемых, транспортируемых и перерабатываемых, содержащих углеводороды минералов, на всех стадиях инвестиционного цикла жизни до реализации готовых продуктов конечному потребителю. Таким образом, особенностью происхождения нефтяного попутного газа является то, что он выделяется на любой из стадий от разведки и добычи до конечной реализации, из нефти, газа, (другие источники опущены) и в процессе их переработки из любого неполного продуктового состояния до любого из многочисленных конечных продуктов.

Специфической особенностью ПНГ является обычно незначительный расход получаемого газа, от 100 до 5000 нм³/час . Содержание углеводородов С З + может изменяться в диапазоне от 100 до 600 г/м³ . При этом состав и количество ПНГ не является величиной постоянной. Возможны как сезонные, так и разовые колебания (нормальное изменение значений до 15 %).

Газ первой ступени сепарации, как правило, отправляется непосредственно на газоперерабатывающий завод. Значительные трудности возникают при попытках использовать газ с давлением менее 5 бар . До недавнего времени такой газ в подавляющем большинстве случаев просто сжигался на факелах, однако, сейчас ввиду изменений политики государства в области утилизации ПНГ и ряда других факторов ситуация значительно изменяется. В соответствии с Постановлением Правительства России от 8 января 2009 г. № 7 «О мерах по стимулированию сокращения загрязнения атмосферного воздуха продуктами сжигания попутного нефтяного газа на факельных установках» был установлен целевой показатель сжигания попутного нефтяного газа в размере не более 5 процентов от объема добытого попутного нефтяного газа. В настоящий момент объемы добываемого, утилизируемого и сжигаемого невозможно оценить в связи с отсутствием на многих месторождениях узлов учета газа. Но по приблизительным оценкам это порядка 25 млрд м³ .

Пути утилизации

Основными путями утилизации ПНГ являются переработка на ГПЗ, генерация электроэнергии, сжигание на собственные нужды, закачка обратно в пласт для интенсификации нефтеотдачи (газлифтный способ).

Технология утилизации ПНГ

Основная проблема при утилизации попутного газа заключается в высоком содержании тяжелых углеводородов . На сегодняшний день существует несколько технологий, повышающих качество ПНГ за счет удаления значительной части тяжелых углеводородов. Одна из них - подготовка ПНГ с помощью мембранных установок. При применении мембран метановое число газа значительно повышается, низшая теплотворная способность (LHV), тепловой эквивалент и температура точки росы (как по углеводородам, так и по воде) снижаются.

Мембранные углеводородные установки позволяют значительно снизить концентрацию сероводорода и диоксида углерода в потоке газа, что позволяет использовать их для очистки газа от кислых компонентов.

Конструкция

Схема распределния газовых потоков в мембранном модуле

По своей конструкции углеводородная мембрана представляет собой цилиндрический блок с выходами пермеата, продуктового газа и входа ПНГ. Внутри блока находится трубчатая структура селективного материала, который пропускает только определенный вид молекул. Общая схема потока внутри картриджа показана на рисунке.

Принцип работы

Конфигурация установки в каждом конкретном случае определяется специально, так как исходный состав ПНГ может сильно разнится.

Схема установки в принципиальной конфигурации:

Напорная схема подготовки ПНГ

) не находилось в числе приоритетов нефтегазовых компаний. ПНГ отделялся от нефти при ее подготовке к транспорту и попросту сжигался на факельных установках прямо на промысле.

Многие годы пламя этих факелов озаряло ночное небо над добывающими регионами и было одним из символов российской нефтяной индустрии. Впрочем и сегодня Россия является мировым лидером по сжиганию попутного газа. Как в настоящее время решаются проблемы рационального использования ПНГ?

Еще в прошлом десятилетии группа КРЕОН 1 й обратила внимание государственных органов на проблему нерационального использования попутного газа. В 2007 г аналитические материалы группы были использованы при подготовке послания Федеральному Собранию Президента РФ, в котором был сделан акцент на данной проблеме. После этого группа организовала первую в стране площадку для предметного и комплексного обсуждения задач по эффективной переработке ПНГ, что впоследствии способствовало принятию закона, принуждающего все нефтяные компании к 2012 г обеспечить 95% полезную утилизацию попутного нефтяного газа на всех своих месторождениях.

С вступлением в силу Постановления Правительства РФ №1148 от 08.11.2012 г «Об особенностях исчисления платы за негативное воздействие на окружающую среду при выбросах в атмосферный воздух загрязняющих веществ, образующихся при сжигании на факельных установках и (или) рассеивании попутного нефтяного газа» ситуация начала меняться. В результате введения нормативного показателя сжигания ПНГ в размере, не превышающим 5% от извлекаемого объёма газа и значительного повышения штрафов за сверхнормативное сжигание ПНГ на факелах, а также увеличением повышающих коэффициентов в последующие годы (таблица 1), нефтяные компании всерьёз занялись проблемой рационального использования ПНГ.

Таблица 1. Повышающий коэффициент к плате за объёмы сожжённого ПНГ, превышающие целевой показатель в 5%


Повышающий коэффициент

С 2012 по 2015 гг объём ПНГ, сожжённого на факелах сократился, более чем на 60%, при росте извлечения попутного газа за тот же период на 9%.

В 2016 г российский рынок ПНГ развивался неравномерно: рост добычи и переработки на сопровождался уменьшением коэффициента полезного использования и перебоями добычи у независимых производителей и операторов соглашения о разделе продукции (СРП).

ПАО НОВАТЭК удвоило свои показатели добычи по сравнению с 2015 г Интенсивный рост добычи ПНГ имел и отрицательные последствия с точки зрения экологии - резко увеличился объёмов сжигаемого на факелах газа, но об этом мы поговорим чуть позже.

Ощутимое сокращение добычи ПНГ отмечалось среди небольших независимых производителей (-8%) и у операторов соглашения о разделе продукции (СРП) (-8%).

Рисунок 1. Добыча ПНГ в 2016 г по группам производителей, млн м3

Августовское падение добычи (рисунок 1) связано с сокращением извлечения ПНГ среди ВИНКов и почти полным прекращением добычи операторами СРП, связанной с остановками на ремонт на месторождениях и отсутствием работ по закачке в пласт извлекаемого ПНг

Для большинства ВИНКов ситуация с ПНГ складывалась позитивно: рост добычи в 2016 г составил 7,8%, а их доля в общем объёме добычи достигла 80% рынка.

Больше половины суммарной добычи ПНГ среди ВИНКов приходится на НК (рисунок 3). Среднемесячное извлечение ПНГ госкомпании составляет 2,9 м 3 млрд.

2 и 3 место по объёму добычи делят и .

Рисунок 2. Структура добычи ПНГ среди ВИНКов в 2016 г, %

Главным отрицательным итогом 2016 г стало первое с 2012 г ухудшение показателей объёма сожжённого на факелах попутного газа и коэффициент полезного использования ПНг

Объём сожжённого на факелах попутного газа вырос на 18,5% по сравнению с 2015 г При этом ВИНКи уменьшили свои показатели и весь рост сжигаемых объёмов ПНГ обеспечили небольшие независимые производители и НОВАТЭК.

Интенсивный рост извлечения ПНГ на месторождениях НОВАТЭКа привёл к увеличению объёмов сжигаемого на факелах газа, и, как следствие, резкому падению коэффициента полезного использования нефтяного газа (до 67,2%). Будем надеется, что это вопрос времени и НОВАТЭК найдёт варианты полезного применения ценного сырья.

Среди ВИНКов целевого показателя в 95% полезного использования ПНГ достигли только компании Сургутнефтегаз, Татнефть, НК РуссНефть и (Независимая Нефтегазовая Компания) (рисунок 3).

Рисунок 3. Коэффициенты полезного использования ПНГ среди ВИНК

Лучший темп прироста показателя отмечен у НК Роснефть +2,6% за 2016 г

Отрицательная динамика была показана компаниями (-1,6%) и Башнефть (-4,6%). Уровень полезного использования ПНГ по компании Башнефть резко упал с 74% до 70% в апреле 2016 г В этом месяце компания начала совместно с ЛУКОЙЛ разработку нового месторождения в Ненецком округе.

Министерство Энергетики РФ изначально предполагало достижение нефтяными компаниями целевого показателя в 95% к 2014 г, сейчас ожидания сместились на 2020 г

Как уже отмечалось ранее (таблица 1), в 2020 г отрасль ждёт очередной, ещё более существенный чем в 2014 г, четырёхкратный рост повышающих коэффициентов за сверхнормативное сжигание попутного газа на факелах и можно было бы предположить, что это вынудит все нефтяные компании достичь целевого показателя по утилизации ПНГ к 2020 г Отчасти это верно и повышение штрафов действительно должно привести к скачкообразному росту полезного использования попутного газа, однако в этом правиле есть и свои исключения, которые складываются из специфики законодательства, объективных и субъективных особенностей российской нефтегазодобывающей отрасли.

Спецификой российского законодательства являются разного рода поблажки:

компаниям, недавно приступившим к разработке месторождений (менее трёх лет с начала эксплуатации) и ещё не наладивших способы полезного использования газа;
недропользователям, направляющим попутный газ для переработки на газоперерабатывающие заводы (ГПЗ) на время проведения ремонтно-профилактических работ ГПЗ;
добывающим компаниям во время реализации инвестиционных проектов по полезному использованию ПНГ на сумму, не превышающую понесённые затраты.

Вышеописанные исключения необходимы для справедливого регулирования отрасли, но по факту факела на месторождениях продолжают гореть, а коэффициент полезного использования попутного газа - падать.

К объективным причинам я причисляю неразвитость инфраструктуры в некоторых районах нефтедобычи, сложность доступа в газотранспортную систему и большие инвестиции, требуемые для реализации проектов по полезному использованию ПНГ. Особенно тяжело реализовать инвестиционные проекты небольшим независимым компаниям, не входящим в вертикально-интегрированные структуры. К субъективным причинам можно отнести российский менталитет и склад ума, который постоянно ищет самое простое решение проблемы. И если под проблемой понимать не загрязнение окружающей среды, а накладываемые государством штрафы, то находятся разного рода решения, позволяющие обходить надзорный контроль и уклоняться от неподъёмных для большинства компаний платежей за сверхнормативное сжигание ПНГ.

Ещё одной проблемой российских игроков отрасли является отсутствие желания сотрудничества и взаимовыручки. В отдельных случаях можно услышать приглашения крупных компаний поставлять попутный газ на недозагруженные мощности их ГПЗ, но чаще всего монополисты диктуют жёсткие и невыгодные условия сотрудничества, а совместных проектов газопереработки - единицы.

Регулятором и неформальным лидером рынка могут выступать региональные власти, которые способны в целях улучшения благосостояния региона представлять и объединять интересы разных добывающих и перерабатывающих компаний. Не только штрафами и контролем, но и субсидиями и рационализаторскими предложениями по консолидации усилий способствовать реализации инвестиционных проектов, направленных на полезное использование попутного нефтяного газа.

Рисунок 4. Динамика добычи и сжигания ПНГ по федеральным округам 2014-2016 гг, млн м 3 /мес.

На рисунке 4 наглядно видно, что Сибирский ФО, при относительно небольшой доле добычи ПНГ несколько лет был лидером факельного сжигания в России. Справедливости ради надо отметить, что округ усиленными темпами компенсирует отставание и по результатам 2016 г худший показатель полезного использования ПНГ (75%) отмечен у Северо-Западного ФО.

Лучшие показатели отмечены в Дальневосточном (95%), Уральском (93%) и Южном (95%) федеральных округах. Статистики по Крымскому федеральному округу пока нет.

Проблема рационального использования ПНГ в некоторых регионах и отдельных компаниях, особенно среди небольших независимых производителей, остаётся. И несмотря на повышение штрафов в 2020 г можно быть уверенными, что далеко не все смогут достичь целевого показателя полезного использования попутного газа. Как показал опрос на конференции «ПНГ 2017», проводимый компанией CREON Energy, только 18% экспертов рынка верит, что ожидания Министерства Энергетики РФ по достижению целевого показателя полезного использования попутного газа будет достигнуты к 2020 г.

Для того, чтобы понять в каком направлении должен двигаться рынок для повышения коэффициента полезного использования ПНГ, рассмотрим способы применения попутного газа и их потенциал роста.

Среди направлений полезного использования ПНГ распространены переработка газа на ГПЗ, использование газа для собственных нужд на месторождении (в основном, электрогенерация), поставка местным потребителям для отопления и электрогенерации, обратная закачка газа в пласт для повышения внутрипластового давления и увеличения выхода нефти, поставка в газотранспортную систему () Газпром (рисунок 4).

Рисунок 5. Распределение извлечённого ПНГ по направлениям использования в 2015 г, %

Половина извлекаемого попутного нефтяного газа поступает на ГПЗ, где происходит переработка в сухой отбензиненный газ (СОГ) и широкую фракцию лёгких углеводородов (ШФЛУ) для дальнейшей глубокой переработки на газофракционирующих установках (ГФУ), где получают топливо (СУГ) и другое сырье для нефтехимической промышленности.

Объём российской газопереработки в последние годы растёт исключительно за счёт увеличения переработки ПНг Доля ПНГ на газоперерабатывающих заводах в 2016 г достигла 47,1%, а в апреле 2016 г составила рекордные 51,8%. Стоит также отметить, что попутный газ, во многих случаях, является более ценным сырьём для газохимии, чем природный газ, т.к. богат фракциями С2+.

Крупнейшим игроком рынка переработки газа является СИБУР Холдинг, кроме того, газоперерабатывающие мощности есть у ВИНКов и «Газпром». Небольшие независимые участники отрасли в большинстве своём только присматриваются к относительно новым на рынке мало- и среднетоннажным газоперерабатывающим и газофракционирующим установкам.

В 2016 г некоторые нефтяные компании (ЛУКОЙЛ, НК Роснефть, ) реализовали проекты по компримированию ПНГ, что упростит логистику до конечных потребителей, т.к. сжатый газ в баллонах занимает значительно меньше места и может доставляться автотранспортом.

В целом, можно говорить о планомерном росте поставок попутного газа на переработку, но к сожалению, ситуация с остальными видами утилизации ПНГ сложнее. В силу технологических причин объем ПНГ, который можно закачивать в ГТС, не может превышать 5% от объёма природного газа, перекачиваемого по трубопроводу, кроме того существующая ГТС практически полностью загружена.

Закачка в пласт остаётся технологически сложным способом утилизации ПНГ с высокими капитальными и операционными издержками. Не весь ранее закаченный в пласт попутный газ подлежит дальнейшему извлечению, а увеличение нефтеотдачи заметно не на всех этапах разработки месторождения.

Потенциал применения попутного газа на собственные нужды на месторождении ограничен. Чтобы уменьшить штрафы нефтяники нередко целенаправленно искали газовые электрогенераторы с минимальным КПД, а затем «освещали лес». Но даже при таком варианте использования, весь извлекаемый на месторождениях ПНГ утилизировать не получалось.

Поставки газа местным потребителям - непрофильный для нефтяников бизнес, в который они редко хотят вникать и уделять ему время.

Постепенно развитие получают схемы на стыке двух вышеописанных методов утилизации ПНГ: аутсорсинговое обеспечение электроэнергией месторождения и поставки газа и электричества местным производителям. Независимая компания заключает договор с недропользователем на приобретение попутного газа и обязуется обеспечивать месторождение электроэнергией. После чего поблизости размещает блочно-модульный комплекс по подготовке газа и электрогенерации.

В итоге добывающая компания избавляется от штрафов за нецелевое использование ПНГ, перекладывает капитальные издержки и риски поломки оборудования на стороннюю компанию. А эксплуатирующая организация имеет постоянного клиента по электроэнергии и может выстраивать бизнес, нацеленный на удовлетворение потребностей близлежащих населённых пунктов в тепле и электричестве, а в дальнейшем модернизировать оборудование и заниматься более глубокой переработкой попутного газа.

Что же могут сделать участники рынка?

Государственные органы в лице министерств могут традиционно пользоваться простым и эффективным методом кнута и пряника. И если ужесточать наказания уже некуда, то следует перейти к совершенствованию контроля и искать «уклонистов». Пряником же могут стать субсидии переработчикам газа (особенно старт-апам малых компаний), финансирование научных разработок в сфере полезного использования ПНГ и мораторий на новые глобальные изменения госрегулирования нефтегазового сектора, которые вынуждают добывающие компании «экономить силы» и откладывать инвестиционные проекты.

Региональные власти способны предоставлять субсидии на местном уровне, но главное, что они могут стать стержнем, объединяющим нефтяников (в том числе между собой), переработчиков и НИИ. Не стоит забывать, что местные власти, кроме улучшения экологических, промышленных и социальных показателей региона получают возврат инвестиций в виде косвенных налогов.

Общественным организациям следует менять свой подход в общении с игроками рынка с жёстких обвинений к предложению сотрудничества. Так же стоит привлекать внимание к проблеме факельного сжигания попутного газа путём широкого освещения в СМИ и организации специальных мероприятий. Хорошим примером подобного сотрудничества является рейтинг экологической ответственности нефтегазовых компаний «Здравый Смысл», который совместно проводят WWF России и группа «КРЕОН». Рейтинг, проводится ежегодно, сравнивает и награждает крупнейшие добывающие компании по следующим направлениям:

Уровень воздействия компаний на окружающую среду на единицу производимой продукции,

Степень открытости и доступности экологически значимой информации,

Качество экологических политик и менеджмента компаний, соответствие наилучшим стандартам и практикам,

Нарушения природоохранного законодательства компанией в зоне реализации проектов,

Эффективность использования полезных ископаемых.

Другим положительным примером является мировая программа «Полное прекращение регулярного факельного сжигания ПНГ к 2030 году» (Zero Routine Flaring by 2030 Initiative), которую в 2015 г совместно запустили Генеральный Секретарь ООН Пан Ги-мун и Президент Всемирного Банка Джим Ён Ким. Участники программы берут на себя ответственность применять лучшие технологии и прикладывать все усилия для достижения нулевых выбросов ПНГ, взамен они имеют доступ к передовым технологическим практикам и могут рассчитывать на привилегированные условия международных банковских организаций, финансирующих проекты, связанные с нефтедобычей. К сожалению, к программе ещё не присоединилась ни одна российская добывающая компания.

Переработчикам необходимо активнее приглашать на недозагруженные мощности ГПЗ сторонних поставщиков, совместно прорабатывать логистику поставок и, главное, предоставлять справедливые коммерческие условия за свои услуги.

Добывающим компаниям следует стать более открытыми. Речь идёт не только о включении экологического раздела в годовые отчёты, а о реальном предоставлении заинтересованным лицам данных по уровню утилизации ПНГ на каждом месторождении. Сейчас подобная информация является коммерческой тайной, но благодаря открытому доступу к информации малый и средний бизнес сможет найти для себя перспективные возможности по полезному использованию ценного сырья и выступить с инициативой, предложив нефтяникам решение проблемы утилизации попутного газа.

В заключение стоит сказать, что проблему рационального использования ПНГ тяжело решить отдельно взятой компании. Ключ к успеху - в сотрудничестве.

Попутный нефтяной газ, или ПНГ - это газ, растворенный в нефти. Добывается попутный нефтяной газ при добыче нефти, то есть он, по сути, является сопутствующим продуктом. Но и сам по себе ПНГ - это ценное сырье для дальнейшей переработки.

Молекулярный состав

Попутный нефтяной газ состоит из легких углеводородов . Это, прежде всего, метан - главный компонент природного газа - а также более тяжелые компоненты: этан, пропан, бутан и другие.

Все эти компоненты различаются количеством атомов углерода в молекуле. Так, в составе молекулы метана один атом углерода, у этана их два, у пропана - три, у бутана - четыре и т. д.

~ 400 000 тонн - грузоподъемность нефтяного супертанкера.

По данным Всемирного фонда дикой природы (WWF), в нефтедобывающих регионах ежегодно выбрасывается в атмосферу до 400 000 тонн твердых загрязняющих веществ, значительную долю которых занимают продукты сжигания ПНГ.

Страхи экологов

Попутный нефтяной газ нужно отделять от нефти для того, чтобы она соответствовала требуемым стандартам. Долгое время ПНГ оставался для нефтяных компаний побочным продуктом, поэтому и проблему его утилизации решали достаточно просто - сжигали.

Еще некоторое время назад, пролетая на самолете над Западной Сибирью, можно было увидеть множество горящих факелов: это горел попутный нефтяной газ.

В России в результате сжигания газа в факелах ежегодно образуется почти 100 млн тонн CO 2 .
Опасность представляют также выбросы сажи: по мнению экологов, мельчайшие сажевые частички могут переноситься на большие расстояния и осаждаться на поверхности снега или льда.

Даже практически невидимое глазу загрязнение снега и льда заметно снижает их альбедо, то есть отражательную способность. В результате снег и приземный слой воздуха нагреваются, и наша планета отражает меньшее количество солнечной радиации.

Отражательная способность незагрязненного снега:

Изменения к лучшему

В последнее время ситуация с утилизацией ПНГ стала меняться. Нефтяные компании все больше внимания уделяют проблеме рационального использования попутного газа. Активизации этого процесса способствует принятое Правительством Российской Федерации постановление № 7 от 8 января 2009 года, в котором заложено требование по доведению уровня утилизации попутного газа до 95%. В случае если этого не произойдет, нефтяным компаниям грозят высокие штрафы.

В ОАО «Газпром» подготовлена Среднесрочная инвестиционная программа повышения эффективности использования ПНГ на 2011–2013 гг. Уровень использования ПНГ по Группе «Газпром» (с учетом ОАО «Газпром нефть») в 2012 г. в среднем составил около 70%, (в 2011 году - 68,4%, в 2010 году - 64%), при этом с IV квартала 2012 года на месторождениях ОАО «Газпром» уровень полезного использования ПНГ составляет 95%, а ООО «Газпром добыча Оренбург» , ООО «Газпром переработка» и ООО «Газпром нефть Оренбург» уже используют 100% ПНГ.

Варианты утилизации

Существует большое количество способов полезной утилизации ПНГ, однако на практике используется только несколько.

Основным способом утилизации ПНГ является его разделение на компоненты, из которых большую часть составляет сухой отбензиненный газ (по сути, тот же природный газ, то есть в основном метан, который может содержать некоторое количество этана). Вторая группа компонентов носит название широкой фракции легких углеводородов (ШФЛУ). Она представляет собой смесь веществ с двумя и более атомами углерода (фракция C 2 +). Именно эта смесь является сырьем для нефтехимии.

Процессы разделения попутного нефтяного газа происходят на установках низкотемпературной конденсации (НТК) и низкотемпературной абсорбции (НТА). После разделения сухой отбензиненный газ может транспортироваться по обычному газопроводу, а ШФЛУ - поставляться на дальнейшую переработку для производства нефтехимических продуктов.

По данным Министерства природных ресурсов и экологии, в 2010 году крупнейшие нефтяные компании использовали 74,5% всего добытого газа, а сожгли на факелах 23,4%.

Заводы по переработке газа, нефти и газового конденсата в нефтехимические продукты являются высокотехнологичными комплексами, сочетающими в себе химические производства с производствами нефтепереработки. Переработка углеводородного сырья осуществляется на мощностях дочерних обществ «Газпрома»: на Астраханском, Оренбургском, Сосногорском газоперерабатывающих заводах, Оренбургском гелиевом заводе, Сургутском заводе по стабилизации конденсата и Уренгойском заводе по подготовке конденсата к транспорту.

Также можно использовать попутный нефтяной газ на энергетических установках для выработки электроэнергии - это позволяет нефтяным компаниям решить проблему энергоснабжения промыслов, не прибегая к покупке электроэнергии.

Кроме того, ПНГ нагнетают обратно в пласт, что позволяет повышать уровень извлечения нефти из пласта. Этот способ называется сайклинг-процесс.

Основу попутного нефтяного газа составляет смесь легких углеводородов, включающая метан, этан, пропан, бутан, изобутан и другие углеводороды которые под давлением растворены в нефти (рис 1). ПНГ выделяется при снижении давления во время нефтеоотдачи или в процессе сепарации, по аналогии с процессом выделения углекислого газа при открытии бутылки шампанского. Как следует из названия, попутный нефтяной газ добывается попутно с нефтью и, по сути, является побочным продуктом нефтедобычи. Объем и состав ПНГ зависит от района добычи и конкретных свойств месторождения. В процессе добычи и сепарации одной тонны нефти можно получить от 25 до 800 м3 попутного газа.

Сжигание попутного нефтяного газа на промысловых факелах является наименее рациональным способом его использования. При таком подходе ПНГ становится, по сути, отходом процесса нефтедобычи. Сжигание может быть оправдано при определенных условиях, однако, как показывает мировой опыт, эффективная государственная политика позволяет достичь уровня сжигания ПНГ в размере нескольких процентов от общего объема его добычи в стране.

В настоящее время существуют два наиболее распространенных способа использования попутного нефтяного газа, альтернативные сжиганию на факелах. Во-первых, это закачка ПНГ в нефтеносные пласты для повышения нефтеотдачи или для возможного сохранения его как ресурса на будущее. Вторым вариантом является использование попутного газа в качестве топлива для электрогенерации (схема 1) и нужд предприятия на местах нефтедобычи, а также для выработки электроэнергии и передачи ее в общую электросеть.

При этом вариант использования ПНГ для электрогенерации также является способом его сжигания, тоько несколько более рациональным, так как при этом есть возможность получить полезный эффект и несколько уменьшить воздействие на окружающую среду. В отличии от природного газа, содержание метана в котором находится в диапозоне 92-98%, попутный нефтяной газ содержит меньше метана, но часто имеет значительную долю других углеводородных компонентов, которая может достигать более половины всего объема. В ПНГ также могут присутствовать неуглеводородные компоненты - углекислый газ, азот, сероводород и другие. Вследствие этого сам по себе попутный нефтяной газ не является достаточно эффективным топливом.

Наиболее же рациональным вариантом является переработка ПНГ - его использование в качестве сырья для газонефтехимии, - которая дает возможность получения ценных продуктов. В результате нескольких стадий переработки попутного нефтяного газа можно получить такие материалы, как полиэтилен, полипропилен, синтетические каучуки, полистрол, поливинилхлорид и другие. Эти материалы, в свою очередь, служат основой для широкой гаммы товаров, без которых немыслима современная жизнь человека и экономики, в том числе: обувь, одежда, тара и упаковка, посуда, оборудование, окна, всевозможные изделия из резины, товары культурно-бытового назначения, трубы и детали трубопроводов, материалы для медицины и науки и т.д. Нужно отметить, что переработка ПНГ позволяет также выделить сухой отбензиненный газ, являющийся аналогом природного газа, который может быть использован уже в качестве более эффективного топлива, чем ПНГ.

Показатель уровня извлеченного попутного газа, используемого для газонефтехимии, является характеристикой инновационного развития нефтяной и газонефтехимической отрасли, того, насколько эффективно используются в экономике страны углеводородные ресурсы. Рациональное использование ПНГ требует наличия соответствующей инфраструктуры, эффективного государственного регулирования, системы оценки, санкций и поощрения участников рынка. Поэтому доля используемого ПНГ для газонефтехимии также может характеризовать уровень экономического развития страны.

Достижение 95-98%-го уровня использования извлекаемого а масштабах страны попутного нефтяного газа и высокая степень его переработки с получением ценных продуктов, в том числе газонефтехимии, являются одними из важных направлений развития нефтяной и газонефтехимической отрасли в мире. Эта тенденция характерна для развитых стран, богатых углеводородным сырьем, таких как Норвегия, США и Канада. Она характерна и для ряда стран с переходной экономикой, например для Казахстана, а также развивающихся стран, например Нигерии. Нужно отметить, что Саудовская Аравия - лидер мировой нефтедобычи - становится одним из лидеров мировой газонефтехимии.

В настоящее время Россия занимает “почетное” первое место в мире по объемам сжигания ПНГ. В 2013 году этот уровень, по официальным данным, составлял около 15,7 млрд м3. В то же время, согласно неофициальным данным, объем сжигания попутного нефтяного газа в нашей стране может быть значительно выше - не менее 35 млрд м3. При этом, даже ориентируясь на данные официальной статистики, Россия значительно опережает по объемам сжигания ПНГ другие государства. Согласно официальным данным, уровень использования ПНГ иными способами, чем сжигание в факелах, в нашей стране в 2013 году составил в среднем 76,2%. Из них 44,5% пошло на переработку на газоперерабатывающие заводы.

Требования снижения уровня сжигания ПНГ и увеличения доли его переработки как ценного углеводородного сырья выдвигаются руководством нашей страны в течение последних нескольких лет. В настоящее время действует Постановление Правительства РФ №1148 от 08.11.2012, согласно которому нефтедобывающие компании обязаны платить высокие штрафы за сверхнормативное сжигание - свыше 5% -го уровня.

Важно отметить, что точность официальной статистики относительно уровня переработки вызывает серьезные сомнения. По мнению экспертов, перерабатывается существенно меньшая доля извлеченного ПНГ - порядка 30%. И та далеко не вся идет на получение продуктов газонефтехимии, значительная часть перерабатывается для производства электроэнергии. Таким образом, реальная доля эффективного использования ПНГ - как сырья для газонефтехимии - может составлять не более 20% от всего объема добываемого ПНГ.

Таким образом, даже на основании официальных данных, рассматривая только объемы сжигания ПНГ в факелах, можно сделать вывод, что ежегодно теряется более 12млн т ценного нефтехимического сырья, которое можно было бы получить путем переработки попутного нефтяного газа. Из этого сырья могли бы быть произведены важные продукты и товары для отечественной экономики, оно могло бы стать основой развития новых производств, создания новых рабочих мест, в том числе с целью замещения импортируемой продукции. Согласно оценке Всемирного банка, дополнительные доходы российской экономики от квалифицированной переработки ПНГ могли бы составить более 7 млрд долларов ежегодно, а по данным Министерства природных ресурсов и экологии, наша экономика каждый год теряет 13 млрд долларов.

В то же время, если учитывать объемы сжигания попутного газа на нефтепромыслах для собственных нужд и электрогенерации, возможности получения сырья и, соответственно, дополнительных выгод для экономики нашей страны могут быть в два раза выше.

Причины нерационального использования попутного газа в нашей стране связаны с целым рядом факторов. Нередко места добычи нефти находятся далеко от инфраструктуры сбора, транспортировки и переработки нефтяного газа. Ограниченный доступ к системе магистральных газопроводов. Отсутствие местных потребителей продуктов переработки ПНГ, отсутствие рентабельных решений по рациональному использованию - все это приводит к тому, что наиболее простым выходом для нефтедобывающих компаний зачастую является сжигание попутного газа на промыслах: в факелах или для выработки электроэнергии и бытовых нужд. Необходимо отметить, что предпосылки для нерационального использования попутного нефтяного газа формировались еще на начальных этапах развития нефтедобывающей промышленности, еще в советский период.

В настоящее время недостаточное внимание уделяется оценке экономических потерь государства от нерационального использования - сжигания попутного нефтяного газа на промыслах. Однако сжигание ПНГ наносит значительный ущерб не только экономике нефтедобывающих стран, но и окружающей сред. Экологический ущерб чаще всего имеет накопительный характер и приводит к долгосрочным, а зачастую и необратимым последствиям. Для того чтобы оценки экологического ущерба и экономических потерь не были усредненными и односторонними, а мотивация к решению проблемы была осмысленной, необходимо принимать во внимание масштабы нашей страны и интересы всех сторон.

Долгое время попутный нефтяной газ не имел никакой ценности. Его считали вредной примесью при добыче нефти и сжигали непосредственно при выходе газа из нефтеносной скважины. Но время шло. Появились новые технологии, которые позволили по-другому взглянуть на ПНГ и его свойства.

Состав

Попутный нефтяной газ располагается в «шапке» нефтеносного пласта - пространстве между грунтом и залежами ископаемой нефти. Также некоторая его часть находится в растворенном состоянии и в самой нефти. По сути, ПНГ тот же природный газ, состав которого обладает большим количеством примесей.

Попутный нефтяной газ отличается большим многообразием содержания разного рода углеводородов. Главным образом это этан, пропан, метан, бутан. Также на его состав приходится и более тяжелые углеводороды: пентан и гексан. Помимо этого, нефтяной газ включает в себя некоторое количество негорючих компонентов: гелий, сероводород, углекислый газ, азот и аргон.

Стоит отметить, что состав попутного нефтяного газа крайне нестабилен. Одно и то же месторождение ПНГ способно в течение нескольких лет заметно поменять процентное содержание тех или иных элементов. Особенно это касается метана и этана. Но даже несмотря на это нефтяной газ высоко энергоемок. Один кубометр ПНГ в зависимости от типа углеводородов, которые входят в его состав, способен выделить от 9 000 до 15 000 ккал энергии, что делает его перспективным для использования в различных секаторах экономики.

По добыче попутного нефтяного газа лидируют Иран, Ирак, Саудовская Аравия, Российская Федерация и прочие страны, в которых сосредоточено основные запасы нефти. На Россию здесь приходится около 50 млрд. кубометров попутного нефтяного газа в год. Половина этого объема идет на нужды производственных сфер, 25% на дополнительную переработку, а остальная часть сжигается.

Очистка

В первозданном виде попутный нефтяной газ не применяется. Его использование становиться возможным только после предварительно очистки. Для этого слои углеводородов, имеющих разную плотность, отделяют друг от друга в специально разработанном для этого оборудовании - многоступенчатый сепаратор давления.

Всем известно, что вода в горах закипает при более низкой температуре. В зависимости от высоты температура кипения ее может опускаться до 95 ºС. Происходит это по причине разницы атмосферного давления. Этот принцип и используется в работе многоступенчатых сепараторов.

Изначально, сепаратор подает давление 30 атмосфер и через определенный промежуток времени постепенно уменьшает его значение с шагом 2-4 атмосферы. Тем самым осуществляется равномерное отделение углеводородов с различной температурой кипения друг от друга. Далее, полученные компоненты отправляют непосредственно на следующий этап очистки на заводы по переработки нефти.

Применение попутного нефтяного газа

Сейчас активно востребован в некоторых сферах производства. Прежде всего, это - химическая промышленность. Для нее ПНГ служит материалом для изготовления пластмассы и резины.

Энергетическая отрасль также неравнодушна к побочному продукту нефтедобычи. ПНГ является сырьем, из которого получают следующие виды топлива:

Сухой отбензиненный газ.
Широкая фракция легких углеводородов.
Газовое моторное топливо.
Сжиженный нефтяной газ.
Стабильный газовый бензин.
Отдельные фракции на основе углерода и водорода: этан, пропан, бутан и прочие газы.

Объемы использования попутного нефтяного газа были бы еще более высокими, если бы не ряд сложностей, которые возникают при его транспортировке:

Необходимость удаления механических примесей из состава газа. Во время истечения ПНГ из скважины, в газ попадают мельчайшие частицы грунта, которые значительно снижают его транспортные свойства.
Попутный нефтяной газ должен обязательно пройти процедуру обензинивания. Без этого сжиженная фракция выпадет в осадок в газопроводе во время его транспортировки.
Состав попутного нефтяного газа должен подвергаться очистке от серы. Повышенное содержание серы является одной из главных причин образования очагов коррозии в трубопроводе.
Удаление азота и двуокисей углерода для повышения теплотворной способности газа.

В силу выше названых причин долгое время попутный нефтяной газ не подвергали утилизации, а жгли непосредственно возле скважины, где залегала нефть. Особенно, за этим хорошо было наблюдать, пролетая над Сибирью, где постоянно виднелись факелы с отходящими от них черными облаками дыма. Так продолжалось пока в дело не вмешались экологи, осознав весь тот непоправимый вред, который наносится таким образом природе.

Последствия сжигания

Сжигание газа сопровождается активным термическим воздействием на окружающую среду. В радиусе 50-100 метров от непосредственного места горения наблюдается заметное снижение объема растительности, а на расстояние до 10 метров вообще полное ее отсутствие. Связано это главным образом с выгоранием питательных элементов почвы, от которых так зависят разного рода деревья и травы.

Горящий факел служит источником окиси углерода, того самого, который ответственен за разрушение озонового слоя Земли. Помимо всего в газе содержатся сернистый ангидрид и оксид азота. Эти элементы относятся к группе ядовитых веществ для живых организмов.

Так, у людей, проживающих в районах с активной добычей нефти, наблюдается повышенный риск развития разного рода патологий: онкологии, бесплодия, ослабления иммунитета и т.д.

По этой причине в конце 2000-х годов встал остро вопрос об утилизации ПНГ, который мы и рассмотрим ниже.

Способы утилизации попутного нефтяного газа

На данный момент существует множество вариантов удаления отходов нефти без нанесения вреда окружающей среде. Наиболее распространенными из них являются:

Отправка непосредственно на завод по переработки нефти. Является наиболее оптимальным решением, как с финансовой, так и экологической точки зрения. Но при условии, если уже имеется развитая инфраструктура газопроводов. При ее отсутствии потребуется значительное вложение капитала, что обоснованно только в случае крупных месторождений.
Утилизация путем использования ПНГ в качестве топлива. Попутный нефтяной газ поставляется электростанциям, где с помощью газовых турбин из него производят электрическую энергию. Минусом такого способа является необходимость установок оборудования для предварительно очистки, а также его транспортировка до пункта назначения.
Закачка отработанного ПНГ в залегающий пласт нефти, тем самым повышая коэффициент нефтеотдачи скважины. Происходит это за счет увеличения под слоем грунта. Данный вариант отличается простотой реализации и относительно низкой стоимостью используемого оборудования. Минус здесь только один - отсутствие фактической утилизации ПНГ. Происходит только ее отсрочка, но проблема так и остается нерешенной.