Учебник по НТП

Exploratory Wells

The best way to gain a full understanding of subsurface geology and the potential for natural gas deposits to exist in a given area is to drill an exploratory well. This consists of actually digging into the earth’s crust to allow geologists to study the composition of the underground rock layers in detail. In addition to looking for natural gas and petroleum deposits by drilling an exploratory well, geologists also examine the drill cuttings and fluids to gain a better understanding of the geologic features of the area. Logging, explained below, is another tool used in developed as well as exploratory wells. Drilling an exploratory well is an expensive, time consuming effort. Therefore, exploratory wells are only drilled in areas where other data has indicated a high probability of petroleum formations.

Logging

Logging refers to performing tests during or after the drilling process to allow geologists and drill operators to monitor the progress of the well drilling and to gain a clearer picture of subsurface formations. There are many different types of logging, in fact; over 100 different logging tests can be performed, but essentially they consist of a variety of tests that illuminate the true composition and characteristics of the different layers of rock that the well passes through. Logging is also essential during the drilling process. Monitoring logs can ensure that the correct drilling equipment is used and that drilling is not continued if unfavorable conditions develop.

It is beyond the scope of this website to get into detail concerning the various types of logging tests that can be performed. Various types of tests include standard, electric, acoustic, radioactivity, density, induction, caliper, directional and nuclear logging, to name but a few. Two of the most prolific and often performed tests include standard logging and electric logging.

Standard logging consists of examining and recording the physical aspects of a well. For example, the drill cuttings (rock that is displaced by the drilling of the well) are all examined and recorded, allowing geologists to physically examine the subsurface rock. Also, core samples are taken, which consists of lifting a sample of underground rock intact to the surface, allowing the various layers of rock, and their thickness, to be examined. These cuttings and cores are often examined using powerful microscopes, which can magnify the rock up to 2000 times. This allows the geologist to examine the porosity and fluid content of the subsurface rock, and to gain a better understanding of the earth in which the well is being drilled.

183

Electric logging consists of lowering a device used to measure the electric resistance of the rock layers in the ‘down hole’ portion of the well. This is done by running an electric current through the rock formation and measuring the resistance that it encounters along its way. This gives geologists an idea of the fluid content and characteristics. A newer version of electric logging, called induction electric logging, provides much the same types of readings but is more easily performed and provides data that is more easily interpreted.

An Example of Well Log Data

An example of the data obtained through various forms of logging is shown below. In this representation, the different columns indicate the results of different types of tests. The data is interpreted by an experienced geologist, geophysicist, or petroleum engineer, who is able to learn from what appear as ‘squiggly’ lines on the well data readout.

The drilling of an exploratory or developing well is the first contact that a geologist or petroleum engineer has with the actual contents of the subsurface geology. Logging, in its many forms, consists of using this opportunity to gain a fuller understanding of what actually lies beneath the surface. In addition to providing information specific to that particular well, vast archives of historical logs exist for geologists interested in the geologic features of a given, or similar, area.

184

VI. Enhancing Skills in Russian-English Interpretation

Render orally the following text:

Природный газ

Природный газ — смесь газов, образовавшаяся в недрах земли при анаэробном разложении органических веществ. Природный

газ относится к полезным ископаемым. Часто является попутным газом при добыче нефти. Природный газ в пластовых условиях (условиях залегания в земных недрах) находится в газовом состоянии в виде отдельных скоплений (газовые залежи) или в виде газовой шапки нефтегазовых месторождений — это свободный газ, либо в растворенном состоянии в нефти или воде (в пластовых условиях), а в стандартных условиях (0,101325 МПа и 20 °С) — только

вгазовом состоянии. Также природный газ может находиться в виде газогидратов.

Как и нефть, природный газ, промышленная добыча которого началась в 1920-х, является, прежде всего, энергетическим сырьем. Газ как топливо имеет важные преимущества перед нефтью и, тем более, углем: у него высокая теплотворная способность, с помощью системы газопроводов его можно подвести к любому потребителю, при горении природного газа не остается золы. Необходимо, однако, отметить, что распространенная точка зрения на природный газ как на экологически чистое топливо не вполне верна. Во-первых, в газе обычно содержатся соединения серы, которые при горении превращаются в диоксид серы. Во-вторых, получающийся при горении СО2 усиливает парниковый эффект, приводящий к повышению температуры атмосферы. В-третьих, высокотемпературное горение газа в топках котлов электростанций сопровождается частичным окислением азота воздуха. В результате

вдымовых газах электростанций появляются токсичные оксиды азота. Тем не менее, природный газ является более чистым топливом по сравнению с мазутом и, тем более, углем.

Достоинства природного газа как энергоносителя служат причиной того, что свыше 90% всей его добычи расходуется как топливо на тепловых электростанциях, промышленных предприятиях и в быту, однако в домашнем хозяйстве экономичнее использовать электроэнергию, полученную при централизованном сжигании газа на ТЭЦ, чем газовые кухонные плиты. Это связано с гораздо большим к.п.д. промышленных агрегатов и, следовательно, со значительной экономией газа.

Несмотря на важное значение газа в топливно-энергетическом балансе, все большая его часть идет на химическую переработку,

185

поэтому все более возрастает роль газохимии, которая в последние десятилетия стала самостоятельной отраслью промышленности, потеснив нефтехимию.

Природный газ является смесью углеводородов, состоящей главным образом из представителей метанового ряда и содержащей небольшие добавки других газов, таких, как азот, двуокись углерода, сероводород и иногда гелий. Обычно основным в природном газе является метан, однако иногда имеются значительные примеси этана и, в меньшей степени, более тяжелых углеводородов. В природе встречаются газы, почти целиком состоящие из двуокиси углерода, однако такие газы не обладают свойством горючести. Различают два типа природных горючих газов – сухие и влажные. Сухие газы состоят в основном из метана и иногда содержат также этан и пропан, однако они не содержат более тяжелых углеводородов, которые могут конденсироваться при сжатии. Влажные горючие газы содержат различные количества природного газолина, пропана и бутана, которые можно извлечь посредством сжатия или экстрагирования.

Основной компонент природного газа – метан. В различных месторождениях содержание метана в природном газе может меняться от 70 до 99%. Обычно природный газ содержит гомологи метана: этан, пропан, бутаны и небольшие количества более тяжелых углеводородов. Очень часто газ содержит сероводород или его органические производные – меркаптаны. Кроме того, в составе газа встречается азот, диоксид углерода, гелий. Природный газ не имеет цвета и запаха. Чтобы можно было определить утечку по запаху, в газ добавляют небольшое количество меркаптанов, имеющих сильный неприятный запах.

Природный газ находится в земле на глубине от 1000 метров до нескольких километров. В недрах газ находится в микроскопических пустотах, называемых порами. Поры соединены между собой микроскопическими каналами — трещинами, по этим каналам газ поступает из пор с высоким давлением в поры с более низким давлением до тех пор, пока не окажется в скважине. Движение газа в пласте подчиняется определенным законам. Газ добывают из недр земли с помощью скважин. Скважины стараются разместить равномерно по всей территории месторождения. Это делается для равномерного падения пластового давления в залежи. Иначе возможны перетоки газа между областями месторождения, а так же преждевременное обводнение залежи.

Газ выходит из недр вследствие того, что в пласте находится под давлением, многократно превышающем атмосферное. Таким образом, движущей силой является разность давлений в пласте и системе сбора.

186

Составгазаспецифичендлякаждогоместорождения.Важнейшей особенностью природного и попутного (т.е. сопровождающего нефть) газов является принадлежность их углеводородов к классу алканов, т.е. наименее реакционно-способных углеводородов. Это обстоятельство затрудняет химическую переработку газа.

Нельзя упускать из виду тот факт, что запасы природного газа не бесконечны. По оценкам экспертов, из-за истощения запасов доля природного газа в топливно-энергетическом балансе начнет снижаться уже во второй половине 21 в. Для энергетики такое снижение не слишком опасно – предполагается, что оно будет скомпенсировано развитием ядерной энергетики и, возможно, альтернативными источниками энергии, прежде всего солнечной. А вот для химической промышленности исчерпание газового сырья чревато весьма серьезными последствиями. Углеродсодержащие материалы: пластические массы, продукты основного и тонкого органического синтеза – требуют и будут требовать для своего производства сотен миллионов тонн органического сырья ежегодно. Отсюда понятен интерес исследователей к поискам так называемых нетрадиционных источников органического сырья и топлива.

Наиболее очевидный источник газообразного органического сырья – каменный уголь. Давно известно, что при недостатке воздуха он способен окисляться с образованием монооксида углерода:

С + О2 = СО2, СО2 + С = 2СО.

Пропускание водяного пара над раскаленным углем приводит к получению синтез-газа:

С + Н2О = СО + Н2.

Однако это эндотермический процесс, требующий значительных затрат энергии.

Поскольку запасы каменного угля на Земле превышают запасы газа, сейчас промышленно развитые страны сосредотачивают усилия ученых и инженеров на разработке технологических процессов газификации угля. Несмотря на то, что химизм процесса газификации известен уже более 100 лет, а небольшие газогенераторы применялись в автомобильном транспорте еще во время Великой отечественной войны, проблема создания крупнотоннажных производств пока не решена окончательно. Это связано со стремлением инженеров сделать процесс газификации максимально экономичным, малоотходным, пригодным для переработки любого сорта угля.

Один из наиболее прогрессивных вариантов газификации угля

187

был предложен еще Д.И.Менделеевым. В нашейстранебылипроведенымногочисленные эксперименты, которые показали жизненность идеи Д.И.Менделеева. Был накоплен опыт эксплуатации подземных газогенераторов. Однако в связи с бурным развитием добычи и транспортировки природного газа эти работы былиприостановлены.Деловтом,чтоприродный газимеетпримернодесятикратноепреимущество перед газом подземной газификации по теплотворной способности. Тем не менее, этим способом выгодно перерабатывать угли невысокого качества, например подмосковные.

Еще один нетрадиционный источник газового сырья – гидраты природного газа. В конце 19 в. было установлено, что метан, подобно некоторымдругимгазам(хлору,сероводороду,диоксидусеры)принизких температурах способен образовывать твердые нестехиометрические соединения с водой. Эти соединения представляют собой кристаллы, напоминающие обычный лед или снег, но в пустотах кристаллической решетки такого «льда» находятся молекулы метана. В единице объема гидрата метана содержится столько молекул СН4, сколько их содержится

втом же объеме сжиженного метана. Гидраты метана неустойчивы в обычных условиях: они могут существовать либо при повышенном давлении, либо при пониженной температуре.

В1960-х отечественные специалисты обратили внимание на то, что температуры и давления, при которых гидраты метана устойчивы, зачастую реализуются в подземных пластах, особенно

всеверных районах и на шельфе Мирового океана. Дальнейшие исследования и расчеты показали, что запасы метана в виде гидратов могут превышать запасы «обычного» природного газа. Дело только за созданием надежных и экономически выгодных методов эксплуатации таких месторождений.

Еще один источник альтернативного сырья для газохимии – биомасса растений. Подвергая термокаталитической обработке растительное сырье можно получить синтез-газ и различные органические вещества. Основные трудности в этой области для нашей страны состоят в организациипринципиальноусовершенствованныхлесозаготовительных технологий, в интенсификации лесовосстановительных работ и радикальном повышении общей культуры лесопользования. Для стран с более теплым климатом нужно решить задачи селекции засухоустойчивых культур, дающих много биомассы, освобождения посевных площадей под эти культуры, перестройки химической технологии на переработку огромных объемов растительного сырья.

Известны многочисленные успешные попытки утилизации

188

еще одного потенциального источника органических веществ, вторичного органического сырья: отработанные автомобильные шины, пластиковая тара, полимерные конструкционные материалы и т.п.

Наконец, еще один необъятный ресурс органического сырья для газохимии – углекислый газ атмосферы. Чтобы использовать его как химическое сырье, СО2 необходимо восстановить:

СО2 + Н2 = СН4 + 2Н2О.

Для реализации этого эндотермического процесса требуются катализатор и энергия. Такого типа реакции давно проводят в лабораториях, но если этот процесс внедрять в промышленность в широком масштабе, обязательно понадобится крупный источник водорода. Таким источником сегодня служит метан природного газа. Получается замкнутый круг. Разорвать его можно двумя путями,

иоба они связаны с использованием энергии Солнца. Это либо получение водорода и кислорода фотокаталитическим разложением воды, либо фотосинтез в искусственных условиях. Оба направления служат объектом пристального внимания ученых многих стран. Когда люди научатся получать органические вещества из СО2 и воды, не прибегая к помощи растений, и научатся разлагать воду на водород

икислород под действием света в промышленном масштабе, человечество обретет неисчерпаемые источники энергии и сырья.

VII. Solving Translation Problems

Many words in modern English are derivatives of Latin and Greek roots. Fill in the table with the underlined words from the text below. Think of or look up in a dictionary other words with Latin and Greek roots to fill in missing examples. Every root should have at least one example. Translate the entire text into Russian.

Root	Meaning	Example
Latin Roots
act ,ag, ig	go, do, move
alter	other
anni, annu, enni	year
aqua, aque	water
arm	weapon
audi	hear
ben(e)	good, well
capit, capt	head, chief
ced(e), ceed, cess	go, yield, surrender

189

cent(i)	hundred
cide	kill
clam, claim	cry out, declare
corp	body
cred	trust
cur, curr, curs	run
dict	speak
duc(t), duce	lead
fer	beat, carry
fid	faith, trust
fin	limit
flect, flex	bend, turn
flu(x)	flow
fort, forc	strong
fract, frag	break, part, piece
grad, gress	go, step, walk
grat	thank, favor
jec(t)	throw
junct, join	join
liber	free
loc	place
luc, lumin	light
man(u)	hand
medi	middle, between
mem(or)	remember
miss, mit(t)	send
mob, mot, mov	move
mor(t)	death
omni	all, many, every
ped	foot
pend, pens	hang, weigh
plod, plos	beat, clap
pon, pos(e)	put, place
port	carry
rup(t)	break, burst
scrib(e)	write
secut, sequ	follow
serv	save, slave
spec	look, regard
stat	stand
string, strict	bind, close, tight
tact, tang, tig,	touch
ter	earth
term	end, limit

190

test	witness
tract	draw
vict, vinc	conquer, prevail, overcome
vid, vis	see
ver(i)	true
vert, vers	turn round
vit, viv	life
vor, vour	eat
Greek Roots
arch	ancient, chief
auto	self
bio	life
chron	time
cosm	order, world, universe
dem	people
dog, dox	teaching, opinion
dyn	power
erg	work
gram, graph	write
hydr	water
log(ue)	speech, study
meter	measure
morph	form, shape
nom(y)	rule, law
op(t)	eye
orth	straight
phil	love
phos, photo	light
psych	mind, spirit
soph	wisdom
techn	art, skill
therm	heat
tox	poison

When natural gas is burned, it produces mostly carbon dioxide and water vapor. These are the same substances emitted when people breathe. Natural gas is odorless but has an organic compound called mercaptan added to give it an odor. That way, you can detect possible leaks

191

Liquefied Natural Gas (LNG)

Experts predict that during the next two decades, natural gas will be the world’s fastest-growing major energy source, supplying onequarter of the world’s energy needs by 2030. This robust growth results from increased use of cleaner-burning natural gas for making electricity through more efficient power generation technologies. It is also due to the many advantages gas provides for cooking, space heating and

industrial applications.

Fortunately, natural gas is abundant around the world and can be produced and transported safely. The U.S. Geological Survey estimates that global gas reserves will last about 150 years at today’s rate of consumption. Other experts believe this estimate is conservative. However, the challenge is that most of this gas supply is located far from consuming markets.

Cooling natural gas to about -260°F at normal pressure results in the condensation of the gas into liquid form, known as Liquefied Natural Gas (LNG). Liquefied natural gas, or LNG, is natural gas in its liquid form. When natural gas is cooled to minus 259 degrees Fahrenheit (-161 degrees Celsius), it becomes a clear, colorless, odorless liquid. LNG is neither corrosive nor toxic. Natural gas is primarily methane, with low concentrations of other hydrocarbons, water, carbon dioxide, nitrogen, oxygen and some sulfur compounds. During the process known as liquefaction, natural gas is cooled below its boiling point, removing most of these compounds. The remaining natural gas is primarily methane with only small amounts of other hydrocarbons. LNG weighs less than half the weight of water so it will float if spilled on water.

LNG can be very useful, particularly for the transportation of natural gas, since сhilling natural gas to minus 260°F will liquefy and shrink it to one-six-hundredth its volume – turning 600 cubic feet of natural gas into one cubic foot of LNG, that is at re-gasification from 1 m3 of LNG produced we can get about 600 m3 of gas under normal conditions (760 mm Hg., 0°C). This, in turn, allows us to transport LNG at near-atmospheric pressure in specially designed, double-hulled ships. These carriers are insulated to limit the amount of LNG that boils off or evaporates. This boil off gas is sometimes used to supplement fuel for the carriers. LNG carriers are up to 1000 feet long, and require a minimum water depth of 40 feet when fully loaded. At its destination, a simple process is used to gradually warm the liquid to convert it back to a gaseous state so it can be consumed as pipeline gas.

When cold LNG comes in contact with warmer air, it becomes a visible vapor cloud. As it continues to get warmer, the vapor cloud becomes lighter than air and rises. When LNG vapor mixes with air it is only flammable if it is within 5%-15% natural gas in air. If it is less than

192