ОБЗОР ТЕХНОЛОГИЙ УТИЛИЗАЦИИ ПОПУТНОГО НЕФТЯНОГО ГАЗА И ПЕРСПЕКТИВЫ ИХ ВНЕДРЕНИЯ

АННОТАЦИЯ

В статье представлен анализ современных технологий утилизации попутного нефтяного газа в контексте перехода к экологически устойчивому недропользованию. Исследование основано на междисциплинарном подходе, сочетающем инженерную термокаталитику, экологическую оценку и процессную энергетику. Особое внимание уделено контентному анализу научных и прикладных источников, посвященных аминовой очистке, мягкому паровому риформингу и закачке ПНГ с высоким содержанием CO₂ в пласт. Выявлены технологические и экологические параметры, определяющие применимость методов в условиях ограниченной инфраструктуры и удаленной добычи. Представлены результаты лабораторных испытаний и расчетных моделей, подтверждающих эффективность риформинга фракций C₃–C₄ и стабильность аминовых растворов при переменном составе газа. Рассмотрены экологические риски сжигания ПНГ и возможности ремедиации почв с применением биочара как компонента восстановительного цикла. Установлено, что оптимальной является комбинированная схема, сочетающая переработку и закачку ПНГ, с последующей экологической компенсацией вблизи месторождения. Предложен системный подход к выбору технологии, учитывающий состав газа, региональную специфику и уровень технологической зрелости. Статья будет полезна инженерам нефтегазовой отрасли, экологам, разработчикам технологических решений для утилизации ПНГ, исследователям в области устойчивой добычи и переработки углеводородного сырья.

ABSTRACT

The article presents an analysis of modern technologies for the utilization of associated petroleum gas (APG) in the context of transitioning to environmentally sustainable resource development. The study is based on an interdisciplinary approach combining engineering thermocatalysis, environmental assessment, and process energy analysis. Special attention is paid to the content analysis of scientific and applied sources focused on amine gas treatment, mild steam reforming, and the injection of CO₂-rich APG into reservoirs. Technological and environmental parameters determining the applicability of these methods under conditions of limited infrastructure and remote production are identified. The article presents results of laboratory tests and computational models confirming the efficiency of reforming C₃–C₄ fractions and the stability of amine solutions under variable gas composition. It examines the ecological risks of APG flaring and the potential for soil remediation using biochar as part of a restorative cycle. The study establishes that the optimal solution is a combined scheme integrating APG processing and injection, followed by environmental compensation near the production site. A systematic approach to technology selection is proposed, taking into account gas composition, regional specificities, and technological maturity levels. This article will be of interest to oil and gas engineers, environmental specialists, developers of APG utilization technologies, and researchers in the field of sustainable hydrocarbon production and processing.

Ключевые слова: попутный нефтяной газ, утилизация, аминовая очистка, мягкий риформинг, закачка CO₂, экологическая ремедиация, биочар, энергоэффективность, переработка на месте добычи, устойчивое недропользование.

Keywords: associated petroleum gas, utilization, amine treatment, mild reforming, CO₂ injection, environmental remediation, biochar, energy efficiency, on-site processing, sustainable resource development.

Введение

Попутный нефтяной газ (ПНГ) как побочный продукт нефтедобычи на протяжении десятилетий оставался ресурсом, утилизация которого осуществлялась преимущественно в форме сжигания на факелах. Однако в современных условиях экологической трансформации и перехода к низкоуглеродной экономике подход к ПНГ стремительно меняется. Повышение требований к экологической ответственности, ужесточение нормативов по выбросам и внедрение концепции безотходного производства делают переработку ПНГ стратегическим направлением в сфере недропользования.

На этом фоне возрастает интерес к практикам повторного использования, переработки и конверсии ПНГ с целью извлечения синтетического топлива, водорода, химических реагентов или повышения энергоэффективности месторождений. Развитие технологии переработки на месте добычи, позволяющей перерабатывать газ прямо на промысле, использование ПНГ для поддержания пластового давления становятся важными элементами в структуре устойчивого нефтегазового производства [2]. Одновременно усиливается внимание к экологическим аспектам и вторичной ремедиации загрязненных территорий, связанных с сжиганием или неэффективным использованием ПНГ.

В научной и инженерной литературе особое внимание уделяется вопросам совершенствования процессов очистки, риформинга, конверсии легких углеводородов, интеграции газоперерабатывающих установок в условиях ограниченной инфраструктуры [1]. Данные подходы направлены на создание гибких, энергоэффективных и экономически целесообразных решений, адаптированных к региональной специфике и объемам газодобычи. Стремление к комплексной утилизации ПНГ предполагает необходимость учета геологических, термодинамических и эксплуатационных факторов, определяющих эффективность той или иной технологии.

Цель исследования – проанализировать существующие технологии утилизации попутного нефтяного газа, систематизировать их с точки зрения технологической зрелости, условий применения и потенциала для практического внедрения, определить ключевые направления их развития в контексте экологических и экономических требований современного недропользования.

Материалы и методы

Методологическая основа настоящего исследования сформирована на стыке технологического анализа процессов утилизации попутного нефтяного газа, инженерной термокаталитической кинетики и экологической оценки устойчивых решений в нефтедобывающей отрасли. Междисциплинарный характер задач утилизации ПНГ обусловил необходимость интеграции подходов нефтегазовой химии, процессной инженерии и экологического нормирования.

В качестве основного инструмента анализа применен контент-анализ научных публикаций, охватывающих технологические, экологические и энергетические аспекты утилизации ПНГ. Исследование основано на источниках, в которых представлены экспериментальные, расчетные и обзорные данные по ключевым направлениям переработки и повторного использования газов, содержащих H₂S, CO₂ и тяжелые углеводороды. Особое внимание уделено работе Н.А. Девлешовой [2], где подробно рассмотрена эффективность аминовой очистки ПНГ в различных концентрационных режимах. Технологические принципы переработки легких фракций методом мягкого парового риформинга изложены в исследовании С.В. Строкина [8], а параметры кинетики реакций систематизированы на основе экспериментальных данных, представленных в этом же источнике.

Практические аспекты закачки ПНГ с высоким содержанием CO₂ для повышения пластового давления рассмотрены в исследовании Р.Р. Мардамшина и соавторов [5], где выполнен комплекс лабораторных измерений и дана термобарическая оценка применимости метода. Вопросы вторичного использования ПНГ в условиях ограниченной инфраструктуры освещены в работе Н.А.М. Маджееда [6], в которой проанализированы барьеры и перспективы развития отрасли в Республике Ирак. Отдельное внимание в анализе уделено публикациям К.Р. Закирова [3] и М.С. Козлова [4], содержащим обобщенные данные по структуре сжигания ПНГ в России, состоянию перерабатывающей инфраструктуры и возможностям повышения энергоэффективности за счет внедрения современных технологий на месте добычи.

Таким образом, методологическая стратегия исследования опирается на систематический и сравнительный анализ современных инженерных решений, условий их применения и эколого-энергетической результативности в рамках задач устойчивого недропользования. Данный подход позволяет выявить как ограничения, так и точки роста в практиках утилизации ПНГ с учетом регионального контекста и уровня технологической зрелости.

Результаты

Анализ актуальных подходов к утилизации попутного нефтяного газа выявил три устойчивых технологических направления, каждое из которых отличается инженерной спецификой и требованиями к эксплуатационным условиям. К таким направлениям относятся: очистка ПНГ с последующим использованием, термокаталитическая переработка и повторная закачка в пласт. Все они являются предметом активной апробации на разных стадиях зрелости и подлежат дальнейшей технологической адаптации к условиям конкретных месторождений. Одним из важнейших этапов подготовки ПНГ к повторному использованию является его очистка от кислых компонентов – сероводорода и углекислого газа. В исследовании Н.А. Девлешовой [2] представлены результаты лабораторных испытаний по аминовой очистке газа с использованием смесей МДЭА и ДЭА. Наиболее значимые зависимости сведены в таблицу 1.

Таблица 1.

 Зависимость содержания сероводорода и углекислого газа в очищенном попутном нефтяном газе от концентрации подаваемых аминов (Составлено автором на основе источника: [2])

Анализ представленных данных свидетельствует о том, что снижение концентрации CO₂ достигается за счет увеличения доли ДЭА в растворе, при этом показатели по сероводороду варьируются в менее выраженной форме. Оптимальное соотношение достигается при балансе между степенью очистки и объемом расходуемого реагента. Данные результаты позволяют обосновать режимные параметры аминовой очистки для достижения требуемых санитарных нормативов при минимизации операционных затрат.

Еще одним значимым направлением является технология термокаталитической переработки ПНГ. В исследовании М.С. Козлова и Е.В. Козловой [4] рассмотрен потенциал применения мягкого парового риформинга на промысловых условиях. Технология ориентирована на переработку фракций C₂–C₄ в метаново-водородные смеси при сравнительно низких температурах (до 600 °C). С.В. Строкин [8] подчеркивает, что риформинг обладает высокой адаптивностью к onsite-формату, особенно в условиях удаленной добычи.

Помимо технических решений, проведен анализ глобальных тенденций сжигания попутного газа. Снижение доли сжигаемого ПНГ в общем объеме добычи является индикатором внедрения более устойчивых практик. Динамика за период 2012–2021 гг. отражена на рисунке 1, построенном на основе статистических обобщений, представленных Н.А.М. Маджеедом [6].

Рисунок 1. Изменение объемов сжигания попутного нефтяного газа в 2012–2021 гг. (Источник: [6])

Данные на графике указывают на устойчивую тенденцию к снижению объемов сжигания, особенно после 2016 года. Это может быть связано как с введением международных экологических стандартов, так и с запуском национальных программ переработки ПНГ. Резкое падение показателей в 2020–2021 гг. отражает одновременно и последствия глобального кризиса, и рост интереса к технологическим решениям переработки на месте добычи, позволяющим минимизировать потери углеводородного сырья на месте добычи.

Обсуждение

Комплексный анализ термокаталитических и абсорбционных методов утилизации попутного нефтяного газа позволил выделить ключевые зависимости между энергетическими параметрами, выходом продуктов переработки и технологическими ограничениями, обусловленными составом исходного газа и спецификой применяемых реагентов. Одним из центральных направлений переработки ПНГ является мягкий паровой риформинг углеводородов низшего порядка. В исследовании С.В. Строкина [8] представлены результаты вычислений кинетических параметров реакций C₂–C₅ углеводородов на катализаторе НИАП-07-05. В таблице 2 приведены значения энергии активации и логарифма предэкспоненциального множителя (Lg(k₀)), которые характеризуют скорость и энергозатратность преобразования соответствующих газов.

Таблица 2.

 Результаты вычисления энергии активации и констант скоростей реакций риформинга углеводородных газов на катализаторе НИАП-07-05 (Источник: [8])

Данные таблицы 2 демонстрируют закономерный рост энергии активации с увеличением молекулярной массы углеводородов, что свидетельствует о возрастающих тепловых затратах на проведение риформинга. Параллельно с этим наблюдается рост предэкспоненциального множителя, указывающий на увеличение потенциальной скорости реакции при достаточном энергетическом обеспечении. Наиболее сбалансированными по соотношению «затраты–выход» являются реакции с участием C₃H₈ и C₄H₁₀, поскольку они обеспечивают высокую реакционную активность при умеренных энергозатратах. Данные результаты позволяют утверждать, что переработка фракций C₃–C₄ в промысловых условиях может быть наиболее целесообразной с точки зрения энергоэффективности.

Н наряду с термокаталитической переработкой важным направлением подготовки ПНГ является его очистка от кислых компонентов. В исследовании Н.А. Девлешовой [2] рассмотрены результаты применения смесей МДЭА и ДЭА в различных концентрациях. Степень очистки от CO₂ демонстрирует выраженную зависимость от соотношения аминов, при этом снижение концентрации CO₂ более выражено, чем сероводорода. Однако при увеличении доли МДЭА наблюдаются ограничения, связанные с насыщением абсорбционной емкости раствора и повышением температуры регенерации.

Анализ текущих направлений развития технологий утилизации попутного нефтяного газа выявил необходимость учета региональной специфики, инфраструктурных ограничений и экологических приоритетов при выборе методов переработки. Одной из ключевых тенденций является переход от централизованных перерабатывающих комплексов к локализованным решениям, ориентированным на переработку газа непосредственно на месте добычи [10]. Подобные технологические схемы позволяют минимизировать затраты на транспортировку, обеспечить энергетическую автономию и интегрировать утилизацию ПНГ в контур промыслового энергоснабжения.

В исследовании М.С. Козлова [4] подчеркивается, что применение переработки на месте добычи особенно целесообразно в условиях удаленных объектов с ограниченным доступом к магистральной газовой инфраструктуре. Представленная модель мягкого парового риформинга позволяет перерабатывать фракции С₂+ в метаново-водородную смесь, применимую в качестве топлива для локальных энергетических установок. В то же время, в работе Н.А.М. Маджееда [6] указывается, что подобные решения требуют определенного уровня технологической зрелости и организационной готовности. Применение локальных схем утилизации ПНГ в Республике Ирак осложняется рядом политико-экономических факторов: нестабильностью нормативной базы, отсутствием долгосрочных инвестиционных механизмов и ограниченными возможностями кадрового обеспечения эксплуатации установок.

Выявленные ограничения усиливают актуальность комбинированных технологических подходов, сочетающих переработку и повторную закачку. Такая интеграция позволяет утилизировать ПНГ и использовать его в качестве агента для поддержания пластового давления, снижая потребность в закачке сторонних реагентов. Эффективность таких схем подтверждена в работе Р.Р. Мардамшина и соавторов [5], где описана успешная лабораторная апробация закачки газа с высоким содержанием CO₂ в условиях Толумского месторождения.

Наряду с технологическими аспектами при оценке перспектив внедрения необходимо учитывать экологические параметры. В частности, в исследованиях Т.В. Минниковой [7] и С.Я. Трофимова в [9], рассмотрены последствия неэффективной утилизации ПНГ, выражающиеся в загрязнении почв нефтяными компонентами и продукцией сгорания. Перспективным направлением локальной ремедиации загрязненных территорий выступает применение биоугля (биочара), позволяющего одновременно стабилизировать структуру почвы и сорбировать остаточные углеводороды. Его использование вблизи объектов переработки ПНГ может стать частью комплексной экологической программы на уровне месторождений.

Заключение

Проведенное исследование подтвердило стратегическую значимость перехода от утилизации ПНГ как отхода к его переработке как ценной вторичной сырьевой базы. Установлено, что наибольшую эффективность демонстрируют подходы, опирающиеся на гибкую адаптацию технологий к условиям конкретного месторождения, включая состав газа, удаленность объекта и наличие инфраструктуры.

Выявлено, что применение мягкого парового риформинга для переработки фракций C₃–C₄ представляет собой энергетически и организационно сбалансированное решение, способное удовлетворить потребности в onsite-генерации топлива при минимальных затратах на транспортировку. Аминовая очистка, в свою очередь, остается устойчивой опцией при необходимости соответствия санитарно-экологическим нормативам, особенно в регионах с высоким содержанием CO₂ и H₂S.

Особое значение приобретает использование комбинированных схем, сочетающих переработку и повторную закачку ПНГ в пласт. Подобные решения способствуют поддержанию пластового давления и позволяют минимизировать потребление сторонних ресурсов, повышая устойчивость добычи. Их эффективность обусловлена как инженерной совместимостью процессов, так и возможностью интеграции в уже существующую промысловую инфраструктуру.

Отдельным направлением научной и практической значимости становится экологическая ремедиация. Применение биочара как средства восстановления нефтезагрязненных почв формирует новые стандарты экологической ответственности, расширяя рамки утилизации ПНГ за пределы промысловой сферы и связывая газопереработку с задачами устойчивого землепользования.

Таким образом, устойчивое развитие систем утилизации ПНГ требует комплексного подхода, включающего технологическую адаптацию, экологическую компенсацию и институциональную готовность к масштабированию локальных решений. Перспективы дальнейших исследований связаны с формированием универсальных методик оценки эколого-энергетической эффективности гибридных схем и с отработкой механизмов интеграции таких схем в стратегии корпоративного устойчивого развития.

Список литературы:

1. Горбаев А. В. Возможность растворения высоковязких компонентов нефти, содержащихся в нефтешламах, в газовом конденсате // Московский экономический журнал. — 2023. — Т. 8, № 4. — URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=53821811 (дата обращения: 20.07.2025).
2. Девлешова Н. А., Воропаев А. А. Подготовка попутного нефтяного газа с высоким содержанием сероводорода на примере месторождения Х // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. — 2023. — Т. 334, № 4. — С. 221–230. — URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=53821811 (дата обращения: 21.07.2025).
3. Закирова К. Р. Важность вопроса эффективной переработки попутного нефтяного газа // Вестник евразийской науки. — 2022. — Т. 14, № 2. — С. 46. — URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=49089492 (дата обращения: 22.07.2025).
4. Козлов М. С., Козлова Е. В. Инновационные технологии переработки попутного нефтяного газа //Endless light in science. – 2023. – №. ноябрь. – С. 228-233.
5. Мардамшин Р. Р., Стенькин А. В., Калинин С. А., Морозюк О. А., Калинин С. А., Скворцов А. С., Усачев Г. А., Метт Д. А. Лабораторные исследования применения попутного нефтяного газа с высоким содержанием CO₂ для закачки на Толумском месторождении //Недропользование. – 2021. – Т. 21. – №. 4. – С. 163-170.
6. Маджеед Н. А. М. Пути повышения эффективности использования попутного нефтяного газа в Республике Ирак // Вестник науки. — 2023. — Т. 1, № 6 (63). — С. 1193–1199. — URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=53925259 (дата обращения: 24.07.2025).
7. Минникова Т. В., Колесников С. И. Экологическая оценка применения биочара для ремедиации нефтезагрязненных почв при различном хозяйственном использовании // Записки Горного института. — 2025. — Т. 271. — С. 84–94. — URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=80390580 (дата обращения: 25.07.2025).
8. Строкин С. В., Дронов С. В., Леонова О. В. Обзор перспектив применения мягкого парового риформинга лёгких углеводородов на нефтяных и газоконденсатных месторождениях // Известия Санкт-Петербургского государственного технологического института (технического университета). — 2023. — № 66 (92). — С. 41–51. — URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=54797504 (дата обращения: 26.07.2025).
9. Трофимов С. Я., Ковалева Е. И., Аветов Н. А., Толпешта И. И. Исследования нефтезагрязненных почв и перспективные подходы к их ремедиации // Вестник Московского университета. Серия 17: Почвоведение. — 2023. — № 4. — С. 83–93. — URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=55315155 (дата обращения: 26.07.2025).
10. Хотяновская Ю. В., Бузмаков С. А., Кучин Л. С. Геоэкологические закономерности трансформации природной среды при эксплуатации нефтяного месторождения в карстовом районе // Географический вестник. — 2023. — № 1 (64). — С. 127–138. — URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=50744065 (дата обращения: 27.07.2025).