Content uploaded by Valeriy Snakin
Author content
All content in this area was uploaded by Valeriy Snakin on Dec 13, 2019
Content may be subject to copyright.
ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ
ГЕОСФЕР
УДК 551.510.41:504.06:622.272:622.28
МЕТАН
В
АТМОСФЕРЕ: ДИНАМИКА
И
ИСТОЧНИКИ
В.В. Снакин, А.В. Доронин, Г. Фрейбергс, И. Щербицкис,
И.В.
Власова,
И.В.
Чудовская
1
Рассматривается проблема роста концентрации в атмосфере одного из
опасных парниковых газов – метана, основного компонента природного газа.
Приведены главные природные и антропогенные источники эмиссии метана.
Анализируется динамика развития нефтегазовой отрасли и возможные потери
природного газа в цепочке: нефтегазоразведка – добыча – транспортировка – под-
земное хранение. Количественные оценки потерь метана в указанной цепи свиде-
тельствуют о ведущей роли нефтегазовой промышленности в динамике метана
в атмосфере Земли за последние полвека. Предлагаются возможные пути сниже-
ния эмиссии метана в атмосферу.
Ключевые слова: природный газ, попутный нефтяной газ, метан в атмос-
фере, источники эмиссии метана, нефтегазовая промышленность, подземное
хранение газа, метанотрофы.
METHANE
IN THE
ATMOSPHERE:
DYNAMICS AND
SOURCES
V.V.
Snakin
1,2,3
,
А.V.
Doronin
2
,
G.
Freibergs
4
, I.
Sherbitskis
4
,
I.V.
Vlasova
2
,
I.V. Chudovskaya2
1
Lomonosov Moscow State University;
2
’Energodiagnostika’
LLC,
Moscow;
3 RAS
Institute
of fundamental
biological problems, Pushchino;
4
Inchukalnskoe
UGS AS
Conexus Baltic Grid
(Latvia)
This
article is dedicated to the problem of the atmospheric concentration increase of
one of the most dangerous greenhouse gases – methane, the main component of natural
gas. The main natural and anthropogenic sources of methane emission are described in
the article.
The
dynamics of oil and gas industry development and possible losses of natural
1 Снакин Валерий Викторович – д.б.н., проф. МГУ имени М.В. Ломоносова, зав. лабораторией ланд-
шафтной экологии Института фундаментальных проблем биологии РАН (г. Пущино), начальник отдела
экологии ООО «Энергодиагностика» (Москва), snakin@mail.ru; Доронин Алексей Викторович – начальник
экспертно-аналитического отдела ООО «Энергодиагностика», mr.doroninav@bk.ru.ru; Гинтс Фрейбергс –
член правления AS Conexus Baltic Grid (Латвия); Иварс Щербицкис – руководитель Инчукалнского ПХГ
AS Conexus Baltic Grid (Латвия); Власова Инна Владимировна – начальник юридического отдела; Чудов-
ская Ирина Васильевна – начальник информационно-аналитического отдела ООО «Энергодиагностика»,
ichudovskaya@gmail.com.
Жизнь Земли 39(4) 2017 365–380
365
2017,
том
39, №
4
gas are analyzed by the authors in the chain: oil and gas exploration – production –
transportation – underground storage. Quantitative estimates of methane losses in this
chain indicate the leading role of oil and gas industry in the methane increasing dynamics
in the Earth’s atmosphere over the last 50 years.
The
ways of possible reduction of methane
emission into the atmosphere are suggested in the final part of the article.
Keywords: natural gas, associated gas, methane in the atmosphere, methane
emission sources, oil and gas industry, underground gas storage, methanotrophs.
Введение. Одной из серьёзных экологических проблем современности является
постоянное и существенное увеличение концентрации метана (CH4) в атмосфере, что
рассматривается как возможный существенный фактор глобальных изменений кли-
мата (метан – второй по значению после углекислого газа парниковый газ Киотского
протокола, поскольку аккумулирует энергию инфракрасного излучения в 30 раз эф-
фективнее углекислоты). Этот простейший насыщенный ациклический углеводород
(бесцветный и без запаха) – основной компонент природных (77–99 %), попутных не-
фтяных (31–90 %), рудничного и болотного газов. Нетоксичен; наркотический эффект
при больших концентрациях; опасность смеси с воздухом связана со снижением кон-
центрации кислорода. С воздухом образует взрывоопасные смеси.
Для предупреждения роста содержания метана в атмосфере нужно понять источ-
ники этого роста. Однако на этот счёт нет единого мнения, учитывая множество при-
родных и антропогенных процессов с участием этого соединения.
Динамика содержания метана в атмосфере. Метан присутствует в атмосфере в
невысоких концентрациях (1,58–1,68 ppm2), однако его атмосферное содержание еже-
годно возрастает в среднем на 1 % за счёт дисбаланса между продукцией и окислени-
ем [13, 15, 26, 29]. До XVII века концентрация метана в атмосфере была практически
постоянной, затем стала медленно расти и особенно бурный рост начался с 1950-х гг.
С этого времени скорость прироста концентрации метана в атмосфере практически
удвоилась.
С начала эпохи промышленного развития концентрация метана в атмосфере
возросла с 700 до 1775 ppb [27], существенно меняясь в суточном и сезонном циклах
(максимум в ночные часы, а также осенью и зимой). Некоторые исследователи отме-
чали замедление роста концентрации метана в атмосфере в период 2000–06 гг. [28,
32]. Тем не менее, в работе [22] отмечали продолжение роста концентрации метана в
2008–11 гг. для территории Польши со скоростью 0,4–1, 45 % в год.
Данные, собранные НАСА (рис. 1), подтверждают приведённые колебания ди-
намики содержания метана в атмосфере в период между 1984 и 2014 гг. С 1980-х по
1992 гг. количество метана не возрастало больше чем на 12 ppb в год. Потом, примерно
на десятилетие, рост замедлился и составлял не более 3 ppb в год. В период между 2000
и 2007 гг. концентрация метана в атмосфере стабилизировалась. Начиная с 2007 г. она
вновь начала расти со скоростью около 6 ppb в год.
Рост концентрации метана в атмосфере при этом однозначно связывается с уве-
личением численности населения (рис. 2) и хозяйственной деятельностью человека
[11]. При этом рост концентрации метана происходит практически вдвое быстрее в
сравнении с углекислым газом.
Росту концентрации метана в атмосфере противостоят химические процессы его
разложения, но эффективность этого пути невысока [2]. Вымывание метана из атмос-
2 ppm – единица для отражения малых концентраций вещества, одна частица на миллион смеси; ppb –
одна частица на миллиард.
366
Снакин В.В., Доронин А.В. и др.
Метан
в
атмосфере:
динамика и источники
Рис. 1. Динамика ежегодного прироста концентрации метана в атмосфере в мире по дан-
ным NASA [23].
Рис. 2. Изменение содержания углекислого газа и метана в атмосфере Земли и рост насе-
ления во времени [11].
феры происходит медленно из-за его невысокой растворимости в воде. Более суще-
ственную роль в разложении метана играют метанокисляющие бактерии (метанотро-
фы), «работающие» в верхних аэрируемых слоях почвы.
В научной литературе пока нет однозначного ответа относительно конкретных
причин рассмотренного роста содержания метана в атмосфере. Некоторые учёные по-
лагают, что тропики стали более влажным и, соответственно, увеличилось количество
газовых выделений; другие подчёркивают влияние изменений в сельском хозяйстве;
третьи указывают на бурный рост газодобычи в мире, в т. ч. ректификационный бум
природного газа в Северной Америке и его периодические утечки.
Глобальное распределение метана на нашей планете представлено на рис. 3. Кон-
центрация метана выше в Северном полушарии, поскольку и природные, и антропо-
генные источники метана там более мощные.
Источники поступления метана в атмосферу. Оценки эмиссии метана в атмос-
феру по данным различных источников значительно различаются. В табл. 1 приведены
оценочные данные о размерах поступления метана в атмосферу из некоторых природ-
ных и антропогенных источников как биогенного, так и абиогенного происхождения,
заимствованные из работы [25].
367
2017,
том
39, №
4
Рис. 3. Распределение метана в январе 2016 г. в окружающем планету воздушном простран-
стве на высоте около 6 км, по данным NASA [23].
Таблица 1. Источники атмосферного метана [25]
Источник
Годовая эмиссия СН4, млн т
Биогенные источники метана
302–665
Болота
120–200
Термиты
25–150
Океаны
1–20
Тундра
1–5
Рисовые поля
70–120
Животноводство
80–100
Полигоны ТБО
5–70
Абиогенные источники метана
48–155
Метановые газогидраты
2–4
Вулканы
0,5
Угольные разработки
10–35
Утечка природного газа
10–30
Индустриальные потери и утечка из скважин
15–45
Сжигание биомассы
10–40
Автомобили
0,5
Биогенные и абиогенные источники метана
350–820
Основными природными источниками метана в атмосфере являются болот-
ные системы – до 30 % всего объёма поступления. Однако в связи с широкомасштаб-
ным осушением болот доля этого источника в общей эмиссии метана снижается и не
может быть причиной наблюдающегося роста его концентрации в атмосфере. Так, в
настоящее время осушено около 60 % болот полесья России и Беларуси. За последнее
столетие площадь болотных систем в Беларуси за счёт перевода в сельскохозяйствен-
368
Снакин В.В., Доронин А.В. и др.
Метан
в
атмосфере:
динамика и источники
ные земли сократилась с 4,13 до 2,3 млн га. В Европе ~ 20 % болот исчезли, а более 50 %
не продуцируют торф. В Дании и Нидерландах в естественном состоянии сохранилось
менее 1 % болот, а в Финляндии 60 % болот осушено в целях лесоводства [7].
Ещё одним участником системы миграции метана в атмосфере являются газоги-
драты (метангидраты), огромные не оценённые в полной мере залежи которых име-
ются на больших глубинах в водоёмах в зоне вечной мерзлоты. С одной стороны, об-
разование газогидратов можно воспринимать как сток метана из атмосферы; с другой
стороны, учитывая их нестабильность при повышении температуры, как возможный
источник поступления метана в атмосферу. Дискутируется вопрос о возможном рез-
ком высвобождении метана из газогидратных залежей при глобальном потеплении
климата (т.н. «метановая бомба»); имеются сведения [33] о современных выбросах ме-
тана в атмосферу в Северном Ледовитом океане в виде «метановых гейзеров», глобаль-
ные масштабы которых предстоит уточнить.
Основными источниками антропогенного поступления метана являются по-
лигоны твёрдых бытовых отходов (ТБО), сельское хозяйство и нефтегазовая промыш-
ленность (разработка нефтяных и газовых месторождений, транспортировка, хране-
ние и использование природного газа).
На полигонах твёрдых бытовых отходов образуется широкий спектр газообраз-
ных соединений, основным из которых является биогаз, состоящий преимущественно
из метана (40–60 %) и СО2 (30–45 %), нескольких процентов азота, а также большого
количества микропримесей. Активное газообразование на полигоне ТБО начинается
после его закрытия, обычно через несколько лет, когда сформировался сбалансирован-
ный метаногенез, продолжающийся на протяжении 20–30 лет, постепенно затухая. По
данным IPCC, эмиссия метана с поверхности полигонов ТБО составляет 35–73 млн т
в год, что соответствует 6–12 % общей и 10–20 % антропогенной эмиссии этого газа в
атмосферу. В мировой практике на полигонах ТБО используют системы извлечения и
сбора образующегося биогаза. В России такие системы не внедряют даже на крупные
полигоны, поскольку использование биогаза сдерживается себестоимостью выраба-
тываемой электроэнергии, которая в 2–2,5 раза выше, чем при сжигании ископаемого
топлива или на АЭС [15].
Существенным источником метана в атмосфере является сельскохозяйственное
производство. Это прежде всего животноводство, поскольку жизнедеятельность мно-
гих животных (ферментация пищи крупным рогатым скотом, овцами, верблюдами,
свиньями) сопровождается выделением метана. Так, в желудочно-кишечном тракте
одной коровы за сутки может образоваться сотня литров метана. Ещё одним источни-
ком метана является рисоводство. В условиях переувлажнения в течение существен-
ной части сезона на рисовых чеках в анаэробных условиях, аналогично болотным си-
стемам, образуется болотный газ. По оценкам, приведённым в табл. 1, в сумме эти два
процесса вносят примерно 150–220 млн т метана в год.
Ещё один важный антропогенный источник эмиссии метана в атмосферу – бур-
но развивающаяся в последние десятилетия нефтегазовая промышленность. Добыча
природного газа в мире непрерывно растет (рис. 4). С 1950 г. по настоящее время она
выросла более чем в 18 раз! Причиной тому является высокая экологичность этого
источника энергии: при его сжигании образуется меньше вредных выбросов, чем при
сжигании дизельного топлива и бензина – на 75 % и на 50 % соответственно; выхлоп-
ные газы метановых двигателей менее вредны для человека и практически не содержат
канцерогенных компонентов.
369
Рис. 4. Динамика мировой добычи природного газа, млрд м3.
2017,
том
39, №
4
В процессах бурения, транспортировки газа и нефти, удаления и неполного сжи-
гания попутных газов, утечек из подземных хранилищ газа (ПХГ), аварийных ситу-
аций в атмосферу попадает огромное количество природного газа. Согласно табл. 1,
суммарно они поставляют в атмосферу 25–75 млн т метана ежегодно (т. е. около 9 %
общего поступления). Однако рассмотрим этот источник подробнее.
Метан в атмосфере и развитие нефтегазовой отрасли. По данным ряда авто-
ров [24], в газопроводы поступает около 83 % добытого газа, т. е. до 17 % сырья (или
440 млн т) теряется ежегодно. И это только в начале пути газа потребителю!
Цикл добычи метана начинается с геологоразведочной деятельности, которая по-
рой может привести к выбросам значительного количества природного газа в атмос-
феру в результате технологических потерь и аварий (рис. 5).
Аварийные ситуации при этом имеют, как правило, разовый характер и, скорее
всего, не вносят большой вклад в эмиссию метана в атмосферу. При всей неопреде-
лённости этого источника поступления метана можно согласиться с данными табл. 1
о потерях 15–45 млн т в год.
Рис. 5. Скважина Дарваза́ (диаметр кратера ~ 60 м, глубина ~ 20 м), или «Дверь в преиспод-
нюю» – рукотворная достопримечательность современной Туркмении. Образовалась в 1971 г. в
результате провала при неудачном бурении разведочной скважины, и с тех пор подожжённый
природный газ непрерывно горит и днём и ночью [8].
370
Снакин В.В., Доронин А.В. и др.
Метан
в
атмосфере:
динамика и источники
На стадии добычи и подготовки
нефти выделяется т. н. попутный не-
фтяной газ (ПНГ), состоящий до 2/3
из метана. В зависимости от района
добычи из 1 т нефти получают от 25
до 800 м³ попутного нефтяного газа.
При мировой добыче нефти около
4,4 млрд т в год (2015), ориентировоч-
но возможное количество попутного
газа составляет до 1,3 млрд т в год.
Попутный нефтяной газ отделяют от
нефти для соответствия требуемым
стандартам и в дальнейшем либо ути-
лизируют, либо сжигают (рис. 6).
По данным Министерства энерге-
Рис. 6. Типичный факел при сжигании попутного нефтяного газа.
тики Российской Федерации (2016), нормативы потерь добываемого в стране ПНГ со-
кращались с 1,14 % в 2010 г. до 0,33 % в 2016 г. Т.е. минимальные оценки современных
потерь метана в составе ПНГ в мире могут составить около 10 млн т метана в год.
По данным Министерства природных ресурсов и экологии РФ (МПР), из
55 млрд м3 (ок. 39 млн т) ежегодно добываемого в России ПНГ лишь 26 % (14 млрд м
3
)
направляется в переработку, 47 % (26 млрд м3) идёт на нужды промыслов либо списы-
вается на технологические потери, и 27 % (15 млрд м3) сжигается в факелах. Сколько
из 26 млрд м3 попадает в атмосферу – неизвестно; если принять за основу 50 % ука-
занной величины, то оценка равна 13 млрд м3, или около 10 млн т в год только для
России. Важно отметить, что уровень полезного использования ПНГ в последние годы
заметно растёт (рис. 7).
Рис. 7. Уровень полезного использования ПНГ, % общих ресурсов ПНГ в России в динами-
ке за 1911–2014 гг., по данным Минэнерго РФ [16].
При этом необходимо учитывать неполноту сгорания газа в факелах, выделяю-
щих помимо несгоревшего метана целый комплекс опасных загрязняющих веществ
(активная сажа, угарный газ и др.). Объём выбросов сажи при сжигании ПНГ оце-
нивается приблизительно в 0,5 млн т в год [18]. По данным органов исполнительной
371
2017,
том
39, №
4
власти, доля факельных установок, оснащённых замерными устройствами сжигания
ПНГ, в России составляет около 50 %. При этом оснащённость в отдельных регионах
составляет менее 20 % [16].
Следует заметить, что сжигание ПНГ достигло таких размеров, что стало суще-
ственным фактором светового загрязнения (рис. 8), как это наблюдается в Западной
Сибири.
Рис. 8. Комбинированный космоснимок светового загрязнения Земли в ночное время, по
снимкам НАСА, 2012 г. Стрелка показывает световое пятно в Западной Сибири в местах интен-
сивной нефтедобычи [31].
В недалёкой перспективе дополнительным источником поступления метана в ат-
мосферу станет планируемая добыча газогидратов. Так, в 2013 г. компания Japan Oil,
Gas & Metals National Corp. (Jogmec) заявила о начале пробной эксплуатации подво-
дного газогидратного месторождения [20]; при этом полномасштабное освоение ме-
сторождения планируется начать в 2018 г. после разработки пригодной для промыш-
ленного использования технологии добычи.
Потери природного газа при транспортировке (в трубопроводах). Весьма суще-
ственные потери природного газа происходят в процессе эксплуатации оборудования
транспортных газовых магистралей. Это – технические затраты газа, возникающие
при отладке и проверках газового узла, установке и ремонте аппаратуры, различных
аварийных ситуациях. Часть газа теряется из-за несовершенства технологического
оборудования или методов, применяемых в газотранспортных узлах. При этом потери
и затраты газа условно можно разделить на явные и неявные [24].
Явные потери можно обнаружить по звуковому эффекту, увидеть по проявлению
вторичных признаков, непосредственно замерить или рассчитать, зная параметры со-
ответствующего технологического процесса. На линейной части магистрального газо-
провода основными явными потерями принято считать утечки газа, выходящего через
свищи, микротрещины, неплотности запорной арматуры; потери при стравливании
газа и продувке труб в процессе подключения отводов, перемычек, импульсных трубок
и др. технологических линий; потери при периодической очистке внутренней полости
газопроводов; потери аварийные и при ремонтных работах, связанных с опорожнени-
372
Снакин В.В., Доронин А.В. и др.
Метан
в
атмосфере:
динамика и источники
ем участков трубопровода.
На компрессорных станциях явными потерями газа в основном являются потери
газа при стравливании и продувке обвязки нагнетателей в процессе пусков и остано-
вок газоперекачивающих агрегатов (ГПА); потери при продувке конденсатосборни-
ков, пылеуловителей, импульсных трубок контрольно-измерительных приборов и ав-
томатики; потери в системе уплотнений нагнетателей ГПА и др. оборудования.
О количественных соотношениях основных видов потерь при магистральном
транспорте газа можно судить по табл. 2, которая показывает, что более половины по-
терь газа (54–56 %) происходит вследствие нарушения герметичности конструкций,
и, следовательно, это именно та часть потерь метана, которая попадает в атмосферу.
Суммарно эти потери составляют 894–988 млн м3, или с учётом плотности метана
(~0,72) 644–711 млн т в год.
Таблица 2. Основные виды потерь природного газа при его транспортировке
по магистральным газопроводам [9].
Основные причины потерь газа
Потери, млн м3
% потерь
При ремонте линейной части
7–8
–
При разрывах и разрушениях газопроводов
170–180
18–19
Через неплотности газопровода
80–90
–
Через неплотности в обвязке КС
340–350
35–40
При пусках и остановках ГПА
17–18
–
В пылеуловителях
200–250
22–25
Всего
894–988
100
Неявные (скрытые) потери и затраты газа трудно обнаружить и замерить, а опре-
делить их количество можно только косвенным путем: перерасход топливного газа
на компрессорных станциях при снижении гидравлической эффективности линей-
ных участков газопроводов; потери при отклонении режимов ГПА от оптимальных;
затраты топливного газа при наличии перетоков компримированного газа в обвязках
нагнетательных и входных коммуникаций ГПА и компрессорных станциях (КС); поте-
ри газа в результате фазовых превращений в газопроводе (образование жидкой фазы
и гидратов); утечки из-за образовавшихся в газопроводе конденсата и воды в процессе
очистки и разгазирования в утилизаторах; потери при эксплуатации на КС безрегене-
ративных ГТУ.
Примерно 24–27 % потерь газа имеют место в ходе технологических операций на
компрессорных станциях. Самые большие потери газа при транспорте по магистраль-
ным газопроводам происходят в виде затрат топливного газа на компримирование
(ок. 80 % этого газа на КС сжигается в камерах сгорания – это потери производитель-
ные, остальные 20 % – непроизводительные затраты товарного газа). Сокращение дан-
ного вида потерь – задача конкретная и требует разработки специальных технологий.
Потери природного газа при подземном хранении. На начало 2016 г. в мире
действовало 680 подземных хранилищ газа (ПХГ) суммарной рабочей ёмкостью
413 млрд м3, что соответствует 12 % глобального потребления газа в 2015 г. [5]. Из ПХГ
потребляют примерно 15 % природного газа в России, в Германии – 20 %, в Италии –
26 %, во Франции – 29 %, в Украине – 40 % [17].
В России на 01.01.2010 количество объектов подземного хранения газа в эксплуа-
373
2017,
том
39, №
4
тации – 25, с объёмом товарного газа 64,0 млрд м3; потенциальная суточная произво-
дительность на начало сезона отбора (2009–2010 гг.) составила 620 млн м3/сут. [1].
В ходе функционирования ПХГ происходит эмиссия метана через негерметичные
технологические узлы, через неплотные геологические породы, перекрывающие хра-
нилища, а также в результате нештатных ситуаций.
Так, 23 октября 2015 г. утечка произошла в одной из 115 скважин, связанных с
огромным подземным хранилищем природного газа в Калифорнии в каньоне Алисо,
пятым по величине в США. Из-за аварии 11 тысяч человек были эвакуированы. В мо-
мент максимальной активности выброса газа удвоилась скорость выбросов метана
во всём округе Лос-Анджелес. Утечку перекрыли 18 февраля; к этому времени почти
100 тыс. т метана попало в атмосферу [30].
Данные о технологических потерях газа при его подземном хранении противоре-
чивы. Имеются ориентировочные сведения о потерях 1,5–3 % активного объёма хра-
нения [12]. В то же время показано, что геолого-технологическая структура пластовых
потерь и затрат газа на ПХГ определяется геолого-промысловым типом хранилища и
схемой его эксплуатации. Наиболее значительные пластовые потери характерны для
ПХГ, созданных в водоносном пласте в пологозалегающей залежи, которые могут со-
ставлять порядка 50 % общего объёма газа. Для хранилищ, созданных в водоносных
пластах в антиклинальных ловушках, потери могут составить до 30 % общего объёма
газа [14]. При этом погрешность расчётов объёма газа в пласте балансовыми и объём-
ными методами, в зависимости от конкретных характеристик объекта, может дости-
гать 20 % общего объёма газа.
В литературе приводятся данные о том, что на одном из газохранилищ за 30-лет-
ний период его эксплуатации потери природного газа достигли 1,5 млрд м3 [4]. Т. е.
0,036 млн т метана в год только для одного ПХГ! При таких масштабах для всех 680
ПХГ в мире это уже составит потерю около 24 млн т в год. И, по всей вероятности, это
минимальная оценка.
Однако учёт этих потерь связан с большими трудностями, так как невозможно с
достаточной степенью точности определить объём газа, находящегося в хранилище.
Общая сумма потерь газа в системе хранения может быть не выявлена в течение ряда
лет до тех пор, пока это не станет заметным.
При просачивании метана через покрывающие породы непосредственно в ат-
мосферу поступает не весь этот объём газа, поскольку некоторая его часть окисляется
метанотрофными бактериями в почвенном горизонте. Подсчёты утечек метана из ис-
кусственных газовых залежей показывают, что почвенный покров задерживает от 6 до
10 % метана из недр [3].
Активность бактериального окисления метана почвами динамична во времени:
весной окисления не происходит, летом оно максимально, в осенний период снижа-
ется. Величина эмиссии метана зависит от гидротермических условий и меняется по
сезонам, а также в сухие и влажные годы. По данным [10], оценки поглощения метана
почвами имеют весьма большие погрешности, что явно свидетельствует о плохой из-
ученности проблемы поглощения почвенного метана. Тем не менее, представляется,
что в качестве значения годичного поглощения метана почвами РФ, наиболее близко-
го к оценкам различных авторов, можно принять 3,6 Мт/год.
О реальности эмиссии метана через перекрывающие ПХГ породы свидетельству-
ют результаты изотопного исследования углерода в газах, выделенных из проб воды,
отобранных из водозаборных скважин близ Инчукалнского подземного газохранили-
374
Снакин В.В., Доронин А.В. и др.
Метан
в
атмосфере:
динамика и источники
ща (Латвия). Расчёты показали наличие в разных пробах от 40 до 75 % техногенного
метана, т. е. именно того метана, что был закачан в ПХГ [19].
Суммируя итоги проведённого анализа можно примерно оценить возможные
размеры поступления метана (природного газа) в атмосферу в результате деятельно-
сти нефтегазовой промышленности (исключая аварийные ситуации). Данные табл. 3
показывают, что эмиссия метана (природного газа) в атмосферу в результате потерь
нефтегазового комплекса планеты может составить 693–790 млн т в год, что намного
превышает оценки, показанные в табл. 1. И это без учёта постоянно происходящих в
разных странах нештатных (аварийных) ситуаций!
Таблица 3. Оценка эмиссии метана (природного газа) в атмосферу в результате
деятельности нефтегазовой промышленности
Основные причины потерь
Потери, млн т в год
Геолого-разведочные работы
15–45
Потери попутного нефтяного газа
10
Потери природного газа в ходе транспортировки (трубопроводы)
644–711
Потери природного газа при подземном хранении
24
Суммарные потери
693–790
Приведённые в табл. 3 оценки возможного поступления метана в атмосферу от
нефтегазовой промышленности показывают, что мы имеем дело с самым мощным
фактором пополнения атмосферного метана, намного превосходящим все биогенные
природные источники вместе взятые.
Пути предотвращения роста концентрации метана в атмосфере. Непроизво-
дительные потери метана при транспортировке можно уменьшить, применяя со-
временное оборудование и специальные технологии: сведя к минимуму аварийные
потери газа на линейной части магистральных газопроводов (МГ) и компрессорных
станций (КС); применив современные технологии утилизации газовых выбросов из
системы магистральных газопроводов; понизив расход топливного газа на нерасчёт-
ных режимах путем оптимизации параметров оборудования КС; исключив перерасход
топливного газа вследствие физического износа оборудования путём реконструкции
КС и модернизации ГПА; совершенствуя количественный учёт газа, применяя надёж-
ные способы замера производительности МГ.
Поэтому первоочередной задачей является сокращение больших потерь газа че-
рез неплотности как в обвязке компрессорных станций, так и на линейных участках
газопроводов. Для этого необходимо совершенствовать конструкции узлов с целью
повышения герметичности, а также изыскивать методы и разрабатывать специальные
приборы для определения мест утечек газа и их последующего устранения.
Важным моментом сокращения потерь природного газа является максималь-
но возможное использование нефтяного попутного газа, что на территории России в
значительной степени связано с активной деятельностью холдинга «СИБУР» – круп-
нейшего производителя в области нефтегазохимии. Активизации этого процесса
способствует принятое Правительством РФ постановление № 7 от 08.01.2009, в кото-
ром заложено требование по доведению уровня утилизации попутного газа до 95 %.
В США, Канаде, Франции и других странах приняты законы, запрещающие добычу и
подготовку нефти без утилизации попутного нефтяного газа.
При подземном хранении газа важным фактором снижения риска потерь является
375
2017,
том
39, №
4
подбор мест размещения ПХГ для минимизации пластовых потерь, предотвращение
нарушения герметичности трубопроводов и технологических узлов хранилища.
Для предупреждения риска загрязнения метаном в результате функционирова-
ния ПХГ специалистами ООО «Энергодиагностика» предложено использование ме-
танотрофов – бактерий, питающихся метаном [6, 21]. Разработанное предложение
(патент RU 2591118 С 2 от 06.03.2014) заключается в дистанционном мониторинге
содержания метана в приземной атмосфере и в зонах технологических узлов, по ре-
зультатам которого в зонах с повышенной концентрацией метана в приземной атмос-
фере грунт обрабатывают суспензией метанотрофных бактерий в солевом растворе, а в
критических зонах технологических узлов дополнительно создают грунтовые «ворот-
ники», в которые циклически закачивают при определённых давлении и температуре
суспензии метанотрофных бактерий в солевом растворе. Этот приём позволяет сни-
зить концентрацию метана и тем самым уменьшить не только риск возгорания, но и
загрязнение атмосферы одним из самых действенных парниковых газов. Дальнейшая
разработка этого предложения сможет стать существенным дополнением в реальное
обеспечение одобренного 12 декабря 2015 г. в Париже 195 странами проекта Всемир-
ного пакта о борьбе с глобальным потеплением.
При этом основной задачей становится увеличение эффективности деятельности
метанотрофных бактерий путём активизации имеющихся в природных условиях ви-
дов метанотрофов, а также изменения соотношения в их видовом составе в пользу
метанотрофов, эффективно «работающих» при низких температурах.
Как показали наши предварительные эксперименты с естественными (природ-
ными) метанотрофами, выделенными из почвы вблизи Инчукалнского подземного
хранилища газа (Латвия), потенциальная метанокисляющая способность почвенного
слоя ~0,5 м составляет около 150 т/га метана в год. Анализ метанокисляющей способ-
ности почв показал возможность увеличения активности природных метанотрофов,
что, несомненно, может привести к существенному улучшению экологической ситуа-
ции на ПХГ за счёт предотвращения попадания метана в атмосферу.
Заключение. Исследование динамики содержания метана в атмосфере Земли по-
казывает неуклонный рост его концентрации, особенно в последние полвека, что ведёт
к неоправданно высокому содержанию одного из опаснейших парниковых газов.
Среди природных источников поступления метана в атмосферу (болота, вулканы,
дикие животные) отсутствуют факторы, которые могли бы быть ответственными за
наблюдаемый рост содержания метана в атмосфере. Более того, роль этих факторов в
метанообразовании неуклонно сокращается.
В то же время динамика концентрации метана в атмосфере очевидно совпадает с
возрастающей активностью деятельности человека. Среди антропогенных источников
метана главными являются сельскохозяйственная активность (животноводство и ри-
соводство) и нефтегазовая промышленность.
Проведённый в данной работе анализ потерь метана (основного компонента при-
родного газа) на разных стадиях деятельности нефтегазового комплекса показал, что
суммарные потери природного газа, связанные с возможностью попадания метана в
атмосферу, составляют величину около 700 млн т в год (без учёта аварийных ситуа-
ций), что намного превышает все остальные источники эмиссии метана в атмосферу.
Источником дополнительной эмиссии метана в атмосферу может также стать плани-
руемая добыча метаногидратов.
Вполне естественно, что речь идёт о приблизительной величине оценки, учиты-
376
Снакин В.В., Доронин А.В. и др.
Метан
в
атмосфере:
динамика и источники
вая многозначность факторов потерь и порой невозможность их точного подсчёта. Но
эта оценка связывает наблюдаемый в последние 50–70 лет рост концентрации метана в
атмосфере именно с неуклонно растущей добычей природного газа.
Наблюдаемое в начале текущего века снижение интенсивности роста концентра-
ции метана в атмосфере вполне объясняется несколькими причинами, среди них рост
использования попутного нефтяного газа, упорядочение работы трубопроводного
транспорта, а также некоторое снижение темпов роста газодобычи.
Тем не менее, предстоит ещё большая работа по уменьшению экологического
риска, связанного с ростом метана в атмосфере, что в значительной мере связано с
необходимостью ужесточения контроля потерь природного газа в магистральных тру-
бопроводах и технологических узлах, а также с перспективами использования метано-
кисляющих бактерий (метанотрофов) в местах неуправляемой эмиссии природного
газа, особенно при подземном хранении.
ЛИТЕРАТУРА
1. Аксютин О.Е. 50 лет подземному хранению газа в России (http://www.gazprom.ru/f/
posts/27/233865/50-years-underground-gas-storage-russia-ru.pdf).
2. Бажин Н.М. Метан в атмосфере // Cоровский образовательный журнал. 2000. № 3.
С. 52–57.
3. Бухгалтер Э.Б., Будников Б.О., Можарова Н.В. Герметичность объектов подземно-
го хранения природного газа по данным почвенно-экологического мониторинга (http://www.
ooomzm.ru/articles/38/).
4. Бухгалтер Э.Б., Дедиков Е.В., Бухгалтер Л.Б., Хабаров А.В., Будников Б.О. Экология
подземного хранения газа. М.: МАИК «Наука/Интерпериодика», 2002. 431 с.
5. Виноградова О. Индустрия хранения газа // Нефтегазовая Вертикаль. 2016. № 19 (http://
www.ngv.ru/magazines/article/industriya-khraneniya-gaza/?sphrase_id=6361587).
6. Власов С.В., Снакин В.В., Власова И.В., Чудовская И.В. Способ обеспечения экологиче-
ской безопасности подземного хранилища газа // Изобретения. Полезные модели. Официаль-
ный бюллетень Федеральной службы по интеллектуальной собственности, патентам и товар-
ным знакам. 2015. № 26. С. 43.
7. Вомперский С.Э. Болото // Большая российская энциклопедия. Т. 3. М.: Большая Рос-
сийская энциклопедия, 2005. С. 733–736.
8. Газовый кратер Дарваза, Туркменистан (http://www.advantour.com/rus/turkmenistan/
darvaza-gas-crater.htm).
9. Гаррис Н.А. Ресурсосберегающие технологии при эксплуатации оборудования насо-
сных и компрессорных станций. 2015 (http://studopedia.org/11-36556.html).
10. Глаголев М.В., Филиппов И.В. Инвентаризация поглощения метана почвами // Динами-
ка окружающей среды и глобальные изменения климата. 2011. Т. 2, № 2(4). 20 с.
11. Глобальное потепление климата Земли и парниковый эффект (http://www.poteplenie.
ru/).
12. Елизарова Г.С. Концепция ресурсосберегающей стратегии развития подземного хра-
нения природного газа // Проблемы современной экономики. 2011. № 4 (40) (http://www.m-
economy.ru/art.php?nArtId=3850).
13. Заварзин Г.А., Кларк У. Биосфера и климат глазами биологов // Природа. 1987. № 6.
С. 65–77.
14. Исхаков А.Я. Контроль пластовых потерь и герметичности подземных хранилищ газа
на основе геофизических методов и геолого-технологического моделирования. Дисс. на соиск.
уч. ст. к.т.н. М.: ВНИИГАЗ, 2013. 120 c.
15. Каллистова А.Ю. Аэробное окисление метана в покрывающей почве полигона твёр-
дых бытовых отходов. Дисс. на соиск. уч. ст. к.б.н. М., 2007. 141 с.
16. Книжников А.Ю., Тетельмин В.В., Бунина Ю.П. Аналитический доклад по проблеме
рационального использования попутного нефтяного газа в России. М.: WWF России, 2015. 62 с.
17. Полохало В. О подземных хранилищах газа на территории страны (http://www.stoletie.
377
2017,
том
39, №
4
ru/politika/kolonialnoe_nasledie_ukraini_2009-03-02.htm).
18. Попутные нефтяные газы. 2010 (https://ria.ru/economy/20100201/206673791.html).
19. Прасолов Е.М., Сергеев С.А. О происхождении метана в пробах воды из скважин вбли-
зи Инчукалнского газохранилища. Заключение по данным изучения изотопного состава углеро-
да. С.-Пб., 2005. 2 с.
20. Cмирнов С. Япония встала на путь «гидратной революции» // Ведомости, 12.03.2013
(http://www.vedomosti.ru/technology/articles/2013/03/12/yaponskaya_jogmec_vpervye_v_mire_
dobyla_gaz_iz_gidrata).
21. Снакин В.В., Власов С.В., Чудовская И.В., Власова И.В., Черничкин Р.В. Использование
метанотрофов при подземном хранении природного газа с целью снижения экологического ри-
ска // Современные проблемы физиологии, экологии и биотехнологии микроорганизмов. Сб.
материалов Всерос. симпозиума. М., 2014. С. 210.
22. Степневска С., Степневский В. Нестабильность атмосферной концентрации метана и
её последствия // Глобальные экологические процессы: Материалы междунар. науч. конф. / Под
ред. В.В. Снакина. М.: Academia, 2012. C. 92–100.
23. Странное поведение метана в атмосфере Земли. 2016 (http://www.planet-nwes.ru/
strannoe-povedenie-metana-v-atmosfere-zemli/)
24. Шишко Г.Г. Потери природного газа при эксплуатации систем газоснабжения. Киев:
ИПК Госжилкомхоза Украины, 1991. 112 с.
25. Barber R.D. and Ferry J.G. Methanogenesis // Encyclopedia of life science. Nature Publishing
Group, 2001 (www.els.net).
26. Blake D.R. and Rowland F.S. Continuing worldwide increase in tropospheric methane, 1978
to 1987 // Science. 1988. V. 239 (4844). P. 1129–1131.
27. Climate Change 2013: The Physical Science Basis. IPCC Working Group I Contribution to
AR5. Bern (Switzerland), 2016. P. 465–570.
28. Dlugokencky E. J., Arlene M. Fiore, Larry W. Horowitz and West J. Jason. Impact of meteorology
and emissions on methane trends, 1990–2004 // Geophysical Research Letters. 2006. V. 33. 4 pp.
29. GalchenkoV.F., Lein A., Ivanov M. Biological Sinks of methane // Exchange of trace gases
between terrestrial ecosystems and the atmosphere / M.O. Andreae and D.S. Schimel (Eds.). John Wiley
& Sons Ltd. 1989. P. 59–71.
30. GISMETEO. Новости 27.02.2016 б (https://www.gismeteo.ru/news/proisshestviya/18138-
utechka-metana-v-kalifornii-byla-krupneyshey-za-istoriyu-ssha/).
31. Nighttime lights of the world. 2014 (http://genby.livejournal.com/306801.html)
32. Rigby M., Prinn R.G., Fraser P.J., Simmonds P.G., Langenfelds R.L., Huang J., Cunnold D.M.,
Steele L.P., Krummel P.B., Weiss R.F., O’Doherty S., Salameh P.K., Wang H.J., Harth C.M., Mühle J.,
and Porter L.W. Renewed growth of atmospheric methane // Geophysical Research Letters. 2008. V. 35.
6 pp.
33. Shakhova N., Semiletov I., Salyuk A., Kosmach D. and Bel’cheva N. Methane release on the
Arctic East Siberian shelf // Geophysical Research Abstracts. 2007. 9, 01071.
REFERENCES
1. Aksyutin O.E. 50 years of underground gas storage in Russia (http://www.gazprom.ru/f/
posts/27/233865/50-years-underground-gas-storage-russia-ru.pdf) (in Russian).
2. Bazhin N.M. Methane in the atmosphere. Soros Educational Journal. 3, 52–57 (2000) (in
Russian).
3. Buhgalter E.B., Budnikov B.O., Mozharova N.V. The tightness of underground gas storage
378
Снакин В.В., Доронин А.В. и др.
Метан
в
атмосфере:
динамика и источники
facilities based on soil-ecological monitoring data (http://www.ooomzm.ru/articles/38/) (in Russian).
4. Buhgalter E.B., Dedikov E.V., Buhgalter L.B., Khabarov A.V., Budnikov B.O. Ecology of
underground gas storage. 431 p. (Moscow: MAIK «Nauka / Interperiodica», 2002) (in Russian).
5. Vinogradova O.
The
gas storage industry.
Neftegazovaya
vertical’. 19 (2016) (http://www.ngv.
ru/magazines/article/industriya-khraneniya-gaza/?sphrase_id=6361587) (in Russian).
6. Vlasov S.V., Snakin V.V., Vlasova I.V., Chudovskaya I.V.
The
way to ensure ecological safety
of underground gas storage. Izobreteniya. Poleznye modeli. Official Bulletin of the Federal Service for
Intellectual Property, Patents and Trademarks. 26, 43 (2015) (in Russian).
7. Vompersky S.E. Marsh. The Great Russian Encyclopedia. 3, 733–736 (Moscow: Bol’shaya
Rossijskaya Enciklopedia, 2005) (in Russian).
8. Darvaz Gas Crater, Turkmenistan (http://www.advantour.com/rus/turkmenistan/darvaza-
gas-crater.htm) (in Russian).
9. Harris N.A. Resource-saving technologies in the operation of equipment of pumping and
compressor stations. 2015 (http://studopedia.org/11-36556.html) (in Russian).
10. Glagolev M.V., Filippov I.V. Inventory of Methane Absorption by Soils. Dynamics of the
Environment and Global Climate Change. 2 (2), 20 (2011) (in Russian).
11. Global warming of the Earth’s climate and the greenhouse effect (http://www.poteplenie.ru/)
(in Russian).
12. Elizarova G.S.
The
concept of a resource-saving strategy for the development of underground
storage of natural gas. Problemy sovremennoj economiki. 4 (40) (2011) (http://www.m-economy.ru/art.
php?nArtId=3850) (in Russian).
13. Zavarzin G.A., Clark W. Biosphere and climate in the eyes of biologists. Priroda. 6, 65–77
(1987) (in Russian).
14. Iskhakov A.Ya. Control of reservoir losses and tightness of underground gas storage facilities
on the basis of geophysical methods and geological and technological modeling. PhD dissertational work.
120 p. (Moscow: VNIIGAZ, 2013) (in Russian).
15. Kallistova A.Yu. Aerobic oxidation of methane in the covering soil of the landfill for solid
household waste. PhD dissertational work. 141 p. (Moscow, 2007) (in Russian).
16. Knizhnikov A.Yu., Tetel’min V.V., Bunina Yu.P. Analytical report on the problem of rational
use of associated petroleum gas in Russia. 62 p. (Moscow: WWF of Russia, 2015) (in Russian).
17. Polokhalo V. On underground gas storage facilities in the country (http://www.stoletie.ru/
politika/kolonialnoe_nasledie_ukraini_2009-03-02.htm) (in Russian).
18.
Associated petroleum gases.
2010 (https://ria.ru/economy/20100201/206673791.html) (in
Russian).
19. Prasolov E.M., Sergeev S.A. On the origin of methane in water samples from wells near the
Inčukalns gas storage facility. Conclusion from the study of the isotope composition of carbon. 2 pp.
(S.-Petersburg, 2005) (in Russian).
20. Smirnov S. Japan took the path of the «hydrate revolution». Vedomosti, 12.03.2013 (http://
www.vedomosti.ru/technology/articles/2013/03/12/yaponskaya_jogmec_vpervye_v_mire_dobyla_
gaz_iz_gidrata) (in Russian).
21. Snakin V.V., Vlasov S.V., Chudovskaya I.V., Vlasova I.V., Chernichkin R.V. Use of
metanotrophs in the underground storage of natural gas to reduce environmental risk. Modern problems
of physiology, ecology and biotechnology of microorganisms. Materials of the All-Russian Symposium.
P. 210 (Moscow, 2014) (in Russian).
22. Stępniewska Z., Stępniewski W. Variability of atmospheric methane and its Consequences.
Global environmental processes. Materials of the international scientific conference. Ed. by V.V. Snakin.
P. 92–96 (Moscow: Academia, 2012).
23. Strange behavior of methane in the Earth’s atmosphere. 2016 (http://www.planet-nwes.ru/
379
2017,
том
39, №
4
strannoe-povedenie-metana-v-atmosfere-zemli/) (in Russian).
24. Shishko G.G. Loss of natural gas in the operation of gas supply systems. 112 p. (Kiev: IPK
Goszhilkomkhoza Ukrainy, 1991) (in Russian).
25. Barber R.D. and Ferry J.G. Methanogenesis. Encyclopedia of life science (Nature Publishing
Group, 2001) (www.els.net).
26. Blake D.R. and Rowland F.S. Continuing worldwide increase in tropospheric methane, 1978
to 1987. Science. 239 (4844), 1129–1131 (1988).
27. Climate Change 2013: The Physical Science Basis. IPCC Working Group I Contribution to
AR5. P. 465–570 (Bern, Switzerland, 2016).
28. Dlugokencky E. J., Arlene M. Fiore, Larry W. Horowitz and West J. Jason. Impact of
meteorology and emissions on methane trends, 1990–2004. Geophysical Research Letters. 33, 4 pp.
(2006).
29. GalchenkoV.F., Lein A., Ivanov M. Biological Sinks of methane. Exchange of trace gases
between terrestrial ecosystems and the atmosphere. Ed. by M.O. Andreae and D.S. Schimel. P. 59–71.
(John Wiley & Sons Ltd., 1989).
30. GISMETEO. News 27.02.2016 (https://www.gismeteo.ru/news/proisshestviya/18138-
utechka-metana-v-kalifornii-byla-krupneyshey-za-istoriyu-ssha/) (in Russian).
31. Nighttime lights of the world. 2014 (http://genby.livejournal.com/306801.html).
32. Rigby M., Prinn R.G., Fraser P.J., Simmonds P.G., Langenfelds R.L., Huang J., Cunnold D.M.,
Steele L.P., Krummel P.B., Weiss R.F., O’Doherty S., Salameh P.K., Wang H.J., Harth C.M., Mühle J.,
and Porter L.W. Renewed growth of atmospheric methane. Geophysical Research Letters. 2008. 35, 6 pp.
33. Shakhova N., Semiletov I., Salyuk A., Kosmach D. and Bel’cheva N. Methane release on the
Arctic East Siberian shelf. Geophysical Research Abstracts. 9, 01071 (2007).
