Эффективность внедрения инновационных технологий, направленных на сокращение потерь газа

Актуальность темы обусловлена необходимостью повышения эффективности процессов, связанных с потерями природного газа, в условиях ужесточения экологиче- ских требований и экономических вызовов. В связи с этим востребовано рассмотрение потерь природного газа при добыче, хранении, переработке и транспортировании. Технологические потери газа в газораспредели- тельных системах – это неконтролируемые утечки газа, которые влияют на надёжность и безопасность объектов и оборудования [1–3]. Потери газа при ремонтных работах на магистральных газопроводах включают, например, стравливание газа в атмосферу при подготовке участка газопровода к ремонтным работам. Существует проблема противоречия между стремлением к увеличению объёмов транспортировки газа и необходимостью минимизации воздействия на окружающую среду. Отмечается неоднозначность оценок эффективности различных методов снижения потерь в научном сообществе. Актуальной является необходимость системного подхода к оптимизации процессов, который включает внедрение инновационных технологий, совершенствование материалов, оборудования и других элементов.

Цель работы заключается в оценке эффективности инновационных технологий для сокращения потерь газа в различных технологических процессах, а также в оценке эффективности инновационных технологий для минимизации потерь газа. Для достижения поставленной цели необходимо решить ряд задач, таких как анализ существующих технологий и выявление направлений возможных улучшений, рассмотрение инновационных подходов в газовой отрасли, направленных на оптимизацию процессов, сравнение традиционных и новых технологических решений с точки зрения их эффективности, экономической целесообразности и воздействия на окружающую среду, а также изучение примеров успешного внедрения инновационных технологий на газоперерабатывающих предприятиях в различных странах [4–6].

Цель исследования эффективности внедрения инновационных технологий, направленных на сокращение потерь природного газа, заключается в оценке того, насколько данные нововведения позволяют минимизировать потери газа и снизить воздействие на окружающую среду.

Материалы и методы исследования

Методы исследования предусматривают анализ существующих работ по теме оптимизации процессов, связанных с потерями природного газа; сравнительный анализ с существующими методами; анализ кейсов на примере отечественного и зарубежного опыта. Для исследования используется методика комплексной оценки проектов, учитывающая экономические, экологические и инновационные параметры, а также экологический контекст.

Результаты исследования и их обсуждения

Потери природного газа в технологических процессах имеют экономические и экологические последствия, а также влияют на безопасность объектов и оборудования. «Технологические потери – это неизбежные и безвозвратные потери газа, обусловленные технологическими особенностями процессов, требованиями нормативных документов и физико-химическими характеристиками газа» [3].

Внедрение инновационных технологий позволяет сократить потери природного газа в технологических процессах в различных областях: добыче, транспортировке, переработке и хранении [4–6] (рис. 1).

Эффективность внедрения инновационных технологий, направленных на сокращение потерь природного газа, оценивается по различным параметрам, которые учитывают экономическую и экологическую результативность проектов. Такие технологии могут быть направлены на минимизацию утечек газа, оптимизацию процессов добычи, транспортировки, подземного хранения газа и другие направления. Для оценки эффективности внедрения инновационных технологий применяются различные методы [3, 7–10] (рис. 2).

Использование инновационных технологий и сокращение потерь природного газа имеют экономические аспекты, связанные с оптимизацией процессов добычи, транспортировки и хранения газа, снижением затрат и минимизацией рисков [11, 12]. Эти аспекты включают внедрение новых технологий, применение методов сокращения потерь, экономическую оценку эффективности и нормативно-правовую базу, регулирующую внедрение инноваций.

Использование инновационных технологий для сокращения потерь природного газа также имеет экономические аспекты, связанные с оптимизацией процессов транспортировки, хранения и переработки газа, а также с минимизацией утечек и выбросов газа в атмосферу [13–17], что наглядно представлено на рис. 3.

Повышение газоотдач и в газовых месторождениях. Например, горизонтальное бурение и многостадийный гидроразрыв пласта, которые позволяют максимально использовать площадь пласта для отбора газа. Также используются технологии улучшения структуры пластов и снижения вязкости газоконденсата, например, гидравлический разрыв пласта (ГРП) и кислотная обработка пласта.

Ускоренное исследование скважин на стационарных режимах фильтрации. Исследование производится непрерывно, без остановки скважины между режимами, что сокращает время работ на проведение испытаний и потери газа на собственные нужды.

Технология предупреждения гидратообразования - метанол подают в шлейф только тогда, когда начинается процесс гидратообразования, и в необходимых количествах.

Применение интеллектуальных систем управления потоками в магистральных газопроводах, которые минимизируют потери.

Использование композитных материалов при строительстве трубопроводов, что снижает риск коррозии и увеличивает срок службы инфраструктуры.

Внесение систем улавливания и утилизации попутного газа на компрессорных станциях, что снижает объёмы выбросов метана в атмосферу.

Использование электроприводных компрессоров вместо газотурбинных агрегатов, что сокращает углеродный «след» транспортной системы.

Применение теплообменников нового поколения для утилизации тепла отходящих газов компрессорных станций, что повышает общую энергоэффективность системы.

Переработка газа

^ Использование мембранных технологий в системе осушки природного газа, которые позволяют разделить воду и абсорбент с минимальным! потерями абсорбента. Например, первапорация позволяет отделять воду от абсорбента с минимальным! затратами энергии.

Вакуумная регенерация абсорбента, которая снижает температуру регенерации, что уменьшает потребление энергии.

^ Улучшение очистки абсорбента— использование азеотропных растворителей, которые восстанавливают абсорбирующие свойства абсорбента и продлевают его срок эксплуатации.

^ Использование высокопродуктивных газовых скважин и скважин большого диаметра, что повышает экономичность эксплуатации подземных газохранилищ (ПХГ).

S Регулирование объёмов нагнетания и отбора газа— это позволяет осуществлять как одновременную эксплуатацию всех объектов, так и только отдельных объектов (при необходимости) через скважины, в зоне которых нужно увеличивать или уменьшать объём нагнетания или отбора.

^ Повышение (поддержание) или замедление (снижение) пластового давления в погружённой части искусственной газовой залежи, что позволяет уменьшить буферный объём газа и увеличить его отбор, а также ликвидировать возможность растекания газа за пределы структурной ловушки в процессе нагнетания.

^Использование ингибитора гидратообразования— его подают в поток газа, закачиваемого в подземное хранилище, что позволяет безгидратно эксплуатировать скважины.

Рис. 1. Влияние внедрения инновационных технологий на сокращения потерь природного газа в технологических процессах газовой отрасли Источник: составлен автором

Эти аспекты включают:

• -    снижение затрат на транспортировку газа за счёт внедрения интеллектуальных систем управления потоками и использования композитных материалов при строительстве трубопроводов;

• -    оптимизацию процессов подземного хранения, включая разработку новых технологий, которые увеличивают произво-

• дительность отбора газа при том же геометрическом объёме хранилища, уменьшают потери и расход газа на собственные нужды;

• -    устранение утечек за счёт использования систем мониторинга, которые оперативно обнаруживают и отслеживают утечки, а также применения методов их устранения без остановки газоснабжения.

  
  
  
  
  
  

  Повышение газоотдачи в газовых месторождениях. Например, горизонтальное бурение и многостадийный гидроразрыв пласта, которые позволяют максимально использовать площадь пласта для отбора газа. Также используются технологии улучшения структуры пластов и снижения вязкости газоконденсата, например, гидравлический разрыв пласта (ГРП) и кислотная обработка пласта.

  Ускоренное исследование скважин на стационарных режимах фильтрации. Исследование производится непрерывно, без остановки скважины между режимами, что сокращает время работ на проведение испытаний и потери газа на собственные нужды.

  Технология предупреждения гидратообразования - метанол подают в шлейф только тогда, когда начинается процесс гидратообразования. и в необходимых количествах.

  
  

  Применение интеллектуальных систем управления потоками в магистральных которые минимизируют потерн.

  Использование композитных материалов при строительстве трубопроводов, что коррозии и увеличивает срок службы инфраструктуры.

  Внедрение систем улавливания и утилизации попутного газа на компрессорных снижает объёмы выбросов метана в атмосферу.

  
  

  газопроводах.

  
  

  снижает риск

  
  

  станциях, что

  
  

  Использование электроприводных компрессоров вместо газотурбинных агрегатов, что сокращает углеродный «след» транспортной системы.

  Применение теплообменников нового поколения для утилизации тепла отходящих газов ^ компрессорных станций, что повышает общую энергоэффективность системы.

  
  

  ^ Использование мембранных технологий в системе осушки природного газа, которые позволяют разделить воду и абсорбент с минимальными потерями абсорбента. Например, первапорация позволяет отделять воду от абсорбента с минимальными затратами энергии.

  Вакуумная регенерация абсорбента, которая снижает температуру регенерации, что уменьшает потребление энергии.

  ^ Улучшение очистки абсорбента— использование азеотропных растворителей, которые восстанавливают абсорбирующие свойства абсорбента и продлевают его срок эксплуатации.

  
  
  
  
  

Рис. 2. Эффективность внедрения инновационных технологий и сокращения потерь природного газа Источник: составлен автором

Некоторые направления инновационных технологий для сокращения потерь природного газа:

• -    Интеллектуальные системы управления – обеспечивают оптимальные режимы транспортировки в реальном времени.

• -    Системы динамического ценообразования учитывают текущий спрос, загруженность передающей сети и рыночные условия, что побуждает потребителей потреблять более равномерно и снижает пиковые нагрузки в системе [2].

• -    Инновационные конструкции танкеров-газовозов – системы повторного сжижения испарившегося газа, которые сокращают потери при перевозке.

Некоторые примеры реализации проектов по внедрению инновационных технологий для сокращения потерь природного газа:

• -    Замена сменных проточных частей центробежных компрессоров – обеспечи-

• вает оптимальные режимы работы газоперекачивающих агрегатов, повышает КПД и уменьшает потребление топливного газа.

• -    Внедрение эжекторов на компрессорных станциях – метод сохранения газа в технологических коммуникациях и контуре нагнетателя газоперекачивающего агрегата для минимизации потерь при стравливании газа в атмосферу при проведении ремонтов.

Как известно, для оценки затрат компаний, связанных с технологическими процессами, используются CAPEX (капитальные затраты – расходы на приобретение, модернизацию или создание долгосрочных активов) и OPEX (операционные расходы – повседневные затраты на ведение бизнеса, необходимые для обеспечения текущей деятельности компании) – так называемые измеримые модели, показатели которых отражают разные виды расходов и по-разному учитываются в финансовых расчётах.

У

Инновационные технологии

Автоматизированные буровые установки - работают в режиме 24/7, выполняют все необходимые операции, включая настройку параметров бурения и контроль за геологическими условиями. Это повышает безопасность и увеличивает производительность бурения.

Использование ЗО-моделирования и цифровых двойников - позволяют создать виртуальные модели объектов и процессов, что помогает оптимизировать проектирование, строительство и эксплуатацию. Цифровые двойники в реальном времени отражают работу оборудования н его взаимодействие с окружающей средой, что позволяет более точно прогнозировать износ, планировать техническое обслуживание и предотвращать аварийные ситуации.

Инновационные конструкции танкеров-газовозов - оснащены системами повторного сжижения испарившегося газа, что сокращает потери при перевозке.

Сокращение потерь

Использование замкнутых буровых систем - сохраняют буровые растворы для многократного

использования, снижая загрязнение

и производственные затраты.

Применение систем обнаружения утечек - раннее выявление позволяет быстро реагировать, обеспечивает соответствие нормативам и повышает безопасность объекта

Использование технологий сжатия и охлаждения - применение передовых компрессоров и охладительных систем позволяет сократить объёмы газа и обеспечить его сохранность на длительные

Надёжные меры по герметизации хранилищ - постоянный мониторинг снижает риск потери запасов на длительные периоды.

Учёт экономической целесообразности— инновационные технологии и методы сокращения потерь анализируются с учётом затрат, рисков и экологических эффектов.

ч

Учёт рисков— при внедрении инноваций анализируются специфические риски, связанные с реализацией технологий, например, увеличение затрат на проект из-за отсутствия опыта реализации подобных проектов в определённых условиях.

>--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Стимулирование инновационной деятельности— в газовой отрасли есть меры налогового, тарифного и других видов государственного регулирования, которые помогают внедрять инновации

Рис. 3. Сокращение потерь природного газа за счёт применения инновационных технологий Источник: составлен автором

Также в практике применяется методика «комплексной оценки» при оценке потерь газа в технологических процессах, которая включает учёт различных факторов, использование определённых методов и применение нормативной базы. Целью данной методики является определение объёмов потерь, связанных с технологическими операциями, и формирование норм потерь по источникам, процессам и в целом по объекту, что наглядно представлено на рисунке 4 [16, 17].

Для оценки эффективности внедрения инновационных технологий, направленных на сокращение потерь природного газа в технологических процессах, за основу можно принять методологию комплексной оценки ресурсоэффективности, предусматривающую интегральный расчёт и сравнительную оценку показателей эффективности компаний газовой отрасли. Оценка проводится с помощью системы показателей, отражающих функционирование производственной, экономической, финансовой, инвестиционной, энергетической и экологической сфер деятельности. Принимая за основу данный подход, для оценки эффективности внедрения инновационных технологий, направленных на сокращение потерь природного газа в технологических процессах, могут применяться некоторые методы (табл. 1) [20].

Включает

М

Учёт только потерь, которые

В технологические потери не включают потери, вызванные нарушением правил эксплуатации

Рис. 4. Методика «комплексной оценки» при определении потерь газа в технологических процессах Источник: составлен автором

Таблица 1

Методы оценки эффективности внедрения инновационных технологий, направленных на сокращение потерь природного газа в технологических процессах

Методы	Действия
Анализ экономического эффекта	Необходимо проанализировать технологические параметры, заявленные подрядчиком, оценить их в стоимостном выражении и сравнить с полной стоимостью работы, выполненной без использования технологии
Оценка актуальности технологии	Актуальность технологии оценивается за счёт использования существующих систем отслеживания технологических трендов
Определение надёжности технологии	Надёжность технологии, применяемой в рамках проекта, определяется на базе информации об истории её использования

Источник: составлено автором.

Анализируя вышеперечисленные используемые подходы, методы и методики в наших исследованиях, основное внимание было уделено не финансово-экономическим составляющим, а технико-экономическим аспектам оценки технологий, направленных на сокращение потерь газа в технологических процессах, в частности в нефтегазовой отрасли, с учётом ряда факторов, таких как выбор технологии обработки газа, географическое положение и характеристики месторождений УВ, выбор варианта подготовки газа, подбор размеров установки, использование энергосберегающих материалов и технологий и др. [18–21].

Анализ промысловых материалов показывает, что внедрение инновационных технологий, направленных на сокращение потерь природного газа в технологических процессах, требует значительных финансовых затрат на этапе реализации, однако в итоге позволяет сэкономить природные ресурсы и продлить срок службы оборудования и сопутствующей инфраструктуры.

Для оценки эффективности внедрения инновационных технологий, направленных на сокращение потерь природного газа в технологических процессах, рассмотрим пример затрат на основное технологическое оборудование для улавливания теряемого газа. В таблице 2 приведены примерные показатели одной из газотранспортирующих компаний по капиталовложениям, необходимым для приобретения основного оборудования для улавливания газов, отводимых в атмосферу. Подбор оборудования был осуществлён на основе расчёта геометрических размеров эжектора. При расчёте срока окупаемости эжекционной установки также были учтены затраты на монтажные и пусконаладочные работы (14,2 % от стоимости газового оборудования).

Таблица 2

Затраты на основное технологическое оборудование для улавливания теряемого газа

Источник: составлено автором.

Технологическое оборудование	Количество, шт	Цена за 1 единицу, руб.	Общая стоимость, руб.
Эжектор	8	70000	560000
Газопровод 32×3 мм	16 (по 12 м)	4000	64000
Газопровод 25×2,8 мм	8 (по 12 м)	4000	32000
Регулятор давления типа	8	279000	2232000
РД-25-64	16	1500	24000
Манометр	8	3500	28000
Фильтр типа МС	8	400	3200
Кран шаровый (ДУ 25 11Б27П)	16	760	12160
Кран шаровый (ДУ 32 11Б27П)	8	70000	560000
Общая сумма, руб.		2955360

Таблица 3

Корпоративные экологические цели ПАО «Газпром» на 2023–2025 гг.

Источник: составлено автором.

Корпоративная экологическая цель	Базовый уровень 2018 г.	Фактический показатель 2024 г.
Снижение выбросов парниковых газов при транспортировке природного газа, т СО2-экв. /млрд м3ˑкм	6,70	47,05
Снижение выбросов оксидов азота в атмосферу, т/млн м3 топливного газа	4,23	3,96
Снижение сверхнормативного сброса загрязняющих веществ в поверхностные водные объекты, %	5,26	0,02
Снижение доли отходов, направляемых на захоронение, от общей массы отходов, находящихся в обращении, %	37,53	11,93
Снижение доли дочерних обществ, превысивших 5% уровень платы за сверхнормативное воздействие на окружающую среду, %	35	8,11

Таблица 4

Показатели ПАО «Газпром» в области охрану окружающей среды

Показатели	Годы
	2022	2023	2024
Выбросы парниковых газов, млн т CO2 – экв.	213,5	209,6	221,2
Среднегодовые цены на основные сырьевые товары Природный газ (Нидерланды), долл. / тыс. м3	1 428	460	385
Расходы Газпром на охрану окружающей среды в РФ, млрд руб.
Текущие затраты на охрану окружающей среды	40,4	43,5	48,9
Инвестиции в основной капитал, направленные на охрану окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов	48,0	52,1	38,3
Плата за негативное воздействие на окружающую среду	0,7	0,6	0,7
Всего	89,1	96,2	87,9

Источник: составлено автором.

Нефтегазовые компании России уделяют особое внимание сокращению потерь газа и выбросов парниковых газов при различных технологических и производственных процессах. Показатели по данному направлению ПАО «Газпром» приведены в таблицах 3 и 4 [22].

Например, за счёт внедрения инновационных технологий (реализации проекта по замене сменных проточных частей центробежных компрессоров), направленных на сокращение потерь природного газа в технологических процессах, в 2024 году в ООО «Газпром трансгаз Югорск» сэкономлено 315,6 млн м³ природного газа. Кроме того, благодаря этому проекту сэкономлено 15,3 млн кВт·ч электрической энергии, а общая экономия средств составила 1,23 млрд рублей [22].

Нефтяные компании используют передовую технологию «Picaro» для выявления и устранения утечек метана. Внедрение умных счетчиков и технологий искусственного интеллекта позволяет совершенствовать системы мониторинга, отчётности и верификации (MRV). Анализ существующей системы показывает, что она недостаточно эффективна и аналитична, тогда как новая MRV-система интегрируется с метановой системой искусственного интеллекта и обеспечивает своевременную и точную информацию для принятия решений.

В рамках комплексного подхода, включающего использование спутников, дронов и наземных инструментов (таких как OGI-камеры), возможно выявление утечек и предотвращение потерь газа. Использование лазерных и тепловизионных устройств позволяет создавать системы для своевре- менного обнаружения и устранения выбросов метана в атмосферу, улучшая контроль целостности и исключая источники выбросов парниковых газов на производственных объектах. Применение беспилотных летательных аппаратов обеспечивает непрерывный экологический мониторинг целостности инфраструктуры производственных объектов [7, 17–21].

Заключение

Внедрение инновационных технологий, направленных на сокращение потерь природного газа, может быть эффективным за счёт оптимизации процессов, минимизации утечек и снижения эксплуатационных затрат. Это особенно важно в условиях растущего спроса на энергоресурсы и ужесточения экологических норм.

Анализ показывает, что экономическая выгода от использования композитных материалов для устранения утечек газа достигается следующими способами: высокая скорость ремонта; устранение временной неисправности в газопроводе с последующей продувкой и перезапуском без остановки или прерывания процесса транспортировки газа; отсутствие необходимости в использовании взрывных методов; возможность проведения ремонта в труднодоступных местах, в том числе под водой.

Внедрение инновационных технологий, направленных на сокращение потерь природного газа, является эффективным и экономически целесообразным. Кроме того, использование таких технологий способствует минимизации воздействия на окружающую среду, что особенно важно в условиях глобальных экологических требований.