Как строят подземные хранилища газа?
В пластах водоносного типа подземные хранилища требуют тщательного анализа участка, разведывательных работ и промышленной закачки ресурса в многочисленные новые скважины. При составлении проекта, прежде всего, учитывают оптимальные способы стабильной и равномерной работы создаваемого газопровода в пиковые сезоны.
Только после этого принимается решение об обустройств, ведется строительство и составляется график потребления ресурса по часам на несколько месяцев вперед. Для выравнивания неравномерности потребления запаса газохранилищ используют три метода:
- градусная и температурная недостаточность, а также значение тепла на обеспечение одного градусодня при недостатке температуры;
- норма расхода запаса для обогрева потребителей в отопительный сезон;
- вычисление коэффициентов газопотребления с учетом месячной неравномерности.
Научное развитие ПХГ
На сегодняшний день[когда?] главную роль в развитии системы подземного хранения газа России играет научная деятельность ООО «Газпром ВНИИГАЗ», среди направлений деятельности которого:
- Разработка стратегии развития системы хранения газа.
- Геологическое сопровождение поиска объектов для создания ПХГ.
- Технологическое проектирование ПХГ
- Интеллектуализация подземного хранения газа.
- Разработка технологий и технологических проектов временных подземных хранилищ попутного нефтяного газа
- Комплексный геолого-промысловый мониторинг эксплуатации ПХГ.
- Разработка нормативных документов в области создания и эксплуатации ПХГ.
- Разработка технологий заканчивания и капитального ремонта скважин ПХГ.
- Разработка скважинного оборудования для скважин ПХГ, включая фильтры для условий неустойчивого пласта-коллектора.
- Авторский надзор за созданием и эксплуатацией подземных хранилищ газа.
- Разработка технологических режимов закачки и отбора газа на основе современных математических моделей.
- Разработка новейших технологий хранения газов.
- Использования технологий подземного хранения для захоронения газообразных промышленных выбросов.
- Оценка экономической эффективности ПХГ.
ООО «Газпром ВНИИГАЗ» выполнены и реализованы технологические проекты практически всех ПХГ, эксплуатирующихся в России, странах СНГ и многих ПХГ Восточной Европы, в том числе:
- крупнейшего в мире ПХГ в водоносном пласте (Касимовское ПХГ, Центральный ФО);
- крупнейшего в мире ПХГ в истощенном газовом месторождении (Северо-Ставропольское ПХГ, Южный ФО);
- ПХГ в малоамплитудных поднятиях (Невское ПХГ, Северо-Западный ФО);
- единственного в мире хранилища в горизонтальном пласте (Гатчинское ПХГ, Северо-Западны ФО);
- ПХГ в истощенных газовых резервуарах рифового типа (Канчурино-Мусинский комплекс, Приволжский ФО);
- ПХГ в неоднородных терригенных коллекторах водоносных пластов и истощенных месторождений (Увязовское ПХГ, Центральный ФО).
Новые направления использования технологий ПХГ
- Создание временных хранилищ попутного нефтяного газа;
- Использование технологий ПХГ для утилизации СО2 и других газообразных промышленных выбросов;
- Создание интеллектуальных ПХГ;
- Создание подземных хранилищ гелия;
- Создание ПХГ для приема регазифицированного СПГ с танкеров-метановозов
Особенности создания ПХГ
В 95% случаев ПХГ создаются выдавливанием газом воды, остатков нефти из пористых пластов. Таким образом создаются «емкости» для хранения «голубого» топлива.
А самой главной особенностью является то, что применявшийся для выдавливания жидкостей объем газа в дальнейшем не может быть использован для поставки потребителям. Его задача заключается в том, чтобы не допустить возвращения воды, остатков углеводородов на старое место. В противном случае хранилище просто перестанет существовать.
То есть указанный газ является буферным. Его, как правило, бывает не меньше половины от всего объема, закачанного в ПХГ. А в отдельных случаях буферного газа в 3 раза больше, чем того, что можно использовать для поставки потребителям, который называется активным.
Интересно, что количество буферного газа предварительно исчислить невозможно. То есть все проверяется исключительно экспериментальным способом. На что во многих случаях тратятся годы. Но все же, когда полученный результат неудовлетворительный, то буферный газ можно выкачать в полном объеме.
Это интересно: Можно ли вешать микроволновку над газовой плитой: правила и требования безопасности
Классификация ПХГ
Чтобы уравновесить потребление ресурса по сезонам, происходящее неравномерно в любом газовом промысле или газопроводе магистрального назначения, запасы нужно хранить герметично в определенных хранилищах. Для этого используют месторождения, выработка которых истощена, ловушки в водонапорных системах в пластах породы, а также особенные трещины или каверны, образующиеся природным путем или искусственным. Все ПХГ можно разделить на категории в зависимости от их характеристик работы и особенностей эксплуатации.
Режим работы ПХГ
Классификация по работе в пористом пласте позволяет выделить несколько типов ПХГ:
- базисные обустраиваются для регулировки неравномерности в графике газового потребления на протяжение нескольких месяцев. Режим работы в период отбора стабилен;
- пиковые требуются для удовлетворения суточной неравномерности отбора газа, при этом производительность сильно меняется;
- газгольдерное наземное хранилище обеспечивает стабильность закачки природного ресурса в разгар сезона отбора, при этом количества закачиваемого ресурса хватает на короткий период времени;
- стратегические нужны для запасов ресурса в исключительные случаи, поэтому их работа должна быть безопасной в течение долгого периода времени.
Назначение
По своему назначению подземные хранилища можно разделить на базовые, локальные и районные. Каждый тип отличается своим объемом:
базовые ПХГ содержат десятки миллиардов кубометров газа, вырабатывая до нескольких сотен млн. кубометров в 24 часа
Такое хранилище отличается региональным значением и важно для промышленных предприятий и транспортной системы; районные ПХГ вмещают до 10 млрд. кубометров ресурса, вырабатывая десятки млн. кубометров в сутки
Значение такого хранилища – районное, рассчитанное на группы конечных потребителей и часть газотранспортной системы; локальное ПХГ рассчитано на сотни млн. кубометров, производительность достигает 10 млн. кубометров за день. Значение этого типа отличается локальностью, а потребители – единицами
кубометров в сутки. Значение такого хранилища – районное, рассчитанное на группы конечных потребителей и часть газотранспортной системы; локальное ПХГ рассчитано на сотни млн. кубометров, производительность достигает 10 млн. кубометров за день. Значение этого типа отличается локальностью, а потребители – единицами.
Объекты эксплуатации
Подземные газовые хранилища могут работать в следующих объектах:
- водоносный пласт;
- выработанное газовое хранилище или нефтяное месторождение, газоконденсатная скважина.
Для каждого из объектов предусмотрено количество – один пласт или многопластовая система складов.
Колебания и пики
ПХГ (подземные хранилища газа) в значительной мере способствуют надежности снабжения потребителей газом. Они позволяют выравнивать суточные колебания газопотребления и удовлетворять пиковый спрос в зимний период. Особенно важны ПХГ в России с ее климатическими особенностями и удаленностью источников ресурсов от конечных потребителей. В России действует не имеющая мировых аналогов Единая система газоснабжения (ЕСГ), ее неотъемлемая часть — система ПХГ. Подземные хранилища позволяют гарантированно обеспечивать потребителей природным газом независимо от времени года, колебаний температуры, форс-мажорных обстоятельств.
В зимнее время действующие 25 хранилищ обеспечивают до четверти суточных ресурсов газа ЕСГ России, что сопоставимо с суммарным отбором из Ямбургского, Медвежьего и Юбилейного месторождений.
Это интересно: Баротравма — делимся знаниями
Что дальше?
Из данных по закачке газа, находящегося в собственности «Газпрома», в европейские ПХГ часто делается вывод: мол, российская монополия будет продавать это топливо в моменты пиковых спотовых цен на биржевом рынке. Возможно, так оно и будет.
В то же время следует отметить, что «Газпром» закачивает топливо в европейские хранилища не первый год со стандартной формулировкой — для стабильного выполнения экспортных контрактов. Принесёт ли эта зима сюрпризы? Стратегия «Газпрома» на европейском направлении меняется буквально у нас на глазах. Плюс у компании появились или расширились мощности ПХГ в соляных кавернах, наиболее удобные для операций по биржевой торговле, в то время как раньше «Газпром» в большей степени опирался на традиционные ПХГ (тот же австрийский «Хайдах» — это хранилище на базе выработанного месторождения).
Герметичны ли хранилища?
Утечки топлива являются частыми процессами, избежать которых невозможно. Так как причин слишком много.
Для удобства их делят на 3
- геологические;
- технологические;
- технические.
К группе геологических причин относят неоднородность покрышек ПХГ, наличие тектонических разломов, а также особенности гидродинамики и геохимии. К примеру, газ может просто мигрировать по пласту, и специалисты на это никак не повлияют.
Технологические причины относятся к наиболее частым так, как регулярно случаются ошибки при оценке каких-либо фактов. К примеру, эффективности гидроловушек, запасов газа, происходящих физико-химических процессов.
Нередко, чтобы добраться до нужных пластов применяется бурение скважин. Причем его технология ничем не отличается от аналогичных процедур при попытке добраться к залежам газа, нефти
Технические причины чаще всего связаны с состоянием используемых скважин, с помощью которых осуществляется закачка газа.
Это интересно: Буря — объясняем суть
Для чего нужны?
Газовые хранилища различаются по назначению, режиму работы, производительности и типу расположения. Они являются стратегической составляющей ЕСГ – Единой системы газоснабжения России – и помогают решить такие проблемы, как:
- удовлетворение потребности в ресурсе в периоды повышенного потребления (холодное время года);
- компенсация суточных колебаний потребления;
- соблюдение максимально экономичного режима эксплуатации газотранспортных магистралей;
- обеспечение равномерности поставок природного газа за рубеж;
- долгосрочный резерв газа на случай внештатных ситуаций или аномальных холодов.
Как устроены?
ПХГ располагаются вблизи главных районов. Всего на территории РФ 25 газовых хранилищ. Большая часть оборудована в истощенных газовых и нефтяных месторождениях. Последний способ является наиболее практичным и выгодным, так как в этом случае не требуется строительство дополнительных сооружений, а эти хранилища отличаются максимальной вместимостью полезного ресурса. Также практикуется организация в водоносных слоях, залежах соли и каменного угля. Самое большое подземное хранилище газа в мире – бывшее Северо-Ставропольское месторождение.
Хранилища, организованные в солевых кавернах, заслуживают отдельного внимания, пусть и уступают по масштабу истощённым месторождениям. Солевая пещера имеет способность к самостоятельному “заживлению” трещин, потому является наиболее герметичным “резервуаром” для хранения природного газа.
Газ, предназначенный для долговременного хранения, пройдя через пункт замера и учёта, подвергается обработке: его компримируют (сжимают) до 12-15 МПа, очищают от примесей, таких как компрессорное масло, попавшее в поток “по пути” к хранилищу, охлаждают и обогащают водяными парами. Теперь “голубое топливо” готово к подаче на газораспределительную площадку и к закачиванию в скважину.
Когда появляется потребность в хранимом газе, он снова подвергается очистке, но в этот раз от твердых примесей, таких как песок, глина и т.д., и после повторного осушения газ отправляется обратно в магистраль.
Существуют также СПГ-хранилища. Это достаточно затратно, но становится настоящим спасением в тех случаях, когда отсутствует возможность строительства ПХГ вблизи потребителя. Такой вид хранилищ пока что не обрел достаточной популярности в России, но потребность в развитии этой идеи остаётся актуальной.
Типы газовых хранилищ
Газовое хранилище представляет собой геологическую структуру или искусственный резервуар, используемый для хранения газа. Работа хранилища характеризуется двумя основными параметрами — объемным и мощностным. Первый характеризует ёмкость хранилища — активный и буферный объёмы газа; второй показатель характеризует суточную производительность при отборе и закачке газа, продолжительность периода работы хранилища при максимальной производительности.
По режиму работы ПХГ подразделяются на базисные и пиковые.
Базисное ПХГ предназначено для циклической эксплуатации в базисном технологическом режиме, который характеризуется сравнительно небольшими отклонениями (увеличением или уменьшением в пределах от 10 до 15 %) суточной производительности ПХГ при отборах и закачках газа от среднемесячных значений производительности. Пиковое ПХГ предназначено для циклической эксплуатации в пиковом технологическом режиме, который характеризуется значительными приростами (пиками) свыше 10-15 % суточной производительности ПХГ в течение нескольких суток при отборах и закачках газа относительно среднемесячных значений производительности.
По назначению ПХГ подразделяются на базовые, районные и локальные.
Базовое ПХГ характеризуется объёмом активного газа до нескольких десятков миллиардов кубических метров и производительностью до нескольких сотен миллионов кубических метров в сутки, имеет региональное значение и влияет на газотранспортную систему и газодобывающие предприятия. Районное ПХГ характеризуется объёмом активного газа до нескольких миллиардов кубических метров и производительностью до нескольких десятков миллионов кубических метров в сутки, имеет районное значение и влияет на группы потребителей и участки газотранспортной системы (на газодобывающие предприятия при их наличии). Локальное ПХГ характеризуется объёмом активного газа до нескольких сотен миллионов кубических метров и производительностью до нескольких миллионов кубических метров в сутки, имеет локальное значение и область влияния, ограниченную отдельными потребителями. По типу различают наземные и подземные газовые хранилища. К наземным относятся газгольдеры (для хранения природного газа в газообразном виде) и изотермические резервуары (для хранения сжиженного природного газа), к подземным — хранилища газа в пористых структурах, в соляных кавернах и горных выработках.
Требования к резервуарам и паркам хранения газа
Важно понимать, что складирование газа требует значительно больше объема, чем твердого тела или жидкости. Поэтому самой сложной задачей является найти герметичные резервуары, емкости для хранения сжиженного газа и прочей продукции. Но природа в этом случае послужила хорошим помощником и уже соорудила их
Природными ПХГ здесь выступают пористые пласты песчаника в земной коре, герметично закупоренные сверху куполом из слоя глины. В порах песчаника можно найти воду, точно так же там могут накапливаться и углеводороды. В ходе работы по созданию ПХГ в водоносном слое газ, который собирается под глиняной покрышкой, толкает воду вниз
Но природа в этом случае послужила хорошим помощником и уже соорудила их. Природными ПХГ здесь выступают пористые пласты песчаника в земной коре, герметично закупоренные сверху куполом из слоя глины. В порах песчаника можно найти воду, точно так же там могут накапливаться и углеводороды. В ходе работы по созданию ПХГ в водоносном слое газ, который собирается под глиняной покрышкой, толкает воду вниз.
Чтобы определить является ли данный пласт-коллектор месторождением газа и нефти, необходимо изначально проверить есть ли в нем углеводороды. Таким образом, герметичность этой структуры уже доказана тем, что в ней скопились углеводороды.
В моменты формирования хранилища часть газа замыкается в пласте-коллекторе с целью создать нужное давление. Такой газ имеет название буферный. Объем буферного газа составляет почти половину от всего газа, закачиваемого в хранилище. Газ, который будут использовать при извлечении из ПХГ, имеет название активный или рабочий.
Следует знать, что наибольшее хранилище активного газа называется Северо-Ставропольским ПХГ. Его объем составляет 43 млрд. кубометров активного газа. Такой цифры без проблем хватает, чтобы обеспечить на год потребление таких стран, как Франция или Нидерланды. Известно, что Северо-Ставропольское ПХГ было сооружено в истощенном газовом месторождении. А хранение газа в подземных хранилищах этого комплекса считается достаточно эффективным.
Парки, которые находятся в истощенном месторождении или водоносном слое, имеют отличие, выражающееся в большом объеме и в маленькой гибкости. Во много раз быстрее закачка и отбор газа проводятся в хранилищах, которые находятся в пещерах каменой соли. На территории России сейчас есть два хранилища, которые находятся в отложениях каменной соли. Их местом расположения является Калининградская и Волгоградская области. Здесь проводится хранение пиролизного и природного газа.
Системы хранения газа
Система хранения продукции – это наличие ее резервных запасов в условиях, которые максимально эффективно способствуют ее количественной и качественной сохранности на протяжении определенного промежутка времени.
Хранение газа целенаправленно формируется при компенсировании нерационального газопотребления, улучшения надежности и работоспособности системы снабжения, быстрореагирующего (аварийные происшествия) и народно-хозяйственного (для формирования надежного и точного планирования в случае возникновения стихийных бедствий) резервирования.
Как известно из истории, самый первый случай хранения сырья произошел в России при собирании светильного газа сухой перегонкой каменного угля на газовом заводе в середине 19 в. (1835 — Петербург, 1865 — Москва). Первыми хранилищами ресурса, которые впоследствии получили широкое распространение, считаются газгольдеры, имеющие низкое давление с переменным объёмом (США, 1895).
На практике газ может храниться как в естественном и сжиженном состоянии, так и в виде гидратов. Ключевую роль в снабжении газом объектов народного хозяйства играет подземное хранение газа в ёмкостях, а также в газгольдерах низкого, среднего и высокого давления.
Подземные конструкции для хранения углеводородного сырья играют немаловажную роль в надежном снабжении потребителей. Их функционирование дает возможность выравнивать суточные колебания газопотребления и справляться с пиковым спросом, как правило, во времена зимнего периода.
Так как Россия – одна из стран, которые имеют определенные климатические особенности и удаленность источников ресурсов от конечных потребителей, то ПХГ в государстве особенно ценятся. Не стоит забывать, что на территории РФ активно задействована «Единая система газоснабжения», не имеющая мировых аналогов, в которую входит как неотъемлемая часть комплекс ПХГ.
Металлические резервуары для хранения газа
Металлические резервуары для хранения газа предоставляют возможность на все 100% потребителям использовать природный ресурс. И совсем не имеет значения, какое сейчас время года, колебания температуры. При этом роли не играет и неожиданное возникновение форс-мажорных обстоятельств.
9.1. Общие положения
Главной целью ГИС-техконтроля является обеспечение получения оптимального объема геофизической информации о техническом состоянии скважин в целях:
— эффективного управления процессами создания и эксплуатации ПХГ,
— своевременной корректировки технологических и проектных решений путем повышения надежности строительства, эксплуатации, реконструкции и ликвидации скважин;
— обеспечения защиты жизни и здоровья граждан и предотвращения загрязнения наземных объектов и подземных гидрогеологических комплексов;
— своевременного проведения экспертного технического диагностирования скважин ПХГ системными геофизическими исследованиями обязательным и дополнительным комплексами методов.
Требования к резервуарам и паркам хранения газа
Важно понимать, что складирование газа требует значительно больше объема, чем твердого тела или жидкости. Поэтому самой сложной задачей является найти герметичные резервуары, емкости для хранения сжиженного газа и прочей продукции
Но природа в этом случае послужила хорошим помощником и уже соорудила их. Природными ПХГ здесь выступают пористые пласты песчаника в земной коре, герметично закупоренные сверху куполом из слоя глины. В порах песчаника можно найти воду, точно так же там могут накапливаться и углеводороды. В ходе работы по созданию ПХГ в водоносном слое газ, который собирается под глиняной покрышкой, толкает воду вниз.
Чтобы определить является ли данный пласт-коллектор месторождением газа и нефти, необходимо изначально проверить есть ли в нем углеводороды. Таким образом, герметичность этой структуры уже доказана тем, что в ней скопились углеводороды.
В моменты формирования хранилища часть газа замыкается в пласте-коллекторе с целью создать нужное давление. Такой газ имеет название буферный. Объем буферного газа составляет почти половину от всего газа, закачиваемого в хранилище. Газ, который будут использовать при извлечении из ПХГ, имеет название активный или рабочий.
Следует знать, что наибольшее хранилище активного газа называется Северо-Ставропольским ПХГ. Его объем составляет 43 млрд. кубометров активного газа. Такой цифры без проблем хватает, чтобы обеспечить на год потребление таких стран, как Франция или Нидерланды. Известно, что Северо-Ставропольское ПХГ было сооружено в истощенном газовом месторождении. А хранение газа в подземных хранилищах этого комплекса считается достаточно эффективным.
Парки, которые находятся в истощенном месторождении или водоносном слое, имеют отличие, выражающееся в большом объеме и в маленькой гибкости. Во много раз быстрее закачка и отбор газа проводятся в хранилищах, которые находятся в пещерах каменой соли. На территории России сейчас есть два хранилища, которые находятся в отложениях каменной соли. Их местом расположения является Калининградская и Волгоградская области. Здесь проводится хранение пиролизного и природного газа.
Закачка газа
Закачку ресурса проводят для хранения при обеспечении переменного давления и расхода ресурса. Компрессорная станция имеет 5%-ный диапазон в момент заполнения и достигает 100% показателя по проектной мощности коллектора. Значения рабочего давления коллектора вычисляют по давлению в газопроводе подвода ресурса и показателям потери давления в водном пласте или шлейфе.
От того, насколько подвижны пласты, режим работы может быть приближен к водонапорному или газовому в случае истощения жилы. При повышении давления закачки эффективность хранилища повышается, но в призабойном секторе в сезон хранения давление может снижаться.
В сводовую часть закачивается газ, создавая пузырь в структуре в виде купола. Вода вымещается к краям, после чего удаляется через скважины разгрузочного назначения или по водоносной системе оттока. Кровлю делают из пластичной глины или известняка, допускается доломитовый пласт без разломов или трещин.
Так, толщины в 15 метров и глубины 300…1000 метров достаточно, чтобы не допустить утечки. Самая экономичная ПХГ – на 600 метрах. Именно такие хранилища должны быть обустроены в каждом регионе, потребляющем ресурс в значительных объемах.
Как строят подземные хранилища газа?
Пётр Кравец
