Основные принципы подземного хранения газа в пористых нефтяных или водоносных пластах

Содержание

 

Введение……………………………………………………………………………...3

1 Подземное хранение газа………………………………………………………….5

1.1Виды подземных хранилищ газа…………………………………………...........7

1.1.1 Истощенные месторождения  углеводородов………………………………..8

1.1.2 ПХГ в соляных полостях……………………………………………………...9

1.1.3 ПХГ в заброшенных  шахтах, галереях или горных выработках………….10

2 Основные принципы подземного хранения газа в пористых нефтяных или водоносных пластах…………………………………………………………………..12

3 Эксплуатация ПХГ……………………………………………………………….18

3.1 Граница газоводяного контакта……………………………………………….20

3.2 Активный и буферный  газ……………………………………………………..21

3.3 Утечки газа из ПХГ…………………………………………………………….22

4 Строительство ПГХ на  примере Мозырского газового  хранилища…………..25

5 Технология работ по  созданию подземного хранилища………………………28

6 Описание технологического  процесса сооружения ПХГ…………………...…32

7 Меры контроля и управления  строительным процессом……………………...38

Заключение………………………………………………………………………….42

Список используемых источников………………………………………………..43

 

Введение

 

Большую часть газа потребляют города и промышленные предприятия, удаленные от газовых месторождений, поэтому от мест добычи газа до потребителей прокладывают газопроводы континентальных масштабов. А природа так устроила газовые месторождения, что не получается выпускать из них газ с любой скоростью. Только постепенно, вдумчиво и точно рассчитанными порциями. Перекрыть скважину на какое-то время можно, и (иногда) даже полезно для скважины. А вот быстро открыть кран и быстро накачать газ в трубу - не получится, можно испортить скважину. Да ещё сам газопровод - ёмкость немалого размера и, если в него пустили газ на Ямале, то в Смоленске это заметят только через день…

Но потребитель не может забирать одно и то же количество газа изо дня в день, из месяца в месяц. Летом газа нужно меньше, чем зимой, ночью - меньше, чем днём, в воскресенье меньше, чем в среду. Если не иметь места, где можно сохранить "излишний" газ, то трубы и компрессорные станции придётся рассчитывать на максимально возможный поток газа, а это совсем не дёшево. Лучше сделать трубопровод поуже, компрессоры послабее, и потихоньку качать газ круглые сутки и круглый год без рывков и остановок.

И если суточная неравномерность потребления как-то сглаживается за счёт ёмкости магистральной трубы, то от сезонных скачков это не спасает, нужны специальные хранилища. Правильно спроектированное газовое хранилище может свести к необходимому минимуму стоимость транспортирования до центров потребления: благодаря хранилищам магистральные газопроводы могут проектироваться на среднюю пропускную способность, а не на максимальную нагрузку. Поэтому для крупных магистральных газопроводов создание ПХГ просто технологически необходимо. Жизнь учит, что потребность в активном объеме подземных хранилищ должна быть примерно равна 15–20% от годового потребления газа в регионе. Этого должно хватать для выравнивания сезонных колебаний потребления газа.

Итого: ПХГ обеспечивают покрытие пиков потребления, сглаживание сезонной неравномерности, уменьшают стоимость транспортирования до центров потребления, и только в последнюю очередь создают резервы безопасности, на случай нарушения снабжения: «технические» резервы, используемые при авариях в системе газоснабжения и стратегические резервы, используемые при частичных нарушениях поставок по политическим или экономическим причинам. И вообще, штука очень нужная в хозяйстве.

 

 

 

1 Подземное хранение газа

 

Подземное хранение газа — технологический процесс закачки, отбора и хранения газа в пластах-коллекторах и выработках-емкостях, созданных в каменной соли и в других горных породах.

Подземное хранилище газа (ПХГ) — это комплекс инженерно-технических сооружений в пластах-коллекторах геологических структур, горных выработках, а также в выработках-емкостях, созданных в отложениях каменных солей, предназначенных для закачки, хранения и последующего отбора газа, который включает участок недр, ограниченный горным отводом, фонд скважин различного назначения, системы сбора и подготовки газа, компрессорные цеха.

ПХГ сооружаются вблизи трассы магистральных газопроводов и крупных газопотребляющих центров для возможности оперативного покрытия пиковых расходов газа. Они создаются и используются с целью компенсации неравномерности (сезонной, недельной, суточной) газопотребления, а также для резервирования газа на случай аварий на газопроводах и для создания стратегических запасов газа.

В настоящее время наибольшее распространение получили ПХГ созданные в пористых пластах (истощенные месторождения и водоносные структуры). Кроме пористых пластов пригодны для создания хранилищ и залежи каменных солей (создаваемые путем размыва так называемой каверны), а также в горных выработках залежей каменного угля и др. полезных ископаемых.

Всего в мире действует более 600 подземных хранилищ газа общей активной емкостью порядка 340 млрд. м³.

Наибольший объем резерва газа хранится в ПХГ, созданных на базе истощенных газовых и газоконденсатных месторождений. Менее емкими хранилищами являются соляные каверны, есть также единичные случаи создания ПХГ в кавернах твердых пород.

Первые хранилища газа появились ещё в 19 веке, в разгар промышленной революции. В так называемых "газгольдерах" хранили запас светильного (коксового) газа для питания газовых фонарей.

Рисунок 1 - фотография Московского газгольдерного завода

Газгольдеры, как хранилища газа, имеют один существенный недостаток: чтобы хранить большие объёмы газа, нужно либо занимать огромные площади газгольдерами низкого давления, либо более чем дорогие и взрывоопасные газгольдеры высоко давления (Рисунок 2).

 

Рисунок 2 - Газгольдеры высоко давления

Проблему эту решили ещё в начале прошлого века: хранилища газа должны быть подземными. Газгольдеры используются и сегодня, но - для небольших объёмов газа как аварийное питание небольших посёлков и чаще всего - для сжиженного газа. А основные хранилища стараются упрятать поглубже.

Подземные газохранилища - это сложные комплексы инженерных сооружений, включающие подземные (скважины, выработки, емкости) и наземные(газораспределительный пункт, компрессорный или насосный цех, установки для очистки газа и др.) объекты и технологическое оборудование. Для наглядности: на среднем ПХГ одних только кабелей компьютерной сети может быть не один десяток километров. Наверху всё везде примерно одинаково, самое интересное, как всегда, под землёй. От того, как именно хранится газ, зависит и организация ПХГ

 

1.1 Виды подземных хранилищ газа

По способам сооружения подземные хранилища бывают:

• образованные в подземных водонасыщенных пористых пластах, а также в выработанных нефтяных или газовых месторождениях;
• образованные в отложениях каменной соли методом размыва через буровые скважины;
• создаваемые в прочных и плотных горных породах шахтным способом или в горных выработках отработанных рудников;
• образованные подземными атомными взрывами;
• сооружаемые в вечномерзлых породах;
• подземные и заглубленные низкотемпературные хранилища с льдопородной оболочкой.

Два последних вида для хранения газа малопригодны по многим причинам. Нефть и нефтепродукты так ещё хранить можно (и реально хранят на северах), а для хранения газа они слишком маленькие.

Хранилища в кавернах от подземных ядерных взрывов уже испытывали, но там, где взрывали бомбы, нет потребителей на серьёзные объёмы газа. А там, где нужно строить ПХГ, бомбы не взрывали даже во время холодной войны.

1. Истощенные месторождения углеводородов

 

Приёмная среда для газа: геологические формации, сложенные пористыми и проницаемыми горными породами, когда-то насыщенными углеводородами и/или водой (выработанные месторождения).

Создание хранилища: сжатие и вытеснение газом жидкостей, первоначально находившихся в пласте (пропитывавших горные породы).

Способ эксплуатации: сжатие и расширение газа в сочетании с эффектом сжимаемости и подвижности воды (и нефти, если она там ещё есть). Газ, закачиваемый в хранилище, своим давлением вытесняет жидкость из пласта. И, наоборот, при расходовании газа жидкость под давлением пластов породы снова заполняет освободившиеся поры.

Преимущество: Значительная вместимость. Экономия капиталовложений в разведку, бурение скважин и на строительство инфраструктуры (газосборные сети и т.д.). Если в пласте ещё есть нефть, повышение давления помогает выжать её оттуда досуха.

Недостатки: Проблемы с герметичностью старых скважин, особенно на бывших нефтяных месторождениях. Часто посредственные характеристики горных пород пласта-накопителя: пористость и проницаемость горной породы могут быть недостаточны для коммерчески выгодной работы. Природные газ и нефть всё равно откуда выкачивать, а закачивать газ обратно может оказаться себе дороже - если все поры в пласте заклеены остатками нефти. Приток воды. Обычное дело для бывших нефтяных месторождений - образование примеси сероводорода, ядовитого для человека и вызывающего разрушение железных конструкций. Часть газа растворяется в остатках нефти и становится неизвлекаемой, полностью потерянной.

Использование и доля на рынке сбыта: Сглаживание сезонной неравномерности потребления, стратегические резервы. В мире таких ПХГ около 70 %.

Как вариант предыдущего: ПХГ в водоносных горизонтах

Приёмная среда для газа: То же, что в предыдущем случае, но без нефти и газа. Артезианские водоносные горизонты.

Создание хранилища: сжатие и вытеснение газом жидкостей, первоначально находившихся в пласте (пропитывавших горные породы).

Способ эксплуатации: сжатие и расширение газа в сочетании с эффектом сжимаемости и подвижности воды (и нефти, если она там ещё есть). Газ, закачиваемый в хранилище, своим давлением вытесняет жидкость из пласта. И, наоборот, при расходовании газа жидкость под давлением пластов породы снова заполняет освободившиеся поры. Преимущество: Значительная вместимость.

Недостатки: Издержки и непредвиденные случаи эксплуатации. Всё приходится строить с нуля и есть риск, что геологи не заметили что-то такое, из-за чего станция окажется неработоспособной.

Использование и доля на рынке: Сезонная неравномерность, стратегические резервы. В мире таких ПХГ около 25%.

 

2. ПХГ в соляных полостях

 

Приёмная среда для газа: Соляные отложения (мощные пласты или купола), в которых сделаны полости промывкой водой через скважины.

Создание хранилища: Бурение скважин, размывка подземных полостей потоком воды. Извлечение рассола вытеснением газом и откачкой.

Способ эксплуатации: Сжатие и расширение газа в полости, или, реже, вытеснение газа рассолом.

Преимущество: Высокий процент отбора (отношение расход/запасы), более высокая скорость отбора без ограничения по скорости.

Недостатки: При строительстве необходимо где-то брать огромное количество пресной воды и куда-то девать такие же объёмы грязного рассола. Если рядом нет моря или сользавода, то возникают серьёзные проблемы. В результате, в мире не так уж много мест, где можно построить такое ПХГ. В ходе эксплуатации происходит уменьшение объема полости. Это особенность каменной соли: кристаллы испаряются там, где высокое давление и откладываются там, где давление ниже. В результате в пласте каменной соли зарастают тектонические трещины, что хорошо для строительства ПХГ. Но зарастает и ёмкость для газа, так же в газе появляются примеси жидкостей, которыми размывали пласт.

Использование и доля на рынке сбыта: Неравномерность суточная, недельная или сезонная. Резервный источник газа для крупных стратегических потребителей. Мир: 2 %.

 

3. ПХГ в заброшенных шахтах, галереях или горных выработках

 

Приёмная среда для газа: Пустоты (галереи, камеры), образованные разработкой месторождений

Создание хранилища: После затопления шахты воды извлекают вытесняя газом или откачивая насосом. Пустот под землёй быть не должно: или вода, или полезный газ под давлением, в хранилище должно находиться именно то, что заказал технолог.