что собой представляет подземное хранилище газа
Газовое хранилище: изучаем вместе
Казалось бы, знания о том, как устроены подземные газовые хранилища прикладного значения для рядового пользователя не имеют. Но человечество слишком зависимо от «голубого» топлива и так хочется быть уверенным, что перебоев с его поставками никогда не будет. Ведь верно?
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:
Назначение
По своему назначению подземные хранилища можно разделить на базовые, локальные и районные. Каждый тип отличается своим объемом:
Объекты эксплуатации
Подземные газовые хранилища могут работать в следующих объектах:
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.
ПХГ «Газпрома» за рубежом
В целях повышения надежности поставок газа по экспортным контрактам «Газпром» использует мощности ПХГ в странах ближнего и дальнего зарубежья.
В странах Европы «Газпром» на правах соинвестора имеет доступ к активной емкости ПХГ:
В случае необходимости дополнительно арендуются емкости для хранения газа у сторонних компаний.
К осенне-зимнему периоду 2018–2019 годов собственные мощности «Газпрома» по хранению газа в Европе составили 5 млрд куб. м., а заключенные дополнительные контракты на хранение газа позволили создать к 1 декабря 2018 года резерв в 5,8 млрд куб. м.
На территории стран бывшего Советского Союза «Газпром» является собственником ПХГ:
Компания также использует часть мощностей Инчукалнского ПХГ (Латвия).
По состоянию на 31 декабря 2018 года оперативный резерв газа в этих ПХГ составил 1,6 млрд куб. м.
Предусмотрительная природа
Однако газ занимает значительно больший объем, чем твердое тело или жидкость. Поэтому найти для него герметичные резервуары было бы затруднительно, если бы природа уже не построила их. Пористые пласты песчаника в земной коре, герметично закупоренные сверху куполом из слоя глины, являются природными ПХГ. В порах песчаника может находиться вода, но могут скапливаться и углеводороды. В процессе создания ПХГ в водоносном слое газ, скапливающийся под глиняной покрышкой, вытесняет воду вниз.
Если в пласте-коллекторе изначально содержатся углеводороды, то он является месторождением нефти или газа. Герметичность такой структуры уже доказана тем, что в ней скопились углеводороды.
Развитие подземного хранения газа
Увеличение потенциальной максимальной суточной производительности является одной из ключевых задач «Газпрома» по развитию подземного хранения газа в России. Ежегодное увеличение этого показателя сопоставимо с «зимним» суточным потреблением газа одним из регионов Российской Федерации, например Вологодской или Ленинградской областью.
В перспективе максимальная суточная производительность превысит 1 млрд куб. м (для сравнения, аналогичный показатель для всех ПХГ в мире составляет около 7 млрд куб. м).
В настоящее время на территории России в стадии проектирования и строительства находятся следующие объекты подземного хранения газа:
Идет реконструкция, расширение, модернизация и техническое перевооружение ряда действующих подземных хранилищ.
Ведутся геологоразведочные работы с целью создания хранилищ в регионах, где недостаточно имеющихся или нет мощностей по хранению газа. В частности, в Северо-Западном федеральном округе (ФО) геологоразведка ведется вдоль трассы газопроводов от Ухты до Торжка, а также в направлении Архангельска, в Сибирском ФО — по направлению от Омска до Томска, в Дальневосточном ФО — вдоль трассы газопровода «Сила Сибири».
В ближнем зарубежье планируется постепенное увеличение суточной производительности ПХГ «Газпрома» в Армении и Беларуси. Подготовлен План мероприятий по сотрудничеству «Газпрома» и «Узбекнефтегаза» в области развития ПХГ на территории Узбекистана.
«Газпром» продолжает наращивать мощности по хранению газа в Европе с целью достижения активной емкости не менее 5% от годового объема экспортных поставок.
В стадии расширения находятся ПХГ «Дамборжице» (Чехия), «Катарина» и «Йемгум» (Германия).
Изучаются возможности создания подземных хранилищ на территории Китая.
ПХГ в современной России
В настоящее время в России создана развитая система подземного хранения газа, которая выполняет следующие функции:
Подземные хранилища газа (ПХГ) являются неотъемлемой частью Единой системы газоснабжения России и расположены в основных районах потребления газа.
На территории Российской Федерации расположены 27 объектов подземного хранения газа, из которых 8 сооружены в водоносных структурах, 1 в отложениях каменной соли и 18 — в истощенных месторождениях.
В пределах ЕСГ РФ действует двадцать подземных хранилищ газа, из них 14 созданы в истощенных месторождениях: Песчано-Уметское, Елшано-Курдюмское (два объекта хранения), Степновское (два объекта хранения), Кирюшкинское, Аманакское, Дмитриевское, Михайловское, Северо-Ставропольское (два объекта хранения), Краснодарское, Кущевское, Канчуро-Мусинский комплекс ПХГ (два объекта хранения), Пунгинское, Совхозное, с введением в строй газопровода Краснодарский край — Крым в состав системы включится и крымское Глебовское ПХГ.
7 созданы в водоносных пластах: Калужское, Щелковское, Касимовское, Увязовское, Невское, Гатчинское, Удмуртский резервирующий комплекс (два объекта хранения).
Калининградское подземное хранилище газа создано в отложениях каменной соли
Кроме того ведётся строительство: В водоносных пластах: Беднодемьяновское В отложениях каменной соли: Волгоградское
Герметичны ли хранилища?
Утечки топлива являются частыми процессами, избежать которых невозможно. Так как причин слишком много.
Для удобства их делят на 3
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.
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:
Пещеры с самозаживлением
Соляные пещеры являются идеальными по герметичности резервуарами. Построить подземную соляную пещеру для хранения газа не так уж и сложно, хотя это и долгий процесс. В подходящем по высоте пласте каменной соли бурятся скважины. Затем в них подается вода, в соляном пласте вымывается полость необходимого объема. Соляной купол не только непроницаем для газа — соль обладает способностью самостоятельно «заживлять» трещины и разломы.
В настоящее время в России строятся два хранилища в отложениях каменной соли — в Калининградской и Волгоградской областях.
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.
Литература
Как это работает
Закачка газа — это его нагнетание в искусственную газовую залежь при заданных технологическим проектом показателях. Газ из магистрального газопровода поступает на площадку очистки газа от механических примесей, затем на пункт замера и учета газа, затем в компрессорный цех, где компримируется и подается на газораспределительные пункты (ГРП) по коллекторам. На ГРП общий газовый поток разделяется на технологические линии, к которым подключены шлейфы скважин. Обвязка технологических линий позволяет измерить производительности каждой скважины, температуру и давление газа при закачке.
Процесс хранения включает системный технологический, геологический и экологический контроль за объектом хранения газа и созданными производственными фондами.
Выводы и полезное видео по теме
Приложенный ниже видеоматериал посвящен теме создания ПХГ для сглаживания неравномерного потребления топлива, которое будет поставлять газопровод «Сила Сибири».
Подземные газовые хранилища являются наиболее надежным и выгодным способом нивелирования неравномерного потребления газа и его стабильной подачи при форс-мажорах. А самое интересное, что за это нужно благодарить не человеческий гений, а природу, предусмотрительно создавшую подходящие для этого пласты пород.
Вы лично принимали участие в создании подземных хранилищ для газа и хотите дополнить изложенный выше материал полезными сведениями? Или заметили несоответствие в фактах? Оставляйте свои замечания и – блок обратной связи расположен ниже под статьей.
Обратно в трубу
Отбор газа из подземного хранилища является практически таким же технологическим процессом, как и добыча из газовых месторождений, но с одним существенным отличием: весь активный (товарный) газ отбирается за период от 60 до 180 суток. Проходя по шлейфам, он поступает на газосборные пункты, где собирается в газосборный коллектор. Из него газ поступает на площадку сепарации для отделения пластовой воды и механических примесей, после чего направляется на площадку очистки и осушки. Очищенный и осушенный газ поступает в магистральные газопроводы.
Как строят подземные хранилища газа
Как строят подземные хранилища газа?
ПХГ, подземные хранилища газа, являются разработкой инженеров и технологов. Это комплексное сооружение геологического назначения, расположенное в накопительных пластах горных пород и выработанных месторождениях. Под землей эти строения используют для закачки газа, его продолжительного хранения и отбора. В состав входит также часть недр, которая ограничивается отводом гор, скважинами, компрессорными установками, системами для подготовки газа и его сбора.
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:
Назначение
По своему назначению подземные хранилища можно разделить на базовые, локальные и районные. Каждый тип отличается своим объемом:
Публикация от ТЕРМО-ТЕХНОЛОГИЯ (@termo_tehnologia_astrakhan) 17 Мар 2019 в 8:10 PDT
Объекты эксплуатации
Подземные газовые хранилища могут работать в следующих объектах:
Для каждого из объектов предусмотрено количество – один пласт или многопластовая система складов.
Что нужно знать о ПХГ?
Самое главное, что нужно знать о ПХГ – правила безопасности подземных хранилищ газа. Помимо этого, необходимо учесть, что все чаще используются истощенные пласты и залежи каменной соли. Также технологи признали пригодными горные выработки полезных ископаемых – каменного угля и других пород.
Всего оборудовано около 600 ПХГ по всему миру, рассчитанных на 340 миллиардов мі. Большая часть резерва газа находится в выработанных месторождениях газа и его конденсата. Каверны соли менее емки, как и шахты горных пород.
Для оборудования ПХГ создают коллекторы естественного пористого и проницаемого типа, используя также и непроницаемые и непористые породы. Эксплуатация подземных хранилищ газа требует аккумулирования больших запасов ресурса и контроля подачи газа потребителям в разные сезоны. Создание запасов ресурса нужно для следующих целей:
Наиболее выгодным и эффективным признано хранилище газа в истощенных и пустых месторождениях нефти и газа, поскольку нет необходимости дополнительно изучать этот участок и сооружать скважины для использования.
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:
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.
Содержание
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 емкость хранилища — активный и буферный объемы 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 объемом 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 объемом 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 объемом 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.
Создание ПХГ
Подземные хранилища газа в истощенных месторождениях
Первая в мире опытная закачка газа в истощенное газовое месторождение была проведена в 1915 г. в Канаде (месторождение Уэлленд-Каунти), первое промышленное ПХГ емкостью 62 млн м³ было создано в 1916 г. в США (газовое месторождение Зоар, район г. Буффало).
В России первое ПХГ в истощенном месторождении было создано в 1958 г. на базе мелких выработанных залежей газа месторождений Куйбышевской (ныне Самарской) области. Успешное проведение закачки и последовавший отбор газа способствовали усилению работ в области подземного хранения газа по всей стране. В том же году началась закачка газа в Елшанское (Саратовская область) и в Аманакское (Куйбышевская область) истощенные газовые месторождения.
В 1979 г. начато создание крупнейшего в мире хранилища в истощенном газовом месторождении — Северо-Ставропольского (Ставропольский край). Площадь горного отвода ПХГ составляет более 680 км². Оно создано на основе истощенных одноименных газовых месторождений в зеленой свите (1979 г.) и хадумском горизонте (1984 г.) при аномально низких пластовых давлениях. Данные горизонты являются самостоятельными эксплуатационными объектами, расположенными на глубинах 1000 и 800 м, и существенно отличаются по своим характеристикам и режимам работы. При строительстве Северо-Ставропольского ПХГ в хадумском горизонте создан долгосрочный резерв, который может быть отобран из хранилища после периода отбора, даже если не производилась дополнительная закачка газа.
Подземные хранилища газа в водоносных пластах
Первое ПХГ в водоносном пласте было создано в 1946 г. в США — ПХГ Doe Run Upper (штат Кентукки). В СССР первое газохранилище в водоносном пласте было создано в 1958 г. в районе г. Калуга — Калужское ПХГ (проектный объем активного газа — 380 млн м³). Крупнейшее в мире хранилище в водоносном пласте — Касимовское ПХГ (Рязанская область) — было создано в 1977 г. (проектный объем активного газа — 4,5 млрд м³).
Подземные хранилища газа в соляных кавернах
Подземные хранилища в соляных кавернах используются преимущественно для покрытия пиковых нагрузок, поскольку могут эксплуатироваться в «рывковом» режиме с производительностью отбора, на порядок превышающей производительность отбора из ПХГ в пористых структурах, а количество циклов может достигать до 20 в год. По этим причинам созданию ПХГ в каменной соли уделяется большое внимание в развитых странах. Это также связано и с рыночными условиями функционирования системы газоснабжения, так как ПХГ в каменной соли могут служить для компенсации краткосрочных колебаний газопотребления, предотвращения штрафов за дисбаланс в поставках газа из-за аварий на газопроводах, а также планирования закупок на региональном уровне с учетом ежемесячных или суточных колебаний цен на газ. В мире создано порядка 70 ПХГ в отложениях каменной соли с общей активной емкостью около 30 млрд м³. Наибольшее количество ПХГ в соляных кавернах эксплуатируется в США — 31 ПХГ, общая активная емкость которых составляет порядка 8 млрд м³, а суммарный объем отбора более 200 млн м³/сут. В Германии эксплуатируется 19 ПХГ в соляных кавернах с суммарным объемом активного газа около 7 млрд м³, также планируется расширение действующих и строительство новых ПХГ с общей активной емкостью порядка 8 млрд м³. На территории России в настоящее время строится 3 ПХГ в соляных кавернах: Калининградское (Калининградская область), Волгоградское (Волгоградская область) Новомосковское (Тульская область), эксплуатируется хранилище гелиевого концентрата (Оренбург). В настоящее время на территории Армении эксплуатируется ПХГ, общий объем которого составляет 200 тысяч м³. Ведутся работы по дальнейшему расширению ПХГ.
Подземные хранилища газа в твердых горных породах
В мире активно увеличивается спрос на резервные мощности ПХГ, однако не везде существуют оптимальные геологические условия для создания ПХГ на базе истощенных месторождений, в водоносных пластах или в каменной соли. В связи с этим разрабатываются и внедряются технологии создания ПХГ в каменных пещерах и угольных шахтах. Примеры таких хранилищ единичны, но в каждом конкретном случае они являются технически единственно возможным и экономически обоснованным объектом для резервирования необходимого объема природного газа. Наибольший опыт в организации подобных хранилищ имеется у Норвегии, США, Швеции и Чехии, которые рассматривают этот вариант как более экономичную и доступную альтернативу организации ПХГ в солях и наземных хранилищ сжиженного газа.
Подземные хранилища газа в кавернах горных пород
В Швеции в районе г. Хальмштад вблизи основной магистрали газопровода введен в эксплуатацию демонстрационный проект ПХГ Скаллен в облицованной каверне горных пород. В граните на глубине 115 м построена одна каверна (геометрический объем составляет 40 тыс. м³), стены которой укреплены стальной сеткой.
Подземные хранилища газа в отработанных шахтах
На сегодняшний день эксплуатируются два из четырех ПХГ, организованных в отработанных шахтах, это: ПХГ Бургграф-Бернсдорф (калийная соляная шахта, восточная Германия) и ПХГ Лейден (Лейденская угольная шахта, Колорадо, США). ПХГ Бургграф-Бернсдорф эксплуатируется около 40 лет, с максимальным рабочим давлением более 3,6 МПа (самое высокое для хранилищ подобного рода). Главным фактором для поддержания такого давления является герметизация хранилища при помощи специальных бетонных пробок, свойств окружающих пород (калийная и каменная соль), а также гидравлической и механической систем уплотнения.
ПХГ в современной России
В настоящее время в России создана развитая система подземного хранения газа, которая выполняет следующие функции:
Подземные хранилища газа (ПХГ) являются неотъемлемой частью Единой системы газоснабжения России и расположены в основных районах потребления газа.
На территории Российской Федерации расположены 25 объектов подземного хранения газа, из которыз 8 сооружены в водоносных структурах и 17 — в истощенных месторождениях.
В пределах ЕСГ РФ действует двадцать подземных хранилищ газа, из них 14 созданы в истощенных месторождениях: Песчано-Уметское, Елшано-Курдюмское (два объекта хранения), Степновское (два объекта хранения), Кирюшкинское, Аманакское, Дмитриевское, Михайловское, Северо-Ставропольское (два объекта хранения), Краснодарское, Кущевское, Канчуро-Мусинский комплекс ПХГ (два объекта хранения), Пунгинское, Совхозное.
7 созданы в водоносных пластах: Калужское, Щелковское, Касимовское, Увязовское, Невское, Гатчинское, Удмуртский резервирующий комплекс (два объекта хранения) Кроме того ведется строительство: В водоносных пластах: Беднодемьяновское В отложениях каменной соли: Калининградское, Волгоградское