Как устроены подземные газовые хранилища: обзор вариантов хранения газа

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.

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

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.

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.

Как строят подземные хранилища газа?

Пётр Кравец

Герметичны ли хранилища?

Утечки топлива являются частыми процессами, избежать которых невозможно. Так как причин слишком много.

Для удобства их делят на 3 категории:

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.

Как хранится жидкое топливо?

Каждая тара для бензина или другого жидкого горючего, закладываемого в топливное хранилище, имеет особые метки вверху корпуса. Это необходимо для правильной обвязки по схеме, выбранной специалистом.

Их схемы расположения хранят в общей документации, поскольку этот элемент крайне важен для сброса паров бензина из емкости. Регулярные выбросы накопившегося пара требуют обустройства внутри хранилища качественной вентиляционной системы.

Каждая модель бака оснащена широкой горловиной для заливки, при этом в обязательном порядке должна быть крышка с винтовой резьбой. Если имеющаяся в хранилище емкость не оборудована подобной крышкой, то подключается топливопровод, чтобы заливать горючее из тары. Специалистами используется измеритель уровня, показывающий остатки в контейнере.

Емкость для топлива должна устанавливаться и подключаться к топливной системе по всем правилам соблюдения безопасности от пожаров:

помещение должно хорошо проветриваться;
температура должна быть достаточно высокой;
емкости должны регулярно очищаться от осадка и просушиваться.

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.

Особенности создания ПХГ

Это интересно: Можно ли вешать микроволновку над газовой плитой: правила и требования безопасности

Расположение и распространение

Соединенные Штаты

Соединенные Штаты обычно делятся на три основных региона, когда речь идет о потреблении и производстве газа. Это потребляющий Восток, потребляющий Запад и производящий Юг.

Поглощающий Восток

Потребляющий восточный регион, особенно штаты в северной части, сильно зависят от хранимого газа для удовлетворения пикового спроса в холодные зимние месяцы. Неудивительно, что в связи с преобладающими холодными зимами, крупными населенными пунктами и развитой инфраструктурой этот регион имеет самый высокий уровень емкости хранения рабочего газа среди других регионов и наибольшее количество мест хранения, в основном в истощенных резервуарах. Помимо подземных хранилищ, СПГ играет все более важную роль в обеспечении дополнительных резервных и / или пиковых поставок в НРС на краткосрочной основе. Хотя общая мощность этих объектов СПГ не соответствует масштабам подземных хранилищ, высокая краткосрочная производительность компенсирует это.

Потребляющий Запад

В потребляющем западном регионе наименьшая доля газовых хранилищ как с точки зрения количества площадок, так и с точки зрения мощности / доставки газа. Хранилища в этой области в основном используются для того, чтобы бытовой и альбертский газ, поступающий из Канады, мог течь с довольно постоянной скоростью. В северной Калифорнии компания Pacific Gas and Electric (PG&E) имеет подземные хранилища объемом около 100 млрд куб. Футов газа на трех хранилищах. PG&E использует хранилище для хранения газа, когда летом дешево использовать зимой, когда покупной газ стоит дорого.

Производство Юг

Хранилища добывающего юга связаны с рыночными центрами и играют решающую роль в эффективном экспорте, транспортировке и распределении добытого природного газа в регионы-потребители. Эти хранилища позволяют хранить газ, который не сразу продается, для последующего использования.

Область	Количество сайтов	Объем рабочего газа (10 9 футов 3 )	Ежедневная доставка (10 6 футов 3 )
Восток	280	2 045	39 643
Запад	37	628	9 795
Юг	98	1,226	28 296

В Канаде максимальный объем хранимого рабочего газа составлял 456 × 10 9 куб футов (1,29 × 10 10 м 3 ) в 2006 году. На хранение в Альберте приходится 47,5% от общего объема рабочего газа. За ним следует Онтарио, на который приходится 39,1 процента, Британская Колумбия, на которую приходится 7,6 процента, Саскачеван, на долю которого приходится 5,1 процента, и, наконец, Квебек, на долю которого приходится 0,9 процента.

5.2 Организация эксплуатации

Создание и эксплуатацию ПХГ производят в соответствии с настоящим стандартом и ПБ 08-621-03 и включает следующие стадии:

— разведку структуры для создания ПХГ, включающую сейсмические исследования, структурное бурение, разведочное бурение скважин, промыслово-геофизические, гидродинамические (гидроразведка), геохимические и др. исследования;

— разработку технологического и технического проектов создания ПХГ;

— пусконаладочные работы на промплощадке до полного вывода всего комплекса на проектный режим эксплуатации;

— опытно-промышленную эксплуатацию ПХГ;

— циклическую эксплуатацию ПХГ;

— оформление горного отвода, получение соответствующих разрешений и лицензий.

При выполнении подготовительных работ перед вводом в эксплуатацию ПХГ, созданных в истощенных месторождениях, в процессе опытно-промышленной закачки газа в водоносный пласт или соляные каверны все смонтированные на территории ПХГ технологические установки, коммуникации и эксплуатационные скважины испытывают на прочность и на величину пробного давления согласно методам, определенным в соответствующих документах, на герметичность и работоспособность при максимальных и минимальных значениях параметров. Наземное оборудование и технологические трубопроводы проходят базовое техническое диагностирование.

На стадии эксплуатации ПХГ технической частью работ на основных производственных объектах ПХГ руководит главный инженер (технический руководитель), геолого-промысловой частью — главный геолог. Техническое и методическое руководство работами в производственных цехах и на газовом промысле осуществляют начальники служб и подразделений в соответствии с должностными инструкциями, а также соответствующими инструкциями и руководствами по обслуживанию оборудования, составленными применительно к конкретным условиям эксплуатации ПХГ.

Технические операции по ремонту скважин проводят на основании утвержденного в установленном порядке плана работ (проекта), согласованного с геологической службой ПХГ и уполномоченными органами надзора и контроля Российской Федерации.

Запрещено проводить какие-либо работы на скважинах ПХГ без соответствующего согласования и контроля со стороны геологической службы.

При эксплуатации ПХГ один раз в пять лет проводят геолого-технологическое обследование (аудит) оценки эффективности функционирования наземного обустройства и герметичности ПХГ (шлейфов скважин, установок очистки, оценки газа, КС и др.).

По результатам геолого-технологического обследования (аудита) наземного обустройства разрабатывают:

— рекомендации по совершенствованию технологии и эксплуатации основных элементов наземного обустройства, их автоматизации;

— заключение о необходимости реконструкции наземного обустройства и модернизации объекта с целью замены устаревшего оборудования.

Ежегодно после завершения сезона отбора (закачки) силами эксплуатационных служб ПХГ проводить анализ эффективности работы промыслового оборудования всей технологической цепочки «скважина — магистральный газопровод». Результаты исследований и предложения по устранению «узких мест» утверждать на ежесезонных заседаниях Комиссии газовой промышленности по разработке месторождений и исследованию недр.

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

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.

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.

Как устроены подземные газовые хранилища: подходящие способы хранения природного газа

Типы газовых хранилищ