Подземные газохранища - Реферат

Газ, закачиваемый в хранилище, своим давлением вытесняет жидкость из пласта. Природные газ и нефть все равно откуда выкачивать, а закачивать газ обратно может оказаться себе дороже - если все поры в пласте заклеены остатками нефти. Но зарастает и емкость для газа… А еще в газе появляются примеси жидкостей, которыми размывали пласт. Как и в случае хранения газа в соляном пласте, газ из хранилища можно выпустить почти полностью. Если пористость помогает вычислить сколько газа может поместиться в хранилище, то проницаемость позволяет заранее знать, с какой скоростью можно закачивать в хранилище и отбирать из хранилища газ, а значит - правильно рассчитать мощность компрессоров, правильно определить нужное количество скважин и расставить их по площадке ПХГ.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.

Содержание

Введение

Подземное хранение газа

Виды подземных хранилищ газа

Основные принципы подземного хранения газа в пористых нефтяных или водоносных пластах

Эксплуатация ПХГ

Заключение

Список литературы

Простой человек "с улицы" считает, что Подземные Хранилища Газа (ПХГ) нужны для того, чтобы было на чем вскипятить чайник, когда злобный Газпром за неуплату прикрутит кран. Или пьяный экскаваторщик порвет магистральный газопровод.

Это, конечно, важно, но главное в другом. 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-быстро открыть кран и быстро-быстро накачать газ в трубу - не получится, можно запороть скважину. Да еще сам газопровод - емкость 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 днем, в воскресенье меньше, чем в среду. Если не иметь места, где можно сохранить "излишний" газ, то трубы и компрессорные станции придется рассчитывать на максимально возможный поток газа, а это совсем не дешево. 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 счет емкости 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.

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 м?.

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

Вот старая фотография Московского газгольдерного завода:

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

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

Второе заблуждение: Простой прохожий думает, что газ хранится под землей похожих на те, что стоят на каждой бензозаправке, только очень больших. Как когда-то и было.

Реальность намного сложнее: 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 все везде примерно одинаково, самое интересное, как всегда, под землей. От того, как именно хранится газ, зависит и организация ПХГ

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 еще 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 серьезные объемы газа. А там, где нужно строить ПХГ, бомбы не взрывали даже во время холодной войны.

Распространение получили только три первых типа ПХГ: Истощенные месторождения углеводородов: Приемная 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 еще 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 еще есть нефть, повышение давления помогает выжать ее 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 все равно откуда выкачивать, а закачивать газ обратно может оказаться себе дороже - если все поры в пласте заклеены остатками нефти. Приток воды и/или углеводородов при отборе (ну, это может быть и плюсом, если из скважины пойдет халявная нефть). 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

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

Создание хранилища: То же самое.

Способ эксплуатации: То же самое.

Преимущество: Значительная вместимость.

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

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

ПХГ в соляных полостях

Приемная 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 объемы грязного рассола. Если рядом нет моря или сользавода, то возникают серьезные 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 емкость для газа… А еще 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 %.

Заброшенные шахты, галереи или горные выработки

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

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

Способ эксплуатации: Сжатие и расширение газа, или замещение газа водой.

Преимущество: Высокий процент отбора (отношение расхода/активный объем). Как и в случае хранения газа в соляном пласте, газ из хранилища можно выпустить почти полностью.

Недостатки: Трудно добиться герметичности ствола скважин. При строительстве и эксплуатации шахт стараются по максимуму обеспечить туда приток воздуха и при строительстве ПХГ всю вентиляцию нужно надежно запечатать. К тому же, далеко не всякая шахта будет герметична чисто по геологическим причинам.

Использование и доля на рынке сбыта: Неравномерность суточная или недельная. В мире всего 2-3 действующих хранилища этого типа. Шведы для этого даже специально вырубили в гранитной скале громадную пещеру и облицевали ее изнутри сталью. Ну, для них это привычное дело. Они и норвежцы так же хранят свой стратегический запас нефти.

Основные принципы подземного хранения газа в пористых нефтяных или водоносных пластах

Еще одно общечеловеческое заблуждение: почему-то говорится, что вода, нефть и газ находятся под землей в "подземных морях". В лучшем случае думают, что газ хранится в слое песка, как колодезная вода.

Не надо забывать о глубинах, на которых находятся геологические образования пригодные для хранения нефти и газа: от 300 метров и глубже. Простое соображение: каждые 10 метров водяного столба дают одну атмосферу давления, 300 метров воды - 30 атмосфер. Километр - сто атмосфер. Горные породы куда тяжелее воды, и от давления на рабочих глубинах песок давно спрессовался в камень. А там, где за геологическую историю не было нужных давлений, там и глиняные пласты, покрывающие водоносные слои, не спрессовались в достаточно плотную породу, чтобы не выпускать газ и воду из водоносного слоя на поверхность земли.

В природе нефтеносные и газовые пласты сложены из плотных горных пород по свойствам похожих не на песок, а, скорее, на строительный кирпич, а то и на точильный камень. То есть, состоят из твердых, более или менее сцементированных частиц, между которыми существуют связанные между собой пространства, что позволяет просачиваться воде и газу.

(На фото - поровые пространства породы, пригодной для подземного хранения газа, снятые с помощью электронного микроскопа).

ПХГ, созданные в таких породах на жаргоне называют «водоносными хранилищами», потому что хранилище образуется за счет вытеснения жидкости из пористого водоносного пласта. Сам пласт на языке газовиков называется "пласт-резервуар" или "пласт-коллектор".Пустоты и поры горной породы пласта-коллектора в естественном состоянии почти всегда заполнены пластовой водой, пресной или минерализованной, природным газом или нефтегазовой смесью (геологи говорят - "флюидами"). Дальше мы для краткости будем говорить только о воде.

Создание хранилища состоит в частичном вытеснении газом воды из верхней зоны ловушки на периферию пласта.

Для строительства ПХГ в водоносных горизонтах необходимо, чтобы в одном месте присутствовали сразу все необходимые геологические факторы: · подземная структура в виде свода (купола), покрытого газонепроницаемым слоем - кровлей пласта, имеющим достаточную протяженность, чтобы обеспечить необходимую емкость хранилища;

· под куполом - коллектор, пласт породы для хранения газа, обладающей достаточными пористостью и проницаемостью, чтобы обеспечить желаемые емкость и продуктивность;

· комплекс непроницаемых пород - покрышку, закрывающую этот резервуар, чтобы исключить утечку газа вверх.

Для организации ПХГ используются относительно небольшие геологические структуры - площадью несколько квадратных километров и часто малоамплитудные. Очень многие используемые структуры имеют разницу высот дна и верхушки купола (амплитуду) всего 10-15 метров.

Если пласт-коллектор водоносный, хорошо проницаемый и достаточно больших размеров, то закачиваемый газ легко вытесняет воду, и его давление стремится к постоянному равновесию с гидростатическим давлением - естественным давлением в пласте.

Немного о тех параметрах, по которым геологи оценивают пригодность породы для строительства ПХГ.

Сколько газа может быть закачано в пористую среду, зависит от давления в этой среде и ее пористости. Пористостью называется отношение объема пор ко всему объему среды.С другой стороны, среда может быть безводной или водоносной. В последнем случае вода находится в открытых порах или промежутках, расположенных между твердыми частицами пористой среды, и газ необходимо закачивать под давлением достаточным для того, чтобы эту воду вытеснить. Но не из всех пор жидкость можно вытеснить газом: если пора замкнута или имеет только одно "горлышко", вода из нее не уйдет. Поэтому различают полную и эффективную пористости. Для фильтрации важна именно эффективная пористость, при определении которой учитываются не весь объем пор, а лишь соединенные между собой поры, которые могут быть заполнены флюидом извне. Разница как между поролоновой губкой и куском пеноплена: у поролона все поры открыты и эффективная пористость равна номинальной, а у пеноплена все поры закрыты, номинальная пористость очень велика, но эффективная (в смысле, используемом на ПХГ) равна нулю. В куске пеноплена ПХГ не построить.

А все потому, что у пеноплена крайне мала проницаемость - свойство пористой среды пропускать через себя жидкость, газ или газожидкостную смесь под воздействием приложенного перепада давления.

Коэффициент проницаемости пористой среды k является динамической характеристикой пористой среды. Чем больше k, тем легче вода и газ проходят через пласт. Проницаемость пористой среды измеряется в единицах, называемых "Дарси". (Названа в честь французского ученого и инженера-гидравлика Анри Дарси, изучавшего фильтрацию и открывшего законы, которым этот процесс подчиняется).

В работе нефтяников и газодобытчиков та же самая проблема: газ и нефть оказываются заключены в замкнутых порах и не желают покидать пласт. Чтобы "раскрыть" поры нефтяники иногда закачивают в пласт воду с поверхностно-активными веществами, то есть моют гору шампунем. Или пытаются раскачать пласт, сделать породу трещиноватой. Для этого даже взрывали под землей атомные бомбы.

Если пористость помогает вычислить сколько газа может поместиться в хранилище, то проницаемость позволяет заранее знать, с какой скоростью можно закачивать в хранилище и отбирать из хранилища газ, а значит - правильно рассчитать мощность компрессоров, правильно определить нужное количество скважин и расставить их по площадке ПХГ.

В результате ограниченной проницаемости породы, при закачке газ не полностью вытесняет воду из пласта. Значительная часть ее остается в зоне вторжения газа. При этом, изза того, что проницаемость не может быть одинакова по всей площади пласта, наблюдается, как говорят, "непоршневое" вытеснение воды газом: газ прорывает границу воды и газа отдельными ручейками, в толще газового пузыря остаются островки мокрой породы, вода из которых медленно стекает вниз, к основному слою. При отборе происходит обратный процесс: при ошибках операторов вода прорывается к скважине раньше, чем выйдет весь газ, поэтому отбор приходится вести медленно и вдумчиво.

И, наконец, для того, чтобы оценить качество пласта-коллектора, применяют такой коммерческий параметр, как насыщенность пористой среды флюидом - это отношение объема этого флюида в породе к общему объему ее пор.

Из всего этого следует, что коллектор хранилища должен иметь достаточную проницаемость, обеспечивающую закачку и отбор с достаточной скоростью и при минимальном числе скважин, потому что бурение каждой новой скважины - это работа очень долгая и дорогая. Пласт коллектора должен находиться на доступной глубине, а породы - характеризоваться относительной однородностью (в пласте не должно быть "перегородок" из постороннего материала), это облегчает создание и эксплуатацию хранилища и удешевляет его обустройство.

Следующее, не менее важное условие: Пористый пласт, служащий резервуаром, должен быть покрыт другим, как можно более непроницаемым пластом - кровлей, для того, чтобы препятствовать утеканию газа вверх, в другие пласты или выходу его на поверхность земли через трещины. С другой стороны, он должен иметь соответствующую форму, образующую «ловушку».

Геологи начинают думать о строительстве подземного хранилища если проницаемость коллектора не менее 0,3-5 Дарси, мощность - больше 4-6 м, а пористость выше 10-15%. Проницаемость кровли, обычно это спрессованные глины, наоборот, не должна быть более сотых долей МИЛИДАРСИ. На глубине 300-1000 м мощность ее должна быть от 5 до 15 м. Объем водонапорной системы коллектора, если нет области ее стока, должен превосходить объем хранилища в несколько сот раз. Иначе заполнение хранилища газом будет затруднено. Говоря обычными словами, водоносный слой должен распространяться на десятки километров вокруг ПХГ, а, в идеале, и иметь выходы на поверхность - через родники на подземных разломах, например.

И все это - слой-коллектор и газонепроницаемый слой - должны быть укрыты сверху еще несколькими слоями покрышки. Это нужно и для того, чтобы создать в пласте необходимое давление, и для того, чтобы образовать "ловушки" для утекающего газа, из которых его можно будет собрать и пустить в дело.

Газ из магистрального трубопровода с помощью газомоторных компрессоров, газотурбинных установок или турбин с электроприводом закачивается под нужным давлением в водоносный пласт , лежащий между водонепроницаемыми кровлей и подошвой. На рисунке - типовой набор систем станции подземного хранения газа. Синие стрелки - путь газа при работе в режиме закачки, красные - при расходовании газа из хранилища (а также пути утечки газа из пласта).

Природный газ магистрального газопровода 1 по соединительному газопроводу 2 поступает на территорию станции подземного хранения газа 3. Очищается от пыли в пылеуловителях 4, сжимается в компрессорной станции 5. Затем очищается от паров масла в сепараторах 6, охлаждается в градирне 7 (при сжатии в компрессоре газ сильно нагревается), очищается от остатков масла на установке очистки 8 и поступает на газораспределительный пункт 9. Здесь измеряется его расход по каждой скважине и производится распределение газа по эксплуатационным скважинам 10, через которые газ нагнетается в водоносный пласт 11.

Заполняя поры и трещины горной породы, газ вытесняет воду и скапливается в сводовой части структуры под непроницаемой покрышкой 15, образуя подземное хранилище. Часто в толще осадочных пород наблюдаются выклинивания пластов 16, литологические изменения 18 и другие аномалии. Все эти особенности имеют существенное значение для создания хранилища газа. Большие осложнения могут вызывать разрывные нарушения 20, через которые газ может просочиться из хранилища в вышезалегающие породы и даже прорываться на поверхность земли. За этим следят с помощью контрольных 21 и наблюдательных 22 скважин, вскрывающих основной 11 и контрольный 19 водоносные пласты.

Газ, утекающий из основного пласта, накапливается в контрольном, иногда там образуется вторичная залежь 23. Газа в ней бывает столько, что его можно собирать и использовать в дело.

При отборе газ выходит из хранилища за счет пластового давления по шлейфам 12. Идет на газораспределительный пункт, где очищается от воды в сепараторах 13, измеряется и затем осушается в установке осушки 14, откуда подается в магистральный газопровод 1. Давления в скважинах всегда достаточно для того, чтобы при отборе обойтись без компрессоров.

Для полноты впечатления, нужно учесть, что на реальной станции присутствуют еще котельная, собственная водокачка с артезианскими скважинами, станции очистки питьевой воды, система канализации, система пожаротушения, электрохозяйство - часто с собственной резервной электростанцией, склады, мастерские, автохозяйство с десятком специальных машин и тракторов, участок буровых работ со своими буровыми вышками... Короче, даже небольшое ПХГ похоже на завод средней величины.

Эксплуатация ПХГ

Основная часть энергии при закачке газа расходуется на оттеснение пластовой воды. Потери на движение газа в газоносной части пласта невелики и при расчетах ими, как правило, пренебрегают.

В жизни хранилища есть два периода: период создания, когда происходит постоянное увеличение рабочего объема (мощности) хранилища, и период циклической работы "отбор-закачка", когда количества отбираемого и закачиваемого газа равны и в момент начала каждого цикла мощность хранилища и его газонасыщенная площадь остаются неизменными.

В период создания, в первый эксплуатационный цикл, газ закачивается в нетронутый водоносный пласт, и начальный запас его в пласте равен нулю. На проектную мощность газохранилище выходит через пять и более циклов отбора-закачки с постепенным наращиванием запаса газа в пласте и процента отбора, при этом обычно растет и проницаемость породы, и ее эффективная пористость. Только через несколько лет после окончания строительства подземное хранилище газа выходит на стабильный режим циклической эксплуатации. За эти годы газоносный объем искусственной залежи приобретает свою окончательную форму, и потом ее уже трудно изменить.

В период циклической работы основные параметры, характеризующие работу подземного хранилища - давление, количество газа, объем пор, занятых газом - в каждом цикле в определенные моменты времени принимают одни и те же значения.

Цикл работы газохранилища, продолжительность которого обычно равна одному году, состоит из четырех этапов: · закачка газа, · простой - период между окончанием закачки и началом отбора, · отбор газа, · простой хранилища - период между окончанием отбора и началом следующей закачки.

На первом этапе производится закачка природного газа в пористый водоносный пласт. Сначала газ начинают закачивать в скважины, ближе всех расположенные к макушке купола. По мере того, как граница воды и газа опускается вниз, в работу включаются все новые и новые скважины. Это делается для того, чтобы в теле газового "пузыря" не образовались мокрые пятна - островки породы, заполненные не ушедшей водой.

Следующий за закачкой этап - простой газохранилища. В это время газ и вода стремятся войти в равновесие: за счет избыточного давления оставшегося от закачки и при неизменной массе газа внутри пласта, объем газовой области еще продолжает увеличиваться какое-то время, а давление уменьшаться, стремясь к пластовому. Вода, не ушедшая из области газа или оставшаяся в полузамкнутых порах, просачивается вниз или испаряется. Если бы этот процесс продолжался несколько лет, то газовая область с увеличением ее объема и уменьшением давления до пластового пришла бы в состояние равновесия с окружающей водой.

Далее начинается отбор газа. Технолог-оператор должен регулировать очередность включения и расход по каждой из включенных скважин таким образом, чтобы уровень воды повышался равномерно по всей площади ПХГ, чтобы не получилось прорывов воды в область газа и газовые пузыри не оказались изолированы внутри области воды. "Достать" их оттуда будет непростой задачей. (Собственно, точно такая же проблема стоит и перед газовиками и нефтяниками, разрабатывающими природные месторождения. Изза этого и нельзя резко "открывать кран" на скважине). При этом уменьшается количество газа в газовой полости, уменьшается давление и объем газовой полости.

При простое между окончанием отбора и началом следующей закачки, вода продолжает вытеснять газ из полости, объем газовой области уменьшается, а давление увеличивается. Часть пузырей газа, которые во время отбора оказались изолированы в слое воды, прорываются к основной массе газа, граница газоводяного контакта выравнивается.

Два периода простоя нужны для того, чтобы система ПХГ улежалась и созрела - так проще переходить от закачки к отбору и наоборот. Но при малых объемах закачки и отбора, когда ПХГ используется для сглаживания, допустим, недельных колебаний потребления, периоды простоя сводят к чисто символическому минимуму.

Процесс эксплуатации газовой залежи в основном контролируется путем измерения двух параметров - давления в подземном газохранилище и объема отбора и закачки газа. А вот точек отбора этих данных бывает много, до сотни эксплуатационных и контрольных скважин. Появление газа в контрольной скважине при закачке означает что хранилище заполнено до этого места. Появление воды в эксплуатационной скважине при отборе - что эту скважину уже пора закрывать, потому что вода поднялась до самой трубы.

А вообще, регулирование отбора и закачки на ПХГ этого типа - чистое шаманство, в которое без многолетнего опыта работы на именно этом ПХГ нечего и соваться.

Хранилища эксплуатируются при более напряженном режиме, чем природные залежи. Если на природных месторождении процессы происходят в основном монотонно, в течение нескольких месяцев отборы газа из залежей практически не изменяются, то в ПХГ они скоротечны. В течение нескольких дней отбор газа изменяется от максимального до нуля, а иногда сменяется и закачкой газа.

Граница газоводяного контакта

В подземном хранилище газа всю область течения газа и жидкости делят на две зоны: зону, в которой подвижен только газ, и зону, в которой движется только вода. Поверхность, разделяющая эти две зоны, называется фронтом вытеснения газа и воды или границей газоводяного контакта (ГВК).

То, как движется эта граница как по площади, так и по вертикали определяется многими факторами: фильтрационными свойствами и геометрией пласта, степенью неоднородности пласта, темпами нагнетания газа и т.д. От этого зависят технологические показатели хранилища. И практика показывает, что изза разного рода неравномерностей заполнение происходит не строго вертикально, а контур ГВК имеет довольно сложную форму. Основная работа операторов ПХГ - добиться чтобы ГВК и при закачке, и при отборе двигался равномерно, без разрывов, по всех площади залежи. Но до сих пор не найдено абсолютно надежных и в то же время экономичных способов проконтролировать этот процесс! Изза того, что контур ГВК определяется условно, на глазок, случаются ошибки в оценке запасов газа, и даже переток газа (уход газа за замок ловушки).

Чтобы этого не случилось, операторы страхуются, стараются оставить себе хороший запас свободного места. А большие боссы наоборот, требуют чтобы хранилище было "набито по плешку"…

Активный и буферный газ

Еще один момент, который несколько лет назад был на слуху у всех.

ПХГ в водонасыщенных пластах имеют два параметра, характерных только для этого типа хранилищ: активный и буферный газ

Общий объем газа в подземном хранилище делится на две части: активный (рабочий) и буферный (остаточный). Активный газ - объем газа, ежегодно закачиваемый и отбираемый из подземного хранилища. То есть то, что можно продать потребителю. В течение нескольких лет по окончании периода создания его количество в хранилище можно считать постоянным.

Буферный газ - объем газа, постоянно находящийся в ПХГ во время его эксплуатации, то есть, тот газ, который поддерживает существование газового "пузыря".

Буферный газ нужен для создания в хранилище определенного давления в конце отбора, при котором обеспечивается необходимый дебит газа, получаемого из хранилища, соблюдаются требования охраны недр и условия транспорта газа в район потребления. Еще буферный газ нужен для уменьшения продвижения воды в хранилище, увеличения дебитов скважин и уменьшения степени сжатия на компрессорных станциях при начале следующей закачки. Чем больше объем буферного газа - тем больше давление в хранилище в конце откачки и дебит отдельных скважин, тем меньше нужно скважин для отбора газа из хранилища. Как правило, объем буферного газа в ПХГ составляет от 60 до 140 % активного газа (это не опечатка).

Объем буферного газа в подземном хранилище зависит не только от глубины залегания ловушки и ее размеров, но и от множества других параметров, поэтому невозможно узнать его заранее. Да и измерить по результатам эксплуатации можно тоже с большой погрешностью: никогда не известно сколько газа реально улетучилось из ПХГ через всякого рода нарушения в кровле. В результате формула "закачали минус откачали" дает приближенный результат. Тем не менее, между объемами активного и буферного газа, объемом хранилища, начальным пластовым давлением и давлением нагнетания газа существует прямая зависимость, так что вычислить буферный объем получается с точностью, достаточной для нормальной работы ПХГ (но не для тех, кто торгует газом). Соотношение между количеством активного и буферного газа - один из важнейших показателей, характеризующих подземное хранилище газа, оно зависит от многих причин и к тому же ежегодно немного, но изменяется.

Разумеется, можно выкачать из пласта весь буферный газ. Но тогда на следующий цикл придется начинать заново всю многолетнюю процедуру наращивания объема хранилища…

Утечки газа из ПХГ

При создании и эксплуатации ПХГ всегда имеется утечка части хранимого газа. Кроме прямых экономических потерь, это крайне раздражает экологов, которые считают утечки газа одним самым вредным из воздействий ПХГ на окружающую среду.

Размеры утечек зависят от геолого-физических условий объекта ПХГ, динамических условий эксплуатации, технического состояния скважин и многого другого. Отсюда, причины, вызывающие нарушение герметичности хранилища, делят на геологические, технические и технологические. К первым можно отнести наличие тектонических разломов, неоднородность покрышки хранилища (например, включение линз песка в глиняном слое), особенности подземной гидродинамики и геохимии (например, растворение газа в подземных водах и миграция газа по пластам пород и др.). На это персонал ПХГ никак повлиять не может.

Технические причины связаны в основном с состоянием скважин, (негерметичность колонных оголовков, дефекты эксплуатационных колонн и пр.). К технологическим причинам, вызывающим перетоки газа из хранилища, относят ошибки при оценке эффективности гидро- и газоупоров ловушки, рабочего объема хранилища и запасов газа, отклонения от технологического режима, и физико-химических процессов в самой залежи. Все это может привести к переполнению хранилища и утечке газа. Устранение таких утечек - постоянная головная боль инженеров ПХГ.

Последний пункт, для оживляжа: В работе всех ПХГ есть одна важная технологическая особенность.

При отборе газ выходит из земли под очень большим давлением. Чтобы подать его потребителю, нужно давление снизить, для этого его пропускают через редукторы, в которых газ расширяется и его давление падает Вспоминаем школьный курс физики… по тем же законам физики при расширении газ охлаждается, обычно так сильно, что трубы после редукторов покрываются инеем даже летом. И тут в игру вступает еще один неприятный эффект. Из скважины мы получаем влажный газ! При охлаждении газа вода оседает внутри труб в виде снега и наледи. И была бы не такая большая беда, если бы этот снеголед просто засорял трубы. В природе устроено так, что лед при замерзании начинает поглощать природный газ, причем в очень серьезных количествах, образуется так называемый "кристаллогидрат". Вплоть до того, что газ выходит из скважины, и - никуда не приходит, весь поглощается растущей ледовой пробкой. Бороться с такой затычкой, если она уже возникла, очень долго, трудно и опасно, поэтому в трубы подливают антифриз. Обычно это - метиловый спирт, метанол, тот самый, от отравления которым человек слепнет и умирает. Спирт, попав на ледяную пробку, растворяет кристаллогидрат и освобождает газ. До потребителя этот спирт никак дойти не может, он весь улавливается установкой осушки газа и снова пускается в дело.

Но на площадке ПХГ этот яд присутствует, поэтому дисциплину среди работников держат железную: если кого-то увидят похмельным среди рабочего дня, увольнение следует без предупреждения. Да и в нерабочее время народ старается не попадаться начальству на глаза "отпраздновавшим". Год потом будут принюхиваться… (Курильщикам на станциях тоже достается так, что многие бросают курить только изза необходимости ходить в курилку за километр).

И опять о спирте. В Белоруссии на Осиповичском ПХГ используется метанол. На Прибугском получилось смешнее: там водоносные горизонты уходят в Польшу. И польские экологи стали горой: никакого метанола в скважины! Поэтому на Прибуге в скважины льют чистый питьевой этиловый спирт. Жидкость привозят на станцию цистернами. И что? Хотел бы сказать, что на Прибуге работают одни только трезвенники, но нет - нормальные белорусские мужики. Тем не менее, спирт расходуется исключительно на технологию.

Это я к тому, что в Бразилии половина автомобилей ездит на спирте. А в нашей стране такое, якобы, невозможно.

Возможно, соратники, все возможно. хранилище газ газгольдер

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.

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.

В природе нефтеносные и газовые пласты сложены из плотных горных пород по свойствам похожих не на песок, а, скорее, на строительный кирпич, а то и на точильный камень. То есть, состоят из твердых, более или менее сцементированных частиц, между которыми существуют связанные между собой пространства, что позволяет просачиваться воде и газу.

В жизни хранилища есть два периода: период создания, когда происходит постоянное увеличение рабочего объема (мощности) хранилища, и период циклической работы "отбор-закачка", когда количества отбираемого и закачиваемого газа равны и в момент начала каждого цикла мощность хранилища и его газонасыщенная площадь остаются неизменными.

Ергин Д. Добыча. Всемирная история борьбы за нефть, деньги и власть. - М.: Изд-во «ДЕНОВО», 1999

История предпринимательства в России. Кн. 2. - М.: Наука, 1999

Экономидес Майкл, Олини Рональд. Цвет нефти. Крупнейший мировой бизнес: история, деньги и политика. - М.: ЗАО «Олимп-Бизнес», 2004. - 256 с.

Тетельмин В.В. Нефть в семи проекциях. - М.: САЙНС-ПРЕСС, 2004. - 256с.

Размещено на .