Как устроены подземные газовые хранилища: обзор вариантов хранения газа

Подземное хранение газа

Фоторепортаж

Инфографика

Магистральные газопроводы, по которым газ транспортируется от месторождений к местам потребления, работают с относительно постоянной производительностью. Однако потребление газа характеризуется в первую очередь сезонной неравномерностью. Для снижения пиковых нагрузок, обеспечения гибкости и надежности поставок газа нужны специальные компенсаторы — газохранилища, которые способны накапливать избытки газа, хранить их и, в случае увеличения спроса, отдавать потребителям. Такими компенсаторами служат подземные хранилища газа (ПХГ), созданные в выработанных месторождениях углеводородов, водоносных пластах или соляных кавернах.

ПХГ «Газпрома» в России

Подземные хранилища газа расположены в основных районах потребления и являются неотъемлемой частью Единой системы газоснабжения (ЕСГ) России. Сеть ПХГ обеспечивает в отопительный период от 20 до 40 % всех поставок газа «Газпромом».

На территории России «Газпром» эксплуатирует 23 ПХГ в 27 геологических структурах.

Основные активы и проекты Группы «Газпром» в транспортировке и подземном хранении газа

К осенне-зимнему периоду 2019–2020 годов объем оперативного резерва газа в ПХГ составил 72,232 млрд куб. м, а потенциальная максимальная суточная производительность на начало сезона отбора достигла рекордного уровня — 843,3 млн куб. м газа. Это на 30,8 млн куб. м выше аналогичного показателя прошлого года.

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:

• «Йемгум», «Катарина», «Реден» и «Этцель» (Германия);
• «Хайдах» (Австрия);
• «Бергермеер» (Нидерланды);
• «Банатский Двор» (Сербия);
• «Дамборжице» (Чехия).

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:

• Мозырское, Осиповичское и Прибугское (Белоруссия);
• Абовянское (Армения).

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.

Абовянская станция подземного хранения газа в Армении

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.

Потенциальная максимальная суточная производительность на начало сезона отбора, млн куб. м

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:

• Арбузовское ПХГ;
• Беднодемьяновское ПХГ;
• Новомосковское ПХГ;
• Шатровское ПХГ;
• Удмуртский резервирующий комплекс.

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.

Хранение газа

Нефть и газ, хранение которых сейчас стоит на первом месте среди вопросов отрасли, считаются на сегодня основными полезными ископаемыми. Каждый продукт нужно уметь складировать, и углеводородное сырье не является исключением.

Индустрия подземного комплекса по сохранности газа существует и успешно функционирует уже около ста лет.

Системы хранения газа

Система хранения продукции – это наличие ее резервных запасов в условиях, которые максимально эффективно способствуют ее количественной и качественной сохранности на протяжении определенного промежутка времени.

Хранение газа целенаправленно формируется при компенсировании нерационального газопотребления, улучшения надежности и работоспособности системы снабжения, быстрореагирующего (аварийные происшествия) и народно-хозяйственного (для формирования надежного и точного планирования в случае возникновения стихийных бедствий) резервирования.

Как известно из истории, самый первый случай хранения сырья произошел в России при собирании светильного газа сухой перегонкой каменного угля на газовом заводе в середине 19 в. (1835 — Петербург, 1865 — Москва). Первыми хранилищами ресурса, которые впоследствии получили широкое распространение, считаются газгольдеры, имеющие низкое давление с переменным объёмом (США, 1895).

На практике газ может храниться как в естественном и сжиженном состоянии, так и в виде гидратов. Ключевую роль в снабжении газом объектов народного хозяйства играет подземное хранение газа в ёмкостях, а также в газгольдерах низкого, среднего и высокого давления.

Подземные конструкции для хранения углеводородного сырья играют немаловажную роль в надежном снабжении потребителей. Их функционирование дает возможность выравнивать суточные колебания газопотребления и справляться с пиковым спросом, как правило, во времена зимнего периода.

Так как Россия – одна из стран, которые имеют определенные климатические особенности и удаленность источников ресурсов от конечных потребителей, то ПХГ в государстве особенно ценятся. Не стоит забывать, что на территории РФ активно задействована «Единая система газоснабжения», не имеющая мировых аналогов, в которую входит как неотъемлемая часть комплекс ПХГ.

Металлические резервуары для хранения газа

Металлические резервуары для хранения газа предоставляют возможность на все 100% потребителям использовать природный ресурс. И совсем не имеет значения, какое сейчас время года, колебания температуры. При этом роли не играет и неожиданное возникновение форс-мажорных обстоятельств.

Требования к резервуарам и паркам хранения газа

Важно понимать, что складирование газа требует значительно больше объема, чем твердого тела или жидкости. Поэтому самой сложной задачей является найти герметичные резервуары, емкости для хранения сжиженного газа и прочей продукции. Но природа в этом случае послужила хорошим помощником и уже соорудила их. Природными ПХГ здесь выступают пористые пласты песчаника в земной коре, герметично закупоренные сверху куполом из слоя глины. В порах песчаника можно найти воду, точно так же там могут накапливаться и углеводороды. В ходе работы по созданию ПХГ в водоносном слое газ, который собирается под глиняной покрышкой, толкает воду вниз.

Чтобы определить является ли данный пласт-коллектор месторождением газа и нефти, необходимо изначально проверить есть ли в нем углеводороды. Таким образом, герметичность этой структуры уже доказана тем, что в ней скопились углеводороды.

В моменты формирования хранилища часть газа замыкается в пласте-коллекторе с целью создать нужное давление. Такой газ имеет название буферный. Объем буферного газа составляет почти половину от всего газа, закачиваемого в хранилище. Газ, который будут использовать при извлечении из ПХГ, имеет название активный или рабочий.

Следует знать, что наибольшее хранилище активного газа называется Северо-Ставропольским ПХГ. Его объем составляет 43 млрд. кубометров активного газа. Такой цифры без проблем хватает, чтобы обеспечить на год потребление таких стран, как Франция или Нидерланды. Известно, что Северо-Ставропольское ПХГ было сооружено в истощенном газовом месторождении. А хранение газа в подземных хранилищах этого комплекса считается достаточно эффективным.

Парки, которые находятся в истощенном месторождении или водоносном слое, имеют отличие, выражающееся в большом объеме и в маленькой гибкости. Во много раз быстрее закачка и отбор газа проводятся в хранилищах, которые находятся в пещерах каменой соли. На территории России сейчас есть два хранилища, которые находятся в отложениях каменной соли. Их местом расположения является Калининградская и Волгоградская области. Здесь проводится хранение пиролизного и природного газа.

Закачка газа для хранения

Закачка газа — это система действий, направленных на заполнение газом искусственной газовой залежи при указанных технологическим проектом показателях. Газ, который исходит из магистрального газопровода, идет на указанное место очистки от механических примесей, а дальше поступает на пункт замера и учета, лишь после этого он идет в компрессорный цех. Обвязка технологических линий позволяет измерить производительность каждой скважины, температуру и давление газа при закачке.

Процесс выкачивания из находящегося под землей резервуара для хранения газа имеет аналогию с таким же технологическим процессом, как и добыча из газовых месторождений, но есть одно существенное отличие: весь активный (товарный) газ отбирается за период от 60 до 180 суток. Максимально очищенный и осушенный ресурс направляется в магистральные системы транспорта.

Изотермическое хранение сжиженного газа

Вполне возможно изотермическое хранение сжиженного газа. Стоит подчеркнуть, что это самый дорогой метод хранения газа из всех перечисленных. Этот недешевый метод хранения применяют именно в условиях невозможности иных вариантов создания хранилища другого вида вблизи крупных потребителей, но указ на сооружение такого типа хранилища издается лишь в тех случаях, если в районе возле крупных потребителей не представляется возможным создание хранилища другого вида. Например, возможность создания такого хранилища в районе Санкт-Петербурга сейчас активно рассматривается лучшими специалистами «Газпрома». Более того, газовая промышленность России владеет технологией хранения гелия.

Сам процесс хранения сжиженного природного газа (СПГ) осуществляется только в тех резервуарах, которые имеют низкую температуру и называются изотермическими. При этом возникают трудности, как следствие низкой температуры хранения, малой теплоты испарения СПГ. Применение высокоэффективной теплоизоляции — наилучшее условие длительного и качественного складирования ресурса.

Возможен вариант хранения газа в форме гидратов. Стабилизация обработанного ресурса происходит под действием его выдержки при рабочем давлении в соответствии с температурой -10 °C в течение суток. Гидратная плотность равна 0,9-1,1 г/см3, т.е. это немного превышает плотность льда (0,917 г/см3). Готовый вариант газа из этого ресурса возможен исключительно при его нагревании. Хранение такого газа происходит непосредственно в газгольдерах.

Технологии хранение газа на выставке

Есть большая уверенность в том, что выставка «Нефтегаз» эффективно повлияет на развитие и станет сенсационным событием в сфере нефтеперерабатывающей индустрии. Обязанности организатора интернациональной экспозиции берет на себя опытный ЦВК «Экспоцентр». Проект считается самым большим событием в зоне СНГ.

В процессе выставки значительное внимание будет уделено рассмотрению различных видов резервуаров и хранению сжиженных углеводородных газов.

Также в ходе мероприятия будут рассмотрены всевозможные типы баз для складирования, передовая оснастка для сектора и современные технологии, в том числе и автоматизация газодобывающего и транспортирующего комплекса.

Мероприятие «Нефтегаз» включает в себя набор разносторонних тематик и предоставит полезную информацию о:

• группах насосов для перекачки ресурсов;
• оснастке для нефтехимических нужд;
• видах газопроводов;
• сварочных устройствах;
• приспособлениях для монтажа;
• комплексах хранения природного газа;
• приборах автоматизации комплекса.

Здесь пройдут разносторонние мероприятия, где будут затронуты основные болезненные темы индустрии, будут демонстрироваться инновационные варианты хранения сжиженных газов и передовые инженерные конструкции.

Как устроены подземные газовые хранилища: обзор вариантов хранения газа

ГДЕ УКРАИНА И МИР ХРАНЯТ СВОЙ ГАЗ?

Юрий Мазурец

Природный газ один из самых ценных энергетических ресурсов на планете. От него зависит не только уровень развития промышленности государства, но и быт подавляющего большинства граждан. Прежде, чем газ находит своего потребителя, он проходит целую цепочку этапов от добычи до транспортировки.

Наличие этого энергетического ресурса и его количество в разных уголках Земли сильно варьируются. Одни страны буквально «жируют», наполняя свой бюджет лишь за счет добычи энергетических ресурсов (например, в Катаре 70 % доходной части государственного бюджета составляет экспорт газа и нефти), другие же вынуждены покупать его в больших объемах, причем, иногда у монополистов, из-за чего голубое топливо может стоить очень дорого. Наряду с добычей и транспортировкой, важнейшую роль в бесперебойном обеспечении газом потребителей занимает процесс хранения.

Первое в мире подземное хранилище газа (ПХГ) было создано в Канаде еще в 1915 году, располагалось оно в истощенном газовом месторождении. Год спустя опыт Канады в этом плане переняли американцы, которые создали хранилище невиданных на то время объемов – 62 млн куб. м. Кроме того, в 1946 году именно Штаты стали первооткрывателями также и в хранении газа в водоносных пластах. Советский Союз начал активно строить собственные ПХГ несколько позднее — только в 50-х годах прошлого века. В 70-х советские газовики принялись наверстывать упущенное и создали ряд чрезвычайно крупных газовых хранилищ: в 1977 году было введено в эксплуатацию крупнейшее в мире ПХГ в водоносном пласте в Рязанской области объемом в 4,5 млрд куб. м газа, а в 1979 году в Ставропольском крае было обустроено крупнейшее в мире хранилище в истощенном газовом месторождении.

Для сглаживания пиковых нагрузок потребления газа во всем мире используются ПХГ, которые принимают газ, когда его добывается и поставляется по трубопроводам больше, чем требуется потребителям, и отдают, когда начинается период максимального спроса. Итак, подземное хранилище газа — 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. Для их эксплуатации как хранилищ устанавливается дополнительное оборудование. В них природный газ может храниться в газообразном состоянии.

Наличие хранилищ – своего рода гарантия бесперебойности поставок газа промышленности и населению, а также его экспорта. Хранить газ может быть выгодно и с точки зрения наполнения бюджета. При наличии в ПХГ избыточных объемов экономически выгодно купить газ летом, закачать его в них, а зимой выкачать и продать, так как из-за роста потребления стоит он значительно дороже.

Страны мира делятся на преимущественно добытчиков (экспортеров, как, например, Россия) и преимущественно потребителей (импортеров) газа. Но есть и так называемые транзитные страны, через которые проходят ветки континентальных газопроводов (как Украина). При этом они могут быть как импортерами, так и экспортерами голубого топлива. Чем ближе к северу, тем сложнее с прокачкой достаточного объема газа зимой. Но легче обходить эту проблему, если в транзитных странах имеются ПХГ, чтобы покрывать из них недостающие объемы транзитного топлива. Кто и когда должен заполнять ПХГ, определяется контрактами между экспортером и транзитной страной с учетом интересов страны-потребителя.

Разберемся, каков мировой опыт хранения газа и на кого следует ровняться Украине, если ровняться вообще нужно.

Украина добывает около 20 млдр м3 газа в год, чего не достаточно для внутреннего потребления. Остальной объем газа импортируется. Также Украина является транзитной страной для российского газа, который продается в страны ЕС. В 2008 году Украина транспортировала 199,6 млрд куб м. Через шесть лет, в 2014 году, этот показатель снизился вдвое, до 62,19 млрд куб м. 2014 год стал худшим по объемам транзита за всю историю украинско-российских газовых отношений. Еще летом президент «Укртрансгаза» Игорь Прокопив признает, что в 2015 году итоговые цифры могут быть еще скромнее, около 50 млрд куб м при потенциальной мощности 175 млрд куб м. Таким образом, украинская ГТС будет загружена менее, чем на треть. «Нафтогаз» в известном иске к «Газпрому» оценил потери от снижения транзита газа в 10 млрд долл.

А тем временем одним из преимуществ отечественной ГТС является наличие третьего в мире по объему парка ПХГ. В них помещается больше 30 млрд м3 газа, причем это не придел: данную цифру можно увеличить минимум на 5. Сможет ли Россия найти альтернативные транзитные мощности с такими ПХГ после 2019 года – покажет время.

На сегодня в Украине 13 ПХГ (в том числе, одно во временно оккупированном Крыму), два из которых созданы на базе водоносных структур, а остальные – на базе истощенных газовых месторождений. Отечественные подземные газохранилища имеют многоцелевое назначение: основными задачами являются надежное бесперебойное и рациональное обеспечения потребителей природным газом, обеспечение надежного транзита газа через территорию Украины в страны Европы, создание долгосрочных резервов газа на случай возникновения экстремальных ситуаций. Компанией-оператором хранилищ является «Укртрансгаз», которая предоставляет услуги по хранению газа в ПХГ как поставщикам, так и потребителям топлива. Максимальная суточная производительность составляет 250 млн м3. На топливо из хранилищ, а не из «трубы», приходится около 40% украинского годового потребления газа.

В Украине создавать ПХГ начали в 60-х годах прошлого века для обеспечения бесперебойного снабжения газом Киева и промышленных центров восточных областей. Когда же начались поставки советского газа в Европу, встал вопрос о регулировании объемов поставок в этом направлении. Поэтому в 70-80-е годы в Западной Украине на базе истощенных месторождениях было построено 5 ПХГ, включая Бильче-Волицко-Угерское, которое является крупнейшим в Европе (в него можно закачать17 млрд м3 газа). Украинская сеть подземного хранения газа включает 4 комплекса: Западноукраинский (Предкарпатский), Киевский, Донецкий и Южноукраинский. Около 80% мощностей украинских ПХГ приходится на Западноукраинский (25,6 млрд м3).

УКРАИНСКИЕ ПХГ НА КАРТЕ

ПХГ

Год сооружения

Тип

Оператор

Проектная мощность, млрд куб. м.

Подземные хранилища газа

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

Как правило, ПХГ сооружаются вблизи трассы магистральных газопроводов и крупных газопотребляющих центров для возможности оперативного покрытия пиковых расходов газа.

Объем газа в подземном хранилище подразделяется на активный и буферный.

Активный объем газа в пласте-коллекторе ПХГ – это часть общего объема газа, которая может быть отобрана из искусственной газовой залежи при эксплуатации ПХГ в период потребности в газе (оперативный и долгосрочный резервы газа). Объем зависит от геометрических размеров хранилища, формы и глубины залегания, пористости и проницаемости вмещающих пород, минимального и максимального давлений в ПХГ при эксплуатации, а также технологии закачек и отборов газа. На стадии проектирования объем активного газа рассчитывают теоретическим путем, на стадии эксплуатации корректируют по фактическим показателям хранилища.

Буферный объем газа в пласте-коллекторе ПХГ – это минимальный необходимый объем газа, являющийся неотъемлемой частью ПХГ и не подлежащий отбору, постоянно находящийся в искусственной газовой залежи для обеспечения его стабильной циклической эксплуатации.

Если подземное хранилище создается на базе истощенного месторождения, то объем буферного газа формируется из остаточных геологических запасов и из объема газа, закачанного для создания необходимых энергетических характеристик хранилища. Буферный объем обеспечивает в хранилище давление, достаточное для перемещения газа к эксплуатационным скважинам в периоды отбора. При этом чем больше доля буферного газа в ПХГ, тем меньше разница между максимальным и минимальным давлением, обеспечивающим отбор заданного количества газа в течение заданного промежутка времени. Буферный объем газа может быть частично извлечен из искусственной газовой залежи только при ликвидации хранилища.

Для больших объемов газа и в основном для регулирования сезонной неравномерности газопотребления создаются подземные хранилища в пористых структурах: в истощенных газовых, газоконденсатных, нефтяных месторождениях, а также водоносных пластах.

Подземные хранилища часто создают в непроницаемых горных породах, в частности, в каменной соли. Такие хранилища исполняют роль не только регуляторов сезонных неравномерностей газопотребления, но и одновременно являются наиболее рациональным источником покрытия пикового спроса на газ.

Всего в мире действует более 600 подземных хранилищ газа общей активной емкостью порядка 340 млрд м 3 .

Наибольший объем резерва газа хранится в ПХГ, созданных на базе истощенных газовых и газоконденсатных месторождений. Менее емкими являются соляные каверны, есть также единичные случаи создания ПХГ в кавернах твердых пород (рис. 14). Такие ПХГ создаются только если это экономически выгодно, например, в условиях высокого уровня газификации, но при отсутствии собственного производства газа, геологических структур для создания ПХГ в пористых пластах или соляных кавернах, возможности строительства СПГ-терминалов и т.д.

Рис. 14. Распределение объема активного резерва газа по типам ПХГ

Подземные хранилища газа в истощенных месторождениях

Подземные хранилища в истощенных месторождениях предназначены для создания больших запасов газа, обеспечивающих резервом газа крупный газопотребляющий регион или несколько регионов, а также используются для создания стратегического резерва государства.

Первая в мире опытная закачка газа в истощенное газовое месторождение была проведена в 1915 г. в Канаде (месторождение Уэлленд-Каунти), первое промышленное ПХГ было создано в 1916 г. в США (газовое месторождение Зоар, район г. Буффало) емкостью 62 млн м 3 .

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 настоящее время в мире эксплуатируется порядка 450 ПХГ в истощенных месторождениях с общей активной емкостью более 250 млрд м 3 .

При проектировании подземного хранилища в истощенных газовых, газоконденсатных и нефтяных месторождениях необходимо определять следующие параметры:

– максимально допустимое и минимально необходимое давление газа в хранилище;

– число нагнетательно-эксплуатационных скважин;

– тип компрессорного агрегата и общую мощность компрессорной станции;

– тип и размер оборудования для очистки и осушки газа;

– диаметр и протяженность газопровода подключения.

Минимально необходимое давление газа в хранилище определяется в зависимости от горно-геологических характеристик газоносного пласта и объема буферного газа. При определении максимально допустимого давления газа в хранилище необходимо проводить исследования технического состояния существующего фонда скважин с целью определения остаточной прочности обсадных колонн, с учетом состояния цементного камня, наличия заколонных и межпластовых перетоков. Особое внимание при этом необходимо уделять ликвидированным ранее скважинам. Особенность создания ПХГ в истощенных месторождениях состоит в том, что бурение скважин всех категорий и их последующая ликвидация должны осуществляться в условиях низких пластовых давлений.

Некоторые участки бывших месторождений могут попадать под жилую или промышленную застройку. При создании ПХГ в таких месторождениях давление в зоне нагнетания зачастую превышает начальное давление в залежи, а при эксплуатации меняется в значительном диапазоне. В силу этих причин скважины могут быть источниками перетоков, инициировать образование грифонов и представлять повышенную опасность не только для экологии, но и для жизнедеятельности населения, находящегося на таких территориях.

Основными технологическими параметрами процесса закачки газа являются:

– максимальный объем газа, который можно закачать в хранилище;

– изменение во времени давлений в хранилище, на забоях и устьях нагнетательных скважин;

– необходимое число компрессоров с соответствующими технико-технологическими параметрами для закачки и др.

К основным технологическим параметрам процесса отбора газа из хранилища, которые необходимо дополнительно определить, относятся также: максимальные и минимальные пластовое и забойное давление газа, число эксплуатационных скважин и их дебит.

Истощенные газовые и газоконденсатные месторождения во многих случаях являются наименее затратными объектами для создания в них ПХГ (рис. 15). Месторождение разведано, известны геометрические размеры и форма площади газоносности, геолого-геофизические параметры пласта, начальные давления, температура и состав газа, изменение во времени дебитов скважин, режим эксплуатации скважин, герметичность покрышки. На месторождении имеется определенный фонд эксплуатационных и наблюдательных скважин, промысловые сооружения для получения товарного газа.

Рис. 15. ПХГ в пористых структурах: в истощенном газовом месторождении
(естественная газовая залежь) или в водоносном пласте (искусственная газовая залежь)

При выборе объекта для создания ПХГ предпочтение отдается месторождениям, имеющим газонасыщенный объем, достаточный для хранения необходимого активного объема газа, удовлетворительные фильтрационно-емкостные свойства и сравнительно однородное распространение их по площади и разрезу пласта-коллектора, большую амплитуду ловушки (несколько десятков метров), газовый режим эксплуатации. Сочетание характеристик, удовлетворяющих всем критериям, встречается редко, поэтому выбор объекта производится на основе комплексной оценки влияния всех параметров на характеристику хранилища.

Для решения вопроса о целесообразности использования истощенного газового месторождения в качестве ПХГ должны быть оценены:

– объем порового пространства с учетом неоднородности строения залежи по площади и по разрезу;

– наличие слабодренируемых и застойных зон;

– степень активности пластовой водонапорной системы;

– объем вторгшейся воды;

– остаточные запасы газа и режим залежи;

– проведены детальные испытания эксплуатационных скважин и выяснены возможности утечки газа через стволы скважин, пробуренных на горизонт, намеченный для хранения газа.

Строительство ПХГ в истощенном газовом месторождении осуществляется в два этапа. На первом этапе производится промышленное заполнение хранилища газом, на втором – циклическая эксплуатация.

При недостаточной изученности месторождения, низком количестве исходной геолого-промысловой и геофизической информации составляется программа доразведки месторождения и обследования пробуренного фонда скважин. Определяются остаточные запасы газа, нефти, конденсата и сопутствующих компонентов, степень и характер выработанности залежей. Остаточные запасы газа передаются на баланс газохранилища.

ПХГ, предназначенные для регулирования сезонной неравномерности газопотребления и расположенные в непосредственной близости от потребителей, обычно создаются в сравнительно небольших месторождениях, остаточные запасы которых не превышают 10 млрд м 3 . Соотношение активного и буферного объемов газа близко 1:1. Наиболее подходящий объект выбирается по лучшему сочетанию всех параметров.

В ряде случаев, если позволяет техническое состояние, на первом этапе создания ПХГ могут быть использованы оставшееся газопромысловое оборудование, существующий фонд скважин и промысловые коммуникации. Такие хранилища могут быть введены в опытную эксплуатацию сразу после перевода месторождения в разряд ПХГ.

Эксплуатация подземных хранилищ газа отличается от разработки газовых месторождений интенсивностью и переменным направлением происходящих процессов фильтрации газа в пласте и движения его в стволах скважин. Активный объем газа ПХГ может быть отобран за 40–180 сут. Исходя из этого в технологической системе ПХГ используется значительно больший фонд эксплуатационных скважин. При этом должны проектироваться и строиться высокопроизводительные скважины.

При разработке месторождения газ движется только в одном направлении по схеме пласт – скважина – шлейф – газосборный пункт – газопровод. При эксплуатации ПХГ он движется во время отбора так же, как и на месторождении, а во время нагнетания – в обратном направлении по схеме газопровод – дожимная компрессорная станция – газосборный пункт – шлейф – скважина – пласт.

Специфика воздействия на эксплуатационный объект (пласт-коллектор искусственной газовой залежи) преобразует его. Само это воздействие на призабойную зону за полный цикл можно разделить на несколько этапов.

На первом этапе в пласт-коллектор задавливается жидкость, скопившаяся в стволе скважины во время отбора, затем газовые струи, проходящие через перфорационные отверстия при нагнетании газа, разрушительно действуют на раскисший от воздействия жидкости коллектор, во многих случаях являющийся слабосцементированным. Репрессия при нагнетании газа в эксплуатационные пласты ПХГ чаще всего значительно превосходит по значениям величины депрессий при отборе газа.

При дальнейшем нагнетании газа происходит осушение и охлаждение прежде всего призабойной зоны, так как закачиваемый в скважины газ является относительно сухим и имеет температуру 12–20 °С. Повышение давления в околоскважинной зоне осушенным газом способствует постепенному оттеснению ГВК и расформированию конусов обводнения.

Сам нагнетаемый газ по составу, как правило, отличается от «родного» газа тех отложений, в которых создано ПХГ. Вместе с потоком газа происходит привнесение в пласт-коллектор механических частиц различного происхождения (пыли, песка, частиц породы, различных окислов железа, машинного масла). В результате в околоскважинной зоне эксплуатационного пласта создается среда, отличная от начального состояния пласта-коллектора. Размеры этой среды со временем увеличиваются. Формирование такой среды происходит в опережающем порядке в наиболее проницаемых пропластках, через которые фильтруется основной объем газа.

При отборе газа продукты разрушения пласта-коллектора и привнесенные ранее механические примеси частично выносятся с потоком газа в скважину и далее (если скорость восходящего потока позволяет) на поверхность, если нет – оседают на стенках насосно-компрессорных труб (НКТ) или на забое и могут образовывать песчано-глинистые пробки. Отбор газа сопровождается снижением давления и прогревом пласта за счет подтока более прогретого газа из отдаленных зон пласта и поступления подошвенных или законтурных вод. Происходит частичное испарение остаточной воды, и влагоемкость газа возрастает. В лифте скважины, напротив, происходит конденсация парообразной влаги, и в случае недостаточной скорости восходящего потока газа для выноса образующейся конденсационной воды последняя скапливается на забое, создавая гидрозатвор, который может полностью заглушить скважину.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Как хранят газ и что такое ПХГ

Любой продукт надо как-то хранить. Газ не исключение. Индустрия подземного хранения газа имеет уже почти столетнюю историю.

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.

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.

Активный газ

В процессе создания хранилища часть газа захватывается в пласте-коллекторе, чтобы создать необходимое давление. Этот газ называется буферным. Его объем составляет приметно половину от всего газа, закачиваемого в хранилище. Газ, который потом будут извлекать из ПХГ, называется активным или рабочим газом.
Самое большое хранилище в мире — Северо-Ставропольское ПХГ. Его объем — 43 млрд кубометров активного газа. Этого хватило бы, чтобы покрыть годовое потребление, например, Франции или Нидерландов. Северо-Ставропольское ПХГ было построено в истощенном газовом месторождении.

Хранилища в истощенном месторождении или водоносном слое отличаются большим объемом, но небольшой гибкостью. Гораздо быстрее закачка и отбор газа происходят в тех хранилищах, которые созданы в пещерах каменной соли (хотя они и проигрывают в объеме ПХГ, созданным в истощенных месторождениях).

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.

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.

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.

Другие способы

Еще можно хранить газ в сжиженном виде. Это самый дорогостоящий из всех способов хранения, но такое решение применяется в тех случаях, когда вблизи крупных потребителей невозможно построить хранилища другого типа. Возможность создания такого хранилища в районе Санкт-Петербурга в настоящее время рассматривается специалистами «Газпрома».

Кроме того, российская газовая промышленность обладает технологией хранения гелия.

В мире нет единой системы, по которой бы классифицировались запасы углеводородов, но существуют некоторые принятые стандарты. Россия не так давно приблизила к ним свою систему.

Месторождения природного газа находятся не только на суше. Существуют морские месторождения — нефть и газ иногда встречаются и в недрах, скрытых водой.

Подземное хранение газа. Типы подземных хранилищ

Для выравнивания сезонной неравномерности газопотребления, обеспечения равномерной работы газовых промыслов и магистральных газопроводов, накопления используемых или стратегических ресурсов газа наиболее целесообразно хранить газ в подземных герметичных хранилищах. В качестве подземных газохранилищ используются:

1) истощенные нефтяные и газовые месторождения;

2) разнообразные геологические ловушки пластовых водонапорных систем;

3) естественные и искусственно создаваемые в недрах земли трещины, каверны.

Максимально допустимое давление газа в подземном хранилище зависит от глубины залегания пласта, его массы, структуры и размеров площади газоносности. Для закачки газа в хранилища, как правило, строят компрессорные станции с давлением до 15 МПа. Характерная особенность эксплуатации подземных хранилищ газа – цикличность их работы, которая выражается в смене процесса закачки и отбора газа. В процессе закачки происходит заполнение пласта-коллектора и создание общего объема газохранилища, подразделяемого на активный и буферный объемы газа. Буферный объем – это минимально необходимое количество неизвлекаемого газа в пластовых условиях, которое обусловливает цикличность эксплуатации хранилища. Активный же объем участвует в процессе закачки и отбора. Объем буферного остаточного газа составляет 60 -140% активного газа с учетом создания в хранилище определенного давления в конце отбора газа при соответствующем дебите скважин. Газ закачивают в весенне-летний период, когда потребность в нем значительно ниже, чем зимой. Зимой хранилища работают на отбор. Эксплуатация газохранилищ производится с учетом гидрогеологических условий пласта-коллектора, запасов газа в хранилище и неравномерности газопотребления системы газопроводов.

Создание ПХГ в пористых средах в нашей стране начато в 1958 г. введением в эксплуатацию мелких выработанных залежей истощенных местоождений Куйбышевской области. Данные ПХГ предназначались в основном для утилизации попутного нефтяного газа. В том же году началась эксплуатация Елшано-Курдюмовского ПХГ в Саратовской области.

За последующие 50 лет проведена огромная работа по созданию под­земных хранилищ газа в Единой Системе Газоснабжения (ЕСГ). В настоящее время наблюдается увеличение роли ПХГ в надежной работе ЕСГ. Проходящая реструктуризация потребления энергоресурсов в пользу газа и развитие рыночных отношений постоянно увеличивают сезонную нерав­номерность потребления газа. Поэтому модернизация и строительство ПХГ вошли в список первоочередных дел ОАО «Газпром».

Сейчас в России создана развитая система ПХГ, включающая 24 объекта, в которых хранится около 80 млрд. м 3 активного газа. Максимальная суточная производительность всех ПХГ составляет около 450 млн м 3 . Количество буферного газа в хранилищах с учетом оставшихся от разработки 35 млрд. м 3 составляет 80 млрд. м 3 .

В истощенных газовых месторождениях находится 70 % существующих и сооружаемых ПХГ. Большинство ПХГ являются крупными подземными хранилищами, создание которых вызвано потребностями развития газовой промышленности России.

ПХГ имеют многоцелевое назначение в системе газоснабжения:

– регулирование сезонной неравномерности потребления;

– дополнительная подача газа потребителям в аномально холодную зиму;

– обеспечение надежности экспортных поставок газа;

– создание долгосрочных резервов на случай непредвиденных экстре­мальных ситуаций;

– создание оперативных запасов газа на случай кратковременных аварийных ситуаций в системе газоснабжения.

Созданная в России система хранилищ позволяет обеспечить более:

15 % объема годового потребления российских потребителей;

40 %дневного потребления газа российскими потребителями;

12 % объема экспортных поставок газа.

По своему назначению подземные хранилища газа подразделяются на оперативные и резервные. Оперативные хранилища газа делятся на базисные (сезонные) и пиковые. Базисные предназначены для регулирования сезонной неравномерности газопотребления и по технологическому признаку характеризуются относительно стабильными режимами закачки и отбора газа. Различают газовые хранилища в водоносных пластах и в истощенных газовых, газоконденсатных и нефтяных месторождениях (залежах). Одним из таких оперативных базисных хранилищ является ПХГ, созданное в истощенной газовой залежи хадумского горизонта.

Подземные хранилища газа в терригенных коллекторах, по сути происходящих процессов, являются сложной системой, поведение которой обусловливается воздействием внешних и внутренних факторов. В технологической системе ПХГ используется значительно больший действующий фонд скважин, в результате циклических закачек и отбора газа происходит разнонаправленное движение газоводяного контакта (ГВК), значительные колебания давлений и температуры. Воздействие этих факторов приводит к изменению емкостно-фильтрационных свойств (ЕФС) коллектора. Для оценки ЕФС газонасыщенного коллектора в ПХГ немаловажным является совершенствование промысловых методов определения коллекторских свойств. Кроме того, для ПХГ, характеризующихся значительной площадью газоносности и неравномерностью эксплуатации отдельных зон, большое значение для совершенствования геолого-промыслового обеспечения эффективной эксплуатации ПХГ имеет разработка геолого-промысловых моделей, позволяющих рационально прогнозировать режимы эксплуатации ПХГ как в целом, так и отдельных его зон.

Продуктивный пласт ПХГ представляет собой весьма сложную флюи-додинамическую систему, чувствительно реагирующую на всякое воздействие в призабойной зоне пласта (ПЗП). При этом возникают процессы, течение и последствия которых зависят от емкостно-фильтрационных свойств горных пород, физико-химических свойств насыщающих их флюидов, а также характера воздействия на пласт при его вскрытии и эксплуатации.

Работа ЕСГ в значительной степени определяется резкой неравномер­ностью потребления газа во времени (сутки, неделя, месяц, год). Это определяет ярко выраженный переменный характер потребности в газе. Особенно сильно влияет на динамику потребности в газе погода. Так, например, спрос на газ в холодные зимние дни превышает среднегодовой суточный его расход в 10 – 15 раз.

Обеспечивая бесперебойную, равномерную, независимо от сезона года, поставку газа потребителям, подземные хранилища (при всех различиях положения искусственной залежи – соляные, нефтегазоносные структуры, водоносные горизонты) характеризуются подобием технологических схем и определенным набором технологических объектов, входящих в их инфраструктуру. В связи с этим, воздействие ПХГ на окружающую среду может считаться однотипным и при нормальном технологическом режиме работы отличается только масштабом.

В связи с этим до настоящего времени остался ряд вопросов, трудно разрешимых с позиции традиционных подходов к изучению механизма работы ПХГ. Это в первую очередь относится к проблеме формирования газового объема в резервуаре, динамике передвижения ГВК, неравномерности заполнения отдельных объемов резервуара, вопросам рационального природопользования при строительстве объектов хранилищ (скважин, дожимных компрессорных скважин и т.п.), совершенствования геоэкологического контроля и повышения уровня экологической безопасности технологических процессов при эксплуатации ПХГ.

Многие ПХГ созданы на базе истощенных газовых месторождений и характеризуются аномально низкими пластовыми давлениями (АНПД). Для таких объектов особенно важно решить проблему разработки технологий временного блокирования продуктивного пласта при строительстве скважин и проведения в них ремонтно-восстановительных работ (РВР), предотвращающих значительное загрязнение коллекторов.

Циклический характер эксплуатации ПХГ, приуроченных, как правило, к неустойчивым терригенным коллекторам, и наличие водопритоков приводят к разрушению ПЗП, образованию песчано-глинистых пробок, снижению производительности скважин.

Поэтому весьма актуальной является разработка методических основ повышения надежности создания и эксплуатации ПХГ путем совершенствования: системы геолого-промыслового контроля при создании и эксплуатации; технологии строительства скважин; методов проведения ремонтно-восстановительных работ; способов повышения производительности скважин; безопасности технологических процессов при эксплуатации ПХГ. Срок эксплуатации ПХГ рассчитан на многие десятилетия. В связи с чем возникает необходимость рассмотреть вопросы, влияющие на надежность и безопасность эксплуатации ПХГ.

Дата добавления: 2017-08-01 ; просмотров: 5303 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ