Особенности сооружения и эксплуатации подземных хранилищ газа

Подземное хранилище газа (ПХГ) - это газохранилище, обустроенное в горных породах. ПХГ во многом способствуют надежности снабжения потребителей газом - они используются как один из наиболее эффективных способов компенсации сезонной неравномерности потребления газа (удовлетворение пикового спроса в зимний период).  При небольшой удаленности от потребителя  также используют метод аккумулирования газа в последнем участке газопровода для выравнивания суточных колебаний потребления газа [1, с. 304] .

Эффективность эксплуатации ПХГ зависит от многих факторов: близость к конечным потребителям газа; герметичность, исключающая существенные потери газа;  возможность поддержания в ПХГ давления, соответствующего условиям эксплуатации систем транспорта и распределения газа. Технологическая схема ПХГ (представлена на рисунке 1) должна позволять производить сбор, замер количества, распределение и обработку газа при отборе и закачке его в хранилище. ПХГ, наземные установки, физико-химические параметры газа, применяемые методы и технологии должны соответствовать стандартам для соответствия ПХГ вышеперечисленным требованиям [1, с. 307] [4] . 

Рисунок 1. Технологическая схема наземных сооружений ПХГ:

1  - магистральный газопровод; 2 - газопровод-отвод; 3,9 - пылеуловители; 4 – промежуточная компрессорная станция; 5 - сепаратор; 6 - холодильник; 7 - маслоотделитель; 8 - газораспределительный пункт; 10 - установка осушки газа; 11 – расходомер.

Как правило, для создания ПХГ используется одна из естественных ловушек для газа: истощенные нефтяные и газовые месторождения, водоносные пласты, отработанные шахты. Отдельно можно выделить искусственно созданные соляные пещеры. Оптимальная глубина, на которой создаются ПХГ, составляет от 500 до 800 м. Это связано с увеличением затрат на обустройство более глубоких скважин. Однако глубина не должна быть чрезмерно малой, так как в хранилище создаются достаточно высокие давления [1, с. 307] . В настоящее время ПХГ стремятся создать в каждом крупном районе потребления газа, учитывая целесообразность использования более объемных хранилищ в местах наибольшей неравномерности потребления.

Наиболее оптимальное размещение крупных ПХГ достигается использованием  истощенных или находящихся на стадии истощения нефтяных и газовых залежей вследствие хорошей геофизической изученности, имеющегося обустройства, сокращения срока закачки. В некоторых случаях в качестве хранилищ также используют водоносные пласты с закачкой газа в сводовую часть куполообразной структуры и образованием там газового пузыря, вытесняющего воду к краям структуры. Такую воду из пласта можно перемещать по водоносной системе, либо удалить через разгрузочные скважины.

Соляные пещеры, образованные в мощных пластах каменной соли, являются наилучшими по герметичности резервуарами. Подготовка подземной соляной пещеры к хранению газа – не сложный, однако достаточно продолжительный процесс. В пласте толщиной не менее 30 м. и на глубине не более 1200 м. бурятся скважины. Затем пласт размывают водой и параллельно удаляют образующийся водный солевой раствор, получая  подземную полость большого объема (до 15 тыс. м³). Поверхность получившейся пещеры непроницаема для газа, так как соль характеризуется самостоятельным «заживлением» трещин и разломов [2, с. 24].

В процессе создания ПХГ часть газа остается в коллекторе, для поддержания необходимого давления. Такой газ называют буферным. Объем буферного газа обычно не меньше половины от всего объема газа, закачиваемого в хранилище. Соответственно, закачиваемый и впоследствии извлекаемый газ называют активным (рабочим) газом. Количество буферного газа рассчитывается с учетом предполагаемых потерь газа, снижение его объема за счет изменения термобарических условий и оптимального буферного давления в хранилище.

При заполнении хранилища газ, закачиваемый в ПХГ, сжимается в компрессорных цилиндрах до необходимого давления. При этом газ нагревается и загрязняется парами компрессорного масла, которые, охлаждаясь, образуют жидкое масло. Сконденсированные на забое  скважины пары масла обволакивают зерна песка, уменьшают сечение паровых каналов и фазовую проницаемость для закачиваемого газа. Это приводит к уменьшению расхода закачиваемого газа и повышению давления нагнетания. Поэтому нагретый газ перед закачкой в скважину очищается в сепараторах и маслоуловителях, а также охлаждается с целью уменьшения дополнительных температурных напряжений в металлической фонтанной арматуре, обсадной колонне, цементном камне за колонной, опасности отрыва цементного камня от колонны и образования трещин в нем, сохранения герметичности скважин [3, с. 382]. ПХГ заполняется газом несколько лет, при этом каждый сезон закачивается несколько больший объем газа, чем тот, который отбирается.

При отборе газ из эксплуатационных скважин поступает на газораспределительные пункты по отдельным шлейфам. При отборе газа в потоке выносятся твердые взвеси (песчаники, частицы глины, цементного камня и т.д.). Это возникает даже при очень небольших депрессиях (0,3-0,4 кгс./см.), поэтому для предотвращения выноса песка из пласта в скважину забой оборудуют специальными фильтрами или призабойную зону скважин укрепляют вяжущими веществами. Также в процессе хранения газ обогащается парами воды, что приводит к необходимости осушки от парообразной и капельной воды.

На технико-экономические показатели хранения газа влияют три группы факторов: объемные (максимальное количество закачиваемого газа) и физико-химические параметры хранилища (пористость, проницаемость пласта, что обуславливает дебит скважины; обводненность пласта, наличие химически агрессивных элементов, что влияет на скорость и изменение этапов очистки) и горно-геологические условия (глубина залегания пласта-коллектора, состояние призабойной зоны). Экономические показатели ПХГ зависят от технологических параметров сооружения и эксплуатации хранилищ: график закачки и отбора газа, соотношение объемов буферного и активного газа, число и конструкция скважин, величина максимального и минимального давления, мощность компрессорного оборудования, наличие очистных сооружений [3, с. 384]. Также на экономику хранения газа влияет отдаленность хранилища от потребления.

Можно отметить следующее влияние отдельных факторов на экономику хранения газа:

1. С увеличением объема ПХГ уменьшаются его удельные показатели (как физические, так и экономические), что говорит о целесообразности создания одного хранилища большого объема, чем несколько меньших.

2. С увеличением максимальной суточной производительности хранилища растут удельные капитальные вложения и эксплуатационные расходы. Отсюда следует, что увеличение коэффициента неравномерности газораспределения, увеличение объема хранения в основном ведет к увеличению издержек по хранению газа; удельные капиталовложения повышаются при этом в меньшей степени [3, с.385] .