Я уже писал про то, как хранят нефть. Но хранить можно не только нефть, но и газ, правда, это технологически сложнее и дороже.
Для чего же вообще создают хранилища газа?
Во-первых, его запас есть в странах, которые не обладают месторождениями природного газа . Причина очевидна: газ нужен всем, как для отопления, так и промышленности, а а также как топливо. Поэтому страны покупают газ в момент наиболее низких цен и наименьшего потребления, чтобы активно его использовать во время пиковых нагрузок. Особенно актуально это в странах, где не проложены магистральные трубопроводы, так как возможностей нарастить объемы не существует, потому что доставка газовозами имеет временной лаг.
Но хранят газ не только в странах, где нет добычи своего газа. Например в нашей стране действует большая сеть газовых хранилищ, в том числе и Северо-Ставропольское, самое крупное в мире, в котором можно хранить порядка 90 миллиардов кубических метров газа! Причины использования газовых хранилищ те же самые, плюс еще из них забирают газ во время проведения регламентных работ на газопроводах, когда прокачка газа остановлена.
Теперь давайте разберемся, как же можно хранить природный газ.
Существует несколько способов хранения:
1. Наземные хранилища.
Они представлены газгольдерами и криогенными резервуарами.
Газгольдеры предназначены для хранения газа либо при атмосферном давлении, либо в сжатом виде. Это конструкции в виде металлических резервуаров, способных выдерживать давление до 18 атмосфер. В них хранится либо природный газ под давлением, либо сжиженный углеводородный газ (пропан-бутановая смесь). Как правило, газгольдеры находятся при предприятиях, так как объем хранимого газа в в них невелик и хранить миллионы кубических метров газа в них невозможно. А вот для для предприятий - самое то, маневренный объем всегда имеется
Криогенные резервуары предназначены для хранения сжиженного природного газа. Они позволяют эффективно использовать объем, потому что при сжижении он уменьшается в 600 раз. Но для этого нужны специальные изотермические емкости, позволяющие поддерживать температуру -158...-163. Но такие емкости очень дороги, да и процесс сжижения очень энергозатратен, на его проведение может расходоваться до 10% энергии, содержащейся в конечном продукте. Кроме того, часть газа неизменно теряется при хранении. Поэтому такие емкости используются редко.
2. Подземные хранилища
Они получили большее распространение, потому что позволяют хранить объемы газа, которые зачастую могут превышать объемы больших природных месторождений. Главное, что надо для этого - найти нужный природный резервуар.
Что же это за природные резервуары?
- Это могут быть искусственные полости, полученные в результате горных разработок - бывшие шахты, штольни и прочие выработки. Только вот в реальной практике они используются редко, во всем мире есть несколько хранилищ подобного типа, преимущественно в Германии, Швеции, Норвегии и Чехии. Основная проблема в том, что при постройке той же шахты туда стараются подвести максимальное количество воздуха. Для чего создается система вентиляции с массой выходов на поверхность, которые при обустройстве хранилища не всегда получается загерметизировать.
- Более приемлемый вариант - это использование естественных и искусственных полостей (каверн) в соленосных толщах. Проблема только в том, что естественных таких полостей не очень много и они не слишком большого объема. Поэтому гораздо чаще создают искусственные каверны. Чаще всего из получают путем намыва. Для этого в соляной купол пробуривают две скважины, одна является нагнетательной и через нее подается вода. А вторая служит для откачки получившегося рассола, который может использоваться в той же нефтяной промышленности как технологическая жидкость, или использоваться в химической.
В СССР же проводили эксперименты по созданию каверн с помощью подземных ядерных взрывов. Так, в Оренбургской области было создано минимум две полости. 25 июня 1970 года на территории Совхозного месторождения на глубине порядка 700 метров был проведен маломощный ядерный взрыв в 2,3 тысячи тонн тротилового эквивалента, в результате чего была создана каверна с оплавленными краями емкостью 11 тысяч кубических метров. Этот проект был назван "Магистраль".
22.10.1971 недалеко от села Дедуровка был произведен взрыв на глубине 1140 м. с мощностью порядка 15 тысяч тонн тротилового эквивалента - наиболее мощный в серии создания подземных полостей исключительно для хранения газа. Он вошел в историю как проект "Сапфир-1".
Два года спустя, 30.09.1973 года, был проведен еще один ядерный взрыв в соседней скважине, мощностью порядка 10 килотонн - проект "Сапфир-2".
Емкости Е-2 и Е-3, которые образовались в результате серии испытаний "Сапфир", использовались для хранения газового конденсата, а емкость на Совхозном месторождении использовалась под газ.
В конце 90-х все эти объекты были выведены из работ, так как в них происходило накопление рассола с радиоактивностью выше фоновой, при этом газ и газовый конденсат имели значения радиоактивности не выше природных.
Но объемы хранилищ кавернозного типа невелики, общий объем хранящегося газа в них не превышает 6% объема ПХГ, для создания большеобъемных ПХГ (подземных хранилищ газа) нужны другие природные емкости. Как правило для этого используют истощенные газовые месторождения, истощенные нефтяные месторождения и водонасыщенные пласты.
С первыми все понятно. После выработки месторождений газа и нефти, в пластах находится множество пустых пор, куда можно закачивать газ под давлением. В результате образуется идеальное хранилище газа, так как для этого были созданы природой изначально все условия. Поэтому они и имеют наибольшую распространенность - в истощенных месторождениях газа хранится 76 % природного газа, а в истощенных
месторождениях нефти — 5 %
Еще 13 процентов хранится в водонасыщенных пластах. Указанные емкости ищут в артезианских пластах. Хранилища газа создают там, где структура породы проницаемая, пористая. Остатки жидкости удаляют газом, который сжимает ее, а затем выдавливает. Желательно, чтобы водоносный слой распространялся на десятки километров, а еще лучше, чтобы вода имела выход на земную поверхность, чтобы вытеснить ее было легко.
Самое главное - просчитать геологическую характеристику планируемого хранилища. А самое плохое то, что это нередко выявляется после огромных капиталовложений на постройку наземной и подземной инфраструктуры. Достаточно часто встречаются и менее значительные неприятности, отчего эксплуатация ПХГ в водонасыщенных породах сопровождается значительными незапланированными издержками. Самое большое ПХГ подобного типа - Касимовское ПХГ, в котором можно хранить до 4,5 миллиардов кубических метров метана.
Из чего состоит ПХГ?
Как бы ни была устроена подземная часть ПХГ, наверху всегда имеется сложная наземная инфраструктура. В нее обычно входят: газопровод-отвод (по которому газ подается из магистрального газопровода в ПХГ), пылеуловители (в которых газ проходит очистку от пыли, окалины, частиц масла и иных примесей, что имеет важное значение для поддержания работоспособности скважин), компрессорная станция (обеспечивает сжатие газа), газораспределительный пункт (на котором газ распределяется по скважинам), пылеуловители (через которые газ проходит в процессе отбора), установка осушки газа (где газ очищается от примесей и конденсата) и газопровод-отвод (по которому газ возвращается в магистральный газопровод). Также в наземное обустройство ПХГ входят узел учёта газа на входе в ПХГ и узел учёта и контроля качества газа на выходе из ПХГ
Как это работает
После добычи газ должен попасть в подземное хранилище. По магистральному газопроводу он сначала поступает на площадку очистки от механических примесей, затем на пункт замера и учета, а после в компрессионный цех, где его сжимают и по коллекторам отправляют на газораспределительные пункты. Там общий газовый поток расходится по технологическим линиям, подключенным к шлейфам скважин, по которым под давлением происходит закачка в искусственную залежь — хранилище.
Чтобы попасть к потребителям, газ проходит приблизительно те же этапы, что и при доставке в хранилище. Он отбирается и поступает в специальные пункты, где собирается в коллектор. Оттуда отправляется на площадку сепарации (отделения) от примесей и воды, которые вобрал во время хранения. Затем очищается, осушается и уходит в газопроводы.
Основные характеристики подземных хранилищ газа
Базовое ПХГ - характеризуется объемом активного газа до нескольких десятков миллиардов кубических метров и производительностью до нескольких сотен миллионов кубических метров в сутки, имеет региональное значение и влияет на газотранспортную систему и газодобывающие предприятия.
Районное ПХГ - характеризуется объемом активного газа до нескольких миллиардов кубических метров и производительностью до нескольких
десятков миллионов кубических метров в сутки, имеет районное значение и влияет на группы потребителей и части газотранспортной системы.
Локальное ПХГ - характеризуется объемом активного газа до нескольких сотен миллионов кубических метров и производительностью до нескольких миллионов кубических метров в сутки, имеет локальное значение, спектр
действия ограничен отдельными потребителями.
Три главные характеристики любого ПХГ:
Объем буферного газа, объем активного газа и максимальная суточная производительность на начало сезона отбора. Последний параметр важен, например, в начале отопительного периода, когда в хранилище больше всего газа, а значит — выше давление.
Буферный(технологический) газ обеспечивает необходимый минимум давления газа в хранилище, поэтому извлекать его нельзя. Так топливо можно извлекать в нужных объемах даже в конце сезона отбора, когда давление падает по мере уменьшения объема углеводородов в пласте. Также буферный газ не дает хранилищу заполниться водой.
Более показательный параметр хранилища — объем активного газа: сколько можно закачать, а потом отобрать для газоснабжения. По этому показателю хранилища в горных выработках заметно уступают хранилищам в бывших месторождениях.
Преимущество же месторождений в выработках и кавернах — в максимальной суточной производительности, которую крайне тяжело достичь для хранилищ в пористых горных породах из-за их более низкой проницаемости. Суточная производительность, при прочих равных условиях, важнее закачанного объема. Что толку от запасов, если извлекаете вы их по чайной ложке.
Любые хранилища газа необходимо поддерживать в работоспособности. Поэтому на них точно также работают бригады капитального ремонта скважин, как и на любом месторождении. Ремонтируется наземная и подземная инфраструктура, часть мощностей консервируется, другие расширяются, все это требует серьезных затрат, но это необходимо для поддержания энергетической инфраструктуры любой индустриально развитой страны.