Как са устроени подземните газови хранилища: подходящи начини за съхранение на природен газ

Изглежда, че знанията за това как са устроени подземните газови хранилища нямат практическо значение за обикновения потребител. Но човечеството е твърде зависимо от „синьото“ гориво и толкова искаме да сме сигурни, че прекъсвания на доставките му никога няма да има. Нали така?

И всеки сънародник може да бъде успокоен от информацията за газовите хранилища, разположени под земята (ПХГ) — докато те са пълни, проблеми с газоснабдяването няма да има. Повече за устройството на хранилищата и особеностите на съхранението прочетете в нашата статия.

Устройство на подземните газови хранилища

Ако за съхранение на газ за битови нужди собствениците на частни къщи използват газхолдери, то в мащаба на държавата става въпрос за съвсем други варианти на съхранение. Така, официално подземните газови хранилища са комплекси от инженерно-технически съоръжения, които служат за нагнетяване, съхранение и извличане на „синьото“ гориво. Те се състоят от наземни и подземни компоненти.

Към наземните спадат:

• газоразпределителен пункт, който служи за разпределение на газовия поток на няколко технологични;
• компресорен цех, където се извършва подготовка на горивото (чрез повишаване на налягането) за нагнетяване в сондажите;
• инсталации за пречистване на газ.

Подземни компоненти на ПХГ са: сондажи, изработки, резервоари. И последният пункт (резервоарите) е най-интересен — от това къде се съхранява „синьото“ гориво зависи как е устроено самото газово хранилище.

Съвременните подземни газови хранилища външно приличат на големи заводи. Тъй като за осигуряване на нагнетяването/извличането на горивото е необходимо да се използва мощно компресорно, пречиствателно и друго оборудване. Което обслужват стотици, дори хиляди специалисти.

Преглед на резервоари за съхранение на газ

При еднакво тегло газът заема много по-големи площи, отколкото каквито и да е твърди тела. А тъй като се използва в огромни количества, за съхранението му са нужни такива големи резервоари.

Освен това от съхранението на газ в създадени от човека наземни резервоари специалистите се отказаха още преди век.

Причината е, че за това би било необходимо:

• заемат огромни площи от планетата с комплекси за съхранение на «синьо» гориво под ниско налягане;
• използването на скъпоструващи и взривоопасни газхолдери под високо налягане.

В резултат на това, за да се нивелират изброените по-горе негативни моменти, изборът беше направен в полза на подземни хранилища, а такива се считат резервоарите, намиращи се на значителна дълбочина. Която, в повечето случаи, е от 300 до 1000 метра. И съхраняването на гориво там е възможно в резервоари, създадени от природата.

Общо инженерите са се научили успешно да използват 7 вида природни резервоари за съхранение на газ:

• образували се във водонаситени порести пластове;
• запазили се след извличането на въглеводороди, а именно на същия газ, нефт;
• образувани в наслаги на каменна сол;
• създадени в минни изработки на рудници;
• създадени в здрави вечномерзли скали;
• с нискотемпературна леденоскална обвивка;
• образували се след подземни атомни взривове.

Въпреки че вариантите са много, но с практичност се отличават само първите 4 начина за съхранение на газ. Останалите варианти на резервоари са подходящи само теоретично.

Северо-Ставрополското ПХГ е най-голямото в света и запасът от съхранявания там газ е способен да удовлетвори годишната потребност от гориво на такава голяма страна като Франция. Тъй като площта на хранилището е цели 680 km²

Причината за непрактичност на останалите три варианта е следната:

• В мразовити скали газ може да се съхранява, потвърждение на това са няколко действащи хранилища в северните райони на планетата. Но обемите им са крайно незначителни, поради което нямат никакво промишлено значение днес.
• Резервоари, образувани от подземни ядрени взривове, са напълно подходящи за съхранение на съществени запаси от газ, което вече е доказано експериментално. Но въпросът е, че мощното оръжие го изпитвали далеч от местата на обитаване на хората. Поради това там обикновено няма потребители, инженерни комуникации.

В резултат на това посочените разновидности резервоари са просто непригодни за използване.

Въпреки че ПХГ се наричат хранилища, всъщност съхранението на газ не е основната им задача. Тъй като намиращият се в тях газ се използва предимно за изглаждане на неравномерностите в потреблението. Които биват денонощни, седмични, сезонни. Едва на последно място ПХГ се създават за нивелиране на последиците от форсмажорни обстоятелства.

По-нататък ще разгледаме по-подробно всеки от вариантите за съхранение на газ под земята.

Вариант #1 — хранилища във водонаситени пластове

Хранилища във водонаситени пластове са предназначени за нивелиране на последиците от сезонната неравномерност при използването на газа. А също и за създаване на стратегически резерви.

Важна особеност на устройството на подобни хранилища се състои в минималното участие на човека — най-често на етапа на създаване на сондажите, необходими за инжектиране на газа.

На картата на Русия се вижда, че ПГХ са разположени до магистрални газопроводи и големи населени места. И това не е случайно, тъй като хранилищата са предназначени да осигуряват стабилност на потреблението на газ, поради което те трябва да бъдат в непосредствена близост до големи обекти.

Посочените вместилища се търсят в артезиански пластове. Газовите хранилища се създават там, където структурата на скалата е пропусклива и пореста. Остатъците от течност се отстраняват с газ, който я компресира и след това я изтласква.

Самите, така наречени, вместилища за съхранение на гориво всъщност не са такива. По-точно те изобщо не съществуват — като място за съхранение се използват празнините в порестите пластове. И цялата процедура по създаване на газово хранилище се състои в изтласкване на част от водата към периферията. Правят това с цел създаване на пространство за „синьото“ гориво.

Изпълнението на описаната по-горе процедура е възможно само ако на това спомагат редица фактори:

• Порестият пропусклив пласт е покрит с купол (покривка) от газонепроницаеми скали, които обикновено са пресовани глини.
• Водоносният слой се простира от границите на хранилището на десетки километри. А още по-добре, ако той има излаз на повърхността. Всичко изброено дава възможност на газа успешно да изтласква намиращата се в пласта вода.
• Протяжението на купола е достатъчно, за да осигури възможност за съхранение на значителни обеми газ.
• Пористостта и пропускливостта на скалата осигуряват приемлив капацитет за газ и способност да го отдава при разработване.

Ако поне едно от условията не е спазено, то създаването на подземно хранилище ще бъде невъзможно.

Принципът на работа на съвременните подземни хранилища е прост. Особеностите могат да се разгледат на примера на големи ПГХ, използвани за изглаждане на сезонните неравномерности.

Така, обикновено през топлото време на годината в тях се нагнетява необходимото количество газ. Който започват да извличат едва с настъпването на отоплителния сезон. При това в магистралната тръба се насочва не някакво огромно количество газ, а средностатистическо, познато от опита на експлоатация през минали зими.

А, ако внезапно температурата рязко спадне и дневното потребление стане с порядък по-високо, то голямото ПГХ все пак няма да увеличи обемите на извличане. А недостига ще покрият малки хранилища, предназначени за изглаждане на дневното, седмичното потребление. Причината е, че от тях е по-лесно и по-бързо да се извлича.

За оптимални се считат вместилища с площ от няколко квадратни километра. С разлика във височините на дъното и върха на купола в границите на 10-15 метра.

Предимство на ПГХ във водонаситените пластове е съществената вместимост. А за недостатък се смята това, че геолозите при изучаване на особеностите на водоносния хоризонт могат да не открият и да не отчетат някакъв важен фактор. В резултат на което хранилището ще се окаже неподходящо за използване.

А най-лошото е, че това често се открива след огромни капиталовложения за изграждане на надземна и подземна инфраструктура. Доста често се срещат и по-малки неприятности, поради което експлоатацията на ПХГ във водоносни скали е съпроводена със значителни непредвидени разходи.

Вариант #2 — резервоари след извличането на въглеводороди

Инженерните комплекси, които се отнасят към този вид, служат за изглаждане на сезонните колебания в потреблението на „синьото“ гориво. А също и за създаване на стратегически запаси.

Подземните хранилища са търсени поради това, че тяхното създаване и експлоатация са най-изгодни икономически. А огромните наземни газхолдери (показани на снимката) се използват, ако няма възможност да се използват магистрални газопроводи с ПХГ. Освен това в резервоарите, показани на снимката, обикновено се съхранява само втечнен газ.

Устройството на хранилищата от този вид е същото като при аналозите, създадени във водоносни пластове. Тоест горивото се съхранява в празнините на порести скали.

ПХГ, създадени в скали, където някога са се намирали въглеводороди, са най-много в света. Така, броят им достига значителни 70%, като причина за това са редица предимства.

Към които се отнасят: значителна вместимост и икономия на капиталовложения в проучване, създаване на инфраструктура или поне част от нея, сондажи — на мястото на създаване на такива ПХГ вече е извършван добив на нефт, газ.

Трябва да се разбере, че заровените газхолдери не са подземни хранилища. Тъй като те са предназначени за решаване на съвсем други задачи. И под земята се оказват само за да направят изпарението на втечнения газ по-ефективно при силни студове. При това без никакви разходи. А също условно подземното разполагане на газхолдерите позволява да се спести полезно пространство, някъде в дворното място.

Но резервоарите, запазени след извличането на въглеводороди, не могат да се нарекат идеални.

Те имат немалко недостатъци:

• проблеми с херметичността на стари сондажи – особено това се отнася за бивши нефтени находища;
• недостатъчна пористост, пропускливост на скалите;
• смесване на газа с остатъци от нефт – което понякога води до значителни загуби, тъй като получената смес вече не може да се използва.

А също така не рядко в нефтените находища в газа се появява опасна примес под формата на сероводород. Който е вреден за здравето на хората, а също разрушава всевъзможни стоманени конструкции, дори и тези от неръждаема стомана.

Експлоатацията на ПХГ, създадени на места на изтощени находища на въглеводороди, е възможна, тъй като газът при нагнетяване изтласква остатъците от нефт от съответния пласт. Освен това той, подобно на водата, притежава ефект на свиваемост и подвижност, което улеснява изграждането на капацитета. Понякога нефтът под налягане на газа не се изтласква в скалата, а се издига нагоре, което става допълнителен източник на печалба.

Вариант #3 — резервоари в скални солни отложения

Такива газови резервоари служат за изглаждане на дневната и седмичната неравномерност при потреблението на газ, както и участват в изравняване на сезонната. Освен това хранилищата в солните пластове успешно се справят с ролята на резервен източник за важни потребители.

Съществуват само 2 търсени начина за съхранение на газ под земята. А именно в проницаеми порести пластове и каверни, измити в солни находища. Първият вариант се използва, когато трябва да се създаде голямо хранилище, вторият – само за решаване на локални задачи.

Създават се посочените ПХГ чрез измиване на част от солните находища, за да се създаде кухина с необходимия размер. За целта първоначално се пробиват няколко сондажа, през които за продължителен период от време се подава вода.

Въпреки че описаната процедура е продължителна и скъпа, тя си заслужава, тъй като съхранението на зареден природен газ става без загуби. Причината е, че солните пещери са херметични. Освен това те притежават ефекта на самозалечение – тектонични и други пукнатини достатъчно бързо зарастват със солни отлагания.

Предимството на изграждането на такива подземни газохранилища е, че извличането на необходимия обем гориво става практически без ограничения на скоростта. Което е значително по-високо от извършването на същите операции в резервоари от други видове. Също така важно предимство на ПХГ, изградени в солни пещери, е високият процент на извличане на газ – един от най-високите сред всички видове.

Скалата за съхранение на газ трябва да бъде такава, както е показано на снимката. Тоест проницаема и да има достатъчно място за разполагане на голям обем гориво. Освен това структурата на пласта трябва да позволява лесно да се изтласква водата и остатъците от нефт.

Но броят на каверните в солните пластове не надвишава 2% от общия брой хранилища.

На този показател влияят редица негативни моменти:

• Наличие на огромно количество солена вода след измиване на пещерите за съхранение на газ. В резултат на това, ако наблизо няма море или поне заводи за преработка на сол, няма къде да се изхвърли течността. Това е основната причина за малкия брой ПХГ от този вид.
• Намаляване на полезния обем по време на експлоатация. До такова явление води изпаряването на сол в места с по-високо налягане и натрупването там, където то е по-ниско.
• Поява на примеси в газа, които често представляват остатъци от течност, използвана по-рано за измиване на пещерата.
• Незначителни обеми, което не позволява да се създават запаси в достатъчни количества.

В резултат на това солните хранилища обикновено се използват само там, където няма възможност да се прилагат изброените по-горе видове резервоари.

Вариант #4 — ПХГ в минни изработки

Техните обеми са незначителни. Въпреки това шведите и норвежците съхраняват част от стратегическите си запаси от газ в резервоари точно от този вид.

ПХГ в минни изработки е единственото газово хранилище, изцяло изградено от човека. Така в една от мините с взривове се създава резервоар, който след това се облицова със стоманени листове.

Ето как изглеждат солните каверни, използвани за съхранение на газ. Те са херметични и надеждни, но имат ограничени размери, поради което са подходящи за създаване на ПХГ с незначителен обем. При това единствено за решаване на локални задачи. Например в Русия от 27-те използвани към днешна дата хранилища само 2 са солни.

Въпреки че ПХГ в изоставени мини се експлоатира изгодно, поради високия процент и скорост на извличане, в близко бъдеще броят им няма да се увеличи значително. Причината е, че описаните хранилища са трудни за изграждане. Тъй като не винаги се постига пълна херметичност, което води до значителни загуби.

Това се случва, защото при експлоатация на мината се опитват да доведат максимално количество въздух. За целта се създава вентилационна система с множество изходи на повърхността, които при обустройството на хранилището не винаги могат да бъдат запечатани.

В резултат на това към днешна дата има само няколко успешни примера за реализация на идеята за съхранение на газ в изоставени мини (на територията на Швеция, Норвегия, Германия).

Херметични ли са хранилищата?

Изтичанията на гориво са чести процеси, които е невъзможно да се избегнат. Тъй като причините са твърде много.

За удобство те се делят на 3 категории:

• геоложки;
• технологични;
• технически.

Към групата на геоложките причини се отнасят нехомогенността на покривките на ПХГ, наличието на тектонски разломи, както и особеностите на хидродинамиката и геохимията. Например газът може просто да мигрира по пласта, а специалистите не могат да повлияят на това по никакъв начин.

Технологичните причини са сред най-честите, тъй като редовно се случват грешки при оценката на някои факти. Например ефективността на хидроуловителите, запасите от газ, протичащите физико-химични процеси.

Не рядко, за да се достигне до необходимите пластове, се прилага пробиване на сондажи. При това технологията му не се различава по нищо от аналогичните процедури при опит за достигане до залежи на газ, нефт.

Техническите причини най-често са свързани със състоянието на използваните сондажи, с помощта на които се осъществява нагнетяването на газ.

Особености на създаване на ПХГ

В 95% от случаите ПХГ се създават чрез изтласкване на вода с газ, остатъци от нефт от порести пластове. По този начин се създават «съдове» за съхранение на «синьо» гориво.

А най-важната особеност е, че използваният за изтласкване на течности обем газ впоследствие не може да бъде използван за доставка на потребителите. Неговата задача е да не допусне връщането на водата, остатъците от въглеводороди на старото място. В противен случай хранилището просто ще престане да съществува.

Тоест посоченият газ е буферен. Обикновено той е не по-малко от половината от общия обем, нагнетен в ПХГ. А в отделни случаи буферният газ е 3 пъти повече от този, който може да се използва за доставка на потребителите, и се нарича активен.

Интересно е, че количеството буферен газ не може да се изчисли предварително. Тоест всичко се проверява единствено по експериментален начин. За което в много случаи се отделят години. Но все пак, когато полученият резултат е незадоволителен, буферният газ може да се изпомпа в пълен обем.

Ред на запълване на хранилището

След като геолозите са извършили изследвания на някой пласт и са взели решение, че на подходящото място може да се създаде газово хранилище, газодобивчиците построяват инженерен комплекс.

Съвременните ПХГ са най-безопасният начин за съхранение на запаси от газ. Но честите му течове са голям проблем за газовиците и еколозите, които смятат подобни случаи за съществен проблем за околната среда. А се случва и както е показано на снимката (в далечината се вижда пожар на едно от унгарските ПХГ)

А след това започва нагнетяване в бъдещото ПХГ на «синьо» гориво, което се подава от най-близкия магистрален тръбопровод. И постъпва на площадката за пречистване, където се извършва отстраняване на всевъзможни механични примеси.

Чистото гориво се подава на пункт за отчет и измерване. А след това в компресорния цех, където се извършва компресиране — така се нарича подготовката на газа за нагнетяване в хранилището. То представлява повишаване на налягането на газа до необходимата стойност.

След това той се транспортира до газоразпределителни пунктове. Където общият поток се разделя на няколко и постъпва в различни технологични линии. Откъдето по шлейфове се насочва към сондажите за нагнетяване.

По време на целия процес специалистите контролират редица параметри, сред които налягане и температура на газа, производителност на всеки сондаж.

Изводи и полезно видео по темата

Приложеният по-долу видеоматериал е посветен на темата за създаване на ПХГ за изглаждане на неравномерното потребление на гориво, което ще доставя газопроводът «Сила Сибири».

Подземните газохранилища са най-надеждният и изгоден начин за изравняване на неравномерното потребление на газ и стабилното му подаване при форсмажорни обстоятелства. А най-интересното е, че за това трябва да благодарим не на човешкия гений, а на природата, която предвидливо е създала подходящи за целта пластове скали.

Вие лично участвахте ли в създаването на подземни газохранилища и искате да допълните изложения по-горе материал с полезни сведения? Или забелязахте несъответствие във фактите? Оставете вашите забележки и коментари – блокът за обратна връзка се намира по-долу под статията.