Подземные хранилища газа. Принцип организации подземного хранения газа.

Подземные хранилища природного газа предназначаются главным образом для покрытия сезонных пиков газопотреб­ления, т. е. компенсации неравномерности потребления. По этой причине хранилища, как правило, сооружают вблизи трассы магистрального газопровода и потребляющих цент­ров, крупных промышленных городов. Подземные хранилища по состоянию среды и методу сооружения подразделяются на следующие:

хранилища в пористых пластах;

хранилища в непроницаемых горных выработках (полые резервуары).

К пористым относятся хранилища, созданные в истощенных или в частично выработанных газовых и газоконденсатных месторождениях, в выработанных нефтяных месторож­дениях и в ловушках водонасыщенных коллекторов (пластов). К полым резервуарам относятся хранилища, созданные в по­лостях горных пород и в отложениях каменной соли. Храни­лища, созданные в истощенных нефтяных и газовых место­рождениях, относятся к наиболее распространенным аккуму­ляторам газа. Принцип устройства этих хранилищ основан на закачке газа непосредственно в истощенный газоносный или нефтеносный пласт через существующие или дополнительно сооружаемые скважины. В большинстве случаев на основе опыта эксплуатации истощенного или выработанного газово­го, газоконденсатного месторождения получают необходимый материал, характеризующий геологические и физические па­раметры пласта-коллектора, включая данные о герметичности кровли, геометрических размерах, объемах возможных зака­чек газа, а также об изменении давлений и дебитов скважин.

Иногда в районах крупных центров могут не оказаться выработанные газовые или нефтяные залежи, пригодные для создания подземного хранилища, однако в геологическом раз­резе пород этих районов часто имеются водонасыщенные пласты, в ловушках которых можно создать подземные хра­нилища газа. Выяснить, действительно ли имеется в данном месте пласт-ловушка и что он собой представляет — очень трудная задача. Разведка структур под водоносные хранили­ща продолжается 3 — 5 лет и требует больших материальных затрат, тем не менее хранилища окупаются за 2 — 3 года. Создание хранилища в водоносном пласте в принципе сво­дится к вытеснению из ловушки пластовой воды путем закач­ки в купольную часть коллектора газа. Газовый пузырь как бы «плавает» в куполе.

Перед устройством любого хранилища проводят исследо­вания и пробные закачки газа для оценки параметров плас­та и свойств насыщающих его жидкостей и газа, а также для получения данных о технологическом режиме работы скважин. С этой целью используют существующие скважины или бурят новые. Обычно скважины подземных хранилищ периодически выполняют функции нагнетательных и эксплу­атационных скважин.

На рис. 4.19 показаны схемы подземных хранилищ газа, образованных в выработанном нефтяном пласте и в ловуш­ке, представляющей собой верхнюю часть, т. е. купол пла­ста. 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 — цикличность их работы, которая выражается в смене процессов закачки и отбора газа.

Рис. 4.19. Схемы подземных хранилищ природного газа: а — в выработанном нефтяном пласте; б — в куполообразной ловушке в водонапорной пластовой системе; ГНК — газонефтяной контакт; ВНК — водонефтяной контакт; ГВК — газоводяной контакт; КС — компрес­сорная станция; П — потребитель; h — высота пласта или ловушки

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 неизвле-каемого газа в пластовых условиях, которое обусловливает цикличность эксплуатации хранилища. Активный объем яв­ляется оборотным, участвующим в процессе закачки и отбо­ра. Объем буферного остаточного газа составляет 60— 140 % рабочего (активного) газа с учетом создания в хранилище определенного давления в конце отбора при соответствую­щем дебите скважин. Газ закачивают в весенне-летний пе­риод, когда потребность в нем значительно ниже, чем зи­мой. Зимой хранилища работают на отбор. Газохранилища эксплуатируют с учетом гидрогеологических условий пласта-коллектора, запасов газа в хранилище и неравномерности газопотребления системы газопроводов.

К хранилищам газа в полостях горных пород относятся такие, которые создаются в горных выработках — в искусст­венно созданных шахтах, тоннелях и специально выработан­ных кавернах, а также в естественных пустотах горных по­род — пещерах. Хранилища в имеющихся искусственных выработках не требуют затрат на создание каверн, но прак­тически используются редко из-за сложности герметизации объема и небольшой распространенности таких выработок.

Специальные горные выработки для хранения газа созда­ют в легко разрабатываемых, но малопроницаемых породах, например в плотных глинах, известняке, мергеле, каменной соли. Разработку ведут в зависимости от характера, свойства и глубины залегания породы — механическим путем, мето­дом взрыва или путем размыва. Наиболее широкое применение получили хранилища в отложениях каменной соли, осуще­ствляемых методом размыва.

Рис. 4.20. Схема размыва каверны комбинированным способом: I и II — соответственно первая и вторая стадии создания камеры; / — рассол; 2 — вода; 3 — защитный экран

Существует много способов размыва каверн. Наиболее распространен комбинированный способ с применением гид­ровруба, который заключается в следующем (рис. 8.8). В пласте соли бурят скважину диаметром 250 — 300 мм. Верх­нюю ее часть крепят колонной диаметром 225 — 246 мм до зоны, подлежащей размыву, которая остается свободной. В скважину почти до забоя спускают два ряда труб. Через первые, считая от оси скважины, в кольцевое пространство на забой нагнетается пресная вода. Она омывает стенки незак­репленной части скважины и растворяет соль. Рассол удаля­ется через центральные трубы. Второе кольцевое пространство заполнено керосином, соляровым маслом или нефтью (нерастворителем). Нерастворитель прикрывает верхнюю часть каверны, препятствует интенсивному растворению соли в этом месте и позволяет придать каверне нужную форму.

Размыв начинается с создания в нижней части будущей каверны небольшой камеры — гидровруба, которая нужна для скапливания в ней нерастворимых включений и интенси­фикации последующего размыва. После создания гидровруба начинается размыв каверны снизу вверх; затем для формиро­вания свода ведется размыв сверху вниз. На растворение 1 м³ соли требуется примерно 8 м³ воды. В зависимости от объема каверны меняются и сроки размыва. При объеме полости 150 — 200 тыс. м³ размыв продолжается 3 — 4 года.

Стоимость создания каверны существенно зависит от кон­кретных условий и величины емкости. Расходы, отнесенные к объему каверн, заметно снижаются с ростом давления. В связи с этим каверны для хранения газа предпочтительней устраивать на больших глубинах, но не превосходящих те, на которых соль из-за высоких давлений приобретает пластичность и каверна делается неустойчивой. Эти глубины составляют 1500-2000 м.