Подземные хранилища

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. 8.7 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. 8.7. 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. 8.8. 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.

Список литературы

1. Айбиндер А. Б. Расчет магистральных и промысловых трубопроводов на прочность и устойчивость. — М._г 1991.

2. Березин В.Л., Бобрицкий Н.В. Сооружение насосных и компрессорных станций: Учеб. для вузов. — М.: Недра, 1985. — 288 с.

3. Бородавкин П.П., Березин В.Л., Шадрин О.Б. Подводные трубопрово­ды. - М: Недра, 1979. - 415 с.

4. Бородавкин П.П. Подземные трубопроводы. — М, 1973.

5. Бунчук В.А. Транспорт и хранение нефти, нефтепродуктов и газа. — М.: Недра, 1977.

6. Васильев И.П. Балластировка и закрепление трубопроводов. — М., 1984.

7. Волков Н.М., Михеев А.П., Колев К.А. Справочник работника газовой промышленности. — М, 1989.

8. Вопросы эксплуатации и расстановки линейной арматуры, магистраль­ных нефте- и продуктопроводов/ Б.В. Самойлов, В.В. Постников, К.Е. Ращеп-кин и др.// ТНТО. Сер. Транспорт и хранение нефти и нефтепродуктов. — М: ВНИИОЭНГ, 1970. - 93 с.

9. Гиматудинов Ш.К. Эксплуатация и технология разработки нефтяных и газовых месторождений. — М.: Недра, 1978.

10. Галеев В.Б,, Карпачев М.З., Харламенко В.И. Магистральные нефте-продуктопроводы. — М.: Недра, 1976. — 358 с.

11. Галеев В.Б., Карпачев М.З., Харламенко В.И. Магистральные нефте-продуктопроводы. — М.: Недра, 1988. — 296 с.

12. Галеев В.Б. Эксплуатация стальных вертикальных резервуаров в сложных условиях. — М.: Недра, 1981. — 149 с.

13. Губин В.Е., Губин В.В. Трубопроводный транспорт нефти и нефтепро­дуктов. - М.: Недра, 1982. - 296 с.

14. Егерман Г.Ф., Джафаров М.Д., Никитенко Е.А. Эксплуатация линей­ной части магистральных газопроводов. — М., 1968.

15. Защита металлических сооружений от подземной коррозии: Спра­вочник/ И.В. Стрежевский, A.M. Зиневич, К.К. Никольский и др. — М.: Недра, 1981. - 293 с.16. Колпаков Л.Г. Центробежные насосы магистральных нефтепроводов. - М: Недра, 1985. - 184 с.

17. Муравьев В.М. Спутник нефтяника. — М.: Недра, 1977.

18. Мацкий Л.А., Черняк И.Л., Илембитов М.С. Эксплуатация нефтебаз.

— 3-е изд., перераб. и доп. — М.: Недра, 1975. — 392 с.

19. Мороз А.А., Малютин Н.А., Степанов О.А. Нефтепроводы Западной Сибири. - СПб.: Недра, 1999. - 188 с.

20. Правила технической эксплуатации резервуаров и инструкций по их ремонту/ Государственный комитет СССР по обеспечению нефтепродукта­ми. - М: Недра, 1988. - 269 с.

21. Проектирование и эксплуатация нефтебаз: Учеб. для вузов/ С.Г. Еди-гаров, А.Д. Михайлов, В.А. Юфин и др. — М.: Недра, 1982. — 280 с.

22. Промысловые трубопроводы/ В.Д. Куликов, А.В. Шибнев, А.Е. Яков­лев, В.Н. Антипьев. - М.: Недра, 1994. - 298 с.

23. Противокоррозионная защита трубопроводов и резервуаров/ Е.И. Ди-зенко, В.Ф. Новоселов, В.И. Тугунов и др. — М: Недра, 1978. — 197 с.

24. РД 153-39.4-035 — 99. Правила технической диагностики магистраль­ных нефтепроводов внутритрубными инспекционными снарядами/ ОАО «АК Транснефть», ОАО ЦТД «Диаскан». - М., 1999. - 271 с.

25. РД 153-39 ТН-008 — 96. Руководство по организации эксплуатации и технологии технического обслуживания и ремонта оборудования и сооруже­ний нефтеперекачивающих станций. — Уфа: НПТЭР, 1997.

26. РД 39-00147105-011 — 97. Табель технического оснащения служб капитального ремонта магистральных нефтепроводов. — Уфа: Транстэк, 1997.

27. РД 39-00147105-015 — 98. Правила капитального ремонта магистраль­ных нефтепроводов. — Уфа: ИПТЭР, 1998.

28. Скугорова Л.П. Материалы для сооружения газонефтепроводов и газохранилищ: Учеб. пособие для вузов. 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Недра, 1989. - 343 с.

29. Скугорова Л.П. Металловедение и трубопроводостроительные матери­алы: Учебник для техникумов. — М.: Недра, 1987. — 224 с.

30. Середа Н.Г., Муравьев В.М. Основы нефтяного и газового дела. — М.: Недра, 1980.

31. Степанов О.А., Малюшин Н.А., Земенков Ю.Д. Нефть вчера, сегодня и завтра. - Тюмень: ТюмГНГУ, 1994.

32. Степанов О.А., Крылов Г.В. Хранение и распределение газа: Учеб. для техникумов. — М.: Недра, 1994.

33. СНиП 2.05.06. — 85. Магистральные трубопроводы. Нормы проектиро­вания. — М.: Стройиздат, 1985.

34. Современные конструкции трубопроводной арматуры/ Ю.М. Коте-левский, Л.И. Экслер, И.Г. Фукс и др. — М.: Недра, 1970. — 328 с.

35. Сооружения и ремонт газонефтепроводов, газохранилищ и нефтебаз/ Р.А. Алиев, И.В. Березин, Л.Г. Телегин и др. - М.: Недра, 1987. - 271 с.

36. Трубопроводный транспорт нефти и газа/ Р.А. Алиев, В.Д. Белоусов, А.Г. Немудров и др. — М., 1988.

37. Транспорт и хранение нефти и газа/ П.И. Тугунов, В.Ф. Новоселов, Ф.Ф. Абузова и др. - М.: Недра, 1975. - 248 с.

38. Трубопроводный транспорт нефти в сложных условиях эксплуатации/ В.Д. Черняев, А.К. Галлямов, А.Ф. Юкин, Л.М. Бондаренко. — М.: Недра, 1990. - 232 с.39. Трубопроводный транспорт нефти и газа: Учеб. для вузов/ Р.А. Алиев, В.Д. Белоусов, А.Г. Немудрое и др. — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Недра, 1998. - 368 с.

40. Шишкин Г.В. Справочник по проектированию нефтебаз. — Л.: Недра, 1978. - 216 с.

41. Эксплуатационнику магистральных газопроводов: Справ, пособие/ А.В. Громов, Н.Е. Гузанов, Л.А. Хачикян и др. — М.: Недра, 1987. — 176 с.

42. Эксплуатация магистральных нефтепродуктопроводов/ В.Б. Галеев, Е.М. Харламенко, Е.М. Сощенко, Л.А. Мацкий. — М.: Недра, 1973. — 360 с.

43. Яковлев B.C. Хранение нефтепродуктов. Проблемы защиты окружаю­щей среды. — М.: Химия, 1987. — 152 с.

44. Яковлев ЕМ. Газовые сети и газохранилища: Учеб. для вузов. — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Недра, 1991.