Jak działają podziemne magazyny gazu: odpowiednie metody magazynowania gazu ziemnego

Wydawać by się mogło, że wiedza na temat projektowania podziemnych magazynów gazu nie ma praktycznego znaczenia dla przeciętnego użytkownika.Ludzkość jest jednak zbyt uzależniona od „niebieskiego” paliwa i bardzo chcemy mieć pewność, że nigdy nie nastąpią przerwy w jego dostawach. Czy to nie prawda?

A każdego rodaka uspokaja informacja o podziemnych magazynach gazu (PMG) – dopóki będą pełne, nie będzie problemów z dostawami gazu. Przeczytaj więcej o strukturze i funkcjach przechowywania w naszym artykule.

Budowa podziemnych magazynów gazu

Jeśli właściciele domów prywatnych wykorzystują gaz do magazynowania gazu na potrzeby domowe zbiorniki z gazem, to w skali kraju mówimy o zupełnie innych możliwościach przechowywania. Oficjalnie podziemne magazyny gazu to zatem zespoły obiektów inżynieryjnych, które służą do zatłaczania, magazynowania i odbioru „niebieskiego” paliwa. Składają się z elementów naziemnych i podziemnych.

DO grunt odnieść się:

• punkt dystrybucji gazu, który służy do rozdziału strumienia gazu na kilka procesów technologicznych;
• sklep z kompresoramigdzie przygotowuje się paliwo (poprzez zwiększenie ciśnienia) do zatłoczenia do studni;
• Instalacje oczyszczania gazu.

Pod ziemią Elementami PMG są: studnie, wyrobiska, zbiorniki. I najciekawszy jest ostatni punkt (kontenery) - sposób zorganizowania samego magazynu gazu zależy od tego, gdzie przechowywane jest „niebieskie” paliwo.

Nowoczesne podziemne magazyny gazu swoim wyglądem przypominają duże fabryki. Ponieważ w celu zapewnienia wtrysku/usunięcia paliwa konieczne jest użycie mocnej sprężarki, sprzętu czyszczącego i innego sprzętu. Które obsługują setki, a nawet tysiące specjalistów

Przegląd zbiorników magazynujących gaz

Przy tej samej masie gaz zajmuje znacznie większe obszary niż jakiekolwiek ciała stałe. A ponieważ zużywa się go w ogromnych ilościach, do jego przechowywania potrzebne są te same pojemniki.

Co więcej, sto lat temu eksperci porzucili magazynowanie gazu w sztucznych zbiornikach naziemnych.

Powodem jest to, że wymagałoby to:

• zajmują rozległe obszary planety z kompleksami magazynowania niskociśnieniowego „niebieskiego” paliwa;
• używać drogich i wybuchowych zbiorników z gazem pod wysokim ciśnieniem.

W rezultacie, aby zneutralizować wymienione powyżej negatywne aspekty, zdecydowano się na magazyny podziemne, a za takie uważa się kontenery zlokalizowane na znacznej głębokości. Który w większości przypadków waha się od 300 do 1000 metrów. A tam można przechowywać paliwo w zbiornikach stworzonych przez naturę.

W sumie inżynierowie nauczyli się z powodzeniem stosować 7 rodzajów zbiorników magazynujących gaz ziemny:

• powstają w nasyconych wodą formacjach porowatych;
• zakonserwowane po produkcji węglowodanów, czyli gazu, oleju;
• powstający w złożach soli kamiennej;
• powstałe w wyrobiskach kopalń;
• utworzone w trwałych skałach wiecznej zmarzliny;
• z niskotemperaturową skorupą lodową;
• powstały w wyniku podziemnych eksplozji atomowych.

Chociaż istnieje wiele opcji, tylko pierwsze 4 metody magazynowania gazu różnią się praktycznością.Pozostałe opcje zbiornika są odpowiednie tylko teoretycznie.

Podziemny magazyn gazu Północny Stawropol jest największym na świecie, a zgromadzone w nim rezerwy gazu są w stanie pokryć roczne zapotrzebowanie na paliwo tak dużego kraju, jak Francja. Ponieważ powierzchnia składowania wynosi aż 680 km²

Powód, dla którego pozostałe trzy opcje są niepraktyczne, jest następujący:

• Gaz można magazynować w zamarzniętych skałach, o czym świadczy kilka istniejących magazynów w północnych regionach planety. Ale ich objętości są niezwykle nieznaczne, dlatego nie mają dziś żadnego znaczenia przemysłowego.
• Kontenery powstałe w wyniku podziemnych eksplozji nuklearnych całkiem nadają się do przechowywania znacznych zasobów gazu, co zostało już udowodnione eksperymentalnie. Rzecz jednak w tym, że potężną broń testowano z dala od miejsc zamieszkania ludzi. Dlatego zwykle nie ma tam konsumentów ani mediów.

W rezultacie tego typu pojemniki po prostu nie nadają się do użytku.

Chociaż podziemne magazyny gazu nazywane są magazynami, w rzeczywistości ochrona gazu nie jest ich głównym zadaniem. To co się w nich bowiem znajduje, służy bowiem głównie do wyrównania nierówności spożycia. Które mogą być dzienne, tygodniowe, sezonowe. Jedynie w ostateczności obiekty PMG tworzone są w celu złagodzenia skutków wystąpienia okoliczności siły wyższej.

Następnie rozważymy bardziej szczegółowo każdą z opcji magazynowania gazu pod ziemią.

Opcja nr 1 – składowanie w formacjach nasyconych wodą

Magazyny w utworach nasyconych wodą mają za zadanie niwelować skutki sezonowych nierówności w zużyciu gazu. A także do tworzenia rezerw strategicznych.

Ważną cechą projektowania takich magazynów jest minimalny udział człowieka – najczęściej na etapie tworzenia odwiertów niezbędnych do zatłaczania gazu.

Mapa Rosji pokazuje, że podziemne magazyny gazu zlokalizowane są w pobliżu głównych gazociągów i dużych obszarów zaludnionych. I to nie przypadek, gdyż magazyny projektowane są tak, aby zapewnić stabilność zużycia gazu, dla czego powinny znajdować się w bliskiej odległości od dużych obiektów

Zbiorników tych poszukuje się w formacjach artezyjskich. Magazyny gazu powstają tam, gdzie struktura skał jest przepuszczalna i porowata. Pozostałą ciecz usuwa gaz, który ją spręża, a następnie wyciska.

Same tak zwane zbiorniki do przechowywania paliwa w rzeczywistości takimi nie są. Mówiąc dokładniej, w ogóle ich tam nie ma - służą jako miejsce do przechowywania puste przestrzenie w warstwach porowatych. A cała procedura tworzenia magazynu gazu polega na wyparciu części wody na obrzeże. Robią to, żeby zrobić miejsce dla „niebieskiego” paliwa.

Opisaną powyżej procedurę można wykonać tylko wtedy, gdy przyczyni się do tego szereg czynników:

• Porowata warstwa przepuszczalna pokryta jest kopułą (czapką) ze skał gazoprzepuszczalnych, którymi są zwykle sprasowane gliny.
• Poziom wodonośny rozciąga się od granic składowiska na przestrzeni kilkudziesięciu kilometrów. A jeszcze lepiej, jeśli ma dostęp do powierzchni. Wszystko to pozwala gazowi skutecznie wycisnąć wodę z formacji.
• Długość kopuły jest wystarczająca, aby zapewnić możliwość magazynowania znacznych ilości gazu.
• Porowatość i przepuszczalność skały zapewnia akceptowalną pojemność gazu i możliwość jego uwolnienia w trakcie rozwoju.

Jeżeli choć jeden z warunków nie zostanie spełniony, utworzenie podziemnego magazynu nie będzie możliwe.

Zasada działania nowoczesnych magazynów podziemnych jest prosta. Cechy te można zbadać na przykładzie dużych podziemnych magazynów gazu, wykorzystywanych do niwelowania sezonowych nieprawidłowości.

Zwykle w ciepłym sezonie pompowana jest do nich wymagana ilość gazu. Który zaczyna być odbierany dopiero wraz z nadejściem sezonu grzewczego. Co więcej, do głównego rurociągu nie jest przesyłana jakaś ogromna ilość gazu, ale średnia, znana z doświadczeń eksploatacyjnych z ubiegłych zim.

A jeśli nagle temperatura gwałtownie spadnie i dzienne zużycie wzrośnie o rząd wielkości, to duży podziemny magazyn gazu i tak nie zwiększy wolumenu poboru. A niedobory pokryją małe magazyny, zaprojektowane tak, aby wyrównać dzienne i tygodniowe zużycie. Powodem jest to, że łatwiej i szybciej jest spośród nich dokonać wyboru.

Za optymalne uważa się kontenery o powierzchni kilku kilometrów kwadratowych. Z różnicą wysokości między dolną i górną częścią kopuły w granicach 10-15 metrów

Zaletą instalacji PMG w utworach nasyconych wodą jest ich znaczna pojemność. Wadą jest to, że geolodzy badając charakterystykę warstwy wodonośnej mogą nie zidentyfikować lub nie wziąć pod uwagę jakiegoś ważnego czynnika. W rezultacie pamięć stanie się bezużyteczna.

A najgorsze jest to, że często wychodzi to na jaw po ogromnych inwestycjach w budowę infrastruktury naziemnej i podziemnej. Dość często zdarzają się także mniej istotne awarie, w związku z czym eksploatacja podziemnych magazynów gazu w skałach nasyconych wodą wiąże się ze znacznymi kosztami nieplanowanymi.

Opcja nr 2 – kontenery po wydobyciu węglowodorów

Należące do tego typu kompleksy inżynieryjne służą wyrównywaniu sezonowych wahań zużycia „niebieskiego” paliwa. A także do tworzenia rezerw strategicznych.

Podziemne magazyny są poszukiwane ze względu na fakt, że ich tworzenie i eksploatacja są najbardziej opłacalne ekonomicznie. Natomiast ogromne naziemne zbiorniki gazu (pokazane na zdjęciu) stosuje się w przypadku braku możliwości wykorzystania głównych gazociągów z podziemnych magazynów gazu. Ponadto w pojemnikach pokazanych na zdjęciu zazwyczaj przechowuje się wyłącznie gaz skroplony

Konstrukcja tego typu obiektów magazynowych jest taka sama, jak w przypadku analogów tworzonych w utworach nasyconych wodą. Oznacza to, że paliwo jest przechowywane w pustkach porowatych skał.

Obiekty PMG powstałe w skałach, gdzie kiedyś znajdowały się węglowodory, są najliczniejsze na świecie. Tak więc ich liczba sięga znacznych 70%, powodem tego jest szereg zalet.

Należą do nich: znaczne moce i oszczędności na inwestycjach kapitałowych w poszukiwania, tworzenie infrastruktury lub przynajmniej jej części, wiercenia – w miejscu powstania tego typu podziemnych magazynów gazu prowadzono już wydobycie ropy i gazu.

Należy rozumieć, że zakopane zbiorniki gazu nie są podziemnymi magazynami. Ponieważ są zaprojektowane do rozwiązywania zupełnie innych problemów. I trafiają pod ziemię tylko po to, aby w przypadku silnych mrozów odparowanie skroplonego gazu było skuteczniejsze. I to bez żadnych kosztów. A także warunkowe podziemne umieszczenie zbiorników gazu pozwala zaoszczędzić użyteczną przestrzeń gdzieś na osobistej działce

Ale pojemników zakonserwowanych po produkcji węglowodorów nie można nazwać idealnymi.

Mają wiele wad:

• problemy ze szczelnością starych odwiertów – dotyczy to szczególnie dawnych pól naftowych;
• niewystarczająca porowatość, przepuszczalność skał;
• mieszanie gazu z pozostałościami oleju - co czasami prowadzi do znacznych strat, ponieważ powstałej mieszaniny nie można już wykorzystać.

Ponadto gaz często powoduje powstawanie niebezpiecznych zanieczyszczeń w postaci siarkowodoru na polach naftowych. Który jest szkodliwy dla zdrowia ludzkiego, a także niszczy wszelkiego rodzaju konstrukcje stalowe, nawet te związane ze stalą nierdzewną.

Funkcjonowanie podziemnych magazynów gazu w oparciu o obszary wyeksploatowanych złóż węglowodorów jest możliwe dzięki temu, że gaz po zatłoczeniu wypiera pozostałą ropę z pożądanej formacji. Dodatkowo podobnie jak woda ma działanie ściśliwe i mobilne, co ułatwia zadanie uporządkowania pojemnika. Czasami ropa pod ciśnieniem gazu nie jest wciskana w skałę, lecz unosi się do góry, co staje się dodatkowym źródłem zysku.

Opcja nr 3 – zbiorniki w złożach soli kamiennej

Takie zbiorniki z gazem służą do niwelowania dobowych i tygodniowych nierówności jego wykorzystania, a także biorą udział w niwelowaniu sezonowości. Ponadto magazyny w formacjach solnych z powodzeniem radzą sobie z rolą źródła zapasowego dla ważnych odbiorców.

Istnieją tylko 2 popularne sposoby magazynowania gazu pod ziemią. Mianowicie w przepuszczalnych warstwach porowatych i jaskiniach wypłukanych w złożach solnych. Pierwszą opcję stosuje się, gdy trzeba utworzyć duży magazyn, drugą - tylko w celu rozwiązania lokalnych problemów

Określone obiekty PMG powstają poprzez wypłukanie części złóż soli w celu utworzenia wnęki o wymaganej wielkości. W tym celu początkowo wierci się kilka studni, przez które woda dostarczana jest przez długi czas.

Choć opisana procedura jest długotrwała i kosztowna, opłaca się, gdyż zatłaczany gaz ziemny jest magazynowany bez strat. Powodem jest to, że jaskinie solne są szczelne. Poza tym dają efekt samo leczenie — pęknięcia tektoniczne i inne szybko zarastają osadami soli.

Zaletą budowy takich podziemnych magazynów gazu jest to, że pobierana jest wymagana ilość paliwa praktycznie bez ograniczeń prędkości. To kilka razy więcej niż przy wykonywaniu tych samych operacji w kontenerach innego typu. Istotną zaletą obiektów PMG budowanych w jaskiniach solnych jest także wysoki procent wydobycia gazu – jeden z najwyższych spośród wszystkich jego rodzajów.

Skała do przechowywania gazu powinna wyglądać tak, jak pokazano na zdjęciu. Oznacza to, że są przepuszczalne i mają wystarczająco dużo miejsca, aby pomieścić dużą ilość paliwa. Ponadto struktura formacji powinna umożliwiać łatwe wypieranie resztek wody i oleju

Natomiast liczba kawern w warstwach solnych nie przekracza 2% ogólnej liczby magazynów.

Na ten wskaźnik wpływa szereg negatywnych aspektów:

• Obecność ogromnych ilości słonej wody po wypłukaniu jaskiń, aby zaoszczędzić gaz. W rezultacie, jeśli w pobliżu nie ma morza lub chociaż zakładów przetwórstwa soli, nie ma gdzie umieścić płynu. Jaki jest główny powód małej ilości tego rodzaju UGS.
• Zmniejszenie objętości użytecznej podczas pracy. Zjawisko to spowodowane jest parowaniem soli w miejscach o wyższym ciśnieniu i akumulacją tam, gdzie jest ono niższe.
• Pojawienie się zanieczyszczeń w gazie, które często stają się pozostałością płynu używanego wcześniej do przemywania jaskini.
• Drobne tomy, co nie pozwala na utworzenie rezerw w wystarczającej ilości.

W efekcie magazyny soli wykorzystywane są najczęściej jedynie tam, gdzie nie jest możliwe zastosowanie wymienionych typów pojemników.

Opcja nr 4 – PMG w wyrobiskach kopalnianych

Ich objętości są nieznaczne. Niemniej jednak Szwedzi i Norwegowie przechowują część swoich strategicznych zasobów gazu w właśnie tego typu kontenerach.

PCW w wyrobiskach kopalnianych to jedyny magazyn gazu całkowicie wyposażony przez człowieka. I tak w jednej z kopalń w wyniku eksplozji powstaje pojemnik, który następnie wyłożony jest stalowymi blachami.

Tak wyglądają jaskinie solne służące do magazynowania gazu. Są hermetycznie zamknięte i niezawodne, ale mają ograniczone wymiary i dlatego nadają się do tworzenia obiektów PMG o małej objętości. I wyłącznie do rozwiązywania lokalnych problemów. Na przykład w Rosji z 27 obecnie użytkowanych magazynów tylko 2 służą do przechowywania soli.

Choć prowadzenie podziemnych magazynów gazu w opuszczonych kopalniach jest opłacalne ze względu na wysoki procent i tempo wydobycia, to ich liczba w najbliższym czasie nie ulegnie istotnemu zwiększeniu. Powodem jest to, że opisane obiekty magazynowe są trudne w budowie. Ponieważ nie zawsze możliwe jest osiągnięcie całkowitej szczelności, co prowadzi do znacznych strat.

Dzieje się tak dlatego, że podczas pracy kopalni starają się dostarczyć tam maksymalną ilość powietrza. Po co tworzy się system wentylacji z dużą ilością wyjść na powierzchnię, których nie zawsze można uszczelnić przy aranżacji obiektu magazynowego?

W rezultacie dzisiaj istnieje już tylko kilka udanych przykładów realizacji idei magazynowania gazu w opuszczonych kopalniach (w Szwecji, Norwegii, Niemczech).

Czy pomieszczenia magazynowe są szczelne?

Wycieki paliwa to częste procesy, których nie da się uniknąć. Ponieważ powodów jest zbyt wiele.

Dla wygody podzielono je na 3 kategorie:

• geologiczny;
• techniczny;
• techniczny.

Do grupy geologiczny powodów obejmują niejednorodność pokrywy PMG, obecność uskoków tektonicznych, a także cechy hydrodynamiki i geochemii. Na przykład gaz może po prostu migrować przez formację, a specjaliści nie będą w żaden sposób na to wpływać.

Techniczny powoduje należą do najpowszechniejszych, ponieważ przy ocenie jakichkolwiek faktów regularnie pojawiają się błędy. Na przykład skuteczność hydropułapek, rezerwy gazu i trwające procesy fizyczne i chemiczne.

Często w celu dotarcia do pożądanych warstw stosuje się wiercenie studni. Co więcej, jego technologia nie różni się od podobnych procedur przy próbie dotarcia do złóż gazu i ropy

Względy techniczne najczęściej związane są ze stanem eksploatowanych odwiertów, przez które zatłaczany jest gaz.

Cechy tworzenia podziemnych magazynów gazu

W 95% przypadków powstają podziemne magazyny wyciskanie wody za pomocą gazu, pozostałości oleju z porowatych formacji. W ten sposób powstają „pojemniki” do przechowywania „niebieskiego” paliwa.

A najważniejszą cechą jest to, że objętość gazu użytego do wyciśnięcia cieczy nie może być później wykorzystana do dostarczenia konsumentom. Jego zadaniem jest zapobieganie powrotowi pozostałości wody i węglowodorów na swoje dawne miejsce. W przeciwnym razie repozytorium po prostu przestanie istnieć.

Oznacza to, że określony gaz jest bufor. Z reguły jest to nie mniej niż połowa całkowitej objętości tłoczonej do podziemnych magazynów gazu. W niektórych przypadkach gazu buforowego jest 3 razy więcej niż można wykorzystać do dostarczenia konsumentom, co jest tzw aktywny.

Co ciekawe, nie można z góry obliczyć ilości gazu buforowego.Oznacza to, że wszystko jest testowane wyłącznie eksperymentalnie. Co w wielu przypadkach trwa latami. Jednak gdy uzyskany wynik będzie niezadowalający, gaz buforowy można wypompować w całości.

Procedura napełniania magazynu

Po tym, jak geolodzy zbadali formację i zdecydowali, że we właściwym miejscu można utworzyć magazyn gazu, producenci gazu budują kompleks inżynieryjny.

Nowoczesne podziemne magazyny gazu są najbezpieczniejszym sposobem magazynowania zapasów gazu. Jednak częste jego wycieki stanowią duży problem dla gazowników i ekologów, którzy uważają takie przypadki za istotny problem dla środowiska. I tak też się dzieje, co widać na zdjęciu (w oddali widać pożar jednego z węgierskich podziemnych magazynów gazu)

I wtedy rozpoczyna się zatłaczanie „niebieskiego” paliwa do przyszłego podziemnego magazynu gazu, który zasilany jest z najbliższego miejsca główny rurociąg. I trafia na miejsce czyszczenia, gdzie usuwane są wszelkiego rodzaju zanieczyszczenia mechaniczne.

Czyste paliwo dostarczane jest do punktu dozowania i pomiaru. A potem do kompresorowni, gdzie przeprowadza się sprężanie - tak nazywa się przygotowanie gazu do wpompowania do magazynu. Oznacza wzrost ciśnienia gazu do żądanej wartości.

Następnie transportowany jest do punktów dystrybucji gazu. Gdzie całkowity przepływ jest podzielony na kilka i dostarczany do różnych linii technologicznych. Stamtąd jest przesyłany poprzez pióropusze do studni w celu zastrzyku.

W trakcie całego procesu specjaliści monitorują szereg parametrów, w tym ciśnienie i temperaturę gazu oraz wydajność każdego odwiertu.

Wnioski i przydatne wideo na ten temat

Załączony poniżej film poświęcony jest tematowi tworzenia podziemnych magazynów gazu w celu wyrównania nierównomiernego zużycia paliwa, które będzie dostarczane gazociągiem Siła Syberii.

Podziemne magazyny gazu to najbardziej niezawodny i opłacalny sposób na wyrównanie nierównomiernego zużycia gazu i zapewnienie jego stabilnych dostaw w przypadku wystąpienia siły wyższej. A najciekawsze jest to, że trzeba za to dziękować nie ludzkiemu geniuszowi, ale naturze, która rozważnie stworzyła odpowiednie do tego warstwy skalne.

Czy osobiście brałeś udział w tworzeniu podziemnych magazynów gazu i chcesz uzupełnić powyższy materiał o przydatne informacje? A może zauważyłeś rozbieżność w faktach? Zostaw swoje uwagi i komentarze - blok opinii znajduje się pod artykułem.