Подземные хранилища газа

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

Институт нефти, газа, энергетики

Реферат по дисциплине: «Основы нефтегазового дела»

На тему: «Подземные хранилища газа»

Выполнил: Студент 1 курса группы 21-НБ-НД4

2021

Оглавление

Введение

1. Понятие природного газа, химические и физические свойства

2. Характеристика ПХГ

2.1 Параметры

2.2 Буферный и активный газ

3. Создание ПХГ

3.1 Природные ПХГ

3.2 Подземные хранилища газа в истощенных месторождениях

3.3 Подземные хранилища газа в водоносных пластах

3.4 Хранение газа в отложениях каменных солей

3.5 Подземные хранилища газа в твёрдых горных породах

3.6 Подземные хранилища газа в кавернах горных пород

3.7 Подземные хранилища газа в отработанных шахтах

4. Работа ПХГ

5. Типы газовых хранилищ

5.1 По режиму работы

5.2 По назначению

6. ПХГ в современной России

Заключение

Список источников информации

Введение

Магистральные газопроводы, по которым газ транспортируется от месторождений к местам потребления, работают с относительно постоянной производительностью. Однако потребление газа характеризуется в первую очередь сезонной неравномерностью. Для снижения пиковых нагрузок, обеспечения гибкости и надежности поставок газа нужны специальные компенсаторы -- газохранилища, которые способны накапливать избытки газа, хранить их и, в случае увеличения спроса, отдавать потребителям. Такими компенсаторами служат подземные хранилища газа (ПХГ), созданные в выработанных месторождениях углеводородов, водоносных пластах или соляных кавернах.

Под сезонной неравномерностью подразумевается значительное увеличение потребления природного газа в холодное время года, в отличии от теплого периода, наряду с тем, что добыча в холодное время года наоборот, несколько сокращается.

Правильно спроектированное газовое хранилище может свести к необходимому минимуму стоимость транспортирования до центров потребления: благодаря хранилищам магистральные газопроводы могут проектироваться на среднюю пропускную способность, а не на максимальную нагрузку. Поэтому для крупных магистральных газопроводов создание ПХГ просто технологически необходимо. В среднем потребность в активном объеме подземных хранилищ должна быть равна 15-20% от годового потребления газа в регионе. Этого должно хватать для выравнивания сезонных колебаний потребления газа.

1. Понятие природного газа, химические и физические свойства

Природный газ (ПГ) - легковоспламеняющаяся смесь углеводородов, которая образовалась в недрах Земли в следствии разложения органических веществ.

ПГ является полезным ископаемым. В пластовых условиях, т.е. в тех условиях, при которых он находится в недрах, ПГ прибывает в газообразном состоянии, в виде крупных отдельных скоплений или же в виде газовой шапки на нефтегазовых месторождениях. Так же природный газ встречается растворенным в нефти или воде. При нормальных условиях (Давление 101,325 кПа и Температура 0°С) природный газ может находиться только в газообразном агрегатном состоянии. Помимо этого, газ может находиться в виде газогидратов - кристаллическое состояние.

В химическом составе природного газа преобладают углеводороды: Метан на долю которого приходится 70 - 98%, и гомологи метана, такие как: Этан Пропан, Бутан . Однако, газ может содержать так же другие вещества, не являющиеся углеводородами: Сероводород, Водород, Азот, Диоксид углерода, Гелий . В то же время, чистый природный газ не имеется запаха и цвета, в связи с чем для возможности обнаружения утечки газа в него добавляют незначительную долю одорантов. Одоранты - вещества, которые имеют неприятный и резкий запах, в большинстве случаев в качестве одоранта применяются меркаптаны, например, этилмеркаптан. На 1000 м³ природного газа добавляют 16 г.

Физические свойства природного газа зависят от его состава. Значения основных характеристик приведены в таблице 1.

Таблица 1. Физические свойства природного газа

Природный газ в 1,8 раз легче воздуха, поэтому в случае возникновения утечки он поднимается вверх, а не собирается в низинах

2. Характеристика ПХГ

Подземное хранилище газа (ПХГ) - это комплекс инженерно-технических сооружений в пластах-коллекторах геологических структур, горных выработках, а также в выработках-ёмкостях, созданных в отложениях каменных солей, предназначенных для закачки, хранения и последующего отбора газа, который включает участок недр, ограниченный горным отводом, фонд скважин различного назначения, системы сбора и подготовки газа, компрессорные цеха. газ подземный шахта

ПХГ сооружаются вблизи трассы магистральных газопроводов и крупных газопотребляющих центров для возможности оперативного покрытия пиковых расходов газа. Они создаются и используются с целью компенсации неравномерности (сезонной, недельной, суточной) газопотребления, а также для резервирования газа на случай аварий на газопроводах и для создания стратегических запасов газа.

2.1 Параметры

Газовое хранилище представляет собой геологическую структуру или искусственный резервуар, используемый для хранения газа. Работа хранилища характеризуется двумя основными параметрами -- объемным и мощностным. Первый характеризует ёмкость хранилища -активный и буферный объёмы газа; второй показатель характеризует суточную производительность при отборе и закачке газа, продолжительность периода работы хранилища при максимальной производительности.

2.2 Буферный и активный газ

Эти две составляющие делят объем хранилища надвое.

Активный газ (АГ) - это такой объем, который регулярно (как правило ежегодно) закачивается и откачивается из хранилища. Другими словами, это та часть газа, которая продается потребителю. По окончанию периода формирования хранилища (5 и более лет) объем активного газа становится постоянным на протяжении всего времени эксплуатации. Это значение изменяется лишь при отборе, и восстанавливается при закачке.

Буферный газ (БГ) - такой газ, который постоянно находится в ПХГ, и именно за счет, которого в хранилище создается газовый пузырь.

БГ необходим для существования в ПХГ определенного значения давления в конце этапа отбора. Это давление обеспечивает необходимый дебит газа. Так же буферный газ препятствует продвижению воды в хранилище, увеличивает дебиты скважин и уменьшает степень сжатия на КС при старте следующей закачки. Чем выше объем БГ в хранилище - тем большее давление в нем остается по завершению отбора. Так же БГ влияет на дебит скважины. Чем больше буферного газа в хранилище, тем меньше скважин придётся задействовать для отбора достаточного потребителю количества газа.

Объем буферного газа в подземном хранилище зависит не только от глубины залегания ловушки и её размеров, но и от множества других параметров, поэтому невозможно узнать его заранее. Да и измерить по результатам эксплуатации можно тоже с большой погрешностью: никогда не известно сколько газа реально улетучилось из ПХГ через всякого рода нарушения в кровле. В результате формула "закачали минус откачали" даёт приближённый результат. Тем не менее, между объемами активного и буферного газа, объемом хранилища, начальным пластовым давлением и давлением нагнетания газа существует прямая зависимость, так что вычислить буферный объём получается с точностью, достаточной для нормальной работы ПХГ. Отношение количеств БГ и АГ является одним из важнейших показателей любого хранилища.

Конечно, буферный газ можно выкачать из пласта вместе с активным, до самого конца. Однако в таком случае, по началу следующего цикла, придётся наращивать всю многолетнюю процедуру расширения хранилища с нуля.

3. Создание ПХГ

3.1 Природные ПХГ

Газ занимает значительно больший объем, чем твердое тело или жидкость. Поэтому найти для него герметичные резервуары было бы затруднительно, если бы природа уже не построила их. Пористые пласты песчаника в земной коре, герметично закупоренные сверху куполом из слоя глины, являются природными ПХГ. В порах песчаника может находиться вода, но могут скапливаться и углеводороды. В процессе создания ПХГ в водоносном слое газ, скапливающийся под глиняной покрышкой, вытесняет воду вниз. Соляные пещеры являются идеальными по герметичности резервуарами. Построить подземную соляную пещеру для хранения газа не так уж и сложно, хотя это и долгий процесс. В подходящем по высоте пласте каменной соли бурятся скважины. Затем в них подается вода, в соляном пласте вымывается полость необходимого объема. Соляной купол не только непроницаем для газа - соль обладает способностью самостоятельно «заживлять» трещины и разломы.

3.2 Подземные хранилища газа в истощенных месторождениях

Наиболее дешевые и удобные ПХГ, созданные в истощённых нефтяных и газовых залежах. Приспособление этих ёмкостей под хранилища сводится к установке дополнительного оборудования, ремонту скважин, прокладке необходимых коммуникаций.

В случае использования истощенных (отработанных) месторождений, природный газ закачивается в истощенный слой через те же самые скважины, через которые велась добыча.

Первая в мире опытная закачка газа в истощенное газовое месторождение была проведена в 1915 г. в Канаде (месторождение Уэлленд-Каунти), первое промышленное ПХГ ёмкостью 62 млн мІ было создано в 1916 г. в США (газовое месторождение Зоар, район г. Буффало).

В России первое ПХГ в истощенном месторождении было создано в 1958 г. на базе мелких выработанных залежей газа месторождений Куйбышевской (ныне Самарской) области. Успешное проведение закачки и последовавший отбор газа способствовали усилению работ в области подземного хранения газа по всей стране.

3.3 Подземные хранилища газа в водоносных пластах

В тех районах, где нужны резервы газа, а истощённые нефтяные и газовые залежи отсутствуют, газовое хранилище устраивают в водоносных пластах. Для устройства такой залежи необходимо, чтобы водоносный пласт был достаточно порист, проницаем, имел бы ловушку для газа и допускал оттеснение воды из ловушки на периферию пласта. Газ поступает в пласт-коллектор по эксплуатационным скважинам. Газ, закачанный в ловушку, оттесняет из неё воду и размещается над водой. Плотные отложения, образуя кровлю над пластом-коллектором, не позволяют газу просочиться вверх. Пластовая вода удерживает газ от ухода его в стороны и вниз. Контроль за возможным продвижением газа вверх по разрезу осуществляется с помощью контрольных и наблюдательных скважин, вскрывающих основной пласт-коллектор и контрольные водоносные пласты

Газовое хранилище в водоносных пластах устраивают обычно на глубине от 200-- 300 до 1000--1200 м.

Первое ПХГ в водоносном пласте было создано в 1946 г. в США -- ПХГ Doe Run Upper (штат Кентукки). В СССР первое газохранилище в водоносном пласте было создано в 1959 г. в районе г. Калуга -- Калужское ПХГ (проектный объем активного газа -- 410 млн мі). Крупнейшее в мире хранилище в водоносном пласте -- Касимовское ПХГ -- было создано в 1977 г. (проектный объем активного газа -- 12 млрд мі).

3.4 Хранение газа в отложениях каменных солей

3.5 Подземные хранилища газа в твёрдых горных породах

В мире активно увеличивается спрос на резервные мощности ПХГ, однако не везде существуют оптимальные геологические условия для создания ПХГ на базе истощенных месторождений, в водоносных пластах или в каменной соли.

В связи с этим разрабатываются и внедряются технологии создания ПХГ в каменных пещерах и угольных шахтах. Примеры таких хранилищ единичны, но в каждом конкретном случае они являются технически единственно возможным и экономически обоснованным объектом для резервирования необходимого объёма природного газа. Наибольший опыт в организации подобных хранилищ имеется у Норвегии, США, Швеции и Чехии, которые рассматривают этот вариант как более экономичную и доступную альтернативу организации ПХГ в солях и наземных хранилищ сжиженного газа.

3.6 Подземные хранилища газа в кавернах горных пород

В Швеции в районе г. Хальмштад вблизи основной магистрали газопровода введен в эксплуатацию демонстрационный проект ПХГ Скаллен в облицованной каверне горных пород. В граните на глубине 115 м построена одна каверна (геометрический объём составляет 40 тыс. мі), стены которой укреплены стальной сеткой.

3.7 Подземные хранилища газа в отработанных шахтах

4. Работа ПХГ

В систему инженерных сооружений ПХГ входят скважины для закачки и отбора газа, компрессорная станция, система газопроводов, установки охлаждения, осушки и очистки газа (сепараторы, фильтры, абсорберы и адсорберы). Скважины ПХГ оборудуются автоматическими забойными клапанами для исключения возможности открытого фонтанирования. Важное условие успешного создания и эксплуатации ПХГ - сохранение его герметичности, т. е. предупреждение возможных утечек газа, в основном в вышележащие проницаемые пласты. Существуют гидродинамические, гидрохимические, геологические, газометрические и геофизические методы контроля: наблюдение за давлением, газонасыщенностью, солевым составом вод, составом растворённых газов как по горизонтам хранения, так и по специально выделенным в разрезе контрольным горизонтам. Для контроля над герметичностью применяют также почвенно-газовую и водно-газовую съёмки, которые позволяют выявить и локализовать все достигающие земной поверхности утечки газа, связанные как с негерметичностью покрышки (тектонические нарушения), так и с негерметичностью скважины.

Закачка газа - это его нагнетание в искусственную газовую залежь при заданных технологическим проектом показателях. Газ из магистрального газопровода поступает на площадку очистки газа от механических примесей, затем на пункт замера и учета газа, затем в компрессорный цех, где компримируется и подается на газораспределительные пункты (ГРП) по коллекторам. На ГРП общий газовый поток разделяется на технологические линии, к которым подключены шлейфы скважин. Обвязка технологических линий позволяет измерить производительности каждой скважины, температуру и давление газа при закачке.

Отбор газа из подземного хранилища является практически таким же технологическим процессом, как и добыча из газовых месторождений, но с одним существенным отличием: весь активный (товарный) газ отбирается за период от 60 до 180 суток. Проходя по шлейфам, он поступает на газосборные пункты, где собирается в газосборный коллектор. Из него газ поступает на площадку сепарации для отделения пластовой воды и механических примесей, после чего направляется на площадку очистки и осушки. Очищенный и осушенный газ поступает в магистральные газопроводы.

5. Типы газовых хранилищ

5.1 По режиму работы

По режиму работы ПХГ подразделяются на базисные и пиковые.

Базисное ПХГ предназначено для циклической эксплуатации в базисном технологическом режиме, который характеризуется сравнительно небольшими отклонениями (увеличением или уменьшением в пределах от 10 до 15 %) суточной производительности ПХГ при отборах и закачках газа от среднемесячных значений производительности.

Пиковое ПХГ предназначено для циклической эксплуатации в пиковом технологическом режиме, который характеризуется значительными приростами (пиками) свыше 10-15 % суточной производительности ПХГ в течение нескольких суток при отборах и закачках газа относительно среднемесячных значений производительности.

5.2 По назначению

По назначению ПХГ подразделяются на базовые, районные и локальные.

Базовое ПХГ характеризуется объёмом 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 объёмом 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 участки газотранспортной системы (на газодобывающие предприятия при их наличии).

Локальное ПХГ характеризуется объёмом активного газа до нескольких сотен миллионов кубических метров и производительностью до нескольких миллионов кубических метров в сутки, имеет локальное значение и область влияния, ограниченную отдельными потребителями. По типу различают наземные и подземные газовые хранилища. К наземным относятся газгольдеры (для хранения природного газа в газообразном виде) и изотермические резервуары (для хранения сжиженного природного газа), к подземным - хранилища газа в пористых структурах, в соляных кавернах и горных выработках.

6. ПХГ в современной России

Подземные хранилища газа (ПХГ) являются неотъемлемой частью Единой системы газоснабжения России и расположены в основных районах потребления газа.

На территории Российской Федерации расположены 27 объектов подземного хранения газа, из которых 8 сооружены в водоносных структурах, 2 в отложениях каменной соли и 17 -- в истощённых месторождениях.

На территории России в настоящее время строится 3 ПХГ в соляных кавернах: Калининградское (Калининградская область), Волгоградское (Волгоградская область), Новомосковское (Тульская область), эксплуатируется хранилище гелиевого концентрата (Оренбург)

Заключение

В ходе данной работы, я познакомился с понятием природного хранилища газа, узнал типы газовых хранилищ и основные места строительства, а так же параметры и характеристику ПХГ.

Таким образом, я смело могу сделать вывод о том, что подземное хранилище газа играет большую роль в современном мире для всего человечества. Создание обычных ПХГ обеспечивает экономичную и гибкую систему регулирования сезонной и суточной неравномерности газопотребления. Подземные хранилища газа являются неотъемлемой частью Единой системы газоснабжения России и расположены в основных районах потребления газа. Использование ПХГ позволяет регулировать сезонную неравномерность потребления газа, снижать пиковые нагрузки в ЕСГ, обеспечивать гибкость и надежность поставок газа. Сеть ПХГ обеспечивает в отопительный период свыше 20% поставок газа российским потребителям, а в дни резких похолоданий эта величина может превышать 40%.

Также ПХГ обеспечивают покрытие пиков потребления, сглаживание сезонной неравномерности, уменьшают стоимость транспортировки до центров потребления, и только в последнюю очередь создают резервы безопасности, на случай нарушения снабжения: «технические» резервы, используемые при авариях в системе газоснабжения и стратегические резервы, используемые при частичных нарушениях поставок по политическим или экономическим причинам.

Список источников информации

1. Самсонов Р. О., Бузинов С. Н., Рубан Г. Н., Джафаров К. И. История организации подземного хранения газа в СССР - России -ж. Георесурсы 4 (36) 2010

2. Бузинов С. Н. Подземное хранение газа. Полвека в России: опыт и перспективы. CD-ROM Издательство: М.: ВНИИГАЗ, 2008

3. Брагинский О. Б. Нефтегазовый комплекс мира. -- М.: РГУ нефти и газа имени И. М. Губкина, 2006

4. https://ru.wikipedia.org/wiki/Подземное_хранение_газа

5. https://ugs.gazprom.ru/press/about-company/2019/12/34/

Размещено на Allbest.ru