ПХГ – важнейший элемент энергетической безопасности России

Созданная к настоящему времени в России развитая сеть ПХГ позволяет обеспечить бесперебойную подачу газа потребителям практически в любой точке ЕСГ как в России, так и за рубежом. Дальнейшее развитие подземного хранения газа должно быть направлено, прежде всего, на повышение суточной производительности ПХГ и наращивание объёма активного газа. При этом создание системы экономического благоприятствования развитию ПХГ может сыграть решающую роль в повышении надежности газоснабжения России.

Необходимость в хранении газа впервые появилась в середине прошлого века, когда началось производство искусственного газа, и возникла проблема совмещения интересов предприятия с интересами потребителя. Завод должен был работать ритмично, а спрос на газ не был постоянным. Проблема была решена сооружением газгольдеров, вместимость которых в отдельных случаях достигала весьма внушительных величин. Известен, например, стальной газгольдер низкого давления в г Чикаго вместимостью 600 тыс. м³.

В начале XX в. в связи с развитием трубопроводного транспорта сфера применения природного газа расширилась. Стальные наземные резервуары уже не могли удовлетворять запросам промышленности. Возникла необходимость в хранилищах вместимостью в десятки миллионов кубометров газа. В это же время начинают появляться первые истощенные газовые месторождения, которые можно было использовать для аккумулирования необходимых объёмов газа. Первое хранилище газа в истощенной залежи было создано в 1915 г. в Канаде (штат Онтарио). В 1915 – 1916 гг. в США (штат Нью-Йорк) было создано второе хранилище Zoar – Erie вместимостью 62 млн. м³, которое эксплуатируется и в настоящее время. Третье хранилище было сооружено в 1919 г (штат Кентукки), четвертое – появилось только через 10 лет. С1937 г темп развития подземного хранения увеличился. Особенно бурный рост числа газохранилищ наблюдался в США после Второй мировой войны.

Первое водоносное хранилище было построено в 1946 г. на границе штатов Кентукки и Индиана в пласте Ду – Ран, представленном известняком и залегающем на глубине 170 м. Первоначально этот пласт содержал промышленные запасы газа, но при эксплуатации был полностью обводнен. Следующее хранилище такого же типа было сооружено в 1950 – 1951 гг. в штате Айова в отложениях песчаника, залегающих на глубине 530 и 800 м. Хранилище эксплуатируется, и по сей день. Его общий объем составляет 200 млн. м³ газа. Первое крупное хранилище газа в ловушке пластовой водонапорной системы, не содержавшей ранее ни нефти, ни газа, создано в 1953 г. Это – ПХГ Хершер, расположенное вблизи Чикаго.

К настоящему времени подземное хранение газа развито в большинстве стран Европы. Интерес к сооружению ПХГ проявляют такие страны, как Иран, Япония, Аргентина, Китай и многие другие государства, заинтересованные в развитии рынка природного газа.

Подземное хранение газа в нашей стране имеет уже более чем сорокалетнюю историю. Насущная необходимость в создании газохранилищ стала ощущаться в 1950 – 1955 гг., и уже в 1956 г. были начаты практические работы по поискам водоносных пластов, пригодных для создания газохранилищ. Одновременно велись исследования по использованию в качестве газохранилищ истощенных газовых месторождений. Первым в Советском Союзе было создано подземное газохранилище на базе Башкатовской истощенной залежи газа (Куйбышевская область). Закачка газа в него началась 5 мая 1958 г., успешное её проведение и последовавший отбор газа на этом месторождении способствовали расширению работ в области подземного хранения газа по всей стране. В этом же году началось нагнетание газа в Елшанское истощенное газовое месторождение около г. Саратова и в Аманакское – в Куйбышевской обл.

Первым газохранилищем, созданным в водоносном пласте, стало Калужское, расположенное недалеко от Москвы. Заполнение газом гдовского водоносного песчаника кембрийского возраста, выбранного в качестве объекта для нагнетания газа, началось в августе 1959 г. При создании Калужского газохранилища был выполнен большой объем экспериментальных, теоретических и методических работ, накоплен богатый практический опыт, подготовлены кадры специалистов в области создания и эксплуатации водоносных газохранилищ.

За последующие 40 лет проведена большая работа по созданию сети подземных хранилищ газа в Единой системе газоснабжения. ПХГ были созданы в большинстве республик бывшего СССР, значительно расширена география размещения газохранилищ на территории России. Потребности развития газовой промышленности нашей страны, когда высокими темпами происходило наращивание добычи газа, диктовали создание крупных подземных хранилищ газа. Были созданы крупнейшие в мире газохранилища: Касимовское – в водоносном пласте и Северо – Ставропольское – в истощенном газовом месторождении. Создание крупных базовых хранилищ газа позволило решить проблему надежности газоснабжения и обеспечения стабильности экспортных поставок газа.

Подземные газохранилища в ЕСГ имеют многоцелевое назначение, помимо основной задачи – регулирования сезонной неравномерности газопотребления – они выполняют и другие функции, такие как:

– дополнительная подача газа потребителям в случае экстремальных похолоданий, как в отдельные дни, для чего создана система так называемых пиковых подземных хранилищ, так и в случае аномально холодных зим, путем создания соответствующих дополнительных резервов газа;

– обеспечение надежности экспортных поставок;

– создание долгосрочных (не распределяемых) резервов газа на случай непредвиденных экстремальных ситуаций;

– резервирование газа на случай аварийных кратковременных ситуаций в системе газоснабжения.

Созданная в России система хранилищ позволяет обеспечить: 15 % объема годового потребления российских потребителей, 40 % суточного потребления российских потребителей газа, 12 % объема экспортных поставок газа.

К несомненным достижениям системы подземного хранения газа в ЕСГ следует отнести то, что в результате целенаправленного строительства газохранилищ удается создать региональную систему газоснабжения, источником газа для которой в зимний период становятся ПХГ. Это позволяет высвободить значительные ресурсы газа для обеспечения теплом регионов, в которых создание газохранилищ невозможно по геологическим или другим причинам.

В последнее время, несмотря на общее снижение потребления газа в стране, намечается тенденция к росту объема сезонной неравномерности газопотребления, что связано в значительной степени с более квалифицированным использованием газа. Теперь, когда за поставляемый газ приходится платить реальные деньги, предприятия стараются более экономно расходовать энергетические ресурсы, и повышение температуры воздуха сопровождается более резким снижением потребления газа, чем в предыдущие годы. Значительно возросли суточные колебания газопотребления. Эта тенденция сохранится и в будущем. Развитие производства, о чем свидетельствует наметившийся в 2000 г. экономический рост, увеличит потребность в газовом топливе, а это, в свою очередь, потребует расширения сети ПХГ и увеличения объёма активного газа.

В настоящее время регулирование сезонной неравномерности газопотребления осуществляется не только за счет подземных хранилищ, но и за счет использования резервных мощностей в добыче и транспорте газа. Так, за 1998 г. около 50 % объема сезонной неравномерности было обеспечено за счет дополнительной подачи газа зимой из месторождений. Такую ситуацию в стране можно искусственно поддерживать и в дальнейшем за счет увеличения резервов на газовых промыслах для дополнительной подачи газа в зимний период. При изменении географии добычи газа требуется создание резервов и в газотранспортной системе. Расчеты показывают, что даже без учета дополнительных затрат в транспорт газа регулировать сезонную неравномерность газопотребления за счет месторождений нецелесообразно, поскольку затраты в создание мощностей на хранилищах газа существенно ниже, так как новые объекты добычи газа являются более капиталоёмкими за счет ухудшения горно-геологических и географических условий. Это объективно приводит к необходимости проведения работ по созданию новых ПХГ, что немыслимо без научно – технического прогресса в области подземного хранения газа.

Если говорить о текущем состоянии дел на объектах подземного хранения газа, то нельзя не сказать, что они отвечают современным мировым требованиям. На многих ПХГ применяются новейшие научно – технические решения. В последнее время широко используется горизонтальное бурение. Применение горизонтальных скважин на Кущевском ПХГ (Краснодарский край) позволило увеличить дебит эксплуатационных скважин в 2-3 раза. Намечено применение горизонтальных скважин на Пунгинском ПХГ, на хранилищах в Саратовской обл. и Удмуртии.

В основном решена проблема с креплением призабойной зоны скважин в неустойчивых коллекторах. Применение гравийных противопесочных фильтров на Касимовском, Увязовском и Гатчинском ПХГ позволило осуществлять эксплуатацию этих хранилищ при высоких депрессиях и дебитах скважин.

Применяются скважины большого диаметра. Использование скважин, оборудованных лифтом внутренним диаметром 168 мм на Касимовском ПХГ, позволило увеличить дебит эксплуатационных скважин в 3 – 4 раза и достичь величины в 1 млн. м3/сут и более.

Комплекс технических мер, включая условия вскрытия пласта – коллектора на Невском ПХГ, обеспечил повышение дебита скважин в 1,5 – 2,0 раза.

Успешно функционирует единственное в мире хранилище газа в горизонтальном пласте – Гатчинское ПХГ.

Применение центрально – сводового размещения скважин на Касимовском ПХГ, созданном в водоносном пласте, позволило эксплуатировать это хранилище на всем протяжении отбора практически в безводном режиме.

Успешно действует автоматизированная система управления технологическим процессом на Увязовском ПХГ, основу которой составляют отечественные регуляторы расхода.

На всех хранилищах организован геоэкологический мониторинг за эксплуатацией объекта. Широко применяются геофизические, геотермические и гидродинамические методы контроля за работой хранилища. Экологическая обстановка на всех ПХГ соответствует современным требованиям.

Разработаны научно-технические и проектные решения по созданию подземных хранилищ газа в выработанных нефтяных место рождениях, позволяющие не только решать проблемы хранения газа, но и дополнительно извлекать значительные объемы нефти.

Разработана и успешно реализуется методология поисков и разведки объектов подземного хранения газа. Её использование позволяет уже на начальных этапах выбора объектов ПХГ избежать нерационального использования людских и материальных ресурсов, что достигается за счет многоуровневого анализа существующего первичного материала, применения метода аналогий и т. п.

Дальнейшее развитие подземного хранения газа невозможно без научно – технического прогресса следующих направлениях.

1. Модернизация подземных хранилищ. Этот вид работ является необходимым при любом сценарии развития газовой промышленности. Модернизация заключается не просто в замене одного оборудования другим, но и в улучшении качественных показателей хранилища – увеличении объема активного газа, суточной производительности. Так, модернизация Калужского ПХГ предусматривает увеличить на 30 – 40 % максимальный суточный отбор.

2. Создание автоматизированных систем управления на базе применения вычислительной техники, управляющих механизмов нового оборудования и повышение эффективности контроля работы хранилища. Это позволит повысить маневренность хранилища и более эффективно использовать имеющиеся резервы.

3. Создание надежных высокопродуктивных газовых скважин на основе применения скважин большого диаметра, горизонтального бурения, совершенствования технологии вскрытия пласта-коллектора, применения более совершенных фильтров и технологии их сооружения. Новые техника и технология позволяют повысить производительность скважин, увеличить межремонтный период и сохранить коллекторские свойства пласта.

4. Повышение суточного отбора газа из хранилищ за счет экстенсивных (увеличение числа скважин, мощности промыслового оборудования) и интенсивных мер. Требуется создание специальных пиковых хранилищ газа, в том числе хранилищ газа в отложениях каменной соли.

5. Расширение географии подземных хранилищ газа, создание локальных (ведомственных) ПХГ. Совершенствование методов поиска разведки геологических структур для подземного хранения газа, использование новых технологий сейсмических и промыслово-геофизических исследований.

6. Внедрение прогрессивных методов капитального и текущего ремонта скважин (фрезерование колонн и расширение призабойных зон скважин с установкой гравийных фильтров приводит к повышению дебитов скважин в 1,5 – 2,0 раза, применение новых жидкостей для глушения скважин сохраняет коллекторские свойства пласта и сокращает сроки строительства скважин).

7. Совершенствование методов контроля эксплуатации подземных хранилищ, в том числе методов контроля технического состояния газовых скважин.

8 Повышение экологической устойчивости подземных хранилищ газа.

В настоящее время подземное хранение газа в нашей стране переживает не лучшие времена. Как известно, основную неравномерность газопотребления создает жилищно-коммунальное хозяйство. В ряде стран цена реализации газа предприятиям жилищно-коммунального хозяйства в 2 раза и более выше, чем для промышленных предприятий и более чем в 3 раза превышает цену, по которой газовые фирмы приобретают газ из стран – экспортеров. Такая ситуация дает возможность газовым фирмам за короткий промежуток времени окупить затраты на создание ПХГ. Это, по-видимому, в первую очередь, и обеспечило широкое развитие подземного хранения газа в ряде стран. В таблице приведены данные ООН по состоянию подземного хранения газа в некоторых зарубежных странах.

Таблица 1. Состояние подземного хранения газа на конец 1998 г.

Как видно из таблицы, отношение объема активного газа подземных хранилищ к годовому потреблению достигает 36 %.

Следует отметить, что в России, где продолжительность зимы и отопительного сезона существенно выше, чем в других странах, в 1998 г. отношение отбора газа из ПХГ к годовому потреблению составило 11 %.

В России отпускная цена газа предприятиям жилищно-коммунального хозяйства – самая низкая и едва покрывает затраты на добычу и транспорт. Неплатежи за пользование газом также усугубляют эту проблему. При таких условиях срок окупаемости затрат на создание подземных хранилищ газа в России даже при благоприятных горно-геологических и географических условиях растягивается на 10 – 15 лет и более. В связи с этим для ОАО "Газпром", являющегося субъектом, ответственным за газоснабжение страны, инвестиции в создание новых ПХГ становятся малопривлекательными. Ещё более остро стоит вопрос о создании резервов отбора газа в дни максимального спроса на газ (пиковое потребление). Подземные хранилища, предназначенные для пикового отбора газа, отличаются большей капиталоёмкостью (приходящейся на единицу объема активного газа), а общий объем реализации газа за период пикового потребления (и, следовательно, оплата за этот газ) относительно небольшой.

В условиях, когда Газпрому экономически малоцелесообразно развивать подземное хранение газа, субъектам федерации следует рассмотреть вопрос о создании собственных ПХГ для обеспечения надежности функционирования энергетического хозяйства в регионе. Геологические условия для создания относительно небольших подземных хранилищ газа, обеспечивающих потребность отдельных субъектов федерации, имеются практически во всех регионах страны. Проведенные геологические работы показали реальную возмож­ность создания таких хранилищ в Дагестане, а также в Нижегородской, Ростовской, Волгоградской, Саратовской, Смоленской, Пермской, Тульской, Кемеровской и других областях. При необходимости дополнительной подачи газа на электростанциях в зимний период РАО "ЕЭС России" должно само обеспечить инвестирование затрат на создание ПХГ.

Решение проблемы подземного хранения газа может способствовать совершенствованию ценовой политики на газ (повышение цены на газ, ввод сезонных цен на газ, введение двойного тарифа услуг за использование газа – плата за производительность).

Однако, по-видимому, основным направлением решения проблемы экономического развития подземного хранения газа является выдвижение её в разряд общефедеральной. Как было отмечено, Газпрому фактически невыгодно проведение работ по сооружению подземных хранилищ. В то же время нарушение системы газоснабжения в дни максимального спроса на газ приведет к большому экономическому ущербу. Однако это только одна сторона вопроса и, может быть, не самая главная. Газовая отрасль в стране в настоящее время является одной из ведущих. Она обеспечивает более 50 % производства топлива в стране и является основным источником поступления валюты. Такое состояние, по-видимому, сохранится еще в течение продолжительного времени. С другой стороны, растущее экономическое взаимодействие России с мировым экономическим хозяйством ставит ее в определенную зависимость от непредсказуемых конъюнктурных ситуаций (колебание потребления топлива, изменение цен, влияние политических факторов на экономическое развитие и др.). В этих условиях газовая промышленность должна иметь определенный резерв производительности. Необходимость такого резерва вызвана еще и внутренними условиями развития газовой промышленности. Постоянно усложняются горно-геологические условия разработки газовых месторождений. В ближайшее время в связи с необходимостью ввода месторождений п-ова Ямал и освоением морских месторождений ситуация станет еще более напряженной. Существенно усложняются условия транспорта газа. Это может привести к тому, что возникнет неравномерность не только потребления, но и добычи газа. Регулировать эту проблему можно будет только с помощью подземного хранения газа (создание долгосрочного резерва). В настоящее время в России имеется ряд крупных ПХГ, в которых могут быть созданы значительные запасы газа, способные транспорта. К таким хранилищам можно отнести

Северо-Ставропольское, Касимовсое, Совхозное, Пунгинское, Кущевское. Они располагаются в основных газопотребляющих районах России или в узлах газотранспортной системы, что позволит быстро задействовать создаваемые резервы. Проблема такого регулирования является общегосударственной и может быть решена только на федеральном уровне путем, например, изменения в налоговом законодательстве.