Подземное хранение газа. Типы подземных хранилищ

Для выравнивания сезонной неравномерности газопотребления, обеспечения равномерной работы газовых промыслов и магистральных газопроводов, накопления используемых или стратегических ресурсов газа наиболее целесообразно хранить газ в подземных герметичных хранилищах. В качестве подземных газохранилищ используются:

1) истощенные нефтяные и газовые месторождения;

2) разнообразные геологические ловушки пластовых водонапорных систем;

3) естественные и искусственно создаваемые в недрах земли трещины, каверны.

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 газа – цикличность их работы, которая выражается в смене процесса закачки и отбора газа. 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 неизвлекаемого газа в пластовых условиях, которое обусловливает цикличность эксплуатации хранилища. Активный же объем участвует в процессе закачки и отбора. Объем буферного остаточного газа составляет 60 -140% активного газа с учетом создания в хранилище определенного давления в конце отбора газа при соответствующем дебите скважин. Газ закачивают в весенне-летний период, когда потребность в нем значительно ниже, чем зимой. Зимой хранилища работают на отбор. Эксплуатация газохранилищ производится с учетом гидрогеологических условий пласта-коллектора, запасов газа в хранилище и неравномерности газопотребления системы газопроводов.

Создание ПХГ в пористых средах в нашей стране начато в 1958 г. введением в эксплуатацию мелких выработанных залежей истощенных местоождений Куйбышевской области. Данные ПХГ предназначались в основном для утилизации попутного нефтяного газа. В том же году началась эксплуатация Елшано-Курдюмовского ПХГ в Саратовской области.

За последующие 50 лет проведена огромная работа по созданию под­земных хранилищ газа в Единой Системе Газоснабжения (ЕСГ). В настоящее время наблюдается увеличение роли ПХГ в надежной работе ЕСГ. Проходящая реструктуризация потребления энергоресурсов в пользу газа и развитие рыночных отношений постоянно увеличивают сезонную нерав­номерность потребления газа. Поэтому модернизация и строительство ПХГ вошли в список первоочередных дел ОАО «Газпром».

Сейчас в России создана развитая система ПХГ, включающая 24 объекта, в которых хранится около 80 млрд. м³ активного газа. Максимальная суточная производительность всех ПХГ составляет около 450 млн м³. Количество буферного газа в хранилищах с учетом оставшихся от разработки 35 млрд. м³ составляет 80 млрд. м³.

В истощенных газовых месторождениях находится 70 % существующих и сооружаемых ПХГ. Большинство ПХГ являются крупными подземными хранилищами, создание которых вызвано потребностями развития газовой промышленности России.

ПХГ имеют многоцелевое назначение в системе газоснабжения:

– регулирование сезонной неравномерности потребления;

– дополнительная подача газа потребителям в аномально холодную зиму;

– обеспечение надежности экспортных поставок газа;

– создание долгосрочных резервов на случай непредвиденных экстре­мальных ситуаций;

– создание оперативных запасов газа на случай кратковременных аварийных ситуаций в системе газоснабжения.

Созданная в России система хранилищ позволяет обеспечить более:

15 % объема годового потребления российских потребителей;

40 %дневного потребления газа российскими потребителями;

12 % объема экспортных поставок газа.

По своему назначению подземные хранилища газа подразделяются на оперативные и резервные. Оперативные хранилища газа делятся на базисные (сезонные) и пиковые. Базисные предназначены для регулирования сезонной неравномерности газопотребления и по технологическому признаку характеризуются относительно стабильными режимами закачки и отбора газа. Различают газовые хранилища в водоносных пластах и в истощенных газовых, газоконденсатных и нефтяных месторождениях (залежах). Одним из таких оперативных базисных хранилищ является ПХГ, созданное в истощенной газовой залежи хадумского горизонта.

Подземные хранилища газа в терригенных коллекторах, по сути происходящих процессов, являются сложной системой, поведение которой обусловливается воздействием внешних и внутренних факторов. В технологической системе ПХГ используется значительно больший действующий фонд скважин, в результате циклических закачек и отбора газа происходит разнонаправленное движение газоводяного контакта (ГВК), значительные колебания давлений и температуры. Воздействие этих факторов приводит к изменению емкостно-фильтрационных свойств (ЕФС) коллектора. Для оценки ЕФС газонасыщенного коллектора в ПХГ немаловажным является совершенствование промысловых методов определения коллекторских свойств. Кроме того, для ПХГ, характеризующихся значительной площадью газоносности и неравномерностью эксплуатации отдельных зон, большое значение для совершенствования геолого-промыслового обеспечения эффективной эксплуатации ПХГ имеет разработка геолого-промысловых моделей, позволяющих рационально прогнозировать режимы эксплуатации ПХГ как в целом, так и отдельных его зон.

Продуктивный пласт ПХГ представляет собой весьма сложную флюи-додинамическую систему, чувствительно реагирующую на всякое воздействие в призабойной зоне пласта (ПЗП). При этом возникают процессы, течение и последствия которых зависят от емкостно-фильтрационных свойств горных пород, физико-химических свойств насыщающих их флюидов, а также характера воздействия на пласт при его вскрытии и эксплуатации.

Работа ЕСГ в значительной степени определяется резкой неравномер­ностью потребления газа во времени (сутки, неделя, месяц, год). Это определяет ярко выраженный переменный характер потребности в газе. Особенно сильно влияет на динамику потребности в газе погода. Так, например, спрос на газ в холодные зимние дни превышает среднегодовой суточный его расход в 10 – 15 раз.

Обеспечивая бесперебойную, равномерную, независимо от сезона года, поставку газа потребителям, подземные хранилища (при всех различиях положения искусственной залежи – соляные, нефтегазоносные структуры, водоносные горизонты) характеризуются подобием технологических схем и определенным набором технологических объектов, входящих в их инфраструктуру. В связи с этим, воздействие ПХГ на окружающую среду может считаться однотипным и при нормальном технологическом режиме работы отличается только масштабом.

В связи с этим до настоящего времени остался ряд вопросов, трудно разрешимых с позиции традиционных подходов к изучению механизма работы ПХГ. Это в первую очередь относится к проблеме формирования газового объема в резервуаре, динамике передвижения ГВК, неравномерности заполнения отдельных объемов резервуара, вопросам рационального природопользования при строительстве объектов хранилищ (скважин, дожимных компрессорных скважин и т.п.), совершенствования геоэкологического контроля и повышения уровня экологической безопасности технологических процессов при эксплуатации ПХГ.

Многие ПХГ созданы на базе истощенных газовых месторождений и характеризуются аномально низкими пластовыми давлениями (АНПД). Для таких объектов особенно важно решить проблему разработки технологий временного блокирования продуктивного пласта при строительстве скважин и проведения в них ремонтно-восстановительных работ (РВР), предотвращающих значительное загрязнение коллекторов.

Циклический характер эксплуатации ПХГ, приуроченных, как правило, к неустойчивым терригенным коллекторам, и наличие водопритоков приводят к разрушению ПЗП, образованию песчано-глинистых пробок, снижению производительности скважин.

Поэтому весьма актуальной является разработка методических основ повышения надежности создания и эксплуатации ПХГ путем совершенствования: системы геолого-промыслового контроля при создании и эксплуатации; технологии строительства скважин; методов проведения ремонтно-восстановительных работ; способов повышения производительности скважин; безопасности технологических процессов при эксплуатации ПХГ. Срок эксплуатации ПХГ рассчитан на многие десятилетия. В связи с чем возникает необходимость рассмотреть вопросы, влияющие на надежность и безопасность эксплуатации ПХГ.