Cum sunt construite depozitele subterane de gaz: metode adecvate de stocare a gazului natural

S-ar părea că cunoștințele despre cum sunt construite depozitele subterane de gaz nu au o valoare practică pentru utilizatorul obișnuit. Dar omenirea este prea dependentă de combustibilul «albastru» și ne dorim atât de mult să fim siguri că nu vor exista niciodată întreruperi în aprovizionare. Nu-i așa?

Și fiecare compatriot poate fi liniștit de informațiile despre depozitele de gaz situate sub pământ (DSG) — atâta timp cât acestea sunt pline, nu vor fi probleme cu alimentarea cu gaz. Citiți mai multe despre structura depozitelor și particularitățile stocării în articolul nostru.

Structura depozitelor subterane de gaz

Dacă pentru stocarea gazului în scopuri casnice, proprietarii de case private folosesc gazoane, la scară de stat este vorba despre cu totul alte opțiuni de stocare. Astfel, oficial, depozitele subterane de gaz sunt complexe de structuri inginerești și tehnice care servesc pentru injectarea, stocarea și extragerea combustibilului «albastru». Ele constau din componente de suprafață și subterane.

La cele de suprafață se numără:

• punct de distribuție a gazului, care servește la distribuirea fluxului de gaz pe mai multe linii tehnologice;
• atelier de compresoare, unde are loc pregătirea combustibilului (prin creșterea presiunii) pentru injectarea în sonde;
• instalații de purificare a gazului.

Subterane componente ale DSG sunt: sonde, galerii, rezervoare. Iar ultimul punct (rezervoarele) este cel mai interesant — de locul unde este stocat combustibilul «albastru» depinde modul în care este construit depozitul de gaz însuși.

Depozitele subterane de gaz moderne seamănă exterior cu fabrici mari. Deoarece pentru asigurarea injectării/extracției combustibilului este necesară utilizarea unor echipamente puternice de comprimare, purificare și altele. Acestea sunt deservite de sute sau chiar mii de specialiști.

Prezentare generală a rezervoarelor pentru stocarea gazului

La aceeași greutate, gazul ocupă suprafețe mult mai mari decât orice corp solid. Și deoarece este utilizat în cantități uriașe, pentru stocarea lui sunt necesare rezervoare la fel de mari.

Mai mult, specialiștii au renunțat la stocarea gazului în rezervoare de suprafață create de om încă acum un secol.

Motivul este că pentru aceasta ar fi fost necesar:

• a ocupa suprafețe imense ale planetei cu complexe pentru stocarea combustibilului «albastru» de joasă presiune;
• a utiliza gazometre scumpe și explozive de înaltă presiune.

În consecință, pentru a nivela aspectele negative menționate mai sus, alegerea a fost făcută în favoarea depozitelor subterane, iar acestea sunt considerate recipiente situate la o adâncime considerabilă. Care, în majoritatea cazurilor, este cuprinsă între 300 și 1000 de metri. Și acolo se poate stoca combustibilul în rezervoare create de natură.

În total, inginerii au învățat să utilizeze cu succes 7 tipuri de rezervoare naturale pentru stocarea gazului:

• formate în straturi poroase saturate cu apă;
• păstrate după exploatarea hidrocarburilor, și anume a aceluiași gaz, a petrolului;
• formate în depozitele de sare gemă;
• create în lucrările miniere ale minelor;
• create în roci solide de permafrost;
• cu înveliș de gheață și rocă la temperatură scăzută;
• formate după explozii nucleare subterane.

Deși există multe variante, doar primele 4 metode de stocare a gazului se remarcă prin practicitate. Celelalte variante de rezervoare sunt potrivite doar teoretic.

Depozitul subteran de gaze de la Severo-Stavropol este cel mai mare din lume, iar rezerva de gaz stocată acolo poate satisface necesarul anual de combustibil al unei țări mari precum Franța. Deoarece suprafața depozitului este de 680 km²

Motivul pentru care celelalte trei variante sunt nepractice este următorul:

• În rocile înghețate se poate stoca gaz, dovadă fiind câteva depozite în funcțiune din zonele nordice ale planetei. Însă volumele lor sunt extrem de mici, deci nu au nicio semnificație industrială în prezent.
• Recipientele formate prin explozii nucleare subterane sunt destul de potrivite pentru stocarea unor rezerve semnificative de gaz, ceea ce a fost deja demonstrat experimental. Dar ideea este că armele puternice au fost testate departe de zonele locuite. Prin urmare, de obicei nu există consumatori, infrastructură inginerească.

În consecință, varietățile menționate de recipiente sunt pur și simplu nepotrivite pentru utilizare.

Deși depozitele subterane de gaze sunt numite depozite, de fapt păstrarea gazului nu este sarcina lor principală. Deoarece gazul aflat în ele este folosit în cea mai mare parte pentru a netezi neuniformitățile consumului. Care poate fi zilnic, săptămânal, sezonier. Abia în ultimul rând depozitele subterane de gaze sunt create pentru a nivela consecințele unor circumstanțe de forță majoră.

În continuare, vom analiza mai detaliat fiecare dintre variantele de stocare a gazului în subteran.

Opțiunea #1 — depozite în straturi saturate cu apă

Depozitele în straturi saturate cu apă sunt destinate nivelării consecințelor neuniformității sezoniere în utilizarea gazului. Precum și pentru crearea de rezerve strategice.

O caracteristică importantă a construcției unor astfel de depozite constă în implicarea minimă a omului — cel mai adesea în etapa de creare a puțurilor necesare pentru injectarea gazului.

Pe harta Rusiei se vede că PKhG-urile sunt situate în apropierea gazoductelor magistrale și a localităților mari. Și nu întâmplător, deoarece depozitele sunt destinate să asigure stabilitatea consumului de gaz, motiv pentru care trebuie să fie în imediata apropiere a obiectivelor mari.

Recipientele menționate se caută în straturile arteziene. Depozitele de gaz se creează acolo unde structura rocii este permeabilă, poroasă. Reziduurile de lichid se îndepărtează cu gaz, care o comprimă, apoi o stoarce.

În sine, așa-numitele recipiente pentru stocarea combustibilului nu sunt de fapt așa. Mai exact, ele nu există deloc — ca loc de stocare se folosesc golurile din straturile poroase. Și întreaga procedură de creare a unui depozit de gaz constă în deplasarea unei părți din apă la periferie. Se face acest lucru pentru a crea spațiu pentru combustibilul „albastru”.

Procedura descrisă mai sus poate fi realizată numai dacă o serie de factori contribuie la aceasta:

• Stratul poros permeabil este acoperit de o cupolă (acoperiș) din roci impermeabile la gaz, care sunt de obicei argile presate.
• Stratul acvifer se extinde de la limitele depozitului pe zeci de kilometri. Și cu atât mai bine dacă are o ieșire la suprafață. Toate cele enumerate oferă gazului posibilitatea de a stoarce cu succes apa din strat.
• Extinderea cupolei este suficientă pentru a asigura posibilitatea de a stoca volume semnificative de gaz.
• Porozitatea și permeabilitatea rocii asigură o capacitate acceptabilă de gaz și capacitatea de a-l elibera în timpul exploatării.

Dacă cel puțin una dintre condiții nu este îndeplinită, atunci crearea unui depozit subteran va fi imposibilă.

Principiul de funcționare al depozitelor subterane moderne este simplu. Particularitățile pot fi examinate pe exemplul PKhG-urilor mari utilizate pentru netezirea denivelărilor sezoniere.

Astfel, de obicei în perioada caldă a anului se injectează cantitatea necesară de gaz. Care începe să fie extrasă doar odată cu începerea sezonului de încălzire. Mai mult, în conducta magistrală se trimite nu o cantitate uriașă de gaz, ci una medie, cunoscută din experiența de exploatare din iernile anterioare.

Iar dacă temperatura scade brusc și consumul zilnic devine cu un ordin mai mare, PKhG-ul mare tot nu va crește volumele de extracție. Iar deficitul va fi acoperit de depozitele mici, destinate netezirii consumului zilnic și săptămânal. Motivul este că din acestea extracția este mai simplă și mai rapidă.

Optime sunt considerate recipientele cu o suprafață de la câțiva kilometri pătrați. Cu o diferență de înălțime între fund și vârful cupolei de 10-15 metri

Avantajul PKhG-urilor în straturile saturate cu apă este capacitatea substanțială. Iar dezavantajul este considerat faptul că geologii, la studierea particularităților orizontului acvifer, pot să nu identifice și să nu ia în considerare un factor important. Ca urmare, depozitul se va dovedi nepotrivit pentru utilizare.

Și cel mai rău lucru este că acest lucru este deseori descoperit după investiții enorme în construcția infrastructurii de suprafață și subterane. Destul de des apar și neplăceri mai puțin semnificative, din cauza cărora exploatarea depozitelor subterane de gaz în roci saturate cu apă este însoțită de costuri neplanificate semnificative.

Varianta #2 – rezervoarele după extracția hidrocarburilor

Complexele inginerești care aparțin acestui tip servesc la atenuarea fluctuațiilor sezoniere ale consumului de combustibil „albastru”. De asemenea, pentru crearea rezervelor strategice.

Depozitele subterane sunt solicitate deoarece crearea și exploatarea lor sunt cele mai avantajoase din punct de vedere economic. Iar gazometrele uriașe de suprafață (prezentate în fotografie) sunt utilizate atunci când nu există posibilitatea de a folosi gazeoductele magistrale cu depozite subterane de gaz. În plus, în recipientele prezentate în fotografie se stochează de obicei exclusiv gaz lichefiat.

Construcția depozitelor de acest tip este aceeași ca și în cazul analogilor creați în straturi saturate cu apă. Adică, combustibilul este stocat în golurile rocilor poroase.

Depozitele subterane de gaz create în roci unde odinioară s-au aflat hidrocarburi sunt cele mai numeroase în lume. Astfel, numărul lor ajunge la un semnificativ 70%, motivul fiind o serie de avantaje.

Printre care se numără: capacitatea semnificativă și economii la investițiile de capital în explorare, crearea infrastructurii sau măcar a unei părți din ea, foraj – la locul creării unor astfel de depozite subterane de gaz s-a desfășurat deja extracția de petrol și gaze.

Trebuie să înțelegem că gazometrele îngropate nu sunt depozite subterane. Deoarece ele sunt destinate rezolvării unor sarcini cu totul diferite. Și ajung sub pământ doar pentru a face evaporarea gazului lichefiat mai eficientă în înghețuri puternice. Și fără niciun cost. De asemenea, amplasarea condiționat subterană a gazometrelor permite economisirea spațiului util, undeva pe un teren adiacent casei.

Dar recipientele păstrate după extracția hidrocarburilor nu pot fi numite ideale.

Ele au numeroase dezavantaje:

• probleme cu etanșeitatea puțurilor vechi – în special acest lucru se referă la fostele zăcăminte de petrol;
• porozitate, permeabilitate insuficientă a rocilor;
• amestecarea gazului cu reziduuri de petrol – ceea ce duce uneori la pierderi substanțiale, deoarece amestecul obținut nu mai poate fi utilizat.

De asemenea, nu de puține ori, pe zăcămintele de petrol, gazul capătă un adaos periculos sub formă de hidrogen sulfurat. Acesta este dăunător pentru sănătatea oamenilor și, de asemenea, distruge tot felul de construcții din oțel, inclusiv pe cele din oțel inoxidabil.

Exploatarea DSG-urilor, bazate pe locurile zăcămintelor epuizate de hidrocarburi, este posibilă datorită faptului că gazul, la injectare, deplasează resturile de petrol din stratul necesar. În plus, acesta, la fel ca apa, posedă efecte de compresibilitate și mobilitate, ceea ce ușurează sarcina de amenajare a rezervorului. Uneori, petrolul sub presiunea gazului este împins nu în rocă, ci se ridică la suprafață, devenind o sursă suplimentară de profit.

Opțiunea #3 — rezervoare în depozitele de sare gemă

Astfel de rezervoare cu gaz servesc pentru atenuarea neuniformității zilnice, săptămânale a utilizării acestuia și, de asemenea, participă la nivelarea celei sezoniere. În plus, depozitele din straturile de sare îndeplinesc cu succes rolul de sursă de rezervă pentru consumatorii importanți.

Există doar 2 metode solicitate de stocare a gazului în subteran. Și anume, în straturi poroase permeabile și în cavități spălate în depozitele de sare. Prima variantă este utilizată când este necesară crearea unui depozit mare, iar a doua – doar pentru rezolvarea sarcinilor locale.

DSG-urile menționate sunt create prin metoda spălării unei părți a depozitelor de sare pentru a crea o cavitate de dimensiunea necesară. În acest scop, se forează inițial câteva puțuri, prin care se introduce apă pe o perioadă îndelungată.

Deși procedura descrisă este îndelungată și costisitoare, ea se amortizează, deoarece stocarea gazului natural injectat are loc fără pierderi. Motivul este că peșterile de sare se remarcă prin etanșeitate. În plus, ele posedă efectul de autovindecare — fisurile tectonice și alte crăpături se închid destul de repede prin depozitele de sare.

Avantajul amenajării unor astfel de depozite subterane de gaze este că extragerea volumului necesar de combustibil are loc practic fără restricții de viteză. Aceasta este de câteva ori mai mare decât la efectuarea acelorași operațiuni în rezervoare de alte tipuri. De asemenea, un avantaj important al DSG-urilor construite în peșteri de sare este procentul ridicat de extragere a gazului — unul dintre cele mai ridicate dintre toate tipurile sale.

Roca pentru stocarea gazului trebuie să fie așa cum se arată în fotografie. Adică permeabilă și să aibă suficient spațiu pentru amplasarea unui volum mare de combustibil. În plus, structura stratului trebuie să permită deplasarea ușoară a apei și a resturilor de petrol.

Dar numărul cavităților în straturile de sare nu depășește 2% din numărul total de depozite.

Acest indicator este influențat de o serie de aspecte negative:

• Prezența unei cantități uriașe de apă sărată după spălarea peșterilor pentru conservarea gazului. În consecință, dacă în apropiere nu există mare sau măcar fabrici de prelucrare a sării, lichidul nu are unde fi depozitat. Acesta este principalul motiv al numărului redus de DSG-uri de acest tip.
• Reducerea volumului util în timpul exploatării. Acest fenomen este cauzat de evaporarea sării în locurile cu presiune mai mare și acumularea acolo unde este mai mică.
• Apariția impurităților în gaz, care sunt adesea resturi de lichid utilizat anterior pentru spălarea peșterii.
• Volume nesemnificative, ceea ce nu permite crearea de rezerve în cantități suficiente.

În consecință, depozitele de sare sunt utilizate de obicei numai acolo unde nu este posibil să se aplice tipurile de recipiente enumerate mai sus.

Opțiunea #4 — DSG în mine

Volumele lor sunt nesemnificative. Cu toate acestea, suedezii și norvegienii își păstrează o parte din rezervele strategice de gaze în recipiente de acest tip.

Depozitul subteran de gaze în exploatări miniere — singurul depozit de gaze complet amenajat de om. De exemplu, într-una dintre mine, se creează o cavitate prin explozii, care apoi este căptușită cu foi de oțel.

Așa arată cavernele de sare utilizate pentru stocarea gazelor. Sunt etanșe și fiabile, dar au dimensiuni limitate, prin urmare sunt potrivite pentru crearea de depozite subterane de gaze de volum redus. Și exclusiv pentru rezolvarea sarcinilor locale. De exemplu, în Rusia, din cele 27 de depozite utilizate în prezent, doar 2 sunt caverne de sare.

Deși exploatarea depozitelor subterane de gaze în minele abandonate este avantajoasă, datorită procentului și vitezei mari de extracție, în viitorul apropiat numărul lor nu va crește semnificativ. Motivul este că depozitele descrise sunt dificil de construit. Deoarece nu se reușește întotdeauna să se obțină o etanșeitate completă, ceea ce duce la pierderi semnificative.

Acest lucru se întâmplă deoarece, în timpul exploatării minei, se încearcă să se aducă o cantitate maximă de aer. În acest scop, se creează un sistem de ventilație cu o mulțime de ieșiri la suprafață, care nu pot fi întotdeauna sigilate la amenajarea depozitului.

Ca urmare, astăzi există doar câteva exemple de succes de implementare a ideii de stocare a gazelor în mine abandonate (pe teritoriul Suediei, Norvegiei, Germaniei).

Sunt etanșe depozitele?

Scurgerile de gaz sunt procese frecvente, care nu pot fi evitate. Deoarece există prea multe cauze.

Pentru comoditate, ele sunt împărțite în 3 categorii:

• geologice;
• tehnologice;
• tehnice.

La grupul cauzelor geologice se includ neomogenitatea acoperișurilor depozitelor subterane de gaze, prezența falilor tectonice, precum și particularitățile hidrodinamicii și geochimiei. De exemplu, gazul poate migra pur și simplu prin strat, iar specialiștii nu pot influența acest lucru.

Cauzele tehnologice sunt cele mai frecvente, deoarece apar în mod regulat erori la evaluarea unor fapte. De exemplu, eficiența capcanelor hidraulice, a rezervelor de gaz, a proceselor fizico-chimice care au loc.

Deseori, pentru a ajunge la straturile necesare, se utilizează forarea puțurilor. Și tehnologia sa nu diferă de procedurile similare atunci când se încearcă să se ajungă la zăcămintele de gaz, petrol.

Cauzele tehnice sunt cel mai adesea legate de starea puțurilor utilizate, prin care se realizează injectarea gazului.

Particularitățile creării DSG

În 95% din cazuri, depozitele subterane de gaze (DSG) sunt create prin stoarcerea apei cu gaz, a reziduurilor de petrol din straturi poroase. Astfel se creează «rezervoare» pentru stocarea combustibilului «albastru».

Cea mai importantă caracteristică este aceea că volumul de gaz utilizat pentru stoarcerea lichidelor nu poate fi folosit ulterior pentru livrarea către consumatori. Rolul său este de a preveni revenirea apei și a reziduurilor de hidrocarburi la locul inițial. În caz contrar, depozitul va înceta pur și simplu să existe.

Adică gazul menționat este gaz tampon. De regulă, acesta reprezintă cel puțin jumătate din volumul total injectat în DSG. În unele cazuri, gazul tampon este de 3 ori mai mult decât cel care poate fi utilizat pentru livrare către consumatori, numit gaz activ.

Interesant este că nu se poate calcula în prealabil cantitatea de gaz tampon. Cu alte cuvinte, totul se verifică exclusiv experimental, ceea ce în multe cazuri durează ani de zile. Totuși, atunci când rezultatul obținut este nesatisfăcător, gazul tampon poate fi extras în întregime.

Procedura de umplere a depozitului

După ce geologii au efectuat cercetări asupra unui strat și au decis că în locul respectiv se poate crea un depozit de gaze, producătorii de gaze construiesc un complex ingineresc.

DSG-urile moderne sunt cea mai sigură modalitate de stocare a rezervelor de gaze. Dar scurgerile frecvente reprezintă o mare problemă pentru gaziști și ecologiști, care consideră astfel de cazuri o problemă semnificativă pentru mediu. Și se întâmplă și așa cum se vede în fotografie (în depărtare se vede un incendiu la unul dintre DSG-urile maghiare).

Apoi începe injectarea combustibilului «albastru» în viitorul DSG, care este adus de la cea mai apropiată conductă magistrală. Și ajunge pe platforma de purificare, unde se realizează îndepărtarea tuturor impurităților mecanice.

Combustibilul pur este trimis la punctul de contorizare și măsurare. Apoi, la secția de compresoare, unde se efectuează comprimarea – așa se numește pregătirea gazului pentru injectarea în depozit. Aceasta constă în creșterea presiunii gazului la valoarea necesară.

Apoi este transportat la punctele de distribuție a gazelor. Acolo, fluxul general este împărțit în mai multe și ajunge în diferite linii tehnologice. De unde, prin conducte de legătură, este direcționat în puțuri pentru injectare.

Pe tot parcursul procesului, specialiștii monitorizează o serie de parametri, printre care presiunea și temperatura gazului, debitul fiecărei sonde.

Concluzii și material video util pe această temă

Materialul video atașat mai jos este dedicat subiectului creării DSG-urilor pentru atenuarea consumului inegal de combustibil pe care îl va furniza gazoductul «Puterea Siberiei».

Depozitele subterane de gaze sunt cel mai sigur și avantajos mod de a nivela consumul inegal de gaze și de a asigura o alimentare stabilă în caz de forță majoră. Și cel mai interesant este că pentru aceasta trebuie să mulțumim nu geniului uman, ci naturii, care a creat în mod prevăzător straturi de rocă potrivite pentru acest scop.

Ați participat personal la crearea depozitelor subterane de gaze și doriți să completați materialul de mai sus cu informații utile? Sau ați observat o neconcordanță în fapte? Lăsați observațiile și comentariile dumneavoastră – blocul de feedback se află mai jos, după articol.