Вопрос 24. Подземное хранение газа (пхг). Преимущества и недостатки различных способ создания и эксплуатации пхг.

Подземное хранилище газа (ПХГ)- многоплановое инженерное сооружение, включающее комплекс зданий и установок по поддержанию конденционности газ и обеспечению основных технологических процессов в цехах ГПА (газоперекачивающие агрегаты), полномасштабный газовый промысел с фондом скважин различного назначения, газотранспортный узел и вспомогательные хозяйства.

Создание ПХГ осуществляется на базе технико – экономических показателей. Для покрытия сезонной неравномерности потребления газа без создания ПХГ необходимы дополнительные капитальные вложения на строительство дополнительного газопровода или же строительство газопровода большего диаметра.

Если вблизи о крупных потребителей газа отсутствуют истощенные нефтяные газовые месторождения, то ПХГ создается в водоносных структурах. При одинаковых геологических условиях, чем меньше глубина тем больше объем остаточного газа в ПХГ и число скважин. Опыт создания ПХГ показывает, что наиболее приемлемой для создания ПХГ является глубина 500-700м. Число нагнетательных скважин при создании ПХГ зависит от давления закачки газа. Максимально допустимое давление ПХГ зависит от глубины залегания и размеров, формы структуры и герметичности кровли.

Классификации ПХГ:

1. по назначению

• оперативные

• резервные

Резервные: - хранящие долгосрочный резерв (на случай аварий)

- стратегический резерв (на случай революций, войн).

Оперативные: - базисные (работают в четком ритме циклично и выполняют план)

- пиковые (за короткий срок дать большое количество газа)

2. по типу ловушки

• проницаемые (пористые пласты)

• малопроницаемые

В пористых пластах:

• ПХГ в истощенных газовых месторождениях

• в истощенных нефтяных месторождениях

• в водоносных горизонтах

Малопроницаемые:

• шахтный способ создания (может создать хранилище в любой шахтной породе. Хранить можем только жидкость)

• бесшахтный способности (только в солях с помощью разрыва. Хранить весь диапозон углеводородов)

• камуфлетные взрывы (только в глинах. Хранятся только жидкости)

Нетрадиционные:

1. Хранилища, созданные комуфлентными взрывами (в районах , где плохо развит транспорт), используются для хранения топлива. Создается серия емкостей в глинах, то есть используется ее свойство- пластичность и под действием взрывных волн упрочняется и обжигается.

2) Создание шахтным способом. Создаются во всем диапазоне малопроницаемых пород, хранить можно только жидкости, включая сжиженный газ. Создаются в истощенных выработанных шахтах, можно создать специально.

Хранят только жидкости.

3. Бесшахтный способ. Дешевый и удобный. Создаются в каменных солях, можно хранить весь диапазон УВ продуктов и свободного газа. Создаются емкости с помощью разрыва.

Недостатки: нужно большое количество растворителя (маломинерализированной воды). Сложно найти источник. Нужно куда то утилизировать рассол

Схема прямоток. Бурим скважину. Подаем через внутреннюю колонну НКТ растворитель. Будет 2 колонны НКТ (внутренняя и внешняя) и обсадная. Если просто подаем растворитель не управляя процессом, то растворяется что то в виде тарелки. Но если под давлением будет подаваться раствор, то получится емкость

Схема противоток. Растворитель по межтрубному пространству пустим, а рассол отбирать по внутренней колонне НКТ

Схема сближенный противоток. Вода во внешнюю колонну подается, рассол во внутреннюю. Получается хорошая форма и рассол.

Основные параметры создаваемого ПХГ.

Существует 2 этапа:

1. этап создания

2. этап циклической эксплуатации ПХГ

К параметрам эксплуатации ПХГ относятся:

• Рпл

• Глубина

• Пористость

• Форма структуры

• Буферный и активный газ

Создание ПХГ без осложнений происходит при изменении градиента давления и повышении гидростатического давления не более чем в 1,54 раза. Как правило Рпхг=(1,3-1,5)Ргидр.ст

Требуется:

Толщина пласта>5 м

Пористость>10%

Проницаемость>0.2мкм

В процессе создания ПХГ нужно установить герметичность ловушки, остаточную водо- и газонасыщенность и т.д.

В ПХГ различают объемы газа:

• Остаточный объем – min количество газа, находившееся в залежи перед началом закачки

• Активный объем – объем, который ежегодно отбирается и закачивается в хранилище

• Буферный объем – объем, неизвлекаемый из хранилища. Служит для поддержания пластового давления. Объем буферного газа составляет 60-140% активного газа.

Определение активного объема газа:

Определение буферного объема:

где:

_н/к – начальный и конечный необводненные объемы порового пространства в хранилище;

- средневзвешенные по объему пространства пласта приведенные давления обводненной и необводненной частей;

_к – коэффициент объемной газоносности обводненной зоны.

Хранение у/в шахтным способом.

Хранение нефтепродуктов и сжиженных газов.

Схема ПХГ шахтного типа в непроницаемых породах с положительной t.

Эти хранилища строятся в отработанных шахтах, скальных выработках.

Можно хранить несколько продуктов одновременно, разделяя их перемычками

Сооружение ПХГ с помощью комуфлектных взрывов.

В основе метода – способность глинистых пород уплотнятся и упрочиваться под действием и давлением газов, образующихся при подземном взрыве.

Методика сооружения:

1. сооружается шурф или скважина

2. крепление (цементаж) скважины

3. Углубление скважины меньшим диаметром до отметки заложения заряда

4. Скважину заполняют поглощающим раствором – гидрозабойка

5. В момент взрыва продукты детонации оказывают ударную нагрузку на стенки зарядной камеры.

6. Образуется сферическая полость, сообщающаяся с поверхностью через скважину.

Глубина не более 60, объем – 200 , диаметр около 7 м.

Такие хранилища можно использовать для хранения токсичных веществ, и хранения жидких у\в.

Хранение газа в истощенных нефтяных и газовых месторождениях.

При создании ПХГ в истощенных месторождениях используется определенный фонд эксплуатационных, наблюдательный и пьезометрических скважин, а также промысловые сооружения для подготовки газа.

Преимущества:

• Имеющийся уже фонд скважин, компрессорных станций, газопровода и прочего оборудования.

• Инфраструктура.

• Остаточный объем газа сокращает затраты на создание буферного объема.

• Известные геологические данные о залежи.

• Имеется естественный коллектор.

Недостатки:

• Изношенность оборудования

• Возможность быстрого обводнения и попадание нефти в скважину

• Необходимость в данных о составе нефти, остаточной газо-, нефте-, и водонасыщенности, о газовых факторах и других величинах, позволяющих оценить остатки нефти и газа

• Герметичность скважины, особенно для нефтяных месторождений

• Наличие неизвлекаемого, полностью потерянного газа.

При создании ПХГ в истощенных месторождениях требуется проверка состояния имеющегося оборудования и сооружения.

Истощенные месторождения во многих случаях являются наилучшим объектом для создания ПХГ, т.к. месторождения полностью разведаны, известны их: геометрические параметры, форма залежи, площадь газоносности, параметры пласта, начальное давление и температура, характер изменения дебитов скважин, герметичность залежи. При создании ПХГ в истощенных месторождений используется определенный фонд эксплуатационных, наблюдательных и пьезометрических скважин, а также промысловые сооружения для подготовки газа.

При создании ПХГ в истощенных газовых месторождениях определяют:

- максимально допустимое давление;

- минимально необходимое давление в конце отбора;

- объемы активного и буферного газов;

- число нагнетательных и эксплуатационных скважин с учетом использования части имеющихся скважин;

- диаметры и длину промысловых соединительных трубопроводов;

- общую мощность и тип компрессоров;

- подземное оборудование скважин;

- объем дополнительных капвложений.

При создании ПХГ в истощенных газовых месторождениях объемы исследовательских работ увеличиваются, но в целом не вызывает сомнения герметичность залежи.

Проводятся исследования по определению: дебитов нагнетательных и эксплуатационных скважин, режим работы ПХГ, возможности извлечения остаточной нефти, изменения состава газа в нефтяном пласте и т.д.

Как правило, при естественном режиме эксплуатации объем порового пространства, занятого нефтью, остается постоянным, т.е. залежь эксплуатируется при режиме растворенного газа. Это показывает, что ПХГ, созданное в истощенном нефтяном месторождении, также будет работать при постоянном газонасыщенном объеме. Но закачиваемый газ частично растворяется в нефти. Чем выше давление и температура, чем меньше относительная плотность нефти, тем больше объем растворенного газа. Чем выше вязкость, тем меньше объем вытесненной газом нефти.

Общий объем газа в хранилище складывается:

- объем свободного газа в шапке;

- растворенного в остаточной нефти;

- растворенного в виде отдельных пузырьков в массе нефти.

Хранение газа в ловушках пластовых водонапорных систем.

В тех районах, где нужны резервы газа, а истощенные нефтяные и газовые залежи отсутствуют, газовые хранилища устраивают в ловушках пластовых водонапорных систем.

Газовая полость представляет собой область водоносного пласта, в которой сосредоточен гранящийся в этом ПХГ. Газовый пузырь получается путем замещения воды, изначально заполнившей пласт, газом, закачиваемым в хранилище.

Форма газовой полости зависит от геометрических характеристик пласта, в частности от его формы и амплитуды поднятия его купольной части; от пористости и проницаемости пород, слагающих пласт, от степени их неоднородности, а также от ряда технологических факторов (расстановка скважин по площади хранилища, политика закачек, простоев, отборов и др.)

Преимущества:

• Большой объем хранилища

• Сокращение буферного объема газа из-за использования упругих сил подстилающей воды.

Недостатки:

• Большие требования к ловушке (достаточная проницаемость,>15%, достаточная мощность и упругоемкость)

• Большой срок заполнения хранилища газом

Создание ПХГ в водоносных структурах. При создании ПХГ в водоносных структурах, в которых нет ни нефти, ни газа, обычно известны проницаемость покрышки, размеры и формы водонапорной системы, параметры коллектора. При создании ПХГ существует опасность потери газа через кровлю хранилища. Поэтому, прежде всего, при создании ПХГ в водонапорных системах, нужно установить герметичность ловушки, приемистость пласта и остаточную водонасыщенность. До начала закачки газа, определяют уровень воды в скважине и ее плотность.

Расчет показателей ПХГ:

1)Активный объем газа: , 2)Среднемесячный отбор или закачка: , где - продолжительность цикла,

3)буферный объем газа ,

4) максимальный объем газа в ПХГ к концу закачки: ,

5) отношение буферного объема к активному: ,

6) максимально допустимое давление в ПХГ: .