Файл: 1. Общие сведения о подземных хранилищах 3 1Хранение газа в отложениях каменных солеи 4 2Метод глубинных взрывов 6.docx

Содержание

ВВЕДЕНИЕ

Доля потребления энергии в виде природного газа составляет 23%.

Газ пользуется большой популярностью благодаря своей распространенности, удобству в использовании и относительно низкой степени опасности для окружающей среды. Так, по сравнению с углем природный газ при горении производит на 40% меньше двуокиси углерода (CO2), тонкодисперсных частиц (PM2.5), диоксида серы (SO2) и оксидов азота (NOx).

По данным Международного энергетического агентства, природный газ оказался лидером в категории ископаемых видов топлива по темпам прироста объемов потребления за период с 2006 года по 2019. В базовом сценарии к 2040 г. прогнозируется рост мирового потребления газа до 5,3 трлн куб. м – это более чем на 60% превышает уровень 2010 г.

Из-за увеличения объемов добычи природного газа становится актуальным разработка новых хранилищ газа.

Для хранения углеводородов уже многие десятилетия используются наземные металлические и железобетонные резервуары. Однако эти сооружения имеют существенные недостатки: высокая стоимость строительства и эксплуатационных расходов, значительные металловложения, повышенная взрыво- и пожароопасность, большая площадь застройки, значительные потери хранимых продуктов от больших и малых «дыханий» и др.

В ХХ столетии, кроме традиционных, разрабатывались и более эффективные методы сооружения и хранения углеводородов в подземных хранилищах, располагаемых в верхней части земной̆ коры.

В данной работе рассмотрены основные типы подземных хранилищ, их параметры, основные преимущества и недостатки.

1. Общие сведения о подземных хранилищах

Подземные газохранилища – это системы сооружений, предназначенные для резервирования больших объёмов природного газа. Как правило, они способны вмещать сотни миллионов, а в некоторых случаях и миллиарды кубометров газа.

---

Подземные хранилища газа (ПХГ) формируют вблизи крупных центров газопотребления. По большей части они представляют собой систему «природных» ёмкостей, расположенных на глубинах от 300 м до 1 км.

Главная задача ПХГ – накапливать газ в течении летне-осеннего периода для того, чтобы выровнять потребление зимой и весной, поскольку в эти сезоны потребительский спрос на газ возрастает.

В зависимости от способа сооружения ПХГ делятся на:

• 
  ПХГ, сооруженные в водонасыщенных пластах, или в выработанных месторождениях нефти и газа;
  
• 
  ПХГ, которые образуются при размыве каменных солей через скважины;
  
• 
  ПХГ, созданные в прочных горных породах, шахтах и отработанных рудниках;
  
• 
  ПХГ в пространствах, образовавших в результате подземного взрыва;
  
• 
  ПХГ в порах вечномерзлых пород;
  
• 
  Низкотемпературные подземные хранилища, покрытые ледяной оболочкой.
  

1. Хранение газа в отложениях каменных солей

Каменная соль, или по-другому ее иногда называют галитом, имеет достаточно высокий предел прочности в совокупности с низкой проницаемостью. Эти факторы весьма благоприятны для создания в таких отложениях различных подземных емкостей.

ПХГ в отложениях солей сооружаются посредством размыва. Технология строительства такого ПХГ представлена на рисунке 1.



Рисунок 1 – схема сооружения подземной емкости в отложениях каменной соли. 1 – Рассолоотводящая труба; 2 – водоподающая труба; 3 – обсадная труба; 4 – соляной пласт; 5 – соляной раствор.
Работы выполняются в следующей последовательности. В первую очередь бурится скважина, которая вскрывает верхнюю кровлю пласта (4). Затем в эту скважину устанавливают обсадную трубу (3). В трубу (3), в свою очередь, до уровня кровли планируемого хранилища опускается водоподающая труба (2) а также рассолоотводящая труба (1).

Вода в пласт закачивается под высоким давлением. Это вызывает растворение соли. Образующийся раствор откачивают по трубе (1). Трубы 1 и 2 постепенно опускаются глубже. Это позволяет довести размер подземной емкости до необходимого. В последующем газ закачивается в пласт стандартными средствами (через скважины, компрессорными установками).

---

Достоинства метода:

• 
  Каменные соли имеют низкую проницаемость, поэтому созданное в них хранилище надежно и герметично;
  
• 
  Возможность контролировать объем сооружаемого хранилища. Нужны малые объемы – размывают немного, нужно больше – размывают еще;
  
• 
  Газ, хранящийся в отложениях соли будет подвергаться минимальным загрязнениям со стороны пласта в процессе хранения.
  

Недостатки метода:

• 
  Необходимость производить размытие, что требует больших экономических вложений. Прежде чем закачать газ, прийдется создать емкость;
  
• 
  Сложно найти соляную залежь достаточного для строительства ПХГ объема. Как правило емкостей, сформированных в отложениях для газа недостаточно.
  

Именно по этим причинам в РФ всего одно хранилище в отложениях каменной соли (Калининградское).

2. Метод глубинных взрывов

Данный тип хранилищ создается там, где отсутствуют отложения каменной соли достаточной мощности. Наиболее предпочтительно создание хранилищ в водоупорных глинах. В отличие от кристаллических пород в результате внутреннего взрыва пластичные породы под действием высокого давления, образующегося при взрыве, не разрушаются, а уплотняются и приобретают повышенную прочность и герметичность.

Сооружения ПХГ глубинными взрывами показано на рисунке 2.



Рисунок 2 – схема последовательности работ при создании хранилищ методом глубинных взрывов. а – бурение скважины на начальный размер; б – обсадка скважины (цементация затрубного пространства и бурение скважины на конечный

размер); в – первый «прострел» скважины; г,д – взрыв основного заряда ВВ; е – готовое подземное хранилище.
Сначала бурят скважину нужной глубины. Ее стенки укрепляют с помощью обсадных труб и цементируют. Затем двумя предварительными взрывами создают зарядную камеру, в которую помещают основной заряд взрывчатого вещества. Необходимая полость получается в результате основного взрыва.

Чтобы получить хранилище емкостью 100-200-400-500-700-1000 м³ требуется пласт горные породы которого имеют минимальную мощность 18-23-27-30-33-38 соответственно. Другими словами, мощность пласта должна в 2-3 раза превышать радиус шара соответствующего объема.

Подземные резервуары, созданные методом глубинных взрывов, сохраняют свою устойчивость не более, чем в течение пяти лет. Продлить срок их службы

---

позволяет термическая обработка стенок, напоминающая обжиг кирпича. Процесс осуществляется в три этапа. Сначала из приконтурного массива в течение 48 ч при температуре 105-110°С выпаривают воду, затем в течение 40 ч при температуре 900-950°С глинистый слой переводят в камнеподобное состояние и далее при температуре до 1100°С производят оплавление стенок полости.

Наряду с применением обычных взрывчатых веществ для создания хранилищ нефтепродуктов методом глубинных взрывов перспективно применение ядерных боеприпасов.

При взрыве ядерного заряда образующийся плазменный шар расплавляет окружающие горные породы. Так, при взрыве заряда мощностью 1 кт в граните за 30 мкс расплавляется около 1000 м³ породы, а расширяющиеся газы увеличивают объем полости до 2000...8000 м³.

В силу того, что, взрыв ядерный боеприпасов приводит к заражению продуктов хранения радиацией, этот метод не применяется. Взрыв же обычных бомб, как было сказано ранее, применяется только в исключительных случаях.

Достоинства метода:

• 
  Возможность создавать хранилища в тех условиях, где это фактически невозможно.
  

Недостатки метода:

• 
  Низкая эффективность.
  
• 
  Объем таких хранилищ ничтожно мал
  
• 
  Нестабильность.
  
• 
  Приходят в негодность через 5 лет и требуют дополнительных затрат.
  

3. Шахтные хранилища

Шахтные хранилища представляют собой комплекс сооружений, который состоит из следующих элементов:

• 
  Подземных выработанных резервуаров, которые применяются для хранения;
  
• 
  Вскрывающие выработки;
  
• 
  Выработки, имеющие вспомогательное назначение;
  
• 
  Надземные сооружения;
  
• 
  Технологическое оборудование;
  

Схема шахтного хранилища представлена на рисунке 3.



Рисунок 3 –схемы шахтных хранилищ с вертикальной (а), наклонной (б) и горизонтальной (в) вскрывающими выработками.

Нумерация на рисунке 3: 1 - толща непроницаемых пород; 2 - выработка-емкость; 3 - герметичная перемычка; 4 - вертикальная вскрывающая выработка; 5 - оголовок; 6 - наклонная вскрывающая выработка; 7 - устье; 8 - горизонтальная вскрывающая выработка; 9 – портал.
Выработки-резервуары – это совокупность отдельных туннелей или камер, которые отходят от магистральных выработок. Так же это может быть система горизонтальных, взаимосвязанных между собой выработок. В поперечном сечении такие выработки могут быть круглыми, сводчатыми или трапецеидальными. Форма зависит от емкости хранилища и особенностей (устойчивости) породы.

---

Вскрывающие выработки – это наклонные или вертикальные стволы, которые связанны между собой горизонтальными выработками, которые принято называть штольнями. Главная задача вскрывающих выработок – соединять выработки-резервуары с поверхностью. Так же в них размещаются трубопроводы и эксплуатационное оборудование. Вскрывающие выработки могут быть горизонтальными, наклонными или вертикальными. Зависит это от горно-геологических условий.

В выработках вспомогательного назначения располагаются подземные и околоствольные насосные станции.

Достоинства метода:

• 
  Возможность сооружения практически в любых видах горных пород, как в устойчивых, так и неустойчивых;
  
• 
  При строительстве человек имеет доступ «внутрь» хранилища, а потому негерметичные места будущей полости могут быть укреплены непосредственно;
  
• 
  Высокая надежность конструкции
  

Недостатки метода:

• 
  Строительство обходится дороже, чем в отложениях каменной соли;
  
• 
  Трудоемкий процесс строительства;
  
• 
  Низкие конечные объемы для газа (подходят для хранения нефти).
  

4. Льдогрунтовые хранилища

Сооружаются в районах Крайнего Севера, а также в северо-восточных районах РФ. Представляют собой выработки, находящиеся в вечномерзлых грунтах, которые в качестве облицовочного покрытия имеют лед.

Строится такое хранилище в виде горизонтальной выработки, длинна которой в среднем составляет 200 м. Ширина выработки находится около 6 м.



Рисунок 4 – принципиальная схема льдогрунтового хранилища шахтного типа на один продукт. 1 - ствол; 2 - оголовок; 3 - погружной насос; 4 - дыхательный клапан с огневым предохранителем; 5 - термоизоляционная засыпка; 6 - ледяная облицовка.
Резервуары, сооруженные данным методом, изолируются и герметизируются перемычками. Стены облицованы ледяным слоем. Оболочка из льда способна предохранять продукт от механических загрязнений, а также обеспечивает герметичность хранилища. Однако, по этой же причине, температура хранимого продукта не должна превышать 0 °С. Природный газ при закачке в пласт и сжатии сильно нагревается, в связи с этим льдогрунтовые хранилища не позволяют хранить большие объемы газа под высоким давлением – они просто растают.

---