Характеристика и классификация, устройство хранилищ для газообразных газов

Введение

Хранение газов представляет собой весомую часть в нефтегазовой отрасли. Поскольку данные процессы отличаются высокой пожаро- и взрывоопасностью, поэтому обеспечение промышленной безопасности опасных производственных объектов подземных хранилищ газов представляет собой основную задачу. В большинстве своем, в таких хранилищах производят хранение сжиженных углеводородов при использовании сравнительно больших избыточных давлений. К таким газам можно отнести пропан, пропилен, изобутан, пропан-бутановые смеси и другие.
Хранилищами газа называют искусственные или естественные резервуары, в которых газ накапливают при его избытке в системе газоснабжения и из которых его по мере надобности извлекают.
Различают газовые хранилища наземные (Газгольдер) и подземные. Основное промышленное значение имеют подземные газовые хранилища, способные вмещать сотни млн. м3 (иногда млрд. м3) газа. Они менее опасны и во много раз экономически эффективнее, чем наземные. В отличие от газгольдеров, предназначенных для сглаживания суточной неравномерности потребления газа, подземные газовые хранилища обеспечивают сглаживание сезонной неравномерности.
Целью данной работы является изучение характеристик, классификации и устройства хранилищ для газообразных газов.
Исходя из поставленной цели, необходимо решить следующие задачи:
- изучить историю создания хранилищ газа в России;
- привести классификацию подземных хранилищ газа;
- рассмотреть оборудование подземных хранилищ газа;
- изучить обустройство и технология эксплуатации подземных хранилищ газа.
Данная работа состоит из введения, двух глав, заключения и списка использованных источников.

1 История создания хранилищ газа в России
В России с проблемой создания резервов газа впервые столкнулись при строительстве газопровода Саратов–Москва, по которому в столицу должно было подаваться ежесуточно более 1 млн м3 природного газа. Встал вопрос, чем же регулировать суточное неравномерное потребление газа в Москве?
В 1946–1955 гг. в Москве были построены 7 газгольдерных станций, в которых были установлены цилиндрические резервуары диаметром 3 м и длиной около 17 м, с рабочим давлением до 6 атм. Их общая активная емкость составляла около 1,1 млн м3. В регулировании суточной неравномерности газоснабжения города они играли определенную роль вплоть до конца 60-х годов, когда потребление газа Москвой составляло менее 10 млрд м3 газа в год.
В середине 50- х годов в стране началось интенсивное развитие добычи природного газа. Для покрытия и сглаживания неравномерности газопотребления потребовалось создание хранилищ газа большой емкости. Для этих целей единственным решением могло быть только создание подземных хранилищ газа либо в истощенных нефтяных или газовых месторождениях, либо в водоносных структурах- ловушках, отвечающих требованиям герметичности хранимого в них газа, либо в соляных отложениях.
Практические работы по поискам водоносных пластов, пригодных для создания газохранилищ, начались в 1956 г. Они стали проводиться в первую очередь в центральном районе страны – в Московской, Рязанской и Калужской областях.
В мае 1958 г. трест Куйбышевнефтегаз впервые в стране начал проводить экспериментальную закачку газа в Башкатовскую истощенную газовую залежь Уфимской свиты. Глубина залегания зал ежи около 400 м. Начальное пластовое давление было равным 45,2 атм, начальные запасы газа исчислялись в 30 млн м3. За время нагнетания в хранилище подано 9,275 млн м3 газа, при этом давление в залежи повысилось с 16,5 до 32,7 атм.
В 1958 г. была выполнена опытная закачка газа при давлении нагнетания 35 атм в четыре скважины тульского горизонта Елшано-Курдюмского месторождения в Саратовской области. Разведка, проектирование и создание ПХГ в водоносных пластах потребовали специальных теоретических исследований и решения ряда газогидродинамических задач.
В 1957 г. была пробурена первая скважина для ПХГ в районе г. Калуги, в 1958 г. – в районе г. Щелково Московской области. Выбор пал на эти районы не случайно, в частности на Калугу. По ранее проводимым геологическим съемкам Калужское поднятие было хорошо известно, и недалеко от него проходил газопровод Дашава–Киев–Брянск–Москва (ДКБМ).
Уже к началу 60- х годов удалось успешно завершить разведку и строительство первых ПХГ, подготовить к закачке газа Калужскую и Щелковскую структуры.
В 1959 г. была произведена первая контрольная закачка в Калужское, а осенью 1960 г. – в Щелковское ПХГ. Сложность строения Калужской структуры определила большой объем разведочных работ. Было пробурено 40 разведочных скважин, которые затем были использованы для закачки газа, разгрузки и наблюдений.
Закачка газа велась при помощи двух компрессоров мощностью по 735 кВт, обеспечивающих двухступенчатое сжатие от 25 до 55 атм и от 55 до 125 атм и производительность 500 тыс. м3/сут. В 1959 г. в течение трех месяцев было закачано 23 млн м3 газа. Закачка велась через 2–4 скважины, максимальное давление на буфере 103 атм, и показала хорошую приемистость скважин до 500 тыс. м3/сут. В течение зимы велось наблюдение за перераспределением давления.
Первая контрольная закачка газа в Щелковское ПХГ (щигровский горизонт) была произведена осенью 1960 г. Вывод на циклический режим работы этого хранилища был осуществлен в течение 6 лет; активная емкость хранилища была доведена до 1,2–1,3 млрд м3. Максимальный суточный отбор достигал 18–20 млн м3 и производился в дни максимальных декабрьских похолоданий

.
Создание первых ПХГ имело принципиальное значение для всего дальнейшего развития отечественного подземного хранения газа. Это был удачный промышленный эксперимент, осуществленный в короткие сроки и в широком масштабе. Уже в 1963–1964 гг. (осенне-зимний период) Москва начала получать газ из этих хранилищ.
Режим работы Калужского ПХГ отрабатывался как режим работы пикового хранилища. На основе этого эксперимента были разработаны принципы поиска и разведки объектов для закачки газа, установлены критерии оценки качества ловушек ПХГ, решены важные методические и методологические вопросы.
В начале 60- х годов проводились уникальные работы по созданию подземного хранилища газа в пологозалегающем водоносном пласте под Ленинградом. На их базе в последующем было создано Гатчинское ПХГ, которое успешно эксплуатируется и в наши дни, играя важную роль в надежном газоснабжении Ленинградской области.
В дальнейшем геолого-разведочные работы по созданию подземных хранилищ газа в водоносных пластах проводились уже широким фронтом на территории многих областей в Европейской части РСФСР, а также в Прибалтике, Белоруссии, Украине, Закавказье и Средней Азии.
На основании полученных при этом геологических данных были спроектированы, а затем и созданы Касимовское (Россия), Полторацкое (Казахтан), Инчукалнское (Латвия), Осиповичское (Белоруссия), Олишевское, Червонопартизанское (Украина), Абовянское в отложениях каменной соли (Армения) и многие другие подземные хранилища газа.


2 Характеристика подземных хранилищ газа
2.1 Классификация подземных хранилищ газа
По режиму работы ПХГ в пористых пластах подразделяются на:
- базисные - для обеспечения сезонной (несколько месяцев) неравномерности газопотребления, характеризующиеся относительно стабильными режимами в сезоне отбора газа;
- пиковые - для обеспечения кратковременной (несколько суток) неравномерности газопотребления, характеризующиеся значительными изменениями суточной производительности в период отбора;
- газгольдерные - для обеспечения кратковременной (несколько суток) неравномерности газопотребления, характеризующиеся кратковременными закачками газа в сезоне отбора;
- стратегические - для образования долгосрочного запаса газа, используемого в исключительных случаях.
По назначению ПХГ делятся на базовые, районные и локальные:
- Базовое ПХГ характеризуется объемом активного газа до нескольких десятков миллиардов кубических метров и производительностью до нескольких сотен миллионов кубических метров в сутки, имеет региональное значение и влияет на газотранспортную систему и газодобывающие предприятия.
- Районное ПХГ характеризуется объемом активного газа до нескольких миллиардов кубических метров и производительностью до нескольких десятков миллионов кубических метров в сутки, имеет районное значение и влияет на группы потребителей и участки газотранспортной системы (на газодобывающие предприятия при их наличии).
- Локальное ПХГ характеризуется объемом активного газа до нескольких сотен миллионов кубических метров и производительностью до нескольких миллионов кубических метров в сутки, имеет локальное значение и область влияния, ограниченную отдельными потребителями. По типу различают наземные и подземные газовые хранилища. К наземным относятся газгольдеры (для хранения природного газа в газообразном виде) и изотермические резервуары (для хранения сжиженного природного газа), к подземным -- хранилища газа в пористых структурах, в соляных кавернах и горных выработках.
По объекту эксплуатации подразделяются на ПХГ:
- в водоносных пластах;
- в истощенных газовых, газоконденсатных и нефтяных месторождениях.
По количеству объектов подразделяются на ПХГ:
- однопластовые;
- многопластовые.
По виду пластовой энергии подразделяются на ПХГ:
- с газовым режимом (постоянный газонасыщенный поровый объем);
- с водонапорным режимом (переменный газонасыщенный поровый объем)


2.2 Оборудование подземных хранилищ газа
К основному оборудованию подземных хранилищ газа относятся:
- подземный резервуар;
- обсадная колонна;
- холодильник;
- маслоотбойник;
- компрессор;
- узел замера газа;
- фильтр сепаратор;
- пылеуловитель;
- установка осушки газа;
- сепаратор;
- теплообменник.
Обсадная колонна - предназначена для крепления буровых скважин, а также изоляции продуктивных горизонтов при эксплуатации; составляется из обсадных труб путём последовательного их свинчивания (иногда сваривания). Обсадные трубы, применяемые при бурении нефтяных и газовых скважин, изготовляются в основном из стали с двумя нарезанными концами и навинченной муфтой на одном конце (иногда безмуфтовые с раструбным концом). Пример приведен на рисунке 1.

Рисунок 1 - Обсадная колонна
Теплообменные аппараты подразделяются:
- по назначению: на теплообменники (Т), холодильники (X), конденсаторы (К), испарители;
- конструктивно: на аппараты с неподвижными трубными решетками (тип Н), с температурным компенсатором на кожухе (тип К), с плавающей головкой (тип П) и с U-образными трубами (тип У);
- по типу применяемых труб: гладкие трубы (Г), трубы с накатными кольцевыми канавками -- диафрагмированные трубы (Д).
Кожухотрубчатые теплообменники представляют собой аппараты, выполненные из пучков труб, скрепленных при помощи трубных решеток и ограниченных кожухами и крышками с патрубками.
Трубное и межтрубное пространства в аппарате разобщены, а каждое из них может быть разделено перегородками на несколько ходов