И проницаемых горных породах»

Атвиновская Т.В.

                 Проектирование, создание и эксплуатация подземных хранилищ газа. Практикум по одноименному курсу для слушателей специальности 1-51 02 71  «Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений» заочной формы обучения /Т.В. Атвиновская – Гомель: ГГТУ им. П.О. Сухого, 2016 - 34 с.

    В пособии содержатся необходимые сведения для ознакомления студентов с задачами по основным изучаемым темам курса «Проектирование, создание и эксплуатация подземных хранилищ               газа» в соответствии с программой данной дисциплины.

Предисловие

Цель методических указаний к практическим занятиям по курсу «Проектирование, создание и эксплуатация подземных хранилищ газа» – дать расширенные теоретические знания студентам.

В методических указаниях включены задачи по основным изучаемым темам курса. В начале каждого практического занятия приводятся краткие теоретические аспекты изучаемой темы, далее – расчет задачи и исходные данные для индивидуального решения. Основная цель задач для индивидуального решения – самостоятельный поиск студентами оптимальных решений.

Методические указания по практическим занятиям поможет студентам закреплять теоретический материал, изучаемый на лекциях.

Слушатель на практических занятиях работает по следующей схеме:

1. изучает теоретические аспекты рассматриваемой темы

2. изучаются условия и исходные данные индивидуального задания

3. расчеты проводятся в тетради, должны быть аккуратно оформлены, написаны четким почерком, без помарок

4. решенное индивидуальное задание представляется к защите.

Индивидуальное задание выбирается по номеру группы и номеру студента в учебном журнале.

Введение

Подземное хранилище газа (ПХГ) – это комплекс инженерно-технических сооружений в пластах-коллекторах геологических структур, горных выработках, а также в выработках-емкостях, созданных в отложениях каменных солей, предназначенных для закачки, хранения и последующего отбора газа, который включает участок недр, ограниченный горным отводом, фонд скважин различного назначения, системы сбора и подготовки газа, компрессорные цеха.

ПХГ сооружаются вблизи трассы магистральных газопроводов и крупных газопотребляющих центров для возможности оперативного покрытия пиковых расходов газа. Они создаются и используются с целью компенсации неравномерности (сезонной, недельной, суточной) газопотребления, а также для резервирования газа на случай аварий на газопроводах и для создания стратегических запасов газа.

В настоящее время наибольшее распространение получили ПХГ созданные в пористых пластах (истощенные месторождения и водоносные структуры). Кроме пористых пластов пригодны для создания хранилищ и залежи каменных солей (создаваемые путем размыва так называемой каверны), а также в горных выработках залежей каменного угля и др. полезных ископаемых.

Наибольший объем резерва газа хранится в ПХГ, созданных на базе истощенных газовых и газоконденсатных месторождений. Менее емкими хранилищами являются соляные каверны, есть также единичные случаи создания ПХГ в кавернах твердых пород.

В настоящее время на территории Беларуси находится три ПХГ: Осиповичское, Прибугское и Мозырское — общей мощностью около 1 млрд куб. м. Первые два находятся в водоносных слоях и характеризуются низким дебитом скважин. Совокупный суточный отбор газа из Осиповичского и Прибугского ПХГ составляет 8 млн куб. м. Мозырское ПХГ в соленосных отложениях позволяет извлекать 10 млн куб. м газа в сутки.

Осиповичское ПХГ – одно из действующих газохранилищ в Беларуси. Расположено оно недалеко от райцентра на глубине 500 метров. Газохранилище было сооружено в 1976 году и с тех пор выполняет «важнейшую функцию» по обеспечению топливом потребителей в регионе, включающем более десятка районов Минской, Могилевской и Гомельской областей. Предназначение газохранилища — покрытие неравномерностей в потреблении газа зимой и летом.

Объем активно закачиваемого газа составляет 360 млн. куб. м.

Хранилище создано в водоносных пластах в виде «газовой тарелки», трогать которую небезопасно. Данное ПХГ не подлежит расширению ввиду полного использования объема газовой ловушки геологической структуры.

Прибугское  ПГХ, расположенное в Каменецком районе,  введенно в эксплуатацию в 2000 г. На сегодняшний день в нем можно резервировать не более 450 млн. куб. м.

Мозырское газохранилище является третьим по счету в Беларуси (после Осиповичского и Прибугского), создано в отложениях каменной соли на базе хранилища светлых нефтепродуктов ранее существовавшего предприятия «Неман» (Мозырь). Новое ПХГ имеет важное значение для обеспечения надежности поставок газа потребителям, так как его максимальная суточная производительность составит до 20 млн. куб.м в сутки.

Дальнейшее развитие системы подземного газохранения в Беларуси в основном будет происходить за счет Мозырского подземного хранилища - будут буриться новые емкости каверн в соляных отложениях, также планируется приобретать уже отработанные солевые каверны у предприятия "Мозырьсоль". Мозырское ПХГ является новым и находится в опытно-промышленной эксплуатации.

Практическое занятие 1

«Подземные хранилища газа в пористых

и проницаемых горных породах»

Цель работы: ознакомление с подземными хранилищами в пористых и проницаемых горных породах. Расчет активного и буферного объемов газа.

1. Теоретическая часть

Наилучшими ПХГ, сооруженными в пористых и проницаемых горных породах, предназначенными для регулирования сезонной неравномерности газопотребления, с экономической точки зрения являются хранилища, построенные на базе истощенных газовых, газоконденсатных и нефтяных месторождений. Это объясняется тем, что отпадает необходимость проведения геолого-разведочных работ, так как известны основные физико-геологические и эксплуатационные параметры пласта-коллектора и его покрышки. Кроме того, на месторождении имеется определенное количество эксплуатационных скважин, а также наземный комплекс подготовки газа к транспорту, которые в дальнейшем используются для целей подземного хранения газа. 

Строительство ПХГ в истощенном месторождении осуществляется в два этапа. На первом этапе проводится промышленное заполнение хранилища газом, на втором - циклическая эксплуатация.

Эксплуатация подземного хранилища газа, созданного в пористых, проницаемых горных породах осуществляется следующим образом (рис. 1).

Рис. 1. Принципиальная технологическая схема эксплуатации подземного хра­нилища газа: 1 - газовый пласт; 2 - газовая скважина; 3 - сепаратор;   4 - газорас­пределительный пункт; 5 - сепаратор (охлажденный газ);            6 - установка осушки газа: 7 - градирня; 8 - сепаратор (горячий газ);           9 - компрессор; 10 - пылеулови­тель; 11 - магистральный газопровод;       12 - соединительный газопровод.

Газ по соединительному газопроводу (12) из магистрального газопровода (11) поступает в компрессорный цех подземного хранили­ща. В компрессорном цехе газ первоначально очищается в пылеуло­вителях (10) от взвешенных твердых частиц и капельной влаги, а потом направляется на прием компрессоров (9). Компромированный газ подается в блок охлаждения и очистки газа от масла, где последо­вательно сначала проходит через сепаратор (горячий газ) (8), потом охлаждается в градирне (7), далее проходит через сепаратор (охлаж­денный газ) (5). Для отделения капельного масла (для отделения па­ров масла в технологическую схему включают адсорберы и фильтры).

Пройдя эти аппараты, охлажденный и очищенный от масла газ посту­пает по газосборному коллектору на газораспределительный пункт ГРП (4). В ГРП происходит разделение потока газа по скважинам и замер количества газа, закачиваемого в каждую нагнетательно-эксплуатационную скважину (2).

При отборе газ из эксплуатационных скважин (2) по индивидуальным шлейфам поступает на ГРП (4). При этом предварительно ка­пельная вода из газа отделяется в сепараторах (3) и сбрасывается в специальные замерные емкости. В ГРП производится замер расхода газа, поступающего из каждой скважины. Далее по газосборному коллектору газ поступает на установку осушки газа (6), откуда при температуре, соответствующей точке росы, поступает через соедини­тельный газопровод (12) в газопровод (11).

 Контроль за герметичностью подземного хранилища осуществляется в отдельности для скважины и для пласта-коллектора. Испыта­нию на герметичность подвергается каждая скважина независимо от­того, что ПХГ создается на базе выработанных газовых, газоконден-сатных и нефтяных месторождений или ПХГ создается в водоносных пластах.

При недостаточной изученности месторождения, низком коли­честве исходной геолого-промысловой и геофизической информации составляется программа доразведки месторождения и повторного обследования пробуренного фонда скважин. Определяются остаточные запасы газа, нефти, конденсата и сопутствующих компонентов, сте­пень и характер выработанной залежей. Остаточные запасы углево­дородов передаются на баланс газохранилища.

Остаточный запас газа, находящегося в месторождении, на базе которого сооружается ПХГ, определяется по трем существующим методам: объемному, по падению давления и по уравнению материального баланса.

Формула для подсчета запасов газа объемным методом имеет следующий вид:

                      ,                                                   (1)

где V – количество газа, находящегося в ПХГ на дату расчета, м³; F – площадь в пределах контура газоносности, м²; h – мощность пористой части газоносного пласта, м; m – коэффициент пористости; P – среднее абсолютное давление в залежи на дату расчета, кгс/см².

 - поправка на температуру для приведения объема газа к стандартной температуре

T – абсолютная температура

t_ст =20˚C, t_пл – пластовая температура

α – коэффициент газонасыщения.

Расчет количества газа, находящегося в ПХГ, по методу падения давления применяется для пластов, в которых первоначальный объем пор, занятых газом, не изменяется по величине в процессе эксплуатации хранилища. Формула подсчета основана на предположении о постоянстве количества извлекаемого газа на 1 бар падения давления во все периоды разработки газовой залежи:

                                                   ,                                     (2)

где Q – количество добытого газа за период разработки газовой залежи от первой до второй даты на 1 бар падения давления, м³

Q₁ и Q₂ – объемы добытого газа на первую и вторую дату с начала разработки газовой залежи, м³

P₁ и P₂ – соответствующие давления газовой залежи после добычи соответствующих объемов газа Q₁ и Q₂, бар.

Промышленный запас газа, находящегося в ПХГ, можно определить по формуле:

                              ,                                  (3)

где ΔP – перепад давления между предыдущей и конечной величиной, бар.

Оценка запасов газа по уравнению материального баланса с учетом влияния пластовой воды записывается в виде:

                                  ,                                     (4)

где  V – текущий объем газа в пласте, м³

V_н – начальный объем газа в пласте, м³

Q – добытое количество газа, м³.

Активный объем газа подземного хранилища рассчитывается на количество газа, соответствующего сезонному колебанию в газопотреблении. Это количество равно объему газа, ежегодно закачиваемого и отбираемого из хранилища в соответствии с установленным технологическим режимом эксплуатации ПХГ.

Численное значение активного объема газа определяется с использованием коэффициентов месячной неравномерности газопотребления, вычисленных из графика годового потребления газа:

                    и                    (5)

Производительность хранилища по отбору газа определяется из графика годового потребления газа. Величину максимальной производительности хранилища по отбору газа q_max приблизительно можно принять в 1,5 – 2 раза выше, чем среднесуточный отбор газа из хранилища за сезон.

                      ,                                       (6)

t_о – продолжительность периода отбора газа из хранилища, ч/сут.

Такой метод определения q_max справедлив в том случае, когда хранилище предназначено для регулирования сезонных неравномерностей газопотребления.