Подземные хранилища газа в истощенных месторождениях

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, газо-конденсатных и нефтяных месторождений. Это объясняется тем, что отпадает необходимость проведения геолого-разведочных работ, т.к. известны основные физико-геологические и эксплуатационные параметры пласта-коллектора и его покрышки.

Кроме того, на место­нахождении имеется определенное количество эксплуатационных скважин, а также наземный комплекс подготовки газа к транспорту, которые в дальнейшем используются для целей подземного хранения газа.

На рис. 6 приведена принципиальная схема подземного хранилища в пористых пластах

Рисунок 6 - Принципиальная схема подземного хранилища газа: 1 -магистральный газопровод; 2 - газопровод-отвод; 3, 9 - пылеуловители; 4 -компрессорная станция; 5 - сепаратор; 6 - холодильник (градирня); 7 -маслоотделитель; 8 - газораспределительный пункт; 10 - установка осушки газа; 11 – расходомер

Газ из магистрального газопровода 1 по газопроводу-отводу 2 поступает на компрессорную станцию 4, предварительно пройдя очистку в пылеуловителе 3. Сжатый и нагревшийся при компримировании газ очищается от масла в сепараторах 5, охлаждается в градирне, или АВО 6, и через маслоотделители 7 поступает на газораспределительный пункт ГРП 8. На ГРП осуществляется распределение газа по скважинам.

Давление закачиваемого в подземное хранилище газа достигает 15 МПа. Для закачки, как правило, используются газомотокомпрессоры. При отборе газа из хранилища его дросселируют на ГРП 8, производят очистку и осушку газа в специальных аппаратах 9, 10, а затем после замера количества расходомером 11 возвращают в магистральный газопровод 1. Если давление газа в подземном хранилище недостаточно высоко, его предварительно компримируют и охлаждают.

Очистка газа от пыли, окалины и частиц масла перед его закачкой в хранилище имеет очень большое значение, так как в противном случае засоряется призабойная зона и уменьшается приёмистость скважин.

Оптимальная глубина, на которой создаются подземные газохранилища, составляет от 600 до 1100 м. Это связано с тем, что с увеличением глубины возрастают затраты на обустройство скважин. С другой стороны, глубина не должна быть слишком малой, так как в хранилище создаются достаточно высокие давления.

Подземное хранилище заполняют газом несколько лет, закачивая каждый сезон несколько больший объем газа, чем тот, который отбирается.

Первая в мире опытная закачка газа в истощенное газовое месторождение была проведена в 1915 г. в Канаде (месторождение Уэлленд-Каунти), первое промышленное ПХГ ёмкостью 62 млн м³ было создано в 1916 г. в США (газовое месторождение Зоар, район г. Буффало) . В России первое ПХГ в истощенном месторождении было создано в 1958 г. на базе мелких выработанных залежей газа месторождений Куйбышевской (ныне Самарской) области.

Успешное проведение закачки и последовавший отбор газа способствовали усилению работ в области подземного хранения газа по всей стране. В том же году началась закачка газа в Елшанское (Саратовская область) и в Аманакское (Куйбышевская область) истощенные газовые месторождения. В 1979 г. начато создание крупнейшего в мире хранилища в истощенном газовом месторождении — Северо-Ставропольского (Ставропольский край). Площадь горного отвода ПХГ составляет более 680 км².

Оно создано на основе истощенных одноименных газовых месторождений в зеленой свите (1979 г.) и хадумском горизонте (1984 г.) при аномально низких пластовых давлениях. Данные горизонты являются самостоятельными эксплуатационными объектами, расположенными на глубинах 1000 и 800 м, и существенно отличаются по своим характеристикам и режимам работы. При строительстве Северо-Ставропольского ПХГ в хадумском горизонте создан долгосрочный резерв, который может быть отобран из хранилища после периода отбора, даже если не производилась дополнительная закачка газа.

Строительство ПХГ в истощенном месторождении - осуществля­ется в два этапа.

На первом этапе производится промышленное за­полнение хранилища газом, на втором - циклическая эксплуатация.

При недостаточной изученности месторождения, низком коли­честве исходной геолого-промысловой и геофизической информации составляется программа доразведки месторождения и повторного об­следования пробуренного фонда скважин, основное внимание обращается на герметичность скважин. Определяются остаточные запасы газа, нефти, конденсата и сопутствующих компонентов, сте­пень и характер выработанности 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 методу,

- по падению давления,

- и по уравнению материаль­ного баланса.

Формула для подсчета запасов газа объемным методом имеет следующий вид:

V = FhmKP:Оr,

где V- количество газа, находящегося в ПХГ на дату расчета, м³; F — площадь в пределах продуктивного контура газоносности, м ; h -мощность пористой части газоносного пласта, м; т - коэффициент пористости; Р - среднее абсолютное давление в залежи на дату расче­та, кгс/см²; К = (T + t_CT)/(T + t_m) - поправка на температуру для при­ведения объема газа к стандартной температуре; t_CT= 20° С ; t_m- пла­стовая температура; Т- абсолютная температура, К; Оr- коэффициент газонасыщенности.

Расчет по этому методу количества газа, находящегося в ПХГ, базируется на данных о геологических границах распространения за­лежи, характере порового пространства и соответствующем пласто­вом давлении, которые не всегда известны.

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:

Q= Q₁ – Q₂ /P₁ – P₂

где Q - количество добытого газа за период разработки газовой зале­жи от первой до второй даты на 1 бар падения давления, м ; Q₁ и Q₂ -объемы добытого газа на первую и на вторую дату с начала разработ­ки газовой залежи, м³; Р₁ и Р₂ -соответствующие давления газовой залежи после добычи соответствующих объемов газа Q₁ и Q₂, бар.

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

V = QAP,

где АР - перепад давления между предыдущей и конечной величи­нами, бар.

Метод подсчета по падению давления не требует знания вели­чин площади, мощности и пористости газоносного пласта. Однако неучет величин этих параметров приводит к неточному вычислению средневзвешенного пластового давления, которое приводит к большим погрешностям при расчете промышленного запаса газа, находя­щегося в хранилище.

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

V = V_H - Q,

где V - текущий объем газа в пласте, м³; V_Н - начальный объем газа в пласте, м³ ; Q - добытое количество газа, м³.

Для распространения этой формулы требуются: знание началь­ного и текущего поровых объемов пласта, объем вторгшейся в залежь воды, коэффициент продуктивности пласта по воде и другие геолого-физические и эксплуатационные параметры газоносного пласта.