Подземные хранилища газа в водоносных пластах

Первое ПХГ в водоносном пласте было создано в 1946 г. в США — ПХГ Doe Run Upper (штат Кентукки). В СССР первое газохранилище в водоносном пласте было создано в 1959 г. в районе г. Калуга — Калужское ПХГ (проектный объем активного газа — 410 млн м³). Крупнейшее в мире хранилище в водоносном пласте — Касимовское ПХГ — было создано в 1977 г. (проектный объем активного газа — 12 млрд м³).

Подземные хранилища газа, создаваемые в водоносных пластах, образуются за счет вытеснения из пор породы жидкости и накопления газа под непроницаемой покрышкой. Подобные хранилища в основ­ном создаются в «открытых» геологических ловушках, представлен­ных хорошо выраженными куполовидными поднятиями (антиклиналями), недалеко от которых имеется область питания или стока. По мере заполнения хранилища газом давление в нем повышается с од­новременным перемещением границы газового пузыря. Если храни­лище газа создается в «замкнутых» ловушках, в которых не удается оттеснить воду на периферию пласта, создается специальная система отбора воды из пласта через отдельные разгрузочные скважины.

Строительство хранилища газа в водоносных пластах осуществ­ляется в три этапа: геологическая разведка, разведывательно-про­мышленная закачка и циклическая эксплуатация хранилища.

Геологическая разведка позволяет выяснить наличие ловушки, способной аккумулировать газ в требуемых объемах, установить ее площадь, определить характеристики пласта коллектора, покрышки и всего разреза осадочных пород, получить гидрогеологические дан­ные по вскрытым разведочным скважинам, водоносным пластам с указанием степени их взаимосвязанности, определить химический состав, давление и температуру пластовых вод по всему разрезу.

Разведывательно-промышленная закачка газа производится в два этапа: разведывательные работы (определение газогидродина­мических параметров и степени однородности пласта-коллектора, продуктивности скважин, утечек газа и др.) и промышленное запол­нение хранилища газом.

Циклическая эксплуатация хранилища, так же как и эксплуата­ция ПХГ в истощенных месторождениях, включает два многократно повторяющихся цикла: отбор газа из хранилища в период максималь­ного газопотребления и закачку газа в хранилище в период мини­мального газопотребления.

Выбранный для строительства подземного хранилища водонасыщенный пласт должен быть герметичным для предотвращения потери газа при хра­нении. Здесь главное значение имеют физико-механические свойства пород, покрывающих пласт. Если горные породы кровли хранилища представлены плотными, пластичными глинами или крепкими из­вестняками и доломитами при отсутствии трещин и разломов, то обычно мощности кровли в несколько десятков метров достаточно для предотвращения утечек газа.

На рис. 8 приведены две возможные схемы эксплуатации ПХГ, создаваемые на базе истощенного нефтяного месторождения и в ло­вушке водонасыщенного пласта. Первая схема а) характеризуется ма­ломощным пластом и слабоцементированным коллектором. На второй схеме б) изображена ловушка крепкосцементированным пластом большой мощности. В первом случае из-за наличия нефтяной отороч­ки практически отсутствует поступление воды в хранилище и, следо­вательно, объем изменяться не будет. Хранилище эксплуатируется в газовом режиме.

Рис. 8 Схематическое изображение процесса эксплуатации пласта-коллектора: а) пласт небольшой мощности в слабосцементированном коллекторе; б) пласт большой мощности в крепкосцементированном коллекторе; ГНК - газонефтяной контакт; ВНК - водонефтяной контакт; ГВК - газоводяной контакт.

Во втором случае во время эксплуатации хранилища подошвен­ная вода будет передвигаться вверх при отборе газа и отступать вниз при его закачке. Следовательно, объем газонасыщаемой части залежи изменяется. При этом часть газа остается в обводненной части кол­лектора. Хранилище эксплуатируется в упруговодонапорном режиме.

По своему назначению скважины подземных хранилищ можно разделить на разведочные, эксплуатационные, наблюдательные и специальные (разгрузочные и др.). Для каждого типа скважин пре­дусматривается своя конструкция. Если скважина используется ком­плексно, тогда конструкция скважин определяется с учетом смежных функций.

Оборудование забоя скважин зависит главным образом от ус­тойчивости пласта-коллектора. Если коллектор сложен прочными песчаниками или карбонатными породами забой скважины оставляют незакрепленным. При наличии процессов осыпания и обвалов породы в скважину спускается на пакере фильтр. При селективной закачке га­за в пласт или выборочной отработке пласта эксплуатационная ко­лонна спускается до проектной глубины, цементируется, а пласт вскрывается перфорацией.

В отечественной практике применяют эксплуатационные колон­ны диаметром от 127 до 273 мм. Закачка и отбор газа, как правило, осуществляется по колонне, собранной из насосно-компрессорных труб. Оборудование устья скважин на подземном хранилище газа аналогично оборудованию эксплуатационных скважин газовых ме­сторождений. Оно предназначено для обвязки верхних концов обсад­ных колонн и фонтанных труб, герметизации межтрубного простран­ства и соединений, а также осуществления контроля за технологиче­ским режимом эксплуатации скважин.