Вы задумывались, как газ из Западной Сибири успевает быстро добраться до котельной в Волгограде, преодолев при этом более 3000 километров? Существуют промышленные газгольдеры — наземные резервуары из стали, — но их мощностей не хватает, чтобы обеспечить всех.
Ученые придумали закачивать стратегические запасы под землю. На опыте энергетических компаний России разбираемся, как устроено подземное хранение природного газа, какими бывают хранилища и чем отличаются.
Хранение газа в подземных хранилищах: что это и зачем нужно
Подземное хранилище газа (ПХГ) — это природный или искусственно созданный резервуар в толще горных пород. В отличие от газгольдеров роль стенок выполняют сами породы. Герметичность создает геологическое строение пласта.
В любом ПХГ газ условно делят на две части:
- буферный (или кушонный) — остается в хранилище постоянно и поддерживает рабочее давление в пласте;
- активный — закачивается летом и затем отбирается зимой для поставок потребителям.
Ключевые характеристики хранения газа в подземных хранилищах:
- общая емкость — максимальный объем газа, который вмещает резервуар;
- объем активного газа — реальный запас для покрытия спроса;
- максимальная суточная производительность — сколько газа можно отдать в самый холодный день.
В России эти показатели росли постепенно. В конце 2000-х годов объем активного газа в ПХГ оценивался в 60 млрд м³, а суточная производительность составляла 600 млн м³. К началу сезона 2023–2024 запас увеличился до 72,8 млрд м³, а максимальный суточный отбор — до 860 млн м³.
Читайте также, как попасть в нефтегаз без профильного образования
Как организовано подземное хранение природного газа
В основе ПХГ находится природный или искусственно созданный резервуар на глубине от нескольких сотен метров до 1–3 километров. Чаще всего его создают в пористых осадочных породах, например, в песчаниках. Между их частицами есть есть микроскопическое пространство, которое способно вмещать газ.
Сверху резервуар накрывает непроницаемая «крышка» — глины, плотные карбонаты или соленосные толщи. По бокам и снизу подземное хранение природного газа обеспечивается либо водой, либо породами.
На поверхности ПХГ выглядит как промышленный комплекс: компрессорные станции, выходы скважин, газораспределительные пункты. В режиме закачки компрессоры повышают давление и направляют газ в подземный резервуар. В режиме отбора процесс идет в обратную сторону — газ поднимается на поверхность, проходит очистку, контроль параметров и поступает в газотранспортную систему.
Одна и та же инфраструктура работает как закачку, так и отбор. Это делает подземное хранение газа частью непрерывного технологического процесса.
Подземное хранение газа: основные типы хранилищ
Большинство ПХГ построено на месте истощенных месторождений. Это самый распространенный тип в России, США и других странах. Главное преимущество — изученная геология и готовая инфраструктура. Там уже есть данные бурения и геофизики, часто сохранена часть скважин и обвязки. Так, 17 подземных хранилищ Газпрома созданы в истощенных месторождениях, в том числе в Поволжье и на Северном Кавказе.
Иногда ПХГ устраивают в водоносных пластах, перекрытых непроницаемой покрышкой. При закачке газ вытесняет воду и формирует газовую шапку внутри структуры. Такие хранилища сложнее и дороже в подготовке. Для них требуется большой объем буферного газа, а гидродинамические процессы нужно тщательно моделировать и контролировать. Зато аквиферы позволяют размещать хранилища ближе к потребителям, даже если рядом нет истощенных месторождений.
В соляных кавернах условия для хранение газа в подземных хранилищах создают искусственно. В пласт закачивают воду, растворяют породу и формируют полость, в которую под давлением закачивают газ. Соль практически непроницаема и способна устранять микротрещины. В каверны можно легко закачать и отобрать газ, поэтому такие ПХГ обустраивают там, где важна скорость. В России пример такого объекта — ПХГ в отложениях каменной соли в Калининградской области.
Реже используются подземные выработки— шахты, тоннели и естественные полости. Это нишевое решение, которые применяются в отдельных странах. В мире эксплуатируется только два ПХГ в отработанных шахтах: Бургграф-Бернсдорф в Германии и Лейден в США.
Как налажено подземное хранение газа в течение года
ПХГ проходит три ключевых режима:
- Закачка. Летом, когда потребление минимально, газ закачивают в резервуары. Объем активного газа растет, давление увеличивается.
- Хранение. ПХГ обеспечивают энергетическую безопасность страны в межсезонье.
- Отбор. В начале холодного сезона, когда давление максимально, суточная производительность самая высокая. По мере снижения давления темпы отбора падают.
В России подземные хранилища обеспечивают до 40% суточных поставок газа в системе, снимая нагрузку с магистральных газопроводов и добывающих регионов. Без ПХГ газотранспортную систему пришлось бы проектировать с огромным запасом мощности.
Как из природного газа делают основу для пластика, лекарств, удобрений и микроэлектроники — читайте в нашем материале
Зачем нужно подземное хранение газа
Для потребителя ПХГ почти незаметны. Но именно они позволяют системе выдерживать резкие скачки спроса, предотвращать дефицит и снижать риск аварийных отключений. Для отрасли ПХГ выполняют важные функции:
- Снижают необходимость строительства избыточной инфраструктуры, которая большую часть года простаивала бы.
- Повышают предсказуемость поставок и цен, особенно в периоды аномальных холодов.
По мере усложнения энергосистем роль подземного хранения газа только растет. ПХГ рассматриваются не только как резерв природного газа, но и как элемент будущей инфраструктуры — в том числе для с прицелом на хранение водорода и других газов.
Фото для обложки взято с официального сайта ПАО «Газпром»
