Como funcionam as instalações subterrâneas de armazenamento de gás: métodos adequados para armazenar gás natural

Parece que o conhecimento de como são concebidas as instalações subterrâneas de armazenamento de gás não tem significado prático para o utilizador médio.Mas a humanidade é demasiado dependente do combustível “azul” e queremos realmente ter a certeza de que nunca haverá interrupções no seu fornecimento. Não é verdade?

E todo compatriota pode ficar tranquilo com as informações sobre os depósitos de gás localizados no subsolo (UGS) - desde que estejam cheios, não haverá problemas com o abastecimento de gás. Leia mais sobre a estrutura e os recursos de armazenamento em nosso artigo.

Construção de instalações subterrâneas de armazenamento de gás

Se os proprietários de casas particulares usarem gás para armazenar gás para necessidades domésticas tanques de gás, então em escala nacional estamos falando de opções de armazenamento completamente diferentes. Assim, oficialmente, as instalações subterrâneas de armazenamento de gás são complexos de estruturas de engenharia que servem para injeção, armazenamento e retirada de combustível “azul”. Eles consistem em componentes acima do solo e subterrâneos.

PARA chão relacionar:

• ponto de distribuição de gás, que serve para distribuir o fluxo de gás em diversos processos tecnológicos;
• oficina de compressoresonde o combustível é preparado (aumentando a pressão) para injeção nos poços;
• Plantas de purificação de gás.

Subterrâneo Os componentes do UGS são: poços, instalações, tanques. E o último ponto (contêineres) é o mais interessante - a forma como o armazenamento de gás é organizado depende de onde o combustível “azul” está armazenado.

As modernas instalações subterrâneas de armazenamento de gás são semelhantes em aparência às grandes fábricas. Pois para garantir a injeção/remoção de combustível é necessário utilizar compressores potentes, equipamentos de limpeza e outros. Que é atendido por centenas ou até milhares de especialistas

Revisão dos tanques de armazenamento de gás

Com o mesmo peso, o gás ocupa áreas muito maiores do que qualquer sólido. E como é utilizado em grandes quantidades, são necessários os mesmos recipientes para armazená-lo.

Além disso, há um século, os especialistas abandonaram o armazenamento de gás em reservatórios artificiais acima do solo.

A razão é que isso exigiria:

• ocupar vastas áreas do planeta com complexos de armazenamento de combustível “azul” de baixa pressão;
• use tanques de gás de alta pressão caros e explosivos.

Com isso, para neutralizar os aspectos negativos listados acima, optou-se por depósitos subterrâneos, considerados contêineres localizados em profundidade significativa. Que, na maioria dos casos, varia de 300 a 1000 metros. E você pode armazenar combustível em tanques criados pela natureza.

No total, os engenheiros aprenderam a usar com sucesso 7 tipos de tanques de armazenamento de gás natural:

• formado em formações porosas saturadas de água;
• preservado após a produção de hidratos de carbono, nomeadamente gás, petróleo;
• formado em depósitos de sal-gema;
• criado no funcionamento das minas;
• criado em rochas permafrost duráveis;
• com uma camada de gelo de baixa temperatura;
• formado após explosões atômicas subterrâneas.

Embora existam muitas opções, apenas os primeiros 4 métodos de armazenamento de gás diferem em praticidade.As demais opções de tanques são adequadas apenas teoricamente.

A instalação subterrânea de armazenamento de gás de North Stavropol é a maior do mundo e as reservas de gás aí armazenadas são capazes de satisfazer a procura anual de combustível de um país tão grande como a França. Como a área de armazenamento chega a 680 km²

A razão pela qual as três opções restantes são impraticáveis ​​é a seguinte:

• O gás pode ser armazenado em rochas congeladas, como evidenciado por diversas instalações de armazenamento existentes nas regiões norte do planeta. Mas seus volumes são extremamente insignificantes, portanto não têm hoje nenhum significado industrial.
• Os contêineres formados por explosões nucleares subterrâneas são bastante adequados para armazenar reservas significativas de gás, o que já foi comprovado experimentalmente. Mas a questão é que armas poderosas foram testadas longe de onde as pessoas viviam. Portanto, geralmente não há consumidores ou serviços públicos lá.

Como resultado, estes tipos de recipientes são simplesmente inadequados para uso.

Embora as instalações subterrâneas de armazenamento de gás sejam chamadas de instalações de armazenamento, na verdade, a conservação do gás não é a sua tarefa principal. Já o que contém é usado principalmente para amenizar desigualdades de consumo. Que pode ser diário, semanal, sazonal. Apenas como último recurso são criadas instalações da UGS para mitigar as consequências de circunstâncias de força maior.

A seguir, consideraremos com mais detalhes cada uma das opções de armazenamento subterrâneo de gás.

Opção nº 1 - armazenamento em formações saturadas de água

As instalações de armazenamento em formações saturadas de água são concebidas para nivelar os efeitos das irregularidades sazonais no uso do gás. E também para criar reservas estratégicas.

Uma característica importante do projeto de tais instalações de armazenamento é a participação humana mínima - na maioria das vezes na fase de criação de poços necessários para a injeção de gás.

O mapa da Rússia mostra que as instalações subterrâneas de armazenamento de gás estão localizadas perto dos principais gasodutos e de grandes áreas povoadas. E não é por acaso, uma vez que os armazéns são concebidos de forma a garantir a estabilidade do consumo de gás, pelo que devem estar próximos de grandes objetos.

Esses contêineres são procurados em formações artesianas. Instalações de armazenamento de gás são criadas onde a estrutura rochosa é permeável e porosa. O líquido restante é removido pelo gás, que o comprime e depois o espreme.

Os chamados tanques de armazenamento de combustível em si não o são. Mais precisamente, eles não estão lá - são usados ​​​​como espaço de armazenamento vazios em camadas porosas. E todo o procedimento para a criação de um armazenamento de gás consiste em deslocar parte da água para a periferia. Eles fazem isso para criar espaço para o combustível “azul”.

O procedimento descrito acima só pode ser concluído se vários fatores contribuírem para isso:

• A camada permeável porosa é coberta por uma cúpula (tampa) de rochas impermeáveis ​​​​aos gases, que geralmente são argilas comprimidas.
• O aquífero se estende desde os limites da instalação de armazenamento por dezenas de quilômetros. E é ainda melhor se tiver acesso à superfície. Todos os itens acima permitem que o gás esprema com sucesso a água na formação.
• O comprimento da cúpula é suficiente para fornecer a capacidade de armazenar volumes significativos de gás.
• A porosidade e permeabilidade da rocha garantem uma capacidade aceitável de gás e a capacidade de liberá-lo durante o desenvolvimento.

Se pelo menos uma das condições não for atendida, será impossível criar um armazenamento subterrâneo.

O princípio de funcionamento das modernas instalações de armazenamento subterrâneo é simples. As características podem ser examinadas usando o exemplo de grandes instalações subterrâneas de armazenamento de gás usadas para atenuar irregularidades sazonais.

Então, geralmente na estação quente, a quantidade necessária de gás é bombeada para eles. Que começa a ser retirado apenas com o início da estação de aquecimento. Além disso, não é uma grande quantidade de gás que é enviada para a tubulação principal, mas uma quantidade média, conhecida pela experiência operacional em invernos anteriores.

E, se de repente a temperatura cair drasticamente e o consumo diário se tornar uma ordem de grandeza maior, então uma grande instalação subterrânea de armazenamento de gás ainda não aumentará o volume de retirada. E a escassez será colmatada por pequenos armazéns concebidos para suavizar o consumo diário e semanal. A razão é que é mais fácil e rápido selecionar um deles.

Contêineres com área de vários quilômetros quadrados são considerados ideais. Com uma diferença de altura entre a parte inferior e superior da cúpula de 10 a 15 metros

A vantagem das instalações UGS em formações saturadas de água é a sua capacidade significativa. Uma desvantagem é que os geólogos, ao estudarem as características do aquífero, podem não identificar ou levar em consideração algum fator importante. Como resultado, o armazenamento ficará inutilizável.

E o pior é que isso muitas vezes se revela após enormes investimentos na construção de infraestruturas aéreas e subterrâneas. Muitas vezes também surgem problemas menos significativos, dos quais a operação de instalações subterrâneas de armazenamento de gás em rochas saturadas de água é acompanhada por custos não planejados significativos.

Opção nº 2 – contêineres após a produção de hidrocarbonetos

Os complexos de engenharia pertencentes a este tipo servem para amenizar as oscilações sazonais no consumo de combustível “azul”. E também para criar reservas estratégicas.

As instalações de armazenamento subterrâneo são muito procuradas devido ao facto de a sua criação e operação serem as mais rentáveis ​​​​do ponto de vista económico. E enormes tanques de gás acima do solo (mostrados na foto) são usados ​​​​se não for possível usar os gasodutos principais das instalações subterrâneas de armazenamento de gás. Além disso, os recipientes mostrados na foto costumam armazenar apenas gás liquefeito

O projeto de instalações de armazenamento deste tipo é o mesmo que no caso de análogos criados em formações saturadas de água. Ou seja, o combustível fica armazenado nos vazios das rochas porosas.

As instalações UGS criadas em rochas onde antes estavam localizados os hidrocarbonetos são as mais abundantes do mundo. Então, seu número chega a expressivos 70%, a razão para isso é uma série de vantagens.

Estes incluem: capacidade significativa e poupanças em investimentos de capital em exploração, criação de infra-estruturas ou pelo menos parte dela, perfuração - a produção de petróleo e gás já foi realizada no local de criação de tais instalações subterrâneas de armazenamento de gás.

Deve ser entendido que os tanques de gás enterrados não são instalações de armazenamento subterrâneo. Uma vez que são projetados para resolver problemas completamente diferentes. E acabam no subsolo apenas para tornar a evaporação do gás liquefeito mais eficiente em geadas severas. E sem nenhum custo. E também a colocação condicionalmente subterrânea de tanques de gás permite que você economize espaço útil em algum lugar do seu terreno pessoal

Mas os recipientes preservados após a produção de hidrocarbonetos não podem ser considerados ideais.

Eles têm muitas desvantagens:

• problemas com a estanqueidade de poços antigos - isto é especialmente verdadeiro para antigos campos de petróleo;
• porosidade insuficiente, permeabilidade das rochas;
• misturar gás com resíduos de óleo - o que às vezes leva a perdas significativas, pois a mistura resultante não pode mais ser aproveitada.

E também, o gás muitas vezes desenvolve uma impureza perigosa na forma de sulfeto de hidrogênio nos campos de petróleo. O que é prejudicial à saúde humana e também destrói todo tipo de estruturas de aço, mesmo aquelas relacionadas ao aço inoxidável.

A operação de instalações subterrâneas de armazenamento de gás baseadas em áreas de jazidas de hidrocarbonetos esgotadas é possível devido ao fato de o gás, ao ser injetado, deslocar o óleo remanescente da formação desejada. Além disso, assim como a água, tem efeito de compressibilidade e mobilidade, o que facilita a tarefa de arrumação do recipiente. Às vezes, o petróleo sob pressão do gás não é espremido na rocha, mas sobe até o topo, o que se torna uma fonte adicional de lucro.

Opção nº 3 - reservatórios em depósitos de sal-gema

Esses recipientes com gás servem para amenizar os desníveis diários e semanais de seu uso, além de participar do nivelamento do sazonal. Além disso, as instalações de armazenamento em formações de sal cumprem com sucesso o papel de fonte de reserva para consumidores importantes.

Existem apenas 2 maneiras populares de armazenar gás no subsolo. Nomeadamente, em camadas porosas permeáveis ​​​​e cavernas lavadas em depósitos de sal. A primeira opção é usada quando você precisa criar um grande armazenamento, a segunda - apenas para resolver problemas locais

As instalações UGS especificadas são criadas lavando parte dos depósitos de sal para criar uma cavidade do tamanho necessário. Para tanto, são inicialmente perfurados vários poços, por onde é fornecida água por um longo período de tempo.

Embora o procedimento descrito seja demorado e caro, ele se paga, pois o gás natural injetado é armazenado sem perdas. A razão é que as cavernas de sal são herméticas. Além disso, eles têm o efeito autocura — fissuras tectônicas e outras são rapidamente cobertas por depósitos de sal.

A vantagem de construir tais instalações subterrâneas de armazenamento de gás é que o volume necessário de combustível é retirado praticamente sem restrições de velocidade. O que é várias vezes maior do que ao realizar as mesmas operações em contêineres de outros tipos. E também uma vantagem importante das instalações UGS construídas em cavernas de sal é o alto percentual de extração de gás - um dos mais altos entre todos os seus tipos.

A rocha para armazenamento de gás deve ser conforme a foto. Ou seja, são permeáveis ​​e possuem espaço suficiente para acomodar um grande volume de combustível. Além disso, a estrutura da formação deve permitir fácil deslocamento de resíduos de água e óleo

Mas o número de cavernas nas camadas de sal não ultrapassa 2% do número total de depósitos.

Este indicador é afetado por uma série de aspectos negativos:

• Presença de grandes quantidades de água salgada depois de lavar as cavernas para economizar gás. Como resultado, se não houver mar próximo ou pelo menos fábricas de processamento de sal, não há onde colocar o líquido. Qual o principal motivo da pequena quantidade desse tipo de UGS.
• Redução do volume útil durante a operação. Esse fenômeno é causado pela evaporação do sal em locais de maior pressão e acúmulo onde ela é menor.
• O aparecimento de impurezas no gás, que muitas vezes são restos de líquido anteriormente usado para lavar a caverna.
• Volumes menores, o que não permite a criação de reservas em quantidades suficientes.

Como resultado, as instalações de armazenamento de sal são normalmente utilizadas apenas onde não é possível utilizar os tipos de recipientes listados acima.

Opção #4 - UGS em minas

Seus volumes são insignificantes. No entanto, os suecos e noruegueses armazenam parte das suas reservas estratégicas de gás em contentores deste tipo.

O PVC nas minas é a única instalação de armazenamento de gás totalmente equipada por humanos. Assim, em uma das minas, as explosões criam um contêiner, que é então revestido com chapas de aço.

É assim que se parecem as cavernas de sal usadas para armazenar gás. Eles são hermeticamente selados e confiáveis, mas possuem dimensões limitadas e, portanto, são adequados para a criação de instalações UGS de pequeno volume. E exclusivamente para resolver problemas locais. Por exemplo, na Rússia, das 27 instalações de armazenamento em uso atualmente, apenas 2 são de armazenamento de sal.

Embora seja rentável operar instalações subterrâneas de armazenamento de gás em minas abandonadas devido à elevada percentagem e taxa de retirada, o seu número não aumentará significativamente num futuro próximo. A razão é que as instalações de armazenamento descritas são difíceis de construir. Pois nem sempre é possível obter a estanqueidade total, o que acarreta perdas significativas.

Isso se deve ao fato de que durante a operação da mina procuram fornecer ali o máximo de ar. Por que é criado um sistema de ventilação com muitas saídas para a superfície, que nem sempre podem ser vedadas na hora de organizar um depósito?

Como resultado, hoje existem apenas alguns exemplos bem-sucedidos de implementação da ideia de armazenamento de gás em minas abandonadas (na Suécia, Noruega, Alemanha).

As instalações de armazenamento são herméticas?

Vazamentos de combustível são processos comuns que não podem ser evitados. Porque há muitas razões.

Por conveniência, eles são divididos em 3 categorias:

• geológico;
• tecnológica;
• técnico.

Para o grupo geológico razões incluem a heterogeneidade da cobertura UGS, a presença de falhas tectônicas, bem como características de hidrodinâmica e geoquímica. Por exemplo, o gás pode simplesmente migrar através da formação e os especialistas não influenciarão isso de forma alguma.

Tecnológica causas estão entre os mais comuns, pois ocorrem regularmente erros na avaliação de quaisquer fatos. Por exemplo, a eficácia de hidroarmadilhas, reservas de gás e processos físicos e químicos contínuos.

Freqüentemente, a perfuração de poços é usada para chegar às camadas desejadas. Além disso, sua tecnologia não difere de procedimentos semelhantes ao tentar chegar a depósitos de gás e petróleo.

Razões técnicas estão mais frequentemente associados ao estado dos poços utilizados, através dos quais o gás é injetado.

Características da criação de instalações subterrâneas de armazenamento de gás

Em 95% dos casos, são criadas instalações de armazenamento subterrâneo espremendo água com gás, resíduos de óleo de formações porosas. Desta forma, são criados “recipientes” para armazenamento de combustível “azul”.

E a característica mais importante é que o volume de gás utilizado para espremer os líquidos não pode posteriormente ser utilizado para entrega aos consumidores. Sua tarefa é evitar que resíduos de água e hidrocarbonetos retornem ao seu antigo local. Caso contrário, o repositório simplesmente deixará de existir.

Ou seja, o gás especificado é amortecedor. Via de regra, não representa menos da metade do volume total bombeado para instalações subterrâneas de armazenamento de gás. E, em alguns casos, há 3 vezes mais gás tampão do que aquele que pode ser usado para abastecimento aos consumidores, o que é chamado ativo.

É interessante que a quantidade de gás tampão não possa ser calculada antecipadamente.Ou seja, tudo é testado exclusivamente experimentalmente. O que em muitos casos leva anos. Mas ainda assim, quando o resultado obtido for insatisfatório, o gás tampão pode ser bombeado por completo.

Procedimento para preencher o armazenamento

Depois que os geólogos estudaram uma formação e decidiram que uma instalação de armazenamento de gás pode ser criada no lugar certo, os produtores de gás constroem um complexo de engenharia.

As modernas instalações subterrâneas de armazenamento de gás são a forma mais segura de armazenar reservas de gás. Mas os seus frequentes vazamentos são um grande problema para os trabalhadores do gás e ambientalistas, que consideram tais casos um problema significativo para o meio ambiente. E também acontece, como mostra a foto (um incêndio em uma das instalações subterrâneas de armazenamento de gás húngaro é visível à distância)

E então começa a injeção de combustível “azul” na futura instalação subterrânea de armazenamento de gás, que é fornecido pelo local mais próximo pipeline principal. E vai para o local de limpeza, onde são retirados todo tipo de impurezas mecânicas.

Combustível limpo é fornecido ao ponto de medição e medição. E depois, para a oficina de compressores, onde é feita a compressão - esse é o nome do preparo do gás para bombeamento para armazenamento. Representa um aumento na pressão do gás até o valor desejado.

Em seguida, é transportado para pontos de distribuição de gás. Onde o fluxo total é dividido em vários e fornecido para diferentes linhas tecnológicas. De lá é enviado através de plumas até poços para injeção.

Ao longo de todo o processo, especialistas monitoram diversos parâmetros, incluindo pressão e temperatura do gás, e a produtividade de cada poço.

Conclusões e vídeo útil sobre o tema

O vídeo abaixo é dedicado ao tema da criação de instalações subterrâneas de armazenamento de gás para amenizar o consumo desigual do combustível que será fornecido pelo gasoduto Power of Siberia.

As instalações subterrâneas de armazenamento de gás são a forma mais confiável e lucrativa de nivelar o consumo irregular de gás e garantir seu fornecimento estável em caso de força maior. E o mais interessante é que por isso precisamos agradecer não ao gênio humano, mas à natureza, que prudentemente criou as camadas rochosas adequadas para isso..

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