Во-вторых, балансировка текущего спроса в краткосрочном режиме очень важна. Дело в том, что для доставки газа из отдалённых регионов, таких как Западная Сибирь, по трубопроводам в Европу требуется более суток. Таким образом, в определённых ситуациях, когда возникает необходимость в увеличении объёмов поставок газа, это становится технически невозможным в краткие сроки.
Хранение газа
Хранение газа играет ключевую роль в обеспечении непрерывного снабжения газом потребителей, независимо от сезонных колебаний и пиковых нагрузок, которые наблюдаются в течение года. В условиях, когда миллионы людей повседневно используют газ, например, для приготовления пищи на газовой горелке, они зачастую не задумываются о сложностях, связанных с добычей, хранением и транспортировкой этого важного ресурса от месторождений до их домов.
Природный газ переходит от месторождений через разветвлённую сеть магистральных газопроводов к конечным потребителям. Для эффективной работы этой системы необходимо поддерживать стабильное давление в газопроводах. Это давление зависит как от объёмов газа, которые закачиваются в газопровод, так и от количества потребителей, которые из него этот газ выкачивают.
Известно, что в холодное время года потребление газа значительно возрастает. Чтобы справиться с резким увеличением нагрузки на газовую систему в зимний период и гарантировать надежную и стабильную подачу газа потребителям, энергетические компании прибегают к специальным методам, таким как использование хранилищ газа (газохранилищ). В этих хранилищах аккумулируется резервный запас газа, который был закачан в тёплое время года, когда потребление газа было менее значительным.
Эти хранилища, которые обеспечивают сохранность газового топлива, находятся под землёй и именуются ПХГ — подземными хранилищами газа. Процесс подземного хранения газа осуществляется в ранее выработанных нефтяных и газовых месторождениях, водоносных газоносных пластах или соляных кавернах.
Способы хранения газов
Наилучшим местом для хранения газа считаются ПХГ в истощённых месторождениях. Это объясняется тем, что хранить газ в местах, где он существовал на протяжении тысячелетий, является максимально целесообразным. Такие природные резервуары уже тщательно исследованы. Геологи обладают знаниями о геометрических размерах, формах газоносных залежей и герметичности их покрышек. На таких объектах также имеются готовые скважины и оборудование, которое использовалось для добычи газа, поэтому их можно задействовать как для закачки газа обратно, так и для последующего его извлечения из ПХГ.
Впервые истощённое месторождение было использовано под ПХГ в 1915 году в Канаде — на месторождении Уэлленд-Каунти был успешно проведён эксперимент по закачке газа, который стал практическим воплощением теоретических изысканий. Год спустя в США, на месторождении Зоар, было организовано первое в мире промышленное ПХГ, объём которого составил всего лишь 62 миллиона кубометров.
Первое подземное хранилище в истощённом месторождении на территории СССР было создано в 1958 году в Самарской области. Затем, в 1979 году, в Ставропольском крае началось строительство самого крупного на планете ПХГ, расположенного именно на истощённом месторождении.
Устройство подземных газовых хранилищ
Для хранения газа в частных домах владельцы нередко используют газгольдеры. Однако в масштабах государства речь идёт о совершенно других вариантах хранения. Подземные хранилища газа официально представляют собой комплексы инженерно-технических сооружений, предназначенных для процессов закачки, хранения и отбора природного газа. Подобные хранилища состоят как из наземных, так и подземных компонентов.
К наземным элементам относятся:
- газораспределительный пункт: здесь осуществляется распределение потока газа на несколько технологических линий;
- компрессорный цех: в этом месте происходит подготовка газа к закачке в скважины путём повышения его давления;
- установки для очистки газа от примесей и загрязняющих веществ.
Подземные компоненты ПХГ включают: скважины, выработанные пространства и или естественные резервуары (емкости). Емкости для хранения газа занимают особое место в этой системе, поскольку их тип и местоположение влияют на конструкцию самого газового хранилища.
Современные подземные газовые хранилища по своей архитектуре напоминают крупные промышленные заводы. Для осуществления процесса закачки и отбора газа необходимо иметь мощное компрессорное, очистительное и другое оборудование, которое обслуживают сотни, а иногда и тысячи специалистов.
Обзор емкостей для хранения газа
Значительное превосходство газа по объёму по сравнению с твёрдыми телами делает его хранение более сложным процессом. Кроме того, потребление газа в промышленности и быту происходит в больших масштабах, что требует соответствующих резервуаров для хранения. Однако, специалисты отказались от идеи использовать наземные резервуары, созданные вручную, ещё сто лет назад.
Это связано с несколькими проблемами:
- необходимость выделения огромных площадей земли для комплексов хранения газа под низким давлением;
- высокие затраты и опасности, связанные с газгольдерами, работающими под высоким давлением.
Таким образом, чтобы справиться с вышеупомянутыми проблемами, был выбран вариант с подземными хранилищами, которые располагаются на глубине, обычно от 300 до 1000 метров. В таких условиях газ может храниться в естественных резервуарах.
Инженеры определили семь различных типов природных резервуаров для хранения газа:
- образовавшиеся в водонасыщенных пористых слоях;
- сохранившиеся после добычи углеводородов, таких как газ и нефть;
- резервуары, созданные в отложениях каменной соли;
- естественные пещеры, сформировавшиеся в процессе горной добычи;
- выработанные пространства в прочных вечномерзлых породах;
- объекты с низкотемпературной льдопородной оболочкой;
- резервуары, образованные в результате подземных атомных взрывов.
Несмотря на множество вариантов, только первые четыре способа хранения газа отличаются практичностью. Остальные методы подходят только теоретически и не используются на практике.
Северо-Ставропольское подземное хранилище газа считается крупнейшим в мире и способно удовлетворить годовую потребность в газе такой значительной страны, как Франция, поскольку площадь этого хранилища составляет целых 680 квадратных километров.
Причинами непрактичности оставшихся трёх вариантов резервуаров являются следующие факторы:
- В мерзлых породах возможно хранение газа, но действующие хранилища в северных регионах планеты имеют крайне ограниченные объёмы, не представляющие практической значимости в текущих условиях.
- Емкости, образованные в результате подземных ядерных взрывов, могут подходить для хранения крупных объёмов газа, как это показали эксперименты. Однако, во многих случаях они располагаются вдали от населённых пунктов, что делает их использование затруднительным из-за отсутствия необходимых потребителей и инженерных коммуникаций.
В результате указанные варианты емкостей не являются практичными для широкого применения.
Хотя подземные хранилища газа называются хранилищами, их основная задача не сводится исключительно к хранению газа. Прежде всего, они служат для выравнивания потребления, которое может быть неравномерным по времени — суточным, недельным или сезонным. ПХГ создаются также для устранения негативных последствий различных форс-мажорных обстоятельств, хотя это происходит лишь во вторую очередь.
Теперь подробнее рассмотрим каждый из вариантов хранения газа под землёй.
Вариант #1 — хранилища в водонасыщенных пластах
Хранилища, расположенные в водонасыщенных пластах, предназначены для сглаживания последствий сезонных колебаний в потреблении газа, а также для накапливания стратегических резервов. Особенностью этих хранилищ является минимальное участие человека в процессе их эксплуатации, поскольку достаточно лишь на этапе создания скважин, необходимых для закачивания газа.
Зачем газ хранят под землёй?
Подземное хранение природного газа необходимо для создания запасов, которые обеспечивают стабильный энергоснабжение круглый год. Потребление газа неравномерно из-за меняющихся погодных условий. Поэтому избыточные объемы газа, накопленные во время низкого спроса, остаются в резерв до пиковых нагрузок, возникающих, например, в необычно холодные зимние месяцы.
Также ПХГ восполняют потребление газа в условиях нестабильности на топливном рынке. Резервы помогают контролировать энергоснабжение, когда происходят резкие колебания спроса и предложения, и в условиях изменчивости поставок газа как в экспорт, так и импорт.
Кроме того, газохранилища активно используются для стабильного функционирования в случае возникновения различных непредвиденных ситуаций или даже чрезвычайных ситуаций на объектах топливно-энергетического комплекса.
Первое подземное газохранилище было построено в 1915 году в Канаде, на истощённом газовом месторождении Велланд.
Почему же газ по всему миру сохраняется именно под землёй? Ответ на этот вопрос прост: газ занимает значительный объём. Для хранения больших запасов на поверхности понадобилось бы колоссальное количество пространства, что делает подземное хранение газа более удобным. Следует отметить, что существует альтернативный вариант — наземные резервуары, иначе называемые газгольдерами. Однако их использование в качестве мест хранения газа является точечным из-за высокой взрывоопасности и значительных затрат. Подземные хранилища оказываются гораздо более безопасными и экономически выгодными.
ПХГ в России
Строительство подземных газовых хранилищ в России началось в 1950-х годах. В настоящее время они являются частью Единой системы газоснабжения, которая контролируется дочерним предприятием Газпрома — ООО «Газпром ПХГ». На данный момент в стране функционирует 25 ПХГ. Из них 17 хранилищ базируются на основе отработанных месторождений, а 8 хранилищ располагаются в водоносных горизонтальных структурах. Все хранилища распределены в ключевых регионах потребления голубого топлива.
В Московской области действуют четыре хранилища Газпрома:
- Московское УАВР и КРС;
- УМТСиК;
- Московское УПХГ;
- ИТЦ.
Саратовская область также является важным центром хранения газа. В этом регионе действуют следующие предприятия:
- Саратовское УАВР и КРС;
- Елшанское УПХГ;
- Степановское УПХГ;
- Песчано-Умётское УПХГ.
В Башкирии расположены два актива: Башкирское УАВР и Канчуриское УПХГ, в Рязанской области — Калужское и Касимовское УПХГ. В Краснодарском крае действуют Краснодарское и Кущевское УПХГ, а в Ставропольском крае — Ставропольское УПХГ, УАВР и КРС.
В других регионах России по одному УПХГ расположены в Удмуртии, Ленинградской, Новгородской, Самарской, Тюменской, Оренбургской, Калининградской, Волгоградской и Пензенской областях.
На Ставрополье находится крупнейшее газохранилище в мире — Северо-Ставропольское ПХГ, способное вмещать до 90 миллиардов кубометров газа.
В рамках стран СНГ Газпром владеет тремя хранилищами в Беларуси и одним в Армении. Также Газпром имеет доступ к нескольким ПХГ в Европе, включая хранилища в Германии, Австрии, Сербии, Чехии, Нидерландах и частично в Латвии.
Во время отопительного сезона подземные хранилища обеспечивают до 22% всех поставок газа под брендом Газпром, а в холодные зимы эта доля может составлять до 40%. В последние несколько лет компания постепенно увеличивает объём газового резерва в своих сетях хранилищ.
| Отопительный сезон | Максимальная суточная производительность ПХГ, млн кубометров |
| 2013–2014 | 727,8 |
| 2014–2015 | 770,4 |
| 2015–2016 | 789,9 |
| 2016–2017 | 801,3 |
| 2017–2018 | 805,3 |
| 2018–2019 | 812,5 |
Данные взяты с официального сайта ПАО Газпром
Во время зимнего отопительного сезона 2019–2020 годов Газпром смог увеличить объем газа в ПХГ до рекордных 72,2 миллиарда кубометров. С учётом хранилищ в Беларуси и Армении этот показатель достиг 73,4 миллиарда кубометров. Хранилища в совокупности способны обеспечивать выдачу 843,3 миллиона кубометров газа в сутки.
Согласно Генеральному плану развития газовой отрасли в России, к 2030 году суточная производительность газовых хранилищ должна достигнуть 1 миллиарда кубометров.
Любой продукт надо как-то хранить. Газ не исключение. Индустрия подземного хранения газа имеет уже почти столетнюю историю.
Колебания и пики
ПХГ (подземные хранилища газа) играют значительную роль в обеспечении надежности снабжения потребителей газом. Они позволяют балансировать суточные колебания в потреблении газа и удовлетворять пиковые потребности в зимний период. Особенно велика значимость ПХГ в России с её климатическими условиями и удаленностью источников газа от конечных потребителей. В России функционирует уникальная по своим масштабам Единая система газоснабжения (ЕСГ), в которой ПХГ занимают центральное место. Они обеспечивают гарантированное снабжение потребителей природным газом вне зависимости от времени года, температурных колебаний или форс-мажорных обстоятельств.
Предусмотрительная природа
Тем не менее, необходимо отметить, что газ занимает значительно больший объём по сравнению с твёрдыми телами и жидкостями. Поэтому было бы крайне затруднительно найти подходящие герметичные резервуары, если бы природа сама не создала их. Пористые песчаниковые пласты в земной коре, герметично укрытые сверху глинистым слоем, могут служить природными хранилищами газа. В порах песчаника может находиться не только вода, но также и углеводороды. В процессе создания ПХГ газ, скапливающийся под глиняной покрышкой, вытесняет воду вниз.
Активный газ
При создании подземного хранилища часть газа задерживается в пласте-коллекторе для формирования необходимого давления. Этот газ называется буферным и составляет приблизительно половину общего объёма газа, который закачивается в хранилище. Газ, который в дальнейшем будет извлекаться из ПХГ, именуется активным или рабочим газом. Самым большим хранилищем газа на планете является Северо-Ставропольское ПХГ с объёмом 43 миллиарда кубометров активного газа. Этого объёма было бы достаточно, чтобы удовлетворить годовое потребление газа, например, во Франции или Нидерландах. Северо-Ставропольское ПХГ было построено на базе истощенного газового месторождения.
Пещеры с самозаживлением
Соляные пещеры представляют собой идеальные герметичные резервуары. Процесс создания подземной соляной пещеры для хранения газа не так сложен, хотя и занимает продолжительное время. Скважины бурятся в подходящем по высоте слое каменной соли. Затем в них подается вода, которая вымывает необходимый объём полости в соляном массиве. К тому же, соль обладает способностью самозаживлять трещины и разломы. В настоящее время в России осуществляется строительство двух хранилищ в отложениях каменной соли — в Калининградской и Волгоградской областях.
Как это работает
Процесс закачки газа заключается в нагнетании его в искусственную газовую залежь при строгом соблюдении установленных технологических параметров. Газ от магистрального газопровода поступает на очистку от механических примесей, затем проходит контроль объёма и учёта, после чего попадает в компрессорный цех для сжатия и дальнейшей подачи на газораспределительные пункты (ГРП) через коллекторы. На ГРП общий газовый поток делится на технологические линии, которые подключаются к шлейфам скважин. Обвязка технологических линий позволяет контролировать производительность каждой скважины, а также температуру и давление газа на этапе закачки.
Обратно в трубу
Отбор газа из подземного хранилища практически идентичен процессу добычи газа из газовых месторождений, но с одним важным отличием: активный (товарный) газ отбирается в течение 60-180 суток. Газ проходя по шлейфам, поступает на газосборные пункты, откуда собирается в общий газосборный коллектор. После накопления газ отправляется на площадку сепарации для отделения пластовой воды и механических примесей, затем очищенный и осушенный газ поступает в магистральные газопроводы. Другие способы отборных процессов газа аналогичны.
Порядок заполнения хранилища
Когда геологи завершают исследования определённого пласта и принимают решение о целесообразности построения газового хранилища, газодобытчики запускают процессы строительства специального инженерного комплекса.
Современные ПХГ предоставляют наиболее безопасный способ хранения запасов газа. Тем не менее, случаи утечек газа остаются значительной проблемой как для газовщиков, так и для экологов, для которых такие ситуации представляют весомую угрозу для окружающей среды. На изображениях, представленных ниже, иллюстрируется возникновение пожаров на одной из венгерских подземных ПХГ, что подчеркивает риски, связанные с утечками газа.
После завершения строительства начинается процесс закачки голубого топлива в созданное ПХГ, которое подводится от ближайшего магистрального трубопровода к площадке очистки для удаления возможных механических примесей.
Очищенный газ направляется на учет и замер. После этого осуществляется закачка газа в компрессорный цех, где необходимое для закачки давление газа создаётся путём компримирования. Далее газ транспортируется на газораспределительные пункты, где общий поток газа делится на несколько потоков и поступает в различные технологические линии, которые ведут к скважинам для закачивания.
На протяжении всего процесса закачки специалисты внимательно контролируют ключевые параметры, такие как давление газа, температура и производительность каждой скважины.
ПХГ в России
Процесс строительства подземных хранилищ газа в России стартовал в 1950-х годах. На данный момент они интегрированы в Единую систему газоснабжения, которая управляется дочерней структурой ОАО «Газпром» — ООО «Газпром ПХГ».
На сегодняшний день в стране эксплуатируется 25 ПХГ, из которых 17 расположены на истощённых месторождениях, а восемь были созданы в водоносных горизонтах. Все они рассредоточены в ключевых регионах, где наблюдается высокий уровень потребления газа.
Подземные хранилища газа | Underground gas storage (ENG SUB)
В Московском регионе функционируют четыре хранилища Газпрома:
- Московские УАВР и КРС;
- УМТСиК;
- Московский УДДГС;
- ИТЦ.
Саратовская область также играет значительную роль в области хранения газа. В регионе работают следующие объекты:
- Саратовское УДВР и КРС;
- Елшанское ПХГ;
- Степановское ПХГ;
- Песчано-Умётское ПХГ.
В Башкирии имеются два хранилища — Башкирское УГР и Канчуринское УГР, в Рязанской области находятся Калужское и Касимовское УГР. В Краснодарском крае действуют Краснодарское и Кущевское ПХГ, а в Ставропольском крае — Ставропольское ПХГ, УАВР и КРС.
В других регионах также расположено по одному УГСФ в Удмуртии, Ленинградской, Новгородской, Самарской, Тюменской, Оренбургской, Калининградской, Волгоградской и Пензенской областях.
На Ставрополье располагается крупнейшее в мире газохранилище — Северо-Ставропольское ПХГ, максимально вмещающее до 90 миллиардов кубометров газа.
На территории стран СНГ Газпром владеет тремя хранилищами в Беларуси и одним в Армении. Кроме того, Газпром получает доступ к нескольким ПХГ в странах Европы: в Германии, Австрии, Сербии, Чехии, Нидерландах и частично в Латвии.
В отопительный сезон на долю подземных хранилищ приходится до 22% от общего объема поставок газа Газпрома, а в холодные зимы эта доля может возрасти до 40%. В последние несколько лет компания последовательно увеличивала объём имеющегося газа в своих хранилищах.
| Отопительный сезон | Максимальная суточная добыча на ПХГ, млн м³ |
| 2013-2014 | 727,8 |
| 2014-2015 | 770,4 |
| 2015-2016 | 789,9 |
| 2016-2017 | 801,3 |
| 2017-2018 | 805,3 |
| 2018-2019 | 812,5 |
Данные взяты с официального сайта ПАО «Газпром»
Газпром зарегистрировал рекордное наращивание запаса газа в своих подземных хранилищах на зимний период 2019-2020 годов, достигнув уровня в 72,2 миллиарда кубометров. С учетом хранилищ в Беларуси и Армении эта цифра возросла до 73,4 миллиарда кубометров, с суточной выдачей газа на уровне 843,3 миллиона кубометров.
По озвученному Генеральному плану развития газовой отрасли в России, к 2030 году ожидается, что суточная производительность газовых хранилищ достигнет отметки в 1 миллиард кубометров.
