Хранилище нефти и газа

С проблемой транспорта нефти и газа связана и проблема их хранения. До сих пор основным видом хранилищ нефти и нефтепродуктов являются искусственные резервуары, находящиеся непосредственно на земле или даже опущенные ниже ее уровня. Емкость их бывает различной: от десятков тонн до десятков тысяч тонн. Обычно недалеко от крупных нефтепромыслов и в крупных морских портах сооружаются резервуарные парки. Резервуарные парки различаются по своей емкости -- в одном парке таких хранилищ может быть 10--15, в другом несколько десятков. Основной недостаток наземных хранилищ -- это большая испаряемость (потери), а также опасность пожара, поэтому, как правило, их строят на значительном удалении oт прочих объектов.

Что касается хранения газа, тo здесь, пожалуй, возможностей несколько больше. Газ хранится как в наземных резервуарах.

В последние годы делались попытки закачивать нефть и жидкие нефтепродукты в естественные природные пустоты, иными словами создавать искусственные нефтяные залежи, однако, как показывает практика, этот способ очень дорог и не всегда приносит желаемые результаты вследствие непредвиденных больших потерь нефти при извлечении из такого хранилища.

Подъезжая к крупным городам -- Москве, Киеву можно видеть огромные площади, занятые батареями серебристых баллонов, расположенных штабелями. Это и есть газосборные и распределительные парки. Дело в том, что в городах потребность в газе сезонная, она резко увеличивается осенью и зимой (отопительный сезон) и уменьшается летом. Все эти парки и служат своего рода распределительным механизмом, регулирующим подачу топлива потребителю.

Газовое хранилище

Природный или искусственный резервуар для хранения газа. Различают Г. х. наземные (см. Газгольдер) и подземные. Основное промышленное значение имеют подземные Г. х., способные вмещать сотни млн. м3 (иногда млрд. м3) газа. Они менее опасны и во много раз экономически эффективнее, чем наземные. Удельный расход металла на их сооружение в 20--25 раз меньше. В отличие от газгольдеров, предназначенных для сглаживания суточной неравномерности потребления газа, подземные Г. х. обеспечивают сглаживание сезонной неравномерности. В зиму 1968--69 из подземных Г. х. в Москву в сутки подавалось до 20 млн. м3 природного газа, а из газгольдеров -- только 1 млн. м3. Летом, когда резко уменьшается расход газа, особенно за счёт отопления, его накапливают в Г. х., а зимой, когда потребность в газе резко возрастает, газ из хранилищ отбирают (рис.). Кроме того, подземные Г., х. служат аварийным резервом топлива и химического сырья.

Газотранспортная система, рассчитанная на максимальную потребность в газе, на протяжении года будет не загружена, если же исходить из минимальной подачи, то город в отдельные месяцы не будет полностью обеспечен газом. Поэтому газотранспортную систему сооружают исходя из средней её производительности, а вблизи крупных потребителей газа создают Г. х. Сезонную неравномерность потребления газа частично выравнивают с помощью т. н. буферных потребителей, которые летом переводятся на газ, а зимой используют др. вид топлива (обычно мазут или уголь).

Подземные Г. х. сооружаются двух типов: в пористых породах и в полостях горных пород. К первому типу относятся хранилища в истощённых нефтяных и газовых месторождениях, а также в водоносных пластах. В них природный газ обычно хранится в газообразном состоянии. Ко второму типу относятся хранилища, созданные в заброшенных шахтах, старых туннелях, в пещерах, а также в специальных горных выработках, которые сооружаются в плотных горных породах (известняках, гранитах, глинах, каменной соли и др.). В полостях горных пород газы хранятся преимущественно в сжиженном состоянии при температуре окружающей среды и при давлении порядка 0,8--1,0Мн/м2 (8--10кгс/см2) и более. Обычно это пропан, бутан и их смеси. С начала 60-х гг. применяется в промышленных масштабах подземное и наземное хранение природного газа в жидком состоянии при атмосферном давлении и низкой температуре (т. н. изотермические хранилища).

Наиболее дёшевы и удобны Г. х., созданные в истощённых нефтяных и газовых залежах. Приспособление этих ёмкостей под хранилища сводится к установке дополнительного оборудования, ремонту скважин, прокладке необходимых коммуникаций. В тех районах, где нужны резервы газа, а истощённые нефтяные и газовые залежи отсутствуют, Г. х. устраивают в водоносных пластах. Г. х. в водоносном пласте представляет собой искусственно созданную газовую залежь, которая эксплуатируется циклически. Для устройства такой залежи необходимо, чтобы водоносный пласт был достаточно порист, проницаем, имел бы ловушку для газа и допускал оттеснение воды из ловушки на периферию пласта. Обычно ловушка -- это куполовидное поднятие пласта, перекрытое непроницаемыми породами, чаще всего глинами. Газ, закачанный в ловушку, оттесняет из неё воду и размещается над водой. Плотные отложения, образуя кровлю над пластом-коллектором, не позволяют газу просочиться вверх. Пластовая вода удерживает газ от ухода его в стороны и вниз. При создании Г. х. в водоносном пласте основная трудность состоит в том, чтобы выяснить, действительно ли разведываемая часть пласта представляет собой ловушку для газа. Кроме того, необходимо в условиях обычно значит, неоднородности пласта наиболее полно вытеснить из него воду, не допуская при этом ухода газа за пределы ловушки. Создание Г. х. в водоносном пласте продолжается в среднем 3-- 8 лет и обходится в несколько млн. руб. Срок окупаемости капитальных затрат составляет 2--3 года. Г. х. в водоносных пластах устраивают обычно на глубине от 200-- 300 до 1000--1200 м.

В СССР на основе теоретических работ И. А. Чарного разработано и впервые в мире осуществлено в промышленных масштабах вблизи Ленинграда (Гатчинское подземное Г. х.) хранение газа в горизонтальных и пологопадающих водоносных пластах (1963). Этот метод основан на том, что газовый объём, находящийся в водонасыщенной пористой среде (при достаточно больших его размерах), расплывается в горизонтальном пласте очень медленно и утечки не имеют существенного значения. Хранение газа без ловушек представляет большой практический интерес, поскольку во многих газопотребляющих районах отсутствуют благоприятные условия для создания водоносных газохранилищ обычного типа.

Из Г. х. в полостях горных пород наибольшее значение имеют хранилища, сооруженные в отложениях каменной соли. Создание такой ёмкости в 10--20 раз дешевле, чем в др. горных породах. Ёмкость в каменной соли создаётся обычно путём выщелачивания её водой через скважины, которые используются затем при эксплуатации хранилища. Объём одной каверны достигает 100--150 тыс. м3. Размыв такой каверны продолжается 3--4 года. Хранилище в соли сооружают на глубине от 80--100 до 1000 м и более. Для хранения природного газа целесообразны глубокие хранилища, т. к. в них можно поддерживать более высокие давления и, следовательно, содержать в заданном объёме больше газа.

Особое место занимают изотермические подземные Г. х. (например, для сжиженного метана), которые представляют собой котлован с замороженными стенками. Верхняя часть резервуара укреплена бетонным кольцом, на которое опирается стальная крыша с теплоизоляционным материалом. Для сооружения изотермического хранилища по его периметру бурится кольцевая батарея скважин, с помощью которых грунт вокруг будущего хранилища на период строительства замораживается. После сооружения ёмкости и заполнения её сжиженным метаном надобность в морозильных скважинах отпадает. Сжиженный метан хранится при атмосферном давлении и температуре -- 161, -- 162 °С. Толщина замороженных грунтовых стенок резервуара медленно растет и достигает 10--15 м. Потери тепла со временем уменьшаются. Низкая температура в хранилище поддерживается за счёт испарения части метана (2--4% в месяц). Пары собираются, сжижаются и возвращаются в хранилище. Отбор метана производится погружными центробежными насосами и последующей регазификацией жидкости на специальных установках. Изотермические Г. х. создают в различных условиях, в том числе и в слабоустойчивых грунтах. Геометрическая ёмкость их достигает 80 тыс. м3. Изотермическое хранение метана обычно значительно дороже, чем хранение его в газообразном состоянии в водоносных пластах. Для хранения углеводородов в жидком состоянии применяются и наземные ёмкости -- стальные резервуары с двойными стенками, между которыми помещен теплоизоляционный материал. Наземные изотермические Г. х. относительно дороги и металлоёмки, поэтому они распространены мало.

Историческая справка. Первое подземное Г. х. сооружено в Канаде (1915) в истощённой залежи. Наибольшее развитие подземное хранение газа получило в США, где в 1968 насчитывалось 330 Г. х., общая ёмкость которых составляла 124 млрд. м3. Подземные Г. х. имеются также в ГДР, Польше, Чехословакии, ФРГ, Франции и др. странах. В СССР первым было сооружено Башкатовское Г. х. в Куйбышевской обл. (1958) на базе истощённой газовой залежи. В 1959 началось заполнение газом Калужского водоносного газохранилища, и с 1963 оно эксплуатируется. Его объём -- 400 млн. м3. Позднее в водоносном пласте было создано одно из крупнейших в мире -- Щёлковское Г. х.; в нём хранится около 3,0 млрд. м3 газа, максимальное давление -- 11 Мн/м2 (110 кгс/см2). Рабочий расход газа по этому хранилищу достигает 15 млн. м3 в сутки.

В СССР газ в промышленных масштабах отбирается из 5 Г. х., созданных в истощённых залежах, и из 7 -- в водоносных пластах; два Г. х. сооружены в отложениях каменной соли (1969). Два крупных подземных Г. х. созданы в истощённых газовых месторождениях Саратовской обл. В них производится закачка газа из мощной системы газопроводов Средняя Азия -- Центр. Начаты работы по сооружению крупнейших Г. х. на базе истощённых месторождений Зап. Украины, Башкирии и Азербайджана. Значительно расширяются Калужское,

Щёлковское (РСФСР) и Олишевское (УССР) хранилища; заполняются газом Краснопартизанское (УССР), Инчукалнское (Латвийская ССР) и др. хранилища. К 1975 общую ёмкость отечественных подземных Г. х. намечено довести до 51 млрд. м3. июня.

Хранилища

Вот уже несколько лет значительная часть газа, около четверти всего потребляемого количества, приходит в столицу из огромных подземных хранилищ, расположенных в районе Калуги и подмосковного города Щелково. Эти хранилища появились еще задолго до возникновения проблемы «сезонной неравномерности» -- они были созданы самой природой многие миллионы лет тому назад. Для хранения газа используются глубинные пористые слои песчаника. Снизу они изолированы водоносными слоями, сверху -- плотным глиняным «куполом» толщиной 15--30 м. Примерно такую же толщину имеют и сами пористые слои. Эти слои находятся на глубине 750--950 м, поэтому Закачки и отбор газа осуществляются компрессорными установками через многочисленные скважины.

Естественно, что закачивают газ в хранилища в летние месяцы, причем только одно Щелковское хранилище на освоенной площади (около 18 км2) вмещает 1,5-- 1,8 млрд. м3 газа. Этого количества могло бы хватить для такого города, как Москва, на один самый холодный месяц. Щелковское и Калужское хранилища газа успешно эксплуатируются несколько лет.

Геологи ведут поиски структурных водоносных ловушек, аналогичных тем, к которым приурочены залежи углеводородов, и вблизи других промышленных центров. Некоторые крупные хранилища уже исследованы и сейчас проходят эксплуатационные испытания, например, Гатчинское хранилище газа вблизи Ленинграда и Олишевское вблизи Киева.

В отличие от нефти закачка газа в природные пласты или в истощенные нефтяные залежи дала весьма положительные результаты и за последние годы нашла широкое применение не только в России, но и за рубежом, В США, например, существует более 200 подземных хранилищ с общими запасами газа около 160 млрд. м3. Почти все эти хранилища устроены в ранее выработанных газовых залежах, остальные -- в нефтегазоносных и водоносных пластах.

Попутный газ

И еще одно интересное техническое новшество в этом вопросе. Известно, что в последние годы разведчики недр шагнули далеко в море. Раньше попутный газ на морских месторождениях просто сжигали, а природный газ сжижали и транспортировали на берег танкерами. Но все это возможно опять-таки при известных условиях -- если небольшая глубина моря, недалеко берег и т. п. А что делать, если газовое месторождение расположено, скажем, на глубине 30 м и более и в нескольких десятках километров от берега? Не строить же эстакаду под газохранилище, это дорого и не всегда возможно из-за больших глубин моря и различных погодных условий.

Тогда инженеры предложили весьма простой и оригинальный способ. Заключается он в следующем. На глубине 10--12 м под поверхностью моря (там, где штормовые волны теряют свою силу) закрепляется огромный металлический колпак в виде крышки, которая крепится к морскому дну при помощи свай (вроде навеса) или при помощи канатов и якорей. Газ, поступающий из морской скважины по трубопроводу, загоняется под колпак и находится там до тех пор, пока погода не позволит подойти танкеру к этому месту и забрать его (предварительно переводя в жидкое состояние) в свои трюмы-танки. С поверхностью моря это хранилище соединена гибким шлангом, который поддерживается огромным буем. На первый взгляд это выглядит довольно просто, однако от проекта до массового внедрения нужно преодолеть много технических трудностей. Тем не менее сегодня подобные хранилища уже создаются и испытываются (правда, они пока очень невелики).

Транспорт и хранение нефти и газа

Сбор и хранение нефти и газа на промыслах -- автотранспорт-- железнодорожный транспорт -- морской транспорт -- трубопроводный транспорт -- хранение нефти и газа на земле, под землей, под водой

В предыдущих главах вкратце был рассмотрен весь процесс от поисков и разведки до разработки и эксплуатации месторождений нефти и газа. На нефтяных и газовых промыслах существует система, если можно так сказать, «первичного» сбора, обработки, транспорта и хранения нефти и газа. Эта система заключается в следующем: нефтегазовая смесь из скважины поступает по трубопроводу в специальную емкость -- трап, где в результате изменения скорости движения происходит разделение жидкой и газообразной фаз. Из трапа нефть и гав отводятся по разным трубопроводам в специальные промысловые емкости.

Следует отметить, что на всех современных крупных промыслах нефть и газ, прежде чем поступить в стационарную емкость, проходят целую стадию предварительной обработки, включающую стабилизацию давления, обезвоживание, обессоливание, отделение серы и пр. Эта обработка значительно снижает корродирующее действие продуктов на емкости и трубопроводы.

Когда нефть или природный газ уже подняты на поверхность земли, возможны два варианта их дальнейшего пути: или непосредственно с промысла они транспортируются на нефтехимическое предприятие или же поступают в специальные хранилища, а уж затем транспортируются.

Транспортировка нефти и газа с промысла может быть различной в зависимости от технической оснащенности промысла, места расположения его и т. п. Скажем, промыслы, расположенные на берегу моря или реки, имеют наземные хранилища, соединенные трубопроводами с нефтеналивными причалами; если промысел расположен в отдаленном континентальном районе, то он может быть связан с потребителем (нефтехимическим предприятием) либо трубопроводом, либо железной дорогой, либо шоссе.

С древних времен и до наших дней виды транспорта нефти и газа претерпели значительные качественные и количественные изменения -- от бочек и бамбуковых труб до танкеров и трубопроводов протяженностью в несколько тысяч километров.

Подземное хранение газа

В связи с большими масштабами расхода газа на отопление в США весьма остро стоит проблема покрытия сезонных пиков потребления газа. Они покрываются как за счет прекращения подачи газа буферным потребителям в холодные дни, так и за счет отбора газа из подземных хранилищ, причем отключение буферных потребителей играет меньшую роль в покрытии максимального суточного пика, чем отбор из хранилищ.

Развитию подземного хранения газа в США благоприятствует наличие истощенных газовых месторождений вблизи многих крупных центров потребления газа. Большое значение имеет также заинтересованность американских газовых компаний в увеличении масштабов газового отопления, что связано с высокой прибыльностью продажи газа для отопления, и относительная дешевизна энергетического угля в большинстве районов дальнего газоснабжения, ограничивающая возможности поставок газа буферным потребителям.Первые подземные хранилища появились в США во время первой мировой войны, однако наиболее быстрый рост подземного хранения относится к периоду после второй мировой войны.В США в последние годы на создание подземных хранилищ расходуется 50--60 млн. долл. в год. С 1950 по 2005 г. число подземных хранилищ в США увеличилось со 125 до 258 (в том числе в водоносных пластах 12), их общая предельная емкость выросла за этот период более чем в два раза, ежегодный отбор газа из хранилищ -- в 6,4 раза. Максимальная суточная производительность повысилась до 353 млн. м3 в 2005 г.Суммарные капиталовложения в подземное хранение на начало 2005 г. достигали примерно 1 млрд. долл. Удельные капиталовложения на объем активного газа равны в среднем 26 долл. на 1000 м3, а на максимальную суточную производительность -- немногим более 2 тыс. долл. в расчете на 1000 м3/сутки.

Применение продуктов из газа

Термические процессы, применяемые при глубокой переработке нефти и в нефтехимии, требуют очень точной регулировки, которая может быть эффективно осуществлена лишь при использовании газообразного топлива. Следует отметить, что достижения в области нефтеперерабатывающей промышленности и нефтехимии США в значительной мере связаны с использованием газа в качестве технологического топлива. В трубопрокатном производстве в прошлом при калибровке труб в зависимости от характера необходимой выправки приходилось непрерывно менять установку валков калибровочного стана. В настоящее время выправка трубы достигается с помощью регулирования температуры ее отдельных участков. Регулирование осуществляется газовой печью непрерывного действия, которая расположена перед калибровочным станом. Температура отдельных участков трубы определяет степень деформации металла. Применение природного газа способствовало техническому прогрессу и в легкой промышленности. На многих хлебопекарных предприятиях США производство автоматизировано с помощью Современных газовых печей. В текстильной промышленности применение газовых сушилок позволило повысить производительность установок и улучшить качество продукции. Прогресс в полиграфической промышленности США также связан с использованием природного газа. Изобретение специальной типографской краски в сочетании с внедрением автоматизированной газовой нагревательной аппаратуры позволило резко сократить время, необходимое для сушки, и таким образом увеличить скорость печатания в 4 раза.

Размещено на Allbest.ru