Ako sú usporiadané podzemné zásobníky plynu: vhodné spôsoby skladovania zemného plynu

Zdalo by sa, že poznatky o tom, ako sú usporiadané podzemné zásobníky plynu, nemajú pre bežného používateľa praktický význam. Ale ľudstvo je príliš závislé od „modrého“ paliva a tak veľmi by sme chceli byť presvedčení, že nikdy nedôjde k prerušeniu jeho dodávok. Veď je to pravda?

A každého krajana môže upokojiť informácia o podzemných zásobníkoch plynu (PZP) — pokiaľ sú plné, problémy s plynofikáciou nebudú. Viac o usporiadaní zásobníkov a zvláštnostiach skladovania sa dočítate v našom článku.

Usporiadanie podzemných zásobníkov plynu

Ak na skladovanie plynu pre domáce potreby majitelia súkromných domov používajú plynové zásobníky, v celoštátnom meradle ide o úplne iné spôsoby skladovania. Oficiálne sú podzemné zásobníky plynu komplexmi inžiniersko-technických stavieb, ktoré slúžia na vtláčanie, skladovanie a odber „modrého“ paliva. Pozostávajú z nadzemných a podzemných komponentov.

K nadzemným patria:

• plynový distribučný bod, ktorý slúži na rozdelenie plynového prúdu na niekoľko technologických;
• kompresorová hala, kde sa pripravuje palivo (zvyšovaním tlaku) na vtláčanie do vrtov;
• zariadenia na čistenie plynu.

Podzemnými komponentmi PZP sú: vrty, banské diela, nádrže. A posledný bod (nádrže) je najzaujímavejší — od toho, kde sa skladuje „modré“ palivo, závisí, ako je usporiadaný samotný plynový zásobník.

Moderné podzemné zásobníky plynu sú navonok podobné veľkým závodom. Pretože na zabezpečenie vtláčania/odberu paliva je potrebné používať výkonné kompresorové, čistiace a iné zariadenia. Ktoré obsluhujú stovky, ba až tisíce odborníkov

Prehľad nádrží na skladovanie plynu

Pri rovnakej hmotnosti zaberá plyn oveľa väčšie plochy ako akékoľvek pevné telesá. A keďže sa používa v obrovských množstvách, na jeho skladovanie sú potrebné rovnako veľké nádrže.

Navyše, od skladovania plynu v človekom vytvorených nadzemných rezervoároch odborníci upustili už pred storočím.

Dôvodom je, že by na to bolo potrebné:

• zaberajú obrovské plochy planéty komplexmi na skladovanie «modrého» paliva s nízkym tlakom;
• používať nákladné a výbušné plynové zásobníky vysokého tlaku.

V dôsledku toho, aby sa vyrovnali uvedené negatívne aspekty, bola voľba urobená v prospech podzemných úložísk, pričom takéto nádoby sa považujú za tie, ktoré sa nachádzajú v značnej hĺbke. Tá, vo väčšine prípadov, predstavuje 300 až 1000 metrov. A palivo tam možno skladovať v nádržiach vytvorených prírodou.

Celkovo sa inžinieri naučili úspešne používať 7 druhov prírodných rezervoárov na skladovanie plynu:

• vzniknuté v vodou nasýtených pórovitých vrstvách;
• zachované po ťažbe uhľovodíkov, konkrétne rovnakého plynu a ropy;
• vytvorené v usadeninách kamennej soli;
• vytvorené v banských dielach baní;
• vytvorené v pevných večne zamrznutých horninách;
• s nízkoteplotnou ľadovo-horninovou škrupinou;
• vzniknuté po podzemných atómových výbuchoch.

Hoci variantov je veľa, praktickosťou sa vyznačujú iba 4 prvé spôsoby skladovania plynu. Ostatné varianty rezervoárov sú vhodné iba teoreticky.

Severo-Stavropoľské PZP je najväčšie na svete a zásoba tam uskladneného plynu je schopná uspokojiť ročnú potrebu paliva takej veľkej krajiny, ako je Francúzsko. Pretože plocha úložiska predstavuje celých 680 km².

Príčina nepraktickosti zvyšných troch variantov je nasledovná:

• V zamrznutých horninách sa plyn skladovať dá, čoho dôkazom je niekoľko fungujúcich úložísk v severných oblastiach planéty. Ale ich objemy sú veľmi nepatrné, preto nemajú dnes žiadny priemyselný význam.
• Nádoby vytvorené podzemnými jadrovými výbuchmi sú celkom vhodné na skladovanie významných zásob plynu, čo už bolo experimentálne dokázané. Ale podstata je v tom, že silné zbrane skúšali ďalej od miest pobytu ľudí. Preto tam zvyčajne nie sú spotrebitelia ani inžinierske siete.

V dôsledku toho sú uvedené druhy nádob jednoducho nepoužiteľné.

Hoci sa PZP nazývajú úložiskami, v skutočnosti nie je ich prvoradou úlohou uchovávanie plynu. Pretože plyn v nich sa väčšinou používa na vyrovnávanie nerovnomernosti spotreby. Tá môže byť denná, týždenná, sezónna. Až ako posledné sa PZP vytvárajú na zmiernenie následkov vyššej moci.

Ďalej sa podrobnejšie pozrieme na každý z variantov skladovania plynu pod zemou.

Variant #1 — zásobníky vo vodou nasýtených vrstvách

Úložiská v vodou nasýtených vrstvách sú určené na vyrovnávanie dôsledkov sezónnej nerovnomernosti pri používaní plynu. A tiež na vytváranie strategických rezerv.

Dôležitá vlastnosť usporiadania takýchto úložísk spočíva v minimálnej účasti človeka – najčastejšie v etape vytvárania vrtov potrebných na vtláčanie plynu.

Na mape Ruska je vidieť, že PZP sa nachádzajú v blízkosti hlavných plynovodov a veľkých sídiel. Nie je to náhoda, pretože zásobníky sú určené na zabezpečenie stability spotreby plynu, a preto musia byť v bezprostrednej blízkosti veľkých objektov.

Uvedené kapacity sa hľadajú v artézskych vrstvách. Zásobníky plynu sa vytvárajú tam, kde je štruktúra horniny priepustná, pórovitá. Zvyšky kvapaliny sa odstraňujú plynom, ktorý ju stláča a potom vytláča.

Samotné takzvané kapacity na skladovanie paliva v skutočnosti také nie sú. Presnejšie povedané, vôbec neexistujú – ako miesto na skladovanie sa využívajú dutiny v pórovitých vrstvách. A celý postup vytvárania plynového zásobníka spočíva vo vytlačení časti vody na perifériu. Robí sa to s cieľom vytvoriť priestor pre „modré“ palivo.

Vyššie opísaný postup je možné vykonať len vtedy, ak tomu napomáha niekoľko faktorov:

• Pórovitá priepustná vrstva je pokrytá kupolou (krytom) z plynu nepriepustných hornín, ktorými sú zvyčajne lisované íly.
• Vodonosná vrstva sa rozprestiera od hraníc zásobníka na desiatky kilometrov. Ešte lepšie je, ak má výstup na povrch. Všetky uvedené skutočnosti umožňujú plynu úspešne vytláčať vodu nachádzajúcu sa vo vrstve.
• Dĺžka kupoly je dostatočná na to, aby umožnila skladovať značné objemy plynu.
• Pórovitosť a priepustnosť horniny zabezpečuje prijateľnú kapacitu plynu a schopnosť ho uvoľňovať pri ťažbe.

Ak nie je splnená aspoň jedna z podmienok, vytvorenie podzemného zásobníka bude nemožné.

Princíp fungovania moderných podzemných zásobníkov je jednoduchý. Osobitosti si môžeme pozrieť na príklade veľkých PZP, ktoré sa používajú na vyrovnávanie sezónnych nerovnomerností.

Takže zvyčajne v teplom období roka sa do nich vtláča potrebné množstvo plynu. Ten sa začína odoberať až s nástupom vykurovacej sezóny. Pritom do hlavného potrubia sa posiela nie nejaké obrovské množstvo plynu, ale priemerné, známe zo skúseností z prevádzky v predchádzajúcich zimách.

A ak náhle teplota prudko klesne a denná spotreba sa stane rádovo vyššou, veľký PZP aj tak nezvýši objemy odberu. Nedostatok pokryjú malé zásobníky určené na vyrovnávanie dennej, týždennej spotreby. Dôvod je ten, že z nich je jednoduchšie a rýchlejšie vykonať odber.

Za optimálne sa považujú kapacity s plochou od niekoľkých štvorcových kilometrov. S rozdielom výšok dna a vrcholu kupoly v rozmedzí 10-15 metrov.

Výhodou PZP vo vodou nasýtených vrstvách je značná kapacita. Nevýhodou je, že geológovia pri štúdiu osobitostí zvodnenej vrstvy nemusia odhaliť a zohľadniť nejaký dôležitý faktor. V dôsledku čoho sa zásobník ukáže ako nevhodný na použitie.

A najhoršie na tom je, že sa to často odhalí až po obrovských kapitálových investíciách do výstavby nadzemnej a podzemnej infraštruktúry. Pomerne často sa vyskytujú aj menej významné nepríjemnosti, preto je prevádzka PZP vo vodou nasýtených horninách sprevádzaná značnými neplánovanými nákladmi.

Variant #2 — zásobníky po vyťažení uhľovodíkov

Inžinierske komplexy, ktoré patria do tohto druhu, slúžia na vyrovnávanie sezónnych výkyvov spotreby «modrého» paliva. A tiež na vytváranie strategických zásob.

Podzemné zásobníky sú vyhľadávané z toho dôvodu, že ich vytvorenie a prevádzka sú ekonomicky najvýhodnejšie. A obrovské nadzemné plynové zásobníky (zobrazené na fotografii) sa používajú, ak nie je možné použiť diaľkové plynovody s PZP. Okrem toho sa v nádržiach zobrazených na fotografii obvykle skladuje výlučne skvapalnený plyn.

Zariadenie zásobníkov tohto druhu je rovnaké ako v prípade obdobných zásobníkov vytvorených vo vodou nasýtených vrstvách. To znamená, že palivo sa skladuje v dutinách pórovitých hornín.

PZP vytvorených v horninách, kde sa kedysi nachádzali uhľovodíky, je vo svete najviac. Ich počet dosahuje významných 70%, dôvodom sú viaceré výhody.

Medzi ktoré patrí: značná kapacita a úspora na kapitálových investíciách do prieskumu, vytvárania infraštruktúry alebo jej časti, vŕtania — na mieste vytvorenia takýchto PZP sa už vykonávala ťažba ropy, zemného plynu.

Je potrebné si uvedomiť, že zakopané plynové zásobníky nie sú podzemnými zásobníkmi. Pretože sú určené na riešenie úplne iných úloh. A pod zemou sa nachádzajú len preto, aby sa odparovanie skvapalneného plynu stalo účinnejším pri silných mrazoch. A to bez akýchkoľvek nákladov. Tiež podmienečne podzemné umiestnenie plynových zásobníkov umožňuje šetriť užitočný priestor, napríklad na prídomkovom pozemku.

Ale zásobníky, ktoré zostali po vyťažení uhľovodíkov, nemožno nazvať ideálnymi.

Majú množstvo nevýhod:

• problémy s tesnosťou starých vrtov – najmä to platí pre bývalé ložiská ropy;
• nedostatočná pórovitosť, priepustnosť hornín;
• miešanie plynu so zvyškami ropy – čo niekedy vedie k značným stratám, pretože získanú zmes už nie je možné použiť.

A tiež sa často na ropných ložiskách v plyne vyskytuje nebezpečná prímes vo forme sírovodíka. Ktorý je škodlivý pre zdravie ľudí a tiež ničí všelijaké konštrukcie z ocele, a to aj tie, ktoré sú z nehrdzavejúcej ocele.

Prevádzka PZP (podzemných zásobníkov plynu) založených na miestach vyčerpaných ložísk uhľovodíkov je možná vzhľadom na to, že plyn pri vtláčaní vytláča zvyšky ropy z príslušného súvrstvia. Navyše, podobne ako voda, má vlastnosť stlačiteľnosti a pohyblivosti, čo uľahčuje úlohu zriadenia zásobníka. Niekedy je ropa pod tlakom plynu vytláčaná nie do horniny, ale stúpa nahor, čo sa stáva dodatočným zdrojom príjmu.

Variant #3 — rezervoáry v usadeninách kamennej soli

Takéto zásobníky s plynom slúžia na vyhladzovanie dennej a týždennej nerovnomernosti jeho spotreby a tiež sa podieľajú na vyrovnávaní sezónnej nerovnomernosti. Okrem toho zásobníky v soľných vrstvách úspešne plnia úlohu rezervného zdroja pre dôležitých odberateľov.

Existujú len 2 žiadané spôsoby skladovania plynu pod zemou. A to v priepustných pórovitých vrstvách a v kavernách vymytých v soľných ložiskách. Prvý variant sa používa, keď je potrebné vytvoriť veľký zásobník, druhý – len na riešenie lokálnych úloh.

Uvedené PZP sa vytvárajú metódou vymývania časti soľných usadenín s cieľom vytvoriť dutinu potrebnej veľkosti. Na tento účel sa najprv vyvíta niekoľko vrtov, cez ktoré sa po dlhší čas privádza voda.

Hoci opísaný postup je zdĺhavý a nákladný, vypláca sa, pretože skladovanie vtláčaného zemného plynu prebieha bez strát. Dôvodom je, že soľné jaskyne sú vzduchotesné. Okrem toho majú efekt samouzdravovania – tektonické a iné trhliny pomerne rýchlo zarastajú soľnými usadeninami.

Výhoda zriadenia takýchto podzemných zásobníkov plynu spočíva v tom, že odber potrebného objemu paliva prebieha prakticky bez obmedzenia rýchlosti. Tá je niekoľkonásobne vyššia ako pri vykonávaní rovnakých operácií v zásobníkoch iných typov. Dôležitou výhodou PZP vybudovaných v soľných jaskyniach je aj vysoké percento odberu plynu – jeden z najvyšších spomedzi všetkých jeho typov.

Hornina na skladovanie plynu by mala byť taká, ako je znázornené na fotografii. To znamená priepustná a s dostatočným priestorom na umiestnenie veľkého objemu paliva. Okrem toho by štruktúra súvrstvia mala umožňovať ľahké vytláčanie vody a zvyškov ropy.

Počet kaverien v soľných vrstvách však nepresahuje 2 % z celkového počtu zásobníkov.

Na takýto ukazovateľ vplýva rad negatívnych faktorov:

• Prítomnosť obrovského množstva slanej vody po vymytí jaskýň na uskladnenie plynu. V dôsledku toho, ak v blízkosti nie je more alebo aspoň spracovateľské závody soli, kvapalinu nie je kam dať. To je hlavným dôvodom malého počtu PZP tohto druhu.
• Zmenšenie užitočného objemu počas prevádzky. K tomuto javu vedie vyparovanie soli v miestach s vyšším tlakom a jej hromadenie tam, kde je tlak nižší.
• Výskyt primesí v plyne, ktorými sú často zvyšky kvapaliny predtým použitej na vymývanie jaskyne.
• Nepatrné objemy, čo neumožňuje vytvárať zásoby v dostatočných množstvách.

V dôsledku toho sa soľné zásobníky zvyčajne používajú len tam, kde nie je možné použiť vyššie uvedené typy nádrží.

Variant #4 — PZP v horských baniach

Ich objemy sú nepatrné. Napriek tomu Švédi a Nóri skladujú časť svojich strategických zásob plynu v nádržiach práve tohto typu.

PZP v banských dielach — jediné plynové zásobníky úplne vybudované človekom. Napríklad v jednej bani výbuchmi vytvoria nádrž, ktorú potom obložia oceľovými plátmi.

Takto vyzerajú soľné kaverny používané na skladovanie plynu. Sú hermetické a spoľahlivé, ale majú obmedzenú veľkosť, preto sú vhodné na vytvorenie PZP nepatrného objemu. A to výlučne na riešenie lokálnych úloh. Napríklad v Rusku je z 27 v súčasnosti používaných zásobníkov len 2 soľných.

Hoci prevádzkovať PZP v opustených baniach je výhodné kvôli vysokému percentu a rýchlosti odberu, v blízkej budúcnosti sa ich počet významne nezvýši. Dôvodom je, že opísané zásobníky sa ťažko stavajú. Pretože sa nie vždy podarí dosiahnuť úplnú hermetickosť, čo vedie k značným stratám.

Stáva sa to preto, že pri prevádzke bane sa do nej snažia priviesť maximálne množstvo vzduchu. Na tento účel sa vytvára ventilačný systém s množstvom výstupov na povrch, ktoré sa pri budovaní zásobníka nie vždy podarí utesniť.

V dôsledku toho dnes existuje len niekoľko úspešných príkladov realizácie myšlienky skladovania plynu v opustených baniach (na území Švédska, Nórska, Nemecka).

Sú zásobníky plynotesné?

Úniky paliva sú časté procesy, ktorým sa nemožno vyhnúť. Pretože príčin je príliš veľa.

Pre pohodlie sa delia do 3 kategórií:

• geologické;
• technologické;
• technické.

K skupine geologických príčin patrí nehomogenita krytov PZP, prítomnosť tektonických zlomov, ako aj osobitosti hydrodynamiky a geochémie. Napríklad plyn môže jednoducho migrovať vrstvou a odborníci na to nijako neovplyvnia.

Technologické príčiny patria k najčastejším, pretože pravidelne dochádza k chybám pri hodnotení niektorých skutočností. Napríklad účinnosti hydro-pascí, zásob plynu, prebiehajúcich fyzikálno-chemických procesov.

Často sa na dosiahnutie potrebných vrstiev používa vŕtanie vrtov. Jeho technológia sa nelíši od podobných postupov pri pokuse dostať sa k ložiskám plynu a ropy.

Technické príčiny sú najčastejšie spojené so stavom používaných vrtov, pomocou ktorých sa uskutočňuje vtláčanie plynu.

Osobitosti vytvárania PZP

V 95% prípadov sa PZP vytvárajú vytláčaním vody plynom, zvyškov ropy z pórovitých vrstiev. Takto sa vytvárajú «kapacity» na uskladnenie «modrého» paliva.

A najhlavnejšou vlastnosťou je to, že objem plynu, ktorý sa používal na vytláčanie kvapalín, neskôr nemožno použiť na dodávku spotrebiteľom. Jeho úlohou je zabrániť návratu vody a zvyškov uhľovodíkov na pôvodné miesto. V opačnom prípade zásobník jednoducho prestane existovať.

To znamená, že uvedený plyn je bufferový. Jeho, spravidla, býva aspoň polovica z celkového objemu načerpaného do PZP. A v niektorých prípadoch je bufferového plynu 3-krát viac ako toho, ktorý možno použiť na dodávku spotrebiteľom, ktorý sa nazýva aktívny.

Je zaujímavé, že množstvo bufferového plynu nie je možné vopred vypočítať. To znamená, že všetko sa overuje výhradne experimentálnym spôsobom. Na čo sa v mnohých prípadoch míňajú roky. Avšak keď je získaný výsledok neuspokojivý, bufferový plyn možno vyčerpať v plnom objeme.

Postup plnenia zásobníka

Potom, čo geológovia vykonali prieskum nejakej vrstvy a rozhodli, že na potrebnom mieste možno vytvoriť plynový zásobník, ťažiari plynu postavia inžiniersky komplex.

Moderné PZP sú najbezpečnejším spôsobom skladovania zásob plynu. Ale ich časté úniky sú veľkým problémom pre plynárov a ekológov, ktorí považujú takéto prípady za podstatný problém pre životné prostredie. A stáva sa aj to, ako je zobrazené na fotografii (v diaľke je vidieť požiar na jednom z maďarských PZP)

A potom začína načerpávanie «modrého» paliva do budúceho PZP, ktoré sa privádza z najbližšieho hlavného plynovodu. A prichádza na čistiaci priestor, kde dochádza k odstraňovaniu všetkých možných mechanických nečistôt.

Čisté palivo sa privádza na meracie a zúčtovacie miesto. A potom do kompresorovej haly, kde sa vykonáva komprimácia – tak sa nazýva príprava plynu na načerpanie do zásobníka. Predstavuje zvýšenie tlaku plynu na požadovanú hodnotu.

Potom sa dopravuje na plynorozdeľovacie body. Kde sa celkový tok rozdeľuje na niekoľko prúdov a vstupuje do rôznych technologických liniek. Odtiaľ prostredníctvom šlejfov smeruje do vrtov na načerpanie.

Počas celého procesu odborníci kontrolujú rad parametrov, medzi ktorými sú tlak a teplota plynu, výkonnosť každej studne.

Závery a užitočné video k téme

Priložený video materiál nižšie je venovaný téme vytvorenia PZP na vyrovnávanie nerovnomernosti spotreby paliva, ktoré bude dodávať plynovod «Sila Sibíri».

Podzemné zásobníky plynu sú najspoľahlivejším a najvýhodnejším spôsobom vyrovnávania nerovnomerného odberu plynu a jeho stabilnej dodávky pri vyššej moci. A najzaujímavejšie je, že za to treba ďakovať nie ľudskému géniovi, ale prírode, ktorá predvídavo vytvorila vhodné vrstvy hornín.

Osobne ste sa podieľali na vytváraní podzemných zásobníkov plynu a chcete doplniť vyššie uvedený materiál užitočnými informáciami? Alebo ste si všimli nezrovnalosť v faktoch? Zanechajte svoje pripomienky a komentáre – blok spätnej väzby sa nachádza nižšie pod článkom.