Cách thức hoạt động của các cơ sở lưu trữ khí đốt dưới lòng đất: các phương pháp lưu trữ khí đốt tự nhiên phù hợp
Có vẻ như kiến thức về cách thiết kế các cơ sở lưu trữ khí đốt dưới lòng đất không có ý nghĩa thực tế đối với người sử dụng bình thường.Nhưng nhân loại quá phụ thuộc vào nhiên liệu “xanh” và chúng tôi thực sự muốn chắc chắn rằng nguồn cung cấp nhiên liệu này sẽ không bao giờ bị gián đoạn. Đúng không?
Và mọi đồng bào có thể yên tâm trước thông tin về các cơ sở lưu trữ khí đốt nằm dưới lòng đất (UGS) - miễn là chúng đầy đủ thì sẽ không có vấn đề gì về việc cung cấp khí đốt. Đọc thêm về cấu trúc lưu trữ và tính năng lưu trữ trong bài viết của chúng tôi.
Nội dung của bài viết:
Xây dựng kho chứa khí ngầm
Nếu chủ sở hữu nhà riêng sử dụng gas để dự trữ gas cho nhu cầu sinh hoạt bình gas, thì ở quy mô quốc gia, chúng ta đang nói về các lựa chọn lưu trữ hoàn toàn khác nhau. Như vậy, về mặt chính thức, các cơ sở lưu trữ khí đốt dưới lòng đất là tổ hợp công trình kỹ thuật phục vụ cho việc phun, lưu trữ và rút nhiên liệu “xanh”. Chúng bao gồm các thành phần trên mặt đất và dưới lòng đất.
ĐẾN đất liên quan:
- điểm phân phối khí, dùng để phân phối dòng khí vào một số quy trình công nghệ;
- cửa hàng máy nénnơi nhiên liệu được chuẩn bị (bằng cách tăng áp suất) để phun vào giếng;
- Nhà máy lọc khí.
Bí mật Các thành phần của UGS là: giếng, công trình, bể chứa. Và điểm cuối cùng (thùng chứa) là điểm thú vị nhất - cách bố trí kho chứa khí phụ thuộc vào nơi chứa nhiên liệu “xanh”.
Đánh giá bồn chứa gas
Với cùng trọng lượng, khí chiếm diện tích lớn hơn nhiều so với bất kỳ chất rắn nào. Và vì nó được sử dụng với số lượng lớn nên cần có những thùng chứa giống nhau để bảo quản nó.
Hơn nữa, các chuyên gia đã từ bỏ việc lưu trữ khí đốt trong các hồ chứa nhân tạo trên mặt đất cách đây một thế kỷ.
Lý do là điều này sẽ yêu cầu:
- chiếm giữ những khu vực rộng lớn trên hành tinh với các tổ hợp lưu trữ nhiên liệu “xanh” áp suất thấp;
- sử dụng bình gas cao áp đắt tiền và dễ nổ.
Do đó, để hóa giải các khía cạnh tiêu cực nêu trên, người ta đã lựa chọn các cơ sở lưu trữ dưới lòng đất và đây được coi là những container nằm ở độ sâu đáng kể. Trong hầu hết các trường hợp, phạm vi từ 300 đến 1000 mét. Và bạn có thể lưu trữ nhiên liệu ở đó trong các thùng chứa do thiên nhiên tạo ra.
Tổng cộng, các kỹ sư đã học cách sử dụng thành công 7 loại bể chứa khí tự nhiên:
- hình thành ở dạng xốp bão hòa nước;
- được bảo quản sau khi sản xuất carbohydrate, cụ thể là khí, dầu;
- hình thành trong các mỏ muối đá;
- được tạo ra trong quá trình hoạt động của mỏ;
- được tạo ra trong đá băng vĩnh cửu bền vững;
- với vỏ băng nhiệt độ thấp;
- được hình thành sau vụ nổ nguyên tử dưới lòng đất.
Mặc dù có nhiều lựa chọn nhưng chỉ có 4 phương pháp lưu trữ khí đầu tiên là khác nhau về tính thực tế.Các lựa chọn xe tăng còn lại chỉ phù hợp về mặt lý thuyết.
Lý do ba phương án còn lại không thực tế là như sau:
- Khí có thể được lưu trữ trong đá đông lạnh, bằng chứng là một số cơ sở lưu trữ hiện có ở các khu vực phía bắc hành tinh. Nhưng khối lượng của chúng cực kỳ không đáng kể, do đó ngày nay chúng không có ý nghĩa công nghiệp gì.
- Các thùng chứa được hình thành từ vụ nổ hạt nhân dưới lòng đất khá thích hợp để lưu trữ trữ lượng khí đốt đáng kể, điều này đã được chứng minh bằng thực nghiệm. Nhưng vấn đề là vũ khí mạnh mẽ đã được thử nghiệm cách xa nơi con người sinh sống. Vì vậy, thường không có người tiêu dùng hoặc tiện ích ở đó.
Kết quả là, những loại container này đơn giản là không phù hợp để sử dụng.
Mặc dù các cơ sở lưu trữ khí dưới lòng đất được gọi là cơ sở lưu trữ nhưng trên thực tế, bảo tồn khí không phải là nhiệm vụ chính của họ. Vì những gì có trong chúng chủ yếu được sử dụng để giải quyết tình trạng tiêu dùng không đồng đều. Có thể là hàng ngày, hàng tuần, theo mùa. Chỉ có phương sách cuối cùng là các cơ sở UGS được tạo ra để giảm thiểu hậu quả của các trường hợp bất khả kháng.
Tiếp theo, chúng tôi sẽ xem xét chi tiết hơn từng phương án lưu trữ khí dưới lòng đất.
Tùy chọn số 1 - lưu trữ ở dạng bão hòa nước
Các cơ sở lưu trữ ở các thành tạo bão hòa nước được thiết kế để giảm bớt ảnh hưởng của việc sử dụng khí đốt không đồng đều theo mùa. Và cũng để tạo ra nguồn dự trữ chiến lược.
Một tính năng quan trọng của việc thiết kế các cơ sở lưu trữ như vậy là sự tham gia tối thiểu của con người - thường là ở giai đoạn tạo giếng cần thiết để bơm khí.
Những thùng chứa này được tìm kiếm trong các thành tạo phun trào. Các cơ sở lưu trữ khí được tạo ra ở nơi cấu trúc đá có tính thấm và xốp. Chất lỏng còn lại được loại bỏ bằng khí, nén và sau đó ép ra ngoài.
Bản thân cái gọi là bể chứa nhiên liệu không thực sự như vậy. Chính xác hơn, chúng hoàn toàn không có ở đó - chúng được sử dụng làm nơi lưu trữ khoảng trống trong lớp xốp. Và toàn bộ quy trình tạo ra một cơ sở lưu trữ khí đốt bao gồm việc chuyển một phần nước ra ngoại vi. Họ làm điều này nhằm tạo không gian cho nhiên liệu “xanh”.
Quy trình được mô tả ở trên chỉ có thể được hoàn thành nếu một số yếu tố góp phần vào việc này:
- Lớp thấm xốp được bao phủ bởi một mái vòm (vỏ) bằng đá không thấm khí, thường là đất sét nén.
- Tầng chứa nước kéo dài hàng chục km tính từ ranh giới của cơ sở lưu trữ. Và thậm chí còn tốt hơn nếu nó có thể tiếp cận được bề mặt. Tất cả những điều trên cho phép khí ép thành công nước trong hệ tầng.
- Chiều dài của mái vòm đủ để cung cấp khả năng lưu trữ một lượng khí đáng kể.
- Độ xốp và tính thấm của đá đảm bảo khả năng chứa khí ở mức chấp nhận được và khả năng giải phóng nó trong quá trình phát triển.
Nếu ít nhất một trong các điều kiện không được đáp ứng thì sẽ không thể tạo được kho chứa dưới lòng đất.
Nguyên lý hoạt động của các kho chứa ngầm hiện đại rất đơn giản. Các đặc điểm có thể được kiểm tra bằng cách sử dụng ví dụ về các cơ sở lưu trữ khí đốt lớn dưới lòng đất được sử dụng để giải quyết những bất thường theo mùa.
Vì vậy, thông thường vào mùa ấm áp, lượng khí cần thiết sẽ được bơm vào chúng. Điều này bắt đầu bị loại bỏ chỉ khi mùa nóng bắt đầu. Hơn nữa, đó không phải là một lượng khí khổng lồ được đưa vào đường ống chính mà là lượng khí trung bình, được biết đến từ kinh nghiệm vận hành trong những mùa đông vừa qua.
Và, nếu đột nhiên nhiệt độ giảm mạnh và mức tiêu thụ hàng ngày tăng cao hơn, thì một cơ sở lưu trữ khí đốt ngầm lớn vẫn sẽ không tăng khối lượng rút ra. Và sự thiếu hụt sẽ được bù đắp bằng các cơ sở lưu trữ nhỏ được thiết kế để đáp ứng nhu cầu tiêu thụ hàng ngày và hàng tuần. Lý do là việc lựa chọn từ họ dễ dàng và nhanh chóng hơn.
Ưu điểm của các cơ sở UGS ở các thành tạo bão hòa nước là công suất đáng kể của chúng. Một bất lợi là các nhà địa chất khi nghiên cứu đặc điểm của tầng chứa nước có thể không xác định hoặc tính đến một số yếu tố quan trọng. Kết quả là bộ nhớ sẽ không thể sử dụng được.
Và điều tệ nhất là điều này thường xuyên bị lộ ra sau những khoản đầu tư khổng lồ vào việc xây dựng cơ sở hạ tầng trên mặt đất và dưới lòng đất. Cũng thường xuyên có những rắc rối ít nghiêm trọng hơn, từ đó việc vận hành các cơ sở lưu trữ khí đốt ngầm trong đá bão hòa nước đi kèm với những chi phí đáng kể ngoài kế hoạch.
Tùy chọn số 2 - thùng chứa sau khi sản xuất hydrocarbon
Các tổ hợp kỹ thuật thuộc loại này có tác dụng làm dịu đi những biến động theo mùa trong việc tiêu thụ nhiên liệu “xanh”. Và cũng để tạo ra nguồn dự trữ chiến lược.
Thiết kế của các cơ sở lưu trữ loại này cũng giống như trong trường hợp các chất tương tự được tạo ra trong các hệ tầng bão hòa nước. Tức là nhiên liệu được lưu trữ trong các khoảng trống của đá xốp.
Các cơ sở UGS được tạo ra trong các loại đá nơi từng có hydrocarbon là nhiều nhất trên thế giới. Vì vậy, số lượng của chúng đạt tới 70% đáng kể, lý do cho điều này là một số lợi thế.
Chúng bao gồm: công suất đáng kể và tiết kiệm vốn đầu tư vào thăm dò, tạo dựng cơ sở hạ tầng hoặc ít nhất là một phần cơ sở hạ tầng, khoan - sản xuất dầu khí đã được thực hiện tại địa điểm xây dựng các cơ sở lưu trữ khí đốt dưới lòng đất như vậy.
Nhưng các thùng chứa được bảo quản sau khi sản xuất hydrocarbon không thể gọi là lý tưởng.
Họ có nhiều nhược điểm:
- vấn đề về độ kín của giếng cũ - điều này đặc biệt đúng đối với các mỏ dầu cũ;
- đá không đủ độ rỗng, độ thấm;
- trộn khí với cặn dầu - điều này đôi khi dẫn đến tổn thất đáng kể do hỗn hợp thu được không thể sử dụng được nữa.
Ngoài ra, khí thường phát triển tạp chất nguy hiểm dưới dạng hydro sunfua trong các mỏ dầu. Điều này có hại cho sức khỏe con người, đồng thời còn phá hủy các loại kết cấu thép, kể cả những kết cấu liên quan đến thép không gỉ.
Việc vận hành các cơ sở lưu trữ khí đốt dưới lòng đất dựa trên các khu vực có trữ lượng hydrocarbon cạn kiệt là có thể thực hiện được do khí khi được bơm vào sẽ thay thế phần dầu còn lại khỏi sự hình thành mong muốn. Ngoài ra, giống như nước, nó có tác dụng nén, linh động nên dễ dàng thực hiện nhiệm vụ sắp xếp thùng chứa. Đôi khi dầu dưới áp suất khí không bị ép vào đá mà dâng lên trên cùng, trở thành một nguồn lợi nhuận bổ sung.
Phương án #3 - các bể chứa muối mỏ
Những thùng chứa khí như vậy có tác dụng giải quyết tình trạng sử dụng không đồng đều hàng ngày và hàng tuần, đồng thời tham gia vào việc san bằng thùng chứa theo mùa. Ngoài ra, các cơ sở lưu trữ ở các vùng muối đã đáp ứng thành công vai trò của nguồn dự phòng cho người tiêu dùng quan trọng.
Các cơ sở UGS được chỉ định được tạo ra bằng cách rửa sạch một phần cặn muối để tạo ra một khoang có kích thước yêu cầu. Với mục đích này, ban đầu một số giếng được khoan để cung cấp nước trong thời gian dài.
Mặc dù quy trình được mô tả kéo dài và tốn kém nhưng nó mang lại lợi ích vì khí tự nhiên được bơm vào được lưu trữ mà không bị thất thoát. Nguyên nhân là do hang muối kín gió. Ngoài ra chúng còn có tác dụng tự chữa bệnh — các vết nứt kiến tạo và các vết nứt khác nhanh chóng bị tích tụ muối phát triển quá mức.
Ưu điểm của việc xây dựng các cơ sở lưu trữ khí đốt dưới lòng đất như vậy là khối lượng nhiên liệu cần thiết được rút ra mà hầu như không bị hạn chế về tốc độ. Cao hơn nhiều lần so với khi thực hiện các thao tác tương tự trong các loại thùng chứa khác. Và cũng là một lợi thế quan trọng của các cơ sở UGS được xây dựng trong hang muối là tỷ lệ khai thác khí cao - một trong những tỷ lệ cao nhất trong số tất cả các loại hình này.
Nhưng số lượng hang trong các lớp muối không vượt quá 2% tổng số cơ sở lưu trữ.
Chỉ số này bị ảnh hưởng bởi một số khía cạnh tiêu cực:
- Sự hiện diện của một lượng lớn nước muối sau khi rửa sạch hang động để tiết kiệm xăng. Kết quả là, nếu không có biển gần đó hoặc ít nhất là các nhà máy chế biến muối thì sẽ không có nơi nào để chứa chất lỏng. Lý do chính cho số lượng nhỏ của loại UGS này là gì.
- Giảm khối lượng hữu ích trong quá trình hoạt động. Hiện tượng này là do sự bay hơi của muối ở những nơi có áp suất cao hơn và tích tụ ở những nơi có áp suất thấp hơn.
- Sự xuất hiện tạp chất trong khí, thường trở thành phần còn lại của chất lỏng trước đây được dùng để rửa hang.
- Tập nhỏ, không cho phép tạo dự trữ với số lượng đủ.
Do đó, các phương tiện bảo quản muối thường chỉ được sử dụng khi không thể sử dụng các loại thùng chứa nêu trên.
Tùy chọn #4 - UGS trong hoạt động khai thác mỏ
Khối lượng của họ là không đáng kể. Tuy nhiên, người Thụy Điển và người Na Uy lưu trữ một phần trữ lượng khí đốt chiến lược của họ trong các thùng chứa loại này.
PVC trong hoạt động khai thác mỏ là cơ sở lưu trữ khí duy nhất được trang bị hoàn toàn bởi con người. Vì vậy, tại một trong những mỏ, vụ nổ tạo ra một thùng chứa, sau đó được lót bằng các tấm thép.
Mặc dù việc vận hành các cơ sở lưu trữ khí đốt dưới lòng đất tại các mỏ bỏ hoang có lãi do tỷ lệ và tỷ lệ rút tiền cao nhưng số lượng của chúng sẽ không tăng đáng kể trong thời gian tới. Nguyên nhân là do các cơ sở lưu trữ được mô tả rất khó xây dựng. Vì không phải lúc nào cũng có thể đạt được độ kín hoàn toàn, dẫn đến tổn thất đáng kể.
Điều này xảy ra do trong quá trình vận hành mỏ, họ cố gắng cung cấp lượng không khí tối đa ở đó. Tại sao hệ thống thông gió lại được tạo ra với nhiều lối thoát ra bề mặt mà không phải lúc nào cũng bịt kín khi bố trí kho chứa?
Kết quả là ngày nay chỉ có một số ví dụ thành công trong việc thực hiện ý tưởng lưu trữ khí đốt trong các mỏ bỏ hoang (ở Thụy Điển, Na Uy, Đức).
Các cơ sở lưu trữ có kín khí không?
Rò rỉ nhiên liệu là quá trình phổ biến không thể tránh khỏi. Vì có quá nhiều lý do.
Để thuận tiện, chúng được chia thành 3 loại:
- Địa chất học;
- công nghệ;
- kỹ thuật.
Tới nhóm Địa chất học lý do bao gồm tính không đồng nhất của lớp phủ UGS, sự hiện diện của các đứt gãy kiến tạo, cũng như các đặc điểm về thủy động lực học và địa hóa học. Ví dụ, khí có thể di chuyển đơn giản qua quá trình hình thành và các chuyên gia sẽ không ảnh hưởng đến điều này theo bất kỳ cách nào.
công nghệ nguyên nhân là một trong những lỗi phổ biến nhất vì lỗi thường xuyên xảy ra khi đánh giá bất kỳ sự kiện nào. Ví dụ, hiệu quả của bẫy nước, trữ lượng khí đốt và các quá trình vật lý và hóa học đang diễn ra.
Lý do kỹ thuật thường liên quan nhất đến tình trạng của các giếng được sử dụng, qua đó khí được bơm vào.
Đặc điểm của việc tạo kho chứa khí ngầm
Trong 95% trường hợp, các cơ sở lưu trữ ngầm được tạo ra ép nước bằng khí, cặn dầu từ các thành hệ xốp. Bằng cách này, các “thùng chứa” để lưu trữ nhiên liệu “xanh” được tạo ra.
Và đặc điểm quan trọng nhất là thể tích khí dùng để ép chất lỏng sau đó không thể dùng để giao cho người tiêu dùng. Nhiệm vụ của nó là ngăn chặn cặn nước và hydrocarbon quay trở lại vị trí cũ. Nếu không, kho lưu trữ sẽ không còn tồn tại.
Tức là khí quy định là đệm. Theo quy định, không ít hơn một nửa tổng khối lượng được bơm vào các cơ sở lưu trữ khí đốt dưới lòng đất. Và trong một số trường hợp, lượng khí đệm nhiều gấp 3 lần lượng khí đệm có thể sử dụng để cung cấp cho người tiêu dùng, được gọi là tích cực.
Điều thú vị là không thể tính toán trước được lượng khí đệm.Đó là, mọi thứ đều được thử nghiệm độc quyền bằng thực nghiệm. Mà trong nhiều trường hợp phải mất nhiều năm. Tuy nhiên, khi kết quả thu được không đạt yêu cầu, khí đệm có thể được bơm hết.
Thủ tục điền vào kho lưu trữ
Sau khi các nhà địa chất nghiên cứu sự hình thành và quyết định rằng có thể xây dựng một cơ sở lưu trữ khí đốt ở đúng nơi, các nhà sản xuất khí đốt sẽ xây dựng một tổ hợp kỹ thuật.
Và sau đó việc bơm nhiên liệu “xanh” vào cơ sở lưu trữ khí đốt ngầm trong tương lai bắt đầu, được cung cấp từ cơ sở gần nhất đường ống chính. Và nó đi đến nơi làm sạch, nơi tất cả các loại tạp chất cơ học được loại bỏ.
Nhiên liệu sạch được cung cấp tới điểm đo và đo đếm. Và sau đó đến xưởng máy nén, nơi tiến hành nén - đây là tên chuẩn bị khí để bơm vào kho. Nó đại diện cho sự gia tăng áp suất khí đến giá trị mong muốn.
Sau đó nó được vận chuyển đến các điểm phân phối khí. Nơi tổng lưu lượng được chia thành nhiều phần và cung cấp cho các dây chuyền công nghệ khác nhau. Từ đó nó được đưa qua các luồng tới giếng để tiêm.
Trong toàn bộ quá trình, các chuyên gia giám sát một số thông số, bao gồm áp suất và nhiệt độ khí cũng như năng suất của từng giếng.
Kết luận và video hữu ích về chủ đề này
Video đính kèm bên dưới dành riêng cho chủ đề tạo ra các cơ sở lưu trữ khí đốt dưới lòng đất nhằm giải quyết tình trạng tiêu thụ nhiên liệu không đồng đều sẽ được cung cấp bởi đường ống khí đốt Power of Siberia.
Các cơ sở lưu trữ khí đốt dưới lòng đất là cách đáng tin cậy và có lợi nhất để giảm mức tiêu thụ khí không đồng đều và đảm bảo nguồn cung cấp khí ổn định trong trường hợp bất khả kháng. Và điều thú vị nhất là vì điều này, chúng ta không cần phải cảm ơn thiên tài của con người mà là thiên nhiên, người đã thận trọng tạo ra những lớp đá phù hợp cho việc này..
Cá nhân bạn đã tham gia vào việc tạo ra các cơ sở lưu trữ khí đốt dưới lòng đất và muốn bổ sung các tài liệu trên với thông tin hữu ích? Hoặc nhận thấy sự khác biệt trong thực tế? Để lại nhận xét và nhận xét của bạn - khối phản hồi nằm bên dưới bài viết.
Bài viết hay, nhưng có vẻ như bức ảnh không chụp được Hungary. Biển số xe giống xe Nga hơn và quảng cáo của Meat và Baltic nữa)