Come funzionano gli impianti di stoccaggio sotterraneo del gas: modalità adeguate per lo stoccaggio del gas naturale

Sembrerebbe che la conoscenza di come sono progettati gli impianti di stoccaggio del gas sotterraneo non abbia alcun significato pratico per l'utente medio.Ma l’umanità è troppo dipendente dal carburante “blu” e vogliamo davvero essere sicuri che non ci siano mai interruzioni nel suo approvvigionamento. Non è vero?

E ogni connazionale può essere rassicurato dalle informazioni sugli impianti di stoccaggio del gas sotterranei (UGS): finché sono pieni, non ci saranno problemi con l'approvvigionamento di gas. Maggiori informazioni sulla struttura di archiviazione e sulle funzionalità di archiviazione nel nostro articolo.

Costruzione di impianti di stoccaggio sotterraneo del gas

Se i proprietari di case private utilizzano il gas per immagazzinare gas per il fabbisogno domestico serbatoi di gas, quindi su scala nazionale stiamo parlando di opzioni di stoccaggio completamente diverse. Pertanto, ufficialmente, gli impianti di stoccaggio sotterraneo del gas sono complessi di strutture ingegneristiche che servono per l'iniezione, lo stoccaggio e il prelievo del carburante “blu”. Sono costituiti da componenti fuori terra e sotterranei.

A terra relazionare:

• punto di distribuzione del gas, che serve a distribuire il flusso di gas in diversi processi tecnologici;
• negozio di compressoridove il carburante viene preparato (aumentando la pressione) per l'iniezione nei pozzi;
• Impianti di depurazione gas.

Metropolitana I componenti UGS sono: pozzi, impianti, serbatoi. E l'ultimo punto (i contenitori) è il più interessante: il modo in cui è organizzato lo stoccaggio del gas stesso dipende da dove viene immagazzinato il carburante "blu".

I moderni impianti di stoccaggio sotterraneo del gas hanno un aspetto simile alle grandi fabbriche. Poiché per garantire l'iniezione/rimozione del carburante è necessario utilizzare un compressore potente, attrezzature di pulizia e altre attrezzature. Che è servito da centinaia o addirittura migliaia di specialisti

Revisione dei serbatoi di stoccaggio del gas

A parità di peso, il gas occupa aree molto più grandi di qualsiasi solido. E poiché se ne usa in grandi quantità, per conservarlo occorrono gli stessi contenitori.

Inoltre, gli esperti hanno abbandonato lo stoccaggio del gas in serbatoi artificiali fuori terra un secolo fa.

Il motivo è che ciò richiederebbe:

• occupare vaste aree del pianeta con complessi per lo stoccaggio del carburante “blu” a bassa pressione;
• utilizzare serbatoi di gas ad alta pressione costosi ed esplosivi.

Di conseguenza, al fine di neutralizzare gli aspetti negativi sopra elencati, si è optato per gli impianti di stoccaggio sotterranei, considerati contenitori situati a profondità significative. Che, nella maggior parte dei casi, va dai 300 ai 1000 metri. E puoi immagazzinare il carburante lì in serbatoi creati dalla natura.

In totale, gli ingegneri hanno imparato a utilizzare con successo 7 tipi di serbatoi di stoccaggio del gas naturale:

• formato in formazioni porose sature d'acqua;
• conservato dopo la produzione di carboidrati, ovvero gas, petrolio;
• formato in depositi di salgemma;
• creato nel funzionamento delle miniere;
• creato in rocce di permafrost durevoli;
• con un guscio di ghiaccio a bassa temperatura;
• formatosi dopo esplosioni atomiche sotterranee.

Sebbene esistano molte opzioni, solo i primi 4 metodi di stoccaggio del gas differiscono in termini di praticità.Le restanti opzioni del serbatoio sono adatte solo teoricamente.

L'impianto di stoccaggio sotterraneo del gas di Stavropol Nord è il più grande del mondo e le riserve di gas ivi immagazzinate sono in grado di soddisfare la domanda annuale di carburante di un paese così grande come la Francia. Poiché l'area di stoccaggio raggiunge i 680 km²

Il motivo per cui le restanti tre opzioni non sono praticabili è il seguente:

• Il gas può essere immagazzinato in rocce ghiacciate, come dimostrano diversi impianti di stoccaggio esistenti nelle regioni settentrionali del pianeta. Ma i loro volumi sono estremamente insignificanti, quindi oggi non hanno alcun significato industriale.
• I contenitori formati da esplosioni nucleari sotterranee sono abbastanza adatti per immagazzinare significative riserve di gas, come è già stato dimostrato sperimentalmente. Ma il punto è che armi potenti sono state testate lontano da dove viveva la gente. Pertanto, di solito non ci sono consumatori o servizi di pubblica utilità lì.

Di conseguenza, questi tipi di contenitori sono semplicemente inadatti all'uso.

Sebbene gli impianti di stoccaggio sotterraneo del gas siano chiamati impianti di stoccaggio, in realtà la conservazione del gas non è il loro compito principale. Poiché ciò che contengono viene utilizzato principalmente per appianare le irregolarità del consumo. Che può essere giornaliero, settimanale, stagionale. Solo come ultima risorsa vengono create le strutture UGS per mitigare le conseguenze delle circostanze di forza maggiore.

Successivamente, considereremo più in dettaglio ciascuna delle opzioni per lo stoccaggio del gas nel sottosuolo.

Opzione n. 1: stoccaggio in formazioni sature d'acqua

Gli impianti di stoccaggio in formazioni sature d'acqua sono progettati per livellare gli effetti delle irregolarità stagionali nell'uso del gas. E anche per creare riserve strategiche.

Una caratteristica importante della progettazione di tali strutture di stoccaggio è la minima partecipazione umana, molto spesso nella fase di creazione dei pozzi necessari per l'iniezione del gas.

La mappa della Russia mostra che gli impianti di stoccaggio sotterraneo del gas si trovano vicino ai principali gasdotti e a grandi aree popolate. E questa non è una coincidenza, dal momento che gli impianti di stoccaggio sono progettati per garantire la stabilità del consumo di gas, per cui dovrebbero trovarsi in prossimità di oggetti di grandi dimensioni

Questi contenitori vengono ricercati nelle formazioni artesiane. Gli impianti di stoccaggio del gas vengono creati laddove la struttura rocciosa è permeabile e porosa. Il liquido rimanente viene rimosso dal gas, che lo comprime e poi lo spreme.

I cosiddetti serbatoi di stoccaggio del carburante in realtà non lo sono. Più precisamente, non ci sono affatto: vengono utilizzati come spazio di archiviazione vuoti negli strati porosi. E l'intera procedura per creare un impianto di stoccaggio del gas consiste nello spostare parte dell'acqua verso la periferia. Lo fanno per creare spazio per il carburante “blu”.

La procedura sopra descritta può essere portata a termine solo se a ciò concorrono una serie di fattori:

• Lo strato permeabile poroso è ricoperto da una cupola (cappello) di rocce impermeabili ai gas, che solitamente sono argille compresse.
• La falda acquifera si estende dai confini del deposito per decine di chilometri. Ed è ancora meglio se ha accesso alla superficie. Tutto quanto sopra consente al gas di spremere con successo l'acqua nella formazione.
• La lunghezza della cupola è sufficiente per garantire la capacità di immagazzinare volumi significativi di gas.
• La porosità e la permeabilità della roccia garantiscono una accettabile capacità di gas e la capacità di rilasciarlo durante lo sviluppo.

Se almeno una delle condizioni non viene soddisfatta, sarà impossibile creare un deposito sotterraneo.

Il principio di funzionamento dei moderni impianti di stoccaggio sotterraneo è semplice. Le caratteristiche possono essere esaminate utilizzando l’esempio di grandi impianti di stoccaggio sotterraneo del gas utilizzati per appianare le irregolarità stagionali.

Quindi, di solito nella stagione calda viene pompata la quantità di gas richiesta. Che inizia a essere portato via solo con l'inizio della stagione di riscaldamento. Inoltre, nel tubo principale non viene inviata un'enorme quantità di gas, ma una quantità media, nota dall'esperienza operativa degli inverni passati.

E, se improvvisamente la temperatura scende bruscamente e il consumo giornaliero aumenta di un ordine di grandezza, un grande impianto di stoccaggio sotterraneo del gas non aumenterà comunque il volume del prelievo. E la carenza sarà coperta da piccoli impianti di stoccaggio progettati per livellare i consumi giornalieri e settimanali. Il motivo è che è più facile e veloce selezionarli.

I contenitori con una superficie di diversi chilometri quadrati sono considerati ottimali. Con un dislivello tra la parte inferiore e quella superiore della cupola entro 10-15 metri

Il vantaggio degli impianti UGS nelle formazioni sature d'acqua è la loro capacità significativa. Uno svantaggio è che i geologi, quando studiano le caratteristiche della falda acquifera, potrebbero non identificare o prendere in considerazione alcuni fattori importanti. Di conseguenza, lo spazio di archiviazione sarà inutilizzabile.

E la cosa peggiore è che spesso questo si scopre dopo ingenti investimenti nella costruzione di infrastrutture fuori terra e sotterranee. Molto spesso si verificano anche problemi meno significativi, per cui il funzionamento degli impianti di stoccaggio sotterraneo del gas in rocce sature d'acqua è accompagnato da notevoli costi non pianificati.

Opzione n. 2: contenitori dopo la produzione di idrocarburi

I complessi ingegneristici che appartengono a questo tipo servono ad appianare le fluttuazioni stagionali nel consumo di carburante “blu”. E anche per creare riserve strategiche.

Gli impianti di stoccaggio sotterraneo sono richiesti perché la loro creazione e gestione sono economicamente più redditizie. E vengono utilizzati enormi serbatoi di gas fuori terra (mostrati nella foto) se non è possibile utilizzare i gasdotti principali dagli impianti di stoccaggio del gas sotterranei. Inoltre, i contenitori mostrati nella foto immagazzinano solitamente solo gas liquefatto

La progettazione di strutture di stoccaggio di questo tipo è la stessa del caso degli analoghi creati in formazioni sature d'acqua. Cioè, il carburante viene immagazzinato nei vuoti delle rocce porose.

Gli impianti UGS creati nelle rocce dove un tempo si trovavano gli idrocarburi sono i più abbondanti al mondo. Quindi, il loro numero raggiunge un significativo 70%, la ragione di ciò sono una serie di vantaggi.

Questi includono: capacità significativa e risparmi sugli investimenti di capitale nell'esplorazione, creazione di infrastrutture o almeno parte di esse, perforazione: la produzione di petrolio e gas è già stata effettuata nel sito di creazione di tali impianti di stoccaggio sotterraneo di gas.

Dovrebbe essere chiaro che i serbatoi di gas interrati non sono impianti di stoccaggio sotterranei. Poiché sono progettati per risolvere problemi completamente diversi. E finiscono sottoterra solo per rendere più efficiente l’evaporazione del gas liquefatto in caso di forti gelate. E senza alcun costo. E anche il posizionamento condizionatamente sotterraneo dei serbatoi di gas ti consente di risparmiare spazio utile da qualche parte sul tuo terreno personale

Ma i contenitori conservati dopo la produzione di idrocarburi non possono essere definiti ideali.

Presentano molti svantaggi:

• problemi con la tenuta dei vecchi pozzi - questo è particolarmente vero per gli ex giacimenti petroliferi;
• porosità insufficiente, permeabilità delle rocce;
• miscelazione del gas con residui petroliferi, il che a volte porta a perdite significative, poiché la miscela risultante non può più essere utilizzata.

Inoltre, nei giacimenti petroliferi il gas sviluppa spesso impurità pericolose sotto forma di idrogeno solforato. Ciò è dannoso per la salute umana e distrugge anche tutti i tipi di strutture in acciaio, anche quelle relative all'acciaio inossidabile.

Il funzionamento di impianti di stoccaggio sotterraneo del gas basati su aree di depositi di idrocarburi esauriti è possibile grazie al fatto che il gas, quando iniettato, sposta il petrolio rimanente dalla formazione desiderata. Inoltre, come l'acqua, ha l'effetto di comprimibilità e mobilità, il che facilita il compito di sistemare il contenitore. A volte il petrolio sotto la pressione del gas non viene schiacciato nella roccia, ma sale verso l'alto, diventando un'ulteriore fonte di profitto.

Opzione n. 3: serbatoi in depositi di salgemma

Tali contenitori con gas servono ad appianare le irregolarità giornaliere e settimanali del suo utilizzo e partecipano anche al livellamento di quello stagionale. Inoltre, le strutture di stoccaggio nelle formazioni saline svolgono con successo il ruolo di fonte di riserva per importanti consumatori.

Esistono solo 2 modi popolari per immagazzinare il gas nel sottosuolo. Vale a dire, in strati porosi permeabili e caverne dilavate da depositi salini. La prima opzione viene utilizzata quando è necessario creare un ampio spazio di archiviazione, la seconda solo per risolvere problemi locali

Gli impianti UGS specificati vengono realizzati lavando parte dei depositi salini in modo da creare una cavità della dimensione richiesta. A tale scopo vengono inizialmente perforati diversi pozzi, attraverso i quali viene fornita acqua per un lungo periodo di tempo.

Sebbene il procedimento descritto sia lungo e costoso, si ripaga da solo, poiché il gas naturale immesso viene immagazzinato senza perdite. Il motivo è che le grotte di sale sono ermetiche. Inoltre, hanno l'effetto autoguarigione — Le crepe tettoniche e di altro tipo vengono rapidamente ricoperte da depositi di sale.

Il vantaggio di costruire tali impianti di stoccaggio sotterraneo del gas è che il volume di carburante richiesto viene prelevato praticamente senza limiti di velocità. Che è parecchie volte superiore rispetto a quando si eseguono le stesse operazioni in contenitori di altro tipo. Inoltre, un vantaggio importante degli impianti UGS costruiti nelle grotte di sale è l'elevata percentuale di estrazione del gas, una delle più alte tra tutti i suoi tipi.

La roccia per lo stoccaggio del gas dovrebbe essere come mostrata nella foto. Cioè, permeabile e dotato di spazio sufficiente per ospitare un grande volume di carburante. Inoltre, la struttura della formazione dovrebbe consentire un facile spostamento dei residui di acqua e petrolio

Ma il numero di caverne negli strati salini non supera il 2% del numero totale di strutture di stoccaggio.

Questo indicatore è influenzato da una serie di aspetti negativi:

• Presenza di enormi quantità di acqua salata dopo aver lavato le grotte per risparmiare gas. Di conseguenza, se non c'è il mare nelle vicinanze o almeno impianti di lavorazione del sale, non c'è nessun posto dove mettere il liquido. Qual è la ragione principale della piccola quantità di questo tipo di UGS.
• Riduzione del volume utile durante il funzionamento. Questo fenomeno è causato dall'evaporazione del sale nei luoghi a pressione maggiore e dall'accumulo dove è minore.
• La comparsa di impurità nel gas, che spesso sono resti di liquidi precedentemente utilizzati per il dilavamento della grotta.
• Volumi minori, che non consente di creare riserve in quantità sufficienti.

Di conseguenza, gli impianti di stoccaggio del sale vengono solitamente utilizzati solo laddove non è possibile utilizzare le tipologie di contenitori sopra elencate.

Opzione n. 4: UGS nelle miniere

I loro volumi sono insignificanti. Tuttavia, gli svedesi e i norvegesi immagazzinano parte delle loro riserve strategiche di gas proprio in contenitori di questo tipo.

Il PVC nelle miniere è l'unico impianto di stoccaggio del gas completamente attrezzato dall'uomo. Quindi, in una delle miniere, le esplosioni creano un contenitore, che viene poi rivestito con lamiere di acciaio.

Ecco come appaiono le caverne saline utilizzate per immagazzinare il gas. Sono ermeticamente chiusi e affidabili, ma hanno dimensioni contenute e sono quindi adatti alla realizzazione di impianti UGS di piccoli volumi. Ed esclusivamente per risolvere problemi locali. Ad esempio, in Russia, su 27 impianti di stoccaggio oggi in uso, solo 2 sono depositi di sale.

Sebbene sia redditizio gestire impianti di stoccaggio sotterraneo del gas nelle miniere abbandonate a causa dell'elevata percentuale e del tasso di prelievo, il loro numero non aumenterà in modo significativo nel prossimo futuro. Il motivo è che gli impianti di stoccaggio descritti sono difficili da costruire. Poiché non è sempre possibile ottenere una tenuta completa, il che porta a perdite significative.

Ciò è dovuto al fatto che durante il funzionamento della miniera cercano di fornire la massima quantità di aria lì. Perché viene creato un sistema di ventilazione con molte uscite in superficie, che non sempre possono essere sigillate quando si organizza un impianto di stoccaggio?

Di conseguenza, oggi ci sono solo pochi esempi riusciti di attuazione dell’idea di immagazzinare gas nelle miniere abbandonate (in Svezia, Norvegia, Germania).

Gli impianti di stoccaggio sono ermetici?

Le perdite di carburante sono processi comuni che non possono essere evitati. Perché ci sono troppe ragioni.

Per comodità si dividono in 3 categorie:

• geologico;
• tecnologico;
• tecnico.

Al gruppo geologico motivi includono l'eterogeneità della copertura UGS, la presenza di faglie tettoniche, nonché caratteristiche di idrodinamica e geochimica. Ad esempio, il gas può semplicemente migrare attraverso la formazione e gli specialisti non lo influenzeranno in alcun modo.

Tecnologico cause sono tra i più comuni poiché si verificano regolarmente errori nella valutazione dei fatti. Ad esempio, l’efficacia delle idrotrappole, delle riserve di gas e dei processi fisici e chimici in corso.

Spesso si ricorre alla perforazione di pozzi per raggiungere gli strati desiderati. Inoltre, la sua tecnologia non è diversa da procedure simili quando si cerca di raggiungere giacimenti di gas e petrolio

Ragioni tecniche sono spesso associati alle condizioni dei pozzi utilizzati, attraverso i quali viene iniettato il gas.

Caratteristiche della creazione di impianti di stoccaggio sotterraneo del gas

Nel 95% dei casi vengono realizzati depositi sotterranei spremere l'acqua con il gas, residui di olio da formazioni porose. Si creano così dei “contenitori” per lo stoccaggio del carburante “blu”.

E la caratteristica più importante è che il volume di gas utilizzato per spremere i liquidi non può essere successivamente utilizzato per la consegna ai consumatori. Il suo compito è impedire che l'acqua e i residui di idrocarburi ritornino al loro vecchio posto. Altrimenti, il repository semplicemente cesserà di esistere.

Cioè, il gas specificato è respingente. Di norma, si tratta di almeno la metà del volume totale pompato negli impianti di stoccaggio sotterraneo del gas. E in alcuni casi, c'è 3 volte più gas tampone di quello che può essere utilizzato per la fornitura ai consumatori, come viene chiamato attivo.

È interessante notare che la quantità di gas tampone non può essere calcolata in anticipo.Cioè, tutto viene testato esclusivamente sperimentalmente. Che in molti casi richiede anni. Tuttavia, se il risultato ottenuto non è soddisfacente, è possibile pompare completamente il gas tampone.

Procedura per riempire il deposito

Dopo che i geologi hanno studiato la formazione e deciso che è possibile creare un impianto di stoccaggio del gas nel posto giusto, i produttori di gas costruiscono un complesso ingegneristico.

I moderni impianti di stoccaggio sotterraneo del gas rappresentano il modo più sicuro per immagazzinare le riserve di gas. Ma le sue frequenti perdite rappresentano un grosso problema per i lavoratori del gas e gli ambientalisti, che considerano tali casi un problema significativo per l'ambiente. E succede anche, come mostrato nella foto (in lontananza è visibile un incendio in uno degli impianti di stoccaggio sotterraneo del gas ungherese)

E poi inizia l'iniezione del carburante "blu" nel futuro impianto di stoccaggio sotterraneo del gas, che viene fornito dal più vicino conduttura principale. E va al sito di pulizia, dove vengono rimossi tutti i tipi di impurità meccaniche.

Il carburante pulito viene fornito al punto di misurazione e dosaggio. E dopo, all'officina dei compressori, dove viene effettuata la compressione: questo è il nome per preparare il gas per il pompaggio nello stoccaggio. Rappresenta un aumento della pressione del gas al valore desiderato.

Viene poi trasportato ai punti di distribuzione del gas. Dove il flusso totale è suddiviso in più e fornito a diverse linee tecnologiche. Da lì viene inviato attraverso pennacchi ai pozzi per l'iniezione.

Durante l'intero processo, gli specialisti monitorano una serie di parametri, tra cui la pressione e la temperatura del gas e la produttività di ciascun pozzo.

Conclusioni e video utile sull'argomento

Il video allegato di seguito è dedicato al tema della creazione di impianti di stoccaggio sotterraneo del gas per appianare il consumo irregolare di carburante che sarà fornito dal gasdotto Power of Siberia.

Gli impianti di stoccaggio sotterraneo del gas rappresentano il modo più affidabile e redditizio per livellare il consumo irregolare di gas e garantirne un approvvigionamento stabile in caso di forza maggiore. E la cosa più interessante è che per questo dobbiamo ringraziare non il genio umano, ma la natura, che ha prudentemente creato gli strati rocciosi adatti a questo.

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