Оглавление_20120825

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 2

1. НАЗНАЧЕНИЕ И КЛАССИФИКАЦИЯ ХРАНИЛИЩ ГАЗА 4

2. ЦЕЛИ ПОДЗЕМНОГО ХРАНЕНИЯ ГАЗА 8

3. ОСОБЕННОСТИ РАЗВИТИЯ СЕВЕРО-СТАВРОПОЛЬСКОГО ПХГ 13 ЗАКЛЮЧЕНИЕ 22

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 23

ВВЕДЕНИЕ

1. НАЗНАЧЕНИЕ И КЛАССИФИКАЦИЯ ХРАНИЛИЩ ГАЗА

Источники газа (газовые месторождения, газоперерабатывающие заводы и др.), магистральные газопроводы и их сооружения, распределительные газопроводы и потребители газа, включая бытовые, коммунальные и производственные объекты, представляют собой единую взаимосвязанную технологическую систему. Особенностью этой системы является полная взаимозависимость ее элементов: изменение режима работы одного из них непосредственно отражается на всех остальных.

Ритмичность работы отдельных элементов и системы газоснабжения в целом в значительной степени осложняется резкой неравномерностью потребления газа в течение суток и года.

Неравномерность потребления газа в основном определяется сезонными изменениями температуры воздуха, спецификой технологии некоторых производств и укладом жизни человека.

Различают неравномерности трех видов — часовую, суточную и месячную (сезонную). Часовая неравномерность характеризует изменение расхода газа по часам в течение суток, суточная — по суткам в течение месяца, месячная — по месяцам в течение года. Часовая и суточная неравномерности зависят главным образом от уклада жизни человека. Определяется это сменой периодов работы и отдыха. В дневные часы суток (особенно утром и вечером) потребление газа больше среднечасового, а ночью меньше. В выходные дни расход газа резко снижается. Максимальное его использование характерно для середины недели.

На рис. 1 приведен типичный суточный график для города с преимущественным бытовым потреблением газа. Основной причиной, вызывающей месячные колебания в потреблении газа, являются сезонные изменения температуры воздуха. Основу месячной неравномерности создает отопительная нагрузка, так как газ на технологические нужды расходуется более или менее равномерно. Однако имеются производства (например, консервные заводы), технология которых предполагает также переменную в течение года потребность в топливе. Крупные промышленные города имеют разрыв между среднемесячными расходами газа летом и зимой в 1,5—2 и даже 3 раза.

Рис. 1. Суточный график для города с преимущественным бытовым потреблением газа

На характер потребления газа существенно влияют климатические условия данного географического района страны. При более континентальном климате и при более низких среднегодовых температурах диапазон изменения расхода газа в летний и зимний периоды шире.

Неравномерность потребления газа количественно характеризуется:

1) коэффициентом часовой неравномерности K_ч, который определяется как отношение расхода газа за конкретный час (q_ч в м3/ч) к среднечасовому расходу за сутки q_с, т. е.

Кч = q_ч / q_с, (1)

2) коэффициентом суточной неравномерности К_с, который рассчитывается как отношение расхода газа заданные сутки q_с к среднесуточному расходу за месяц q_м, т. е.

К_с = q_с / q_м, (2)

3) коэффициентом месячной неравномерности К_м который определяется как отношение расхода газа за данный месяц q_м к среднемесячному расходу за год q_г, т. е.

К_м = q_м / q_г. (3)

Коэффициент часовой неравномерности K_ч, в зависимости от объема газоснабжения и характера газового оборудования изменяется от 1,6 до 2,2. Для коммунально-бытовых потребителей Кч ~ 2,6.

Наибольший коэффициент суточной неравномерности потребления составляет К_с ~ 2.

Для центральных районов при 10%-ной отопительной нагрузке коэффициент месячной неравномерности К_м = 1,3, а при 50%-ной отопительной нагрузке К_м >1,75.

Таким образом, проблема сглаживания неравномерности потребления газа и, следовательно, повышение надежности системы газоснабжения при максимально возможном использовании производственных мощностей газовых промыслов и магистральных газопроводов приобретает исключительно важное значение, особенно для городов с большой коммунально-бытовой нагрузкой. Одним из решений этой проблемы является сооружение около крупных потребителей газа специальных хранилищ, способных вмещать его избытки при низком потреблении и возвращать в систему при повышенном спросе, а также перевод зимой некоторых предприятий, называемых буферными, с газообразного на другие виды топлива (рис. 2).

Неравномерность потребления газа в течение суток можно компенсировать за счет сооружения наземных хранилищ газа, а также за счет использования аккумулирующей способности магистрального газопровода. В часы наибольшего газопотребления в городскую газораспределительную сеть газ может добавляться с баз сжиженного газа.

Рисунок 2. Классификация хранилищ газа

Для покрытия месячной (сезонной) неравномерности потребления газа необходимо иметь хранилище на сотни миллионов и миллиарды кубометров. Хранить такие объемы в наземных резервуарах невозможно из-за их высокой стоимости, металлоемкости, взрывоопасности и большой площади, которую они занимают. В этом случае основное промышленное значение имеет создание мощных подземных хранилищ газа в непосредственной близости от крупных городов и промышленных центров.

2. ЦЕЛИ ПОДЗЕМНОГО ХРАНЕНИЯ ГАЗА

Подземные хранилища газа (ПХГ) обеспечивают:

1) покрытие сезонной неравномерности газопотребления, связанной с отопительной нагрузкой в зимнее время;

2) уменьшение капитальных вложений в магистральный газопровод и компрессорные станции (КС);

3) создание условий для ритмичной работы источников газа и сооружений магистральных газопроводов (МГ) с постоянной среднегодовой подачей при коэффициенте использования установленной мощности КС, близком к единице;

4) создание государственных запасов газа (топлива и сырья для химических заводов) в необходимых районах страны;

5) сохранение нефтяного газа в новых нефтедобывающих районах и углеводородного конденсата при временной невозможности его использования;

6) увеличение коэффициента нефтеотдачи в старых нефтедобывающих районах в случае создания ПХГ в вырботанных нефтяных месторождениях;

7) создание запасов сырья и топлива для нефтехимических комбинатов и запасов готовой продукции после ее выработки;

8) уменьшение мощностей заводов по очистке от H₂S и СО₂ и производству газовой серы;

9) повышение надежности работы системы дальнего газоснабжения в целом;

10) выравнивание колебаний потребления электроэнергии.

Покрытие сезонной неравномерности газопотребления. Потребление природного газа характеризуется неравномерностью по временам года (лето, зима), по месяцам, неделям, суткам и часам суток. Особенно велика неравномерность сезонного потребления газа, связанная с использованием газа для отопления газопечными установками, домовыми и районными котельными, ТЭЦ, котельными промышленных предприятий (рис. 3).

Коэффициентом месячной неравномерности газопотребления K_iм называется отношение фактического месячного потребления газа Q _iм к среднемесячному Q_см

(4)

где Q_см = Q_г/12, Q_г - объем годового потребления газа, м³.

Для хранения летнего избытка газа, который зимой подают потребителям при ритмичной работе магистрального газопровода со среднегодовой пропускной способностью, сооружают подземные хранилища.

Объем газа, используемый для выравнивания сезонной неравномерности газопотребления, можно рассчитать тремя методами:

1) по числу градусо-дней недостатка температуры и количеству теплоты, необходимой на 1 градусо-день недостатка температуры;

2) по нормам расхода газа на отопление по всем категориям потребителей;

3) по коэффициентам месячной неравномерности газопотребления.

Зная коэффициенты месячной неравномерности газопотребления, объем газа, подлежащего хранению, активный объем Qa можно определить по формуле

(5)

(6)

где K_iм <n; n- число коэффициентов.

Уменьшение капитальных вложений. Приближенно капитальные вложения (в р.) в магистральный газопровод К_мг и компрессорные станции К_кс можно записать в виде следующего уравнения:

(7)

где (8)

р₁, р₂ - давления соответственно на выкиде и приеме КС; n - число КС; К₁ - капитальные вложения, независимые от Q; β, λ, - укрупненные показатели; L - расстояние между КС; R_z - допускаемое напряжение на разрыв материала труб.

Если подземного хранилища нет, в уравнении (7) вместо Q подставляют максимальное среднесуточное потребление газа Q_max в самый холодный месяц (декабрь или январь), если подземное хранилище есть - среднесуточное потребление газа за год Q_c. Поскольку Q_max > Q_с, при отсутствии ПХГ капитальные вложения в МГ и КС будут больше (на 20-30% по сравнению с расчетом по Q_c).

Для газопровода длиной 1000 км с пропускной способностью 10 млн м3/сут экономия капитальных вложений при расчете на постоянную среднегодовую подачу Qc в 10 раз превышает затраты на сооружение ПХГ, а доля затрат на хранение газа в общих затратах на сооружение МГ для большинства районов составляет 8-10%.

Создание условий для ритмичной работы источников газа и сооружений МГ. При отсутствии ПХГ мощность системы транспортировки газа используется не полностью (на 80-85%). При равномерной работе источников газа и МГ с постоянной среднегодовой подачей и коэффициентом использования установленной мощности, близким к единице, число добывающих скважин на газовом промысле и общее число компрессоров на компрессорных станциях магистрального газопровода можно снизить на 15%.

При строительстве ПХГ для действующих газопроводов можно увеличить коэффициент загрузки МГ и объем перекачиваемого потребителю газа.

Создание государственных запасов сырья и топлива. Нефтяной и природный газы поступают на завод неравномерно по месяцам года. Потребление продукции завода по месяцам года тоже неравномерное по различным причинам. Завод работает со среднегодовой производительностью. При временном затруднении с реализацией готовой продукции (очищенного газа и газового бензина) при отсутствии ПХГ газобензиновый завод останавливается, что связано с крупным материальным ущербом.

Рис. 3. График потребления газа городом (заштрихованная площадь - объем газа, подлежащий хранению вПХП. Колебания: 1 - суточные; 2 - месячные; К - коэффициент месячной неравномерности газопотребления; Q - расход перекачиваемого газа

Уменьшение мощностей заводов по очистке от H₂S и СО₂ и производству газовой серы. При наличии ПХГ такие заводы рассчитывают на среднегодовой расход, при отсутствии хранилища - на максимальный среднемесячный зимний расход.

Выравнивание колебаний потребления электроэнергии. При уменьшении потребления электроэнергии, особенно в летнее время, ее избыток используется в электродвигателях, приводящих в действие компрессоры для сжатия воздуха при его закачке в подземные хранилища воздуха (ПХВ). При недостатке электроэнергии, особенно в зимнее время, отбираемый из ПХВ сжатый воздух используется в турбоэлектрогенераторах для выработки электроэнергии и подачи ее в распределительную сеть.

3. ОСОБЕННОСТИ РАЗВИТИЯ СЕВЕРО-СТАВРОПОЛЬСКОГО ПХГ

Северо-Кавказский регион находится на южных границах ЕГС РФ. Суточное потребление региона составляет в зимние месяцы 120-150 усл. ед. газа, в летние - 25-30 усл. ед.. Газ в регион поступает в основном из месторождений севера Тюменской области и Туркмении по газопроводам Ма- кат - Северный Кавказ, Фролово - Изобильный, Новопсков - Аксай -Моздок. Сезонная неравномерность поставок газа в регион компенсируется отбором его из Северо-Ставропольского подземного хранилища с активным объемом более 20 тыс. усл. ед.

Благодаря развитой газопроводной системе осуществляется закачка газа в ПХГ в плановых объемах, и поэтому в осенне-зимний период регион не испытывал перебоев в газоснабжении, несмотря на то, что в отдельные периоды поставки газа туда по магистральным газопроводам полностью прекращались.

В настоящее время введен в эксплуатацию газопровод Россия - Турция («Голубой поток»), пуск которого отразился на обеспечении региона газом как в весенне-летний период (закачка в ПХГ), так и в осенне-зимний (отбор газа из ПХГ). Для обеспечения закачки газа в подземное хранилище введена в эксплуатацию Сальская компрессорная станция. Предусмотрена ситуация, в которой СС ПХГ будет использоваться для обеспечения гарантированных экспортных поставок газа в Турцию.

Отличительной особенностью ПХГ в хадумском горизонте является то, что оно создается в истощенной газовой залежи с большим газонасыщенным объемом, при низком пластовом давлении, что позволяет хранилищу выполнять многоцелевые функции:

- регулировать сезонную неравномерность потребления газа частью активного объема, отбираемого в осенне-зимний период;

- имея большой удельный отбор газа из хранилища на единицу падения средневзвешенного пластового давления, обеспечивать, при необходимости, отбор значительных дополнительных объемов газа за счет увеличения продолжительности периода отбора;

- медленное снижение пластового давления позволяет в течение значительного времени периода отбора иметь высокие суточные отборы газа и обеспечивать в определенный промежуток времени автономное газоснабжение региона;

- создавать в хранилище объем долгосрочного резерва газа для отбора в последующие периоды, непосредственно вслед за периодом отбора газа в осенне-зимний период, не производя дополнительную закачку газа. Этот резерв предусмотрен на случаи непредвиденных экстремальных ситуаций - аварии на газопроводах, не обеспечение предусмотренных объемов закачки газа в летний период, удлинение периодов или объемов отбора газа против расчетного, нарушения в работе других предприятий топливно-энергетического комплекса;

- при закачке газа, за счет медленного повышения пластового давления, имеется техническая возможность без дополнительного компримирования осуществить значительное увеличение объемов закачиваемого газа без расширения хранилища, которые в основном определяются ресурсами газа в магистральных газопроводах;

- отбор газа из хранилища осуществляется с помощью дожимных компрессорных станций в две ступени сжатия. Это также создает широкие возможности увеличения активной емкости хранилища.

Выгодное географическое положение хранилища - в узле мощной газотранспортной системы и в непосредственной близости от крупных промышленных потребителей газа - позволяет дифференцировать величину давления, с которым газ может быть подан потребителям. Части потребителей газ может быть подан без компримирования, части - при компримировании в одну ступень сжатия (порядка 30 % от максимального суточного отбора) и части - после компримирования в две ступени сжатия. Это позволяет уменьшить мощности дожимных компрессорных станций, используемых при отборе газа.

Создание подземного хранилища газа в объекте с большим газонасыщенным объемом, каким является СС ПХГ в хадумском горизонте, может быть целесообразным лишь в том случае, если на него будет возложено выполнение многоцелевых функций, т.е. не только функций регулирования сезонной неравномерности газопотребления одного региона. Одна из дополнительных функций, которую, пожалуй, не может выполнить ни одно другое хранилище России, это создание в хранилище долгосрочного резерва, который может быть отобран из хранилища после периода отбора, без дополнительной закачки газа.

Экономические реформы могут создать непредсказуемые изменения в топливно-энергетическом балансе страны (закрытие нерентабельных предприятий комплекса, резкое повышение спроса на газовое топливо и др.). Наконец, постоянное ухудшение горно-геологических условий разработки месторождений (выход на Ямал, падение давления в крупных месторождениях Надым-Тазовского района, увеличение доли добычи газа из глубоких горизонтов в этом районе) делает уязвимыми планы добычи газа. Все это требует создания долгосрочных резервов топлива.

В настоящее время долгосрочные резервы в стране могут быть созданы только в газовой промышленности, а внутри нее - только в системе подземного хранения газа.

Долгосрочные резервы, в основном, могут быть двух видов: долгосрочный резерв, который при необходимости может быть отобран в течение одного сезона совместно с отбором основного активного газа. Практически все хранилища России при отборе всех резервов газа без последующей закачки газа в летний период в предстоящую зиму практически ничего не смогут дать в сезон отбора. Может быть отобрано лишь небольшое количество буферного газа.

При строительстве СС ПХГ в хадумском горизонте создан долгосрочный резерв, который может быть отобран из хранилища в течение последующего времени, после отбора в осенне-зимний период, без закачки газа. Рассмотрим функции, которые может выполнять долгосрочный резерв этого второго вида для повышения надежности газоснабжения, и, как следствие, увеличения объема реализации газа в экстремальных ситуациях.

1. Функции резерва, обеспечивающего дополнительную реализацию газа при возникновении экстремальных ситуаций в летний период. В этом случае СС ПХГ в хадумском горизонте выполняет функции долгосрочного резерва, который может создаваться несколькими путями. Например, в этих ситуациях закачку газа в хадумский горизонт можно существенно сократить или вообще не производить, а за счет этого производить закачку газа в другие хранилища, чтобы обеспечить в предстоящий зимний период необходимые отборы газа. Или проводить отбор газа из хранилища для обеспечения подачи газа потребителям в течение экстремальной ситуации.

Данный вид долгосрочного резерва может быть использован и при проведении плановых капитальных ремонтов магистральных газопроводов, обеспечивающих подачу газа из основных регионов его добычи.

2. Функции долгосрочного резерва, обеспечивающие повышение активной емкости хранилища, снижение эксплуатационных затрат и реализацию части газа потребителям без компримирования. Если экстремальная ситуация произойдет в зимний период, то долгосрочный резерв такого вида не сможет скомпенсировать уменьшение подачи газа в систему газопроводов. В этом случае эффективность такого резерва в основном будет связана с тем, что часть газа реализовывается дополнительно без компримирования, снижаются эксплуатационные затраты за счет того, что часть периода отбора компримирование газа производится в одну ступень сжатия (для условий СС ПХГ величина этого периода может достигать 60 и более суток). Долгосрочный резерв такого вида также, по существу, выполняет функции буферного газа и позволяет значительного увеличить объем активного газа, отбираемого в осенне-зимний период. Для условий СС ПХГ в хадумском горизонте, если бы не было в пласте долгосрочного резерва, то объем активного газа, отбираемого в осенне-зимний период, составил бы 9,5 тыс. усл. ед. Таким образом, за счет наличия долгосрочного резерва объем активного газа увеличивается на 5,5 тыс. усл. ед.

3. Обобщая изложенное выше, можно определить статус долгосрочного резерва: это дополнительные резервы газа на европейской части территории России, обеспечивающие реализацию дополнительных количеств газа (в определенных условиях) и повышающие эффективность единой системы газоснабжения.

В летнее время, когда газодобывающие предприятия и газотранспортные системы работают не на полную мощность, можно, за счет увеличения использования имеющихся мощностей, осуществлять закачку дополнительного количества газа в хранилище без дополнительного компримирования для создания резервных запасов.

На СС ПХГ в хадумском горизонте принято центрально-групповое размещение эксплуатационно-нагнетательных скважин в наиболее продуктивной части площади, обладающей максимальной проницаемостью и толщиной продуктивного пласта и характеризующейся отсутствием подошвенной воды. Несмотря на образующуюся репрессионно - депрессионную воронку в этой зоне в различные периоды работы хранилища, это позволило обеспечить устойчивую работу скважин и высокую их продуктивность в течение всего периода отбора газа и его закачки.

Распределение объемов закачиваемого и отбираемого газа по площади зоны нагнетания - отбора обусловлено, главным образом, темпами развития системы обустройства ПХГ. В первые годы создания ПХГ строительство новых скважин, ГРП и ввод этих объектов в эксплуатацию осуществлялся, по ряду организационно-технических причин, в западной части зоны нагнетания-отбора.

Учитывая, что коллекторы хадумского горизонта обладают достаточной устойчивостью, забои скважин не оборудуют фильтрами. Эксплуатационная колонна вскрывается кумулятивной перфорацией. Скважины работают стабильно, без существенных осложнений.

В связи с необходимостью отбора газа из хранилища с помощью дожимных компрессорных станций при низких давлениях на приеме (минимальное 1,08 МПа) разработаны и изготовлены компрессорные агрегаты ГПА-Ц-6,3 и ГПА-Ц-16, эффективно работающие при этих давлениях.

В настоящее время достигнутые показатели по величине пластового давления, дебитам и количеству скважин", величине суточного отбора газа и отбора активного объема газа за сезон соответствуют или превышают проектные.

В процессе создания и эксплуатации подземных хранилищ газа с активным водонапорным режимом и литологической неоднородностью пласта, как в зеленой свите, происходят существенно неравновесные процессы и возникает необходимость регулирования распределения объемов закачки и отбора газа по площади и разрезу хранилища, с целью формирования рационального газонасыщенного объема пласта, положения газоводяного контакта для обеспечения оптимальных условий эксплуатации хранилища. Одной из основных особенностей пласта-коллектора хранилища является то, что его устойчивость существенно снижается при контакте с пластовыми водами. Поэтому основным условием устойчивой работы скважин является создание зон пласта с высокими коэффициентами газонасыщенности и необходимыми газонасыщенными толщинами пласта. На хранилище можно выделить две характерные зоны - восточную, где процесс формирования газонасыщенного пространства с высоким коэффициентом газонасыщенности и достаточными газонасыщенными толщинами пласта практически завершился, и западную, где указанные параметры находятся в стадии формирования. С целью формирования необходимых параметров в западной зоне проводится регулирование объемов закачки и отбора газа по площади хранилища. Для интенсификации создания необходимых газонасыщенных толщин пласта в западной зоне проводилась подконтактная закачка газа. Для этой цели в ряде скважин, расположенных в этой части хранилища, была вскрыта водонасыщенная часть пласта под ГВК, и в эти скважины в течение трех сезонов проводится подконтактная закачка. Для повышения стабильности работы скважин разработаны конструкции фильтров на основе резино-цементных и эпоксидно-песчаных смесей, которые позволили повысить устойчивость призабойной зоны скважин.

На СС ПХГ созданы уникальные условия по регулированию суточной неравномерности отбора. Объемы газа определяются работой компрессорных станций и числом действующих скважин ПХГ. При этом изменение объемов отбора газа на 4-5 и 10-12 усл. ед./сут достигалось за счет разного числа работающих агрегатов на ДКС-2 и ДКС-1 соответственно, а на 1-3 усл. ед./сут - в результате соответствующего регулирования отбора из ПХГ в зеленой свите при замене штуцеров или изменении числа действующих скважин.

Комплекс проводимых и запланированных мероприятий по повышению суточной производительности и совершенствованию газотранспортной системы даст возможность получить уровень отбора из ПХГ, превышающий потребности региона в зимние месяцы.

Наличие двух объектов подземного хранения газа на СС ПХГ, существенно различающихся по характеристикам, позволило решить эту задачу как при закачке, так и при отборе газа.

Закачка газа в хранилище в хадумском горизонте без компримирования и его объем практически зависят только от ресурсов газа в магистральных газопроводах. Это позволяет осуществлять регулируемую закачку газа в горизонте зеленая свита с целью формирования необходимого объема и конфигурации газонасыщенного пространства и в полной мере использовать все имеющиеся ресурсы газа в газопроводах для закачки.

Требуемые объемы отбора газа из хранилища определяются многими факторами - объемом потребления газа, который во многом зависит от погодных условий, объемом поступления газа в регион по системе магистральных газопроводов и другими. В связи с этим даже на протяжении коротких промежутков времени требуемые объемы отбора газа из хранилища могут существенно меняться. В условиях компрессорного отбора газа из хранилища в хадумском горизонте это требует гибкого изменения характеристики работы системы «пласт - скважина - газосборная сеть - дожимная компрессорная станция».

В этих условиях примененный на дожимных компрессорных станциях СС ПХГ комбинированный вариант по мощности и, соответственно, по производительности установленных газоперекачивающих агрегатов ГПА-Ц-6,3 (производительность порядка 4,0 усл. ед./сут), ГПА-Ц-16 (около 12 усл. ед./сут), позволяет обеспечивать регулирование интервалов объемов отбора газа из хранилища, без потерь мощности газоперекачивающих агрегатов, в указанных выше пределах, то есть увеличивать или уменьшать отбор газа на 4 или 12 усл. ед./сут при остановке или пуске соответствующих агрегатов. Для регулирования подачи газа в пределах менее 4 усл. ед./сут используются хранилища в горизонте зеленая свита. С одной стороны, это позволяет обеспечить наименьшую потерю мощности и КПД газоперекачивающих агрегатов, а с другой стороны - обеспечить наиболее эффективный режим эксплуатации хранилища в горизонте зеленая свита. При существенно изменяющемся во времени суточном отборе газа из двух объектов хранения совместная эксплуатация этих объектов позволяет поддерживать суточный отбор газа из хранилища в горизонте зеленая свита значительную часть периода отбора относительно стабильным и обеспечивать наилучшие условия его эксплуатации.