книги из ГПНТБ / Фурман И.Я. Регулирование неравномерности газопотребления

задача на примере Ленинграда решена в [16], где показано, что оптимальный уровень обеспеченности для этого района должен составить примерно 90% (при создании резерва мощностей на под­ земных хранилищах в водоносных пластах). Дальнейшее повышение уровня за счет резервирования мощностей хранилищ дает прирост удельных затрат более высокий, чем аналогичный прирост в дубли­ рующую систему топливоснабжения.

Приведенные выше соображения о режимах использования газа на отопительные нужды касаются как жилых и общественных зданий, так и промышленных объектов. Если районные и домовыекотельные используются только для отопления, то промышленные котельные имеют часто также и технологическую нагрузку. Поэтому для котель­ ных различных отраслей промышленности укрупненно определено соотношение технологической и отопительной нагрузок. Сезонные колебания технологической .нагрузки промышленных котельных прогнозируются так же, как и сезонные колебания промышленных печей.

На основании , прогноза о сезонных колебаниях потребления газа по всем категориям потребителей строится суммарный график неравномерности газопотребления с выделением следующих групп: коммунально-бытовые потребители; промышленные печи; техноло­ гическая нагрузка котельных и промышленных ТЭЦ; отопление жилых, общественных и производственных зданий; электростанции. На рис. 9 приводится прогнозный график газопотребления в одном из городов, построенный по указанной выше методике.

В заключение следует отметить, что в соответствии со сложившей­ ся практикой при прогнозировании режимов газопотребления суточ­ ные колебания .определяются только для отопительной нагрузки. По всем остальным категориям потребителей учитываются только колебания среднемесячных расходов. В США и для других групп потребителей кроме среднемесячных расходов газа определяются максимально-суточные показатели с использованием определенных коэффициентов, которые для бытовых и коммерческих предприятий равны 0,75—0,8, для промышленных (включая котельные) — 0,55— 0,75. Наряду с этим для получения общего максимального расхода газа используется коэффициент, который позволяет учитывать разновременность пиковых расходов газа у различных групп. Этот коэффициент" определяется «опытным путем и колеблется в США в пределах 0,7—1,0.

4*

Г л а в а I I I

ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ ПОДЗЕМНОГО ХРАНЕНИЯ ГАЗА

1. ОСОБЕННОСТИ ПОДЗЕМНОГО Х Р А Н Е Н И Я К А К МЕТОДА Р Е Г У Л И Р О В А Н И Я

Подземное хранение газа—один из основных методов регулиро­ вания неравномерности.

Как уже отмечалось, основной его задачей является устранение несовпадения во времени соответствующих объемов добычи и потреб­ ления газа. Эта задача может быть успешно решена, если^ввести в технологическую схему: добыча—транспорт—потребление еще одно промежуточное звено—хранение. Накапливая в хранилище избытки газа в период спада потребления, мы получаем возможность использовать их для покрытия пиковых расходов в периоды резкого возрастания потребления. С другой стороны, приспосабливая свой режим работы к режиму потребления, хранилище берет неравно­ мерность на себя и позволяет улучшать использование производст­ венных мощностей промыслов и газопроводов.

Кроме задач, перечисленных выше, создание подземных храни­ лищ позволяет обеспечить надежность газоснабжения на случай аварий, а также создать определенные резервы газа.

Подземные хранилища могут быть созданы в районах добычи, по трассе магистральных газопроводов, а также в районах потреб­ ления. Хранилища могут различаться по своему назначению, мето­ дам и условиям создания и эксплуатации. Имеются подземные хранилища для сжиженных газов (метана или пропан-бутанов), а также природного либо попутного газа. Последние могут быть созданы в истощенных нефтяных либо газовых месторождениях, водоносных пластах, отложениях каменной соли и шахтных выра­ ботках.

В связи с тем, что основную неравномерность газопотребления создают сезонные колебания, для их регулирования требуются хранилища сравнительно крупного объема, в основном подземные емкости, создаваемые в выработанных месторождениях либо водо­ носных пластах. Эти типы хранилищ и будут рассмотрены ниже.

они должны быть расположены достаточно близко к потреби­ телям;

герметичность соответствующих емкостей или пластов должна исключать сколько-нибудь существенные потери газа;

52

должна быть возможность держать газ под давлением, обеспечи­ вающим благоприятные технико-экономические условия эксплуата­ ции данного хранилища и, в частности, давлением, соответствующим условиям эксплуатации газопроводов, связанных с данным храни­ лищем;

емкость и максимально-суточная производительность хранилищ должны соответствовать объему и интенсивности регулируемой неравномерности газопотребления;

производительность и рабочее давление скважин должны обеспе­ чивать эксплуатацию хранилища при заданных параметрах.

Практикой показано, что наиболее экономичным типом крупных подземных газовых хранилищ являются истощенные либо находя­ щиеся на стадии истощения нефтяные и газовые залежи. Это объяс­ няется следующими положениями:

1.Истощенные месторождения отличаются достаточно хорошей изученностью. Известна история месторождения, характеристика скважин и физические параметры пластов: мощность, пористость, проницаемость, а также часть структуры, которая может быть исполь­ зована для подземного хранилища. Кроме того, доказана герметич­ ность ловушки, что исключает риск при создании хранилища, связанный с большими денежными затратами.

2.На истощенном месторождении имеются скважины и промыс­ ловое оборудование, жилищные и культурно-бытовые объекты, которые могут быть полностью использованы для создания комплекса

3. Сроки создания, а также достижения проектной мощности хранилищ, создаваемых в истощенных месторождениях, значительно короче хранилищ в водоносных пластах. Это объясняется достаточ­ ной изученностью месторождений, исключающей длительные поисковоразведочные и буровые работы, а также наличием на истощенных месторождениях скважин и промыслового оборудования.

В Советском Союзе вначале для подземных хранилищ исполь­ зовались истощенные нефтяные и газовые залежи, о чем подробнее будет сказано ниже.

Однако в последние годы большая часть хранилищ для регули- ^ рования сезонной неравномерности газопотребления была создана в водоносных пластах. Это объясняется тем, что в районах крупных газопотребляющих центров, где наиболее целесообразно создавать

Создание подземных хранилищ газа в водоносных пластах пред­ ставляет собой сложную научно-техническую задачу. Наиболее важной ее частью является нахождение пласта, способного принять, достаточно длительное время сохранять и затем отдать закаченный в него газ в условиях переменного режима отбора. Такими пластами являются, как правило, пористые водоносные пласты.

53

Пористый пласт, который служит резервуаром, должен иметь достаточно непроницаемую покрышку для того, чтобы препятство­ вать потеканию газа в другие пласты или выходу его на поверхность земли через трещины. Он должен иметь куполообразную форму, образующую «ловушку». Газ закачивается в сводовую часть куполо­ образной структуры и образует там газовый пузырь, а вода оттес­ няется к краям структуры.

При эксплуатации подземных хранилищ в водоносных пластах газ неполностью вытесняет воду. Значительная ее часть остается в зоне его вторжения. При этом наблюдается так называемое непорш­ невое вытеснение воды газом.

Газ, который в периоды нормальной циклической эксплуатации ежегодно закачивается в хранилище и отбирается из него, называется активным газом, а остающийся в пласте — буферным, или подушеч­ ным. Одним из основных технологических показателей, характери­ зующих подземное хранилище газа, является соотношение объема активного и буферного газа. Это соотношение зависит от параметров хранилища: е ю объема, начального пластового давления, давления нагнетания и т. д. Оптимальное соотношение между активным и бу­ ферным газом можно найти на основании экономического анализа различных вариантов эксплуатации хранилища.

Кроме использования куполообразных ловушек советскими уче­ ными под руководством И. А. Чарного был предложен метод создания подземных хранилищ в пологозалегающих пластах.

2. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ И П Е Р С П Е К Т И В Ы Р А З В И Т И Я ПОДЗЕМНОГО Х Р А Н Е Н И Я ГАЗА В СССР

Поиски и разведка структур для создания подземных хранилищ газа в СССР были начаты в 1956 г. Значительно усилились эти работы в связи с постановлением ЦК КПСС и Совета Министров СССР от

Первые подземные хранилища газа были созданы в 1958 г. К концу 1971 г. в стране в промышленной и опытно-промышленной эксплуа­ тации находилось 15 подземных хранилищ с суммарной проектной

4,9 млрд. м3 , а максимально-суточный отбор — более 48 млн. м3 . В табл. 20 приводятся данные, характеризующие развитие подзем­ ного хранения газа в СССР за 1961—1971 гг.

Как видно из приведенных данных, в нашей стране созданы

иуспешно эксплуатируются подземные хранилища различных

типов: в водоносных пластах, а также в выработанных нефтяных и газовых месторождениях. В 1968 г. введено в промышленную эксплуатацию подземное хранилище в размытых соляных отложе­ ниях (в районе Еревана). Созданные хранилища регулируют неравно­ мерность потребления газа основных промышленных центров страны,

54

а также позволяют обеспечить более полное использование произ­ водительности крупных газотранспортных систем.

Остановимся кратко на характеристике основных хранилищ.

Хранилища в водоносных пластах

Х р а н и л и щ а в р а й о н е М о с к в ы

К а л у ж с к о е х р а н и л и щ е . Первым подземным храни­ лищем газа в СССР, сооруженным на базе водоносной структуры, является Калужское хранилище (вблизи г. Калуги). Разведочные работы на Калужской площади были начаты в декабре 1955 г. В ка­ честве объекта для закачки газа на Калужской площади был выбран Гдовский песчаник, залегающий на глубине 800—1000 м. Опытная закачка газа была начата в конце лета 1959 г., а в 1962 г. хранилище было сдано в промышленную эксплуатацию.

Суммарный проектный объем хранилища 400 млн. м3 . Проект­ ный объем активного газа был вначале установлен в 160 млн. м3 , а в последние годы увеличен до 250 млн. м3 . Сейчас Калужское хра­ нилище является наряду с Щелковским основным регулятором неравномерности газопотребления Московского промышленного узла.

Калужское хранилище эксплуатируется в пиковом режиме,

Расположено к северо-востоку от Москвы в районе г. Щелково. Разведку структуры для создания хранилища начали в 1957 г. Основным объектом при создании его первой очереди был нижнощигровский горизонт. Опытная станция подземного хранения газа была здесь введена в эксплуатацию в августе 1961 г., тогда же была начата опытная закачка газа в нижнещигровский песчаник. В де­ кабре 1961 г. был осуществлен пробный отбор газа. В последующие годы закачка и отбор газа из Щелковского хранилища существенно возросли, и оно стало основным регулятором неравномерности газопотребления Московского промышленного узла.

Первоначально проектный объем Щелковского хранилища соста­ влял 1800 млн. м 3 , в том числе по активному газу —• 1000 млн. м 3 . Впоследствии был составлен проект расширения хранилища и дове­ дения объема активного газа до 1500 млн. м3 . Сейчас продолжаются работы по дальнейшему расширению Щелковского хранилища. Кроме нижнещигровского горизонта, для подземного хранения газа будет использован ряжский водоносный. Ввод в эксплуатацию ряж­ еного горизонта Щелковской структуры позволит довести емкость Щелковского хранилища до 3000 млн. м3 . При этом максимальносуточная производительность Щелковского хранилища возрастет до 35 млн. м3 . Наряду с регулированием неравномерности газопотреб­ ления Московского промышленного узла Щелковское хранилище вносит значительный вклад в регулирование неравномерности

56

тирует надежность снабжения столицы. В периоды зимних похоло­ даний эти хранилища могут уже сейчас выдать более 25 млн. м 3 газа в сутки, что составляет примерно 50% среднесуточного потребления газового топлива Московским промышленным узлом.

западу от Ленинграда. Это хранилище впервые в мировой практике было создано в горизонтальных пластах на основе теоретических работ профессора И. А. Чарного. В 1962—1965 гг. были успешно проведены опытные закачка и отбор газа. С 1966 г. хранилище находится в промышленной эксплуатации. Вначале проектный объем хранилища составлял около 300 млн. м3 . Впоследствии он был увеличен до 1250 млн. м3 , в том числе до 500 млн. м 3 по актив­ ному газу. Гатчинское хранилище в значительной степени обеспе­ чивает регулирование неравномерности потребления газа в Ленин­ граде и надежность газоснабжения этого крупного промышленного

щим проектным объемом 250 млн. м 3 и активным объемом 150 млн. м3 . В зиму 1971 г. отбор газа из общих хранилищ в районе Ленинграда составил 308 млн. м а , а максимально-суточный отбор 2,7 млн. м3 .

Х р а н и л и щ а в р а й о н е К и е в а

В 1958 г. геолого-поисковыми работами, проводившимися в районе Киева, были выявлены Олшпевская и Червонопартизанская струк­ туры. В качестве первоочередного объекта для создания газохра­ нилища была признана Олшпевская структура, расположенная в 100 км к северо-западу от Киева и в 10 км от магистрального газо­ провода Киев—Брянск. В 1964 г. на Олишевской структуре была введена опытная станция подземного хранения газа и началась опыт­ ная закачка в пласт. В осенне-зимний период 1964—1965 гг. был произведен опытный отбор газа. Проектный объем хранилища составляет 340 млн. м3 , в том числе по активному газу 140 млн. м3 .

57

расположенную в 30 км от Олишевской площади. Здесь предусмо­ трено создание хранилища с активным объемом 550 млн. м3 . В 1971 г. отбор газа из этого хранилища был равен — 51 млн. м3 .

Х р а н и л и щ е в р а й о н е Т а ш к е н т а

В районе Ташкента подземное хранилище газа создано на Полто­ рацкой структуре, которая расположена в 15 км к северу от города. С лета 1965 г. в хранилище проводится опытная закачка газа. Проект­ ный объем хранилища равен 1090 млн. м3 , в том числе объем актив­

Х р а н и л и щ е в П р и б а л т и к е

Вблизи Риги, на расстоянии 50 км от газопровода Ивацевичи— Вильнюс—Рига, создается Инчукалнское подземное хранилище. В первые годы эксплуатации оно предназначено для регулирования неравномерности газопотребления Риги и городов по трассе газо­ провода.

Проектный объем первой очереди хранилища составляет 400 млн. м 3 по активному газу. Впоследствии активный объем Инчукалнского хранилища будет увеличен до 1000 млн. м3 . Это позволит после кольцевания системы магистральных газопроводов в этом районе путем их соединения с газопроводом Рига—Таллин—Ленин­ град обеспечить надежность газоснабжения Таллина, а также улуч­ шить регулирование неравномерности газопотребления Ленинграда. В 1968 г. в Инчукалнское хранилище началась опытная закачка газа. В 1971 г. из этого хранилища было отобрано в отопительный сезон немногим более 75 млн. м3 .

Хранилища в истощенных месторождениях

Х р а н и л и щ а С а р а т о в с к о й о б л а с т и В Саратовской области в выработанных месторождениях сейчас

жено на территории Ленинского района Саратова и частично Сара­ товского сельского района. Под хранилище газа на данном место­ рождении используются выработанные залежи тульского и бобри- ковско-кизеловского горизонтов. С 1958 г. это хранилище регули­ рует неравномерность газопотребления Саратовской области, а с 1968 г. — еще и подачу газа по газопроводу Средняя Азия — Центр. Проектный объем хранилища в тульском горизонте Елшано-

58

С лета 1966 г. начата закачка газа в бобриковско-кизеловский горизонт Елшано-Курдюмского хранилища. Здесь намечается создать крупное хранилище газа с суммарным объемом около 4800 млн. м 3 и активным объемом 2000 млн. м3 . В 1971 г. в зимнее время для регу­ лирования неравномерности газопотребления Саратова и эксплуа­ тации газопроводов Средняя Азия — Центр и Саратов—Горький из обоих горизонтов Елшано-Курдюмского хранилища было ото­

в 35 км к западу от Саратова. Под хранилище газа на этом место­ рождении используются выработанные газо-нефтяные залежи туль­ ского и бобриковско-кизеловского горизонтов. Опытная закачка газа в тульский горизонт началась в 1966 г.

потребления Куйбышевского узла. В качестве подземного храни­ лища Михайловское месторождение используется с весны 1963 г., когда началась закачка попутного газа, поступающего с Отраднен-

области (в 10 км от Бугуруслана). От хранилища до Бугуруслана проложен газопровод, по которому подается газ на бытовые нужды. В качестве хранилища Башкатовская залежь используется с 1958 г.

59

В табл. 21 приводятся основные показатели эксплуатации всех подземных хранилищ по уровню 1970 г. Если проанализировать дина­ мику развития подземного хранения газа у нас в стране, то, с точки зрения тенденций в развитии определенных типов хранилищ, ее можно четко разделить на два периода (табл. 22).

Т а б л и ц а 21

Основные показатели современного состояния подземных хранилищ газа (по уровню 1970 г.)

Из приведенных данных видно, что если на первом этапе разви­ тия подземного хранения газа у нас в стране прирост объемов хра­

Почти три четверти всего прироста объема хранилищ было получено за счет использования истощенных нефтяных и газовых месторож­ дений. В результате к концу 1970 г. соотношение объемов обоих

60