Kaip veikia požeminės dujų saugyklos: tinkami gamtinių dujų saugojimo būdai

Atrodytų, žinios apie tai, kaip veikia požeminės dujų saugyklos, eiliniam naudotojui neturi praktinės reikšmės. Tačiau žmonija per daug priklausoma nuo „mėlynojo“ kuro, ir taip norisi būti tikriems, kad jo tiekimo sutrikimų niekada nebus. Juk tiesa?

Ir kiekvieną tautietį gali nuraminti informacija apie požemines dujų saugyklas (PDS) — kol jos pilnos, dujų tiekimo problemų nebus. Išsamiau apie saugyklų įrenginį ir saugojimo ypatybes skaitykite mūsų straipsnyje.

Požeminių dujų saugyklų įrenginys

Jeigu dujų saugojimui buitinėms reikmėms privačių namų savininkai naudoja dujų bakus, tai valstybės mastu kalbama apie visai kitus saugojimo variantus. Taigi, oficialiai požeminės dujų saugyklos yra inžinerinių-techninių statinių kompleksai, skirti „mėlynojo“ kuro įpurškimui, saugojimui ir paėmimui. Jas sudaro antžeminiai ir požeminiai komponentai.

Prie antžeminių priskiriami:

• dujų skirstymo punktas, skirtas dujų srauto paskirstymui į keletą technologinių;
• kompresorių cechas, kuriame vyksta kuro paruošimas (didinant slėgį) įpurškimui į gręžinius;
• dujų valymo įrenginiai.

Požeminiai PDS komponentai yra: gręžiniai, iškasos, talpyklos. Ir paskutinis punktas (talpyklos) yra įdomiausias — nuo to, kur saugomas „mėlynas“ kuras, priklauso, kaip įrengta pati dujų saugykla.

Šiuolaikinės požeminės dujų saugyklos išoriškai panašios į dideles gamyklas. Kadangi norint užtikrinti kuro įpurškimą/paėmimą būtina naudoti galingą kompresorinę, valymo ir kitą įrangą. Kurią aptarnauja šimtai, o gal ir tūkstančiai specialistų.

Dujų saugojimo talpyklų apžvalga

Esant vienodam svoriui, dujos užima daug didesnius plotus nei bet kokie kietieji kūnai. O kadangi jos naudojamos didžiuliais kiekiais, jų saugojimui reikia tokių pat talpyklų.

Be to, specialistai atsisakė dujų saugojimo žmogaus sukurtuose antžeminiuose rezervuaruose jau prieš šimtmetį.

Priežastis ta, kad tam būtų reikėję:

• užimti didžiulius planetos plotus kompleksais, skirtais laikyti žemo slėgio «mėlynąjį» kurą;
• naudoti brangius ir sprogius aukšto slėgio dujų rezervuarus.

Dėl to, siekiant išlyginti minėtus neigiamus aspektus, pasirinktos požeminės saugyklos, o tokiomis laikomos talpyklos, esančios dideliame gylyje. Kuris daugeliu atvejų siekia nuo 300 iki 1000 metrų. O ten kurą galima laikyti gamtos sukurtuose rezervuaruose.

Iš viso inžinieriai išmoko sėkmingai naudoti 7 natūralių dujų saugojimo rezervuarų tipus:

• susidarę vandens prisotintuose porėtuose sluoksniuose;
• išlikę po angliavandenilių, t. y. tos pačios dujų, naftos, gavybos;
• suformuoti akmens druskos nuosėdose;
• sukurti kasyklų kasybos darbuose;
• sukurti stipriose amžinojo įšalo uolienose;
• su žemos temperatūros ledo-uolienų apvalkalu;
• susidarę po požeminių atominių sprogimų.

Nors variantų daug, praktiškumu išsiskiria tik 4 pirmieji dujų saugojimo būdai. Kiti rezervuarų variantai tinka tik teoriškai.

Šiaurės Stavropolio PDS yra didžiausia pasaulyje, o joje laikomų dujų atsargos gali patenkinti metinį tokios didelės šalies kaip Prancūzija kuro poreikį. Kadangi saugyklos plotas siekia net 680 km²

Likusių trijų variantų nepraktiškumo priežastis yra tokia:

• Įšalusiose uolienose dujas laikyti galima, to patvirtinimas yra kelios veikiančios saugyklos šiauriniuose planetos rajonuose. Tačiau jų tūriai yra labai nežymūs, todėl šiuo metu jos neturi jokios pramoninės reikšmės.
• Talpyklos, suformuotos požeminiais branduoliniais sprogimais, yra visiškai tinkamos laikyti didelius dujų kiekius, kas jau įrodyta eksperimentiškai. Tačiau esmė ta, kad galingi ginklai buvo išbandomi toliau nuo žmonių gyvenamųjų vietų. Todėl ten paprastai nėra vartotojų, inžinerinių komunikacijų.

Dėl to minėtos talpyklų rūšys yra tiesiog netinkamos naudoti.

Nors PDS vadinamos saugyklomis, iš tikrųjų dujų taupymas nėra pagrindinė jų užduotis. Kadangi jose esančios dujos dažniausiai naudojamos netolygumų vartojime išlyginimui. Šie netolygumai būna dienos, savaitės, sezoniniai. Tik paskutine eile PDS kuriamos nenugalimos jėgos aplinkybių padarinių švelninimui.

Toliau išsamiau aptarsime kiekvieną požeminio dujų saugojimo variantą.

Variantas #1 — saugyklos vandens prisotintuose sluoksniuose

Saugyklos vandens prisotintuose sluoksniuose skirtos sezoninio netolygumo padariniams švelninti naudojant dujas. Taip pat strateginėms atsargoms kurti.

Svarbi tokių saugyklų įrengimo ypatybė yra minimalus žmogaus dalyvavimas – dažniausiai tik gręžinių, reikalingų dujoms pumpuoti, sukūrimo etape.

Rusijos žemėlapyje matyti, kad požeminės dujų saugyklos (PDS) yra šalia magistralinių dujotiekių ir didelių gyvenviečių. Ir tai neatsitiktinai, nes saugyklos yra skirtos užtikrinti dujų vartojimo stabilumą, todėl jos turi būti arti didelių objektų.

Nurodytos talpos ieškomos arteziniuose sluoksniuose. Dujų saugyklos kuriamos ten, kur uolienų struktūra yra laidi, akytas. Skysčio likučiai pašalinami dujomis, kurios suspaudžia jį, o vėliau išstumia.

Pačios vadinamosios talpos degalams laikyti iš tikrųjų nėra talpos. Tiksliau, jų visai nėra – kaip laikymo vieta naudojamos tuštumos akytuose sluoksniuose. Ir visa dujų saugyklos sukūrimo procedūra susideda iš dalies vandens išstūmimo į periferiją. Tai daroma siekiant sukurti erdvę „mėlynajam“ kurui.

Pirmiau aprašytą procedūrą galima atlikti tik tuo atveju, jei tam palankūs keli veiksniai:

• Akytas laidus sluoksnis yra padengtas kupolu (dangčiu) iš dujoms nelaidžių uolienų, kurios paprastai yra presuoti moliai.
• Vandeningasis sluoksnis tęsiasi nuo saugyklos ribų dešimtis kilometrų. O dar geriau, jei jis išeina į paviršių. Visa tai, kas išvardyta, suteikia galimybę dujoms sėkmingai išstumti sluoksnyje esantį vandenį.
• Kupolo ilgis yra pakankamas, kad būtų galima laikyti didelius dujų kiekius.
• Uolienos akytumas ir laidumas užtikrina priimtiną dujų talpą ir gebėjimą jas atiduoti eksploatacijos metu.

Jeigu nors viena iš sąlygų nesilaikoma, sukurti požeminę saugyklą bus neįmanoma.

Šiuolaikinių požeminių saugyklų veikimo principas yra paprastas. Jų ypatumus galima išnagrinėti didelių PDS, naudojamų sezoniniams netolygumams išlyginti, pavyzdžiu.

Taip, paprastai šiltuoju metų laiku į jas įsiurbiamas reikiamas dujų kiekis. Kuris pradedamas atimti tik prasidėjus šildymo sezonui. Be to, į magistralinį vamzdį nukreipiamas ne koks nors didžiulis dujų kiekis, o vidutinis statistiškai, žinomas iš eksploatacijos patirties praėjusių žiemų metu.

O jeigu staiga temperatūra smarkiai sumažės ir paros suvartojimas padidės eilės tvarka, didelis PDS vis tiek nedidins atimties apimčių. O trūkumą padengs mažos saugyklos, skirtos paros, savaitės suvartojimo netolygumams išlyginti. Priežastis ta, kad iš jų atimtis yra paprastesnė ir greitesnė.

Optimaliomis laikomos talpos, kurių plotas yra nuo kelių kvadratinių kilometrų. Su dugno ir kupolo viršaus aukščių skirtumu 10–15 metrų ribose.

PDS vandens prisotintuose sluoksniuose privalumas yra didelė talpa. O trūkumu laikoma tai, kad geologai, tirdami vandeningojo horizonto ypatumus, gali neaptikti ir neįvertinti kokio nors svarbaus veiksnio. Dėl to saugykla gali pasirodyti netinkama naudoti.

O blogiausia, kad tai dažnai paaiškėja po didžiulių kapitalo investicijų į antžeminės ir požeminės infrastruktūros statybą. Gana dažnai pasitaiko ir mažiau reikšmingų nemalonumų, dėl kurių PCH eksploatacija vandens prisotintose uolienose yra susijusi su didelėmis neplanuotomis išlaidomis.

2 variantas – talpyklos po angliavandenilių išgavimo

Šiai rūšiai priklausantys inžineriniai kompleksai skirti išlyginti sezoninius „mėlynojo“ kuro suvartojimo svyravimus. Taip pat – strateginėms atsargoms sudaryti.

Požeminės saugyklos yra paklausios, nes jų sukūrimas ir eksploatacija ekonomiškai naudingiausi. O didžiuliai antžeminiai dujų bakai (pavaizduoti nuotraukoje) naudojami, jei nėra galimybės naudoti magistralinių dujotiekių su PCH. Be to, nuotraukoje pavaizduotose talpyklose paprastai laikomos tik suskystintos dujos.

Šios rūšies saugyklų įrenginys yra toks pat kaip ir analogų, sukurtų vandens prisotintuose sluoksniuose. Tai yra, kuras laikomas akytų uolienų tuštumose.

Pasaulyje daugiausia yra PCH, sukurtų uolienose, kuriose kadaise buvo angliavandenilių. Taigi jų skaičius siekia reikšmingus 70%, to priežastis – keletas pranašumų.

Kurie apima: didelę talpą ir sutaupymą kapitalo investicijų į žvalgybą, infrastruktūros ar bent jos dalies sukūrimą, gręžimą – tokių PCH sukūrimo vietoje jau buvo vykdoma naftos ir dujų gavyba.

Reikia suprasti, kad įkasti dujų bakai nėra požeminės saugyklos. Kadangi jie skirti visiškai kitokiems uždaviniams spręsti. O po žeme jie atsiduria tik tam, kad suskystintų dujų išgarinimas būtų efektyvesnis per didelius šalčius. Be to, be jokių išlaidų. Taip pat sąlyginai požeminis dujų bakų išdėstymas leidžia sutaupyti naudingos erdvės, pavyzdžiui, sodybos sklype.

Tačiau talpyklų, išlikusių po angliavandenilių išgavimo, idealiomis vadinti negalima.

Jos turi nemažai trūkumų:

• senų gręžinių sandarumo problemos – ypač tai liečia buvusius naftos telkinius;
• nepakankamas uolienų akytumas, pralaidumas;
• dujų sumaišymas su naftos likučiais – o tai kartais sukelia didelių nuostolių, nes gauto mišinio panaudoti jau neįmanoma.

Taip pat neretai naftos telkiniuose dujose atsiranda pavojingas sieros vandenilio priemaišas. Jis kenksmingas žmonių sveikatai, be to, ardo visokias plienines konstrukcijas, net ir nerūdijančias.

Požeminių dujų saugyklų (PDS) eksploatavimas, pagrįstų išsekusių angliavandenilių telkinių vietose, yra įmanomas dėl to, kad dujos įpurškiant išstumia naftos likučius iš reikiamo sluoksnio. Be to, ji, kaip ir vanduo, turi suspaudžiamumo ir judrumo efektą, o tai palengvina talpos įrengimo užduotį. Kartais nafta veikiant dujų slėgiui išspaudžiama ne į uolieną, o pakyla į viršų, tai tampa papildomu pelno šaltiniu.

Variantas #3 — talpyklos akmens druskos nuosėdose

Tokios dujų talpyklos tarnauja paros, savaitės jo naudojimo netolygumui išlyginti, taip pat dalyvauja sezoninio netolygumo niveliacijoje. Be to, saugyklos druskos sluoksniuose sėkmingai atlieka rezervinio šaltinio vaidmenį svarbiems vartotojams.

Egzistuoja tik 2 paklausūs dujų laikymo po žeme būdai. Būtent – laidžiuose poringuose sluoksniuose ir ertmėse, išplautose druskos telkiniuose. Pirmas variantas naudojamas, kai reikia sukurti didelę saugyklą, antrasis – tik vietinėms užduotims spręsti.

Nurodytos PDS sukuriamos išplaunant dalį druskos nuosėdų, siekiant sukurti reikiamo dydžio ertmę. Tam iš pradžių išgręžiamos kelios skylės, per kurias ilgą laiką tiekiamas vanduo.

Nors aprašyta procedūra yra ilga ir brangi, ji atsiperka, nes įpurkštų gamtinių dujų saugojimas vyksta be nuostolių. Priežastis ta, kad druskos urvai pasižymi hermetiškumu. Be to, jie turi savaiminio gijimo efektą — tektoniniai ir kiti plyšiai gana greitai apauga druskos nuosėdomis.

Tokių požeminių dujų saugyklų privalumas yra tas, kad reikiamo kuro kiekio paėmimas vyksta praktiškai be greičio apribojimų. Kuris yra daug kartų didesnis nei atliekant tas pačias operacijas kitų tipų talpyklose. Taip pat svarbus PDS, įrengtų druskos urvuose, privalumas yra didelis dujų paėmimo procentas — vienas didžiausių tarp visų jos tipų.

Dujų saugojimo uoliena turi būti tokia, kaip parodyta nuotraukoje. Tai yra laidži ir turėti pakankamai vietos dideliam kuro kiekiui sutalpinti. Be to, sluoksnio struktūra turi leisti lengvai išstumti vandenį ir naftos likučius.

Tačiau ertmių kiekis druskos sluoksniuose neviršija 2% viso saugyklų skaičiaus.

Tokį rodiklį veikia keletas neigiamų veiksnių:

• Didžiulio kiekio sūraus vandens buvimas išplovus urvus dujoms saugoti. Dėl to, jei šalia nėra jūros ar bent druską perdirbančių gamyklų, skysčio nėra kur dėti. Tai yra pagrindinė priežastis, kodėl tokio pobūdžio PDS yra nedaug.
• Naudingo tūrio sumažėjimas eksploatacijos metu. Tokį reiškinį sukelia druskos išgaravimas vietose, kuriose slėgis didesnis, ir kaupimasis ten, kur jis mažesnis.
• Priemaišų atsiradimas dujose, kurias dažnai sudaro skysčio likučiai, anksčiau naudoto urvui išplauti.
• Nedideli kiekiai, kurie neleidžia sukurti pakankamų atsargų.

Todėl druskos saugyklos paprastai naudojamos tik ten, kur nėra galimybės naudoti aukščiau išvardytų talpų rūšių.

Variantas #4 — PDS kalnų iškasose

Jų kiekiai yra nedideli. Vis dėlto švedai su norvegais dalį savo strateginių dujų atsargų laiko būtent tokio tipo talpose.

PDS kalnų iškasose yra vienintelė dujų saugykla, visiškai įrengta žmogaus. Pavyzdžiui, vienoje iš šachtų sprogimais sukuriama talpa, kuri vėliau apkalami plieno lakštais.

Taip atrodo druskos kavernos, naudojamos dujoms saugoti. Jos yra hermetiškos ir patikimos, bet turi ribotus matmenis, todėl tinka tik nedidelės apimties PDS kurti. Be to, tik vietinėms užduotims spręsti. Pavyzdžiui, Rusijoje iš 27 šiuo metu naudojamų saugyklų tik 2 yra druskos kavernos.

Nors PDS apleistose šachtose eksploatuoti yra naudinga dėl didelio atrinkimo procento ir greičio, tačiau artimiausiu metu jų skaičius žymiai nepadidės. Priežastis ta, kad aprašytas saugyklas sunku statyti. Kadangi ne visada pavyksta pasiekti visišką hermetiškumą, o tai lemia didelius nuostolius.

Taip atsitinka dėl to, kad eksploatuojant šachtą į ją stengiamasi privesti kuo daugiau oro. Tam sukuriama vėdinimo sistema su daugybe išėjimų į paviršių, kurių įrengiant saugyklą ne visada pavyksta užsandarinti.

Todėl šiandien yra tik keli sėkmingi dujų saugojimo apleistose šachtose idėjos įgyvendinimo pavyzdžiai (Švedijos, Norvegijos, Vokietijos teritorijose).

Ar saugyklos yra sandarios?

Kuro nuotėkiai yra dažni procesai, kurių išvengti neįmanoma. Kadangi priežasčių yra per daug.

Patogumui jos skirstomos į 3 kategorijas:

• geologinės;
• technologinės;
• techninės.

K grupei geologinių priežasčių priskiriamas PDS dangų nevienodumas, tektoninių lūžių buvimas, taip pat hidrodinamikos ir geochemijos ypatumai. Pavyzdžiui, dujos gali tiesiog migruoti sluoksniu, ir specialistai tam neturi jokios įtakos.

Technologinės priežastys yra dažniausios, nes reguliariai pasitaiko klaidų vertinant kokius nors faktus. Pavyzdžiui, hidrogaudyklių efektyvumą, dujų atsargas, vykstančius fizikinius-cheminius procesus.

Neretai, norint pasiekti reikiamus sluoksnius, naudojamas gręžinių gręžimas. Be to, jo technologija niekuo nesiskiria nuo panašių procedūrų bandoma pasiekti dujų, naftos telkinių.

Techninės priežastys dažniausiai yra susijusios su naudojamų gręžinių, kuriais vykdomas dujų įpurškimas, būkle.

PDS kūrimo ypatumai

95% atvejų PDS sukuriami išstumiant vandenį dujomis, naftos likučius iš akytų sluoksnių. Taip sukuriami „talpos“ „mėlynojo“ kuro saugojimui.

O svarbiausia ypatybė yra ta, kad skysčiams išstumti naudotas dujų kiekis vėliau negali būti naudojamas tiekimui vartotojams. Jo užduotis – neleisti vandeniui ir angliavandenilių likučiams sugrįžti į senąją vietą. Priešingu atveju saugykla tiesiog nustos egzistuoti.

Tai yra, minėtos dujos yra buferinės. Paprastai jų būna ne mažiau kaip pusė viso į PDS įsiurbio tūrio. O atskirais atvejais buferinių dujų yra 3 kartus daugiau nei tų, kurios gali būti naudojamos tiekimui vartotojams, kurios vadinamos aktyviosiomis.

Įdomu, kad buferinių dujų kiekio iš anksto apskaičiuoti neįmanoma. Tai yra, viskas tikrinama tik eksperimentiniu būdu. Tam daugeliu atvejų sugaištama metų. Vis dėlto, kai gautas rezultatas nepatenkinamas, buferines dujas galima išsiurbti visiškai.

Saugyklos užpildymo tvarka

Geologams atlikus kokio nors sluoksnio tyrimus ir nusprendus, kad reikiamoje vietoje galima sukurti dujų saugyklą, dujų gavybos įmonės pastato inžinerinį kompleksą.

Šiuolaikinės PDS yra saugiausias būdas saugoti dujų atsargas. Tačiau dažni jų nuotėkiai yra didelė problema dujininkams ir ekologams, kurie tokius atvejus laiko didele aplinkos problema. O pasitaiko ir taip, kaip pavaizduota nuotraukoje (tolumoje matosi gaisras vienoje iš Vengrijos PDS).

O toliau prasideda „mėlynojo“ kuro įsiurbimas į būsimą PDS, kuris tiekiamas iš artimiausio magistralinio dujotiekio. Ir patenka į valymo aikštelę, kur pašalinamos visokios mechaninės priemaišos.

Švarus kuras tiekiamas į apskaitos ir matavimo punktą. Po to į kompresorių cechą, kur atliekamas kompresavimas – taip vadinamas dujų paruošimas įsiurbimui į saugyklą. Tai yra dujų slėgio padidinimas iki reikiamos vertės.

Tada jis transportuojamas į dujų skirstymo punktus. Kur bendras srautas padalinamas į kelis ir patenka į skirtingas technologines linijas. Iš ten šliaužomis nukreipiamas į gręžinius įsiurbimui.

Viso proceso metu specialistai kontroliuoja daugelį parametrų, tarp kurių dujų slėgis ir temperatūra, kiekvieno gręžinio našumas.

Išvados ir naudingas vaizdo įrašas šia tema

Toliau pridėta vaizdo medžiaga skirta PDS kūrimo temai, siekiant išlyginti netolygų kuro vartojimą, kurį tieks dujotiekis „Sibiro galia“.

Požeminės dujų saugyklos yra patikimiausias ir naudingiausias būdas išlyginti netolygų dujų vartojimą ir užtikrinti stabilų jų tiekimą force majeure atvejais. O įdomiausia, kad už tai reikia dėkoti ne žmogaus genijui, o gamtai, kuri apdairiai sukūrė tam tinkamus uolienų sluoksnius.

Ar jūs asmeniškai dalyvavote kuriant požemines dujų saugyklas ir norite papildyti aukščiau pateiktą medžiagą naudinga informacija? Ar pastebėjote faktų neatitikimų? Palikite savo pastabas ir komentarus – atsiliepimų blokas yra žemiau po straipsniu.