Kā ierīkotas pazemes gāzes krātuves: piemēroti dabasgāzes uzglabāšanas veidi

Šķietami, zināšanām par to, kā ierīkotas pazemes gāzes krātuves, parastam lietotājam nav praktiskas nozīmes. Taču cilvēce ir pārāk atkarīga no „zilās” degvielas, un tik ļoti gribas būt pārliecinātam, ka tās piegādēs nekad nebūs pārtraukumu. Vai tā nav?

Un ikvienu tautieti var nomierināt informācija par pazemē izvietotajām gāzes krātuvēm (PGK) — kamēr tās ir pilnas, problēmu ar gāzes piegādi nebūs. Sīkāk par krātuvju uzbūvi un uzglabāšanas īpatnībām lasiet mūsu rakstā.

Pazemes gāzes krātuvju uzbūve

Ja privātmāju īpašnieki gāzes uzglabāšanai sadzīves vajadzībām izmanto gāzes tvertnes, tad valsts mērogā runa ir par pavisam citiem uzglabāšanas variantiem. Tātad, oficiāli pazemes gāzes krātuves ir inženiertehnisko būvju kompleksi, kas kalpo „zilās” degvielas iesūknēšanai, uzglabāšanai un izsūknēšanai. Tās sastāv no virszemes un pazemes komponentiem.

Pie virszemes komponentiem pieder:

• gāzes sadales punkts, kas kalpo gāzes plūsmas sadalīšanai vairākās tehnoloģiskās plūsmās;
• kompresoru cehs, kur tiek sagatavota degviela (paaugstinot spiedienu) iesūknēšanai urbumos;
• gāzes attīrīšanas iekārtas.

Pazemes PGK komponenti ir: urbumi, izstrādes, tvertnes. Un pēdējais punkts (tvertnes) ir visinteresantākais — no tā, kur tiek uzglabāta „zilā” degviela, ir atkarīgs, kā ierīkota pati gāzes krātuve.

Mūsdienu pazemes gāzes krātuves pēc izskata ir līdzīgas lielām rūpnīcām. Jo, lai nodrošinātu degvielas iesūknēšanu/izsūknēšanu, ir jāizmanto jaudīgs kompresoru, attīrīšanas un cits aprīkojums. Kuru apkalpo simtiem, pat tūkstošiem speciālistu.

Pārskats par gāzes uzglabāšanas tvertnēm

Pie vienāda svara gāze aizņem daudz lielākas platības nekā jebkuri cietie ķermeņi. Un tā kā to izmanto milzīgos daudzumos, tās uzglabāšanai ir nepieciešamas tikpat lielas tvertnes.

Turklāt no gāzes uzglabāšanas cilvēka radītos virszemes rezervuāros speciālisti atteicās jau pirms gadsimta.

Iemesls ir tāds, ka tam būtu nepieciešams:

• aizņemt milzīgas planētas platības ar zema spiediena «zilās» degvielas uzglabāšanas kompleksiem;
• izmantot dārgus un sprādzienbīstamus augstspiediena gāzes tvertņu parkus.

Rezultātā, lai novērstu iepriekš uzskaitītos negatīvos aspektus, izvēle tika izdarīta par labu pazemes krātuvēm, un par tādām uzskata tvertnes, kas atrodas ievērojamā dziļumā. Tas vairumā gadījumu ir no 300 līdz 1000 metriem. Un tur degvielu var glabāt dabiskos rezervuāros, ko radījusi daba.

Kopumā inženieri ir iemācījušies veiksmīgi izmantot 7 dabisko rezervuāru veidus gāzes uzglabāšanai:

• izveidojušies ūdens piesātinātos porainos slāņos;
• saglabājušies pēc ogļūdeņražu, proti, tās pašas gāzes, naftas ieguves;
• izveidoti akmens sāls nogulumos;
• radīti raktuvju kalnrūpniecības izstrādēs;
• radīti cietos mūžīgā sasaluma iežos;
• ar zemas temperatūras ledus-iežu apvalku;
• izveidojušies pēc pazemes kodolsprādzieniem.

Lai gan variantu ir daudz, praktiskums piemīt tikai 4 pirmajiem gāzes uzglabāšanas veidiem. Pārējie rezervuāru varianti ir piemēroti tikai teorētiski.

Ziemeļstavropoles PAG ir lielākā pasaulē, un tajā uzglabātais gāzes krājums spēj apmierināt tādas lielas valsts kā Francija ikgadējo degvielas nepieciešamību. Jo krātuves platība ir veseli 680 km²

Atlikušo trīs variantu nepraktiskuma iemesls ir šāds:

• Mūžīgā sasaluma iežos gāzi var uzglabāt, un to apliecina vairākas esošās krātuves planētas ziemeļu rajonos. Taču to apjomi ir ārkārtīgi niecīgi, tāpēc šobrīd tām nav nekādas rūpnieciskas nozīmes.
• Pazemes kodolsprādzienu radītās tvertnes ir pilnīgi piemērotas ievērojamu gāzes krājumu uzglabāšanai, kas jau ir pierādīts eksperimentāli. Taču būtība ir tā, ka spēcīgus ieročus testēja tālāk no cilvēku dzīvesvietām. Tāpēc tur parasti nav patērētāju, inženierkomunikāciju.

Rezultātā minētās tvertņu šķirnes vienkārši nav piemērotas lietošanai.

Lai gan PAG sauc par krātuvēm, patiesībā gāzes saglabāšana nav to galvenais uzdevums. Jo tajās esošā gāze galvenokārt tiek izmantota patēriņa nevienmērības izlīdzināšanai. Tā ir diennakts, nedēļas, sezonāla. Tikai pēdējā kārtā PAG tiek veidotas, lai novērstu nepārvaramas varas apstākļu sekas.

Tālāk aplūkosim sīkāk katru no gāzes uzglabāšanas iespējām zem zemes.

1. variants — krātuves ūdens piesātinātos slāņos

Krātuves ūdens piesātinātajos slāņos ir paredzētas, lai novērstu sezonālās nevienmērības sekas, lietojot gāzi. Kā arī stratēģisko rezervju veidošanai.

Svarīga šādu krātuvju iekārtojuma īpatnība ir minimāla cilvēka līdzdalība — visbiežāk tiek veidotas tikai akas, kas nepieciešamas gāzes iesūknēšanai.

Krievijas kartē redzams, ka PGK atrodas galveno gāzesvadu un lielu apdzīvotu vietu tuvumā. Tas nav nejauši, jo krātuves ir paredzētas, lai nodrošinātu gāzes patēriņa stabilitāti, tāpēc tām jābūt lielu objektu tuvumā.

Minētās tilpnes tiek meklētas artēziskajos slāņos. Gāzes krātuves veido tur, kur iežu struktūra ir caurlaidīga un poraina. Šķidruma atlikumus noņem ar gāzi, kas to saspiež un pēc tam izspiež.

Pašas tā sauktās degvielas uzglabāšanas tilpnes patiesībā tādas nav. Precīzāk, tās vispār neeksistē — glabāšanai izmanto tukšumus porainajos slāņos. Un visa gāzes krātuves izveides procedūra sastāv no ūdens daļas izspiešanas uz perifēriju. To dara, lai radītu telpu «zilajai degvielai».

Iepriekš aprakstīto procedūru varēs veikt tikai tad, ja to veicinās vairāki faktori:

• Porainais caurlaidīgais slānis ir pārklāts ar kupolu (segslāni) no gāzi necaurlaidīgiem iežiem, kas parasti ir presēti māli.
• Ūdens nesošais slānis sniedzas no krātuves robežām desmitiem kilometru. Vēl labāk, ja tam ir izeja uz virsmu. Viss iepriekš minētais ļauj gāzei veiksmīgi izspiest slānī esošo ūdeni.
• Kupola garums ir pietiekams, lai nodrošinātu iespēju uzglabāt ievērojamus gāzes apjomus.
• Iežu porainība un caurlaidība nodrošina pieņemamu gāzes tilpumu un spēju to atdot izstrādes laikā.

Ja kaut viens no nosacījumiem netiek ievērots, tad izveidot pazemes krātuvi nebūs iespējams.

Mūsdienu pazemes krātuvju darbības princips ir vienkāršs. Īpatnības var aplūkot, piemēram, lielo PGK, kuras tiek izmantotas sezonālo nelīdzsvarotību izlīdzināšanai.

Tā, parasti siltajā gadalaikā tajās iesūknē vajadzīgo gāzes daudzumu. To sāk atņemt tikai ar apkures sezonas iestāšanos. Turklāt magistrālajā caurulē tiek novadīts nevis kaut kāds milzīgs gāzes daudzums, bet vidējais statistiskais, kas zināms pēc ekspluatācijas pieredzes iepriekšējās ziemās.

Bet, ja pēkšņi temperatūra strauji pazemināsies un diennakts patēriņš kļūs par kārtu lielāks, lielais PGK tik un tā nepalielinās atlases apjomus. Savukārt iztrūkumu segs nelielās krātuves, kas paredzētas diennakts un nedēļas patēriņa izlīdzināšanai. Iemesls ir tāds, ka no tām ir vieglāk un ātrāk veikt atlasi.

Par optimālām tiek uzskatītas tilpnes ar platību no vairākiem kvadrātkilometriem, ar dibena un kupola virsotnes augstuma starpību 10–15 metru robežās.

PGK priekšrocība ūdens piesātinātajos slāņos ir ievērojama tilpība. Trūkums ir tas, ka ģeologi, pētot ūdens nesējslāņa īpatnības, var neatklāt un neņemt vērā kādu svarīgu faktoru. Tā rezultātā krātuve var izrādīties nederīga izmantošanai.

Bet visbēdīgākais ir tas, ka tas nereti atklājas pēc milzīgiem kapitālieguldījumiem virszemes un pazemes infrastruktūras izbūvē. Diezgan bieži sastopamas arī mazāk nozīmīgas nepatikšanas, kuru dēļ PĢK ekspluatācija ūdeni piesātinātos iežos ir saistīta ar ievērojamām neplānotām izmaksām.

Variants #2 — tvertnes pēc ogļūdeņražu ieguves

Inženiertehniskie kompleksi, kas pieder šim veidam, kalpo sezonālo «zilās» degvielas patēriņa svārstību izlīdzināšanai. Kā arī stratēģisko rezervju veidošanai.

Pazemes krātuves ir pieprasītas tāpēc, ka to izveidošana un ekspluatācija ir ekonomiski visizdevīgākā. Savukārt milzīgas virszemes gāztvertnes (attēlotas fotoattēlā) tiek izmantotas, ja nav iespējams izmantot maģistrālos gāzes vadus ar PĢK. Turklāt fotoattēlā redzamajās tvertnēs parasti glabā tikai sašķidrinātu gāzi.

Šāda veida krātuvju ierīce ir tāda pati kā ūdeni piesātinātos slāņos izveidotajiem analogiem. Tas nozīmē, ka degviela tiek glabāta porainu iežu tukšumos.

Pasaulē visvairāk ir PĢK, kas izveidotas iežos, kuros kādreiz atradās ogļūdeņraži. To skaits sasniedz ievērojamus 70%, par iemeslu tam ir vairākas priekšrocības.

Pie tām pieder: ievērojama ietilpība un ietaupījumi kapitālieguldījumos izpētē, infrastruktūras vai vismaz tās daļas izveidē, urbšanā — šādu PĢK izveides vietā jau iepriekš veikta naftas un gāzes ieguve.

Jāsaprot, ka ieraktās gāztvertnes nav pazemes krātuves. Jo tās ir paredzētas pavisam citu uzdevumu risināšanai. Un zem zemes tās nonāk tikai tāpēc, lai padarītu sašķidrinātās gāzes iztvaikošanu efektīvāku stiprā salā. Turklāt bez jebkādām izmaksām. Kā arī nosacīti pazemes gāztvertņu izvietošana ļauj ietaupīt derīgo telpu, piemēram, uz lauku īpašuma.

Taču par ideāliem nevar saukt tos rezervuārus, kas saglabājušies pēc ogļūdeņražu ieguves.

Tiem ir daudzi trūkumi:

• problēmas ar veco urbumu hermētiskumu – īpaši tas attiecas uz bijušajiem naftas atradnēm;
• nepietiekama iežu porainība un caurlaidība;
• gāzes sajaukšanās ar naftas atliekām – kas dažkārt rada ievērojamus zaudējumus, jo iegūto maisījumu vairs nevar izmantot.

Kā arī nereti naftas atradnēs gāzei ir bīstams piejaukums sērūdeņraža veidā. Tas ir kaitīgs cilvēku veselībai, turklāt noārda visādas tērauda konstrukcijas, pat tās, kas ir no nerūsējošā tērauda.

Pazemes gāzes krātuvju (PGK) ekspluatācija, kas balstītas uz izsīkušo ogļūdeņražu atradņu vietām, ir iespējama tāpēc, ka gāze, to iesūknējot, izspiež atlikušo naftu no nepieciešamā slāņa. Turklāt tai, tāpat kā ūdenim, ir saspiežamības un mobilitātes efekts, kas atvieglo uzdevumu izveidot uzglabāšanas tilpni. Dažkārt nafta gāzes spiediena ietekmē netiek izspiesta iezī, bet paceļas augšup, kas kļūst par papildu peļņas avotu.

3. variants — rezervuāri akmens sāls nogulumos

Šādas gāzes tilpnes kalpo, lai izlīdzinātu tā izmantošanas ikdienas, nedēļas nevienmērīgumu, kā arī piedalās sezonālās nevienmērības novēršanā. Turklāt krātuves sāls slāņos veiksmīgi pilda rezerves avota lomu svarīgiem patērētājiem.

Ir tikai 2 pieprasīti gāzes uzglabāšanas veidi pazemē. Proti, caurlaidīgos porainos slāņos un dobumos, kas izmazgāti sāls atradnēs. Pirmo variantu izmanto, kad nepieciešams izveidot lielu krātuvi, otro – tikai lokālu uzdevumu risināšanai.

Minētās PGK tiek izveidotas, izmazgājot daļu sāls atradņu, lai radītu nepieciešamā izmēra dobumu. Šim nolūkam sākumā tiek izurbtas vairākas akas, caur kurām ilgāku laika periodu tiek padots ūdens.

Lai gan aprakstītā procedūra ir ilgstoša un dārga, tā atmaksājas, jo iesūknētās dabasgāzes uzglabāšana notiek bez zudumiem. Iemesls ir tas, ka sāls alas izceļas ar hermētiskumu. Turklāt tām piemīt pašdziedināšanās efekts — tektoniskās un citas plaisas pietiekami ātri aizaug ar sāls nogulumiem.

Šādu pazemes gāzes krātuvju ierīkošanas priekšrocība ir tāda, ka vajadzīgā degvielas apjoma atlase notiek praktiski bez ātruma ierobežojumiem. Ātrums ir vairākas reizes lielāks nekā veicot tādas pašas darbības citu veidu tilpnēs. Turklāt svarīga PGK priekšrocība, kas izveidotas sāls alās, ir augsts gāzes atlases procents – viens no augstākajiem starp visiem tās veidiem.

Gāzes uzglabāšanai paredzētajam iezim jābūt tādam, kā parādīts fotoattēlā. Proti, caurlaidīgam un ar pietiekamu vietu liela degvielas apjoma izvietošanai. Turklāt slāņa struktūrai jāļauj viegli izspiest ūdeni un naftas atlikumus.

Bet dobumu skaits sāls slāņos nepārsniedz 2% no kopējā krātuvju skaita.

Uz šādu rādītāju ietekmē vairāki negatīvi faktori:

• Milzīga sālsūdens daudzuma klātbūtne pēc alu izmazgāšanas gāzes uzglabāšanai. Rezultātā, ja tuvumā nav jūras vai vismaz sāls pārstrādes rūpnīcu, šķidrumam nav kur palikt. Tas ir galvenais iemesls mazajam šāda veida PGK skaitam.
• Derīgā tilpuma samazināšanās ekspluatācijas laikā. Šādu parādību izraisa sāls iztvaikošana vietās ar lielāku spiedienu un uzkrāšanās tur, kur spiediens ir zemāks.
• Piemaisījumu parādīšanās gāzē, par ko bieži kļūst šķidruma atliekas, kas iepriekš izmantotas alas izskalošanai.
• Nenozīmīgi apjomi, kas neļauj veidot krājumus pietiekamā daudzumā.

Rezultātā sāls krātuves parasti izmanto tikai tur, kur nav iespējams pielietot iepriekš uzskaitītos konteineru veidus.

4. variants — PGK kalnu izstrādēs

To apjomi ir nenozīmīgi. Tomēr zviedri un norvēģi glabā daļu no saviem stratēģiskajiem gāzes krājumiem tieši šāda veida konteineros.

PGK kalnrūpniecības izstrādēs ir vienīgā gāzes krātuve, kas pilnībā izveidota cilvēka rokām. Tā, piemēram, vienā no raktuvēm ar sprādzieniem tiek izveidots konteiners, ko pēc tam apšuj ar tērauda loksnēm.

Tā izskatās sāls kavernas, ko izmanto gāzes uzglabāšanai. Tās ir hermētiskas un uzticamas, taču tām ir ierobežoti izmēri, tāpēc tās ir piemērotas PGK izveidei ar nelielu apjomu. Turklāt tikai vietējo uzdevumu risināšanai. Piemēram, Krievijā no 27 šobrīd izmantotajām krātuvēm tikai 2 ir sāls krātuves.

Lai gan PGK pamestās raktuvēs ir izdevīgi ekspluatēt, pateicoties augstajam atlases procentam un ātrumam, tuvākajā nākotnē to skaits būtiski nepalielināsies. Iemesls ir tāds, ka aprakstītās krātuves ir grūti uzbūvēt. Jo ne vienmēr izdodas panākt pilnīgu hermētiskumu, kas noved pie ievērojamiem zaudējumiem.

Tā notiek tāpēc, ka raktuves ekspluatācijas laikā tur cenšas pievadīt maksimālo gaisa daudzumu. Šim nolūkam tiek izveidota ventilācijas sistēma ar daudziem izejām uz virsmu, kuras, iekārtojot krātuvi, ne vienmēr izdodas aizzīmogot.

Rezultātā šodien ir tikai daži veiksmīgi piemēri gāzes uzglabāšanas idejas īstenošanai pamestās raktuvēs (Zviedrijas, Norvēģijas, Vācijas teritorijā).

Vai krātuves ir hermētiskas?

Degvielas noplūdes ir bieži procesi, no kuriem nav iespējams izvairīties. Jo iemeslu ir pārāk daudz.

Ērtības labad tās iedala 3 kategorijās:

• ģeoloģiskās;
• tehnoloģiskās;
• tehniskās.

Pie ģeoloģisko iemeslu grupas pieskaita PGK segumu neviendabīgumu, tektonisko lūzumu esamību, kā arī hidrodinamikas un ģeoķīmijas īpatnības. Piemēram, gāze var vienkārši migrēt pa slāni, un speciālisti to nekādi neietekmē.

Tehnoloģiskie iemesli ir visbiežākie, jo regulāri rodas kļūdas, novērtējot kādus faktus. Piemēram, hidroslazdu efektivitāti, gāzes rezerves, notiekošos fizikāli-ķīmiskos procesus.

Nereti, lai nokļūtu līdz nepieciešamajiem slāņiem, tiek izmantota aku urbšana. Turklāt tā tehnoloģija neatšķiras no līdzīgām procedūrām, mēģinot nokļūt līdz gāzes, naftas atradnēm.

Tehniskie iemesli visbiežāk ir saistīti ar izmantoto aku stāvokli, ar kuru palīdzību tiek veikta gāzes iesūknēšana.

PGK izveides īpatnības

95% gadījumu PGK tiek izveidotas, izspiežot ūdeni ar gāzi, naftas atliekas no porainajiem slāņiem. Tādā veidā tiek izveidotas «tvertnes» «zilās» degvielas uzglabāšanai.

Bet pati galvenā iezīme ir tā, ka izmantotais gāzes apjoms šķidrumu izspiešanai turpmāk nevar tikt izmantots piegādei patērētājiem. Tā uzdevums ir nepieļaut ūdens, ogļūdeņražu atlieku atgriešanos vecajā vietā. Pretējā gadījumā krātuve vienkārši beigs pastāvēt.

Tas nozīmē, ka norādītā gāze ir bufergāze. Tās, kā likums, ir ne mazāk kā puse no visa apjoma, kas iesūknēts PGK. Bet atsevišķos gadījumos bufergāzes ir 3 reizes vairāk nekā tās, ko var izmantot piegādei patērētājiem, un to sauc par aktīvo.

Interesanti, ka bufergāzes daudzumu iepriekš nav iespējams aprēķināt. Tas nozīmē, ka viss tiek pārbaudīts tikai eksperimentāli. Uz ko daudzos gadījumos tiek tērēti gadi. Tomēr, kad iegūtais rezultāts ir neapmierinošs, bufergāzi var izsūknēt pilnā apjomā.

Krātuves piepildīšanas kārtība

Pēc tam, kad ģeologi ir veikuši kāda slāņa izpēti un pieņēmuši lēmumu, ka vajadzīgajā vietā var izveidot gāzes krātuvi, gāzes ieguvēji būvē inženiertehnisko kompleksu.

Mūsdienu PGK ir visdrošākais veids, kā uzglabāt gāzes rezerves. Bet to biežās noplūdes ir liela problēma gāzniekiem un ekologiem, kuri uzskata šādus gadījumus par būtisku problēmu videi. Un gadās arī tā, kā redzams fotoattēlā (tālumā redzams ugunsgrēks vienā no Ungārijas PGK).

Un tālāk sākas «zilās» degvielas iesūknēšana topošajā PGK, kas tiek pievadīta no tuvākā maģistrālā cauruļvada. Un tā nonāk attīrīšanas laukumā, kur notiek visdažādāko mehānisko piemaisījumu noņemšana.

Tīrā degviela tiek padota uz uzskaites un mērījumu punktu. Un pēc tam uz kompresoru cehu, kur tiek veikta kompresēšana — tā sauc gāzes sagatavošanu iesūknēšanai krātuvē. Tā ir gāzes spiediena paaugstināšana līdz nepieciešamajai vērtībai.

Pēc tam tas tiek transportēts uz gāzes sadales punktiem. Kur kopējā plūsma tiek sadalīta vairākās un nonāk dažādās tehnoloģiskās līnijās. No kurienes pa līnijām tiek virzīts uz urbumiem iesūknēšanai.

Visa procesa laikā speciālisti kontrolē vairākus parametrus, tostarp gāzes spiedienu un temperatūru, katra urbuma ražīgumu.

Secinājumi un noderīgs video par tēmu

Pievienotais zemāk esošais video materiāls ir veltīts PGK izveides tēmai, lai izlīdzinātu nevienmērīgo degvielas patēriņu, ko piegādās gāzes vads «Sibīrijas spēks».

Pazemes gāzes krātuves ir visdrošākais un izdevīgākais veids, kā izlīdzināt nevienmērīgu gāzes patēriņu un nodrošināt stabilu gāzes piegādi ārkārtas situācijās. Interesantākais ir tas, ka par to jāpateicas nevis cilvēka ģēnijam, bet gan dabai, kas apdomīgi radīja tam piemērotus iežu slāņus.

Vai Jūs personīgi esat piedalījies pazemes gāzes krātuvju izveidē un vēlaties papildināt iepriekš izklāstīto materiālu ar noderīgu informāciju? Vai pamanījāt faktu neatbilstības? Atstājiet savas piezīmes un komentārus – atgriezeniskās saites bloks atrodas zemāk zem raksta.