Kako su uređena podzemna skladišta plina: prikladni načini skladištenja prirodnog plina

Čini se da znanje o tome kako su uređena podzemna skladišta plina nema praktične vrijednosti za običnog korisnika. No čovječanstvo je previše ovisno o 'plavom' gorivu i toliko želimo biti sigurni da nikada neće biti prekida u njegovoj opskrbi. Zar nije tako?

I svakog sunarodnjaka može umiriti informacija o podzemnim skladištima plina (PSP) – dok su puna, problema s opskrbom plinom neće biti. Više o uređaju skladišta i značajkama skladištenja pročitajte u našem članku.

Uređaj podzemnih skladišta plina

Ako vlasnici privatnih kuća koriste plinske spremnike za skladištenje plina za kućanske potrebe, u državnom mjerilu riječ je o potpuno drugačijim opcijama skladištenja. Tako, službeno, podzemna skladišta plina su kompleksi inženjersko-tehničkih građevina koje služe za ubrizgavanje, skladištenje i ispuštanje 'plavog' goriva. Sastoje se od nadzemnih i podzemnih komponenti.

U nadzemne spadaju:

• plinska distribucijska točka, koja služi za raspodjelu plinskog toka na nekoliko tehnoloških;
• kompresorski pogon, gdje se događa priprema goriva (povećanjem tlaka) za ubrižgavanje u bušotine;
• postrojenja za pročišćavanje plina.

Podzemnim komponentama PSP-a su: bušotine, iskopi, spremnici. I posljednja stavka (spremnici) je najzanimljivija – o tome gdje se skladišti 'plavo' gorivo ovisi kako je uređeno samo plinsko skladište.

Suvremena podzemna skladišta plina izvana su slična velikim tvornicama. Jer za osiguranje ubrizgavanja/ispuštanja goriva potrebno je koristiti snažne kompresorske, pročišćavačke i druge uređaje. Koje uslužuju stotine, pa i tisuće stručnjaka.

Pregled spremnika za skladištenje plina

Pri istoj težini plin zauzima puno veće površine nego bilo koja čvrsta tiјela. A budući da se koristi u ogromnim količinama, za njegovo skladištenje potrebni su isti takvi spremnici.

Štoviše, od skladištenja plina u ljudski napravljenim nadzemnim rezervoarima stručnjaci su odustali još prije stoljeća.

Razlog je u tome što bi za to bio potreban:

• zauzeti ogromne površine planeta kompleksima za skladištenje «plavog» goriva niskog tlaka;
• koristiti skupocjene i eksplozivno opasne plinske spremnike visokog tlaka.

Kao rezultat, kako bi se neutralizirali gore navedeni negativni aspekti, odabrana su podzemna skladišta, a takvima se smatraju spremnici koji se nalaze na znatnoj dubini, koja u većini slučajeva iznosi od 300 do 1000 metara. U njima se gorivo može skladištiti u prirodnim rezervoarima.

Ukupno su inženjeri naučili uspješno koristiti 7 vrsta prirodnih rezervoara za skladištenje plina:

• nastali u vodom zasićenim poroznim slojevima;
• očuvani nakon eksploatacije ugljikovodika, odnosno plina, nafte;
• nastali u naslagama kamene soli;
• stvoreni u rudničkim jamama;
• stvoreni u čvrstim vječnozaleđenim stijenama;
• s niskotemperaturnom ledeno-stijenskom ljuskom;
• nastali nakon podzemnih nuklearnih eksplozija.

Iako ima mnogo opcija, samo prva 4 načina skladištenja plina su praktična. Ostale varijante rezervoara prikladne su samo teoretski.

Sjeverno-Stavropoljsko podzemno skladište plina najveće je u svijetu i zaliha plina koja se tamo skladišti može zadovoljiti godišnju potrebu za gorivom tako velike zemlje kao što je Francuska. Budući da površina skladišta iznosi čak 680 km².

Razlog nepraktičnosti preostale tri opcije je sljedeći:

• U zaleđenim stijenama plin se može skladištiti, što potvrđuje nekoliko aktivnih skladišta u sjevernim područjima planeta. No njihovi su volumeni iznimno mali, stoga nemaju nikakvog industrijskog značaja danas.
• Spremnici stvoreni podzemnim nuklearnim eksplozijama sasvim su prikladni za skladištenje znatnih zaliha plina, što je već eksperimentalno dokazano. No stvar je u tome što su moćno oružje testirali daleko od mjesta gdje ljudi žive. Stoga tamo obično nema potrošača, inženjerske infrastrukture.

Kao rezultat, navedene vrste spremnika jednostavno su neprikladne za upotrebu.

Iako se podzemna skladišta plina nazivaju skladištima, zapravo očuvanje plina nije njihov primarni zadatak. Jer plin koji se u njima nalazi uglavnom se koristi za izglađivanje neravnomjernosti potrošnje, koje mogu biti dnevne, tjedne, sezonske. Tek na posljednjem mjestu podzemna skladišta plina stvaraju se za neutraliziranje posljedica više sile.

Dalje ćemo detaljnije razmotriti svaku od opcija podzemnog skladištenja plina.

Opcija #1 – skladišta u vodom zasićenim slojevima

Skladišta u vodom zasićenim slojevima namijenjena su neutraliziranju posljedica sezonske neravnomjernosti u korištenju plina, kao i za stvaranje strateških rezervi.

Važna značajka izgradnje takvih skladišta jest minimalna ljudska intervencija — najčešće u fazi izrade bušotina potrebnih za utiskivanje plina.

Na karti Rusije vidi se da su PSP smještena blizu magistralnih plinovoda i velikih naseljenih mjesta. I to nije slučajno, jer su skladišta namijenjena osiguravanju stabilnosti potrošnje plina, zbog čega moraju biti u neposrednoj blizini velikih objekata.

Te se kapaciteti traže u artezijskim slojevima. Skladišta plina stvaraju se tamo gdje je struktura stijene propusna, porozna. Ostaci tekućine uklanjaju se plinom koji je stlačuje, a zatim istiskuje.

Sami, takozvani, spremnici za skladištenje goriva zapravo to nisu. Točnije, oni uopće ne postoje – kao mjesto za skladištenje koriste se praznine u poroznim slojevima. I cijela procedura stvaranja plinskog skladišta sastoji se u istiskivanju dijela vode na periferiju. To se čini s ciljem stvaranja prostora za "plavo" gorivo.

Gore opisanu proceduru moguće je izvršiti samo ako tomu pogoduje niz čimbenika:

• Porozan propusni sloj prekriven je kupolom (poklopcem) od plinonepropusnih stijena, koje su obično prešane gline.
• Vodonosni sloj proteže se od granica skladišta desecima kilometara. Još je bolje ako ima izlaz na površinu. Sve navedeno omogućuje plinu da uspješno istiskuje vodu koja se nalazi u sloju.
• Duljina kupole dovoljna je da omogući skladištenje značajnih količina plina.
• Poroznost i propusnost stijene osiguravaju prihvatljivu zapremninu plina i sposobnost davanja plina pri razradi.

Ako se i samo jedan od uvjeta ne poštuje, tada će biti nemoguće stvoriti podzemno skladište.

Načelo rada suvremenih podzemnih skladišta jednostavno je. Značajke se mogu razmotriti na primjeru velikih PSP koja se koriste za izravnavanje sezonskih nejednakosti.

Tako se obično u toplom dijelu godine u njih ubrizga potrebna količina plina. Koja se počinje uzimati tek s početkom sezone grijanja. Pri čemu se u magistralnu cijev usmjerava ne ogromna količina plina, već prosječna, poznata iz iskustva rada proteklih zima.

A, ako se temperatura iznenada naglo snizi i dnevna potrošnja postane za red veličine veća, veliko PSP svejedno neće povećavati obujme uzimanja. A nedostatak će pokriti manja skladišta namijenjena izravnavanju dnevne, tjedne potrošnje. Razlog je u tome što je iz njih lakše i brže izvršiti uzimanje plina.

Optimalnim se smatraju kapaciteti površine od nekoliko četvornih kilometara. S razlikom visina dna i vrha kupole u rasponu od 10-15 metara.

Prednost PSP u vodom zasićenim slojevima je znatna zapremnina. A nedostatkom se smatra to što geolozi pri proučavanju značajki vodonosnog horizonta možda neće otkriti i uzeti u obzir neki važan čimbenik. Zbog čega će se skladište pokazati neprikladnim za uporabu.

A najgore je što se to često otkriva nakon ogromnih kapitalnih ulaganja u izgradnju nadzemne i podzemne infrastrukture. Često se javljaju i manje značajne neugodnosti zbog čega rad PSHG u vodonosnim stijenama prate značajni neplanirani troškovi.

Opcija #2 — spremnici nakon iscrpljenja ugljikovodika

Inženjerski kompleksi koji pripadaju ovoj vrsti služe za ublažavanje sezonskih kolebanja potrošnje «plavog» goriva. Također i za stvaranje strateških zaliha.

Podzemna skladišta su tražena jer su njihovo stvaranje i rad ekonomski najisplativiji. A ogromni nadzemni plinospremnici (prikazani na fotografiji) koriste se ako nije moguće koristiti magistralne plinovode s PSHG-om. Osim toga, u spremnicima prikazanim na fotografiji obično se skladišti isključivo ukapljeni plin.

Konstrukcija skladišta ove vrste ista je kao i kod analoga stvorenih u vodonosnim slojevima. Odnosno, gorivo se skladišti u šupljinama poroznih stijena.

PSHG stvorenih u stijenama u kojima su se nekada nalazili ugljikovodici ima najviše u svijetu. Tako njihov broj doseže značajnih 70%, a razlog tome je niz prednosti.

Među koje spadaju: znatan kapacitet i ušteda na kapitalnim ulaganjima u istraživanje, izgradnju infrastrukture ili barem njezina dijela, bušenje — na mjestu stvaranja takvih PSHG već se provodila eksploatacija nafte i plina.

Treba shvatiti da ukopani plinospremnici nisu podzemna skladišta. Jer su namijenjeni rješavanju sasvim drugih zadataka. I pod zemljom se nalaze samo kako bi isparavanje ukapljenog plina bilo učinkovitije u jakim mrazevima. Pritom bez ikakvih troškova. Također, uvjetno podzemno smještanje plinospremnika omogućuje uštedu korisnog prostora, negdje na okućnici.

Ali spremnike koji su preostali nakon iscrpljenja ugljikovodika ne može se nazvati idealnima.

Imaju dosta nedostataka:

• problemi s brtvljenjem starih bušotina – posebno se to tiče bivših nalazišta nafte;
• nedovoljna poroznost, propusnost stijena;
• miješanje plina s ostacima nafte – što ponekad dovodi do značajnih gubitaka jer se dobivena smjesa više ne može koristiti.

A također se na naftnim poljima često u plinu pojavljuje opasna primjesa u obliku sumporovodika. Koja je štetna za zdravlje ljudi, a još razara sve vrste čeličnih konstrukcija, čak i one od nehrđajućeg čelika.

Rad podzemnih skladišta plina (PSP) temeljenih na mjestima iscrpljenih ležišta ugljikovodika moguć je zbog toga što plin pri utiskivanju istiskuje ostatke nafte iz željenog sloja. Osim toga, on, poput vode, ima učinak stlačivosti i pokretljivosti, što olakšava zadatak uređenja spremnika. Ponekad se nafta pod pritiskom plina ne istiskuje u stijenu, već se diže na vrh, što postaje dodatni izvor profita.

Opcija #3 – rezervoari u naslagama kamene soli

Takvi spremnici s plinom služe za ublažavanje dnevne, tjedne neravnomjernosti njegove upotrebe, a također sudjeluju u izjednačavanju sezonske. Osim toga, skladišta u solnim slojevima uspješno obavljaju ulogu rezervnog izvora za važne potrošače.

Postoje samo 2 tražena načina skladištenja plina pod zemljom. A to su u propusnim poroznim slojevima i kavernama ispranim u naslagama soli. Prva se varijanta koristi kada je potrebno stvoriti veliko skladište, druga – samo za rješavanje lokalnih zadataka.

Navedena podzemna skladišta plina (PSP) stvaraju se metodom ispiranja dijela naslaga soli s ciljem stvaranja šupljine potrebne veličine. U tu svrhu najprije se buši nekoliko bušotina kroz koje se u dužem vremenskom razdoblju dovodi voda.

Iako je opisani postupak dugotrajan i skup, isplati se jer se skladištenje utisnutog prirodnog plina odvija bez gubitaka. Razlog je taj što se solne pećine odlikuju nepropusnošću. Osim toga, one imaju učinak samozacjeljivanja – tektonske i druge pukotine dovoljno brzo zarastaju naslagama soli.

Prednost uređenja takvih podzemnih skladišta plina je u tome što se odabir potrebnog volumena goriva odvija gotovo bez ograničenja brzine. Koja je višestruko veća nego pri izvođenju istih operacija u spremnicima drugih vrsta. Također, važna prednost PSP-a izgrađenih u solnim pećinama je visok postotak izvlačenja plina – jedan od najviših među svim njegovim vrstama.

Stijena za skladištenje plina mora biti takva kao što je prikazano na fotografiji. To jest, propusna i imati dovoljno prostora za smještaj velikog volumena goriva. Osim toga, struktura sloja mora omogućavati lako istiskivanje vode i ostataka nafte.

Ali broj kaverni u solnim slojevima ne prelazi 2% ukupnog broja skladišta.

Na takav pokazatelj utječe niz negativnih čimbenika:

• Prisutnost ogromne količine slane vode nakon ispiranja pećina za očuvanje plina. Kao rezultat toga, ako u blizini nema mora ili barem tvornica za preradu soli, tekućinu nema gdje staviti. Što je glavni razlog malog broja ovakvih PSP-a.
• Smanjenje korisnog volumena tijekom eksploatacije. Do takvog fenomena dovodi isparavanje soli na mjestima s višim tlakom i nakupljanje tamo gdje je niži.
• Pojava primjesa u plinu, koje su često ostaci tekućine prethodno korištene za ispiranje špilje.
• Neznatne količine, što ne omogućuje stvaranje zaliha u dovoljnim količinama.

Kao rezultat toga, solna skladišta obično se koriste samo tamo gdje nije moguće primijeniti gore navedene vrste spremnika.

Opcija #4 – PSP u rudarskim iskopima

Njihove su količine neznatne. Ipak, Šveđani s Norvežanima skladište dio svojih strateških zaliha plina u spremnicima upravo takve vrste.

PSP u rudnim iskopima jedino je plinsko skladište koje je u potpunosti izgradio čovjek. Tako se u jednom od rudnika eksplozijama stvara spremnik koji se potom oblaže čeličnim pločama.

Ovako izgledaju solne kaverne koje se koriste za skladištenje plina. One su hermetične i pouzdane, ali imaju ograničene veličine, stoga su prikladne za stvaranje PSP-a neznatnog volumena. I to isključivo za rješavanje lokalnih zadataka. Na primjer, u Rusiji od 27 skladišta koja se danas koriste, samo su 2 solna.

Iako je PSP u napuštenim rudnicima isplativo eksploatirati zbog visokog postotka i brzine iskorištavanja, u bliskoj budućnosti njihov se broj neće značajno povećati. Razlog je taj što je opisana skladišta teško izgraditi. Budući da nije uvijek moguće postići potpunu hermetičnost, što dovodi do značajnih gubitaka.

To se događa zato što se pri eksploataciji rudnika nastoji dovesti maksimalna količina zraka. U tu svrhu stvara se ventilacijski sustav s mnoštvom izlaza na površinu, koje pri uređenju skladišta nije uvijek moguće zapečatiti.

Kao rezultat toga, danas postoji samo nekoliko uspješnih primjera realizacije ideje skladištenja plina u napuštenim rudnicima (na području Švedske, Norveške, Njemačke).

Jesu li skladišta nepropusna?

Curenja goriva su česti procesi koje je nemoguće izbjeći. Jer uzroka je previše.

Radi praktičnosti dijele se u 3 kategorije:

• geološke;
• tehnološke;
• tehničke.

U skupinu geoloških uzroka ubrajaju se nehomogenost pokrovnih slojeva PSP-a, prisutnost tektonskih rasjeda, kao i značajke hidrodinamike i geokemije. Na primjer, plin jednostavno može migrirati kroz sloj, a stručnjaci na to nikako ne mogu utjecati.

Tehnološki uzroci spadaju među najčešće jer se redovito događaju pogreške pri procjeni bilo kojih činjenica. Na primjer, učinkovitosti hidrauličkih zamki, zaliha plina, fizikalno-kemijskih procesa koji se odvijaju.

Nerijetko se za dolazak do potrebnih slojeva primjenjuje bušenje bušotina. Pritom se njegova tehnologija ne razlikuje od sličnih postupaka pri pokušaju dolaska do ležišta plina i nafte.

Tehnički uzroci najčešće su povezani sa stanjem korištenih bušotina putem kojih se vrši ubrizgavanje plina.

Značajke izrade PSP-a

U 95% slučajeva PSP se stvaraju istiskivanjem vode plinom i ostataka nafte iz poroznih slojeva. Tako se stvaraju „spremnici“ za skladištenje „plavog“ goriva.

A glavna je značajka da se volumen plina koji se koristio za istiskivanje tekućina kasnije ne može koristiti za opskrbu potrošačima. Njegova je zadaća spriječiti povratak vode i ostataka ugljikovodika na staro mjesto. Inače bi skladište jednostavno prestalo postojati.

Dakle, navedeni plin je podložni. U pravilu ga ima najmanje polovica ukupnog volumena upumpanog u PSP. A u pojedinim slučajevima podložnog plina ima 3 puta više od onoga koji se može koristiti za opskrbu potrošača, a koji se naziva aktivnim.

Zanimljivo je da količinu podložnog plina nije moguće unaprijed izračunati. Odnosno, sve se provjerava isključivo eksperimentalnim putem. Na što se u mnogim slučajevima troše godine. Ipak, kada dobiveni rezultat nije zadovoljavajući, podložni se plin može ispumpati u potpunom volumenu.

Redoslijed punjenja skladišta

Nakon što su geolozi izvršili istraživanja nekog sloja i donijeli odluku da se na potrebnom mjestu može stvoriti plinsko skladište, plinoproizvođači grade inženjerski kompleks.

Suvremena PSP su najsigurniji način skladištenja zaliha plina. No česta curenja veliki su problem za plinare i ekologe, koji takve slučajeve smatraju značajnim problemom za okoliš. A događa se i ono što je prikazano na fotografiji (u daljini se vidi požar na jednom od mađarskih PSP).

A zatim počinje upumpavanje „plavog“ goriva u buduće PSP, koje se dovodi iz najbližeg magistralnog cjevovoda. I ulazi na prostor za čišćenje, gdje se uklanjaju sve vrste mehaničkih nečistoća.

Čisto gorivo se dovodi na mjesto obračuna i mjerenja. A nakon toga u kompresorsku radionicu, gdje se vrši komprimiranje — tako se zove priprema plina za upumpavanje u skladište. To podrazumijeva podizanje tlaka plina na potrebnu vrijednost.

Zatim se transportira na plinske raspodjelne točke. Gdje se ukupni tok dijeli na nekoliko i ulazi u različite tehnološke linije. Odatle se preko vodova usmjerava u bušotine za upumpavanje.

Tijekom cijelog procesa stručnjaci kontroliraju niz parametara, među kojima su tlak i temperatura plina, proizvodnost svake bušotine.

Zaključci i koristan video na temu

Priloženi video materijal posvećen je temi stvaranja PSP-a za ublažavanje neravnomjerne potrošnje goriva koje će opskrbljivati plinovod „Sila Sibira“.

Podzemna skladišta plina najpouzdaniji su i najisplativiji način za izjednačavanje neravnomjerne potrošnje plina i njegove stabilne opskrbe u slučaju više sile. A najzanimljivije je što za to ne treba zahvaliti ljudskom geniju, već prirodi, koja je promišljeno stvorila prikladne slojeve stijena.

Jeste li osobno sudjelovali u stvaranju podzemnih skladišta za plin i želite dopuniti gore navedeni materijal korisnim informacijama? Ili ste primijetili nesklad u činjenicama? Ostavite svoje primjedbe i komentare – blok za povratne informacije nalazi se ispod članka.