Хранение газа в газгольдерах

Газгольдерами называют сосуды большого объема, предназначен­ные для хранения газов под давлением. Различают газгольдеры низ­кого (4000 Па) и высокого (от 7 • 10⁴ до 30 • 10⁴ Па) давления. В газголь­дерах первого типа рабочий объем является переменным, а давление газа в процессе наполнения или опорожнения изменяется незначи­тельно. Они бывают мокрые и сухие. Мокрые газгольдеры состоят из двух основных частей — вертикального цилиндрического резервуа­ра, заполненного водой (неподвижная часть), и колокола, помещен­ного внутри резервуара и представляющего собой цилиндр, откры­тый снизу и имеющий сферическую кровлю (подвижная часть). Для облегчения перемещения колокола служат ролики. Закачка и отбор газа осуществляются по специальному газопроводу.

Принцип работы мокрого газгольдера следующий. При закачке газа в газгольдер давление под колоколом возрастает и вода частично вытесняется в кольцевое пространство между резервуаром и колоко­лом. Она играет роль гидравлического уплотнения. Как только давле­ние газа превысит нагрузку, создаваемую массой колокола, последний начинает перемещаться вверх, освобождая объем для новых коли­честв газа. При опорожнении газгольдера давление газа под колоко­лом уменьшается и он опускается.

Для более полного использования объема колокола его высота должна быть равна высоте резервуара. У газгольдеров большого (свы­ше 6000 куб. м) объема подвижную часть разбивают на несколько звеньев, вкладывающихся друг в друга подобно телескопу. Чтобы из­бежать перекосов при перемещении подвижных частей, а также для восприятия горизонтальных нагрузок (например, ветровых) к резер­вуару крепят направляющие, по которым перемещаются ролики, за­крепленные в верхней части колокола.

Сухие газгольдеры состоят из вертикального корпуса цилиндриче­ской или многогранной формы с днищем и кровлей, внутри которого находится подвижная шайба (поршень), снабженная специальным уплотнением. Принцип работы сухого газгольдера аналогичен работе паровой машины. Под давлением газа, подаваемого под шайбу, она поднимается вверх до определенного предела, а при отборе газа —

Глава 5. Хранение нефти, нефтепродуктов и газа 213

опускается вниз, поддерживая своей массой постоянное давление в газ­гольдере. Сухие газгольдеры менее надежны, чем мокрые, но и менее металлоемки.

Недостатком газгольдеров низкого давления является то, что они обладают относительно низкой аккумулирующей способностью.

Газгольдеры высокого давления имеют неизменный геометриче­ский объем, но давление в них по мере наполнения или опорожнения изменяется. Хотя геометрический объем газгольдеров этого класса много меньше объема газгольдеров низкого давления, количество хра­нимого в них газа может быть значительным, благодаря высокому давлению. Так, если в мокром газгольдере объемом 100 куб. м под дав­лением 4000 Па можно хранить 104 куб. м газа, то в газгольдере с дав­лением 1,6 МПа того же геометрического объема — 1700 куб. м, т. е. почти в 17 раз больше.

Газгольдеры высокого давления бывают цилиндрические и сфери­ческие. Цилиндрические газгольдеры имеют геометрический объем от 50 до 270 куб. м. Поскольку у всех них внутренний диаметр равен 3,2 м, то различаются они лишь длиной цилиндрической части — обечай­ки. С обеих сторон к обечайке приварены днища, имеющие вид по­лусферы. Для контроля за давлением газа в газгольдере используют­ся манометры. Газгольдер устанавливается на фундамент горизонталь­но либо вертикально.

Цилиндрические газгольдеры рассчитаны на давление от 0,25 до 2 МПа. Толщина их стенки может достигать 30 мм.

Сферические газгольдеры в нашей стране имеют геометрический объем от 300 до 4000 куб. м и толщину стенки от 12 до 34 мм. Сфериче­ская форма сосуда для хранения газа под высоким давлением является наиболее выгодной по металлозатратам и общей стоимости. Монтиру­ют сферические газгольдеры из отдельных лепестков, раскроенных в виде апельсиновых долек, а также из верхнего и нижнего днищ, имею­щих форму шарового сегмента. Опоры газгольдеров выполняют в ви­де цилиндрического стакана из железобетона со стальным опорным кольцом или в виде стоек-колонн, прикрепленных к шару по экватори­альной линии и связанных между собой системой растяжек.

Батареи стальных газгольдеров высокого давления (до 1,5 МПа) были применены в Москве с целью компенсации неравномерности потребления газа, поступавшего в относительно небольших количе­ствах по газопроводу Саратов-Москва. Однако с развитием газопро­водов и ростом объемов потребления газа потребовались газохрани­лища вместимостью в миллионы кубических метров. Обеспечить хра­нение таких количеств газа могли только подземные газохранилища.

214

Часть I. Основы нефтегазового дела

5.2.3. Подземные газохранилища

Подземным газохранилищем (ПХГ) называется хранилище газа, созданное в горных породах.

Различают два типа ПХГ: в искусственных выработках и в порис­тых пластах. Первый тип хранилищ получил ограниченное распро­странение. Так, в США на них приходится лишь 6% из 371 ПХГ: 1 — в переоборудованной угольной шахте и 21 — в отложениях каменной соли. Остальные 349 ПХГ относятся к хранилищам второго типа: из них 305 размещены в отработанных нефтяных и газовых месторож­дениях, а 44 — в водоносных пластах.

Широкое использование хранилищ в истощенных нефтегазовых месторождениях объясняется минимальными дополнительными за­тратами на оборудование ПХГ, поскольку саму ловушку с проницае­мым пластом природа уже «изготовила».

Принципиальная схема подземного газохранилища приведена на рис. 5.2.1.

Рис. 5.2.1. Принципиальная схема наземных сооружений ПХГ:

I — магистральный газопровод; 2 — газопровод-отвод; 3, 9 —
пылеуловители; 4 — компрессорная станция; 5 — сепаратор; 6 —
холодильник (градирня); 7 — маслоотделитель; 8 — газорас­
пределительный пункт; 10 — установка осушки газа;

II — расходомер

Глава 5. Хранение нефти, нефтепродуктов и газа

215

На рис. 5.2.2 представлен общий вид территории ПХГ.

Рис. 5.2.2. Общий вид территории подземного хранилища газа

Газ из магистрального газопровода (1) по газопроводу-отводу (2) по­ступает на компрессорную станцию (4), предварительно пройдя очист­ку в пылеуловителе (3). Сжатый и нагревшийся при компримировании газ очищается от масла в сепараторах (5), охлаждается в градирне, или АВО (6), и через маслоотделители (7) поступает на газораспределитель­ный пункт ГРП (8). На ГРП осуществляется распределение газа по скважинам.

Давление закачиваемого в подземное хранилище газа достигает 15 МПа. Для закачки, как правило, используются газомотокомпрес-соры.

При отборе газа из хранилища его дросселируют на ГРП (8), про­изводят очистку и осушку газа в специальных аппаратах (9, 10), а за­тем после замера количества расходомером (11) возвращают в маги­стральный газопровод (1). Если давление газа в подземном хранили-Ще недостаточно высоко, его предварительно компримируют и охлаждают.

216 Часть I. Основы нефтегазового дела

Очистка газа от пыли, окалины и частиц масла перед его закачкой в хранилище имеет очень большое значение, так как в противном случае засоряется призабойная зона и уменьшается приемистость скважин.

Оптимальная глубина, на которой создаются подземные газохрани­лища, составляет от 500 до 800 м. Это связано с тем, что с увеличением глубины возрастают затраты на обустройство скважин. С другой стороны, глубина не должна быть слишком малой, так как в хранилище создаются достаточно высокие давления.

Подземное хранилище заполняют газом несколько лет, закачивая каждый сезон несколько больший объем газа, чем тот, который отби­рается.

Общий объем газа в хранилище складывается из двух составляю­щих: активной и буферной. Буферный объем обеспечивает минималь­но необходимое заполнение хранилища, а активный — это тот объем газа, которым можно оперировать.