Hvordan underjordiske gaslagre er indrettet: egnede metoder til opbevaring af naturgas

Man skulle tro, at viden om, hvordan underjordiske gaslagre er indrettet, ikke har nogen praktisk betydning for den almindelige bruger. Men menneskeheden er alt for afhængig af 'blåt' brændstof, og man ønsker så inderligt at være sikker på, at der aldrig vil være afbrydelser i forsyningen. Ikke sandt?

Og enhver landsmand kan beroliges af information om underjordiske gaslagre (UGL) - så længe de er fyldte, vil der ikke være problemer med gasforsyningen. Læs mere om konstruktionen af lagrene og opbevaringsfunktioner i vores artikel.

Konstruktion af underjordiske gaslagre

Hvis ejere af private hjem bruger gastanke til opbevaring af gas til husholdningsbrug, så er der på statsniveau tale om helt andre opbevaringsmuligheder. Officielt er underjordiske gaslagre komplekser af ingeniørtekniske anlæg, der tjener til indsprøjtning, opbevaring og udtagning af 'blåt' brændstof. De består af overjordiske og underjordiske komponenter.

Til de overjordiske hører:

• gasdistributionspunkt, der tjener til at fordele gasstrømmen til flere teknologiske;
• kompressorværksted, hvor brændstoffet klargøres (ved at øge trykket) til indsprøjtning i brøndene;
• gasrensningsanlæg.

Underjordiske komponenter af UGL er: brønde, miner, beholdere. Og det sidste punkt (beholdere) er det mest interessante - det afhænger af, hvor det 'blå' brændstof opbevares, hvordan selve gaslageret er indrettet.

Moderne underjordiske gaslagre ligner udvendigt store fabrikker. Da det for at sikre indsprøjtning/udtagning af brændstof er nødvendigt at bruge kraftigt kompressor-, rensnings- og andet udstyr. Som betjenes af hundreder, ja endda tusinder af specialister.

Oversigt over beholdere til gasopbevaring

Ved samme vægt optager gas meget større arealer end faste stoffer. Og da det bruges i enorme mængder, er der brug for tilsvarende store beholdere til opbevaring.

Desuden har specialister allerede for et århundrede siden opgivet opbevaring af gas i menneskeskabte overjordiske tanke.

Årsagen er, at det ville kræve:

• optage enorme arealer af planeten med komplekser til lagring af 'blåt' brændstof med lavt tryk;
• bruge dyre og eksplosionsfarlige gastanke med højt tryk.

Som et resultat, for at neutralisere de ovennævnte negative aspekter, blev valget truffet til fordel for underjordiske lagre, og sådanne anses for at være beholdere, der befinder sig på betydelig dybde. Som i de fleste tilfælde er fra 300 til 1000 meter. Og man kan opbevare brændstof der i reservoirer skabt af naturen.

I alt har ingeniører lært at bruge 7 typer naturlige reservoirer til gaslagring:

• dannet i vandmættede porøse lag;
• bevaret efter udvinding af kulhydrater, nemlig gas, olie;
• dannet i aflejringer af stensalt;
• skabt i minearbejder;
• skabt i stærke permafrostbjergarter;
• med lavtemperatur is-bergartsbeklædning;
• dannet efter underjordiske atomeksplosioner.

Selvom der er mange muligheder, er det kun de 4 første metoder til gaslagring, der er praktiske. De resterende reservoirmuligheder er kun teoretisk egnede.

Severo-Stavropolsk UGL er det største i verden, og den lagrede gas kan dække et helt års brændstofforbrug i et stort land som Frankrig. Da lagerområdet er på hele 680 km²

Årsagen til upraktiskheden af de resterende tre muligheder er som følger:

• I permafrost kan gas opbevares, bekræftet af flere aktive lagre i planetens nordlige områder. Men deres volumener er yderst ubetydelige, så de har ingen industriel betydning i dag.
• Beholdere dannet af underjordiske kerneeksplosioner er helt egnede til opbevaring af betydelige gasreserver, hvilket allerede er bevist eksperimentelt. Men sagen er, at det kraftige våben blev testet langt fra menneskers bopæle. Derfor er der normalt ingen forbrugere, tekniske infrastrukturer.

Som et resultat er de nævnte typer beholdere simpelthen uegnede til brug.

Selvom UGL kaldes lagre, er deres primære opgave faktisk ikke at opbevare gas. Da det gas, der er der, for det meste bruges til at udjævne ujævnheder i forbruget, som kan være dagligt, ugentligt, sæsonbestemt. Kun i sidste ende skabes UGL for at neutralisere virkningerne af force majeure-omstændigheder.

Dernæst vil vi se nærmere på hver af mulighederne for underjordisk gaslagring.

Mulighed #1 — lagre i vandmættede lag

Lagre i vandmættede lag er designet til at udjævne virkningerne af sæsonbestemt ujævnhed i gasforbruget. Samt til at skabe strategiske reserver.

En vigtig egenskab ved indretningen af sådanne lagre er minimal menneskelig involvering — oftest i fasen med at skabe brønde, der er nødvendige for at pumpe gas ind.

På et kort over Rusland ses det, at UGS-anlæg ligger i nærheden af hovedgasrørledninger og store befolkningscentre. Og det er ikke tilfældigt, fordi lagrene har til formål at sikre stabilitet i gasforbruget, hvorfor de skal være i umiddelbar nærhed af store objekter.

De nævnte reservoirer søges i artesiske lag. Gaslagre skabes, hvor bjergartsstrukturen er permeabel, porøs. Væskerester fjernes med gas, som komprimerer den og derefter presser den ud.

De såkaldte brændstofbeholdere er i virkeligheden ikke det. Mere præcist findes de slet ikke – som opbevaringssted bruger man hulrum i porøse lag. Og hele proceduren for at skabe et gaslager består i at fortrænge en del af vandet til periferien. Dette gøres for at skabe plads til det "blå brændstof".

Ovenstående procedure kan kun udføres, hvis en række faktorer bidrager hertil:

• Det porøse permeable lag er dækket af en kuppel (hætte) af gasuigennemtrængelige bjergarter, som normalt er presset ler.
• Det vandførende lag strækker sig fra lagerets grænser i titusindvis af kilometer. Og endnu bedre, hvis det har et udløb til overfladen. Alt dette gør det muligt for gassen at fortrænge vandet i laget.
• Kuppelens længde er tilstrækkelig til at give mulighed for at opbevare betydelige mængder gas.
• Bjergartens porøsitet og permeabilitet sikrer en acceptabel gaskapacitet og evnen til at afgive den ved udvinding.

Hvis blot én af betingelserne ikke er opfyldt, vil det være umuligt at skabe et underjordisk lager.

Arbejdsprincippet for moderne underjordiske lagre er enkelt. Funktionerne kan ses på eksemplet med store UGS-anlæg, der bruges til at udjævne sæsonmæssige ujævnheder.

Så normalt i den varme årstid injiceres den nødvendige mængde gas i dem. Gassen begynder først at blive udtaget med starten på fyringssæsonen. Og der sendes ikke en enorm mængde gas ind i hovedrørledningen, men en gennemsnitlig mængde, kendt fra driftserfaringer i tidligere vintre.

Og hvis temperaturen pludselig falder kraftigt, og det daglige forbrug bliver en størrelsesorden højere, vil det store UGS-anlæg stadig ikke øge udtagningsmængderne. Og manglen vil blive dækket af små lagre, der er beregnet til at udjævne dagligt og ugentligt forbrug. Årsagen er, at det er lettere og hurtigere at udtage fra dem.

Optimale anses for at være reservoirer med et areal på flere kvadratkilometer. Med en højdeforskel mellem bunden og kuppelens top inden for 10-15 meter.

Fordelen ved UGS i vandmættede lag er en betydelig kapacitet. Og ulempen anses for at være, at geologer, når de studerer det vandførende lags egenskaber, muligvis ikke identificerer og tager højde for en vigtig faktor. Som følge heraf vil lageret være uegnet til brug.

Og det værste er, at det ofte opdages efter enorme investeringer i opførelse af over- og underjordisk infrastruktur. Ret ofte forekommer der også mindre betydelige ubehageligheder, hvorfor driften af UGS i vandmættede bjergarter ledsages af betydelige uforudsete omkostninger.

Mulighed #2 – tanke efter udvinding af kulbrinter

Ingeniøranlæg, der hører til denne type, tjener til at udjævne sæsonmæssige udsving i forbruget af 'blåt' brændstof. Samt til at skabe strategiske reserver.

Underjordiske lagre er populære, fordi deres opførelse og drift er mest økonomisk fordelagtig. Men kæmpestore overjordiske gastanke (vist på billedet) bruges, hvis det ikke er muligt at bruge hovedgasledninger med UGS. Desuden opbevarer man i tankene vist på billedet normalt udelukkende flydende gas.

Opbygningen af lagre af denne type er den samme som for tilsvarende lagre skabt i vandmættede lag. Det vil sige, at brændstoffet opbevares i hulrum i porøse bjergarter.

UGS skabt i bjergarter, hvor der engang var kulbrinter, er den mest udbredte i verden. Deres antal når op på hele 70%, og årsagen er en række fordele.

Herunder: betydelig kapacitet og besparelser på investeringer i efterforskning, opførelse af infrastruktur eller i det mindste en del af den, boring – på stedet for oprettelse af sådanne UGS er der allerede blevet udvundet olie og gas.

Man skal forstå, at nedgravede gastanke ikke er underjordiske lagre. Da de er beregnet til helt andre opgaver. Og de er kun under jorden for at gøre fordampning af flydende gas mere effektiv i streng kulde. Og det uden nogen omkostninger. Samt at den betinget underjordiske placering af gastanke sparer brugbar plads, for eksempel på en havegrund.

Men tankene, der er tilbage efter udvinding af kulbrinter, kan ikke kaldes ideelle.

De har en række ulemper:

• problemer med tæthed af gamle brønde – især gælder det tidligere oliefelter;
• utilstrækkelig porøsitet, permeabilitet af bjergarter;
• blanding af gas med olierester – hvilket nogle gange fører til betydelige tab, da den opnåede blanding ikke længere kan bruges.

Og desuden opstår der ofte på oliefelter en farlig urenhed i gassen i form af hydrogensulfid. Det er skadeligt for menneskers sundhed og ødelægger alle mulige stålkonstruktioner, også dem af rustfrit stål.

Drift af underjordiske gaslagre baseret på steder med udtømte kulbrinteforekomster er mulig, fordi gassen ved injektion fortrænger olierester fra den ønskede formation. Desuden har den, ligesom vand, egenskaber som kompressibilitet og mobilitet, hvilket letter opgaven med at indrette reservoiret. Nogle gange presses olien under gastryk ikke ud i bjergarten, men stiger op til toppen, hvilket bliver en ekstra indtægtskilde.

Mulighed #3 — reservoirer i stensaltaflejringer

Sådanne gasbeholdere bruges til at udjævne daglige og ugentlige ujævnheder i forbruget og deltager også i udjævning af sæsonvariationer. Derudover fungerer lagre i saltformationer med succes som reservekilde for vigtige forbrugere.

Der findes kun 2 efterspurgte metoder til underjordisk gasopbevaring. Nemlig i permeable porøse formationer og i hulrum udvasket i saltholdige aflejringer. Den første metode bruges, når man skal skabe et stort lager, den anden – kun til at løse lokale opgaver.

De nævnte underjordiske gaslagre skabes ved at udvaske en del af saltet for at skabe et hulrum af den nødvendige størrelse. Hertil bores der først flere brønde, hvorigennem der tilføres vand i en længere periode.

Selvom den beskrevne procedure er tidskrævende og dyr, betaler den sig, fordi opbevaring af den indpumpede naturgas sker uden tab. Årsagen er, at saltgrotter er tætte. Derudover har de en selvhelbredende effekt – tektoniske og andre revner vokser hurtigt til med saltaflejringer.

Fordelen ved at anlægge sådanne underjordiske gaslagre er, at udtagning af den nødvendige mængde brændstof sker praktisk talt uden hastighedsbegrænsning. Den er flere gange højere end ved tilsvarende operationer i andre typer beholdere. En anden vigtig fordel ved UGL indrettet i saltgrotter er den høje udtagningsprocent – en af de højeste blandt alle typer.

Bjergarten til gasopbevaring skal være som vist på billedet. Det vil sige permeabel og have tilstrækkelig plads til at rumme en stor mængde brændstof. Desuden skal formationens struktur gøre det let at fortrænge vand og olierester.

Men antallet af hulrum i saltaflejringer overstiger ikke 2% af det samlede antal lagre.

En række negative faktorer påvirker denne andel:

• Forekomst af enorme mængder saltvand efter udvaskning af grotter til gasopbevaring. Som følge heraf, hvis der ikke er et hav eller i det mindste saltforarbejdningsfabrikker i nærheden, er der ingen steder at gøre af væsken. Dette er hovedårsagen til det lille antal af denne type UGL.
• Reduktion af det nyttige volumen under drift. Dette fænomen skyldes fordampning af salt i områder med højere tryk og ophobning, hvor trykket er lavere.
• Forekomst af urenheder i gassen, som ofte er rester af væske, der tidligere blev brugt til at skylle hulen ud.
• Ubetydelige mængder, hvilket ikke gør det muligt at skabe tilstrækkelige lagre.

Derfor bruges saltlagre normalt kun, hvor det ikke er muligt at anvende de ovennævnte beholdertyper.

Mulighed #4 — UGL i minegange

Deres mængder er ubetydelige. Ikke desto mindre opbevarer svenskere og nordmænd en del af deres strategiske gasreserver i beholdere af netop denne type.

UGL i bjergværker er det eneste gaslager, der er fuldstændigt anlagt af mennesker. For eksempel skabes der i en af minerne en beholder ved hjælp af sprængninger, som derefter beklædes med stålplader.

Sådan ser saltkaverner ud, der bruges til gasopbevaring. De er tætte og pålidelige, men har begrænset størrelse, så de er kun egnede til at skabe UGL af ubetydelig volumen. Og kun til at løse lokale opgaver. For eksempel er i Rusland kun 2 af de 27 lagre, der er i brug i dag, saltkaverner.

Selvom det er fordelagtigt at drive UGL i nedlagte miner på grund af den høje udtagningsprocent og -hastighed, vil antallet af dem ikke stige væsentligt i den nærmeste fremtid. Årsagen er, at de beskrevne lagre er vanskelige at bygge, fordi det ikke altid er muligt at opnå fuldstændig tæthed, hvilket fører til betydelige tab.

Dette sker, fordi man under minedrift forsøger at tilføre så meget luft som muligt. Derfor oprettes et ventilationssystem med mange udgange til overfladen, som ikke altid kan forsegles, når lageret indrettes.

Som et resultat er der i dag kun få vellykkede eksempler på implementering af ideen om gasopbevaring i nedlagte miner (i Sverige, Norge, Tyskland).

Er lagrene tætte?

Brændstoflækager er hyppige processer, som det er umuligt at undgå, da der er for mange årsager.

For nemheds skyld opdeles de i 3 kategorier:

• geologiske;
• teknologiske;
• tekniske.

Til gruppen af geologiske årsager hører heterogenitet i UGL-dæksler, tilstedeværelse af tektoniske forkastninger samt træk ved hydrodynamik og geokemi. For eksempel kan gas simpelthen migrere gennem laget, og specialister kan ikke påvirke dette.

Teknologiske årsager er blandt de mest almindelige, da der jævnligt opstår fejl ved vurdering af visse faktorer, såsom effektiviteten af hydrauliske fælder, gasreserver eller fysisk-kemiske processer.

Ofte anvendes boring af brønde for at nå de ønskede lag. Teknologien adskiller sig ikke fra lignende procedurer ved forsøg på at nå gas- eller olieforekomster.

Tekniske årsager er oftest relateret til tilstanden af de anvendte brønde, som bruges til gasindsprøjtning.

Særlige forhold ved oprettelse af UGL

I 95% af tilfældene dannes underjordiske gaslagre (UGL) ved at presse vand ud med gas, olierester fra porøse lag. På den måde skabes 'beholdere' til opbevaring af 'blåt' brændstof.

Og den allervigtigste egenskab er, at det volumen gas, der blev brugt til at presse væsker ud, efterfølgende ikke kan bruges til levering til forbrugerne. Dets opgave er at forhindre, at vand og rester af kulbrinter vender tilbage til deres gamle plads. Ellers vil lageret simpelthen ophøre med at eksistere.

Det vil sige, at den nævnte gas er buffer. Den udgør som regel mindst halvdelen af det samlede volumen, der pumpes ind i UGL. Og i nogle tilfælde er buffergassen 3 gange større end den gas, der kan bruges til levering til forbrugerne, og som kaldes aktiv.

Det er interessant, at mængden af buffergas ikke kan beregnes på forhånd. Det vil sige, at alt udelukkende kontrolleres eksperimentelt. Hvilket i mange tilfælde tager år. Men hvis resultatet er utilfredsstillende, kan buffergassen dog pumpes helt ud.

Procedure for påfyldning af lageret

Efter at geologer har undersøgt en formation og besluttet, at der på det rette sted kan oprettes et gaslager, bygger gasproducenterne et teknisk kompleks.

Moderne UGL er den sikreste måde at opbevare gasreserver på. Men hyppige lækager er et stort problem for gasfolk og miljøforkæmpere, som anser sådanne tilfælde for et væsentligt problem for miljøet. Og nogle gange sker det som vist på billedet (i baggrunden ses en brand på et af de ungarske UGL).

Og derefter begynder indpumpningen af 'blåt' brændstof i det fremtidige UGL, som kommer fra den nærmeste hovedrørledning. Og det ankommer til renseanlægget, hvor forskellige mekaniske urenheder fjernes.

Det rene brændstof tilføres måle- og registreringsstationen. Og derefter til kompressorhallen, hvor komprimering finder sted — sådan kaldes forberedelsen af gas til indpumpning i lageret. Det indebærer at øge gastrykket til den nødvendige værdi.

Derefter transporteres det til gasdistributionspunkter. Hvor den samlede strøm opdeles i flere og går ind i forskellige processlinjer. Derfra ledes det via sløjfer til brøndene til indpumpning.

Gennem hele processen overvåger specialister en række parametre, herunder gastryk og temperatur, ydeevne for hver brønd.

Konklusioner og nyttig video om emnet

Videomaterialet nedenfor er dedikeret til emnet om oprettelse af UGL til udjævning af ujævnt brændstofforbrug, som skal leveres af gasrørledningen 'Sila Sibiri'.

Underjordiske gaslagre er den mest pålidelige og fordelagtige måde at udligne ujævnt gasforbrug og sikre stabil forsyning under force majeure. Det mest interessante er, at vi ikke skal takke menneskelig genialitet, men naturen, som forudseende har skabt egnede bjerglag til dette.

Har du personligt deltaget i at oprette underjordiske gaslagre og ønsker at tilføje nyttige oplysninger til materialet ovenfor? Eller har du bemærket uoverensstemmelser i fakta? Efterlad dine bemærkninger og kommentarer – feedback-blokken findes nedenfor under artiklen.