Hogyan épülnek fel a föld alatti gáztárolók: a földgáz tárolásának alkalmas módszerei

Úgy tűnhet, hogy a föld alatti gáztárolók felépítésének ismerete gyakorlati jelentőséggel nem bír az átlagos felhasználó számára. De az emberiség túlságosan függ a „kék” üzemanyagtól, és annyira szeretnénk biztosak lenni abban, hogy soha nem lesz fennakadás a szállításában. Nem igaz?

És minden honfitársunkat megnyugtathatja a föld alatti gáztárolókról (FGT) szóló információ – amíg ezek tele vannak, nem lesz gond a gázellátással. A tárolók felépítéséről és a tárolás jellemzőiről bővebben olvasson cikkünkben.

A föld alatti gáztárolók felépítése

Ha a háztartási gáztároláshoz a magánházak tulajdonosai gáztartályokat használnak, addig állami szinten egészen más tárolási lehetőségekről van szó. Hivatalosan a föld alatti gáztárolók mérnöki-műszaki létesítmények komplexumai, amelyek a „kék” üzemanyag betárolására, tárolására és kivételére szolgálnak. Felszíni és föld alatti komponensekből állnak.

A felszíni komponensek közé tartoznak:

• gázelosztó pont, amely a gázáram több technológiai ágra történő elosztására szolgál;
• kompresszor műhely, ahol az üzemanyag előkészítése (nyomásnövelés) történik a kutakba történő betároláshoz;
• gáztisztító berendezések.

Az FGT föld alatti komponensei: kutak, üregek, tartályok. És az utóbbi (tartályok) a legérdekesebb – attól függően, hogy hol tárolják a „kék” üzemanyagot, alakul ki magának a gáztárolónak a felépítése.

A modern föld alatti gáztárolók külsőleg nagy gyárakhoz hasonlítanak. Mivel a betárolás/kivétel biztosításához erős kompresszor-, tisztító- és egyéb berendezéseket kell használni. Amelyeket százak, vagy akár ezrek szolgálnak ki.

A gáztároló tartályok áttekintése

Azonos tömeg mellett a gáz sokkal nagyobb területet foglal el, mint bármely szilárd anyag. Mivel pedig hatalmas mennyiségben használják, tárolásához hasonlóan nagy tartályokra van szükség.

Sőt, a szakemberek már egy évszázaddal ezelőtt elvetették a gáz ember alkotta felszíni tartályokban való tárolását.

Az ok az, hogy ehhez szükség lenne:

• A bolygó hatalmas területeit elfoglalni az alacsony nyomású „kék” üzemanyag tárolására szolgáló létesítményekkel;
• költséges és robbanásveszélyes nagynyomású gáztartályokat használni;

Ennek eredményeként a fent említett negatív tényezők kiküszöbölésére a földalatti tárolók mellett döntöttek, amelyek jelentős mélységben elhelyezkedő tartályoknak minősülnek. Ez a mélység a legtöbb esetben 300 és 1000 méter között van. Ott az üzemanyagot a természet által létrehozott tartályokban lehet tárolni.

A mérnökök összesen 7 természetes tározótípust tanultak meg sikeresen használni a gáz tárolására:

• vízzel telített porózus rétegekben kialakultak;
• szénhidrogének, nevezetesen ugyanazon gáz, olaj kitermelése után megmaradtak;
• kősó-lerakódásokban képződöttek;
• bányák bányászati üregeiben létrehozottak;
• szilárd örökfagyos kőzetekben létrehozottak;
• alacsony hőmérsékletű jégkőzet-burokkal rendelkezők;
• földalatti atomrobbanások után keletkezettek;

Bár sok lehetőség van, csak az első 4 gáztárolási mód jellemezhető praktikussággal. A többi tartálytípus csak elméletileg alkalmas.

Az Észak-Sztavropoli Földalatti Gáztároló a világ legnagyobbja, és az ott tárolt gáz mennyisége képes fedezni egy olyan nagy ország, mint Franciaország éves üzemanyag-szükségletét. Mivel a tároló területe egész 680 km².

A fennmaradó három változat praktikusságának hiánya a következőkben rejlik:

• A fagyott kőzetekben tárolható gáz, ezt igazolja néhány működő tároló a bolygó északi területein. De térfogatuk rendkívül csekély, ezért ma nincs ipari jelentőségük.
• A földalatti atomrobbanások által létrehozott tartályok alkalmasak jelentős gázkészletek tárolására, amit kísérletileg már bebizonyítottak. De a lényeg az, hogy az erős fegyvereket az emberi lakóhelyektől távol tesztelték. Ezért általában nincsenek ott fogyasztók és közműhálózatok.

Ennek eredményeként az említett tartálytípusok egyszerűen használhatatlanok.

Bár a földalatti gáztárolókat tárolóknak nevezik, valójában a gáz megőrzése nem az elsődleges feladatuk. Mivel a bennük lévő gáz nagy részét a fogyasztás kiegyenlítésére használják, amely lehet napi, heti, szezonális. Csak legvégső esetben hozzák létre a földalatti gáztárolókat a vis maior események következményeinek enyhítésére.

Továbbá nézzük meg részletesebben a föld alatti gáztárolás minden egyes változatát.

1. lehetőség – tárolók vízzel telített rétegekben

A vízzel telített rétegekben lévő tárolók a gázhasználat szezonális egyenetlenségeinek következményeinek mérséklésére szolgálnak. Valamint stratégiai tartalékok létrehozására.

Az ilyen tárolók berendezésének fontos jellemzője az emberi beavatkozás minimális mértéke – leggyakrabban a gáz besajtolásához szükséges kutak létrehozásának szakaszában.

Oroszország térképén látható, hogy a PXG-k (föld alatti gáztárolók) fő gázvezetékek és nagy települések közelében helyezkednek el. És ez nem véletlen, mivel a tárolók célja a gázfogyasztás stabilitásának biztosítása, amihez a nagy objektumok közvetlen közelében kell lenniük.

Az említett kapacitásokat artézi rétegekben keresik. A gáztárolókat ott hozzák létre, ahol a kőzetszerkezet áteresztő, porózus. A folyadékmaradványokat gázzal távolítják el, amely összenyomja, majd kiszorítja azt.

Az úgynevezett üzemanyagtároló tartályok valójában nem is azok. Pontosabban egyáltalán nem léteznek – tárolóhelyként a porózus rétegekben lévő üregeket használják. És a gáztároló létrehozásának teljes eljárása a víz egy részének a perifériára történő kiszorításából áll. Ezt a „kék” üzemanyag számára hely létrehozása céljából teszik.

A fent leírt eljárást csak akkor lehet végrehajtani, ha számos tényező elősegíti azt:

• A porózus áteresztő réteget gázzáró kőzetekből álló kupola (fedőréteg) borítja, amelyek általában préselt agyagok.
• A víztartó réteg a tároló határaitól több tíz kilométerre terjed ki. Még jobb, ha felszíni kifolyással rendelkezik. Mindez lehetővé teszi, hogy a gáz sikeresen kiszorítsa a rétegben lévő vizet.
• A kupola kiterjedése elegendő ahhoz, hogy lehetővé tegye jelentős gázmennyiségek tárolását.
• A kőzet porozitása és áteresztőképessége biztosítja a gáz elfogadható tárolókapacitását és a kitermelés során történő leadásának képességét.

Ha legalább egy feltétel nem teljesül, akkor lehetetlen lesz föld alatti tárolót létrehozni.

A modern föld alatti tárolók működési elve egyszerű. A jellemzők a szezonális egyenetlenségek kiegyenlítésére használt nagy PXG-k példáján vizsgálhatók.

Így általában a meleg évszakban a szükséges gázmennyiséget sajtolják be. Ezt csak a fűtési szezon kezdetével kezdik kitermelni. Ráadásul nem valami hatalmas gázmennyiséget irányítanak a fővezetékbe, hanem egy átlagosat, amelyet a korábbi telek üzemeltetési tapasztalatából ismernek.

Ha pedig hirtelen erősen lecsökken a hőmérséklet és a napi fogyasztás egy nagyságrenddel magasabb lesz, a nagy PXG akkor sem növeli a kitermelés mennyiségét. A hiányt pedig a napi és heti fogyasztás kiegyenlítésére tervezett kis tárolók fedezik. Ennek oka, hogy belőlük egyszerűbb és gyorsabb a kitermelés.

Optimálisnak a több négyzetkilométeres területű tárolókat tekintik, ahol a kupola aljának és tetejének magasságkülönbsége 10–15 méteren belül van.

A víztelített rétegekben lévő PXG-k előnye a jelentős tárolókapacitás. Hátrányként pedig azt tartják, hogy a geológusok a víztartó réteg jellemzőinek tanulmányozása során nem biztos, hogy azonosítanak és figyelembe vesznek valamilyen fontos tényezőt. Ennek eredményeként a tároló használhatatlanná válhat.

A legrosszabb az, hogy ez nem ritkán csak a felszíni és felszín alatti infrastruktúra megépítésére fordított hatalmas tőkebefektetések után derül ki. Elég gyakran előfordulnak kisebb kellemetlenségek is, amelyek miatt a vízzel telített kőzetekben létesített földalatti gáztárolók üzemeltetése jelentős, nem tervezett költségekkel jár.

2. változat – tartályok a szénhidrogének kitermelése után

Az ehhez a típushoz tartozó mérnöki komplexumok a „kék” tüzelőanyag-fogyasztás szezonális ingadozásainak kiegyenlítésére szolgálnak, valamint stratégiai készletek létrehozására.

A földalatti tárolók keresettek, mert létesítésük és üzemeltetésük gazdaságilag a legelőnyösebb. A hatalmas felszíni gáztartályokat (a képen láthatók) pedig akkor használják, ha nincs lehetőség a földalatti gáztárolókkal rendelkező fő gázvezetékek használatára. Ezenkívül a képen látható tartályokban általában kizárólag cseppfolyósított gázt tárolnak.

Az ilyen típusú tárolók felépítése ugyanolyan, mint a vízzel telített rétegekben kialakított analógoké. Vagyis a tüzelőanyag a porózus kőzetek üregeiben tárolódik.

A világon a legtöbb földalatti gáztároló olyan kőzetekben található, ahol valaha szénhidrogének voltak. Számuk így eléri a jelentős 70%-ot, aminek számos előny az oka.

Amelyek közé tartozik: a jelentős befogadóképesség és a feltárásra, az infrastruktúra (vagy legalábbis egy részének) létrehozására, valamint a fúrásra fordított tőkebefektetések megtakarítása – az ilyen földalatti gáztárolók helyén ugyanis már folyt kőolaj- és gázkitermelés.

Fontos megérteni, hogy az elásott gáztartályok nem számítanak földalatti tárolóknak. Mivel egészen más feladatok megoldására szolgálnak. Azért kerülnek a föld alá, hogy a cseppfolyósított gáz párolgása hatékonyabb legyen erős fagyok idején, mégpedig bármilyen költség nélkül. Ezenkívül a gáztartályok feltételesen föld alatti elhelyezése lehetővé teszi a hasznos tér megtakarítását, például a ház körüli kertben.

De a szénhidrogének kitermelése után megmaradt tárolók nem nevezhetők ideálisnak.

Jó néhány hátrányuk van:

• problémák a régi kutak tömítettségével – ez különösen a volt kőolajlelőhelyekre vonatkozik;
• a kőzetek elégtelen porozitása és áteresztőképessége;
• a gáz összekeveredése az olajmaradványokkal – ami néha jelentős veszteségekhez vezet, mert a kapott keverék már nem használható fel.

Ezenkívül a kőolajlelőhelyeken a gázban gyakran veszélyes szennyeződés, kénhidrogén jelenik meg. Ez káros az emberek egészségére, és különféle acélszerkezeteket is tönkretesz, még a rozsdamenteseket is.

A kimerült szénhidrogén-lelőhelyek helyén alapuló földalatti gáztárolók üzemeltetése azért lehetséges, mert a gáz a befecskendezése során kiszorítja a kőolajmaradványokat a kívánt rétegből. Ezenkívül, akárcsak a víz, összenyomhatósági és mozgékonysági hatással is rendelkezik, ami megkönnyíti a tároló kialakítását. Néha a kőolaj a gáz nyomása hatására nem a kőzetbe préselődik, hanem feljebb emelkedik, ami további nyereségforrássá válik.

3. lehetőség – tárolók kősó lerakódásokban

Az ilyen gáztartályok a felhasználás napi, heti ingadozásainak kiegyenlítésére szolgálnak, valamint részt vesznek a szezonális ingadozások mérséklésében is. Ezenkívül a sórétegekben lévő tárolók sikeresen töltik be a tartalékforrás szerepét a fontos fogyasztók számára.

Csak két keresett módja van a gáz föld alatti tárolásának. Mégpedig áteresztő porózus rétegekben és sólelőhelyekben kimosott üregekben. Az első változatot akkor használják, amikor nagy tárolót kell létrehozni, a másodikat – csak helyi feladatok megoldására.

Az említett földalatti gáztárolókat a sólerakódások egy részének kimosásával hozzák létre, a szükséges méretű üreg kialakítása céljából. Ehhez először több fúrást végeznek, amelyeken keresztül hosszabb időn keresztül vizet juttatnak be.

Bár a leírt eljárás hosszadalmas és költséges, de megtérül, mert a befecskendezett földgáz tárolása veszteség nélkül történik. Ennek oka, hogy a sóbarlangok légmentesek. Ezenkívül rendelkeznek az önmaguk gyógyításának hatásával – a tektonikus és egyéb repedések meglehetősen gyorsan benőnek sólerakódásokkal.

Az ilyen föld alatti gáztárolók berendezésének előnye, hogy a szükséges üzemanyagmennyiség kivétele gyakorlatilag sebességkorlátozás nélkül történik. Ez a sebesség sokszorosa a más típusú tartályokban végzett hasonló műveletek sebességének. Továbbá a sóbarlangokban kialakított földalatti gáztárolók fontos előnye a gáz magas kitermelési aránya – ez az egyik legmagasabb a fajtái között.

A gáztároláshoz használt kőzetnek olyannak kell lennie, mint a képen látható. Azaz áteresztőnek, és elegendő hellyel kell rendelkeznie nagy mennyiségű üzemanyag elhelyezéséhez. Ezenkívül a réteg szerkezetének lehetővé kell tennie a víz és kőolajmaradványok könnyű kiszorítását.

De a sórétegekben lévő üregek száma nem haladja meg a teljes tárolók számának 2%-át.

Ezt a mutatót számos negatív tényező befolyásolja:

• Hatalmas mennyiségű sósvíz jelenléte a gáz tárolására szolgáló barlangok kimosása után. Ennek eredményeként, ha nincs a közelben tenger vagy legalább sófeldolgozó üzem, a folyadékot nincs hová tenni. Ez a fő oka az ilyen típusú földalatti gáztárolók alacsony számának.
• A hasznos térfogat csökkenése az üzemeltetés során. Ezt a jelenséget a só elpárolgása okozza a magasabb nyomású helyeken, és felhalmozódása ott, ahol alacsonyabb.
• Szennyeződések megjelenése a gázban, amelyek gyakran a barlang kiöblítésére korábban használt folyadék maradványai.
• Jelentéktelen mennyiségek, ami nem teszi lehetővé elegendő mennyiségű készletek létrehozását.

Ennek eredményeként a sótárolókat általában csak ott használják, ahol nincs lehetőség a fent felsorolt tárolótípusok alkalmazására.

4. lehetőség – FGT bányászati üregekben

Mennyiségük jelentéktelen. Ennek ellenére a svédek és a norvégok stratégiai gázkészleteik egy részét pontosan ilyen típusú tárolókban tárolják.

Föld alatti gáztároló bányatérségekben – az egyetlen teljesen ember által kialakított gáztároló. Például az egyik bányában robbantásokkal hoznak létre egy tárolót, amelyet aztán acéllemezekkel burkolnak.

Így néznek ki a gáztárolásra használt sóbarlangok. Légmentesek és megbízhatók, de korlátozott méretűek, ezért kis térfogatú föld alatti gáztárolók létrehozására alkalmasak. Mégpedig kizárólag helyi feladatok megoldására. Például Oroszországban a jelenleg használt 27 tárolóból csak 2 sóbarlang.

Bár az elhagyott bányákban lévő föld alatti gáztárolók üzemeltetése a magas kitermelési százalék és sebesség miatt előnyös, a közeljövőben számuk jelentősen nem növekszik. Ennek oka, hogy a leírt tárolókat nehéz megépíteni. Mivel nem mindig sikerül teljes légmentességet elérni, ami jelentős veszteségekhez vezet.

Ez azért történik, mert a bánya üzemeltetése során igyekeznek a lehető legtöbb levegőt odavezetni. Ennek érdekében egy olyan szellőzőrendszert hoznak létre, amely rengeteg felszíni kijárattal rendelkezik, amelyeket a tároló kialakításakor nem mindig sikerül lezárni.

Ennek eredményeként ma már csak néhány sikeres példa van a gáz elhagyott bányákban történő tárolásának megvalósítására (Svédország, Norvégia, Németország területén).

Légmentesek-e a tárolók?

Az üzemanyag-szivárgások gyakori folyamatok, amelyeket lehetetlen elkerülni. Mivel túl sok az ok.

Az áttekinthetőség kedvéért három kategóriába sorolják őket:

• geológiai;
• technológiai;
• műszaki.

A geológiai okok közé tartozik a föld alatti gáztárolók fedőrétegeinek inhomogenitása, tektonikus törések jelenléte, valamint a hidrodinamika és geokémia sajátosságai. Például a gáz egyszerűen vándorolhat a rétegben, és a szakemberek erre semmilyen hatással nincsenek.

A technológiai okok a leggyakoribbak közé tartoznak, mivel rendszeresen előfordulnak hibák bizonyos tények értékelésekor. Például a hidraulikus csapdák hatékonyságának, a gázkészleteknek, a lejátszódó fizikai-kémiai folyamatoknak az értékelésekor.

Nem ritka, hogy a kívánt rétegek eléréséhez fúrólyukak fúrását alkalmazzák. Ráadásul technológiája semmiben sem különbözik a gáz- és olajtelepek elérésére tett hasonló eljárásoktól.

A műszaki okok leggyakrabban a gáz besajtolására használt fúrólyukak állapotával függnek össze.

Az FGT létrehozásának jellemzői

Az esetek 95%-ában a föld alatti gáztárolók (FGT-k) létrehozása gázzal történő vízkiszorítással és a porózus rétegekben maradt olajmaradványok eltávolításával történik. Ily módon jönnek létre a „kék” tüzelőanyag tárolására szolgáló „tárolók”.

A legfontosabb jellemzője azonban az, hogy a folyadékok kiszorítására használt gázmennyiség később nem használható fel a fogyasztók számára történő szállításra. Feladata az, hogy megakadályozza a víz és a szénhidrogén-maradványok visszaáramlását a régi helyükre. Ellenkező esetben a tároló egyszerűen megszűnne létezni.

Vagyis az említett gáz puffergáz. Általában nem kevesebb, mint a FGT-be injektált teljes mennyiség fele. Egyes esetekben a puffergáz mennyisége háromszor nagyobb, mint a fogyasztók számára felhasználható gázé, amelyet aktív gáznak neveznek.

Érdekes, hogy a puffergáz mennyiségét előre lehetetlen kiszámítani. Vagyis mindent kizárólag kísérleti úton ellenőriznek. Amire sok esetben éveket fordítanak. Ha azonban a kapott eredmény nem kielégítő, a puffergáz teljes egészében kiszivattyúzható.

A tároló feltöltésének menete

Miután a geológusok elvégezték egy adott réteg vizsgálatát, és úgy döntöttek, hogy a kívánt helyen gáztároló hozható létre, a gáztermelők megépítik a mérnöki komplexumot.

A modern FGT-k a gázkészletek tárolásának legbiztonságosabb módjának számítanak. Gyakori szivárgásaik azonban nagy problémát jelentenek a gázipari szakemberek és a környezetvédők számára, akik az ilyen eseteket a környezet jelentős problémájának tartják. Előfordul olyan is, mint a képen látható (távolban egy magyarországi FGT tüze látható).

Ezután megkezdődik a „kék” tüzelőanyag betáplálása a jövőbeli FGT-be, amelyet a legközelebbi fővezetékről vezetnek be. Ezután a tisztítótelepre kerül, ahol eltávolítják a különféle mechanikai szennyeződéseket.

A tiszta tüzelőanyag a mérő- és elszámolási pontra kerül. Ezt követően a kompresszorműhelybe, ahol komprimálást végeznek – így nevezik a gáz tárolóba történő betáplálásra való előkészítését. Ez a gáznyomás a kívánt értékre történő növelését jelenti.

Ezután a gázelosztó pontokra szállítják. Ahol a teljes áramlást több részre osztják, és azok különböző technológiai vonalakba kerülnek. Onnan csővezetékeken keresztül a befecskendező kutakba irányítják.

A teljes folyamat során a szakemberek számos paramétert ellenőriznek, többek között a gáz nyomását és hőmérsékletét, valamint az egyes kutak teljesítményét.

Következtetések és hasznos vidéó a témából

Az alább mellékelt videóanyag az FGT-k létrehozásának témájával foglalkozik, amelyek a „Szibéria Ereje” gázvezeték által szállított tüzelőanyag egyenlőtlen fogyasztásának kiegyenlítésére szolgálnak.

A föld alatti gáztárolók a legmegbízhatóbb és leggazdaságosabb módjai a gázfogyasztás egyenetlenségeinek kiegyenlítésének és a stabil ellátás biztosításának vis maior esetén. És ami a legérdekesebb, hogy ezért nem az emberi zsenialitást, hanem a természetet illeti a köszönet, amely előrelátóan megteremtette a megfelelő kőzetrétegeket.

Ön személyesen részt vett a föld alatti gáztárolók létrehozásában, és szeretné kiegészíteni a fenti anyagot hasznos információkkal? Vagy észrevett valamilyen ellentmondást a tényekben? Írja meg észrevételeit és megjegyzéseit – a visszajelzési blokk a cikk alatt található.