Como funcionam os armazenamentos subterrâneos de gás: métodos adequados para armazenamento de gás natural

Parece que o conhecimento sobre como funcionam os armazenamentos subterrâneos de gás não tem valor prático para o usuário comum. Mas a humanidade é muito dependente do combustível 'azul' e queremos ter a certeza de que nunca haverá interrupções no seu fornecimento. Não é mesmo?

E cada compatriota pode se sentir tranquilizado pela informação sobre os armazenamentos de gás localizados no subsolo (ASG) — enquanto eles estiverem cheios, não haverá problemas de abastecimento de gás. Leia mais sobre a estrutura dos armazenamentos e características de armazenamento em nosso artigo.

Estrutura dos armazenamentos subterrâneos de gás

Se para armazenamento de gás para uso doméstico, os proprietários de casas particulares usam gasômetros, então em escala nacional, trata-se de opções de armazenamento completamente diferentes. Assim, oficialmente, os armazenamentos subterrâneos de gás são complexos de estruturas de engenharia que servem para injeção, armazenamento e retirada do combustível 'azul'. Eles consistem em componentes de superfície e subterrâneos.

Os componentes de superfície incluem:

• ponto de distribuição de gás, que serve para dividir o fluxo de gás em várias linhas tecnológicas;
• oficina de compressores, onde ocorre a preparação do combustível (aumento de pressão) para injeção nos poços;
• instalações de purificação de gás.

Os componentes subterrâneos do ASG são: poços, minas, reservatórios. E o último item (reservatórios) é o mais interessante — o local onde o combustível 'azul' é armazenado determina como o próprio armazenamento de gás é estruturado.

Os armazenamentos subterrâneos de gás modernos se assemelham externamente a grandes fábricas. Pois para garantir a injeção/retirada de combustível, é necessário usar equipamentos potentes de compressão, purificação e outros. Que são mantidos por centenas, ou até milhares de especialistas.

Visão geral dos reservatórios para armazenamento de gás

Com o mesmo peso, o gás ocupa áreas muito maiores do que qualquer sólido. E como é usado em enormes quantidades, são necessários reservatórios igualmente grandes para seu armazenamento.

Além disso, os especialistas abandonaram o armazenamento de gás em reservatórios artificiais de superfície há um século.

A razão é que para isso seria necessário:

• ocupar enormes áreas do planeta com complexos para armazenamento de gás natural de baixa pressão;
• usar gasômetros caros e explosivos de alta pressão.

Como resultado, para neutralizar os aspectos negativos listados acima, a escolha foi feita a favor de armazenamentos subterrâneos, e são considerados como tais os reservatórios localizados em profundidades consideráveis. Que, na maioria dos casos, variam de 300 a 1000 metros. E lá é possível armazenar combustível em reservatórios criados pela natureza.

No total, os engenheiros aprenderam a utilizar com sucesso 7 tipos de reservatórios naturais para armazenamento de gás:

• formados em camadas porosas saturadas de água;
• preservados após a extração de hidrocarbonetos, nomeadamente gás e petróleo;
• formados em depósitos de sal-gema;
• criados em escavações de minas;
• criados em rochas de permafrost resistentes;
• com uma cobertura de gelo e rocha de baixa temperatura;
• formados após explosões nucleares subterrâneas.

Embora haja muitas opções, apenas os 4 primeiros métodos de armazenamento de gás se destacam pela praticidade. As outras opções de reservatórios são adequadas apenas teoricamente.

O ASG de Severo-Stavropol é o maior do mundo e a reserva de gás armazenada lá é capaz de satisfazer a necessidade anual de combustível de um país tão grande como a França. Já que a área do armazenamento é de 680 km²

A razão da impraticabilidade das três opções restantes é a seguinte:

• Em rochas congeladas é possível armazenar gás, a prova disso são vários armazenamentos em funcionamento nas regiões norte do planeta. Mas seus volumes são extremamente pequenos, portanto não têm qualquer significado industrial atualmente.
• Reservatórios formados por explosões nucleares subterrâneas são perfeitamente adequados para armazenar reservas significativas de gás, o que já foi comprovado experimentalmente. Mas a questão é que as armas poderosas foram testadas longe de áreas habitadas. Portanto, geralmente não há consumidores ou infraestrutura de engenharia lá.

Como resultado, esses tipos de reservatórios são simplesmente inadequados para uso.

Embora os ASGs sejam chamados de armazenamentos, na verdade a preservação do gás não é sua principal tarefa. Já que o gás neles contido é usado principalmente para suavizar as irregularidades do consumo. Que pode ser diário, semanal, sazonal. Apenas em último caso os ASGs são criados para neutralizar as consequências de circunstâncias de força maior.

A seguir, examinaremos mais detalhadamente cada uma das opções de armazenamento subterrâneo de gás.

Opção #1 — armazenamentos em aquíferos saturados de água

Armazenamentos em camadas aquíferas são projetados para neutralizar os efeitos da irregularidade sazonal no uso do gás. E também para criar reservas estratégicas.

Uma característica importante da construção de tais armazenamentos é a participação mínima do homem — geralmente na fase de criação dos poços necessários para a injeção de gás.

No mapa da Rússia, é possível ver que os armazenamentos subterrâneos de gás (UGS) estão localizados próximos a gasodutos principais e grandes centros populacionais. E isso não é por acaso, pois os armazenamentos são projetados para garantir a estabilidade do consumo de gás, razão pela qual devem estar nas proximidades de grandes instalações.

Esses reservatórios são procurados em aquíferos artesianos. Os armazenamentos de gás são criados onde a estrutura da rocha é permeável e porosa. Os resíduos de líquido são removidos pelo gás, que os comprime e depois os expulsa.

Os próprios, chamados reservatórios de armazenamento de combustível, na verdade, não o são. Mais precisamente, eles não existem — como local de armazenamento, são usados espaços vazios em camadas porosas. E todo o procedimento de criação de um armazenamento de gás consiste em deslocar parte da água para a periferia. Isso é feito com o objetivo de criar espaço para o combustível 'azul'.

O procedimento descrito acima só será possível se uma série de fatores contribuir para isso:

• Uma camada porosa e permeável é coberta por um domo (capeamento) de rochas impermeáveis ao gás, que geralmente são argilas compactadas.
• A camada aquífera se estende por dezenas de quilômetros a partir dos limites do armazenamento. E é ainda melhor se ela tiver uma saída para a superfície. Tudo isso permite que o gás desloque com sucesso a água presente na camada.
• A extensão do domo é suficiente para permitir o armazenamento de volumes significativos de gás.
• A porosidade e a permeabilidade da rocha garantem uma capacidade aceitável de armazenamento de gás e a capacidade de liberá-lo durante a extração.

Se pelo menos uma das condições não for cumprida, será impossível criar um armazenamento subterrâneo.

O princípio de funcionamento dos armazenamentos subterrâneos modernos é simples. As características podem ser examinadas usando como exemplo os grandes UGS utilizados para suavizar as irregularidades sazonais.

Assim, geralmente na estação quente, a quantidade necessária de gás é injetada neles. Só começam a retirá-lo com o início da estação de aquecimento. E, para o gasoduto principal, não é enviada uma quantidade enorme de gás, mas sim uma quantidade média, conhecida pela experiência de operação em invernos anteriores.

E se, de repente, a temperatura cair drasticamente e o consumo diário aumentar significativamente, o grande UGS ainda assim não aumentará os volumes de retirada. A escassez será coberta por pequenos armazenamentos, projetados para suavizar o consumo diário e semanal. A razão é que deles é mais fácil e rápido fazer a retirada.

São considerados ideais os reservatórios com área de vários quilômetros quadrados. Com uma diferença de altura entre o fundo e o topo do domo entre 10 e 15 metros.

A vantagem do UGS em camadas saturadas de água é a capacidade substancial. E a desvantagem é que os geólogos, ao estudar as características do aquífero, podem não detectar e não levar em conta algum fator importante. Como resultado, o armazenamento pode se tornar inadequado para uso.

E o pior é que isso frequentemente é descoberto após enormes investimentos na construção de infraestrutura subterrânea e de superfície. Muitas vezes, também ocorrem problemas menores, pelos quais a operação de UGS em formações aquíferas é acompanhada por custos não planejados significativos.

Opção #2 — tanques após a extração de hidrocarbonetos

Os complexos de engenharia deste tipo servem para suavizar as flutuações sazonais no consumo de gás natural. E também para criar reservas estratégicas.

Os armazenamentos subterrâneos são procurados porque sua construção e operação são economicamente mais vantajosas. E os enormes gasômetros de superfície (mostrados na foto) são usados quando não é possível utilizar gasodutos principais com UGS. Além disso, nos tanques mostrados na foto, geralmente armazenam exclusivamente gás liquefeito.

A configuração dos armazenamentos deste tipo é a mesma que no caso de análogos criados em aquíferos. Ou seja, o combustível é armazenado nos vazios de rochas porosas.

Os UGS criados em rochas que antes continham hidrocarbonetos são os mais comuns no mundo. Assim, seu número chega a 70%, devido a uma série de vantagens.

Entre elas: grande capacidade e economia em investimentos em exploração, construção de infraestrutura ou pelo menos parte dela, perfuração — no local de criação desses UGS já havia sido realizada extração de petróleo e gás.

Deve-se entender que os gasômetros enterrados não são armazenamentos subterrâneos. Pois eles se destinam a resolver tarefas completamente diferentes. E ficam subterrâneos apenas para tornar a evaporação do gás liquefeito mais eficiente em geadas severas. E isso sem custos. Além disso, a colocação condicionalmente subterrânea de gasômetros permite economizar espaço útil, por exemplo, em um terreno residencial.

Mas os tanques remanescentes após a extração de hidrocarbonetos não podem ser considerados ideais.

Eles têm várias desvantagens:

• problemas de vedação em poços antigos – especialmente em antigos campos de petróleo;
• porosidade e permeabilidade insuficientes das rochas;
• mistura de gás com resíduos de petróleo – o que às vezes causa perdas significativas, pois a mistura resultante não pode mais ser utilizada.

Além disso, frequentemente em campos de petróleo, o gás contém uma impureza perigosa na forma de sulfeto de hidrogênio. Que é prejudicial à saúde humana e também destrói todo tipo de estruturas de aço, incluindo as de aço inoxidável.

A operação de UGS (armazenamento subterrâneo de gás) baseada em locais de depósitos de hidrocaronetos esgotados é possível porque o gás, quano injetado, desloca os resíduos de petróleo da camada desejada. Além disso, como a água, ele possui efetos de compresibilidade e mobilidade, o que facilta a tarefa de preparar o reservatório. Às vees, o petróleo sob pressão do gás não é forçado para a roca, mas sobe à superfície, tornando-se uma fonte adicional de lucro.

Opção #3 — reservatórios em depósitos de sal-gema

Tais reservatórios de gás servem para suavizar a irregularidade diária e semanal de seu uso, e também participam na nivelação da irregularidade sazonal. Além disso, os armazenamentos em camadas de sal cumprem bem o papel de fonte reserva para consumidores importntes.

Existem apenas 2 métodos demandados de armazenamento subterrâneo de gás. A saber, em camadas porosas permeáveis e em cavernas lavadas em depósitos de sal. A primeira opção é usada quando se precisa criar um grande armazenamento, a segunda – apenas para resolver problemas locais.

Os UGS mencionados são criados pelo método de lavagem de parte dos depósitos de sal, com o objetivo de criar uma cavidade do tamanho necessário. Para isso, inicialmente se perforam váriospoços, através dos quais a água é fornecida por um período prolongado.

Embora o procedimento descrito seja demorado e custoso, ele se paga, pois o armazenamento do gás natural injetado ocorre sem perdas. A razão é que as cavernas de sal se distinguem pela hermeticidade. Além disso, elas possuem o efeito de autocicatrização — as fraturas tectônicas e outras crecem rapidamente com depósitos de sal.

A vantagem da construção de tais armazenamentos subterrâneos de gás é que a retirada do volume necessário de combustível ocorre pratimamente sem limitações de velociade. Que é várias vezes maior do que ao realiztar operações semelhantes em reservatórios de outros tipos. E também uma vantagem importtante dos UGS construídos em cavernas de sal é a alta porcentagem de retirada de gás — uma das mais altas entre todos os seus tipos.

A roca para armazenamento de gás deve ser como mostrada na foto. Ou seja, permeável e ter espaço suficiente para armazenar um grande volume de combustível. Além disso, a estrutura da camada deve permitir a fácil expulsão de água e resíduos de petróleo.

Mas o número de cavernas em camadas de sal não excede 2% do total de armazenamentos.

Esse índice é influenciado por uma série de aspectos negativos:

• Presença de uma grande quantiade de água salgada após a lavagem das cavernas para armazenamento de gás. Como resultdo, se não há mar por perto ou pelo menos fábricas de processamento de sal, não há para onde descartar o líquido. O que é a principal razão do pequeno número de UGS desse tipo.
• Redução do volue útil durante a operação. Esse fenômeno é caudado pela evaporação do sal em locais de maior pressão e seu acúmulo onde a pressão é menor.
• Aparecimento de impurezas no gás, que muitas vezes são resíduos de líquido usado anteriormente para lavar a caverna.
• Volumes insignificantes, o que não permite criar reservas em quantidades suficientes.

Como resultado, os armazenamentos de sal geralmente são usados apenas onde não é possível utilizar os tipos de recipientes mencionados acima.

Opção #4 — ASG em minas subterrâneas

Seus volumes são insignificantes. No entanto, suecos e noruegues armazenam parte de suas reservas estratégiacas de gás en recipientes justamente deste tipo.

O armazenamento de gás en minas é o único depósito de gás completamente construdo pelo homem. Assim, em uma das minas, explosões criam um recipiente, que depois é revestido com chapas de aço.

Assim são as cavernas de sal usadas para armazenamento de gás. Elas são herméticas e confiáveis, mas têm tamnhos limitados, portant são adeqadas para criar ASGs de volume insignificante. E exclusivamente para reslver tarefas locais. Por exempl, na Russi, dos 27 armazenentos usados atualment, apneas 2 são de sal.

Embora seja vantajoso exlorar ASGs em minas abandonadas, devido ao alto ercentual e velcidade de exração, no futuro próximo su quantdade não amentará significativament. A razão é que os armazenentos descritos são dificeis de construr. Pis nem sempre é possíve obter estanquidade total, o que leva a perdad signifivativas.

Isso aontece porqu, durnte a operação da mina, tenta-se leva a maor quantade posível de ar. Para isso, cri-se um sistea de ventiçã com númras saías para a supérficie, que nem semp coneguem ser seladas duran a construçã do armaznamento.

Com is, atuamente, exisem apena alns exmplos bem-sucedido da ide de armzenar gás em minas abandoads (na Suéci, Norueg, Alemanh).

Os armazenamentos são herméticos?

Vazametos de combustível são proceos freqüetes, impoíves de se irem. Pois huitas cauas.

Para coneniência, ees se dividem em 3 categorias:

• geológias;
• ecnológias;
• técnias.

Ao grupo de causas geológicas perenem a heterogeneidde das cobertura do ASG, a presença de falhas tectônicas, bem como as caraterísticas da idodinâmica e geoquíica. Por exemplo, o gás pode simplemete migrar pela formaçã, e os especialitas não podem fzer n aa espeito.

As causas tecnológicas estão entre as mis comuns, porue erros ocorr reglarmente na vaiação de alns atos. Por lexempl, a efácia das ardiãs idrávlicas, as resrv de gás, os pocos fíico-ímcos.

Não é incomu qu, para aessar as cadas decessáias, seja usada a perfuração de poços. Alé diso, sua tecnlogia não difere das procediment análog ao tentar acessar depósitos de gás, petróleo.

As causas técnicas estão mais feqüetemente relcionadas com o estado dos poços usados, atáves dos quais é realiado a injeção de gás.

Características da criação de ASG

Em 95% dos casos, os ASG são criados pela expulsão de água com gás, de resíduos de petróleo de camadas porosas. Dessa forma, são criados "reservatórios" para armazenar o combustível "azul".

E a principal característica é que o volume de gás utilizado para expulsar os líquidos não pode ser posteriormente usado para fornecimento aos consumidores. Sua função é evitar que a água e os resíduos de hidrocarbonetos retornem ao seu lugar original. Caso contrário, o armazenamento simplesmente deixará de existir.

Ou seja, esse gás é tampão. Geralmente, ele corresponde a pelo menos metade de todo o volume injetado no ASG. E em alguns casos, o gás tampão é 3 vezes maior do que aquele que pode ser usado para fornecimento aos consumidores, que é chamado de ativo.

Curiosamente, a quantidade de gás tampão não pode ser calculada previamente. Ou seja, tudo é verificado exclusivamente por método experimental. Isso, em muitos casos, leva anos. Mas, quando o resultado obtido é insatisfatório, o gás tampão pode ser totalmente extraído.

Procedimento de enchimento do armazenamento

Depois que os geólogos realizam estudos de alguma formação e decidem que no local desejado pode ser criado um reservatório de gás, os produtores de gás constroem um complexo de engenharia.

Os ASG modernos são a forma mais segura de armazenar reservas de gás. Mas suas frequentes fugas são um grande problema para os trabalhadores do gás e ecologistas, que consideram tais casos um problema significativo para o meio ambiente. E acontece também como mostrado na foto (ao fundo, vê-se um incêndio em um dos ASG húngaros).

E então começa a injeção de combustível "azul" no futuro ASG, que é fornecida a partir do gasoduto principal mais próximo. E chega à plataforma de limpeza, onde ocorre a remoção de todos os tipos de impurezas mecânicas.

O combustível limpo é enviado para o ponto de medição e controle. E depois para a sala de compressores, onde ocorre a compressão — que é como se chama a preparação do gás para injeção no reservatório. Ela consiste em aumentar a pressão do gás até o valor necessário.

Em seguida, ele é transportado para pontos de distribuição de gás. Onde o fluxo total é dividido em vários e entra em diferentes linhas de processo. De onde, por meio de mangueiras, é direcionado para os poços de injeção.

Durante todo o processo, os especialistas monitoram uma série de parâmetros, entre eles a pressão e a temperatura do gás, o desempenho de cada poço.

Conclusões e vídeo útil sobre o tema

O material de vídeo anexado abaixo é dedicado ao tema da criação de ASG para suavizar o consumo irregular de combustível que será fornecido pelo gasoduto "Força da Sibéria".

As instalações de armazenamento subterrâneo de gás são a maneira mais confiável e vantajosa de suavizar o consumo irregular de gás e garantir seu fornecimento estável em casos de força maior. E o mais interessante é que devemos agradecer não ao gênio humano, mas à natureza, que previu e criou as camadas de rocha adequadas para isso.

Você participou pessoalmente da criação de instalações de armazenamento subterrâneo de gás e deseja complementar o material acima com informações úteis? Ou notou alguma inconsistência nos fatos? Deixe suas observações e comentários – o bloco de feedback está localizado abaixo do artigo.