Файл: Подземное хранение газа (вопросы теории, практики и экономики) А. И. Ширковский. 1960- 4 Мб.pdf

Глава II

ЗАКАЧКА И ОТБОР ГАЗА В НЕКОТОРЫХ ПОДЗЕМНЫХ ХРАНИЛИЩАХ. ОПЫТЫ ПО ВЫТЕСНЕНИЮ ВОДЫ ГАЗОМ

1. ПОДЗЕМНОЕ ХРАНИЛИЩЕ ХЭРШЕР

BJCIIIA в районе Чикаго создано самое большое в мире под­ земное хранилище газа в куполе пластовой водонапорной си­ стемы за счет упругости жидкости и пласта.

Население области потребления газа 6,5 млн. человек. В на­ чале 1953 г. было 109 000 бытовых потребителей (семей), число которых растет. В настоящее время 370 000 семей используют

газ для отопления квартир. Район потребления снабжают газом три магистральных газопровода протяженностью около 2000 км. Суммарная пропускная способность их 25,5 • 106 м3/сутки. Го­ довое потребление газа при пересчете на низшую теплоту сгорания

(8900 ккал/м3) превышает 2,832 • 10э м3. Среднегодовое потребление газа в сутки 7,75 . 106 м3, что составляет только от максималь­ ного дневного потребления газа. Наибольший суточный отбор газа из хранилища возможен 1 октября каждого года, пиковый отбор производится 1 февраля. Для преодоления пики сезонного колебания газопотребления необходимо 2,55 • 109 м3 газа. Пико­

вая нагрузка в 2,5 раза больше пропускной способности маги­ стральных газопроводов.

Город Хэршер находится в 88 км к юго-западу от Чикаго.

Наивысшая точка кровли водонапорного песчаника Гэлсвилл

расположена на глубине 533,4 м. Мощность песчаника 30,4 м.

Кровля пласта представлена темно-серой сланцеватой глиной мощностью 37,5 м. Ниже находится слой черной сланцеватой

глины толщиной около 30 м. Пористость песчаника 25%, прони­

цаемость 2—4 дарси. Удлиненный купол (шириной около 11 км) тянется с севера на юг на расстояние 17 км. Пластовое давление примерно 50 ата. Песчаник Гэлсвилл выходит на дневную по­ верхность в штате Висконсин близ Оклер. Площадь закрытой части песчаника 60,5 км3.

28

Возможности применения структуры Хэршер в качестве под­ земного хранилища начали изучаться в 1947 г.

В 1949—1950 гг. на площади около 78 км3 было пробурено

107 скважин на маркирующий горизонт Галена, находящийся на глубине 45—150 м. Он хорошо повторяет поверхность залегаю­ щего на большой глубине песчаника Гэлсвилл. Для разведки использовалось несколько сейсмических станций. Каждая стан­ ция построила две карты. Для определения пористости и прони­ цаемости было пробурено пять разведочных скважин до глубины примерно 610 м. В скважины спускали обсадные трубы до кровли песчаника Гэлсвилл и цементировали их до устья. В две скважины, обработанные кислотой и тщательно очищенные, закачивали и отбирали воду для получения данных о продуктивности сква­ жин. Из пласта, кровли и подошвы отбирались и испытывались керны длиной 61 см для определения пористости и проницае­ мости. Чтобы получить точные данные о свойствах пласта и кровли песчаника, при бурении последней скважины в качестве промывочной жидкости использовалась пластовая вода. Во всех

скважинах в интервале залегания песчаника Гэлсвилл был про­ веден электрический каротаж для получения данных о литоло­ гии пласта.

Предполагали, что объем газа в хранилище будет 5,1 ■ 109 нм3.

Этот объем газа предполагали закачать в ловушку в течение

4—5 лет. Практически удалось закачать на 1 октября 1958 г. 875 млн. нм3. Объем отбираемого газа в год равен половине объема хранящегося газа. Обсадные колонны скважин имеют диаметр 85/s". Вышележащие водонапорные горизонты на глубине 212,8 м

перекрыты колонной большего диаметра и зацементированы до устья. Для организации хранилища запроектировано около 50 эксплуатационно-нагнетательных и 4—5 пьезометрических скважин, расположенных по периферии. Скважины размещают по квадратной сетке. Площадь газоносности, приходящаяся на одну скважину, равна 1 кл12. До кровли пласта скважины бу­ рятся роторным способом, ниже — ударным. Для работы запроек­ тирована компрессорная станция из 16 газомоторных компрес­ соров типа «Купер — Бессемер» общей мощностью 32 000 л. с. От компрессорной станции до конечной точки магистральных газопроводов в г. Джоляйет проложены два газопровода диа­ метром 30" и длиной около 71 км и еще два 30" газопровода (длиной 27 км) до магистральных газопроводов для получения

газа летом.

На выкидной линии компрессорной станции установлена дегидрационная установка. Распределительные линии на промысле имеют диаметр от 10" до 20" и уложены па глубине 105 см.

29

Вначале мелкие водяные скважины в г. Хэршер, а затем 32 заброшенные скважины в сельской местности с глубины около

30 м стали фонтанировать газом. Одна заброшенная нефтяная скважина фонтанировала сначала газом, потом водой с давле­ нием на устье 2,5 ат. Максимальный дебит газа составил

42 300 м3/сутки.

Закачку газа прекратили. Началась сложная и длительная работа по выявлению и ликвидации утечек. На всех скважинах были проведены нейтронный каротаж и гамма-каротаж, но газо­

насыщенных зон не обнаружили. Далее пробурили пять скважин на все промежуточные формации между пластами Гэлсвилл и Галена. Однако ни в одном из них присутствия газа по обнару­

жили. После этого на пласт Галена пробурили 21 скважину для обнаружения тектонических нарушений, но и их не оказалось.

для обнаружения мест утечек на всех скважинах положитель­ ных результатов не дало. На проведение этих исследований ушло

вания мигрирующего газа. Позже к этой системе были присоеди­ нены все скважины, пробуренные на пласт Галена. Систему при­ соединили к главной станции и модернизировали оборудование по возврату в пласт всего мигрировавшего газа. С тех пор расход

25 мелких скважин, пробуренных на глубину до 60 м (на верх­ ний пористый частично истощенный водоносный горизонт Га­ лена), сети вакуумных газопроводов, вакуум-компрессорпой стан­ ции, дегпдрационной установки, водоводов сбрасываемой (отде­

ленной от газа) воды. Кроме того, построены сооружения для очистки газа от сероводорода. Отделенная от газа вода закачивается через две скважины в водоносный пласт Тремпелеум. В сутки эта система улавливает в среднем 297 000 м3 газа, от которого отделяются 100 м3 воды. Отделенный от воды и пыли уловленный газ подается на два трехступенчатых компрессора и вновь зака­ чивается в подземное хранилище. Капитальные затраты в си­ стему улавливания газа составили 1,5 млн. долл. Общая длина собирательных газопроводов 7 км. Собирательный вакуумный коллектор имеет диаметр 10" и длину 600 м. Давление в вакуум­ ной сети от 0,07 до 0,14 ата. Максимальная пропускная способ­

ность системы 482 000 м3/сутки.

Позднее в 1956 г. газ начал скапливаться в другой форма­

ции. На этот пласт были пробурены четыре скважины, чтобы предотвратить серьезный рост давления. Расход улавливаемого

30

здесь и возвращаемого в пласт Гэлсвилл газа колеблется от 42 000

до 127 000 м3/сутки.

Несмотря на работу системы улавливания мигрирующего газа, поиски утечек газа продолжаются. Для этого всю поверх­ ность земли над хранилищем вновь подвергли магнитной, и гео­ химической разведке. В последнем случае с глубины 3,64 м ото­ брали 130 образцов почвы. Однако мест утечек не нашли. Летом 1957 г. в качестве трассеров использовали пропилен и бутилен. Они помогли доказать, что основная утечка происходит из юж­ ной и небольшая из северной частей хранилища.

Вероятные пути утечек газа: а) через неизвестные заброшен­

ные водяные и нефтяные скважины, пробуренные на Гэлсвилл;

б) через неплотности обсадных колонн; в) через затрубное про­ странство в нескольких скважинах; г) через небольшие сбросы.

Общие годовые производственные потери газа составляют около 0,5% от всего хранящегося газа.

В настоящее время проводятся работы, направленные, с од­ ной стороны, на уменьшение утечек газа, с другой — на поиски нового объекта для закачки в него газа, чтобы довести объем

хранящегося газа до запланированной величины. Для этой цели

изучается нижележащий водоносный пласт песчаника Маунт Симон. Полагают, что в ловушку его можно закачать 1,97 млрд. л3 газа. С 9 апреля до 27 июня 1958 г. на этот пласт, залегающий на глубине от 732 до 780 л, турбинным способом пробурено шесть скважин. Две скважины были пробурены роторным спо­

собом.

Ниже дается анализ основных величин при закачке газа

вподземное хранилище Хэршер.

1.Расчет изменения давления при закачке газа. Исходные данные для расчета: h = 30,5 л; т — 18,5%; к = 3 дарси; 0В =

31