Хранение газов представляет собой весомую часть в нефтегазовой отрасли. Поскольку данные процессы отличаются высокой пожаро- и взрывоопасностью, поэтому обеспечение промышленной безопасности опасных производственных объектов подземных хранилищ газов представляет собой основную задачу. В большинстве своем, в таких хранилищах производят хранение сжиженных углеводородов при использовании сравнительно больших избыточных давлений. К таким газам можно отнести пропан, пропилен, изобутан, пропан-бутановые смеси и другие.
Подземное хранилище газов представляет собой инженерно-техническое сооружение в определенных пластах геологических структур, а также в определенных горных выработках (выработках емкостях), которые созданы в отложениях каменных солей, которые используются для хранения, закачки и отбора газа. Высокая опасность возникновения аварий, которые могут сопровождаться существенными разрушениями техногенного характера, делает данные объекты очень опасными, поэтому обеспечение требований промышленной безопасности является ключевым для них.
Значительное распространение получили подземные хранилища, в которых хранение реализуется в пластах пористых пород. Такие породы представлены водоносными структурами и истощенными месторождениями. Нередки случаи использования горных выработок каменного угля и других ископаемых в качестве подземных хранилищ, в этом случае возникает также большая опасность возникновения взрывов и пожаров, что может привести к серьезным последствиям [1].
Промышленная безопасность опасных производственных объектов нефтегазовой промышленности регламентируется ФЗ-116 [2]. Однако существуют и специфические требования к таким объектам, которые указаны в Федеральных нормах и правилах «Правила безопасной эксплуатации подземных хранилищ газов» [3].
К подземным хранилищам газов относятся следующие системы:
Базисные. Объекты предназначены для обеспечения сезонной неравномерности потребления газа при условии стабильных режимов газопотребления в момент сезона отбора газа. Сезонная неравномерность составляет порядка нескольких месяцев. Такие системы наиболее часто распространены;
Пиковые. Объекты, которые предназначены для обеспечения кратковременной неравномерности газопотребления в несколько суток. Для пиковых систем характерны значительные изменения суточной производительности во время отбора;
Стратегические. Объекты, предназначенные для образования долгосрочного запаса газа, который используется только в строго исключительных случаях;
Газгольдерные. Объекты, которые предназначены для обеспечения кратковременной неравномерности газопотребления, которая определяется кратковременными закачками газа в сезоне отбора. Величина кратковременной неравномерности составляет несколько суток.
Основные аспекты промышленной безопасности опасных производственных объектов подземных хранилищ газов закладываются на стадии проектирования. Особые требования распространяются на возможность управления движением газовой среды и ее проникновением вне подземного хранилища. Одним из основных документов, в котором предусматриваются требования безопасности рассматриваемых объектов, является технологический проект. В частности, технологический проект должен учитывать мероприятия по проведению контроля герметичности объекта на стадии проведения его строительства и эксплуатации. При проведении проектирования должна разрабатываться система проведения контроля распространения газа в подземном хранилище. Такая система на период ее создания должна обеспечивать следующие возможности:
Возможность контроля распространения газа;
Возможность контроля герметичности;
Возможность контроля газонасыщенности в различных участках объекта подземного хранилища газа.
Важно, чтобы система была снабжена широким набором датчиков с высокой чувствительностью, достаточной для обнаружения даже малых концентраций газа, для установления областей потери герметичности подземных хранилищ.
Прежде чем начать разработку проектной документации, должен быть разработан технологический проект на эксплуатацию и создание опасных производственных объектов подземных хранилищ газов. Данный технологически проект должен содержать:
Исходные данные для проведения технологического проектирования;
Геологическое строение площади, на которой будет производиться эксплуатация объекта;
Основные сведения о гидрологии площади;
Состояние фонда скважин;
Сведения о поглотительных и контрольных пластах.
Большой важностью является соблюдение требований безопасной эксплуатации подземных хранилищ газов. Эксплуатация объектов подземных хранилищ газов должна проводиться в соответствии с данными технологического проекта и расчетным режимом эксплуатации объекта. Как только объект будет выведен на проектные показатели, вводят систему контроля геолого-геофизического состояния искусственной газовой залежи. Такая система должна осуществлять следующие виды контроля:
Контроль распространения газа в хранилище;
Контроль перетоков газа за границы хранилища;
Передачу информации о проведении замеров состояния хранилища в реальном режиме времени. Вся информация должна передаваться на диспетчерский пункт.
Вышеуказанная система контроля состоит из пяти основных элементов:
Наблюдательные скважины (включая пьезометрические и геофизические наблюдательные скважины);
Устьевые замерные устройства;
Замерные устройства, которые устанавливаются внутри скважин;
Средства для передачи информации;
Средства для обработки и визуализации информации о состоянии подземного хранилища газов.
При проведении эксплуатации подземных хранилища газов, проводится авторский надзор за их эксплуатацией непосредственно автором технологического проекта. В особенности важен надзор за соблюдением режимов эксплуатации объектов подземных хранилищ газов, который включает в себя:
Мероприятия по предупреждению образования солей и гидратов в колоннах лифтовых труб, призабойной зоне пласта, наземном оборудовании и трубопроводах. Образование таких отложений во многом влияет на промышленную безопасность, поскольку может приводить к локальному повышению давления и появлению препятствий при движении технологических сред. Поскольку образование отложений солей и гидратов происходит в результате изменения термодинамических параметров системы (температуры и давления) при проведении ряда технологических операций. Обеспечение автоматизированного контроля за термобарическим режимом является одним из решений данной проблемы;
Мероприятия, которые направлены на предупреждение износа оборудования скважин, наземного оборудования и трубопроводов, который вызван воздействием механических примесей и коррозионно-активных веществ. Высокие давления, воздействие углеводородных газов приводят к усиленному износу металла. Помимо механического абразивного износа, сильно влияние коррозионного растрескивания, которое достаточно сильно выводит из строя оборудование и трубопроводы. В качестве основных мероприятий в данном направлении могут рассматриваться:
- Нанесение износостойких покрытий;
- Организация периодических мероприятий по неразрушающему контролю (контролю износа металла и его состояния);
- Нанесение химических стойких покрытий;
- Устранение мест концентрации повышенных остаточных напряжений;
- Контроль коррозионно-усталостного износа оборудования с применением неразрушающих методов.
Мероприятия по сохранению производительности подземного хранилища газов и его фильтрационно-емкостных свойств.
Важным является организация контроля технического состояния скважин, который включает в себя:
Измерение температуры и давления газа в устье скважины;
Замеры количества жидкости, которая выносится потоком газа;
Замеры межколонных давлений;
Отбор проб газа и их анализ;
Определение количества механических примесей, выносимых потоком газа;
Отбор проб и анализ пластовой жидкости;
Проведение измерений производительности скважины;
Проведение контроля потерь давления в стволе, забое и шлейфе скважины.
Эксплуатация опасных производственных объектов подземных хранилищ газов включает в себя организация мониторинга на период опытно-промышленной эксплуатации объекта. Необходимость использования мониторинга вызвана тем, что подземные хранилища газов обладают большими объемами, и хранение газа может вызвать значительные техногенные изменения. Мониторинг недр позволяет в значительной степени контролировать процесс воздействия опасного производственного объекта на окружающую среду при его эксплуатации. Мониторинг проводится в пределах горного отвода, которых расположен на каждом определенном объекте.
Объектный мониторинг включает в себя следующие виды работ:
Получение, обработка и анализ данных о состоянии недр в процессе эксплуатации объекта;
Проведение оценки состояния объекта;
Проведение прогнозирования изменения состояния объекта;
Прогнозирование техногенных процессов в объектах подземных хранилищ газов и их своевременное выявление;
Снижение негативного воздействия геологических процессов, а также предотвращение такого рода воздействий. Нельзя не отметить данные мероприятия, однако, важно не только организовывать такие меры по снижению воздействия геологических процессов, но и прогнозировать такие процессы. В современном законодательстве в данной области присутствует понятие мониторинга и абсолютно не упоминается понятие моделирования геологических процессов, для обеспечения безопасности объектов подземных хранилищ газов. Современные геофизические технологии и моделирующие системы позволяют с высокой долей достоверности производить прогнозирование состояния геологической обстановки, поэтому в будущем такие подходы будут использоваться все более и более часто для обеспечения промышленной безопасности. Аналогичный подход может использоваться для прогнозирования негативного влияния техногенных процессов;
Проведение информирования пользователей недр и органов государственной власти об изменении состояния недр. Данное информирование, в соответствии с [3] должно производиться регулярно. Стоит выделить ответственность эксплуатирующей организации за предоставление достоверной и полной информации о любых изменениях, возникших в результате эксплуатации объектов подземного хранения газов.
Объектный мониторинг включает в себя контроль широкого спектра параметров, которые отражены в пн. 35 Федеральных норм и правил [3], к основным из которых относятся: общий объем газа, буферный объем газа, точка росы и состав газа, давления и уровни в контрольных горизонтах и другие.
Резюмируя вышесказанное, стоит отметить, что обеспечение промышленной безопасности подземных хранилищ газов представляет собой очень важную задачу. Разработка более совершенных подходов обеспечения промышленной безопасности подземных хранилищ газов является ключевой проблемой, которая должна быть решена в будущем. Большую роль в обеспечении промышленной безопасности при эксплуатации таких объектов будут иметь применение автоматизированных систем контроля за их состоянием, которые в комплексе отдельных элементов будут способствовать повышению уровня промышленной безопасности на опасных производственных объектов газовой отрасли.
Литература:
- Брагинский, О. Б. Нефтегазовый комплекс мира / О. Б. Брагинский. — М: РГУ нефти и газа им. И. М. Губкина, 2006. — 640 с.
- Федеральный закон РФ от 21.07.1997 № 116-ФЗ «О промышленной безопасности опасных производственных объектов».
- Федеральные нормы и правила в области промышленной безопасности «Правила безопасности подземных хранилищ газа».
