Подземные хранилища газа: технико-экономический анализ и математическое моделирование

В данной статье рассматриваются подземные газохранилища (ПХГ) как важный элемент газовой инфраструктуры. Представлены основные типы ПХГ, принципы их работы, математическое моделирование процессов закачки и отбора газа, а также экономическая оценка эффективности ПХГ.

Ключевые слова: подземные газохранилища, ПХГ, хранение газа, математическое моделирование, экономическая оценка, эффективность, газовые месторождения, водоносные пласты, соляные каверны, уравнение материального баланса, уравнение состояния газа, внутренняя норма доходности.

Подземные газохранилища (ПХГ) представляют собой сложные инженерные сооружения, предназначенные для хранения больших объемов природного газа в подземных геологических формациях [1]. В данной статье мы рассмотрим основные принципы работы ПХГ, их математическое моделирование и экономическую оценку.

Принципы работы ПХГ

Работа ПХГ основана на использовании естественных или искусственно созданных подземных резервуаров, таких как (Рис. 1):

1. Истощенные газовые или нефтяные месторождения: обладают высокой пористостью и проницаемостью, что обеспечивает хорошую вместимость и возможность циклической закачки и отбора газа.
2. Водоносные пласты: представляют собой пористые горные породы, насыщенные водой. Для создания ПХГ в водоносном пласте необходимо вытеснить воду газом.
3. Соляные каверны: создаются путем растворения соли водой через скважины. Обладают высокой герметичностью и стабильностью формы.

Рис. 1 Классификация ПХГ

Газ закачивается в пласт через скважины под давлением, превышающим пластовое, и отбирается при необходимости снижением давления (Рис. 2) [2].

Рис. 2 Принцип работы ПХГ

Математическое моделирование ПХГ

Математическое моделирование ПХГ позволяет прогнозировать поведение газового пласта в процессе эксплуатации, оптимизировать режимы закачки и отбора газа, а также оценивать эффективность работы хранилища [3].

Одним из основных инструментов моделирования является уравнение материального баланса, которое описывает изменение массы газа в пласте [4]:

d(Vρ)/dt = Qвх — Qвых

где:

V — объем газа в пласте

ρ — плотность газа

t — время

Qвх — массовый расход газа при закачке

Для учета изменения давления в пласте используется уравнение состояния газа:

P = zρRT/M

где:

P — давление

z — коэффициент сжимаемости газа

R — универсальная газовая постоянная

T — температура

M — молярная масса газа

Кроме того, при моделировании ПХГ учитываются гидродинамические процессы в пласте, такие как фильтрация газа, теплообмен и диффузия.

Экономическая оценка ПХГ

Доходы от продажи газа определяются рыночной конъюнктурой и зависят от объема продаж, цены газа и сезонных колебаний спроса.

Для оценки экономической эффективности ПХГ используются различные показатели, такие как:

— Чистая приведенная стоимость (NPV): представляет собой разницу между дисконтированными денежными потоками от проекта и инвестициями в него.

— Внутренняя норма доходности (IRR): это ставка дисконтирования, при которой NPV проекта равен нулю.

— Срок окупаемости: это период времени, за который проект окупит вложенные в него инвестиции.

Выводы:

Подземные газохранилища являются важным элементом газовой инфраструктуры, обеспечивающим надежность газоснабжения и гибкость в управлении запасами газа. Математическое моделирование и экономический анализ позволяют оптимизировать работу ПХГ и повысить их эффективность.

Литература:

1. Гиматудинов, Ш. К., & Ширковский, А. И. (2000). Подземное хранение газа. Недра.
2. С. Иванов. (2022). «Технологии подземного хранения газа». Научно-технический журнал «Нефть и Газ», 12(3), 45–52.
3. Ejarque, S., & Vázquez, M. (2014). Underground gas storage: A review of energy, environmental and safety aspects. Applied Energy, 130, 564–576.
4. Бжицких, Т. Г. (2011). Подсчет запасов и оценка ресурсов нефти и газа.
5. CBM Underground Gas Storage (2019). Technical and economic assessment of underground gas storage in coal seams. CSIRO.