Kuidas on korraldatud maa-alused gaasihoidlad: sobivad viisid maagaasi säilitamiseks

Näib, et teadmised maa-aluste gaasihoidlate ehituse kohta pole tavakasutajale praktilise tähtsusega. Kuid inimkond on liiga sõltuv "sinisest" kütusest ja nii väga tahaks olla kindel, et selle tarnimises kunagi katkestusi ei tule. Eks ole?

Iga kaasmaalast võib rahustada info maa-aluste gaasihoidlate (MGH) kohta – kuni need on täis, ei teki probleeme gaasivarustusega. Täpsemat teavet hoidlate ehituse ja säilitamise eripärade kohta leiate meie artiklist.

Maa-aluste gaasihoidlate ehitus

Kui gaasi säilitamiseks majapidamisvajadusteks kasutavad eramajade omanikud gaasimahuteid, siis riigi skaalas on jutt hoopis teistest säilitamisvõimalustest. Nii on ametlikult maa-alused gaasihoidlad insener-tehniliste rajatiste kompleksid, mis teenivad «sinise» kütuse süstimist, säilitamist ja väljavõtmist. Need koosnevad maapealsetest ja maa-alustest komponentidest.

Maapealsete hulka kuuluvad:

• gaasijaotusjaam, mis teenib gaasivoolu jaotamist mitmeks tehnoloogiliseks;
• kompressoritsehh, kus toimub kütuse ettevalmistamine (rõhu tõstmisega) süstimiseks kaevudesse;
• gaasipuhastusseadmed.

Maa-alusteks MGH komponentideks on: kaevud, õõnsused, mahutid. Ja viimane punkt (mahutid) on kõige huvitavam – sellest, kus hoitakse «sinist» kütust, sõltub, kuidas on gaasihoidla ise korraldatud.

Kaasaegsed maa-alused gaasihoidlad meenutavad välimuselt suuri tehaseid. Kuna kütuse süstimise/väljavõtmise tagamiseks on vaja kasutada võimsaid kompressor-, puhastus- ja muid seadmeid. Mida teenindavad sajad, kui mitte tuhanded spetsialistid.

Gaasi säilitamise mahutite ülevaade

Sama kaalu juures võtab gaas enda alla palju suuremad alad kui tahes tahked kehad. Ja kuna seda kasutatakse tohututes kogustes, siis selle säilitamiseks on vaja samasuguseid mahuteid.

Pealegi loobusid eksperdid inimese loodud maapealsetes reservuaarides gaasi säilitamisest juba sajand tagasi.

Põhjus on selles, et selleks oleks vaja:

• hõivata tohutuid planeedi alasid madala rõhuga «sinise» kütuse hoidlate kompleksidega;
• kasutada kalleid ja plahvatusohtlikke kõrgsurve gaasihoidjaid.

Tulemusena, et ülalnimetatud negatiivseid aspekte tasandada, tehti valik maa-aluste hoidlate kasuks, milleks loetakse märkimisväärsel sügavusel asuvaid mahuteid. See sügavus on enamikul juhtudel 300–1000 meetrit. Kütust saab seal hoida looduse loodud reservuaarides.

Kokku on insenerid õppinud edukalt kasutama 7 tüüpi looduslikke reservuaare gaasi hoidmiseks:

• mis on tekkinud veeküllastunud poorsetes kihtides;
• mis on säilinud pärast süsivesinike (nimelt gaasi ja nafta) ammendamist;
• mis on tekkinud kivisoola ladestustes;
• mis on loodud kaevanduste käikudes;
• mis on loodud tugevates igikeltsa kivimites;
• millel on madala temperatuuriga jää-kivimi kest;
• mis on tekkinud pärast maa-aluseid tuumaplahvatusi.

Kuigi variante on palju, on praktilised ainult 4 esimest gaasi hoidmise viisi. Ülejäänud reservuaaride variandid sobivad vaid teoreetiliselt.

Põhja-Stavropoli maa-alune gaasihoidla on maailma suurim ja seal hoitav gaasivarud suudavad rahuldada aastase kütusevajaduse niisuguse suure riigi nagu Prantsusmaa. Hoidla pindala on nimelt 680 km².

Ülejäänud kolme variandi ebatavalisuse põhjus on järgmine:

• Külmunud kivimites saab gaasi hoida, mida kinnitavad mitu tegutsevat hoidlat planeedi põhjapiirkondades. Kuid nende mahud on äärmiselt väikesed, seetõttu ei oma need tänapäeval mingit tööstuslikku tähtsust.
• Tuumaplahvatustega tekitatud mahutid on täiesti sobivad märkimisväärsete gaasivarude hoidmiseks, mida on juba katseliselt tõestatud. Kuid asi on selles, et võimsaid relvi katsetati inimeste elukohtadest eemal. Seetõttu puuduvad seal tavaliselt tarbijad ja insenertaristu.

Seetõttu on nimetatud mahutitüübid lihtsalt kasutuskõlbmatud.

Kuigi maa-aluseid gaasihoidlaid nimetatakse hoidlateks, ei ole gaasi säilitamine tegelikult nende peamine ülesanne. Sest seal olev gaas kasutatakse enamasti tarbimise ebaühtluse tasandamiseks. See ebaühtlus võib olla päevane, nädalane, hooajaline. Alles viimases järjekorras luuakse maa-aluseid gaasihoidlaid vääramatu jõu tagajärgede leevendamiseks.

Järgnevalt vaatleme iga maa-aluse gaasi hoidmise varianti üksikasjalikumalt.

Variant #1 — hoidlad veeküllastunud kihtides

Veeküllastunud kihtides hoidlad on ette nähtud gaasi kasutamise hooajalise ebaühtluse tagajärgede leevendamiseks. Samuti strateegiliste reservide loomiseks.

Selliste hoidlate rajamise oluline eripära on minimaalne inimese osalus – enamasti puuraukude loomise etapis, mis on vajalikud gaasi sissepumpamiseks.

Venemaa kaardil on näha, et gaasihoidlad asuvad magistraalsete gaasitorustike ja suurte asulate läheduses. See pole juhuslik, sest hoidlad on mõeldud tagama gaasi tarbimise stabiilsust, milleks nad peavad olema suurte objektide vahetus läheduses.

Kõnealuseid mahuteid otsitakse arteesiakihtidest. Gaasihoidlaid luuakse seal, kus kivimi struktuur on läbilaskev ja poorne. Vedelikujäägid eemaldatakse gaasiga, mis surub selle kokku ja seejärel välja tõrjub.

Nn kütusehoidlad ise ei olegi tegelikult sellised. Täpsemalt pole neid üldse – hoidmiskohana kasutatakse tühimikke poorsetes kihtides. Ja kogu gaasihoidla loomise protseduur seisneb osa vee väljatõrjumises perifeeriasse. Seda tehakse eesmärgiga luua ruumi sinisele kütusele (maagaasile).

Ülalkirjeldatud protseduuri saab teostada ainult siis, kui seda soodustavad mitmed tegurid:

• Poorne läbilaskev kiht on kaetud gaasitihedatest kivimitest koosneva kupli (kattega), milleks on tavaliselt pressitud savid.
• Veekiht ulatub hoidla piiridest kümnete kilomeetrite kaugusele. Veel parem, kui see ulatub pinnale. Kõik eelnimetatu võimaldab gaasil edukalt välja tõrjuda kihis olevat vett.
• Kupli ulatus on piisav, et võimaldada märkimisväärsete gaasikoguste hoidmist.
• Kivimi poorsus ja läbilaskvus tagavad vastuvõetava gaasimahutavuse ja võime seda väljastada tootmise ajal.

Kui vähemalt üks tingimus ei ole täidetud, on maa-aluse hoidla loomine võimatu.

Kaasaegsete maa-aluste hoidlate tööpõhimõte on lihtne. Eriomadusi saab vaadelda suurte gaasihoidlate näitel, mida kasutatakse hooajaliste ebakorrapärasuste tasandamiseks.

Nii pumbatakse soojal aastaajal neisse vajalik kogus gaasi. Seda hakatakse välja võtma alles küttehooaja alguses. Peale selle suunatakse magistraaltorusse mitte mingi tohutu gaasikogus, vaid keskmine kogus, mis on teada varasemate talvede kasutuskogemusest.

Kui aga temperatuur järsult langeb ja päevane tarbimine suureneb kordades, siis suur gaasihoidla ei suurenda väljavõtmise mahtu. Puudujäägi katavad väikesed hoidlad, mis on mõeldud igapäevase ja nädalase tarbimise tasandamiseks. Põhjus on sellest, et neist on lihtsam ja kiirem gaasi välja võtta.

Optimaalseteks peetakse mahuteid, mille pindala on mitu ruutkilomeetrit. Põhja ja kupli tipu kõrguste erinevus on 10–15 meetri piires.

Veeküllastunud kihtides paiknevate gaasihoidlate eeliseks on märkimisväärne mahutavus. Puuduseks peetakse seda, et geoloogid võivad põhjaveekihi eripärade uurimisel mitte tuvastada ega arvesse võtta mõnda olulist tegurit. Selle tulemusena võib hoidla osutuda kasutuskõlbmatuks.

Ja halvim on see, et seda avastatakse sageli alles pärast tohutuid kapitaliinvesteeringuid maapealse ja maa-aluse taristu ehitamisse. Üsna sageli esineb ka väiksemaid ebameeldivusi, mistõttu kaasnevad MGH ekspluatatsiooniga veeküllastunud kivimites märkimisväärsed planeerimata kulud.

Variant #2 – mahutid pärast süsivesinike ammendamist

Seda tüüpi insenerikompleksid teenivad maagaasi tarbimise hooajaliste kõikumiste tasandamist. Samuti strateegiliste varude loomist.

Maa-alused hoidlad on nõutud, kuna nende loomine ja kasutamine on majanduslikult kõige soodsam. Hiiglaslikke maapealseid gaasimahuteid (nagu fotol) kasutatakse juhul, kui puudub võimalus kasutada magistraalseid gaasitorustikke koos MGH-ga. Lisaks hoitakse fotol kujutatud mahutites tavaliselt ainult veeldatud gaasi.

Seda tüüpi hoidlate ehitus on sama nagu veeküllastunud kihtidesse loodud analoogide puhul. See tähendab, et kütust hoitakse poorsete kivimite tühimikes.

MGH, mis on loodud kivimitesse, kus kunagi asusid süsivesinikud, on maailmas kõige rohkem. Nende arv ulatub märkimisväärse 70%-ni, põhjuseks on rida eeliseid.

Nende hulka kuuluvad: oluline mahutavus ja kokkuhoid kapitaliinvesteeringutelt geoloogilisse uuringusse, taristu või vähemalt selle osa loomisse, puurimisse – selliste MGH-de loomise kohas on juba toimunud nafta ja gaasi kaevandamine.

Tuleb mõista, et osaliselt maetud gaasimahutid ei ole maa-alused hoidlad. Kuna need on mõeldud hoopis teiste ülesannete lahendamiseks. Ja maa alla satuvad nad ainult selleks, et muuta veeldatud gaasi aurustumine tugeva külma korral tõhusamaks. Ja seda ilma igasuguste kuludeta. Samuti võimaldab gaasimahutite tinglikult maa-alune paigutus säästa kasulikku ruumi näiteks aiakrundil.

Kuid pärast süsivesinike ammendamist säilinud mahuteid ei saa ideaalseteks nimetada.

Neil on palju puudusi:

• probleemid vanade puuraukude tihedusega – eriti puudutab see endisi naftamaardlaid;
• kivimite ebapiisav poorsus ja läbilaskvus;
• gaasi segunemine naftajääkidega – mis toob mõnikord kaasa olulisi kahjusid, kuna saadud segu ei saa enam kasutada.

Samuti esineb naftamaardlates gaasis sageli ohtlikku lisandit vesiniksulfiidi. See on kahjulik inimeste tervisele ja hävitab igasuguseid teraskonstruktsioone, isegi roostevabast terasest.

Amortiseerunud süsivesinike maardlate asemel põhinevate allmaagaasihoidlate (ALMG) käitamine on võimalik tänu sellele, et gaas surub süstimisel vajalikust kihist välja allesjäänud naftat. Lisaks on sellel, nagu ka veel, kokkusurutavuse ja liikuvuse omadus, mis lihtsustab mahuti rajamist. Mõnikord surutakse gaasi rõhu all naftat mitte kivimisse, vaid see tõuseb ülespoole, mis muutub täiendavaks tuluallikaks.

Variant #3 — reservuaarid kivisoola ladestustes

Sellised gaasimahutid siluvad gaasi öö- ja nädalast ebaühtlasemat tarbimist ning aitavad kaasa ka hooajaliste kõikumiste tasandamisele. Lisaks tulevad soolakihtidesse rajatud hoidlad edukalt toime oluliste tarbijate varuallikana.

Gaasi maa-aluseks hoidmiseks on ainult kaks nõutud meetodit. Nimelt läbilaskvates poorsetes kihtides ja soolaladestustest väljapestud koobastes. Esimest varianti kasutatakse siis, kui on vaja luua suur hoidla, teist – ainult kohalike ülesannete lahendamiseks.

Nimetatud allmaagaasihoidlad luuakse osa soolaladestuste väljapesemise meetodil, et tekiks vajaliku suurusega õõnsus. Selleks puuritakse alguses mitu puurauku, mille kaudu juhitakse pika aja jooksul vett.

Kuigi kirjeldatud protseduur on pikaajaline ja kulukas, tasub see end ära, sest süstitud maagaasi hoidmine toimub kadudeta. Põhjus on selles, et soolakoopad on õhukindlad. Lisaks on neil enese parandamise efekt – tektoonilised ja muud praod kasvavad üsna kiiresti kinni soolaladestustega.

Selliste maa-aluste gaasihoidlate ehitamise eelis on see, et vajaliku kütusekoguse väljavõtt toimub praktiliselt ilma kiiruspiiranguteta. See on kordi suurem kui samade toimingute tegemisel teist tüüpi mahutites. Samuti on soolakoobastesse rajatud allmaagaasihoidlate oluline eelis kõrge gaasi väljavõtu protsent – üks kõrgeimaid kõigi liikide seas.

Gaasi hoidmise kivim peab olema selline, nagu fotol näidatud. See tähendab läbilaskev ja piisavalt ruumi suure kütusekoguse paigutamiseks. Lisaks peab kihi struktuur võimaldama kergesti välja suruda vett ja naftajääke.

Kuid õõnsuste arv soolakihtides ei ületa 2% hoidlate koguarvust.

Sellist näitajat mõjutavad mitmed negatiivsed tegurid:

• Suure hulga soolvee olemasolu pärast gaasi säilitamiseks mõeldud koobaste väljapesemist. Selle tulemusena, kui lähedal pole merd ega vähemalt soola töötlevaid tehaseid, pole vedelikku kuhugi panna. See on peamine põhjus, miks selliseid allmaagaasihoidlaid on vähe.
• Kasuliku mahu vähenemine käitamise ajal. Sellist nähtust põhjustab soola aurustumine kõrgema rõhuga kohtades ja kuhjumine madalama rõhuga kohtades.
• Gaasis lisandite ilmumine, milleks on sageli vedelikujäänused, mida on varem kasutatud koopa väljauhtimiseks.
• Vähesed mahud, mis ei võimalda luua piisavalt suuri varusid.

Selle tulemusel kasutatakse soolahoidlaid tavaliselt ainult seal, kus pole võimalik rakendada eespool loetletud mahutitüüpe.

Variant #4 — MGH mäeõõnsustes

Nende mahud on väikesed. Sellest hoolimata säilitavad rootslased ja norralased osa oma strateegilistest gaasivarudest just sellist tüüpi mahutites.

Maa-alune gaasihoidla kaevandustes on ainus täielikult inimese rajatud gaasihoidla. Näiteks ühes kaevanduses luuakse lõhketöödega mahuti, mis seejärel vooderdatakse teraslehtedega.

Sellised näevad välja gaasi hoidmiseks kasutatavad soolakoopad. Need on tihedad ja usaldusväärsed, kuid nende suurus on piiratud, mistõttu sobivad need väikese mahuga maa-aluste gaasihoidlate loomiseks. Ning seda ainult kohalike ülesannete lahendamiseks. Näiteks Venemaal on 27 praegu kasutusel olevast hoidlast vaid 2 soolakoobast.

Kuigi maa-aluste gaasihoidlate käitamine mahajäetud kaevandustes on kasumlik tänu kõrgele tootmisvõimsusele ja -kiirusele, ei suurene nende arv lähitulevikus oluliselt. Põhjus on selles, et kirjeldatud hoidlaid on keeruline ehitada. Kuna alati ei õnnestu saavutada täielikku tihedust, mis toob kaasa märkimisväärseid kahjusid.

See juhtub seetõttu, et kaevanduse käitamisel püütakse sinna juhtida maksimaalne kogus õhku. Selleks luuakse ventilatsioonisüsteem, millel on hulgaliselt väljalaskeid pinnale, mida hoidla rajamisel ei õnnestu alati tihendada.

Selle tulemusel on tänaseks vaid mõned edukad näited gaasi hoidmise idee elluviimisest mahajäetud kaevandustes (Rootsis, Norras, Saksamaal).

Kas hoidlad on hermeetilised?

Kütuseleked on sagedased nähtused, mida on võimatu vältida. Kuna põhjuseid on liiga palju.

Mugavuse huvides jaotatakse need 3 kategooriasse:

• geoloogilised;
• tehnoloogilised;
• tehnilised.

Geoloogiliste põhjuste hulka arvatakse maa-aluste gaasihoidlate kattematerjalide heterogeensus, tektooniliste lõhede esinemine ning hüdrodünaamika ja geokeemia eripärad. Näiteks gaas võib lihtsalt liikuda mööda kihti, ja spetsialistid ei saa sellele kuidagi mõjuda.

Tehnoloogilised põhjused on kõige sagedasemad, kuna regulaarselt tehakse vigu mingite faktide hindamisel. Näiteks hüdrolõksude efektiivsuse, gaasivarude, toimuvate füüsikalis-keemiliste protsesside puhul.

Tihtipeale kasutatakse vajalike kihtideni jõudmiseks puuraukude puurimist. Pealegi ei erine selle tehnoloogia kuidagi samalaadsetest protseduuridest gaasi- ja naftamaardlateni jõudmisel.

Tehnilised põhjused on enamasti seotud kasutatavate puuraukude seisundiga, mille abil toimub gaasi süstimine.

MGH loomise eripärad

95% juhtudest luuakse gaasihoidlad gaasi abil vee väljasurumisega, naftajääkide eemaldamisega poorsetest kihtidest. Nii luuakse „mahutid“ „sinise kütuse“ hoidmiseks.

Kõige olulisem omadus on see, et vedelike väljasurumiseks kasutatud gaasimahtu ei saa hiljem tarbijatele tarnida. Selle ülesanne on takistada vee ja süsivesinike jääkide tagasipöördumist vanasse kohta. Vastasel korral lakkab hoidla lihtsalt olemast.

See tähendab, et nimetatud gaas on puhvergaas. Seda on tavaliselt vähemalt pool kogu gaasihoidlasse pumbatud mahust. Mõnel juhul on puhvergaasi 3 korda rohkem kui gaasi, mida saab tarbijatele tarnimiseks kasutada ja mida nimetatakse aktiivseks gaasiks.

Huvitav on see, et puhvergaasi kogust ei saa ette arvutada. See tähendab, et kõike kontrollitakse ainult eksperimentaalselt. Sellele kulub paljudel juhtudel aastaid. Kuid siiski, kui saadud tulemus on mitterahuldav, saab puhvergaasi täies mahus välja pumbata.

Hoidla täitmise kord

Pärast seda, kui geoloogid on uurinud mingit kihti ja otsustanud, et soovitud kohas saab luua gaasihoidla, ehitavad gaasitootjad insenerikompleksi.

Kaasaegsed gaasihoidlad on kõige ohutum viis gaasivarude hoidmiseks. Kuid nende sagedased lekkeprobleemid on suureks mureks gaasitöötajatele ja ökoloogidele, kes peavad selliseid juhtumeid oluliseks keskkonnaprobleemiks. Ja juhtub ka nii, nagu fotol on kujutatud (kauguses on näha tulekahju ühes Ungari gaasihoidlas).

Seejärel algab tulevase gaasihoidla täitmine „sinise kütusega“, mis tuuakse lähimast peatorustikust. See jõuab puhastusplatsile, kus eemaldatakse igasugused mehaanilised lisandid.

Puhas kütus suunatakse arvestus- ja mõõtmispunkti. Seejärel kompressoritöökotta, kus toimub komprimeerimine – nii nimetatakse gaasi ettevalmistamist hoidlasse pumpamiseks. See tähendab gaasi rõhu tõstmist vajaliku väärtuseni.

Seejärel transporditakse gaas jaotuspunktidesse. Kus üldine voog jagatakse mitmeks ja suunatakse erinevatesse tehnoloogilistesse liinidesse. Sealt suunatakse see harutorustike kaudu pumpamiseks puuraukudesse.

Kogu protsessi vältel kontrollivad spetsialistid mitmeid parameetreid, sealhulgas gaasi rõhku ja temperatuuri, iga puuraugu tootlikkust.

Järeldused ja kasulik video teemal

Allpool lisatud videomaterjal käsitleb gaasihoidla loomist, et siluda ebaühtlast kütusetarbimist, mida hakkab tarnima gaasijuhe „Siberi Jõud“.

Maa-alused gaasihoidlad on kõige usaldusväärsem ja soodsaim viis gaasitarbimise ebaühtluse tasandamiseks ja stabiilse tarne tagamiseks vääramatu jõu korral. Kõige huvitavam on aga see, et selle eest ei pea tänama mitte inimgeeniust, vaid loodust, kes on ettenägelikult loonud selleks sobivad kivimikihid.

Kas osalesite isiklikult maa-aluste gaasihoidlate loomisel ja soovite ülaltoodud materjali kasuliku teabega täiendada? Või märkasite faktides vastuolusid? Jätke oma märkused ja kommentaarid – tagasisideplokk asub allpool artiklit.