Come sono organizzati gli stoccaggi sotterranei di gas: metodi idonei per lo stoccaggio del gas naturale

Sembrerebbe che la conoscenza di come sono strutturati gli stoccaggi sotterranei di gas non abbia un valore pratico per l'utente comune. Ma l'umanità è troppo dipendente dal combustibile 'blu' e si desidera tanto essere certi che non ci saranno mai interruzioni nella sua fornitura. Non è vero?

E ogni concittadino può essere rassicurato dalle informazioni sugli stoccaggi di gas situati sotto terra (UGS) — finché sono pieni, non ci saranno problemi con la fornitura di gas. Maggiori dettagli sulla struttura degli stoccaggi e sulle caratteristiche di stoccaggio sono disponibili nel nostro articolo.

Struttura degli stoccaggi sotterranei di gas

Se per lo stoccaggio di gas per uso domestico i proprietari di case private utilizzano serbatoi di gas, su scala statale si parla di opzioni di stoccaggio completamente diverse. Ufficialmente, gli stoccaggi sotterranei di gas sono complessi di strutture di ingegneria che servono per l'iniezione, lo stoccaggio e il prelievo del «combustibile blu». Sono composti da componenti di superficie e sotterranei.

Ai componenti superficiali appartengono:

• punto di distribuzione del gas, che serve a suddividere il flusso di gas in più linee tecnologiche;
• officina compressori, dove il combustibile viene preparato (aumento della pressione) per l'iniezione nei pozzi;
• impianti di purificazione del gas.

Componenti sotterranei degli UGS sono: pozzi, gallerie, contenitori. E l'ultimo punto (contenitori) è il più interessante — da dove viene stoccato il combustibile 'blu' dipende la struttura stessa dello stoccaggio di gas.

I moderni stoccaggi sotterranei di gas assomigliano esteriormente a grandi impianti industriali. Poiché per garantire l'iniezione/estrazione del combustibile è necessario utilizzare potenti compressori, apparecchiature di purificazione e altre attrezzature, gestite da centinaia, se non migliaia, di specialisti.

Panoramica dei contenitori per lo stoccaggio del gas

A parità di peso, il gas occupa aree molto più grandi rispetto a qualsiasi solido. E poiché viene utilizzato in enormi quantità, per il suo stoccaggio sono necessari contenitori altrettanto grandi.

Inoltre, gli esperti hanno rinunciato allo stoccaggio del gas in serbatoi superficiali realizzati dall'uomo già un secolo fa.

Il motivo è che ciò avrebbe richiesto:

• occupare enormi aree del pianeta con complessi per lo stoccaggio di combustibile «blu» a bassa pressione;
• utilizzare costosi ed esplosivi gasometri ad alta pressione.

Di conseguenza, per neutralizzare gli aspetti negativi sopra elencati, la scelta è caduta sugli stoccaggi sotterranei, e tali sono considerati i serbatoi che si trovano a profondità significativa. Che, nella maggior parte dei casi, varia da 300 a 1000 metri. E lì è possibile immagazzinare carburante in serbatoi creati dalla natura.

In totale, gli ingegneri hanno imparato a utilizzare con successo 7 tipi di serbatoi naturali per lo stoccaggio del gas:

• formati in strati porosi saturi d'acqua;
• rimasti dopo lo sfruttamento di idrocarburi, ovvero dello stesso gas, petrolio;
• formati in depositi di salgemma;
• creati nelle gallerie minerarie;
• creati in rocce permafrost resistenti;
• con involucro di ghiaccio e roccia a bassa temperatura;
• formati dopo esplosioni atomiche sotterranee.

Sebbene esistano molte varianti, solo i primi 4 metodi di stoccaggio del gas si distinguono per praticità. Le restanti opzioni di serbatoi sono adatte solo teoricamente.

Lo stoccaggio sotterraneo di gas di Severo-Stavropol è il più grande al mondo e la riserva di gas ivi stoccata è in grado di soddisfare il fabbisogno annuale di carburante di un paese grande come la Francia. Poiché l'area del deposito è di ben 680 km²

La ragione della non praticità delle restanti tre opzioni è la seguente:

• Nei terreni ghiacciati è possibile stoccare gas, come dimostrano diversi depositi operativi nelle regioni settentrionali del pianeta. Ma i loro volumi sono estremamente ridotti, quindi oggi non hanno alcun significato industriale.
• I serbatoi formati da esplosioni nucleari sotterranee sono abbastanza adatti per lo stoccaggio di notevoli riserve di gas, come già dimostrato sperimentalmente. Ma il fatto è che le armi potenti venivano testate lontano dalle aree abitate. Pertanto, di solito non ci sono consumatori o infrastrutture ingegneristiche.

Di conseguenza, i suddetti tipi di serbatoi sono semplicemente inadatti all'uso.

Sebbene gli stoccaggi sotterranei di gas siano chiamati depositi, in realtà la conservazione del gas non è il loro compito principale. Poiché il gas in essi contenuto viene per lo più utilizzato per appianare le irregolarità del consumo. Che può essere giornaliero, settimanale, stagionale. Solo come ultima risorsa, gli stoccaggi sotterranei di gas vengono creati per neutralizzare gli effetti di circostanze di forza maggiore.

Successivamente esamineremo più in dettaglio ciascuna delle opzioni di stoccaggio del gas nel sottosuolo.

Opzione #1 — stoccaggi in falde acquifere saturate d'acqua

I depositi in strati saturi d'acqua sono progettati per neutralizzare gli effetti della irregolarità stagionale nell'uso del gas. E anche per creare riserve strategiche.

Una caratteristica importante della realizzazione di tali depositi è il minimo intervento umano — per lo più nella fase di creazione dei pozzi necessari per l'iniezione del gas.

Sulla mappa della Russia si vede che i PCHG sono situati vicino ai gasdotti principali e ai grandi centri abitati. E questo non è casuale, perché gli stoccaggi hanno lo scopo di garantire la stabilità del consumo di gas, motivo per cui devono essere nelle immediate vicinanze di grandi impianti.

I suddetti serbatoi vengono cercati in falde artesiane. Gli stoccaggi di gas vengono creati dove la struttura della roccia è permeabile e porosa. I residui liquidi vengono rimossi con il gas, che li comprime e poi li spreme.

I cosiddetti serbatoi per lo stoccaggio di carburante non lo sono realmente. Più precisamente, non esistono affatto: come luogo di stoccaggio si utilizzano vuoti negli strati porosi. E l'intera procedura di creazione di un deposito di gas consiste nello spostare parte dell'acqua verso la periferia. Lo si fa per creare spazio per il combustibile 'blu'.

Eseguire la procedura sopra descritta è possibile solo se una serie di fattori lo favoriscono:

• Uno strato poroso permeabile è coperto da una cupola (coperchio) di rocce impermeabili al gas, che di solito sono argille pressate.
• La falda acquifera si estende dai confini del deposito per decine di chilometri. È ancora meglio se ha un affioramento in superficie. Tutto ciò consente al gas di spremere con successo l'acqua presente nello strato.
• L'estensione della cupola è sufficiente per garantire la possibilità di stoccare volumi significativi di gas.
• La porosità e la permeabilità della roccia garantiscono una capacità di gas accettabile e la capacità di rilasciarlo durante lo sfruttamento.

Se almeno una delle condizioni non viene rispettata, non sarà possibile creare un deposito sotterraneo.

Il principio di funzionamento dei moderni depositi sotterranei è semplice. Si possono esaminare le caratteristiche con l'esempio dei grandi PCHG utilizzati per attenuare le irregolarità stagionali.

Così, di solito nella stagione calda vi viene iniettata la quantità necessaria di gas. Che viene poi prelevato solo con l'inizio della stagione di riscaldamento. Inoltre, nel gasdotto principale non viene inviata una quantità enorme di gas, ma una quantità media, nota per esperienza di esercizio negli inverni passati.

E se improvvisamente la temperatura scende bruscamente e il consumo giornaliero diventa di un ordine superiore, il grande PCHG non aumenterà comunque i volumi di prelievo. E la carenza sarà coperta da piccoli depositi destinati ad attenuare il consumo giornaliero e settimanale. La ragione è che da essi è più facile e più veloce effettuare il prelievo.

I serbatoi con una superficie da diversi chilometri quadrati sono considerati ottimali. Con una differenza di altezza tra il fondo e la sommità della cupola entro 10-15 metri.

Il vantaggio dei PCHG in strati saturi d'acqua è la notevole capacità. Lo svantaggio è considerato il fatto che i geologi, studiando le caratteristiche della falda acquifera, potrebbero non identificare e non considerare qualche fattore importante. Di conseguenza, il deposito risulterà inutilizzabile.

E la cosa peggiore è che spesso viene scoperto dopo enormi investimenti di capitale nella costruzione di infrastrutture di superficie e sotterranee. Abbastanza frequentemente si verificano anche inconvenienti minori, per cui l'esercizio degli stoccaggi sotterranei di gas in rocce acquifere è accompagnato da significativi costi imprevisti.

Opzione #2 — serbatoi dopo l'estrazione degli idrocarburi

I complessi ingegneristici che appartengono a questa tipologia servono ad attenuare le fluttuazioni stagionali del consumo di combustibile «blu». E anche per creare riserve strategiche.

Gli stoccaggi sotterranei sono richiesti perché la loro costruzione e gestione sono le più vantaggiose economicamente. Invece gli enormi gasometri di superficie (mostrati nella foto) vengono utilizzati se non è possibile utilizzare i gasdotti principali con stoccaggio sotterraneo. Inoltre, nei serbatoi raffigurati nella foto si conserva solitamente solo gas liquefatto.

La struttura degli stoccaggi di questo tipo è la stessa che nel caso di quelli creati in strati acquiferi. Cioè il combustibile viene immagazzinato nei vuoti di rocce porose.

Gli stoccaggi sotterranei di gas creati in rocce dove un tempo si trovavano idrocarburi sono i più numerosi al mondo. Il loro numero raggiunge il significativo 70%, e la ragione è una serie di vantaggi.

Tra questi: una capacità notevole e un risparmio sugli investimenti in esplorazione, creazione di infrastrutture o almeno di una loro parte, perforazione – nel luogo di creazione di tali stoccaggi erano già state eseguite estrazioni di petrolio e gas.

Bisogna capire che i gasometri interrati non sono stoccaggi sotterranei. Poiché sono progettati per risolvere compiti completamente diversi. E vengono messi sottoterra solo per rendere più efficace l'evaporazione del gas liquefatto durante le forti gelate. E per di più senza alcun costo. Inoltre, la collocazione condizionatamente interrata dei gasometri consente di risparmiare spazio utile, ad esempio in un giardino.

Ma i serbatoi rimasti dopo l'estrazione degli idrocarburi non possono essere definiti ideali.

Presentano non pochi svantaggi:

• problemi di tenuta dei vecchi pozzi – questo riguarda in particolare gli ex giacimenti petroliferi;
• porosità e permeabilità insufficienti delle rocce;
• miscelazione del gas con residui di petrolio – che talvolta comporta perdite significative, poiché la miscela ottenuta non può più essere utilizzata.

Inoltre, non di rado nei giacimenti petroliferi il gas presenta una pericolosa impurità sotto forma di idrogeno solforato. Quest'ultimo è dannoso per la salute umana e distrugge ogni tipo di struttura in acciaio, comprese quelle in acciaio inossidabile.

L'esercizio degli stoccaggi sotterranei di gas basati su giacimenti di idrocarburi esauriti è possibile perché il gas, durante l'iniezione, spinge i residui di petrolio fuori dallo strato desiderato. Inoltre, come l'acqua, presenta effetti di comprimibilità e mobilità, facilitando la realizzazione del serbatoio. A volte, sotto la pressione del gas, il petrolio non viene spinto nella roccia, ma sale verso l'alto, diventando un'ulteriore fonte di profitto.

Opzione #3 — serbatoi in depositi di salgemma

Tali serbatoi di gas servono ad attenuare le irregolarità giornaliere e settimanali del suo utilizzo, e partecipano anche al livellamento di quelle stagionali. Inoltre, gli stoccaggi in strati salini svolgono con successo il ruolo di fonte di riserva per consumatori importanti.

Esistono solo 2 metodi richiesti per lo stoccaggio sotterraneo del gas. Vale a dire in strati porosi permeabili e in cavità lavate in depositi di sale. La prima opzione viene utilizzata quando è necessario creare un grande stoccaggio, la seconda – solo per risolvere problemi locali.

I suddetti stoccaggi sotterranei di gas vengono creati mediante il metodo di lavaggio di una parte dei depositi di sale per creare una cavità delle dimensioni necessarie. A tale scopo, inizialmente vengono perforati diversi pozzi attraverso i quali viene immessa acqua per un periodo prolungato.

Sebbene la procedura descritta sia lunga e costosa, si ripaga da sé, poiché lo stoccaggio del gas naturale iniettato avviene senza perdite. Il motivo è che le grotte di sale sono ermetiche. Inoltre, possiedono l'effetto di autoriparazione — le fratture tettoniche e di altro tipo si richiudono abbastanza rapidamente con depositi di sale.

Il vantaggio di realizzare tali stoccaggi sotterranei di gas è che l'estrazione del volume di combustibile necessario avviene praticamente senza limiti di velocità. Che è molte volte superiore rispetto all'esecuzione delle stesse operazioni in serbatoi di altro tipo. Inoltre, un importante vantaggio degli stoccaggi sotterranei di gas costruiti in grotte di sale è l'alta percentuale di estrazione del gas — una delle più alte tra tutti i tipi.

La roccia per lo stoccaggio del gas deve essere come mostrato nella foto. Cioè permeabile e avere spazio sufficiente per contenere un grande volume di combustibile. Inoltre, la struttura dello strato deve consentire di spingere facilmente via l'acqua e i residui di petrolio.

Ma il numero di cavità negli strati salini non supera il 2% del totale degli stoccaggi.

Su tale indicatore influiscono una serie di aspetti negativi:

• Presenza di un'enorme quantità di acqua salata dopo il lavaggio delle grotte per conservare il gas. Di conseguenza, se nelle vicinanze non c'è il mare o almeno impianti di lavorazione del sale, non c'è dove smaltire il liquido. Questa è la ragione principale del numero ridotto di stoccaggi sotterranei di gas di questo tipo.
• Riduzione del volume utile durante l'esercizio. Tale fenomeno è causato dall'evaporazione del sale nelle zone a pressione più alta e dall'accumulo laddove è più bassa.
• Presenza di impurità nel gas, spesso costituite da residui di liquidi utilizzati in precedenza per il lavaggio della caverna.
• Volumi ridotti, che non consentono di creare riserve in quantità sufficienti.

Di conseguenza, i depositi di sale vengono solitamente utilizzati solo laddove non è possibile impiegare i tipi di contenitori sopra menzionati.

Opzione #4 — UGS in cave minerarie

I loro volumi sono ridotti. Ciononostante, svedesi e norvegesi conservano parte delle loro riserve strategiche di gas in contenitori di questo tipo.

Lo stoccaggio in miniere è l'unico deposito di gas completamente realizzato dall'uomo. Ad esempio, in una miniera si crea una cavità tramite esplosioni, che viene poi rivestita con lamiere d'acciaio.

Ecco come appaiono le cavità saline utilizzate per lo stoccaggio del gas. Sono ermetiche e affidabili, ma hanno dimensioni limitate, quindi sono adatte per creare depositi sotterranei di gas di volume ridotto. E unicamente per risolvere problemi locali. Ad esempio, in Russia, dei 27 depositi attualmente in uso, solo 2 sono cavità saline.

Sebbene sia vantaggioso sfruttare i depositi sotterranei di gas in miniere abbandonate, a causa dell'alta percentuale e velocità di estrazione, nel prossimo futuro il loro numero non aumenterà in modo significativo. Il motivo è che i depositi descritti sono difficili da costruire. Poiché non sempre si riesce a ottenere una tenuta ermetica completa, il che comporta perdite considerevoli.

Ciò accade perché durante lo sfruttamento della miniera si cerca di apportare la massima quantità d'aria. A tale scopo viene creato un sistema di ventilazione con numerose uscite in superficie, che durante l'allestimento del deposito non sempre possono essere sigillate.

Di conseguenza, ad oggi, ci sono solo alcuni esempi riusciti di realizzazione dell'idea di stoccaggio del gas in miniere abbandonate (in Svezia, Norvegia, Germania).

Gli stoccaggi sono ermetici?

Le perdite di carburante sono processi frequenti, impossibili da evitare. Poiché le cause sono troppe.

Per comodità, vengono suddivise in 3 categorie:

• geologiche;
• tecnologiche;
• tecniche.

Al gruppo delle cause geologiche appartengono l'eterogeneità delle coperture dei depositi sotterranei di gas, la presenza di faglie tettoniche, nonché le peculiarità dell'idrodinamica e della geochimica. Ad esempio, il gas può semplicemente migrare nel giacimento e gli esperti non possono influenzare questo fenomeno.

Le cause tecnologiche sono tra le più frequenti, poiché si verificano regolarmente errori nella valutazione di alcuni fatti. Ad esempio, l'efficacia delle trappole idrodinamiche, le riserve di gas, i processi fisico-chimici in atto.

Spesso, per raggiungere gli strati desiderati, si ricorre alla perforazione di pozzi. Inoltre, la sua tecnologia non è diversa da procedure simili quando si tenta di raggiungere giacimenti di gas, petrolio.

Le cause tecniche sono il più delle volte legate allo stato dei pozzi utilizzati, mediante i quali viene effettuata l'iniezione del gas.

Caratteristiche della creazione di UGS

Nel 95% dei casi, gli SSG vengono creati spremendo l'acqua con il gas, i residui di petrolio dagli strati porosi. In questo modo si creano «contenitori» per lo stoccaggio del carburante «blu».

E la caratteristica principale è che il volume di gas utilizzato per spremere i liquidi non può successivamente essere utilizzato per la fornitura ai consumatori. Il suo compito è impedire il ritorno dell'acqua e dei residui di idrocarburi nella loro posizione originale. In caso contrario, lo stoccaggio cesserebbe semplicemente di esistere.

Quindi, il gas in questione è gas di cuscino. Di solito, non è meno della metà del volume totale iniettato nell'SSG. E in alcuni casi, il gas di cuscino è 3 volte maggiore di quello che può essere utilizzato per la fornitura ai consumatori, che viene chiamato attivo.

È interessante notare che la quantità di gas di cuscino non può essere calcolata in anticipo. Cioè, tutto viene verificato esclusivamente con metodi sperimentali. Ciò richiede spesso anni. Tuttavia, quando il risultato ottenuto è insoddisfacente, il gas di cuscino può essere estratto completamente.

Procedura di riempimento dello stoccaggio

Dopo che i geologi hanno completato le indagini su uno strato e hanno deciso che nel luogo appropriato è possibile creare uno stoccaggio di gas, i produttori di gas costruiscono un complesso di ingegneria.

I moderni SSG sono il modo più sicuro per stoccare le riserve di gas. Ma le loro frequenti perdite sono un grosso problema per i gasisti e gli ecologisti, che considerano tali casi un problema ambientale significativo. E a volte accade come mostrato nella foto (in lontananza si vede un incendio in uno degli SSG ungheresi).

Successivamente inizia l'iniezione del «combustibile blu» nel futuro stoccaggio sotterraneo, che viene convogliato dal più vicino gasdotto principale. E arriva al sito di trattamento, dove avviene la rimozione di ogni tipo di impurità meccaniche.

Il carburante pulito viene inviato al punto di misurazione e contabilizzazione. Dopodiché, viene inviato all'officina di compressione, dove viene effettuata la compressione – così si chiama la preparazione del gas per l'iniezione nello stoccaggio. Essa consiste nell'aumentare la pressione del gas al valore desiderato.

Successivamente, viene trasportato ai punti di distribuzione del gas. Dove il flusso totale viene suddiviso in più flussi e immesso in diverse linee di processo. Da qui, attraverso i collegamenti, viene inviato ai pozzi per l'iniezione.

Durante tutto il processo, gli specialisti controllano una serie di parametri, tra cui la pressione e la temperatura del gas, la produttività di ciascun pozzo.

Conclusioni e video utili sull'argomento

Il materiale video allegato di seguito è dedicato al tema della creazione di SSG per smussare il consumo irregolare di carburante, che sarà fornito dal gasdotto «Sila Sibiri».

Gli stoccaggi sotterranei di gas sono il modo più affidabile e conveniente per compensare il consumo irregolare di gas e garantirne una fornitura stabile in caso di forza maggiore. La cosa più interessante è che per questo non bisogna ringraziare il genio umano, ma la natura, che ha previdentemente creato gli strati rocciosi adatti a questo scopo.

Ha partecipato personalmente alla creazione di stoccaggi sotterranei di gas e desidera integrare il materiale sopra esposto con informazioni utili? Oppure ha notato una discrepanza nei fatti? Lasci le sue osservazioni e commenti – il modulo di feedback si trova più in basso sotto l'articolo.