CC BY
215
УДК 622.279; 622.691.24
В.Л. Бондарев, А.В. Чугунов, М.А. Саркисова, Е.В. Бондарев
Перспективы хранения природного газа, обогащенного гелием, в Восточной Сибири и на Дальнем Востоке
Газ крупнейших нефтегазоконденсатных месторождений (НГКМ) Восточной Сибири (Ковыктинское, Юрубчено-Тохомское, Собино-Пайгинское и др.), Республики Саха (Якутия) (Чаяндинское) и десятков менее крупных месторождений отличается высоким содержанием этана, пропана, бутана, других углеводородов, а также гелия.
В соответствии с энергетической стратегией России начинать полномасштабную разработку этих месторождений допустимо только при условии полного извлечения гелия и других ценных компонентов [1].
В Восточной Сибири будет сформировано три региональных центра газодобычи в соответствии с размещением крупнейших нефтегазоконденсатных месторождений:
• Якутский на базе Чаяндинского месторождения с перспективой освоения соседних месторождений - Среднеботуобинского, Тас-Юряхского, Верхневилючанского и др.;
• Иркутский на базе Ковыктинского месторождения с освоением Чиканского месторождения и месторождений севера Иркутской области;
• Красноярский на базе Собинско-Пайгинского и Юрубчено-Тохомского месторождений с перспективой освоения Оморинского, Куюмбинского, Агалеевского и других месторождений (рис. 1).
В природном газе Чаяндинского и Ковыктинского НГКМ содержатся около 70 % запасов гелия России, которые составляют многие млрд м3 [2].
Высокое содержание гелия в природном газе месторождений Восточной Сибири (от 0,24 до 0,6 %) обусловливает необходимость его извлечения, а низкие объемы его потребления как отечественной, так и мировой промышленностью - необходимость его длительного хранения (десятки лет).
Рис. 1. Группы газогелиеносных месторождений Восточной Сибири
№ 3 (23) / 2015
Ключевые слова:
гелий,
гелиевый
концентрат,
подземное
хранилище,
хранение гелиевого
концентрата,
Восточная Сибирь,
Дальний Восток,
месторождение,
герметичность,
соляная каверна,
скважина.
Keywords:
helium,
helium concentrate, underground gas storage,
helium concentrate storage,
Eastern Siberia,
Far East, natural gas field, gaztightness, salt cavern, well.
VGN-3-23-2015-v24.indd 63
21.08.2015 9:59:35
64
Научно-технический сборник • ВЕСТИ ГАЗОВОЙ НАУКИ
Длительное хранение гелия в больших объемах возможно при создании подземных хранилищ гелиевого концентрата (ГК) или природного газа, обогащенного гелием (ПГОГ), в различных геологических структурах:
• соляных кавернах;
• изолированных залежах истощенных газовых месторождений;
• блоках (участках, пластах) крупного разрабатываемого месторождения путем возврата ПГОГ в разрабатываемый блок.
Для обеспечения комплексной переработки углеводородного сырья планируется строительство новых газоперерабатывающих (ГПК) и газохимических (ГХК) комплексов в Восточной Сибири и на Дальнем Востоке. При этом их местоположение определяющим образом влияет на выбор объекта для хранения ГК или ПГОГ.
В настоящее время в России действует Оренбургское гелиехранилище небольшого объема в соляных кавернах, обеспечивающее оперативное хранение ГК, добываемого из Оренбургского месторождения [3].
По сравнению с организацией хранения ГК в соляных кавернах создание хранилища ПГОГ в гелийсодержащем месторождении можно осуществить в более сжатые сроки с существенно меньшими капитальными затратами. Наличие гелия в месторождениях и сам факт их существования свидетельствуют о возможности длительного хранения ГК. Для хранилища гелиевого концентрата подойдут объекты даже с невысокой суточной производительностью скважин. Период закачки определяется сроками разработки содержащих гелий месторождений, т.е. не менее 30 лет. Вопрос отбора ПГОГ, разбавленного остаточным природным газом, будет решаться позже. Однако период отбора, вероятно, будет не менее продолжительным, чем его закачка. Таким образом, потенциальная высокая производительность скважин как на закачку, так и на отбор, при хранении ПГОГ не является определяющим фактором при выборе объекта.
Для временного хранения ПГОГ можно использовать его обратную закачку в крупное разрабатываемое месторождение. Этот способ позволяет приступить к разработке месторождения, сразу используя отдельные его пласты, участки или блоки для хранения ПГОГ. Недостатком создания такого типа хранилища являются возможные потери, связанные с негерметичностью фонда скважин на месторож-
дении, необходимостью многократно закачивать и извлекать при отборе ПГОГ.
Для хранения ПГОГ хорошо подходят средние по запасам залежи месторождений, которых всегда больше, чем крупных. Поэтому имеется возможность выбрать объект, расположенный ближе к ГХК, освободив место для ПГОГ, путем первоочередной разработки этой залежи.
При выборе объектов для хранения ПГОГ необходимо соблюдать требования, предъявляемые при строительстве подземных хранилищ газа в пористых средах, но существуют и специфические требования. Геологическая и техническая группа требований, предъявляемых к объектам хранения гелия, определяется в первую очередь тем, что гелий обладает высокой проникающей способностью. Благоприятным фактором при создании хранилищ ПГОГ является наличие вышезалегаю-щего резервуара, содержащего природный газ. При создании хранилища в нижнем объекте, даже при утечках гелия из объекта хранения, он попадет в вышележащую газовую залежь и может быть впоследствии извлечен. Высокие требования предъявляются к герметичности скважин на хранилище. При использовании средних по запасам газа залежей месторождений имеется возможность повысить герметичность объекта хранения путем использования специальных герметичных скважин. При закачке ПГОГ в продуктивные пласты, содержащие остаточный газ, концентрация гелия снижается. Однако если при использовании крупной залежи месторождения концентрация гелия в газе увеличится оценочно до 5-10 %, то при использовании средних по запасам газа месторождений возможно доведение концентрации гелия в таком хранилище до 20 %.
При отборе ПГОГ из хранилища, созданного на базе средней по запасам газовой залежи месторождения, коэффициент извлечения может быть достаточно высок. Для дополнительного извлечения оставшегося ПГОГ возможно использование вторичных методов извлечения остатков ПГОГ, таких как закачка азота. Однако для организации подобных подземных хранилищ ПГОГ необходимо проведение специальных исследовательских работ. Это связано с тем, что при хранении природного газа следует учитывать лишь фильтрационные процессы, проходящие в пласте, а при организации хранения ПГОГ - и диффузионные процессы, которые при хранении природного газа неве-
№ 3 (23) / 2015
VGN-3-23-2015-v24.indd 64
21.08.2015 9:59:35
Проблемы разработки и эксплуатации газовых, газоконденсатных и нефтегазоконденсатных месторождений
65
лики, и их обычно не учитывают. Объекты для хранения ГК или ПГОГ желательно располагать в районе предположительного строительства газоперерабатывающего завода.
При организации оперативных хранилищ ГК наиболее целесообразно использование соляных каверн. Территория Восточной Сибири находится в зоне распространения ВосточноСибирского соленосного бассейна, в пределах которого выделяется соленосная формация кембрийско-вендского возраста, представленная чередованием пачек каменной соли и пластов, сложенных несолевыми, в основном карбонатными породами. Исследования, проведенные ООО «Подземгазпром», позволили выделить участки, пригодные для хранения ГК в соляных отложениях (таблица):
• Ангарский;
• Богучанский;
• Чаяндинский.
Хранение ПГОГ, извлеченного из природного газа Ковыктинского, Чиканского и других месторождений Иркутской области, возможно путем его возврата в их продуктивные коллекторы. Для длительного хранения ПГОГ пригодно малое по запасам Атовское или подобные ему месторождения.
Хранение ПГОГ, извлеченного из природного газа Собинско-Пайгинского, Юрубчено-Тохомского и соседних месторождений Красноярского края, осуществимо с помощью его возврата в продуктивные коллекторы Собиновского месторождения. Для длительного хранения ПГОГ возможно создание хранилища на разведываемых Абаканском, Имбинском, Берямбинском и Агалеевском месторождениях.
В Чаяндинском центре газодобычи рассмотрены возможности создания временных хранилищ путем возврата ПГОГ в хамакинский горизонт на юге Чаяндинского месторождения и долговременных хранилищ ПГОГ на базе отдельных газовых залежей средних по запасам
газа залежей Отраднинского и Тас-Юряхского месторождений.
Мировой и отечественный опыт создания подземных хранилищ природного газа и гелиевого концентрата свидетельствует о необходимости поэтапного ведения работ.
В рамках разработки стратегии создания мощностей подземного хранения гелиевого концентрата в Восточной Сибири в первую очередь необходимо выполнить комплекс научно-исследовательских работ по разработке технологии подземного хранения ГК в истощенных месторождениях с учетом горногеологических условий конкретных месторождений. Рассмотрение только одной из возможностей хранения ГК может привести к необоснованному удорожанию проекта и существенным безвозвратным потерям гелия. Разработка проектной документации для создания мощностей подземного хранения гелия должна стать лишь следующим этапом работ.
Критериями выбора конкретных объектов для хранения гелия являются обеспечение надежности его длительного хранения и сжатые сроки создания объектов при минимизации капитальных затрат в организацию хранилищ.
Алгоритм выбора подходящего объекта для создания хранилища газа, содержащего гелий (ГК, ПГОГ), состоит в следующем:
• оценивается требуемый общий объем газа, содержащего гелий, подлежащий закачке в хранилище, исходя из объемов добываемого газа, концентрации гелия в газе для закачки, ожидаемых объемов реализации гелия и его потерь при выделении из природного газа;
• рассчитывается требуемая максимальная суточная производительность газа, содержащего гелий, на закачку;
• оценивается время, необходимое для подготовки возможных объектов к принятию газа, содержащего гелий, включая разведку или доразведку потенциальных объектов, проектирование и строительство подземных хранилищ;
Месторождения и ареалы распространения каменной соли в Восточной Сибири и на Дальнем Востоке, перспективные для создания хранилищ ПГОГ и ГК
Регион Месторождения, разведываемые и подготовленные к разработке Ареал распространения каменной соли (участок)
Иркутская область Чиканское, Ковыктинское, Атовское ГКМ Ангарский
Республика Саха (Якутия) Тас-Юряхское и Чаяндинское НГКМ, Отраднинское ГМ Чаяндинский
Красноярский край Имбинское и Абаканское ГКМ, Собинское НГКМ Богучанский
№ 3 (23) / 2015
VGN-3-23-2015-v24.indd 65
21.08.2015 9:59:35
66
Научно-технический сборник • ВЕСТИ ГАЗОВОЙ НАУКИ
• делается укрупненная оценка капитальных вложений в создание хранилищ различных типов (на базе газовых залежей месторождений и соляных каверн) на требуемый объем хранимого газа, содержащего гелий;
• в случае необходимости проведения дополнительных геолого-разведочных работ на потенциальных объектах для долговременного хранения газа, содержащего гелий, т.е. для уточнения свойств пласта-коллектора, продуктивных характеристик скважин, герметичности покрышки и др., принимается решение о создании временного хранилища путем возврата обогащенного гелием газа в газовую залежь разрабатываемого месторождения.
Оценочные расчеты по стоимости извлечения гелия мембранным способом показали, что затраты на его извлечение из природного газа большинства месторождений превышают стоимость гелия на мировых рынках даже без учета его длительного хранения. Длительное хранение природного газа, обогащенного гелием, обусловлено не целью получения прибыли от его реализации, а необходимостью выполнения лицензионного соглашения по разработке месторождения при минимизации капитальных затрат на строительство хранилища. Структура капитальных вложений отражена на рис. 2.
Капитальные вложения включают затраты на следующие виды работ:
• бурение скважин (в т.ч. расконсервация, восстановление);
| бурение эксплуатационных скважин | строительство газопровода-коллектора | бурение контрольных скважин | обвязка устьев скважин с узлом учета и замера | строительство шлейфов
Рис. 2. Структура капитальных вложений в создание гелиехранилищ в газовой залежи (по видам работ)
• строительство объектов обустройства, в том числе:
- обвязка устьев скважин с узлами учета и замера;
- шлейфы;
- газопровод-коллектор.
Преимущество создания хранилищ природного газа, обогащенного гелием, на базе газовых залежей месторождений состоит в низких удельных затратах на величину хранимого газа (рис. 3).
Объем газа Объем газа
а б
Рис. 3. Соотношение капитальных затрат в создание гелиехранилищ (а - в соляной каверне; б - в газовой залежи) и объема газа, содержащего гелий
№ 3 (23) / 2015
VGN-3-23-2015-v24.indd 66
21.08.2015 9:59:35
Проблемы разработки и эксплуатации газовых, газоконденсатных и нефтегазоконденсатных месторождений
67
Приведенный на рис. 3 а график наглядно показывает, что хранение гелия в соляных кавернах требует значительного увеличения инвестиций. Однако использование соляных каверн в качестве гелиехранилищ позволяет хранить ГК с исходной концентрацией и отбирать его в полном объеме за 15-20 сут, что невозможно (и не требуется) для хранилищ, созданных на базе газовых залежей месторождений (рис. 3б).
Капитальные вложения в создание хранилищ в соляных кавернах напрямую зависят от объема хранимого газа. Поэтому когда речь идет о создании хранилища в несколько млрд м3 газа, экономическая целесообразность проектирования хранилищ на базе газовых залежей месторождений очевидна. Величина ка-
Список литературы
1. Энергетическая стратегия России на период до 2030 года (ЭС-2030) (утв. распоряжением Правительства РФ от 13.11.2009 г. № 1715-р).
2. Геология не фти и газа Сибирской платформы / под ред. А.Э. Конторовича, В.С. Суркова,
А. А. Трофимук. - М.: Недра, 1981.
питальных вложений в хранилище, создаваемое на базе газовых залежей месторождений, практически не зависит от объема хранения газа, а зависит в основном от требуемой суточной производительности на его закачку и, следовательно, от числа скважин, обеспечивающих эту закачку.
По оценочным расчетам, инвестиции в создание подземного хранилища газа, обогащенного гелием, в газовых залежах месторождений Восточной Сибири и Дальнего Востока объемом 7-10 млрд м3 газа могут составить порядка 10 млрд руб.
В зависимости от функций, выполняемых хранилищем, определяется его экономическая эффективность, а следовательно, методика расчета этой эффективности.
3. Хан С.А. Опыт подземного хранения газообразного гелиевого концентрата на Оренбургском гелиевом заводе / С. А. Хан, А.И. Игошин, М.К. Теплов и др. // Газовая промышленность. - Спецвыпуск «Подземное хранение газа». - 2012. - № 684. - С. 28-31.
№ 3 (23) / 2015
VGN-3-23-2015-v24.indd 67
21.08.2015 9:59:35
