Kho lưu trữ khí đốt ngầm dưới lòng đất là gì?

Sơ đồ kho lưu trữ khí ngầm dưới lòng đất: trong lớp sa thạch (bên trái) và trong mỏ muối (bên phải)

Đáp ứng nhu cầu luôn biến động

UGS (cơ sở lưu trữ khí dưới lòng đất) đóng góp đáng kể vào độ tin cậy của hoạt động cung cấp khí đốt cho người tiêu dùng, cho phép cân bằng các biến động trong nhu cầu về gas hằng ngày và đáp ứng nhu cầu đỉnh điểm vào mùa đông ở các quốc gia xứ lạnh. UGS đặc biệt quan trọng ở những nơi mà thời tiết khí hậu có sự chênh lệch lớn về nhiệt độ trong năm và trong điều kiện người tiêu dùng đầu cuối sống cách xa các nguồn khí đốt. Ở Nga có Hệ thống cung cấp khí đốt hợp nhất (UGSS), duy nhất trên thế giới, và phần không thể thiếu của nó là hệ thống UGS, có thể đảm bảo cung cấp cho người tiêu dùng khí tự nhiên bất kể mùa, biến động nhiệt độ, đặc biệt là trong các tình huống khẩn cấp.

Tính toán khôn ngoan

Tuy nhiên, khí chiếm một khoảng không gian lớn hơn nhiều so với chất rắn hoặc chất lỏng, vì vậy, sẽ rất khó khăn để tạo kho chứa. Nhưng thiên nhiên dường như đã dự đoán được khó khăn này nên đã “xây dựng” sẵn cho chúng ta những kho chứa khí hoàn hảo. Các lớp đá sa thạch xốp trong lớp vỏ trái đất, được phong kín từ phía trên bằng một mái vòm đất sét, chính là UGS tự nhiên. Có thể có nước trong các lớp sa thạch, nhưng hydrocacbon vẫn có thể tích tụ. Trong quá trình tạo ra UGS trong tầng sa thạch chứa nước, khí tích tụ bên dưới lớp đất sét sẽ tạo ra áp lực đẩy nước xuống phía dưới, tạo thành một cấu trúc khép kín với nước bên dưới và đất sét bên trên, không cho phép khí bị thất thoát.

Khí hoạt tính

Trong quá trình tạo kho lưu trữ, một phần khí bị “bắt giữ” trong “hồ chứa” để tạo ra áp suất cần thiết. Phần khí này được gọi là khí đệm. Khối lượng của nó chiếm một nửa toàn bộ lượng khí bơm vào kho. Khí đệm sau đó vẫn sẽ có thể được trích xuất từ ​​UGS một cách bình thường, được gọi là khí hoạt tính hay khí cơ động.

Cơ sở lưu trữ khí lớn nhất trên thế giới là UGS North-Stavropol của Nga, với 43 tỷ m3 khí hoạt tính – một khối lượng ngang bằng với mức tiêu thụ hằng năm của Pháp hay Hà Lan. UGS North-Stavropol được xây dựng trong một mỏ khí đốt đã cạn kiệt.

Kho chứa trong các mỏ đã cạn kiệt hoặc tầng sa thạch chứa nước tuy có dung tích lớn, nhưng tính linh hoạt tương đối thấp. Việc bơm khí vào và hút khí ra được thực hiện nhanh hơn nhiều ở những kho lưu trữ được tạo ra trong các hang động của muối mỏ, mặc dù thua kém về dung tích so với UGS được xây dựng trong các mỏ khí đã khai thác cạn kiệt hay trong tầng sa thạch.

Những hang động tự trám khe hở

Các hang động muối rất lý tưởng để sử dụng như những bồn chứa kín. Không khó để cải tạo một hang động muối dưới lòng đất để chứa khí, mặc dù đây là một quá trình khá dài. Giếng được khoan đến lớp muối mỏ thích hợp. Sau đó, nước được bơm xuống, rửa sạch muối trong tầng đất đá, tạo ra khoang trống có một dung tích nhất định. Mái vòm muối không chỉ không cho phép khí thẩm thấu mà muối sau khi thấm nước còn có khả năng tự "hàn gắn" những vết nứt, hở có thể có.

Hiện tại, Nga đang xây dựng hai cơ sở lưu trữ khí trong các mỏ muối ở các khu vực Kaliningrad và Volgograd.

UGS hoạt động như thế nào?

Để trữ khí, người ta bơm vào bể chứa khí nhân tạo một lượng khí được quy định bởi dự án công nghệ. Khí từ đường ống dẫn được đưa vào cơ sở làm sạch khí để loại bỏ các tạp chất cơ học, sau đó được kiểm định và đo lường trước khi được bơm vào kho trữ. Sau đó nữa, khí được dẫn đến các đơn vị máy nén, nơi khí được nén và bơm xuống kho.

Quy trình lưu trữ phải được thực hiện rất chặt chẽ, bao gồm việc kiểm soát có hệ thống về công nghệ, địa chất và môi trường đối với kho chứa khí và các tài sản, thiết bị liên quan.

Việc trích xuất khí từ kho lưu trữ dưới lòng đất gần giống với khai thác khí ở mỏ, chỉ với một sự khác biệt đáng kể: toàn bộ khí hoạt tính được hút lên trong khoảng thời gian 60-180 ngày. Sau khi được hút lên qua những lớp đất xốp, khí được đưa vào các điểm thu khí, rồi từ đó được đưa vào bộ phận tách nước và các tạp chất cơ học, sau đó được đưa đến khu vực làm sạch và sấy. Khí sạch và khô sẽ được đưa vào các đường ống dẫn khí để đến các điểm phân phối cho người tiêu dùng.

Được biết, Nga cũng sử dụng công nghệ UGS để lưu trữ lượng khí Heli khổng lồ được sản xuất trong nước.

Bá Thủy

RT