Проблемы деформирования геологической среды в зоне подземных хранилищ газа (ПХГ) в каменной соли и их контроль

ПХГ являются важным и необходимым элементом газотранспортной системы, так как они позволяют сгладить негативные последствия неравномерного газопотребления. Если подача газа по магистральным газопроводам производится с практически постоянной скоростью, то потребление газа, а следовательно и его дефицит, резко возрастает в холодное время года. Нередки также кратковременные периоды дефицита газа в том или ином газопотребляющем районе вследствие резких заморозков, аварий на газопроводе и других причин. Именно для покрытия таких, кратковременных периодов дефицита газа в газотранспортной системе предназначены так называемые пиковые ПХГ, которые создаются обычно в виде группы подземных резервуаров в каменной соли. ПХГ в каменной соли, хотя и уступают примерно на порядок газохранилищам, создаваемым в водоносных горизонтах или истощенных газовых месторождениях, по объему хранимого газа, зато превосходят последние также примерно на порядок по скорости возможного отбора газа. В России в настоящее время ПХГ в каменной соли отсутствуют. Единственное в СССР такое ПХГ было построено более 20 лет назад под Ереваном и успешно зарекомендовало себя как гарант надежного газоснабжения города. В то же время в мировой практике газовой промышленности успешно функционируют многие сотни газовых резервуаров в солях.

ОАО "Газпром" приняло Концепцию развития пиковых ПХГ в солях на период 1997 - 2015 г.г., которая предполагает строительство 10 пиковых ПХГ с общим геометрическим объемом 40 950 тыс. м3 на глубинах от 300 до 1500 м. Первым из них является строящееся Волгоградское ПХГ с общим геометрическим объемом подземных резервуаров 4 350 тыс. м3.

При создании (путем растворения каменной соли) подземных выработок - емкостей происходит изменение напряженного состояния массива горных пород, что вызывает уменьшение объема выработанного пространства. Так как каменная соль обладает реологическими свойствами, уменьшение объема резервуаров (конвергенция) под действием горного давления будет происходить и во время эксплуатации, особенно в периоды отбора газа из хранилища при значительном уменьшении давления газа в резервуарах. Конвергенция подземных резервуаров в свою очередь служит причиной оседания и других деформаций земной поверхности. При этом на поверхности формируется так называемая мульда оседания. Центральная, максимально пониженная часть мульды находится под центральной частью ПХГ и имеет субгоризонтальную поверхность. Максимальные уклоны поверхности формируются на периферии мульды. Необходимо отметить, что общий облик мульды (макродеформации земной поверхности) определяется деформациями кровли подземного комплекса хранилища в целом, а деформации кровли отдельных резервуаров формируют микродеформации земной поверхности, которые согласно расчетам [1, 2, 3] составляют не более 10 % от величины макродеформаций. Оседание земной поверхности может негативно влиять на состояние зданий и сооружений, находящихся в зоне деформаций. Поэтому большое значение имеют методология контроля и прогнозирования этих процессов, а также меры инженерной защиты. Отечественная практика строительства и эксплуатации ПХГ не располагает на сегодняшний день достаточным объемом наблюдений, инструментальных замеров, опытом прогнозирования деформаций земной поверхности и, тем более, апробированными отраслевыми нормативными документами по защите наземного комплекса ПХГ от подработки. Из научно-исследовательских работ по данной проблематике наибольший интерес представляют исследования Е.М. Шафаренко, В.А. Казаряна, В.Г. Хлопцова, В.И. Смирнова, А.Б. Розанова [1, 3, 4, 5 ]. В результате расчетов деформаций земной поверхности на площадке Волгоградского ПХГ выявлено [2, 3], что влияние выработок, расположенных на глубине 1150 - 1220 м в VIII ритмопачке кунгурского яруса нижней перми распространится на 840 м, а в ритмопачках V, VI (глубина 1350 - 1460 м) - на 1018 м. При этом в течение расчетного срока эксплуатации не возникнет обрушений пород или разрывов сплошности, как в окрестности выработок - емкостей, так и в вышележащем массиве горных пород. Максимальная осадка земной поверхности, предполагаемая в центральной части площадки, составит 0,086 м. Скорость оседания поверхности составит в центре площадки 0,0014 м в год, а на периферии около 0,001 м в год, что не окажет серьезного влияния на конструкции и сооружения.